1.2 种群的数量变化-2024-2025学年高二生物同步高效教学课件（人教版2019选择性必修2）

1.2 种群的数量变化 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20 min就通过分裂繁殖一代。 1.第n代细茵数量的计算公式是什么？ 2.72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ 设细菌初始数量为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。 细菌繁殖产生的后代数量 2216个 问题探讨： 3.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。 数学模型: 表现形式: 用来描述一个系统或它的性质的数学形式 数学方程式法 坐标曲线图法 以P65问题探讨中细菌数量变化为例——建模步骤： 观察研究对象，提出问题 细胞每20min分裂一次,n代后计数？ 提出合理的假设 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 根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达 数学方程式法： 坐标曲线法： Nn＝２n 通过进一步的实验或观察等，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 建立数学模型 （理想条件） （优缺点：更直观，不够精确） （优缺点：更精确，不够直观） 科学方法： 建立数学模型 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？ 不会。因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。 以上数学模型的建构假设是理想条件（资源和生存空间没有限制），在自然界中，有没有这种类型的增长呢？ 3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？ 1.这些资料中种群增长有什么共同点? 2.种群出现这种增长的原因是什么？ 种群数量增长迅猛,且呈无限增长趋势。 食物充足，缺少天敌等 不能，因食物和空间有限 讨论: 二.种群数量的“J”形增长 （1）种群数量增长模型 （2）形成原因： 充裕、气候适宜、 天敌和其他竞争物种 理想条件 食物和空间 没有 如：① 一个种群刚迁入到一个新的适宜的环境中 ② 实验室条件下 思考1、该曲线的起点是不是原点？ （N0≠0） Nt＝N0λt N0： t： Nt： λ： 种群起始数量 时间 t年后种群的数量（第t+1年） 该种群数量是一年前种群数量的倍数 （3）数学公式： 2、λ是不是增长率？ 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？ 对“λ”的理解： 二.种群数量的“J”形增长 1-4年，种群数量呈___形增长 4-5年，种群数量__________ 5-9年，种群数量__________ 9-10年，种群数量_______ 10-11年，种群数量_____________ 11-13年，种群数量____________________________ 前9年，种群数量第_______年达到最高 9-13年，种群数量第______年最低 “J” 增长 相对稳定 下降 下降 11-12年下降，12-13年增长 5 12 例1.据图说出种群数量如何变化？ 二.种群数量的“J”形增长 凤眼莲（俗称水浮莲、水葫芦）原产于南美，1901年作为花卉引入中国。由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌，我国目前有184万吨。它对其生活的水面采取了野蛮的封锁策略，挡住阳光，导致水下植物得不到足够光照而死亡降低光线对水体的穿透力，增加水体二氧化碳浓度，抑制或影响其他物种的生长，破坏生物多样性，极易造成该地区生态恶化、物种单一。 。 （4）实例 二.种群数量的“J”形增长 外来入侵物种紫茎泽兰 在中国外来入侵物种中名列第一位的紫茎泽兰，原产美洲的墨西哥至哥斯达黎加一带，大约20世纪40年代，紫茎泽兰由中缅边境传入中国云南南部。