1.2 种群数量的变化（课时1）-【省心备课】2024-2025学年高二生物同步教学精优课件（人教版2019选择性必修2）

1.2 种群数量的变化（1） 贺老师 第1章 种群及其动态 1 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。 问题探讨 细菌的分裂方式： 1、计算一个细菌产生的后代在不同时间的数量，并填入下表。 时间（min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分裂次数 0 数量（个） 1 2 4 8 16 32 64 128 256 1 2 3 4 5 6 7 8 9 512 二分裂 21 22 23 24 25 26 27 28 29 20 2、设细菌初始数量为N0，则第n代的数量表示为 。 Nn=N0·2n 2 4、根据表格，以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌种群的数量增长曲线。 时间(min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分裂次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量(个) 2 4 8 16 32 64 128 256 512 5、数学公式和曲线图表示的模型各有什么优劣性？ 优 局限性 数学公式 曲线图 精确 不够直观 更直观地反映变化趋势 不够精确 问题探讨 3、72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ Nn=N0·2n （60min÷20min×72=216代） =1×2216个 3 2．数学模型的概念：用来描述一个 或它的 的数学形式。 系统 性质 细菌每20min分裂一次， 细菌数量是怎样变化的？ 资源和生存条件没有限制条件下， 细菌种群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 研究实例 N代表细菌数量，n代表第几代 Nn=2n 研究方法 观察研究对象， . 提出 . 通过进一步实验或观察等， 对模型进行 . 根据实验数据，用适当的数学形式对 事物的性质进行表达，即 . 提出问题 合理的假设 建立数学模型 检验或修正 1．建构数学模型的目的： 、 和 种群数量的变化。 3．建构方法和实例： 科学方法：建立数学模型 解释 预测 描述 4 回顾我们高中生物中学习过哪些模型呢？ 物理模型 数学模型 概念模型 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。 5 问题: 在自然界中，种群的数量变化情况是怎么样的呢？ 有类似细菌在理想条件下种群增长的形式吗？ 【资料1】1859年，一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔，一个世纪后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃噬树皮，造成植被破坏，导致水土流失。直到人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。 p8 24只 思考•讨论 6 【资料2】20世纪30年代时，人们将环颈雉引入到美国的一个岛屿上，在最初的5年内， 1937—1942年期间该种群数量的增长如左图所示 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。 1、这两个资料中的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？ 思考•讨论 7 不能，因为资源和空间是有限的。 自然界确有类似的细菌在理想条件下种群数量增长的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致呈“J”形。 0 时间/min 细菌数量/个 100 200 300 400 500 20 40 60 80 100 120 140 160 180 某海岛上环颈雉种群数量的变化 3、这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？ 4、野兔和环颈雉种群的增长曲线是否类似于细菌种群的增长曲线？ 思考•讨论 8 种群的“J”型增长 1 概念 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“ ”形。 理想 时间 种群数量 J *注意： 该曲线的起点不是原点。 食物和空间条件充裕 气候适宜 没有天敌(捕食和寄生天敌) 没有其他竞争物种等 2 理想条件 种群数量每年以一定的倍数增长， 这一年是前一年的 λ 倍． λ = 当年种群数量 前一年种群数量 9 种群的“J”型增长 3 建立模型 ——t年后种群数量表达式 假设：种群数量每年以一定的倍数(λ)增长。种群起始数量为N0, 求出t年后种群数量Nt的表达式？ t年后种群的数量为: Nt=N0λt 一年后种群的数量为: N1=N0λ 二年后种群的数量为: N2=N1·λ＝N0λ2 Nt = N0 λt t 年后该种群的数量 种群的起始数量 每年增长倍数 时间 时间(t) 种群数量Nt 10 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 λ >1 λ <1 λ =1 种群数量 时间 0 只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。 思考: 当λ满足什么条件时，种群数量呈“J”形增长？ 种群的“J”型增长 4 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 ，不是增长率。 倍数 只需要满足λ＞1 ，种群数量一定呈“J”形增长？ 