高中生物人教版 (2019)选择性必修2第2节 种群数量的变化教课内容ppt课件

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修2第2节 种群数量的变化教课内容ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了数学模型的表现形式，思考1，思考2，思考3，“J”型曲线，在大自然中，种群数量的波动等内容，欢迎下载使用。
通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化等活动，尝试建立数学模型表征和解释种群的数量变化。举例说明种群的“J”形增长、“S”型增长、波动等数量变化情况、阐明环境容纳量原理在实践中的应用。
影响种群数量变动的关系图
在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20分钟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？提示：设细菌的初始数量为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。2.72 h 后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？提示：2216个。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？提示：不会。因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。
一、数学模型建构的一般过程
数学模型：用来描述一个系统或它的性质的数学形 式。 建立数学模型一般包括以下步骤：
观察研究对象，提出问题
细胞每20min分裂一次
资源空间无限多，细菌种群的增长不受种群密度增加的影响
观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正
曲线图与数学方程式比较，有哪些 优缺点？
准确 直观
公式法 曲线图法
不直观 不准确
例1 下列关于建构种群增长模型方法的说法，不正确的是 （　　）A. 曲线图能直观地反映出种群数量的增长趋势B. 数学模型就是用来描述一个系统或它的性质的曲线图C. 数学模型可描述、解释和预测种群数量的变化D. 在数学建模过程中也常用到假说—演绎法
【答案】B【解析】曲线图能直观地反映出种群数量的增长趋势，A项正确；数学模型就是用来描述一个系统或它的性质的数学形式，可能是曲线图，也可能是数学表达式，B 项错误；数学模型可描述、解释和预测种群数量的变化，C 项正确；建构数学模型的一般步骤是提出问题→作出假设→用数学形式表达→检验或修正，故在数学建模过程中也常用到假说—演绎法，D 项正确。
理想条件下细菌数量增长的特点，在自然界中有此类型吗？
二、“J”型增长的数学模型
兔子并不是澳大利亚土生的。1859年，有一个农民从英格兰带来了24只野兔。他完全没有料到，他的这一举动将要引起一次农业灾害。野兔的繁殖非常快，一只雌兔一年以产25只兔仔。在澳大利亚，兔子几乎没有什么天敌，所以经过十几年它们已成为一个大问题。它们吃庄稼，毁坏新播下的种子，啃嫩树皮和芽，并且打地洞损坏田地和河堤。篱笆也不能阻止它们侵和农民的田地。
实例2 环颈雉引入美国
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。
这两个资料中的种群增长有什么共同点？
提示：种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。
种群出现这种增长的原因是什么？
提示：食物充足，缺少天敌。
这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？
提示：不能。因为资源和空间有限。
·“J”型增长的数学模型
（1）理想状态：食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种。
2.种群 “J”型增长的数学模型公式：
（2）种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。
N0为该种群起始数量，t为时间，Nt是年后种群数量。λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数
例2 ［2021-2022 哈尔滨高二期末］“J”形增长是在理想条件下的指数增长类型，下列环境条件不是“J”形增长所需条件的是（　）A. 环境中没有天敌B. 环境中的食物和空间充足C. 没有个体的出生和死亡D. 环境中没有竞争物种
【答案】C【解析】“J”形增长是在理想条件下的指数增长类型，其发生的前提条件是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。
种群密度越大环境阻力越大
“J”型增长能一直持续下去吗？
三、“S”型增长的数学模型
在一个培养基中，细菌的数量会一直持续按照“J”型曲线增长吗？为什么？
　 当出生率与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平。
　 自然条件（现实状态）——食物等资源和空间总是有限的，种内斗争不断加剧，捕食者数量不断增加。导致该种群的出生率降低，死亡率增高。
实例4：生态学家高斯的实验
种群的“S”型增长到K值后不再继续增加的原因：
　 出生率与出死亡率相等，种群的增长就会停止，种群数量会稳定在一定的水平。
　 食物等资源和空间有限，种内竞争不断加剧，捕食者数量不断增加
种群数量小于K/2值时种群—
种群数量在 K/2值时，种群—
种群数量大于K/2值时种群—
种群数量达到K值时，种群—
·“S”型增长的数学模型
★K/2时：增长速率最大 ，增长最快
种群数量达到K值后，将停止增长并在K值左右保持相对稳定。
★同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。
★K值：出生率=死亡率，增长速率=增长率，均为0
某种群的K值是不是固定不变的?
