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(共34张PPT)
主讲老师：
§1-2 种群数量的变化
高中生物选择性必修二
问题探讨
讨论
我们的手上难免沾染细菌。细菌的繁殖速率很快，因而我们要经常洗手。假设在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌20 min就通过分裂繁殖一代。
1.第n代细菌数量的计算公式是什么？
设细菌初始数量为N0，第一次分裂产生的细菌为第一代，数量为N0×2，第n代的数量为Nn=N0×2n。
时间/min 细菌数量/个
0 20
20 21
40 22
60 23
80 24
100 32 25
120 64 26
分裂
细菌繁殖产生的后代数量
问题探讨
讨论
我们的手上难免沾染细菌。细菌的繁殖速率很快，因而我们要经常洗手。假设在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌20 min就通过分裂繁殖一代。
2. 72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？
2216
时间/min 细菌数量/个
0 20
20 21
40 22
60 23
80 24
100 32 25
120 64 26
分裂
细菌繁殖产生的后代数量
3.在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照这个公式描述的趋势增长吗？如何验证你的观点？
不会。因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。
种群数量的变化
描述、解释和预测种群数量的变化，常常需要建立
思考
Thinking
如何建立数学模型呢？
数学模型
【科学方法】建立数学模型
数学模型的定义
数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学方式。
建立数学模型的步骤
以“问题探讨”中的素材为例
【科学方法】建立数学模型
细菌每20 min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？
在资源和生存空间没有限制的条件下，细菌种群的增长不受种群密度增加的影响
Nn=2n
N代表细菌数量，n表示第几代
观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正
观察研究对象，提出问题
提出合理的假设
根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，即建立数学模型
通过进一步的实验或观察等，对模型进行检验或修正
研究实例
研究方法
【科学方法】建立数学模型
细菌每20 min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？
在资源和生存空间没有限制的条件下，细菌种群的增长不受种群密度增加的影响
Nn=2n
N代表细菌数量，n表示第几代
观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正
观察研究对象，提出问题
提出合理的假设
根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，即建立数学模型
通过进一步的实验或观察等，对模型进行检验或修正
研究实例
研究方法
时间/min
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
100
200
300
400
500
600
细菌数量/个
【科学方法】建立数学模型
时间/min 细菌数量/个
20
40
60
80
100
120
140
160
180
根据公式Nn=2n计算出一个细菌产生的后代在不同时间的数量，填入下表。
以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌种群的增长曲线。
2
4
8
16
32
64
128
256
512
【科学方法】建立数学模型
数学模型的定义
数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学方式。
建立数学模型的步骤
以“问题探讨”中的素材为例
数学模型的表现形式
公式法：
图像法：
数据精确，但不能直观地反映出种群的增长趋势。
能直观地反映出种群的增长趋势，但数据不精确。
种群数量的变化
以上得出的公式和增长曲线，只是对理想条件下的细菌数量增长的推测。
思考
Thinking
在自然界中，种群的数量变化是怎样的呢？
【思考·讨论】分析自然界种群增长的实例
讨论
这两个资料中的种群增长有什么共同点？
【资料1】1859年，一位来到澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃啮树皮，造成植被被破坏，导致水土流失。后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到短暂控制。
【资料2】20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937~1942年，这个种群数量的增长如右图所示。
种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。
1937
1938
1939
1940
