第1章 第2节 第1课时 建构种群增长模型的方法及种群数量的变化(课件PPT)-【精讲精练】2024-2025学年高中生物选择性必修2（人教版2019 单选）

第2节　种群数量的变化 第1课时　建构种群增长模型的 方法及种群数量的变化 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 课堂探究 重难突破 02 课前预习 自主落实 01 课后检测 知能达标 04 随堂巩固 基础夯实 03 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 01 课前预习 自主落实 栏目导航 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 数学形式 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 合理的假设 数学形式 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 直观 精确 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 理想 “J”形增长 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 食物 空间 适宜 天敌 Nt＝N0λt 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 起始数量 倍数 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 资源和空间 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 种内竞争 出生率 增加 死亡率 出生率=死亡率 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 “S” 环境容纳量 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 食物的减少 活动范围的缩小 K值 自然保护区 环境容纳量 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 × × √ × × 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 02 课堂探究 重难突破 栏目导航 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 0 逐渐增大 最大 逐渐减小 0 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 K2 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 03 随堂巩固 基础夯实 栏目导航 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 04 课后检测 知能达标 栏目导航 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 谢谢观看 栏目导航 第1章　种群及其动态 1 学习 目标 1.通过对细菌种群的增长曲线的分析，学会建构种群数量增长的数学模型。 科学思维 2.通过分析自然界种群增长的实例，概述“J”形曲线和“S”形曲线的成因和变化过程。 生命观念、 科学思维 3.阐明环境容纳量原理在实践中的应用。 社会责任 一、建构种群增长模型的方法 1．数学模型：用来描述一个系统或它的性质的____________。 2．建构方法和实例 3．表达形式 (1)数学方程式：科学、准确，但不够________。 (2)曲线图：直观，但不够________。 二、种群的“J”形增长 1．含义 ________条件下种群增长的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出的曲线来表示，曲线大致呈“J”形。这种类型的种群增长称为________________。 2．数学模型 (1)模型假设eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(________和________条件充裕,气候________,没有________和其他竞争物种等)) (2)数学模型：____________。 (3)各参数的含义 ①N0：该种群的____________； ②t：时间； ③Nt：t年后该种群的数量； ④λ：该种群数量是前一年种群数量的________。 三、种群的“S”形增长 1．条件：自然界中的______________总是有限的。 2．形成原因 3．曲线特点：呈__________形增长，种群数量达到环境条件所允许的______________(K值)后，将停止增长。 4．环境容纳量 (1)概念：又称K值，指一定的环境条件所能维持的种群最大数量。 (2)应用(以野生大熊猫为例) ①大熊猫锐减的重要原因 大熊猫栖息地遭到破坏后，由于____________和_________________，其________会变小。 ②保护措施 建立____________，改善它们的栖息环境，从而提高_____________，是保护大熊猫的根本措施。 2022年8月，河南省平顶山汝州市为捕捉中央公园云禅湖中的两条“怪鱼”——鳄雀鳝，组织了大量人力寻找这两条“怪鱼”，甚至不惜将湖中蓄存的大约20万立方的水全部抽干。鳄雀鳝很可能是作为观赏动物引入我国的，其生性凶残，在我国几乎没有天敌，对生态环境极具破坏力。结合所学知识判断： (1)“J”形曲线是发生在自然界中最为普遍的种群增长模式。( ) (2)种群数量达到K值以后，种群受食物、空间等因素的限制，增长速率为零，种群数量不再发生变化。( ) (3)对于“S”形增长曲线，同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。( ) (4)环境容纳量即为种群数量最大值。( ) (5)不同种生物的K值各不相同，但每种生物的K值不变。( ) 探究点一　建构某种细菌种群的增长模型 如下表是一个细菌在营养和生存空间不受限制的条件下，在不同时间产生后代的数量，据表回答有关问题： 时间/min 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 代数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量/个 20 2 4 8 16 32 64 128 256 512 (1)72 h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是_________个。 提示：2216 (2)第n代细菌数量的计算公式是____________________。 提示：设细菌初始数量为N0，第一次分裂产生的细菌数为第一代，数量为N0×2，第n代的细菌数量为Nn＝N0×2n。 (3)请根据表格信息，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。 提示： (4)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？分析其原因。 提示：不会；因为培养瓶中的营养物质和空间都是有限的。 1．建立种群数量变化的数学模型一般不需要(　　) A．观察研究对象，提出问题，作出合理的假设 B．根据实验数据，用适当的数学形式对种群数量变化进行表达 C．通过进一步实验或观察，对数学模型(公式或曲线)进行检验或修正 D．设置对照实验 解析　 建立种群数量变化的数学模型的步骤：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种群数量变化进行表达→通过进一步实验或观察对数学模型(公式或曲线)进行检验或修正。 答案　D 2．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(t个个体)接种到培养基上(资源、空间无限)，m小时后，理论上该种群的个体总数是(　　) A．t·2m　　 B．t·220　　 C．t·22m　　 D．t·23m 解析　在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，m小时细菌繁殖代数为3m，则种群的数量为t·23m，故选D。 答案　D 辨析“λ”与“增长率”的关系 (1)“λ”≠增长率 种群“J”形增长的数学模型：Nt＝N0λt中，λ代表某时段结束时种群数量为初始数量的倍数，不是增长率。 增长率＝(末数－初数)/初数×100%＝(N0λt＋1－N0λt)/N0λt×100%＝(λ－1)×100%。 (2)曲线分析 探究点二　种群的增长曲线 1．种群数量的“J”形增长规律 (1)请据图分析，种群数量变化符合数学公式：Nt＝N0λt时，种群增长曲线一定是“J”形吗？并说明理由。 提示：不一定是“J”形；当λ＜1时，种群数量减少；当λ＝1时，种群数量相对稳定；只有当λ＞1时，种群数量增多，曲线呈“J”形。 (2)已知增长率和增长速率分别为： 增长率＝(现有个体数－原有个体数)/原有个体数×100%(无单位)； 增长速率＝(现有个体数－原有个体数)/增长时间(有单位，如个/年)。 请根据“J”形增长数学公式，分别构建“J”形增长种群的增长率和增长速率的曲线模型。 提示：如图所示 2．种群数量的“S”形增长规律 (1)请结合“S”形增长曲线及其斜率变化，研究种群增长率和增长速率的变化规律。 ①种群数量eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(＝N0，增长速率为______,<K/2，增长速率____________,＝K/2，增长速率________,>K/2，增长速率____________,＝K，增长速率为______)) ②根据以上分析，分别构建“S”形增长种群的增长率和增长速率的曲线模型。 提示：如图所示 (2)同种生物的K值是固定不变的吗？哪些因素会影响动物种群的环境容纳量？ 提示：同种生物的K值不是固定不变的。