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2节 种群数量的变化 第一章 种群及其动态 种群数量的变化 学习目标： 概述“J”形和“S”形曲线成因和变化过程 掌握构建种群数量增长的数学模型。 1 2 3 阐明环境容纳量原理在实践中的应用。 种群数量的变化 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20min就通过分裂繁殖一代。 细菌的增殖（视频） 1.细菌的生殖方式是怎样的？ 二分裂 2.第n代细菌数量的计算公式是什么？ 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 Nn=2n 2 4 8 16 32 64 128 256 512 导 种群数量的变化 3.72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ n＝ 60min ×72h／20min＝216 Nn＝1 X ２n ＝2216 4.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？为了验证你的观点，我们可以采用什么学科方法来研究？ 不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的 建立数学模型 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。 导 种群数量的变化 独立自主，研读深思 1.根据导学提纲看课本，深入思考提纲中提出的问题 2.勾画圈点知识要点。 重点思考： ●建立数学模型的步骤及实例 ●数学模型的表现形式有哪些？ ●“J”形曲线的数学模型中各参数的意义？ ●种群“S”形增长的含义、条件、原因、应用 ●“S”形曲线中各阶段0~K/2、K/2~K、K值时出生率与死亡率的关系 ●K值的含义和意义 3.不交流，不提问，眼不斜视，手不离笔。 种群数量的变化 思 种群数量的变化 1.“J”形增长曲线模型假设和适用对象是什么？ 2.写出“J”形增长曲线的数学模型(以数学公式表示)及解释各字母的含义。 3.“J”形增长曲线的增长特点。 4.“S”形增长曲线形成原因是什么？ 5.尝试分析“S”形增长曲线各段的含义。 6.什么是环境容纳量（K值）？如何运用？ 种群数量的变化 议 激烈讨论，各抒己见 种群数量的变化 自由展示 我提问 我回答 我质疑 我纠错 我补充 展 种群数量的变化 种群数量的变化 观察分析 提出问题 做出假设 建立 数学模型 对模型进行检验修正 研究方法 研究实例 细菌每20min分裂一次，怎样计算繁殖n代的数量？ 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 Nn=2n N代表细菌数量，n表示第几代 观察、统计细菌数量，对模型进行检验或修正 1.定义： 建立数学模型 用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 2.步骤： 种群数量的变化 8 0 时间/min 细菌数量/个 100 200 300 400 500 20 40 60 80 100 120 140 160 180 建立数学模型 请根据表格信息，尝试小组合作以时间为横坐标，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 2 4 8 16 32 64 128 256 512 3.类型及优缺点： (1)数学公式 (2)曲线图 ①优点：科学、精确 ②不足：不够直观 ①优点：直观 ②不足：不够精确 种群数量的变化 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。 资料1 分析自然界种群增长实例 种群数量的变化 10 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 分析自然界种群增长实例 种群数量的变化 11 种群数量/只 1937春 1937秋 1938春 1938秋 1939春 1939秋 1940春 1940秋 1941 春 1941秋 1942春 1942秋 8 40 30 100 81 426 282 844 705 1540 1325 1898 年份 种群数量/只 通过以上材料的学习，请小组合作思考以下问题？ 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。 3. 这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？ 2. 种群出现这种增长的原因是什么？ 食物充足、缺少天敌等。 不能，因为资源和空间是有限的。 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？ 类似，均成“J”形。 种群数量的变化 0 时间/min 细菌数量/个 100 200 300 400 500 20 40 60 80 100 120 140 160 180 二、种群的“J”形增长 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。 某海岛上环颈雉种群数量的变化 种群数量的变化 种群数量/只 1937春 1937秋 1938春 1938秋 1939春 1939秋 1940春 1940秋 1941 春 1941秋 1942春 1942秋 8 40 30 100 81 426 282 844 705 1540 1325 1898 年份 种群数量/只 理想状态：①食物充足，②空间不限，③气候适宜，④没有天敌等。 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、种群的“J”形增长 1.模型假设： 2.适用对象： 3.“J”形增长的数学模型公式： ①公式：Nt=N0 λt ②曲线式： 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 时间(t) 种群数量Nt 种群数量的变化 14 t年后种群的数量为: Nt=N0λt 一年后种群的数量为: N1=N0λ1 二年后种群的数量为: N2=N1λ=N0λ2 三年后种群的数量为: N3=N2λ =N0 λ3 种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。若起始数量为N0，则： t年后该种群的数量 该种群的起始数量 前一年种群数量的倍数 时间 种群数量的变化 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。 种群数量的变化 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 【现学现用】据图说出种群数量如何变化 中国人口数据增长曲线 世界人口数据增长曲线 二、种群的“J”形增长 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？ 种群数量的变化 【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。　 二、种群的“S”形增长 （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 种群数量的变化 【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，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。 （4）这种类型的种群增长称为什么？ 种群的“S”形增长 二、种群的“S”形增长 种群数量的变化 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 二、种群的“S”形增长 1.“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 4.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。 种群数量的变化 21 5.“S”曲线的分析： B C D E A 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： 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 二、种群的“S”形增长 种群数量的变化 5.“S”曲线的分析： B C D E A 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 B C D E 二、种群的“S”形增长 种群数量的变化 5.“S”曲线的分析： B C D E A 1.同一种群的K值是固定不变的吗？ 不是，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。 2.K 值是种群数量的最大值吗？ 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。 二、种群的“S”形增长 种群数量的变化 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，食物和活动范围缩小，K值降低。 6.K值和K/2值的运用： 场景1 二、种群的“S”形增长 种群数量的变化 怎样做才能最有效的灭鼠？ 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，等等。 ①降低环境容纳量 ②在 捕杀 K/2前 防治有害生物的根本措施。 6.K值和K/2值的运用： 场景2 防止老鼠种群数量达到K/2处 二、种群的“S”形增长 种群数量的变化 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。 26 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？ 应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平，因为在这个水平上种群增长率最大。 6.K值和K/2值的运用： 场景3 K 种群数量 时间 0 B C D E t1 t2 A K/2 ——“黄金开发点” 二、种群的“S”形增长 种群数量的变化 (1)处于波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发。如蝗灾、鼠灾、赤潮等就是种群数量爆发增长的结果。 种群数量的波动 1.在自然界，有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定。 2.对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。 某地区东亚飞蝗种群数量的波动 种群数量的变化 (2)当种群长期处于不利条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。 (3)当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。 捕鲸现场 北极熊栖息地遭到破坏 种群数量的波动 种群数量的变化 种群数量的变化 种群数量增长 非密度制约 密度 制约 J型增长 S型增长 种群数量波动 低于最小种群数量 构建种群增长模型的方法 提出问题 提出假说 建立数学 模型 对模型进行检验或修正 增长率不变 增长率下降 爆发 下降 消亡 课堂小结 种群数量的变化 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.79 $$