種群數(shù)量的變化 【知識精講+備課精研+高效課堂】 高二生物 課件人教版2019選擇性必修2

第2節(jié)

種群數(shù)量的變化第1章

種群及其動態(tài)選擇性必修2目標010203通過分析與比較，明確種群的“J”形增長和“S”形增長的條件和特點;通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化等活動，嘗試建構(gòu)種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)模型。(科學(xué)思維、科學(xué)探究)通過分析影響種群數(shù)量變化的因素，形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀。(生命觀念)運用種群數(shù)量變化規(guī)律解決生產(chǎn)生活中的實際問題，關(guān)注人類活動對動植物種群數(shù)量變化的影響。(社會責(zé)任)教學(xué)目標目錄Contents建構(gòu)種群增長的模型種群增長的“S”曲線種群增長的“J”曲線134種群數(shù)量的波動5培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化2一、建構(gòu)種群增長的模型假設(shè)在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌每20min就通過分裂繁殖一代。細菌的生殖方式：二分裂【思考】第n代細菌數(shù)量的計算公式是什么？時間（min)020406080100120140160180分裂次數(shù)0123456789數(shù)量（個）1Nn=2n資料1：248163264128256512【思考】72h后，由一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少？n＝60min×72h／20min＝216Nn＝1X２n

＝2216一、建構(gòu)種群增長的模型假設(shè)在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌每20min就通過分裂繁殖一代。細菌的生殖方式：二分裂資料1：【操作】以時間為橫坐標，細菌數(shù)量為縱坐標，畫出細菌種群的增長曲線。0時間/min細菌數(shù)量/個10020030040050020406080100120140160180【思考】曲線圖與數(shù)學(xué)公式相比，有哪些優(yōu)缺點？曲線圖:直觀，但不夠精確數(shù)學(xué)方程式:精確，但不夠直觀觀察分析提出問題做出假設(shè)建立數(shù)學(xué)模型對模型進行檢驗修正研究方法研究實例細菌每20min分裂一次，怎樣計算繁殖n代的數(shù)量？在資源和生存空間沒有限制的條件下，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響Nn=2n（N代表細菌數(shù)量，n表示第幾代）觀察、統(tǒng)計細菌數(shù)量，對模型進行檢驗或修正1.定義：建立數(shù)學(xué)模型用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。2.步驟：一、建構(gòu)種群增長的模型【思考】在一個培養(yǎng)瓶中，細菌的數(shù)量會一直按照這個公式描述的趨勢增長嗎？為了驗證你的觀點，我們可以采用什么學(xué)科方法來研究？3.作用：能夠描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化實驗原理提出問題作出假設(shè)

在理想條件下，種群的增長呈“J”形曲線；在各種資源有限的情況下，種群增長呈“S”形曲線。通過細胞計數(shù)可以測定封閉容器內(nèi)的酵母菌種群隨時間而發(fā)生的數(shù)量變化。培養(yǎng)液中酵母菌的數(shù)量是怎樣隨時間變化的?

培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量一開始呈“J”形增長；隨著時間的推移，

酵母菌數(shù)量呈“S”形增長。二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化①自變量：________

②因變量：__________

③無關(guān)變量：_____________

實驗設(shè)計（1）變量設(shè)置時間酵母菌數(shù)量培養(yǎng)液的體積、受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度、代謝產(chǎn)物等因素影響。（2）材料用具無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或者肉湯培養(yǎng)液，顯微鏡等。酵母菌菌種培養(yǎng)液血球計數(shù)板二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化對培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量定時檢測并記錄。（3）設(shè)計思路【思考】如何利用血細胞計數(shù)板對酵母菌進行計數(shù)？方法：抽樣檢測法實驗設(shè)計二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化準備將10ml馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中培養(yǎng)將試管放在28℃的恒溫箱中培養(yǎng)7天接種將酵母菌接種到試管中計數(shù)每天取樣計數(shù)酵母菌的數(shù)量，連續(xù)觀察7天并記錄這7天的數(shù)值。計數(shù)室1mm計數(shù)室（中間大方格）的長和寬各為1mm，深度為0.1mm，其體積為

mm3，合_______mL。0.11×10-41ml=1cm3二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化血細胞計數(shù)板計算公式每毫升原液所含細=菌數(shù)每小格的平均細菌數(shù)×總格數(shù)（400）體積（0.1mm3）×稀釋倍數(shù)二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化樣方法利用血細胞計數(shù)板(25×16型)對酵母菌進行計數(shù)。取1mL培養(yǎng)液加9mL無菌水，若觀察到所選5個中方格內(nèi)共有酵母菌80個，則培養(yǎng)液中酵母菌的種群密度為

