资源简介

(共43张PPT)
种群数量的变化
种群及其动态
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
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
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80
100
120
140
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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。
课堂检测
1．下列关于建构种群增长模型方法的叙述，不正确的是(　　)
A．数学模型可以用来描述、解释和预测种群数量的变化
B．数学公式是常见的数学模型，而曲线图更直观，是物理模型的一种
C．建构模型过程中需要通过进一步实验或观察，对模型进行检验或修正
D．在数学建模过程中也常用到假说—演绎法
B
2．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。调查发现某种一年生植物(当年播种、当年开花结果)的种群中存在下列情形：
①由于某种原因该植物中大约只有80%的种子能够发育为成熟植株
②该植物平均每株可产生500粒种子
③该植株为自花传粉植物
目前种子数量为a，则m年后该植物的种子数N可以表示为(　　)
A．500a×0.8m B．0.8a×500m
C．a×400m D．400am
课堂检测
C
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
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
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。
课堂检测
3．研究人员调查某种群数量变化，调查期间无迁入、迁出，结果如下图所示（λ=当年种群数量/前一年种群数量）。有关叙述正确的是（ ）
A．0~t2时，该种群的数量先减少后增加
B．t1时，该种群数量的增长速率最大
C．t3时，该种群的出生率等于死亡率
D．t3之后，该种群数量在K值上下波动
A
4．关于如图种群数量增长曲线的叙述，正确的是(　　)
A．ac 段种群增长率不断升高、ce 段种群增长
率不断降低
B．种群增长过程中出现环境阻力是在d 点之后
C．建立自然保护区等措施可使e 点上移，以此
达到保护濒危野生动物的目的
D．图中c 点种群增长速率最大，不同时期种群
的增长速率一定不同
课堂检测
C
A.图1中第15年种
群数量最少
B.图1中15～20年
年龄结构为增长型
C.图2中曲线X可
表示图1中前5年种群数量的增长情况
D.图2曲线Y中b点的值在不同环境下总是相同的
5．图1表示某种群数量变化的曲线图，图2是种群数量增长曲线。下列叙述正确的是(　　)
课堂检测
C
【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。
6.下列关于“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验的说法，错误的是（ ）
A.将酵母菌接种到无菌马铃薯培养液中，并进行第一次计数
B.设置一支与其他试管具有相同条件的试管,不接种酵母菌作为空白对照组
C.计数板在显微镜下观察计数之前要静置片刻
D.培养液的pH是影响酵母菌种群数量变化的重要因素
B
课堂检测
7.酵母菌是探究种群数量变化的理想材料，血细胞计数板是酵母菌计数的常用工具。图为显微镜下一个中方格内的菌体分布情况（计数室的容积为1mm×1mm×0.1mm）。下列有关叙述正确的是（ ）
A.在显微镜下统计酵母菌数量时视野不能太亮
B.防止观察细胞沉降到计数室底部影响计数，
加样后立即在显微镜下观察计数
C.如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，可寻找菌体数量适中的小方格计数
D.五个中格酵母菌平均数为如图所示,则估算酵母菌的总数为4×106个/ml
A
课堂检测
8.为探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，某同学进行了如下操作:
①将适量干酵母放入装有一定浓度葡萄糖溶液的锥形瓶中，在适宜条件下培养
②静置一段时间后，用吸管从锥形瓶中吸取培养液
③在血细胞计数板中央滴一滴培养液，盖上盖玻片
④用滤纸吸除血细胞计数板边缘多余的培养液
⑤将计数板放在载物台中央，待酵母菌沉降到计数室底部，在显微镜下观察、计数.
其中操作正确的是(　　)
A．①②③　 B．①③④ C．②③④ D．①④⑤
D
课堂检测
9.如图为某同学取1 mL培养液稀释100倍后，用血细胞计数板(1mm×1mm×0.1mm)通过显微镜观察到的培养液中的酵母菌在血细胞计数板中的分布情况。下列相关叙述错误的是( )
A．该培养液中酵母菌的数量为
6.25×108个/mL
B．选择图示乙规格的计数室，含
25个中方格、400个小方格
C．一个血细胞计数板中央仅含有一个计数室
D．取样时滴管从静置的培养液底部吸取，会导致数据偏大
C
课堂检测
10.为探究环境条件对种群数量变化的影响，在不更换培养液的情况下连续培养7d，培养液中酵母菌种群数量的变化如图所示。下列相关叙述错误的是（ ）
A.可采用血细胞计数板并结合台盼蓝染色法统计不同时间培养液中活酵母菌的数量
B.酵母菌的起始数量和培养液中的营
养物质含量、氧气含量均会影响种群
数量的变化
C.3d后酵母菌的数量开始下降,这与有
毒代谢物积累及培养液的pH升高有关
D.若适时更换培养液,则在一定培养时间内酵母菌的种群数量可能会持续增加
C
课堂检测

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