1.2种群数量的变化第1课时课件-2024-2025学年高二上学期生物人教版选择性必修2

第1章 种群及其动态 任何物种都不可能以单一个体生存和繁衍。在一定的空间范围内，同种生物所有个体形成的集合就是种群。 你听说过东北豹吗？它分布在我国东北、俄罗斯远东等地，是我国国家一级重点保护野生动物。它有灵敏的嗅觉和听觉，有健壮的四肢、锋利的爪子和牙齿，是山林中的捕猎能手。然而，我国的野生东北豹一度不足10只，濒临灭绝。为什么强悍凶猛的动物也会濒危呢？ 濒危动物保护、有害生物防治、渔业上合理捕捞量的确定等，都离不开种群的研究。种群研究的中心问题是种群的数量特征及其变化规律：该种群的个体数量状况如何？其数量将会怎样变化？影响其数量变化的因素有哪些？ 1 第2节 种群数量的变化 （第1课时） 通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化等活动，尝试建立数学模型表征和解释种群的数量变化。 目标 01 02 03 举例说明种群的“J”形增长、“S”形增长、波动等数量变化情况。 阐明环境容纳量原理在实践中的应用。 学习目标 3 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。 1、第n代细菌数量的计算公式是什么？ Nn=N0×2n 问题探讨 讨论： 细菌是真核生物还是原核生物？细菌的繁殖方式是什么？ 二分裂 设细菌的初始数量为 N0 ； 第一次分裂产生的细菌为第一代，数量为 ； 第n代的数量 Nn 为 ； N0×2 N0×2n 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。 2、72h后，由一个细菌分裂产生的细 菌数量是多少？ 问题探讨 讨论： n＝ 60min ×72h／20min＝216 Nn＝1 X ２n ＝2216 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。 用实验验证。 科学方法 建立数学模型 研究方法 研究实例 观察研究对象，提出问题 细菌每 20 min 分裂一次，怎样计算细菌繁殖 n 代后的数量？ 1、数学模型：用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 2、建立数学模型一般步骤： 研究方法 研究实例 观察研究对象，提出问题 细菌每 20 min 分裂一次，怎样计算细菌繁殖 n 代后的数量？ 提出合理的假设 在资源和生存空间没有限制的条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响 科学方法 研究方法 研究实例 观察研究对象，提出问题 细菌每 20 min 分裂一次，怎样计算细菌繁殖 n 代后的数量？ 提出合理的假设 在资源和生存空间没有限制的条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响 建立数学模型 Nn=2n N代表细菌数量，n表示第几代 可为公式、曲线图等。 科学方法 研究方法 研究实例 观察研究对象，提出问题 提出合理的假设 建立数学模型 Nn=2n N代表细菌数量，n表示第几代 对模型进行检验或修正 通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正 可为公式、坐标图等。 科学方法 细菌每 20 min 分裂一次，怎样计算细菌繁殖 n 代后的数量？ 在资源和生存空间没有限制的条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响 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提出合理的假设 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 　巩固训练　 D 2.下列关于建构种群增长模型方法的说法，不正确的是(　　) A.曲线图能直观地反映出种群数量的增长趋势 B.数学模型就是用来描述一个系统或它的性质的曲线图 C.数学模型可描述、解释和预测种群数量的变化 D.在数学建模过程中也常用到假说一演绎法 　巩固训练　 B 计算一个细菌产生的后代在不同时间（单位为min）的数量，并填入下表。然后以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌种群的增长曲线。 时间（min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分裂次数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量（个） 1 指数形式 2 4 8 16 32 64 128 256 512 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Nn=1×2n 数学公式 一、建构种群增长模型的方法 12 一 建构种群增长模型的方法 0 时间/min 细菌数量/个 100 200 300 400 500 20 40 60 80 100 120 140 160 180 曲线图 Nn=1×2n 数学公式 一、建构种群增长模型的方法 数学公式: 曲线图: 精确，但不够直观。 直观，但不够精确。 该公式和增长曲线，只是对理想条件下细菌数量增长的推测。 在自然界中，种群的数量变化情况是怎样的呢？ 这两种数学模型，各自有什么优缺点？ 思考·讨论 分析自然界种群增长的实例 资料1 1859年，一位来到澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔，让他没有想到的是，一个世纪之后，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。后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。 24只 14 讨论： 1.这两个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？ 3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？ 