1941
1942
500
1000
1500
年份
种群数量/只
0
某岛屿环颈雉种群数量的增长曲线
【思考·讨论】分析自然界种群增长的实例
讨论
种群出现这种增长的原因是什么？
【资料1】1859年，一位来到澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃啮树皮，造成植被被破坏，导致水土流失。后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到短暂控制。
【资料2】20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937~1942年，这个种群数量的增长如右图所示。
食物充足、缺少天敌等。
1937
1938
1939
1940
1941
1942
500
1000
1500
年份
种群数量/只
0
某岛屿环颈雉种群数量的增长曲线
【思考·讨论】分析自然界种群增长的实例
讨论
这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？
【资料1】1859年，一位来到澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃啮树皮，造成植被被破坏，导致水土流失。后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到短暂控制。
【资料2】20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937~1942年，这个种群数量的增长如右图所示。
不能。因为资源和空间是有限的。
1937
1938
1939
1940
1941
1942
500
1000
1500
年份
种群数量/只
0
某岛屿环颈雉种群数量的增长曲线
种群的“J”形增长
1937
1938
1939
1940
1941
1942
500
1000
1500
年份
种群数量/只
0
通过上述实例可以看出，自然界有类似细菌在理想条件下种群增长的形式，曲线则大致呈“J”形。这种类型的种群增长称为
“J”形增长
右上图中的蓝色虚线即为种群“J”形增长的图像模型
种群的“J”形增长
模型假设(条件)
食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等条件;
种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍。
公式模型（规律）
t 年后种群数量为：
Nt＝N0 λt
其中：N0为该种群的起始数量，t为时间，Nt表示t年后该种群数量，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。
种群数量的变化
思考
Thinking
如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？
种群数量的变化
生态学家高斯曾经做过单独培养大草履虫的实验：在0.5mL培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24h统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如右图所示的结果。
时间/d
种群数量/个
K=375
大草履虫种群的增长曲线
分析
大草履虫的数量第几天增长较快？
第几天以后数量基本维持不变？
大草履虫的数量变化有什么特点？
种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线“S”形。这种类型的种群增长称为：
“S”形增长
种群的“S”形增长
模型假设(条件)
自然条件，即自然界的食物和空间条件有限
建立模型
自然界的一种生物迁入一个条件适宜的新分布地时：
初始阶段一般会较快增长。
因资源和空间有限，种群密度增大使种内竞争加剧，出生率降低，死亡率升高。
死亡率升高至与出生率相等时，种群增长就会停止。有时会稳定在一定的水平，即达到K值。
时间/d
种群数量/个
K
K值（环境容纳量）：一定的环境条件所能维持的种群最大数量。
种内竞争对种群的数量起调节作用
种群数量的变化
思考
Thinking
同一种群的K值是不是固定不变的呢？
种群数量锐减的原因：
主要原因是大熊猫栖息地遭到破坏后，由于食物的减少和活动范围的缩小，其K值就会变小。
保护措施：
建立自然保护区，给大熊猫更宽广的生存空间，改善它们的栖息环境，从而提高环境容纳量，是保护大熊猫的根本措施。
以野生大熊猫为例
【思考·讨论】环境容纳量与现实生活
讨论
有人说目前全世界人口数量已经达到地球的环境容纳量，必须采取严格的措施控制人口出生率；有人却认为科技进步能提高地球对人类的环境容纳量，例如，育种和种植技术的进步，能提高作物产量，从而养活更多人口。对此你持什么观点？你有哪些证据支持你的观点？
提示：这道题有较大的开放性，学生可以从不同角度作出回答，要言之有据。例如，世界范围内存在的资源危机和能源紧缺等问题，说明地球上的人口可能已经接近或达到环境容纳量，因此应当控制人口增长；随着科技进步，农作物产量不断提高，人类开发、利用和保护资源的能力不断加强，因而可以养活更多的人口。鼓励学生上网搜集相关数据作为证据。
【思考·讨论】环境容纳量与现实生活
讨论
鼠害导致作物减产，蚊、蝇会传播疾病。从环境容纳量的角度思考，对家鼠等有害动物的控制，应该采取什么措施？