11 ①a段：“λ”＞1且恒定——种群数量 ； ②b段：“λ”尽管下降，但仍大于1，种群数量 ； ③c段：“λ”＝1——种群数量 ； ④d段： “λ”＜1——种群数量 ； ⑤e段：尽管“λ”呈上升趋势，但仍未达到1——种群数量 ; ⑥种群数量达到最多： 。种群数量最少： 。 呈“J”形增长 一直增长 维持相对稳定 逐年下降 逐年下降 4 对“λ”的理解 A点 第15年 12 增长率 含义 计算 公式 举例 一个种群有1000个个体，1年后增加到1100，则该种群的增长率为: ×100%=10% 1100-1000 1000 单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例 现有个体数—原有个体数 原有个体数 增长率 = 5 “J”形增长的增长率和增长速率 增长率＝λ-1 λ= 增长率=出生率-死亡率（不考虑迁入、迁出） （λ>1，且不变） Nt＝N0λt （增长率>0，且不变） 1100÷1000=1.1 (是一个百分比，无单位) 13 增长速率 含义 计算 公式 举例 某种群有1000个个体, 2年后增加到1100, 则该种群的增长速率为: =50个/年 1100-1000 2年 单位时间内增加的个体数量 现有个体数—原有个体数 时间 增长速率 = 5 “J”形增长的增长率和增长速率 实质：“J”型曲线的斜率 Nt＝N0λt 14 6 自然界类似“J”形增长的实例 紫茎泽兰 (原产美洲的墨西哥) 福寿螺 (原产中美洲的热带和亚热带地区) 水葫芦 (原产于南美) ——在自然界占少数 (1)实验室条件下； (2)一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时(外来入侵物种)。 你还能举出种群数量呈“J”形增长的实例吗？现实条件下种群如何增长？ 15 世界人口数据增长曲线 中国人口数据增长曲线 ——人口数据增长曲线 人口在20世纪大部分时期呈现类似出“J”形增长 6 “J”形增长的模型实例 如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？ 现实条件下种群如何增长？ 16 【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，得出了如图所示的结果。 时间（天） 0 1 2 3 4 5 6 种群数量（个） 5 20 137 319 369 375 365 1.大草履虫的数量增长过程如何？ K=375 第5天后 【实例】生态学家高斯的实验 先增加后数量趋于稳定。 2、为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？ 由于随着大草履虫数量的增多，对食物和空间的竞争趋于激烈，导致出生率下降，死亡率升高。 如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？现实条件下种群如何增长？ 17 种群的“S”型增长 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。 “S”形增长形成的原因： ①资源和空间有限 ②种群密度增大时种内竞争加剧 出生率=死亡率 种群稳定在一定的水平 此时种群所能维持的最大数量称为什么？ 1 概念 环境容纳量——K值 适用对象：一般自然种群的增长 18 种群的“S”型增长 2 环境容纳量——K值： 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 。 K2 3、同一种群的K值是固定不变的吗？ 不是一成不变的，K值会随着环境的改变而发生变化, 当环境遭受破坏时，K值会_____； 当环境条件改善时, K值会_____。 下降 上升 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。 （一片草原山羊的环境容纳量为10000，11000只也能短暂生存） 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 一定的环境条件所能维持的种群最大数量 K 值是环境容纳量，即在保证环境不被破坏前提下所能维持的种群的最大值；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可能会超过K值。 19 种群的“S”型增长 3 “S”形增长曲线图分析 种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢。 (1)ab段： (2)bc段： (3)c点： (4)cd段： 资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速。 种群数量为K/2，种群增长速率达到 。 资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加剧，种群增长减缓； 调整期 加速期 转折期 减速期 (5)de段： 出生率≈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 最大 20 种群的“S”型增长 4 K值和K/2值的运用 实践应用1——野生生物的保护 1、野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？ 2、保护大熊猫的根本措施是什么？ 建立自然保护区，改善栖息环境，从而提高环境容纳量。 野生大熊猫的栖息地遭到破坏，由于食物的减少和活动范围的缩小，K值降低。 -----应降低环境阻力，提高K值(或环境容纳量)。 21 种群的“S”型增长 4 K值和K/2值的运用 实践应用2——有害生物的防治 K 种群数量 时间 0 B C D E t1 t2 A K/2 增大环境阻力→降低K值→防治老鼠 如断绝或减少它们的食物来源；养殖或释放它们的天敌等。 ①降低环境容纳量 ②在 捕杀 K/2前 防止老鼠种群数量达到K/2（种群增长速率最大）处。 1、防治有害生物的根本措施是什么？ 22 种群的“S”型增长 4 K值和K/2值的运用 实践应用3——对资源开发与利用的措施 为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平？