现在，云南80%面积的土地都有紫茎泽兰分布，对当地生物多样性造成了严重破坏。 11 增长率＝λ-1 （λ>1，且不变） ＝ ×100％ 增长率 ＝ 末数－初数 Nt－Nt-1 Nt-1 初数 （增长率>0，且不变） 种群增长率不受种群密度制约，增长率保持不变 。 =（λ-1）×100％ Nt＝N0λt (5)增长率 ：单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例 二.种群数量的“J”形增长 （λ>1，且不变） （6）增长速率：单位时间内增加的个体数量。 ＝ 增长速率＝ 末数－初数 单位时间 Nt－Nt-1(个) t(年) 实质就是“J”形曲线的斜率！ Nt＝N0λt 二.种群数量的“J”形增长 【实例分析】生态学家高斯的实验：把5个大草履虫置于0.5mL的培养液中，不更换到更大容器中，不添加新的培养液，连续观察、记录，第5天后基本维持375个左右，结果如下表： 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： 373 369 20 319 137 375 在自然条件下，种群的增长形式又是怎样的呢？ 三、种群的“S”形增长 14 ab段： 种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢；调整期 资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速；加速期 资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加剧，出生率降低，死亡率升高，种群增长减缓；减速期 种群数量为K/2，种群增长速率达到最大；转折期 “S”形增长曲线图详细解读： bc段： c点： de段： cd段： 出生率约等于死亡率，种群增长速率几乎为0，种群数量达到K值，且维持相对稳定。饱和期 （1）AB 段：出生率 死亡率，种群数量增加。 （2）B点（K/2）：出生率与死亡率差值 ，种群增长速率 。 （3）BC段：出生率仍 死亡率，但差值在减小，种群增长速率 。 （4）C点（K值）：出生率 死亡率，种群增长速率为 ，种群数量达到 ，趋于稳定。此时，种内斗争 . A B C 大于 最大 最大 大于 下降 等于 0 最大（K 值） 三、种群的“S”形增长 最剧烈 导学案P7探讨点一、1 16 1.种群数量增长模型 2.形成原因： 有限、存在 , 种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定。 食物、空间 天敌、种内斗争 环境阻力 3.曲线特点： （1）种群数量达到K/2值时，增长速率最大 （2）种群数量达到环境容纳量（即K值）后，将停止增长，并在K值左右保持相对稳定 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 环境阻力 在生存斗争中被淘汰的个体数量 4.增长速率 ①增长速率先增大后减小，最后为0。 ②当种群数量为k/2时，增长速率达到最大。 实质就是“S”型曲线的斜率 三、种群的“S”形增长 增长率=出生率-死亡率=0 5.增长率 增长率受种群密度制约，密度越大，增长率越小。 随时间的推移，环境阻力越来越大，增长率越来越小直至为0 K 增长率 ≠ 增长速率: 增长速率＝ Nt－No(个) T(年) ×100％ 增长率＝ Nt－No No ①“J”型曲线反映的种群增长率是一定的，而增长速率逐渐增加; ②“S”型曲线反映的种群增长率逐渐降低,而种群增长速率是先逐渐增大后逐渐减小的。 三、种群的“S”形增长 讨论：请找出关于“S”形曲线图中的K值、K/2值对应的点 K值 K/2值时 K值时 种群增长速率 出生量 死亡量 出生量或死亡量 “J”形曲线 “S”形曲线 前提条件 增长模型 有无K值 种群增长率 种群增长速率 理想条件 存在环境阻力 比较种群增长两种曲线的联系与区别 无，持续保持增长 有K值 保持稳定 先增加后下降 有最大值 逐渐下降 逐渐增加无上限 20 1.K 值 （是/不是）种群数量的最大值 2.请据图分析：该种群的K 值为 。 同一种群的K 值是固定不变的吗？ 同一种群的K 值不是固定不变的，会受到环境因素的影响。 