。4×107(個/mL)算一算利用血細胞計數(shù)板(16×25型)對酵母菌進行計數(shù)。取1mL培養(yǎng)液加9mL無菌水，若觀察到所選4個中方格內(nèi)共有酵母菌400個，則培養(yǎng)液中酵母菌的種群密度為_________________。1.6×108(個/mL)二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化（4）實驗步驟實驗設(shè)計先蓋蓋玻片，再將培養(yǎng)液滴加于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入。多余培養(yǎng)液用濾紙吸去。酵母菌全部沉降到計數(shù)室底部，二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化如果先加培養(yǎng)液再蓋蓋玻片，那么蓋玻片可能由于已加入液滴的表面張力而不能嚴密的蓋到計數(shù)板表面，使計數(shù)室內(nèi)液體增多，導(dǎo)致計數(shù)結(jié)果偏高，此外先蓋蓋玻片片再滴加培養(yǎng)液還能避免因計數(shù)室內(nèi)產(chǎn)生氣泡而產(chǎn)生誤差。稍待片刻，帶酵母菌全部沉降到計數(shù)室底部，計數(shù)一個小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量，在以此為依據(jù)，估算試管中的酵母菌總數(shù)。二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化如果未能全部沉降計數(shù)室底部在顯微鏡觀察時會由于聚焦困難，不能同時看到網(wǎng)格線和酵母菌。酵母菌全部沉降到計數(shù)室底部，減少實驗誤差。用無菌水稀釋至每小格細胞數(shù)目為5~10個【思考】如果小方格內(nèi)酵母菌過多，怎么辦？稀釋100倍【思考】吸取培養(yǎng)液之前為什么要將培養(yǎng)液搖勻？二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化偏小偏大常出現(xiàn)“抱團”現(xiàn)象充分震蕩、搖勻，最好用移液槍來回吹打幾次，使培養(yǎng)液中的酵母菌分布均勻，減小誤差。計數(shù)的包括活菌和死菌?？梢杂脕喖谆{（臺盼藍）對菌體進行染色，被染成藍色的是死菌，沒有染色的是活菌。【思考】計數(shù)的酵母菌是活菌還是死菌？【思考】對于壓在中方格界線上的酵母菌和酵母菌芽體，應(yīng)當(dāng)怎樣計數(shù)？計上不計下，計左不計右。離開母體的芽體，無論大小均算一個。如果正在出芽，芽體大小達到或超過母細胞一半時，芽體可算1個。如果沒有染色，計數(shù)出來的數(shù)據(jù)會比真實值偏大。二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化本實驗有前后對照，可以不單設(shè)對照組。如果擔(dān)心培養(yǎng)過程中有污染，則需要單設(shè)不接種酵母菌的空白對照組?！舅伎肌勘緦嶒炐枰O(shè)置對照和重復(fù)嗎？本實驗需要設(shè)置重復(fù)以減少實驗誤差。如果全班同學(xué)所測量的酵母菌來自同一培養(yǎng)樣品，可以取全班同學(xué)計數(shù)的平均值作為實驗結(jié)果，或者每名同學(xué)計數(shù)3個或3個以上計數(shù)室求平均值。二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化每天取樣時間要固定據(jù)實驗結(jié)果繪制的曲線圖接近哪種增長模型，為什么？在適宜條件下

，酵母菌種群呈“S”形增長；二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化構(gòu)建坐標圖數(shù)學(xué)模型實驗結(jié)果時間/天1234567數(shù)量/個單位（109

個/mL）0.120.893.475.236.136.797.02如果1.食物、空間有限，且得不到補充；2.代謝廢物積累，生存環(huán)境惡化等，則：【思考】曲線下降的原因可能有哪些？營養(yǎng)物質(zhì)隨著消耗逐漸減少，有害產(chǎn)物逐漸積累，培養(yǎng)液的pH等理化性質(zhì)發(fā)生改變等。二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化構(gòu)建坐標圖數(shù)學(xué)模型實驗結(jié)果【思考】在自然界中，種群的數(shù)量變化情況是怎么樣的呢？澳大利亞本來并沒有兔子。1859年，24只歐洲野兔從英國被帶到了澳大利亞。這些野兔發(fā)現(xiàn)自己來到了天堂。因為這里有茂盛的牧草，卻沒有鷹等天敵。這里的土壤疏松，打洞做窩非常方便。于是，兔子開始了幾乎不受任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子的數(shù)量達到6億只以上，遍布整個大陸。后來，黏液瘤病毒控制了野兔的種群數(shù)量。資料1：20世紀30年代,人們將環(huán)頸雉引入美國的一個島嶼。資料2：【思考】在自然界中，種群的數(shù)量變化情況是怎么樣的呢？鳳眼蓮原產(chǎn)于南美，1901年作為花卉引入中國.由于繁殖迅速，又幾乎沒有競爭對手和天敵，我國目前有184萬噸.它對其生活的水面采取了野蠻的封鎖策略，擋住陽光，導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照而死亡。1.模型假設(shè)：

