1.2.1 种群的“J”形增长和“S”形增长-【正禾一本通】2024-2025学年高中生物选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书 （人教版2019 单选）

第2节　种群数量的变化 第1课时　种群的“J”形增长和“S”形增长 【学习目标】1．生命观念：尝试建立数学模型解释种群的数量变化。 2．科学思维：举例说明种群的“J”形增长和“S”形增长的变化情况。 3．社会责任：阐明环境容纳量原理在实践中的应用。 任务一　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数学形式。 2．建立步骤 3．表现形式 (1)数学公式：科学、准确，但不够直观。 (2)曲线图：直观，但不够精确。 【深挖教材·P7】　常见的模型形式及举例 常见的模型形式包括物理模型、概念模型、数学模型等。DNA双螺旋结构模型、流动镶嵌模型等都属于物理模型；对光合作用过程中物质和能量变化的解释、达尔文的自然选择学说的解释模型等属于概念模型；酶活性受温度(或pH)影响示意图，不同细胞的细胞周期持续时间等属于数学模型。 在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20 min分裂繁殖一代。 (1)填写下表 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 提示： 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 (2)请以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的种群增长曲线。 提示： (3)在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照上述趋势持续下去吗？分析其原因。 提示：不会。因为培养瓶中的营养物质和空间总是有限的。 1．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式，建立数学模型一般包括以下步骤，下列排列顺序正确的是(　　) ①观察研究对象，提出问题 ②提出合理的假设 ③根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达 ④通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正 A．①②③④ B．②①③④ C．③④①② D．②③①④ 解析：选A。建构数学模型的一般步骤是提出问题→作出假设→用数学形式表达→检验或修正。 2．调查某种一年生植物的种群时有下列情形：只有80%的种子能发育成成熟植株，每株植物平均产400粒种子。目前有a粒种子，则m年后种子数量为(　　) A．0．8a·400m B．400a·0．8m C．a·320m D．320am 解析：选C。由于每株植物平均每年产400粒种子，只有80%发育成成熟植株，即400×80%＝320(株)，则m年后种子数量变为320m，现有a粒种子，则m年后种子数量为a·320m。 任务二　种群的“J”形增长和种群的“S”形增长 　　　　 1．种群的“J”形增长 (1)模型假设 (2)数学模型：Nt＝N0λt。 2．种群的“S”形增长 (1)形成原因：自然界的资源和空间总是有限的，当种群密度增大时，种内竞争就会加剧，就会使种群的出生率降低，死亡率升高。当死亡率升高至与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平。可见，种内竞争对种群数量起调节作用。 (2)环境容纳量：一定的环境条件所能维持的种群最大数量，又称K值。 (3)环境阻力：限制种群增长的各种因素，包括食物、空间、竞争等。 (4)应用：建立自然保护区，从而提高环境容纳量，例如为增加大熊猫的种群数量而设立的卧龙自然保护区。 【深挖教材·P8～P9】 1．“J”形曲线和“S”形曲线的比较 项目 “J”形曲线 “S”形曲线 增长 模型 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等 现实状态： ①食物、空间有限； ②不断变化的自然条件； ③种内竞争 增长 率和 增长 速率 K值 有无 无K值 有K值 联系 两种增长曲线的差异主要是环境阻力大小不同，因而对种群数量增长的影响不同(如图所示) 2．K值的变化 (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；当环境条件状况改善时，K值会上升。 (2)在环境不遭受破坏的情况下，种群数量会在K值附近上下波动。