K2 生物自身的遗传特性和食物、栖息场所、天敌及其他生存条件均会影响动物的环境容纳量。 不是 K值是种群在一定环境条件下所能维持（允许达到）的种群最大数量，在环境条件没有变化的情况下，种群数量在K值上下波动，动态平衡。 【思维拓展】 导学案P7探讨点一、2 三、种群的“S”形增长 （6）K值与K/2值在实践中的应用: ①对野生生物资源和濒危物种的保护: 建立自然保护区： 提高环境容纳量 ②对野生生物资源的利用:（合理开发利用） 渔业捕捞应在 ; 捕捞后鱼的种群数量维持在 。 K/2以后 K/2 三、种群的“S”形增长 思考：1、捕鱼后数量为什么保留在K/2值处？ 2、最大捕捞量=最大日捕获量吗？ 1、因为捕鱼后保留在K/2值处，种群增长速率最大，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，符合可持续发展的原则。 A.要持续获得最大捕捞量: K/2之后捕捞，捕捞后 维持在K/2。 B.要获得最大日捕获量: 应在种群密度最大时捕捞(de期即K值时)到0。 2、最大捕捞量≠最大日捕获量 思考：1、捕鱼后数量为什么保留在K/2值处？ 2、最大捕捞量=最大日捕获量吗？ ③对有害生物防治: 在 捕杀。越早越好！ K/2前 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 硬化地面 ①对野生生物资源和濒危物种的保护。 ②对野生生物资源的利用（合理开发利用）。 24 【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 四.影响种群数量变化的因素 (1)大多数生物的种群数量总是在　 　中。处于　 　状态的种群，在 某些特定条件下可能出现种群　 　。 (2)当种群长久处于不利条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的　　。 (3)当一个种群的数量过少，种群可能会由于　　　　等原因而______ 　　。 波动 波动 爆发 下降 近亲繁殖 衰退、 消亡 种群数量的波动 讨论：“S”形曲线中，有一段时期近似于“J”形曲线，这一段是否等同于“J”形曲线？为什么？ 不等同， 已经存在环境阻力。 【总结】种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系 （1）某种群生活在一个较理想的环境中，则此种群数量增长的曲线是 。 （2）如果此种群生活在一个有限制的自然环境中，种群的个体数量增长的曲线可能是 。 （3）图中两曲线间的阴影部分代表 ，按自然选择学说，就表示在生存斗争中被 的个体数量。 “S”形 “J”形 环境阻力 淘汰 食物不足 空间有限 种内斗争 天敌捕食 气候、传染病等 环境阻力 导学案P7探讨点一、3 例2.图1表示某种群数量变化的相关曲线图,图2是在理想环境和自然条件下的种群数量增长曲线。下列有关叙述错误的是 (　　) A.图2中曲线X可表示图1中前5年种群数量的增长情况 B.图1中第10年种群数量对应图2中曲线Y上的C点 C.图2中B点时种群增长速率最大 D.图1中第15年种群数量最少 D 例3.（1）如图是某养殖鱼类种群的有关曲线．以下分析错误的是（　　） A．图1、2、3都可以表示该种群在自然环境条件下的增长规律 B．b、c、f点种群都达到了环境容纳量 C．a点和e点的增长速率与c点对应 D．b、d点捕捞可获得最大日捕获量 E . 建立自然保护区，改善其栖息环境，可使图1的K值提高 B （2）如图是某养殖鱼类种群的有关曲线．以下分析错误的是（　　） A．图1表示该种群数量的增长可能受其本身密度增加的制约 B．图2表示的种群增长规律可以用于指导渔业捕捞等 C．渔业捕捞时，为保证持续获得高产量应使捕捞后的剩余量维持在a点对应的种群数量 D．a点之前的种群数量的增长不受环境阻力影响 D K/2之后捕捞， 捕捞后维持在K/2 A．根据“J”型增长曲线的数学模型Nt=N0•λt可知，种群呈“J”型增长时其增长速率不能用图2表示 B．灭鼠时如果仅杀死一半的鼠，效果可能适得其反 C．“涸泽而渔”会使鱼的数量下降到a点对应的种群数量以下，不利于长远的发展 D .外来物种入侵，种群的数量一定呈“J”型增长 D （3）如图是某养殖鱼类种群的有关曲线．以下分析错误的是（　　） K/2之后捕捞，捕捞后维持在K/2 (4)（多选）如图是某养殖鱼类种群的有关曲线，以下分析错误的是（ 　） A．