理想狀態(tài)——食物充足，空間不限，氣候適宜，沒有敵害等（N0為起始數(shù)量，t為時間，λ表示該種群增長倍數(shù)．）

2.種群“J”型增長的數(shù)學(xué)模型公式：三、種群的“J”增長種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年是第一年的λ倍。種群數(shù)量的增長速率越來越快。3.“J”形增長的特點：中國人口數(shù)據(jù)增長曲線世界人口數(shù)據(jù)增長曲線三、種群的“J”增長項目種群數(shù)量變化年齡結(jié)構(gòu)λ>1

λ＝1

λ<1

增加增長型相對穩(wěn)定穩(wěn)定型減少衰退型λ>1λ<1λ=1種群數(shù)量時間0只有λ＞1且為定值時，種群增長才為“J”形增長。【思考】種群數(shù)量變化符合數(shù)學(xué)公式Nt=N0×λt

時，種群增長曲線一定是“J”形嗎？①外來入侵物種的種群數(shù)量變化②動物遷入適宜其生活的新環(huán)境后，一段時間內(nèi)種群的數(shù)量變化③實驗室中營養(yǎng)充分的情況1-4年，種群數(shù)量呈

形增長；4-5年，種群數(shù)量

；5-9年，種群數(shù)量

；9-10年，種群數(shù)量

；10-11年，種群數(shù)量

；11-13年，種群數(shù)量

；前9年，種群數(shù)量第

年最高；9-13年，種群數(shù)量第

年最低。“J”增長相對穩(wěn)定下降下降11-12年下降，12-13年增長512【現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用】據(jù)圖說出種群數(shù)量如何變化四、種群的“S”形增長【思考】如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會呈“J”形增長嗎？【實例】生態(tài)學(xué)家高斯的實驗：在0.5mL培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，每隔24h統(tǒng)計一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)反復(fù)實驗，結(jié)果如下圖所示。（1）大草履蟲的數(shù)量在第幾天增長較快？第二天和第三天（2）第幾天以后基本維持在375個左右？第五天（3）為什么大草履蟲種群沒有出現(xiàn)“J”形增長？種群的“S”形增長由于隨著大草履蟲數(shù)量的增多，對食物和空間的競爭趨于激烈，導(dǎo)致出生率下降，死亡率升高。四、種群的“S”形增長自主學(xué)習(xí)課本P9頁相關(guān)內(nèi)容，請小組合作完成以下問題。1.什么是“S”形增長曲線？2.“S”形增長曲線形成原因是什么？3.“S”形增長曲線的適用對象是什么？4.“S”形增長曲線的增長特點。5.嘗試分析“S”形增長曲線各段的含義。6.什么是環(huán)境容納量（K值）？如何運用？種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長曲線呈“S”形。①資源和空間有限②種群密度增大時出生率降低死亡率升高1.“S”形增長的含義：2.“S”形增長形成原因：