环境因素、生物自身的遗传特性、食物、栖息场所、天敌及其他生存条件均会影响动物种群的环境容纳量。 (3)请据图分析：该种群的K值为______。 (4)如图体现了种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系，二者之间的阴影部分代表什么？ 提示：环境阻力(按照自然选择学说，它就是在生存斗争中被淘汰的个体数量)。 3．环境容纳量与现实生活 (1)你认为当今人口是否已达到K值？科技进步是否能够提高地球对人类的环境容纳量？有什么证据可以支持你的观点？ 提示：资源危机和能源紧缺说明当今人口已经接近或达到环境容纳量。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，因而可以提高地球对人类的环境容纳量。 (2)请参考类似案例，分析控制家鼠种群数量的思路和措施。 资料1　1976年科学家在某地区调查时，发现当年6—7月在该地采用0.2%氟乙酰胺喷雾灭鼠，当年鼠兔(高原鼠兔和中华鼢鼠)种群密度由58.66只/公顷剧降为1.88只/公顷。但4年后，种群密度恢复为165只/公顷。 ①以上资料中控制鼠兔数量的思路和相应具体措施是什么？该控制方法效果如何？ 提示：思路：增大死亡率；具体措施：药物毒杀。该控制方法效果不持久。 资料2 ②以上资料中控制害虫种群数量的思路和具体措施是什么？该控制方法效果如何？ 提示：思路：降低环境容纳量；具体措施：引进捕食者。该控制方法效果持久，降低有害生物环境容纳量是防治有害生物的根本措施。 ③请据以上分析，提出控制家鼠数量的思路和相应具体措施。 提示：a.思路：增大死亡率；具体措施：机械捕杀、药物毒杀等。b.思路：降低出生率；具体措施：施用避孕药、降低生殖率的激素等。c.思路：降低环境容纳量；具体措施：养殖家猫捕食家鼠、搞好环境卫生、硬化地面、安全储藏食物等。 1．种群“J”形增长和“S”形增长的比较 项目 “J”形增长 “S”形增长 前提条件 理想状态：①食物和空间条件充裕；②气候适宜；③没有天敌和其他竞争物种 自然状态：①资源和空间有限；②种群密度增大时，种内竞争加剧 增长模型 种群增长 率曲线 种群增长 速率曲线 特点 种群数量以恒定倍数连续增长，Nt＝N0λt 种群数量增长经历慢→快→慢，最终达到K值后基本保持稳定 有无K值 无 有 二者联系 2．“S”形曲线中K值与K/2值的分析 (1)种群数量达到K值后并不是一成不变的，而是围绕K值上下波动。 (2)K值并不是固定不变的。当生存环境发生改变时，K值也会相应改变。 (3)K值≠种群数量能达到的最大值。种群数量能达到的最大值是种群数量在某一时间点出现的最大值，这个值存在的时间很短，可以大于K值。 (4)K值的不同表示方法 图中A、B、C、D时刻所对应的种群数量为K，A′、C′、D′时刻所对应的种群数量为K/2。 3．(2024·南充月考)如图为某天鹅种群数量增长的“J”形曲线和“S”形曲线。若不考虑迁入和迁出，下列有关叙述不正确的是(　　) A．种群数量达K值以后，若环境条件改变，则K值也会发生改变 B．由于动物被捕后难以被重捕，所以用标记重捕法估算的种群数量比实际值更高 C．bc段种群增长速率逐渐下降，出生率小于死亡率 D．图中b点时，种群增长速率最快 解析　同一种生物的K值不是固定不变的，会受到环境的影响，当生物生存的环境改善，K值会上升，A正确；标记重捕法的计算公式为第一次捕获的个体数×第二次捕获的个体数÷第二次捕获的个体数中被标记的个体数目，由于动物被捕后难以被重捕，因而会导致第二次捕获的个体中被标记的个体数目偏小，因而导致用标记重捕法估算的种群数量比实际值更高，B正确；bc段种群增长速率逐渐下降至0，但种群数量在增加，所以出生率仍然大于死亡率，C错误；图中曲线Y为“S”形增长曲线，图中b点时，种群数量为K/2，此时的增长速率最快，D正确。 答案　C 4．在调查某林场松鼠的种群数量时，计算当年种群数量与前一年种群数量的比值(λ)，并得到如图所示的曲线。据此图分析得到的下列结论错误的是(　　) A．前4年该种群数量基本不变，第5年调查的年龄结构可能为衰退型 B．第4年到第8年间种群数量在下降，原因可能是食物的短缺和天敌增多 C．第8年时种群数量最少，第8年到第16年间种群数量增加，且呈“S”形增长 D．如果持续第16年到第20年间趋势，后期种群数量将呈“J”形增长 解析　前4年，λ＝1，说明种群增长率为0，种群数量保持不变，第5年λ<1，说明种群增长率为负值，种群数量下降，年龄结构可能为衰退型，A正确；影响种群数量的因素有气候、食物、天敌、传染病等，第4年到第8年间λ<1，种群数量在下降，原因可能是食物的短缺和天敌增多，B正确；第8年到第10年间λ<1，种群数量在下降，第10年时种群数量最少，“S”形增长的种群数量为先增加后基本不变，而第10年到第16年间种群数量持续增加，C错误；由图示曲线可知，如果持续第16年到第20年间趋势，后期种群数量将呈“J”形增长，D正确。 答案　C [课堂小结] [课堂巩固] 1．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。建构数学模型一般包括以下步骤。