当种群数量偏离K值的时候，会通过负反馈调节使种群数量回到K值。 【点拨】 (1)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。 (2)λ≠增长率 λ表示该种群数量是前一年数量的倍数，而非增长率。增长率＝(末数－初数)/初数×100%＝(N0λt＋1－N0λt)/N0λt×100%＝(λ－1)×100%。 1．种群数量的“J”形增长规律 资料：在20世纪30年代，人们将环颈雉引入某岛屿。在1937～1942年，这个种群数量的增长如图所示。 (1)以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出的曲线大致呈“J”形。 (2)请分析在λ>1、λ＝1、λ<1和λ＝0时种群数量分别会发生怎样的变化？ 提示：①当λ>1时，种群呈“J”形增长；②当λ＝1时，种群数量保持稳定；③当λ<1时，种群数量下降；④当λ＝0时，种群无繁殖，下一代将灭亡。 2．种群数量的“S”形增长规律 资料：生态学家高斯曾经做过一个实验，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。从图中可以看出，大草履虫的数量在第2天和第3天增长较快，第5天以后基本维持在375个左右。 (1)种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线，称为“S”形曲线。 (2)该曲线中出生率和死亡率的关系 ①0～K/2时，出生率>死亡率，种群数量增加。 ②K/2时，出生率与死亡率的差值最大，种群增长速率最大。 ③K/2～K时，出生率>死亡率，但差值在减小，种群数量增长缓慢。 ④K值时，出生率＝死亡率，种群数量达到最大。 (3)在种群数量为K/2、K时该种群的年龄结构分别是哪种类型？ 提示：增长型、稳定型。 3．下图表示的是种群数量增长曲线 (1)图中b曲线的形成过程中何时出现了环境阻力？ 提示：b曲线的形成过程中始终存在环境阻力。 (2)图中阴影部分表示的含义是什么？ 提示：在生存斗争中被淘汰的个体数量。 1．科学工作者为了监测和预报某草原鼠害的发生情况，采用标记重捕法对田鼠种群数量进行调查。发现在最初调查的一个月内，种群数量每天增加1．5%，下列分析正确的是(　　) A．最初调查的一个月内，田鼠种群数量呈“J”形增长 B．田鼠种群增长的模型可构建为Nt＝N0λt，其中λ为1．5 C．若已被捕捉、标记过的田鼠不易被再次捕捉到，则估算数值会偏小 D．数月之后，当田鼠种群的出生率等于死亡率时，是防治鼠害的最佳时期 解析：选A。最初调查的一个月内，田鼠种群数量呈“J”形增长，A正确；最初一个月内，田鼠种群增长模型可构建为Nt＝N0λt，其中λ为增长倍数，因为种群数量每天增加1．5%，所以第二天是前一天的(1＋1．5%)倍，所以λ为1．015，B错误；若已被捕捉、标记过的田鼠不易再次捕捉到，则估算数值会偏大，C错误；数月之后，当田鼠种群的出生率等于死亡率时，种群数量达到最大值，不是防治鼠害的最佳时期，有害动物的防治越早越好，D错误。 2．据图分析，下列关于“S”形曲线的叙述，错误的是(　　) A．t0～t1，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，种群数量增长较快 B．t1～t2，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：选D。t0～t1，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，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；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，C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，不能将有害生物控制在较低水平，应在t1之前种群密度较低时防治，D错误。 【归纳提升】　不同曲线模型中的“K值”与“K/2值” 图中A、B、C、D时间所对应的种群数量为K值，A′、C′、D′时间所对应的种群数量为K/2 值。 3．如图表示甲、乙、丙三个种群数量变化的情况，三个种群的起始数量相同，图中的λ＝当年的种群数量/前一年的种群数量。下列有关叙述正确的是(　　) A．t1时刻，乙种群数量达到最大，丙种群数量也达到最大 B．O～t1时间段，甲种群无环境容纳量 C．O～t1时间段，丙种群数量减少的主要原因是种内竞争加剧 D．甲种群的曲线可以表示一定培养液中酵母菌的种群数量变化曲线 解析：选B。