種內(nèi)競爭加劇出生率＝死亡率時，種群穩(wěn)定在一定的水平3.適用對象：一般自然種群的增長4.環(huán)境容納量：一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量，又稱K值。四、種群的“S”形增長5.“S”曲線的分析：種群基數(shù)小，需要適應(yīng)新環(huán)境，增長較緩慢。(1)ab段：(2)bc段：(3)c點：(4)cd段：資源和空間豐富，出生率升高，種群數(shù)量增長迅速。種群數(shù)量為K/2，種群增長速率達到最大。資源和空間有限，種群密度增大，種內(nèi)競爭加劇，出生率降低，死亡率升高，種群增長減緩；(5)de段：出生率約等于死亡率，種群增長速率幾乎為0，種群數(shù)量達到K值，且維持相對穩(wěn)定。四、種群的“S”形增長種內(nèi)競爭對種群數(shù)量起調(diào)節(jié)作用4.種群”S”形增長的其它曲線①t1之前，種群數(shù)量小于K/2值，由于資源和空間相對充裕，種群增長速率逐漸增大；②當(dāng)種群數(shù)量為K/2值時，出生率遠大于死亡率，種群增長速率達到最大值；③t1～t2，由于資源和空間有限，當(dāng)種群密度增大時，種內(nèi)斗爭加劇，天敵數(shù)量增加，種群增長速率下降；④t2時，種群數(shù)量達到K值，此時出生率等于死亡率，種群增長速率為0。四、種群的“S”形增長請以時間為橫坐標，種群增長速率為縱坐標，畫出種群“S”形增長的增長速率曲線。S型曲線增長速率曲線增長速率時間t1t2①增長速率先增大后減小，最后為0。②當(dāng)種群數(shù)量為k/2時，增長速率達到最大。5.“S”曲線的分析：四、種群的“S”形增長BCDEAK/2KABCDE“J”形增長“S”形增長產(chǎn)生條件增長特點K值曲線食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵和其他競爭物種等理想條件。資源和空間有限、受氣候變化影響、受其他生物制約。每種群數(shù)量以一定倍數(shù)增長，種群增長速率越來越快。種群增長速率先逐漸增大，K/2時增長最快，此后增長減緩，到K值時停止增長?！癑”與“S”增長的比較時間(t)種群數(shù)量t0t1t2時間增長速率時間種群數(shù)量t/2t無有K值時間(t)增長速率新課程P12增長率=（現(xiàn)有個體數(shù)-原有個體數(shù)）/種群原有個體數(shù)增長速率=（現(xiàn)有個體數(shù)-原有個體數(shù)）/增長時間1.圖中陰影部分表示什么？2.環(huán)境阻力如何用自然選擇學(xué)說內(nèi)容解釋？3.“S”形曲線中，有一段時期近似于“J”形曲線，這一段是否等同于“J”形曲線？為什么？環(huán)境阻力生存斗爭中被淘汰的個體數(shù)不等同；已經(jīng)存在環(huán)境阻力種群的數(shù)量變化除了增長，還存在什么情況？“J”與“S”增長的比較種群“J”形增長曲線表明生物種群具有過度繁殖潛能。種群“S”形增長是生物在自然界環(huán)境阻力作用下的必然結(jié)果。陰影表示環(huán)境阻力，兩條曲線數(shù)量差表示生存斗爭中被淘汰的個體數(shù)。環(huán)境阻力減小，K值增大；環(huán)境阻力增大，K值減小。01002003004001234567時間/天種群數(shù)量環(huán)境阻力食物不足空間有限種內(nèi)斗爭天敵捕食氣候不適寄生蟲傳染病等K值:環(huán)境容納量“J”與“S”增長的比較“S”形曲線中，有一段時期近似于“J”形曲線，這一段是否等同于“J”形曲線？為什么？不等同；已經(jīng)存在環(huán)境阻力三、種群的“S”形增長【思考】野生大熊貓種群數(shù)量銳減的關(guān)鍵原因是什么？【思考】保護大熊貓的根本措施是什么？

建立自然保護區(qū)，改善棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量。

野生大熊貓的棲息地遭到破壞，食物和活動范圍縮小，K值降低。6.K值和K/2值的運用：四、種群的“S”形增長6.K值和K/2值的運用：【思考】怎樣做才能最有效的滅鼠？K種群數(shù)量時間0BCDEt1t2AK/2增大環(huán)境阻力→降低K值→防治老鼠如斷絕或減少它們的食物來源；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵，等等。①降低環(huán)境容納量②在

捕殺K/2前防治有害生物的根本措施。防止老鼠種群數(shù)量達到K/2處四、種群的“S”形增長為了保護魚類資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚量，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在什么水平？為什么？應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在K/2水平，因為在這個水平上種群增長率最大。K種群數(shù)量時間0BCDEt1t2AK/2——“黃金開發(fā)點”6.K值和K/2值的運用：四、種群的“S”形增長【思考】同一種群的K值是固定不變的嗎？

不是，生物自身的遺傳特性和食物、棲息場所、天敵及其他生存條件均會影響動物的環(huán)境容納量?！舅伎肌縆值是種群數(shù)量的最大值嗎？K值是種群在一定環(huán)境條件下所能維持（允許達到）的種群最大數(shù)量，在環(huán)境條件沒有變化的情況下，種群數(shù)量在K值上下波動，動態(tài)平衡。6.K值和K/2值的運用：五、種群數(shù)量的波動在自然界，有的種群能夠在一段時期內(nèi)維持數(shù)量的相對穩(wěn)定。1.種群數(shù)量的相對穩(wěn)定：五、種群數(shù)量的波動2.種群數(shù)量的波動：

對于大多數(shù)生物種群來說，種群數(shù)量總是在波動中。在K值不變的情況下，種群的數(shù)量總是圍繞著K值上下波動。五、