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2015-2016学年高中生物 4.2种群数量的变化课件 新人教版必修3


第2 节 种 群数量的 变化
-* -

J 基础知识 Z 重点难点
ICHU ZHISHI

HONGDIAN NANDIAN

S 实验设计
HIYANSHEJI

S 随堂练习

UITANG LIANXI

情境导入

在不少国家,不允许随意放生,放生不当者会被 罚款。被放生的生物一旦进入野生环境数量会 发生怎样的变化?如何预测这些变化?

课程目标 1.说明构建种群增长模 型的方法。 2.用数学模型解释种群数量 的变化。 3.列表比较种群的“J”型增长 和“S”型增长。 4.通过探究培养液中酵母菌 种群数量的变化,尝试建构种 群增长的模型。 5.关注人类活动对种群数量 变化的影响。

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一、建构种群增长模型的方法
1.数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 2.建立数学模型一般包括以下步骤: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;通过进一 步实验或观察等,对模型进行检验或修正。 3.在建构数学模型时,常用到数学方程式和曲线图两种模型,其中曲线 图更能直观地反映出种群增长的趋势。 4.举例:在理想状态下,细菌每 20 min 分裂一次,分别用数学方程式和曲 线表示细菌总数(Nn)与分裂代数(n)之间的关系:

(1)数学方程式模型:Nn=2n。 (2)曲线(如右图所示)。

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二、种群增长曲线
1.种群增长的“J”型曲线 (1)条件:理想条件,包括食物和空间充裕,气候适宜,没有敌害等。 (2)数学模型:Nt=N0λt。 N0 为该种群的起始数量,t 为时间,Nt 表示 t 年后该种群的数量,λ 表示该 种群数量是一年前种群数量的倍数,即种群数量每年以一定倍数增长。 2.种群增长的“S”型曲线 (1)条件:有限条件,包括资源和空间有限,各种生态因素综合作用。 (2)“S”型曲线:种群经过一定时间的增长后,数量趋于稳定的增长曲线。 (3)K 值:在环境条件不受破坏的情况下,一定空间中所能维持的种群最 大数量称为环境容纳量,又称 K 值。 轻松判断在大熊猫、东北虎、田鼠、青蛙、蝗虫等几种 动物中,都需要增加 K 值吗? 提示:否。大熊猫、东北虎、青蛙需要增加 K 值,田鼠和蝗虫需要降低 K 值。

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三、种群数量的波动和下降
在自然界,影响种群数量的因素有很多,如气候、食物、天敌、传染病 等。因此,大多数种群的数量总是在波动中;在不利的条件下,种群数量还会 急剧下降,甚至消亡。

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探究一

探究二

探究点一构建种群增长模型的方法和种群的“J”型增长
●问题导引● 在营养和生存空间没有限制的条件下,某种细菌每 20 min 就通过分裂 繁殖一代。 繁殖 n 代后计算细菌数量的公式是什么(设亲代只有 1 个细菌)? 提示:Nn=2n,N 代表细菌数量,n 代表繁殖代数。

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探究一

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●名师精讲●
研究方法 观察研究对象,提出 问题 提出合理的假设 研究实例 细菌每 20 min 分裂一次 在资源和空间无限多的环境中,细菌的种 群增长不会受种群密度增加的影响 ①方程式:Nn=2n(N 代表细菌数量,n 表示 繁殖代数) ②曲线图:如图所示

1.建构种群增长模型的方法
建构程序 提出问题 ↓ 合理假设 ↓ 建立模型 ↓ 通过进一步实验或 观察等,对模型进行 检验或修正 观察、统计细菌数量,对自己所建立的模 型进行检验或修正 根据实验数据,用适 当的数学形式对事 物的性质进行表达

检验或修 正

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2.数学模型的类型 (1)数学方程式,如 Nn=2n。 方程式优点——精确。 (2)坐标图(曲线图、柱状图),如图所示。 坐标图优点——直观。

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3.种群增长的“J”型曲线 (1)产生条件:理想状态——食物和空间充裕;气候适宜;无敌害。 (2)特点:种群数量呈指数式增长。 (3)计算公式:Nt=N0λt。 注:N0 为起始数量,λ 表示该种群数量是一年前种群数量的倍数,t 为年 限,Nt 表示 t 年后该种群的数量。 (4)图示。

“J”型曲线

特别提醒①λ 表示种群数量是一年前种群数量的倍数。 增
长率是增加的个体数与原来个体数的比值,即增长率=λ-1。 ②若 λ>1,种群密 度增大,为增长型种群;λ<1,种群密度减小,为衰退型种群;λ=1,数量不变,为 稳定型种群。