图2的c点后，种群速率减小的原因有天敌、资源和空间等 B．资源量是该种群数量最主要的内源性调节因素 C．根据某生物的种群密度即可反映该生物种群数量的变化趋势 D .在“J”型曲线增长中，每年增加的个体数始终不变 B C D 增长率不变 (1)在理想条件下,影响种群数量增长的因素主要是环境容纳量。（ ） (2)在相对稳定的生态系统中，种群数量在K值上下波动，主要是由气候、食物、天敌等因素调节的。（ ） (3)不同种生物的K值各不相同,但同种生物的K值固定不变。（ ） (4)种群数量的变化就是种群数量的增长和波动。（ ） (5)在“S”形增长曲线中，当种群数量超过K/2后,种群增长速率减慢,其对应的年龄结构为衰退型。（ ） (6)“J”形增长曲线的增长率是一定的,而增长速率逐渐增大。（ ） 判断： × √ × × √ × (1)增大熊猫自然保护区的面积可提高环境容纳量。(2021·湖北卷) ( ) (2)种群的“S”形增长是受资源因素限制而呈现的结果。(2020·全国卷Ⅰ) ( ) (3)鱼塘中某种鱼的养殖密度不同时，单位水体该鱼的产量有可能相同。(2018·全国卷Ⅰ) ( ) (4)培养瓶中细菌种群数量达到K值前，密度对其增长的制约逐渐减弱。 (2018·全国卷Ⅰ) ( ) 提示　种群数量越接近K值，种群密度越大，对其增长的制约越强。 1.【考点速览·诊断】 √ √ √ × 2.【情境推理·探究】 1.酿酒和做面包都需要酵母菌，当酵母菌数量为________时，最适宜分离获得菌种；K值之后，种群数量减少的原因主要是__________________________ __________________________________________________ K/2 代谢产物的积累导致酵母菌繁 殖受影响(或答“营养物质的消耗”或“pH改变”)。 2.如图是某自然区域中甲、乙两个种群的数量比随时间变化的曲线图。据图分析以下问题： (1)0～t2，甲、乙两种群的数量均呈“S”形曲线增长吗？ 其理由是____________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ______________________________。 在有限的环境条件下，乙种群最终呈现“S”形增长，随时间的推 移，甲、乙数量的比先增加后减少，最后在t2时刻降为零，说明甲种生物的数量先增加后减少，最终被淘汰 (2)t1时刻，甲、乙两种群的死亡率相同吗？其理由是_________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________。 不相同。t1时刻，甲、乙两种群的数量比为1，但是0～t1时间段内，甲种群的数量在不断增加，而乙种群在此时间段内的竞争中受到抑制，因此甲种群的死亡率较低，而乙种群的死亡率较高，故二者死亡率不同 3.自2002年起， 人们在某自然保护区的实验区实施湿地生态修复工程。生态修复之前，某区域中分布着部分农田，退耕还湿前后，该区域中田鼠的数量变化如图所示。 图中的数值M代表的生物学含义是什么？推测数值N较小的原因可能是什么？ 提示　生态修复前(或2002年前)该区域田鼠的环境容纳量；生态修复后，田鼠的食物减少，天敌增多，栖息环境缩小等。 B 1.(2020·山东卷)为研究甲、乙两种藻的竞争关系，在相同条件下对二者进行混合培养和单独培养，结果如下图所示。下列说法错误的是(　　) A.单独培养条件下，甲藻数量约为1.0×106个时种群增长最快 B.混合培养时，种间竞争是导致甲藻种群数量在10～12天增长缓慢的主要原因 C.单独培养时乙藻种群数量呈“S”形增长 D.混合培养对乙藻的影响较大 解析　由图可知，单独培养条件下，甲藻种群的环境容纳量(K值)为2.0×106个，在K/2(1.0 ×106个)时种群增长最快，A正确；混合培养时，在10～12天甲藻种群数量接近K值，而乙藻种群数量接近0，此时导致甲藻种群数量增长缓慢的主要因素是种内竞争，B错误；由图中曲线可知，乙藻单独培养时种群数量呈“S”形增长，C正确；图中混合培养时，甲、乙两种藻起始数量相同，到10～12天时甲藻数量接近环境容纳量，而乙藻接近灭绝，可知混合培养对乙藻的影响较大，D正确。 2.