对鼠等有害动物的控制，可以采取器械捕杀、药物防治等措施。从环境容纳量的角度思考，还可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量，如将粮食和其他食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌；搞好环境卫生；等等。
种群数量的波动（种群达到K值后的数量变化）
一段时期内维持数量的相对稳定。如某地野牛、狮的种群数量往往比较稳定。
大多数生物的种群数量总是在波动中。如某地区东亚飞蝗种群数量在1913～1961 年一直处于不规则的波动状态。
年份
某地区东亚飞蝗种群数量的波动
种群数量/相对值
种群数量的波动（种群达到K值后的数量变化）
波动状态的种群在某些特定条件下可能出现种群爆发。如蝗灾、鼠灾、赤潮等。
种群长久处于不利条件下（如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏），种群数量会出现持续性的或急剧的下降。如大熊猫栖息地遭到破坏后，由于食物的减少和活动范围的缩小，其K值就会变小。
当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。如多种鲸在遭遇人类过度捕捞后，种群数量急剧下降，有的鲸濒临灭绝。
【探究·实践】培养液中酵母菌种群数量的变化
提出问题
培养液中酵母菌种群数量是怎样随时间变化的？
材料用具
酵母菌、无菌马铃薯培养液或肉汤培养液、试管、血细胞计数板、滴管、显微镜等。
酿酒和做面包都需要酵母菌，这些酵母菌可以用液体培养基（培养液）来培养。
血球计数板的基本构造
血球计数板是一种专门用于计算较大单细胞微生物的一种仪器，由一块比普通载玻片厚的特制玻片制成的。
血球计数板的基本构造
玻片中有四条下凹的槽，构成三个平台，中间的平台较宽；
其中间又被一短横槽隔为两半，形成2个同样的计数池；
计数池的深度为0.10mm。
血球计数板的基本构造
每个计数池画有长、宽各3.0mm的方格，分为9个大方格；
只有中间的一个大方格为计数室；
这一大方格的长和宽各为1mm，深度为0.1mm，则其容积为0.1mm3。
3.0
mm
3.0mm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
计数室
3.0
mm
3.0mm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
计数室
血球计数板的基本构造
计数室中央大方格又用双线分成25个中方格；
位于正中及四角5个中方格是计数区域；
每个中方格用单线划分为16个小方格。
即每一大方格都是由16×25=25×16=400个小方格组成。
1
2
3
4
5
2
3
4
5
计数区域
计数区域
计数区域
计数区域
计数区域
计数方法
使用血球计数板计数时，先测定每个小方格中微生物的数量
再换算成每毫升菌液（或每克样品）中微生物细胞的数量。
血球计数板的基本构造
计数板的型号和规格
表示此计数板分25个中格
盖上盖玻片后计数室的高
表示计数室面积是1mm2，分400个小格，每小格面积是1/400 mm2
血球计数板上符号和数字的含义
【探究·实践】培养液中酵母菌种群数量的变化
讨论思路
1. 对酵母菌计数：
（1）方法：抽样检测
（2）步骤：
盖玻片放在血细胞计数板的计数室上；
用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。多余的培养液用滤纸吸去；
稍待片刻，待酵母菌全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央，计数一个小方格内的酵母菌数量；
以此为根据，估算试管试管中的酵母菌总数。
盖玻片下的培养液厚度为0.1mm，请推导出将一个小方格范围内的酵母菌数目，换算成10mL培养液中酵母菌总数的公式。
【探究·实践】培养液中酵母菌种群数量的变化
讨论思路
（3）说明：
从试管中吸出培养液进行计数之前，建议你将试管轻轻振荡几次。这是为什么？
如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取什么措施？
对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数？
2.讨论：
（1）本探究需要设置对照吗？如果需要，请讨论对照组应怎样设计和操作；如果不需要，请说明理由。
（2）要做重复实验吗？为什么？
（3）怎样记录结果？记录表怎样设计？
【探究·实践】培养液中酵母菌种群数量的变化
实施计划
首先通过显微镜观察，估算出10mL培养液中酵母菌的初始数量（N0），在此之后连续观察7天，分别记录下这7天的数值。
次数 1 2 3 4 5 6 7 8
时间（h） 0 24 48 72 96 120 144 168
酵母菌数（10mL） A
B
C
分析结果
以时间为横坐标，菌体数量为纵坐标，将所得数值用曲线图表示出来。
分析实验结果是否支持你的假设。
【探究·实践】培养液中酵母菌种群数量的变化
得出结论
探究的结论是：酵母种群数量呈“S”型增长。
表达交流
向全班汇报本小组7数据，算出每一天全班各组数据的平均值，根据平均值重新画酵母菌种群数量的增长曲线。将这个增长曲线进行比较，分析其相似程度，并做出合理的解释。
根据各组平均数据画出的增长曲线有没有什么总趋势？如果有，请作出说明。
影响酵母菌种群数量增长的因素可能是什么？
进一步探究
根据你对影响酵母菌种群增长的因素作出的推测，设计实验进行验证。

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