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探究一

探究二

【例题 1】环保工作者对某地区最主要的草食动物——野兔种群数量 进行连年监测,以此作为对该地区环境稳定与否的评价指标之一。 在某时间 段内,得到如图所示的增长变化(A)曲线[λ=t 月种群数量/(t-1)月种群数量]。 下列据图分析正确的是( )

A.在第 1 年至第 3 年期间种群呈“J”型增长 B.在第 4 年初至第 5 年末,种群数量先增后减 C.第 3 年末种群数量与第 5 年中期种群数量相等 D.野兔的种群数量在第 4 年末达到最大

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探究一

探究二

解析:由于 λ 代表本月是上月种群数量的倍数,所以在 1 到 3 年期间种 群数量的变化不大。在第 4 年初开始一直到第 5 年的中期 λ 大于 1,所以种 群数量是一直增加的,而从第 5 年中期种群数量开始下降。 第 3 年的种群数 量基本维持稳定,由于从第 4 年到第 5 年的中期种群数量一直增长,而从第 5 年中期后种群数量才开始出现下降,因此第 5 年中期种群的数量要大于第 3 年末种群的数量。种群的数量在第 5 年中期达到最大值。 答案:B

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探究点二种群的“S”型增长
●问题导引● 生态学家高斯曾经做过一个实验:在 0.5 mL 培养液中放入 5 个大草履 虫,然后每隔 24 h 统计一次大草履虫的数量。试想一下,大草履虫会呈指数 增长吗?为什么? 提示:不会。因为环境条件有限。

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●名师精讲● 1.种群增长的“S”型曲线 (1)曲线:环境条件对种群增长有阻滞作用,一个环境所允许的种群数量 的最大环境容纳量为 K 值,如下图所示:

(2)曲线 a 表示种群数量增长曲线,可以分为三段分析。 ①对环境的适应期(X 点以前):个体数量少,增长速率很小。 ②快速增长期:个体数量快速增长,K/2 时增长速率达到最大(Y 点)。 ③稳定期:随着种群密度增加,个体因食物、空间和其他生活条件的争 夺而导致种内竞争加剧。达到 K 值后,呈锯齿状波动。

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(3)相关应用。 ①K 值的应用。 a.野生生物资源的保护:保护野生生物生活的环境,减小环境阻力,增大 K 值。 b.有害生物的防治:增大环境阻力(如为防鼠害而封储粮食、清除生活 垃圾、保护鼠的天敌等),降低 K 值。 ②K/2 的应用。 a.资源开发与利用:种群数量达到 K/2 时,种群增长速率最大,再生能力 最强;对养殖的生物进行捕捞(捕获)时,捕捞后的种群数量要维持在 K/2 处, 以保证持续获取高产量。 b.有害生物防治:务必及时控制种群数量,严防达到 K/2 处,甚至在 X 点 以前就应采取相应措施。

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2.种群的数量变化内容:包括增长、波动、稳定和下降等。 两种种群数量的增长曲线的比较
前提 条件 增长 模型 种群 增长 (速) 率 “J”型曲线 理想状态:资源无限、空间无 限、不受其他生物制约 “S”型曲线 现实状态:资源有限、 空间有限、 受其 他生物制约

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续表
“J”型曲线 K 值有 无 无K值 “S”型曲线 有K值

联系 两种增长曲线的差异主要是因环境阻力不同,对种群数量增长的影 响不同

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特别提醒增长率≠增长速率
①增长率:单位时间内种群数量的变化率,增长率=(现有个体数-原有个 体数)/原有个体数=出生率-死亡率。 ②增长速率:单位时间内种群的增长量,增长速率=(现有个体数-原有个 体数)/增长时间。

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【例题 2】右图表示某物种迁入新环境后,种群 增长速率随时间的变化关系,在 t1 时经调查该种群数 量为 N,下列有关叙述正确的是( ) A.在 t2 时种群个体的数量与在 t0 时种群个体的 数量相等 B.在 t0~t2 时间内,种群数量呈“S”型增长 C.该种群在此环境中的环境负荷量约为 N D.在 t1~t2 时,该种群的数量呈下降趋势 解析:由图可知在 t0~t2 时间内种群数量一直处于增长状态,所以种群数 量 t2>t0。 增长速率先增大后减小,最后变为零,停止增长,可知种群数量呈“S” 型增长,在 t1 时刻增长速率最大,此时种群数量为 K/2=N,所以环境负荷量 K=2N。 答案:B

