北师大版高中生物选择性必修二种群的数量变化课件

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第2章2022内容索引自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课堂小结课 标 定 位1.掌握种群的数量变化曲线的特点。2.运用综合分析、比较归纳等科学思维方法,来表征解释影响种群数量变化规律的因素。3.学会用血细胞计数板探究酵母菌种群数量的动态变化、绘制曲线并分析。素养阐释1.基于种群数量的变动,运用数学模型表征种群数量变化的规律及影响因素,培养科学思维能力。2.能设计科学可行的探究方案探究酵母菌种群数量的动态变化,能用合理的方法如实记录、分析结果,培养科学探究能力。3.能将种群数量变化规律应用到生产实践中,增强社会责任意识。自主预习·新知导学一、种群数量增长模型1.理想状态下的种群数量增长呈“J”型图Z2-2-1 (2)数学模型: Nt=N0λt 。 2.有限环境下的种群数量增长呈“S”型(1)增长曲线(在下列坐标图上画出增长曲线)图Z2-2-2 答案: 图D-1 (2)环境容纳量:在有限环境下,种群数量有一个环境条件所允许的最大值 ,称为环境容纳量,记作 K 。 (4)应用①人类对生物资源开发利用时,如渔业捕捞、放牧等,必须保证环境中的资源数量不低于 K值的一半 ,以保证资源的可持续利用。②在有害生物防治方面,可通过降低环境容纳量,从根本上限制有害生物的种群数量。例如,可通过封锁粮食、清除生活垃圾等方法降低鼠种群的环境容纳量,从而防治鼠害。二、影响种群数量变化的因素1.密度制约因素(1)概念:像食物、流行性疾病,其作用随种群密度的大小而变化的种群调节因素称为密度制约因素。(2)作用结果:生物种群相对稳定和有规则的波动。(3)特点:有反馈作用。2.非密度制约因素(1)概念:某些因素作用的强弱与种群密度是无关的,这类因素称为非密度制约因素。(2)特点:非密度制约因素本身对种群数量没有反馈作用。3.密度制约因素和非密度制约因素都是通过影响种群的出生率、死亡率或迁入率、迁出率来影响种群数量的。三、 探究酵母菌种群数量的动态变化1.目的要求(1)尝试绘制酵母菌种群数量变化曲线图并进行分析。(2)练习使用血细胞计数板进行计数。2.实验原理在含糖的液体培养基(培养液)中,酵母菌繁殖很快,迅速形成一个封闭容器内的酵母菌种群,通过细胞计数可以测定封闭容器内的酵母菌种群随时间发生的数量变化。养分、空间、温度和代谢废物等是影响种群数量持续增长的限制因素。3.实验步骤 【预习检测】 1.判断正误。(1)探究酵母菌种群数量的动态变化,应设空白对照组以排除无关变量的干扰。(　　)(2)对于“S”型曲线,同一种群的K值是固定不变的,与环境因素无关。(　　)(3)建立自然保护区,改善栖息环境,以提高环境容纳量,是提高大熊猫种群密度的根本措施。(　　)(4)研究种群数量的变化有利于对有害动物进行防治以及对生物资源加以保护和利用。(　　)(5)在K/2时控制有害动物最有效。(　　)　(6)种群的“S”型增长是受资源因素限制而呈现的结果,种群“J”型增长曲线是理想条件下的结果。(　　)××√ √ ×√ 2.图Z2-2-3表示有限环境下某一种群的增长曲线。下列有关叙述正确的是(　　)。①K值是环境条件所能维持的种群数量最大值　②在K值时,种群的增长速率最大　③如果不考虑迁入和迁出等其他因素,在K值时出生率等于死亡率　④假设该图表示鱼的种群数量变化,当种群达到K值时开始捕捞,可持续获得高产A.①②　　　　　　　B.①④C.①③　　　　　　　D.③④答案:C图Z2-2-3 解析:K值为环境容纳量,其含义为在有限环境下,环境条件所允许的种群数量最大值,①正确。在K值时种群的增长速率为0,即不考虑迁入和迁出等其他因素时,出生率等于死亡率,②错误,③正确。K/2时,种群增长速率最大,在鱼群数量超过K/2时捕捞,并使剩余数量维持在K/2的水平,才可持续获得高产,④错误。3.某小组开展酵母菌培养实验,图Z2-2-4是摇瓶培养中酵母菌种群密度变化曲线图。下列相关叙述正确的是(　　)。　