(2023·河北保定调研)下列关于图中曲线的叙述，错误的是(　　) D A.t0～t1之间种群数量小于K/2时，由于资源和空间相对充裕，出生率大于死亡率，种群数量增长较快 B.t1～t2之间，由于资源和空间有限，当种群密度增大时，种内竞争加剧，天敌数量增加，种群增长速率下降 C.t2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 D.在t1时控制有害生物最有效 解析　t0～t1之间种群数量小于K/2，由于资源和空间相对充裕，出生率大于死亡率，且二者的差值逐渐加大，种群增长速率不断增加，因此种群数量增长较快，A正确；t1～t2之间，由于资源和空间有限，随着种群密度增大，种内竞争不断加剧，天敌数量也在增加，虽然出生率大于死亡率，但二者的差值逐渐减小，所以种群增长速率下降，B正确；在t1时种群数量为K/2，种群增长速率最大，因此若在t1时进行有害生物防治，很难将有害生物控制在较低水平，D错误。 考点2 习题检测 C 4.(2023·广东东莞调研)如图是某种群数量增长的曲线， 下列有关叙述错误的是(　　) A.该种群数量增长方式是“S”形， 达到K值后其数量也是波动的 B.限制种群数量增长的环境因素有食物、空间和天敌等 C.若该种群是鱼塘中的某种鱼，则在种群数量为K/2时捕捉，最有利于持续获得最大的年捕获量 D.若该种群是森林中的一种鸟，调查其种群数量时也要统计雏鸟的数量 解析　由图示可知，该种群数量增长符合“S”形曲线，达到K值后其数量在K值上下波动，A正确；限制种群数量增长的环境因素有食物、空间和天敌等，B正确；要想持续获得最大的年捕获量，应在种群数量大于K/2时捕捉，且保持捕捉后种群数量维持在K/2左右，C错误；调查种群数量时也要统计雏鸟的数量，D正确。 考点2 习题检测 一、概念检测 1.在自然界，种群数量的增长既是有规律的， 又是复杂多样的。判断下列相关表述是否正确。 （1）将一种生物引入一个新环境中，在一定时期内，这个生物种群就会出现“J”形增长。（ ） （2）种群的“S”形增长只适用于草履虫等单细胞生物。 （ ） （3）由于环境容纳量是有限的，种群增长到—定数量就会保持稳定。（ ） 练习与应用 × × × 2.对一个生物种群来说，环境容纳量取决于环境条件。据此判断下列表述正确的是 （ ） A.对甲乙两地的蝮蛇种群来说，环境容纳量是相同的 B.对生活在冻原的旅鼠来说，不同年份的环境容纳量是不同的 C.当种群数量接近环境容纳量时，死亡率会升高，出生率不变 D.对生活在同一个湖泊中的鲢鱼和鲤鱼来说，环境容纳量是相同的 B 练习与应用 二、拓展应用 1.种群的“J”形增长和“S”形增长，分别会在什么条件下出现？你能举出教材以外的例子 加以说明吗？ 【答案】在食物充足、空间广阔、气候适宜、没有天敌等优越条件下，种群可能会呈“J”形增长。例如，澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马种群进行过长达14年的研究，发现在环境条件较好的年份，它们的种群数量增长迅速，表现出季节性的“J”形增长。在有限的环境中，如果种群的初始密度很低，种群数量可能会出现迅速增长，随着种群密度的增加，种内竞争就会加剧，因此，种群数量增加到一定程度就会停止增长，这就是“S”形增长。例如，栅列藻、小球藻等低等植物的种群增长，常常具有“S”形增长的特点。 练习与应用 二、拓展应用 2.假设你承包了一个鱼塘，正在因投放多 少鱼苗而困惑：投放后密度过大，鱼竞争加剧, 死亡率会升高；投放后密度过小，水体的资源和 空间不能充分利用。怎样解决这个难题呢？请査 阅有关的书籍或网站。 练习与应用 【提示】同样大小的池塘，对不同种类的鱼来说，环境容纳量是不同的。可以根据欲养殖的鱼的种类，查阅相关资料或请教有经验的人，了解单位面积水面应放养的鱼的数量。 一、选择题 4.关于种群的增长，下列表述正确的是（ ） A.引入到新环境的种群，一定时间内都能呈“J”形增长 B.在环境条件变化的情况下，种群数量都会在K值附近波动 C.在环境条件不变的情况下，种群的增长都有在K值上下维持稳定的趋势 D.自然界的种群增长到一定程度都会在K 值保持稳定，因此，都呈“S”形增长 复习与提高 C 一、选择题 5.用酵母菌酿酒的主要阶段为：加料→接种→通气培养→密封发酵。从接种后到密封前这一阶段，酵母菌种群数量变化的曲线图为 （ ） 复习与提高 C $$