为什么？ K 种群数量 时间 0 B C D E t1 t2 A K/2 a.渔业捕捞应在 ; 捕捞后鱼的种群数量维持在 。 K/2以后 K/2 b.而杀虫效果最好的时期在 。 K/2以前 应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平，因为K/2水平上种群增长速率最大，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，从而不影响种群再生，符合可持续发展的原则。 23 种群的“S”型增长 1.适用对象： 资源和空间有限 种群密度增大时 种内竞争加剧 出生率降低 出生率＝死亡率时， 种群稳定在一定的水平 死亡率升高 2.产生原因： 一般自然种群的增长 3.曲线图： 出生率 ，死亡率 ， 增长率=出生率-死亡率 降低 增加 在有限的资源和空间中，随着种群数量的增加，种群增长的阻力也会随之增大。 “S”形曲线的斜率 当种群的出生率和死亡率相等时，增长率为零，此时种群数量达到最大值停止增加。在有限的资源和空间中，随着种群数量的增加，种群增长的阻力也会随之增大，由此导致种群的二者之间的差值即增长率是不断减小； 24 25 26 防治，严防达到 ， 增大 ，降低 。 ①濒危动物和野生资源的保护 ②渔业或林业资源开发 ③有害生物防治 建立 。 增大 。 开发应在 。 开发后种群数量维持在 。 自然保护区 K值 K/2后 K/2 K/2前 K/2 环境阻力 K值 种群的“S”型增长 4 K值和K/2值的运用 27 J型曲线 S型曲线 条件 种群增长速率 有无K值 曲线 环境资源无限 环境资源有限 一直增大 先升后降 无 有K值 环境阻力 K值：环境容纳量 食物不足 空间有限 种内竞争 天敌捕食 气候不适 寄生虫 传染病等 J和S两种增长曲线的比较 28 （二）现实条件下，种群数量呈“S”形增长 例2：高斯培养大草履虫的实验，则： 时间(天) 0 1 2 3 4 5 数量(个) 5 30 130 340 375 375 增长率 0 增长速率 0 5 3.3 1.6 0.1 0 25 100 210 35 0 请尝试绘制 相应的曲线图。 思考 29 30 三、种群的“S”增长 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 ---K值与K/2值的应用 31 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? 思路： ④搞好环境卫生 具体措施 降低环境容纳量 ①安全储藏食物，断绝或减少其食物来源 ②硬化地面,减少其挖巢穴的场所 ③养殖或释放他们的天敌 32 不等同，已经存在环境阻力。 环境阻力 食物不足 空间有限 种内竟争 天敌捕食 气候、传染病等 (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。 (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 。 “S”形 “J”形 环境阻力 淘汰 (4)“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？ “J”形增长和“S”形增长的比较 33 请小组合作以时间为横坐标，种群增长速率为纵坐标，画出种群“S”形增长的增长率和增长速率曲线。 种群增长率 时间 t1 t2 O 种群增长速率 时间 t1 t2 O “J”形曲线增长率 “S”形曲线增长率 “J”形曲线增长速率 “S”形曲线增长速率 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。 34 拓展知识--------速率VS率：  率是比值无单位。速率是个体/单位时间，有单位。速率是数目的变化，即数目-时间的斜率。 (1) 出生速率：出生数目/单位时间。    (2) 死亡速率：死亡数目/单位时间。 (3) 迁入速率：迁入数目/单位时间。 (4) 迁出速率：迁出数目/单位时间。 (5) 增长速率：增加数目/单位时间。    增长速率=出生速率-死亡速率+迁入速率-迁出速率 (6) 增长率X大，其增长速率Y不一定大。还要看种群数目N。Y=X*N/单位时间 35 手越亮意味着越脏，越暗意味着越干净 36 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，某种细每20 min就通过分裂繁殖一代。 3、72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ 2、第n代细茵数量的计算公式是什么？ 讨论 Nn=2n 提示：2216个（60min÷20min×72=216代） 问题探讨 1、细菌的生殖方式是？ 二分裂 4、设细菌初始数量为N0，则第n代的数量表示为 。 Nn=N0x2n 37 增长率 增长速率 含义 计算 公式 举例 某种群有1000个个体, 2年后增加到1100, 则该种群的增长速率为: 一个种群有1000个个体，2年后增加到1100，则该种群的增长率为: ×100%=10% 1100-1000 1000 =50个/年 1100-1000 2年 单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例 单位时间内增加的个体数量 现有个体数—原有个体数 增长时间 现有个体数—原有个体数 种群原有个体数 增长率 = 增长速率 = 5 “J”形增长的增长率和增长速率 38 【小结】种群的“J”形增长 1. 理想条件： 2. 发生时期： 3. 种群 J 形增长方式的数学模型是： 4. 特点：种群数量 ； 增长率 ；增长速率呈 . 实验条件下、当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时 。 Nt=N0入t 连续增长 保持不变 指数函数增长 “J”形曲线的斜率 增长率＝λ-1 39 Lavf58.51.100 $$