1.2不同条件下种群的增长方式不同课件-2024-2025学年高二上学期生物浙科版选择性必修2

第一章 种群 第二节 不同条件下种群的增长方式不同 第1课时：探究果蝇种群的增长 【问题探讨】 细菌繁殖产生的后代数量 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，某种细菌每20min就通过分裂繁殖一代。 讨论1.第n代细菌数量的计算公式是什么？ Nn= N0×2n 假设细菌初始数量为N0 1 数学模型 用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 数学公式 曲线图 2 类型 数学公式 曲线图 Nn=N0 · 2n 精确 直观 回顾：高中生物中学习过哪些模型呢？ 模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性描述。 物理模型 数学模型 概念模型 研究种群的核心问题是种群数量的变化规律 不同条件下种群的增长方式不同，可通过建立数学模型对种群数量的变动进行研究。 那么，种群是如何增长的？研究种群的数量变化有何意义？ (1)学会培养果蝇的方法与技能。 (2)分析果蝇的数量变化,绘制果蝇增长的曲线图,学会 数学建模的方法。 2.探究问题 (1)不同环境条件下果蝇种群是以什么方式增长的? (2)果蝇种群的这种增长方式有何规律? 3、变量： 该活动为前后对照实验，观察4只果蝇的后代数量随时间的变化。 4、材料 ： 要求计数21天，获得这4只果蝇一个世代全部子代的数量变化。 1.目的要求 一、活动：探究果蝇种群的增长 5、培养瓶的制备： 注意棉花的用途及厚度。 6、培养条件： 温度20—25℃，湿度60-70% 7、果蝇麻醉： 乙醚有毒，麻醉时间不宜过长。若麻醉后的果蝇翅膀与身体呈45°角翘起，则表明麻醉过度，果蝇已经死亡。 8、果蝇计数 如果果蝇没有进入麻醉瓶，则需要将原培养瓶中的果蝇也进行计数。麻醉计数后放回原瓶继续培养。 吸收香蕉腐烂的汁液；为果蝇结蛹提供场所。 方法步骤 (1)取3个500 mL广口瓶,先在每个广口瓶底部铺一层厚约2 cm的棉花,然后放入大小相等且熟透了的半根香蕉、2只雌果蝇和2只雄果蝇,最后用双层纱布盖住瓶口,并用橡皮筋扎紧,作为果蝇培养瓶。 (2)将培养瓶置于温度适宜(20~25 ℃)的环境中培养。 (3)每天观察、记录培养瓶中果蝇个体数,持续3周。若培养瓶内的果蝇数量不易直接观察计数时,另取一洁净广口瓶作为果蝇的麻醉瓶,放入滴有1~2滴乙醚的棉花团,并将其与培养瓶的瓶口对接,轻拍培养瓶把果蝇赶入麻醉瓶。待果蝇麻醉后,将其全部倒在白纸上,用毛笔进行计数。计数结束后再将这些果蝇放回培养瓶中培养。 统计处理实验数据，绘制增长曲线图 讨论 1.分析果蝇种群增长曲线的特点及其形成的原因。 在自然界中，环境条件是有限的，因此，种群不可能按照“J”形曲线无限增长。此活动是研究果蝇种群在一个有限的环境中增长时，种群数量的变化，此曲线类似“S”形曲线。 资料1：1859年英国殖民者托马斯.奥斯汀，此公在英国时就是狂热的狩猎爱好者，于是他就委托自己的侄子从英国邮寄了一些野兔，放生了24 只野兔以满足狩猎的需求。一个世纪之后，澳大利亚野兔超过6 亿只。 资料2：20世纪30年代， 环颈雉引入某地小岛。5年间增长如图所示。 思考1：这两个资料中的种群增长有什么共同点？ 种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。 思考2：种群出现这种增长的原因是什么？ 食物充足，缺少天敌等。 思考3：这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？ 不能，因为资源和空间是有限的。 1．含义： 在 条件下，以 为横坐标， 为纵坐标，画出的种群增长曲线大致呈“ ”型。 理想 时间 种群数量 J 2．适用对象： ①实验室条件下； ②当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时 。 二、种群在无限环境条件下呈指数增长 3．“J”形增长的数学模型 （1）模型假设 理想条件 在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下， 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。 （2）建立模型： Nt=N0 λt N0 ：为起始数量； 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。 【问题探究1】对“λ”的理解： Nt＝N0λt 表达式中，λ表示种群数量是前一年种群数量的倍数，不是增长率。 项目 种群数量变化 年龄结构 λ>1     λ＝1     λ<1     增加 增长型 相对稳定 稳定型 减少 衰退型 只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。 【思考】当λ＞1时，种群一定呈“J”形增长吗？ A B C D 【例】研究人员连续10年调查生态系统中某动物的种群数量变化，绘制的λ值变化曲线如图所示。 A、B、C、D 四点时的种群数量相比， 最多的是 点；最少的是 点。 年龄结构 增长型 稳定型 衰退型 B D 稳定型 Nt＝N0λt 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。 （λ>1，且不变） λ-1 （λ-1）N0λt -1 （λ>1，且不变） Nt＝N0λt ① 1～4年，种群数量_______________ ② 4～5年，种群数量_______________ ③ 5～9年，种群数量_______________ ④ 9～10年，种群数量______________ ⑤ 10～11年，种群数量_____________ ⑥ 11～13年，种群数量_____________ 。 ⑦ 前9年，种群数量第_______年最高 ⑧ 9～13年，种群数量第______年最低 呈“J”形增长 增长 相对稳定 下降 下降 11～12下降， 5 12 3.