食物不足空间有限种内斗争天敌捕食气候不适寄生虫传染病等
先快速增长，再慢增，最后稳定
增长曲线 “J”型曲线 “S”形曲线
环境容纳量与现实生活1. 有人说目前全世界人口数量已经达到地球的环境容纳量，必须采取更加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：具有开放性，可以从不同角度做出回答，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。
环境容纳量与现实生活2. 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，应当采取什么措施？提示：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。
例3 下图表示有限环境中某一种群增长的曲线。下列有关叙述正确的是 （　　）① K 值是环境条件所允许达到的种群数量最大值　②在K 值时，种群的增长率最大　③如果不考虑迁入、迁出等其他因素，则在K 值时出生率等于死亡率　④假设这是鱼的种群，当种群达到K 值时才能开始捕捞，可持续获得最高产量A. ①②　　 B.①④　　 C.①③　　 D.③④
【答案】C【解析】一定环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K 值，①正确；在K 值时，种群数量基本稳定，种群增长率为0，②错误；决定种群数量变化的因素是出生率和死亡率、迁入率和迁出率，若不考虑迁入、迁出等其他因素，在K 值时，出生率大致等于死亡率，③正确；要想持续获得最高产量，应该在达到K/2 后开始捕捞，使捕捞后的种群数量保持在K/2，④错误。
例4 下图表示某种群在理想环境中（图1）和有环境阻力条件下（图2）的数量增长曲线，下列相关叙述不正确的是（　　）A. 图1 中A 点和B 点时的增长率相等B. 图2 中D 点时的增长速率最快C. 防治蝗灾最好在图2 中E 点对应的时刻进行D. 水葫芦入侵云南滇池的开始阶段，种群数量的增长情况可用图1 表示
【答案】C【解析】图1 为“J”形增长曲线，增长率始终不变，A项正确。图2 为“S”形增长曲线，D 点时种群的数量达到K/2，此时的增长速率最快，B 项正确。防治蝗灾最好在图2 中C 点对应的时刻进行，可以有效地将蝗虫数量控制在较低水平，C 项错误。当种群迁入—个新环境的初期，若环境适宜、资源丰富、空间充裕，会近似呈“J”形增长，D 项正确。
1.在自然界中，有的种群能够在一段时间内维持数量的相对稳定。例如，某地野牛、狮的种群数量往往比较稳定。2.对于大多数生物种群，数量总是在波动中。例如东亚飞蝗。
提示：在某些特定条件下可能出现种群爆发。例如蝗灾、鼠灾、赤潮等。
3.当种群长久处于不利条件下，如遭遇人类乱捕乱杀和栖息地破坏，种群数量会出现持续性的或极具的下降。4.当一个种群的数量过少时，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。
例5 在农田生态系统害虫防治中，害虫种群的密度变化情况示意图（经济阈值是指害虫种群密度影响农田经济效益的最低值）如下。在A、B、C、D、E 点进行了农药防治或引入了天敌进行生物防治。下列有关叙述正确的是 （　　）A. 在农药的作用下，害虫的抗药性基因突变率在D 点显著高于B 点B. E 点是生物防治，A、B、C、D 点是药物防治C. 害虫种群的年龄结构为衰退型D. 食物的短缺降低了害虫的存活率
【答案】B　【解析】在农药的作用下，害虫的抗药性基因的基因频率在D点高于B点，农药不能改变基因突变率，A项错误。A、B、C、D 点是药物防治，害虫种群密度下降后又出现上升，E点是生物防治，可以使害虫种群的K 值下降并稳定在一定水平，B 项正确。害虫种群的年龄结构需要分段考虑，最终数量维持稳定，应该为稳定型，C 项错误。由图可知，害虫种群数量下降是药物防治或生物防治的结果，D 项错误。
1、酵母菌是真核生物还是原核生物？
2、酵母菌的代谢类型是什么？
五、《探究培养液中酵母菌种群数量的变化》
培养液中酵母菌种群数量的变化
培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？
①培养液中的酵母菌数量一开始呈“______”型增长；②随着时间推移，由于营养物质的______、有害代谢产物的__________、pH的_________，酵母菌数量呈_________型增长。
自变量：________________________因变量：________________________无关变量：_______________________
（1）怎样进行酵母菌计数？
每块计数板由H形凹槽分为2个同样的计数池。每个计数池分为9个大方格，其中间的一个大格又称计数室，微生物的计数就在此格中进行。
细菌计数板面积为1mm2和高为0.1mm的计数室
1.取清洁无油的血细胞计数板，在计数室上面加盖玻片。2.摇匀菌液，用滴管吸取菌液在盖玻片边缘滴一小滴，使菌液自行渗入，计数室不得有气泡。3.用显微镜观察并将计数室移至视野中央。4.计数：取5个（或4个）中格的总菌数，求平均值。
使酵母菌均匀分布，以保证估算的准确性
（3）实验需要设置对照吗？为什么？
（4）需要重复实验吗？
不需要，计数时取多个方格求平均值
（5）如果一个小方格内酵母菌数过多难以数清，应采取怎样的措施？
（6）对于压在小方格界限上的酵母菌，应当如何计数？