图Z2-2-4 A.培养初期,酵母菌因种内斗争激烈而生长缓慢B.转速为150 r/min时,预测种群增长曲线呈“J”型C.该实验中计数酵母菌时应采用显微镜计数法D.培养后期,酵母菌的呼吸场所由细胞外转为细胞内答案:C解析:培养初期,酵母菌数量较少,种内斗争微弱。由于营养物质和空间等条件有限,酵母菌的种群增长曲线呈“S”型。该实验中,计数酵母菌时应该选用显微镜计数法。酵母菌的呼吸场所一直在细胞内。4.图Z2-2-5为种群数量变化曲线图。请分析下列叙述错误的是(　　)。 图Z2-2-5 A.种群的“J”型曲线只有在理想条件下才能出现,如食物充足、空间无限、气候适宜、没有敌害等B.种群呈“S”型增长的过程中,在达到K值之前呈“J”型增长C.环境条件变化时,种群的K值也会发生变化D.防治鼠害应在A点进行答案:B5.下列有关影响种群数量变化因素的分析,错误的是(　　)。A.密度制约因素和非密度制约因素都是通过影响种群的出生率、死亡率或迁入率、迁出率来影响种群数量的B.环境保持相对稳定的情况下,密度制约因素一般使种群数量呈现有规则的波动C.非密度制约因素能直接通过反馈调节维持种群数量D.生物种群数量不规则的变动往往是由干旱、降雪等气候因素引起的答案:C解析:非密度制约因素本身对种群数量没有反馈作用。合作探究·释疑解惑【问题引领】 1.种群的“J”型曲线的增长速率如何变化?“S”型曲线的增长速率什么时候最大?提示:种群的“J”型曲线的增长速率逐渐增加,“S”型曲线的增长速率K/2时最大。2.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:从环境容纳量的角度思考,可以采取降低有害动物种群的环境容纳量的措施,如封锁粮食、清除生活垃圾;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,等等。【归纳提升】 1.种群数量增长的“J”型曲线和“S”型曲线的比较 2.K值的变化 图Z2-2-6(1)K值不是一成不变的:K值会随着环境的改变而发生变化,当环境遭到破坏时,K值会下降;当环境状况改善时,K值会上升。(2)在环境不遭受破坏的情况下,种群数量会围绕K值上下波动。当种群数量偏离K值时,可通过负反馈调节使种群数量回到K值附近。(3)K值并不是种群数量的最大值:K值是环境容纳量,即在有限环境下环境条件所允许的种群数量的最大值;种群数量所达到的最大值会超过K值,但这个值存在的时间很短。3.K值与K/2在实践中的应用 【典型例题】 图Z2-2-7为某种群数量增长的“J”型曲线和“S”型曲线。若不考虑迁入和迁出,下列有关叙述错误的是(　　)。图Z2-2-7 A.改善空间和资源条件可使K值提高B.BC段种群增长速率逐渐下降,出生率小于死亡率C.BC段其天敌捕食的成功率增加D.比较曲线a与曲线b可知,在自然状态下种群无法超出理想状态下的增长率答案:B解析:在BC段,随种群密度的增加,种内斗争加剧,天敌增多,死亡率逐渐上升,但出生率仍然大于死亡率;种群增长速率虽然逐渐下降,但种群数量仍在不断增多。题图中曲线b显示在自然状态下种群无法超出理想状态下的增长率。改善空间和资源条件可使K值提高。【变式训练】 1.在有限环境下,种群数量有一个环境条件所允许的最大值,称为环境容纳量,记作K。下列有关K值的描述,正确的是(　　)。A.K值一旦确定,就不会再改变B.地震使大熊猫栖息地遭到破坏,其K值将减小C.在“J”型曲线和“S”型曲线中都存在K值D.某种群的种群数量达到K值后,其数量将保持在K值不变答案:B解析:K值即环境容纳量,当环境发生变化时,K值也变化,若环境条件改善,K值变大;若环境条件遭到破坏,K值变小,A项错误。地震使大熊猫栖息地遭到破坏,不利于大熊猫生存,K值变小,B项正确。“J”型曲线不存在K值,“S”型曲线存在K值,C项错误。某种群的种群数量达到K值后,其数量将在K值附近上下波动,D项错误。2.(不定项选择题)图Z2-2-8表示种群在理想条件下呈“J”型增长,在有环境阻力条件下呈“S”型增长。下列关于种群在某环境中增长曲线的叙述,错误的是(　　)。图Z2-2-8 A.种群数量达到E点后不再发生变化B.