下列排序正确的是(　　) ①根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达　②观察研究对象，提出问题　③通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正 ④提出合理的假设 A．②④①③ B．②③④① C．④②①③ D．①②③④ 解析　数学模型的建构一般包括：②观察研究对象，提出问题；④提出合理的假设；①根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达；③通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正，A正确。 答案　A 2．(2023·威海高二期中)数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式，关于种群增长的数学模型有曲线图和数学方程式等形式。下列关于种群的“J”形增长曲线的叙述，错误的是(　　) A．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 B．“J”形增长曲线有K值，只是K值较大，图中没有表示出来 C．数学方程式模型可表达为t年后种群数量：Nt＝N0λt D．“J”形增长曲线模型中λ的含义为该种群数量是前一年种群数量的倍数 解析　“J”形增长的数学模型中没有K值，B错误。 答案　B 3．(2024·新课标卷)用一定量的液体培养基培养某种细菌，活细菌数随时间的变化趋势如图所示，其中Ⅰ～Ⅳ表示细菌种群增长的4个时期。下列叙述错误的是(　　) A．培养基中的细菌不能通过有丝分裂进行增殖 B．Ⅱ期细菌数量增长快，存在“J”形增长阶段 C．Ⅲ期细菌没有增殖和死亡，总数保持相对稳定 D．Ⅳ期细菌数量下降的主要原因有营养物质匮乏 解析　细菌的增殖方式一般为二分裂，有丝分裂是真核生物的增殖方式，培养基中的细菌不能通过有丝分裂进行增殖，A正确；Ⅱ期培养液中营养充足，细菌增长速率快，存在“J”形增长阶段，B正确；Ⅲ期细菌存在增殖和死亡，但该时期细菌的出生率与死亡率大致相同，细菌总体数量保持相对稳定，C错误；Ⅳ期由于营养物质匮乏、种内竞争较强等，细菌数量下降，D正确。 答案　C 4．科学家研究某区域田鼠的种群数量变化，得到该种群在数年内的出生率和死亡率的比值曲线如图所示。在不考虑迁入、迁出的情况下，下列说法正确的是(　　) A．a、b两点时对应的种群自然增长率相等 B．田鼠种群数量在b～c时期经历了先上升后下降 C．该田鼠种群增长为“S”形增长，c点时种群密度最小 D．从图中可知O～d时期田鼠种群数量出现了周期性波动 解析　a～b时期R一直大于1，说明田鼠种群数量在不断增加，因此b点时对应的田鼠种群数量大于a点，a、b两点R相等，但b点基数大，说明b点的自然增长率小于a点，A错误；在b～c时期R值先大于1再小于1，说明田鼠种群数量先增加后减少，B正确；c～d时期R值一直小于1，说明种群数量一直在减少，因此田鼠种群数量最小的点为d点，C错误；在O～d范围内，只能体现出一个变化过程，没有呈现出周期性波动，D错误。 答案　B 5．(2023·黑龙江高二期中)如图表示种群数量增长的两种曲线，据图回答下列问题： (1)种群最基本的数量特征是______________。若种群每年以λ倍按曲线X的方式增长，A为种群起始数量，则t年后该种群数量Nt可表示为________。图中阴影部分可以表示由于受到________________(写出两点即可)等条件的限制而死亡的个体。 (2)若曲线Y表示池塘中某鱼类种群的增长曲线，K值是环境容纳量，环境容纳量是指________________________________。C点后种群出生率和死亡率的大小关系是________。 (3)在理想条件下，种群的增长呈“J”形曲线，该曲线增长率的特点是________(填“不变”“越来越大”或“越来越小”)。 (4)夹河湿地曾是烟台城市周边最大的湿地生态系统。研究者在夹河湿地区域设置20个样地，在样地中利用________法进行植被数量调查，利用该方法调查时关键要做到________________。 解析　图中曲线X表示“J”形曲线，曲线Y表示“S”形曲线，两条曲线之间的阴影表示环境阻力或在环境阻力下被淘汰的个体。 (1)种群最基本的数量特征是种群密度。若种群每年以λ倍按曲线X的方式增长，A为种群起始数量，则t年后该种群数量Nt可表示为Aλt。图中阴影部分表示环境阻力，可以表示由于受到生存空间、食物、天敌等条件的限制而死亡的个体。 (2)环境容纳量是指在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所内维持的种群最大数量。C点后种群数量基本保持不变，此时出生率等于死亡率。 (3)“J”形曲线增长率不变，增长速率逐渐减小。 (4)植被不可运动，用样方法进行调查，该过程的关键在于调查时应做到随机调查。 答案　(1)种群密度　Aλt　生存空间、食物、天敌 (2)在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所内维持的种群最大数量　相等 (3)不变 (4)样方　随机调查 $$