据图说出种群数量如何变化 12～13增长 λ = 当年种群数量 前一年种群数量 时间/d 种群数量/个 K=375 时间 0 1 2 3 4 5 6 数量 5 20 137 319 369 375 373 请绘制大草履虫的种群增长曲线 373.3 369.0 20.4 319.0 137.2 375.0 资料3：生态学家高斯（G. F. Gause，1910—1986）曾经做过单独培养大草履虫的实验：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。经过反复实验，得出了如下数据表： 大草履虫的数量在第几天增长较快？ 第二天和第三天 为什么大草履虫种群没出现“J”形增长？ 随着大草履虫数量增多，对食物和空间的竞争逐渐激烈，导致出生率下降，死亡率升高。 这种类型的种群增长称为什么？ 种群的“S”形增长 第五天后大草履虫的数量出现什么变化？ 趋于稳定 (1)含义：种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“S”形。 (2)数学模型 ①模型假设 出生率=死亡率 2 种群的“S”形增长 ②建立模型 环境阻力 在生存斗争中被淘汰的个体数量 (3)环境容纳量：　　 环境所能　 　的种群 　　数量，又称K值。 长时期内 维持 最大 食物不足 空间有限 种内斗争 天敌捕食 气候、传染病等 任务三：种群“S”形增长曲线分析 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 ＝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___ 0 逐渐增大 最大 逐渐减小 0 (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。 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？ 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。 自然增长率=出生率-死亡率 3. 请据图分析：该种群的K值为_____。 K2 环境容纳量（K值），即在保证环境不被破坏前提下所能维持的种群最大数量； 在环境不遭到破坏的情况下，种群数量也会在K值附近上下波动； 种群所达到的最大值有时会超过K 值，但这个值存在的时间很短，因为环境已遭到破坏。 K值并不是种群数量的最大值 ②t1之前，种群数量小于K/2值，由于资源和空间相对充裕，种群增长速率逐渐增大； ③当种群数量为K/2值时，出生率远大于死亡率，种群增长速率达到最大值； ④t1～t2，由于资源和空间有限，当种群密度增大时，种内斗争加剧，天敌数量增加，种群增长速率逐渐下降； ⑤t2时，种群数量达到K 值，此时出生率等于死亡率，种群增长速率为0。 ①t0 时，种群数量N0，种群增长速率为0； 【问题探究4】K/2值的应用 ——“黄金开发点” A B C A B C ①对资源开发与利用的措施 ②对有害生物防治的措施 渔业资源最佳捕捞时期？ 刚超过1/2K时 何时防治？ 达到1/2K前 ——“防患于未然” 种群数量达环境容纳量的一半（K/2）时种群增长速率最大，再生能力最强，维持被开发资源的种群数量在K/2值处，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，从而不影响种群再生，符合可持续发展的原则。 控制种群数量，严防达到K/2值处（否则会导致该有害生物成灾）。 【总结】K值与K/2值的应用: K值 减小环境阻力 → 增大K值 → 保护野生生物资源 增大环境阻力 → 降低K值 → 防治有害生物 草原最大载畜量不超过K值 → 合理确定载畜量 K/2值 渔业捕捞后的种群数量要在K/2值处 K/2值前防治有害生物，严防达到K/2值处 (2)资料3　 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？ 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。 ？ 机械捕杀 施用激素 药物捕杀 施用避孕药 养殖或释放天敌 将食物储存在安全处 增大死亡率 降低环境 容纳量 搞好卫生 降低出生率 防治有害生物的根本措施 硬化地面 (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。 （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 （　 　） 判断常考语句，澄清易混易错 1．下图为种群数量增长曲线，不考虑迁入和迁出，下列有关叙述不正确的是 （　 　） A．种群的数量变化除了“J”形和“S”形增长，还有稳定、 波动和下降等 B．bc段种群增长速率逐渐下降，是因为出生率小于死亡率 C．自然状态下种群数量达到K 值时，种群的增长速率接近于0 D．当环境条件发生变化时，种群的K 值也会发生相应的变化 B 2．科学家对某荒原上的子午沙鼠种群数量进行连续多年的调查，获得如图所示信息。下列叙述正确的是 （　 ） A．第5年的子午沙鼠种群属于衰退型 B．第10年和第20年的子午沙鼠种群数量相同 C．第1～5年，子午沙鼠种群增长模型呈“S”形 D．第15～20年，子午沙鼠种群数量一直减少 D 3．种群在理想环境中，呈“J”形增长，如图中甲曲线；在有环境阻力条件下，呈“S”形增长，如图中乙曲线。下列有关种群增长曲线的叙述，正确的是 （　 　） A．若该图表示草履虫种群增长曲线，当种群数量达到e点后， 增长速率接近0 B．种群中出现环境阻力是在d点之后 C．若该图表示蝗虫种群增长曲线，则虫害的防治必须在c点进行 D．K 值是环境的最大容纳量，不随环境的变化而变化 A 1.如图为种群数量增长曲线，不考虑迁入和迁出，下列有关叙述不正确的是 A.种群的数量变化除了“J”形和“S”形增长，还有 　稳定、波动和下降等 B.bc段种群增长速率逐渐下降，是因为出生率小于死亡率 C.自然状态下种群数量达到K值时，种群的增长速率接近于0 D.当环境条件发生变化时，种群的K值也会发生相应的变化 √ bc段种群增长速率逐渐下降，但是种群的增长速率仍然大于零，出生率大于死亡率，B错误。 $$