种群增长过程中出现环境阻力是在C点之后C.图中阴影部分表示克服环境阻力生存下来的个体数量D.呈“S”型曲线增长的蝗虫,其数量也可能超过K值答案:ABC【问题引领】 为什么生物种群数量有时呈现有规则的波动,有时却呈现不规则的变动?提示:影响生物种群数量的因素有食物、流行性疾病等密度制约因素和气候等非密度制约因素。密度制约因素有反馈调节,使种群数量呈现有规则的波动;非密度制约因素不存在反馈调节,种群数量往往呈现不规则的变动。【归纳提升】 1.密度制约因素(1)与密度大小有关的因素①传染病在密度大的种群中更容易传播,因而对种群数量的影响就大;反之,在密度小的种群中影响就小。②密度大的种群中竞争强度比较大,对种群数量的影响也较大;反之就较小。(2)密度制约因素的反馈调节生物种群的相对稳定和有规则的波动与密度制约因素的作用有关。当种群数量超过环境容纳量时,密度制约因素对种群的作用增强,种群的死亡率升高,种群数量逐步降低到环境容纳量以下。当种群数量低于环境容纳量时,密度制约因素作用减弱,种群数量增长。例如:①旅鼠过多时,在草原上大面积地吃草,草原植被遭到破坏,导致食物缺乏(加上其他因素,如生殖力降低,容易暴露给天敌等),旅鼠种群数量减少,但数量减少后,植被又逐渐恢复,旅鼠的数量也随之恢复。②生殖力受密度的影响。池塘内的椎实螺在低密度时产卵多,高密度时产卵少。大山雀每窝产卵数随密度的升高或降低而减少或增多,这个效果也可能由密度高时食物缺乏或某些其他因素的作用引起。③抑制物的分泌。多种生物有分泌抑制物调节种群密度的能力。蝌蚪密度高时能产生一种毒素,限制蝌蚪的生长,或增加蝌蚪死亡率。在植物中,桉树有自毒现象,密度高时能自行减少其数量。细菌也有类似的情况,繁殖过多时它们的代谢产物就会限制数量的再增加;密度降低时,这些代谢产物少,就不足以起抑制作用,因而数量又能上升。④疾病、寄生生物等是限制高密度种群的重要因素。种群密度越高,传染病、寄生虫病越容易蔓延,个体死亡越多,种群密度降低;种群密度低,疾病不容易传染,种群密度逐渐恢复。2.非密度制约因素(1)作用强度和种群密度无关像雨水、干旱、降雪等气候因素都会对种群数量产生影响,但这些因素作用的强弱与种群密度是无关的。(2)非密度制约因素对种群数量的作用一般总是直接且显著的例如,我国历史上屡有记载的蝗灾主要是由东亚飞蝗引起的。引起蝗灾发生的一个物理因素是干旱。东亚飞蝗喜在坚实的土地中产卵,如果雨水过多,虫卵会因水淹或因霉菌感染而大量死亡,因而不易形成蝗灾,而气候干旱的环境条件则能使蝗虫种群数量迅速增加,所以连年干旱常同时伴随蝗灾。(3)与密度制约因素的关系①非密度制约因素本身对种群数量没有反馈作用,但可以通过密度制约因素的反馈机制来调节种群数量。例如,当某些非密度制约因素发生巨大变化(如大旱、大寒)或因人的活动(如使用杀虫剂)而使种群数量大幅度下降时,食物等密度制约因素就不再对种群数量起限制作用,此时种群的出生率升高、死亡率降低,种群数量会逐步恢复到原来的水平。②密度制约因素和非密度制约因素都是通过影响种群的出生率、死亡率或迁入率、迁出率来影响种群数量的。【典型例题】 某岛屿上生活着一种动物,该动物个体从出生到性成熟需要6个月。图Z2-2-9为某年该动物种群在不同月份的年龄结构(每月最后一天统计种群各年龄组个体数)。下列关于该种群的叙述,正确的是(　 )。图Z2-2-9 A.9月份该种群出生率一定不是0B.这段时间内,该种群的数量一定保持相对稳定C.该种群数量受气候、食物等非密度制约因素的影响D.种群密度越大,传染病对该种群数量增长的抑制作用越强答案:D解析:由题图可知,未成熟个体的数量从2月到6月逐渐增多,从6月底到12月逐渐减少至0,而该动物个体从出生到性成熟需要6个月,因此该种群出生时间大约为2月到6月,到12月都性成熟,因此7~12月份种群出生率可能为0,A项错误。依据曲线图所呈现的种群的年龄结构随季节的变化而变化可推知,该种群的数量从2月到6月逐渐增多,从6月到12月逐渐减少,B项错误。食物是密度制约因素,C项错误。病原微生物的致病力和传播速度是随着种群密度的增加而增大的,种群密度越大,抑制增长的作用力就越强,D项正确。