由图可知，t1时刻，乙种群数量达到最大，丙种群数量达到最小，A错误；O～t1时间段，甲种群呈“J”形增长，无环境容纳量，B正确；O～t1时间段，丙种群数量一直减少，但减少的幅度减缓，说明主要原因不是种内竞争加剧，C错误；在一定培养液中酵母菌的种群数量变化曲线不是“J”形曲线，与甲种群的曲线不符，D错误。 新情境命题 “S”形增长模型的分析及应用(科学思维与社会责任) 如图是根据实验室中人工饲养黑腹果蝇的数据统计绘制而成的曲线图。人工饲养是在一定大小的培养瓶中、饲喂一定量的酵母菌的条件下进行的。 【命题设计】 1．考查知识迁移与实验材料选择的能力 (1)在实验室条件下用草履虫、酵母菌所做的实验与上述结果相似，表明种群在一定空间、一定资源条件下的增长类型，一般都是________________。 2．考查模型构建与长句表述能力 (2)曲线的纵坐标______(填“能”或“不能”)反映种群密度的大小。这个过程中种群的增长速率的变化趋势是 。 3． 考查科学思维与社会责任 (3)一个种群的环境容纳量______(填“能”或“不能”)随着环境的变化而改变。试根据环境容纳量的概念分别对珍稀动物的保护、草原的合理放牧提出你的建议：______________________________________________________ __________________ ______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析：(1)由于资源和空间总是有限的，种群增长类型一般都是“S”形增长。(2)因实验室培养所用培养瓶的体积是一定的，故曲线的纵坐标能反映种群密度的大小。这个过程中，在果蝇数量为173左右(K/2)之前增长速率逐渐增大，之后逐渐减小，当果蝇数量达到346．1左右(K)时降为0。(3)一个种群的环境容纳量取决于环境，所以能随着环境的变化而改变。环境容纳量主要取决于环境条件，故对珍稀动物的保护最根本的措施是保护它们的生存环境，使其环境容纳量有所提高，这个种群的数量自然就会增长；草原的放牧量应该控制在接近环境容纳量为宜，过多放牧会影响牛羊的生长以及草原的恢复，如果破坏了环境，还会造成环境容纳量的降低。 答案：(1)“S”形增长　(2)能　在果蝇数量为173左右(K/2)之前增长速率逐渐增大，之后逐渐减小，当果蝇数量达到346．1左右(K)时降为0　(3)能　对珍稀动物的保护措施是保护其生存环境，使环境容纳量有所提高，其种群数量会自然增长；草原的放牧量应该控制在接近环境容纳量为宜，过度放牧影响牛羊的生长以及草原的恢复，如果破坏了环境，还会造成环境容纳量的降低 课堂小结　巩固提升 【教材答疑】 问题探讨 P7 1．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。 2．2216个。 3．不会。可用实验计数法验证。 P8 同数学公式相比，曲线图表示的数学模型不够精确。 思考·讨论 P8 1．种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。 2．食物充足、缺少天敌等。 3．不能。因为资源和空间是有限的，种群密度增大，种内竞争加剧。 P9 近代以来，世界人口呈现出“J”形增长；我国人口在20世纪大部分时间呈现出“J”形增长，在1979年之后则基本稳定在较低的增长率水平上。 思考·讨论 P10 1．赞同采取更加严格的措施控制人口出生率，世界范围内存在的资源危机和能源紧缺等问题，说明地球上的人口可能已经接近或达到环境容纳量，因此应当控制人口增长。(或反对采取更加严格的措施控制人口出生率，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，因而可以养活更多的人口。) 2．从环境容纳量的角度思考，可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量，如将粮食和其他食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；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；搞好环境卫生；等等。 【体系构建】 【核心语句】 1．“J”形增长曲线的形成条件：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。 2．“J”形增长曲线的增长率不变，都是λ－1。 3．“S”形增长曲线的形成原因：自然条件下，资源和空间总是有限的，种群密度越大，种内竞争越剧烈，导致该种群的出生率降低，死亡率升高。 4．渔业捕捞中，为了鱼类资源的可持续利用，一般让鱼的数量捕完后维持在K/2，原因是K/2时种群的增长速率最大。 学科网（北京）股份有限公司 $$