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探究培养液中酵母菌种群数量的变化
●实验指导● 1.探究原理:酵母菌可以用液体培养基来培养。 培养基中酵母菌种群的 增长情况与培养液的成分、空间、pH、温度等因素有关。我们可以根据培 养液中的酵母菌数量和时间为坐标轴作曲线图,从而掌握酵母菌的种群数 量变化情况。 2.探究目的:初步学会酵母菌等微生物的计数及种群数量变化曲线的 绘制。 3.探究步骤: (1)将 10 mL 无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中; (2)将酵母菌接种入试管中的培养液中; (3)将试管放在 25 ℃条件下培养; (4)每天取样计数酵母菌数量; (5)分析数据,画出曲线。

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4.注意事项: (1)我们测定的酵母菌种群数量变化是在恒定容积的培养基中培养测 定的,与自然界中的数量变化有差异; (2)在进行酵母菌计数时,由于酵母菌是单细胞微生物,因此必须在显微 镜下计数,而且我们不可能准确计数个数,只能估算; (3)从试管中吸出培养液进行计数前,需将试管轻轻振荡几次,目的是使 培养液中的酵母菌均匀分布,以保证估算的准确性,减少误差; (4)每天计数酵母菌数量的时间要固定; (5)计数时,对于压在小方格界线上的酵母菌,应只计数相邻两边及其顶 角的酵母菌; (6)结果的记录最好以记录表来记录,表格如下:
时间/d 数量/个 1 2 3 4 5 6 …

(7)本探究不需要设对照实验和重复实验。

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5.表达和交流

(1)根据实验数据可得右图所示的增长曲线。 小组曲线与各组曲线平均值曲线相似。 (2)增长曲线的总趋势是先增加后降低。 原因是在开始时培养液的营养 充足,空间充裕,条件适宜,因此酵母菌大量繁殖,种群数量剧增,随着酵母菌 数量的不断增多,营养消耗,pH 变化等,生存条件恶化,酵母菌死亡率高于出 生率,种群数量下降。 (3)影响酵母菌种群数量增长的因素可能是养料、温度、pH 及有害代 谢废物等。

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●设计体验● 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在血球 计数板中央滴一滴培养液,盖上盖玻片 ④用滤纸吸除血球计数板边缘多 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 解析:从试管中吸出培养液进行计数前,需将试管轻轻振荡几次,目的是 使培养液中的酵母菌均匀分布,减少误差,②错误。采用血球计数板进行计 数时,将盖玻片放在计数板上,用吸管吸取培养液,滴于盖玻片边缘,让培养 液自行渗入到计数板小方格内,③错误。 答案:D

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1.在营养和生存空间等没有限制的理想条件下,某细菌每 20 min 就分裂繁 殖一代。现将该细菌种群(m 个个体)接种到培养基上(资源、空间无限),T h 后,该种群的个体总数是( ) T 20 A.m· 2 B.m· 2
20 C.2

D.m· 23T 解析:细菌数量增长过程中 λ 为 2,T h 相当于细菌繁殖了 60 T÷ 20 即 3T 代, 所以 T h 后,细菌种群的个体总数是 m· 23T。 答案:D

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2.经调查,第一年某种昆虫的种群数量为 N0,如果在理想的条件下,每年的增 长率 α=1.3 保持不变,则第三年该种群的数量为( ) A.1.3 N0 B.1.69 N0 C.2.3 N0 D.5.29 N0 解析:要注意在 Nt=N0λt 中,λ 代表的是第二年的种群数量是第一年的倍数, 不是代表增长率,增长率=增加的个体/原来个体数。设第 1 年个体数为 X1, 第二年个体数为 X2,则 α=(X2-X1)/X1=1.3,求得 X2/X1=2.3,即 λ=2.3。 第一年用 N0 表示,则第三年就是(2.3)2× N0=5.29 N0。 答案:D

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3.右图表示田鼠种群的理想增长曲线和在某自然环境中的实际增长曲线, 关于曲线的叙述不正确的是( )

A.X 区域(图中阴影部分)可以代表环境阻力的大小 B.严密封储粮食,保护田鼠天敌等措施可以使 E 点向下移动 C.食物最可能成为鼠群繁殖速度的限制因素的是 DE 段 D.人工灭鼠时要将田鼠数量控制在 C 点 解析:C 点的种群数量为 K/2,此时的增长速度最快,人工灭鼠时如果田鼠数 量控制在 C 点,田鼠很容易再度泛滥。 答案:D

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4.下列有关种群增长的“S”型曲线的叙述,错误的是( ) A.通常自然界中种群数量的增长曲线呈“S”型 B.达到 K 值时种群增长率为零 C.种群增长受自身密度的影响 D.种群的增长速率逐渐降低 解析:在种群增长的“S”型曲线中,种群的增长速率先增大,后减小。 在种群数 量为 K/2 时,种群增长速率最大;在 K 值时,增长率为 0。 答案:D



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