【变式训练】 1.种群密度是种群最基本的数量特征。下列叙述错误的是(　　)。A.种群的“S”型增长是受资源等因素限制而呈现的结果B.某林场中繁殖力极强的老鼠种群数量的增长会受到自身密度的制约C.鱼塘中某种鱼的养殖密度不同时,单位水体中该种鱼的产量有可能相同D.培养瓶中细菌种群数量达到K值前,自身密度对其增长的制约逐渐减弱答案:D解析:当空间、资源有限时,种群呈“S”型增长,A项正确。林场空间、资源有限,老鼠种群的增长会由于自身密度增加而逐渐减慢,B项正确。鱼塘中某种鱼的养殖密度不同时,由于鱼的大小不同等因素,单位水体中该种鱼的产量有可能相同,C项正确。培养瓶中细菌种群数量达到K值前,自身密度对其增长的制约逐渐增强,D项错误。2.(不定项选择题)20世纪初,人们将驼鹿引入某个孤岛。该种群从1915年到1960年的数量变化情况如下表所示。下列分析正确的是(　　)。A.岛上驼鹿的种群数量主要由出生率和死亡率决定B.驼鹿种群在1917—1921年增长率最大C.1930—1934年驼鹿的种群数量急剧下降,最可能的原因是天敌数量增加D.岛上驼鹿种群的K值是可以变化的答案:ABD【问题引领】 影响酵母菌种群数量变化的因素有哪些?血细胞计数板中一个计数室的边长是1 mm,深度为0.1 mm,一个计数室的体积是多少?若计数室内酵母菌的数量过多,应如何进行计数?提示:培养基(培养液)中营养物质的浓度、酵母菌的起始数量、培养的条件、pH的改变、有害代谢产物的积累、酵母菌的种群密度等都会影响酵母菌种群数量的变化。计数室的体积是0.1 mm3。若计数室内酵母菌的数量过多,应将酵母菌培养液稀释,记下稀释倍数,然后再用血细胞计数板进行计数。【归纳提升】 实验注意事项(1)本实验不需要设置对照实验,因不同时间取样已形成对照;需要做重复实验,目的是尽量减小误差,需对每个样品计数三次,取其平均值。(2)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,减小误差。(3)制片时,在血细胞计数板的计数区盖上一块盖玻片,用滴管吸取少许酵母菌悬液,滴于盖玻片边缘与血细胞计数板中间平台的缝隙处,让液体自行缓慢渗入,一次性充满计数室,防止产生气泡。(4)制好装片后,应静置片刻,待酵母菌全部沉降到计数室底部,再用显微镜进行观察计数。(5)显微镜计数时,如果酵母菌体位于中格的双线上,计数时则数上线不数下线,数左线不数右线。(6)如果一个方格内酵母菌的数量过多,难以数清,应当稀释培养液重新计数,以每个方格内含有4~5个酵母菌细胞为宜。稀释培养液时要进行定量稀释,便于计算。(7)每小时取一次样进行计数,直至确定试管内酵母菌种群数量基本稳定时结束实验观察。【典型例题】 为探究酵母菌种群数量的动态变化,某同学进行了如下操作,其中错误的是(　　)。A.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B.将培养液振荡摇匀后,用滴管从锥形瓶中吸取一定量的培养液C.在血细胞计数板中央滴一滴培养液,盖上盖玻片,并用滤纸吸去边缘多余培养液D.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答案:C解析:在进行“探究酵母菌种群数量的动态变化”实验时,在血细胞计数板的计数区盖上一块盖玻片,用滴管吸取少许酵母菌悬液,滴于盖玻片边缘与血细胞计数板中间平台的缝隙处,让液体自行缓慢渗入,一次性充满计数室。【变式训练】 1.某同学在进行“探究酵母菌种群数量的动态变化”实验中,根据实验结果绘制出了如图Z2-2-10所示的酵母菌种群数量变化曲线图。下列有关分析错误的是(　　)。A.在酵母菌种群数量增长的不同阶段,可能具有相同的增长速率B.当种群数量达到K值时,其年龄结构为稳定型C.DE段种群的增长速率为负值,其主要原因是缺乏营养物质D.本实验中不存在对照组,酵母菌个体数常用抽样检测法获得答案:D图Z2-2-10 2.(不定项选择题)下列关于“探究酵母菌种群数量的动态变化”实验操作的叙述,错误的是(　　)。A.对于位于中格双线上的酵母菌,计数四条边上的菌数B.