【制定计划】酵母菌培养→计数（________________）→重复①②→结果分析（增长曲线图）
酵母菌数量呈“S”型增长。
酵母菌数量为何会下降？
【例6】在“探究培养液中酵母菌种群数量变化”的实验中：(1)对酵母菌进行计数可以采用 的方法；从试管中吸出培养液进行计数之前，要 ，该操作的目的是 。如果实验时发现血球计数板的一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取的措施是 。(2)如果提出的问题是“培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？”，试针对这一问题作出假设：___________________。
培养液中酵母菌种群的数量随时间呈“S”型增长。
（4）某一组同学为了探究“温度(5℃、28℃)对酵母菌种群数量变化是如何影响的？”设计了实验方案，进行了为期7天的实验，每天定时取样一次，并在实验前设计了记录实验数据的表格，如下： 根据上述表格，有人认为该同学设计的实验方案不能够准确反映酵母菌种群数量的变化，请指出该方案不足之处：______________________________。
每天应多次检测，求平均值
(5)另一组同学为探究培养液中酵母菌种群数量的变化，设计了3组实验(见下表)。每隔24小时取样并计数，实验结果略。上述实验目的是：探究__________________对酵母菌种群动态变化的影响。
1. 为了能更直观地反映种群数量的变化趋势，常常会建构种群的数学模型，下列与种群数量模型有关的叙述，错误的是 （　　）A. 该模型建立的一般步骤是观察并提出问题→提出合理假设→根据实验数据，用适当的数学形式表达事物的性质→通过进一步实验或观察，对模型进行检验或修正B. 文字描述不能作为种群数量数学模型的表达形式C. 影响“S”形曲线的K 值大小的因素既有内因又有外因D.“J”形增长的数学模型中λ 的含义是种群增长率
【答案】D【解析】数学模型建立的一般步骤是观察并提出问题→提出合理假设→根据实验数据，用适当的数学形式表达事物的性质→通过进一步实验或观察，对模型进行检验或修正，A 项正确；数学模型是用字母、数字及其他数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、图像、框图等，描述客观事物的特征及其内在联系的数学结构表达式，文字描述不能作为种群数量数学模型的表达形式，B 项正确；影响“S”形曲线K 值的因素有空间、食物、天敌等外界因素，也有疾病、种内斗争等内部因素，C 项正确；“J”形增长的数学模型中λ表示该种群数量是上一年种群数量的倍数，D 项错误。
2.图甲和图乙分别表示自然界某种群的数量增长曲线和种群增长速率曲线，相关叙述错误的是（　）　　　　　　　　　　　　　　甲　　　　　　　　　 　　 　 　　乙A. 渔业捕捞时，应使捕捞后的剩余量维持在c 点B. 当种群增长速率对应图乙中的g 点时，该种群数量将达到最大值C. 根据“J”形增长数学模型Nt=N0λt 可知，种群呈“J”形增长时其增长速率不能用图乙表示D. 图甲中c 点种群增长速率对应图乙中的f 点，a ～ c段种群数量的增长不受环境阻力的影响
【答案】D【解析】渔业捕捞时，应使捕捞后的剩余量维持在c 点，以确保有最大增长速率，使种群数量得到快速恢复，A 项正确；当种群增长速率对应图乙中的g 点时，同时增长率也为0，说明该种群数量将达到最大值，B 项正确；种群呈“J”形曲线增长时，增长速率持续增大，所以不能用图乙表示，C 项正确；图甲中c 点种群增长速率最大，对应图乙中的f 点，a ～ c 段已有少量个体被环境淘汰，故其种群数量的增长受环境阻力的影响，D 项错误。
3.下图表示某物种迁入新环境后，种群数量增长速率（平均值）随时间的变化规律。经调查在第5 年时该种群的数量为200 只。下列有关叙述正确的是 （　　）A. 由图可知，该物种迁入新环境后，其种群数量一直呈“J”形增长B. 理论上该种群在此环境中的环境容纳量约为400 只C. 由于天敌、生活空间和资源等因素的限制，第5 年到第9 年种群数量减少D. 若该种群为东方田鼠，则将其数量控制在200 只左右可有效防治鼠患
【答案】B【解析】从图中分析可知，种群数量增长速率先增大后减小，因此呈“S”形增长，A项错误；第5 年种群数量为200 只，此时种群数量增长速率最大，种群数量为K/2，因此环境容纳量应为400 只，B 项正确；第5 年到第9 年种群数量增长速率下降，但种群数量仍在增加，C 项错误；若该种群为东方田鼠，则将其数量控制在200 只左右时种群数量增长速率最大，容易发生鼠患，D 项错误。
4.下列有关利用血细胞计数板对细胞进行计数的叙述，正确的是 （　　）A. 1/400 mm2 规格的血细胞计数板一个计数室的容积为1 mm×1 mm ×0.1 mmB. 若对小球藻进行计数，则每次取样可只计1 个计数室的小球藻数目C. 用滴管向计数室滴加样液后应立即计数，以防止细胞下沉到底部D. 对酵母菌进行计数时，不应统计压在小方格角上的细胞
【答案】A　【解析】每一大方格都是由400 个小方格组成的，1/400 mm2规格的血细胞计数板一个计数室的容积为1 mm×l mm×0.1 mm，A 项正确。若对小球藻进行计数，则每次取样需要统计多个计数室的小球藻数目，然后求平均值，B 项错误。用滴管向计数室滴加样液后不应立即计数，要等细胞下沉到底部后才可计数，C 项错误。对酵母菌进行活菌计数时应统计相邻两边及其顶点的细胞，D 项错误。