资料2 20世纪30年代时，人们将环颈雉引入某地一个岛屿，1937—1942年，这个种群数量的增长如右图所示。 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。 不能，因为资源和空间是有限的。 思考·讨论 分析自然界种群增长的实例 15 环颈雉种群的增长曲线是否类似于细菌种群的增长曲线？ 类似， 均成“J”形。 16 (一)含义： “J”形增长的数学模型（以数学公式表示）是怎样的？ 二、种群的“J”形增长 在理想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曲线来表示，曲线则大致呈“J”形。 这种类型的种群增长称为“J”增长。 时间(t) 种群数量Nt *注意： 该曲线的起点不是原点。 17 (2)种群数量变化： (1)条件： 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 。 1、模型假设： 二、种群的“J”形增长 （二）种群“J”形增长的数学模型： 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。 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。 思考：哪些情况下可能出现这种条件？ 思考：生物迁入新环境一定会出现“J”形增长吗？ 不一定 18 (2)建立数学模型： 二、种群的“J”形增长 ①数学公式： Nt=N0 λt N0 ： t ： Nt ： λ： 表示t年后该种群的数量 表示该种群数量是前一年 种群数量的倍数 ②曲线图： 时间(t) 种群数量Nt 为种群的起始数量 为时间 （二）种群“J”形增长的数学模型： t年后种群的数量为: 各参数的意义 19 (3)“J”形增长的特点： 种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。 当λ满足什么条件时，种群数量呈“J”形增长？ 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。 二、种群的“J”形增长 1.某一地区2001年人口普查时有10万人，2002年比2001年增长1％。 请预测，按照此生长速度，2006年该地区的人口将有多少？ Nt＝10×（1+1％）2006-2001 随堂练习 2.A、B、C、D 四点时的种群数量相比，最多的是 点；最少的是 点。 B D 　巩固训练　 分析数学方程式模型： Nt＝N0λt 当λ=1时，种群数量表现是______ 当λ＞1时，种群数量表现是______ 当λ＜1时，种群数量表现是 。 不变 增加 减少 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 3、据图说出种群数量如何变化 巩固训练　 4、下图是调查小组的同学从当地主管部门获得的某物种种群数量的 变化图，据此不能得出的结论是  (　　) A．第1～5年间种群呈“J”形增长 B．第20～30年间种群增长率为0 C．到20年时种群的数量最大 D．第15～20年间种群数量不断减少 C 　巩固训练　 培优班 23 5、科研小组对某地两个种群的数量进行了多年的跟踪调查，并研究 λ随时间的变化趋势，结果如下图所示(图中Nt表示第t年的种群 数量，Nt＋1表示第t＋1年的种群数量)。下列分析正确的是(　　) A.甲种群在t1～t2段的种群数量不断增加 B.乙种群在t1～t2段的种群数量一直减少 C.乙种群在t3后种群数量保持不变 D.甲种群在t3后数量相对稳定可能是生存条件得到了改善 C 巩固训练　 解析　甲种群在t1～t2段，λ一直小于1，故甲种群在t1～t2段的种群数量不断减少，A错误；乙种群在t1～t2段，λ先大于1，种群数量增大，后小于1种群数量下降，B错误；乙种群在t3后λ等于1，种群数量不再变化，C正确；甲种群在t3后，λ大于1，且保持不变，种群数量不断增加，D错误。 24 查一查历年来世界和我国人口增长的数据，分析人口是否呈“J”形增长 中国人口数据增长曲线 世界人口数据增长曲线 (4)人口数据增长曲线： 人口在20世纪大部分时期呈现出“J”形增长 如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？ 二、种群的“J”形增长 在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照“J”型曲线增长吗？为什么？如何验证这个观点？ 【实例】生态学家高斯的实验： 在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，每隔24h统计一次大草履虫的数量。经反复实验，结果如下图所示。　 （1）大草履虫的数量在第几天增长较快？ 第二天和第三天 （2）第几天以后基本维持在375个左右？ 第五天 （3）为什么大草履虫种群没有出现“J” 形增长？ 不会。原因是资源和空间是有限的。 【实例】生态学家高斯的实验： 在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，每隔24h统计一次大草履虫的数量。经反复实验，结果如下图所示。　 （3）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，它们对 食物和空间的竞争也趋于激烈，导致出生 率降低，死亡率升高。 （4）这种类型的种群增长称为什么？ 种群的“S”形增长 在资源条件有限的情况下，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。 ①资源和空间有限 ②种群密度增大时 出生率降低 死亡率升高 1.种群“S”形增长的含义： 2.“S”形增长形成原因： ③种内竞争加剧 出生率＝死亡率时， 种群稳定在一定的水平 3.适用对象： 一般自然种群的增长 三、种群的“S”形增长 28 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。 4.“S”形曲线分析： 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 达到最大。 