从瓶中吸出培养液进行计数之前,不必摇匀培养瓶中的培养液C.培养用具必须经过严格的灭菌处理,培养液则不需灭菌D.为了方便酵母菌计数,培养后期的培养液应先稀释后再计数答案:ABC解析:在“探究酵母菌种群数量的动态变化”实验中,计数时,如果酵母菌体位于中格的双线上,计数时则数上线不数下线,数左线不数右线。从瓶中吸出培养液进行计数之前,必须摇匀培养瓶中的培养液,使酵母菌均匀分布。培养用具必须经过严格的灭菌处理,培养液也需要用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。酵母菌的繁殖能力很强,培养后期酵母菌数量较多,为了方便酵母菌计数,应先将培养液稀释后再计数。素 养 提 升血细胞计数板及其使用方法(1)血细胞计数板图Z2-2-11①血细胞计数板(如图Z2-2-11所示)是一块特制的载玻片,其中央有两个计数室。②血细胞计数板有两种规格:一种是计数室划分为25个中格,每个中格又划分为16个小格;另一种是计数室划分为16个中格,每个中格又划分为25个小格。两种规格的计数室均有400个小格。大方格的边长为1 mm,面积为1 mm2,盖上盖玻片后,盖玻片和载玻片之间的高度为0.1 mm,所以计数室的体积为0.1 mm3。(2)计数方法①如果是25×16的计数板,一般选取计数室四个角及中央共5个中格(即80个小格)进行计数。②如果是16×25的计数板,要取左上、右上、左下、右下4个中格(即100个小格)进行计数。(3)计算方法①25×16的血细胞计数板:1 mL菌液中酵母菌数=5个中格的总菌数÷5×25÷10-4×稀释倍数。②16×25的血细胞计数板:1 mL菌液中酵母菌数=4个中格的总菌数÷4×16÷10-4×稀释倍数。A.25中格×16小格型计数板 B.16中格×25小格型计数板 图Z2-2-12 某小组在进行“探究酵母菌种群数量的动态变化”实验时,相同实验条件下分别在4支试管中进行培养(如下表所示),均获得了“S”型增长曲线。根据预测的实验结果,分析并回答下列问题。(1)4支试管内的种群在　　　　时增长最快,4支试管内的种群达到K值所用的时间顺序是　　　　　　　　,种群数量最先下降的试管是　　　　。 (2)图Z2-2-13为某研究性学习小组探究酵母菌种群数量变化的实验中,用血细胞计数板计数时,一个中格内的酵母菌分布情况。图Z2-2-13 估算培养液中酵母菌种群密度的常用方法为　　　　　　　　,若吸取酵母菌样液1 mL,并稀释100倍,采用血细胞计数板(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm,由400个小格组成)计数时结果如上图所示,若计数的中格酵母菌平均数为18个,则10 mL培养液中酵母菌总数为　　　　　　　　　　个。 答案:(1)K/2　Ⅲ>Ⅰ=Ⅱ>Ⅳ　Ⅳ(2)显微镜计数法　4.5×109解析:(1)当种群迁入一个新环境时,若环境适宜生存,由于起初种群数量不多,环境条件(食物、空间)优越,天敌少,环境阻力小,种群表现为增长速率加快。一段时间后,种群数量增多,环境阻力使种群增长速率减缓,种群表现为“S”型增长,在K/2时4支试管内的种群数量增长最快。K值是环境容纳量,达到K值的时间与环境阻力的大小呈正相关,因此4支试管内的种群达到K值的时间不同,Ⅳ号试管内的环境阻力最大,因此最先达到K值并积累有毒物质,导致种群数量最先开始下降,所以4支试管内的种群达到K值所用的时间顺序为Ⅲ>Ⅰ=Ⅱ>Ⅳ。(2)若吸取酵母菌样液1 mL并稀释100倍,采用血细胞计数板(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm,由400个小格组成)计数,由题意可知,每个中格有16个小格,共400÷16=25(个)中格,每个中格内酵母菌平均数为18个,则每个大方格中酵母菌总数为18×25=450(个)。每个大方格的体积为1 mm×1 mm ×0.1 mm=0.1 mm3=1×10-4(cm3),即1×10-4 mL,则稀释100倍之前的10 mL酵母菌样液中有酵母菌450÷10-4×100×10=4.5×109(个)。课 堂 小 结本 课 结 束