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； (调整期) (加速期) (转折期) (减速期) (5)DE段： (饱和期) 三、种群的“S”形增长 请以时间为横坐标，种群增长速率 为纵坐标，画出种群“S”形增长的 增长速率曲线。 S型曲线增长速率曲线 增长速率 时间 t1 t2 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。 K/2 K A C E 4.“S”形曲线分析： 三、种群的“S”形增长 （1）K值并不是种群数量的最大值 K值是环境容纳量,即在保证环境不被破坏的前提下所能容纳的最大值; 而种群所达到的最大值可能会超过K值,如过度放牧。 三、种群的“S”形增长 5.环境容纳量： 一定的环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K值。 K 值是种群数量的最大值吗？ K1 K2 K3 为K值 K2 但这个值存在的时间很短,因为环境会遭到破坏。 31 ①K值会随着环境的改变而发生变化，如季节性变化、过度放牧、环境 污染等。 当环境遭受破坏时，K值变化是_____；当环境条件状况改 善时,K值会_____。 ②在环境不遭受破坏的情况下, 种群数量会在 上下波动。 当种群数量偏离K值的时候,会通过 调节使种群数量回到K值。 负反馈 下降 上升 K 值附近 三、种群的“S”形增长 5.环境容纳量： （2）同一种生物的K值不是固定不变的 同一种群的K值是固定不变的吗？ (1) (2) ① 对应的种群增长速率为0, 数量最大,为K值。 ② 对应的种群增长速率最大, 为K/2值。 B点对应的种群出生率与死亡率相等, 种群数量达到最大,为 。 A点 A'点 K值 三、种群的“S”形增长 5.环境容纳量： （3）K值四种表示方法 (3) (4) ① 对应的种群数量为K值。 ② 对应的种群出生率与死亡率 差值最大，为K/2值。 ① 对应的种群个体数最多,即K值。 ② 对应的种群个体数为K/2值。 C点 C'点 三、种群的“S”形增长 5.环境容纳量： （3）K值四种表示方法 D点 D'点 Nt－Nt-1(个) 增长率与增长速率区分 (2)种群增长率：指在单位时间内种群数量增加的量占初始数量的比例， 是一个百分比，无单位。 (1)种群增长速率：指种群数量在单位时间内的改变数值，有单位。 （如个/年等） 例：某一种群的数量在某一单位时间t（如一年）内，由初数量Nt-1 （个）增长到末数量Nt（个），则这一单位时间内种群的增长速 率和增长率的计算分别为： 末数－初数 三、种群的“S”形增长 6.增长速率与增长率区分： 增长速率＝ 末数－初数 单位时间 ＝ t(年) 增长率＝ ＝ Nt－Nt-1 初数 Nt-1 二 种群的“J”形增长 （3）增长率与“λ”以及出生率和死亡率的关系： λ= Nt Nt-1 Nt-1 Nt-1 + 增加的 个体数 = Nt-1 Nt-1 + 新出生个体数 - 死亡 个体数 = = 1 + 出生率 - 死亡率 1 + 增长率 = 指在单位时间内种群数量增加的量占初始数量的比例，是一个百分比，无单位 三、种群的“S”形增长 6.增长速率与增长率区分： ＝出生率－死亡率 ＝ λ-1 增长率 增长率与增长速率区分 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 三、种群的“S”形增长 6.增长速率与增长率区分： K/2 7.增长特点： (1)种群数量增长到K值后，将停止增长，并在K值左右 保持相对稳定。 三、种群的“S”形增长 种群增长率 时间 t1 t2 O “S”形曲线增长率 种群增长速率 时间 t1 t2 O “S”形曲线增长速率 (2)种群增长率降低，种群增长速率先上升后下降。 野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？ 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，食物减少和活动范围缩小，K值降低。 8.K值和K/2值的运用： 三、种群的“S”形增长 实践应用1——野生生物的保护 怎样做才能最有效的灭鼠？ K 种群数量 时间 0 B C D E 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，等等。 ①降低环境容纳量 ②在 捕杀，数量控制在 点以内。 K/2前 防治有害生物的根本措施。 防止老鼠种群数量达到K/2处 三、种群的“S”形增长 8.K值和K/2值的运用： 实践应用2——有害生物的防治 B 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；当环境条件改善时，K值会上升。 40 为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得较大的鱼产量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平？为什么？ 应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平， 三、种群的“S”形增长 8.K值和K/2值的运用： 实践应用3——对资源的开发与利用 K 种群数量 时间 0 B C D E A K/2 因为在这个水平上种群增长速率最大。 可实现“既可保持鱼种群高速增长，又能持续获得较大鱼产量” （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。 （2）如果此种群生活在一个有限的自然环境中， 种群的个体数量增长的曲线可能是 。 三 种群的“S”形增长 “S”形 环境阻力 淘汰 （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 。 “J”形 三、种群的“S”形增长 9.“S”形曲线与“J”形曲线比较： 环境阻力 “J”形曲线无 K值, 无种内斗争, 无天敌。 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 43 $$