1.2 不同条件下种群的增长方式不同课件-2025-2026学年高二上学期生物浙科版选择性必修2

第2节 不同条件下种群的增长方式不同 研究种群的核心问题是种群数量的变化规律 不同条件下种群的增长方式不同,可通过建立数学模型对种群数量的变动进行研究。 那么,种群是如何增长的?研究种群的数量变化有何意义? 小资料: 果蝇题型较小,繁殖力强,生活史短,饲养管理简单,并且容易计数和保存。 果蝇性别可以通过肉眼观察判断:雌果蝇个体较大,腹部末端尖且色浅,有产卵管,腹背面有5条黑色条纹。雄果蝇个体较小,腹部末端圆钝,颜色呈深黑色,有交尾器,腹背面有3条黑色条纹。 活动:探究果蝇种群的增长 新知探究 方法步骤: 广口瓶3个,先在每个广口瓶底部铺一层厚约2CM的棉花,然后放入大小相等且熟透了的半根香蕉,2只雌果蝇和2只雄果蝇,最后用双层纱布盖住瓶口,并用橡皮筋扎紧,作为果蝇培养瓶。 温度:20~25 计数 新知探究 800 600 400 200 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 ——1号瓶 ——2号瓶 ——3号瓶 实验结果:果蝇种群数量增长的曲线图 /天 只/数量 新知探究 分析果蝇种群增长曲线特点及形成原因 由于广口瓶空间以及瓶内食物数量有限,果蝇种群不可能按照J形曲线无限增长,应该类似于S形曲线。 实验初期,条件适宜,食物充足,果蝇成虫每天产卵,从卵到羽化为成虫,大概10-12天,所以前10天左右,果蝇数量一直是4只,随后逐渐增加,到第14天左右出现果蝇种群的最大增长速率,即达到K/2。随着果蝇数量的增加,种内斗争加剧,增长速率放缓,在第17天左右种群数量达到K值。 如何设计实验研究温度对果蝇种群增长的影响? 将果蝇培养装置分别放置在一定温度梯度下培养,如4 、8 、12 、16 、20 、24 、28 、32 ,每天定时对瓶内果蝇进行计数,取平均值绘制成曲线图,构建数学模型并加以分析。 讨论 新知探究 数学模型:用来描述现实系统或其性质的一个抽象简化的数学结构。 建立数学模型是解释种群数量变化的重要方法 曲线图 Nn=2n 描述、解释和预测种群数量的变化。 数学公式 新知探究 讨论2. 72h后,由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少? N0= 1 n= 60min 72h/20min=216 Nn=1 2n =2216 已知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。 讨论1:填写下表:计算一个细菌在不同时间(单位为min)产生后代的数量。 时间/min 20 40 60 80 100 120 140 160 180 繁殖代数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 细菌数量/个 2 4 8 16 32 64 128 256 512 新知探究 讨论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? Nn= N0 2n 不会 因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。 可以用实验计数法来验证。 新知探究 2.条件: 理想条件(资源无限,空间无限,不受其他生物制约) 1.概念:指数增长,又称“J”形增长 种群数量 时间 指数增长 种群在无限环境条件下呈指数增长 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 。 新知探究 实例一:1859年,一个英格兰的农民带着24只野兔,登陆澳大利亚并定居下来,但谁也没想到迁入一个新环境后,这些野兔发现自己来到了天堂。因为这里有茂盛的牧草,却没有鹰等天敌。一个世纪之后,这个澳洲“客人”的数量呈指数增长,达到6亿只,引起了一次农业灾害。它们吃庄稼,毁坏新播下的种子,啃嫩树皮,并且打地洞损坏田地和河堤。 实例二:在20世纪30年代时,人们将环颈雉引入到美国的一个岛屿,在1937-1942年期间,这个环颈雉种群迁入一个新环境后,种群的增长大致符合“J”形曲线。 新知探究 实例三:凤眼莲原产于南美,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,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 。 结论:种群迁入一个新环境后,若该环境是食物(养料)和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌等理想条件的,常在一定时期内出现“J”形增长。 新知探究 3.“J”形增长的数学模型 (1)模型假设 理想条件 在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条件下, 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 倍。 (2)建立模型: Nt=N0 t N0 :为起始数量; t :为时间; Nt :表示t年后该种群的数量; :表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。 新知探究 种群在单位时间内增加的个体数与原有个体数的比值。 4.种群增长率与增长速率 种群在单位时间内增加的个体数量。 增长速率 增长率: 新知探究 种群数量曲线 呈“J”形增长 增长率 恒定值 增长速率曲线 逐渐增大,也呈“J”形 “J”形增长特点:种群的增长率是一定的;种群数量没有上限; “J”形曲线的增长率与增长速率的图像 新知探究 现有个体数 原有个体数(前一年) = = = = - = -1 增长率=0,种群数量相对稳定 增长率>0, 种群数量增长 增长率< 0,种群数量下降 ①当 =1时 ②当 >1时 ③当0< <1时 ④当 =0时 雌体没有繁殖,种群在下一代中灭亡 只有 >1且为定值时,种群增长才为“J”形增长; 【问题探究1】对“ ”的理解: 新知探究 ①1-4年,种群数量呈_形增长 ②4-5年,种群数量_ ③5-9年,种群数量_ ④9-10年,种群数量_ ⑤10-11年,种群数量_ ⑥11-13年,种群数量_ ⑦前9年,种群数量第_年最高 ⑧9-13年,种群数量第_年最低 据图说出种群数量如何变化 13 2.0 值 1.5 1.0 0.5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间(年) “J” 增长 相对稳定 下降 下降 11-12年下降,12-13年增长 5 12 新知探究 【实例分析】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。 时间/d 种群数量/个 K=375 大草履虫的数量在第二天和第三天增长较快; 第五天以后基本维持在375个左右。 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。 问题探讨 概念:逻辑斯谛增长(“S”形增长曲线)是自然界生物种群增长的普遍方式。 1.条件: 资源有限,空间有限,受其他生物的制约。 种群在无限环境条件下呈逻辑斯蒂增长 在自然界,当一种生物进入一个条件适宜的新分布地时,初始阶段一般会出现较快增长,但是,资源和空间总是有限的。 新知探究 d 开始期(a): 种群的个体数很少,种群密度增长缓慢; 2.逻辑斯谛增长曲线常划分为五个时期: 种群个体数接近或达到K时,种群不再继续增长或在K值上下波动。 随着个体数的增加,种群密度增长逐渐加快; 加速期(b): 转折期(c): 种群个体数达到K/2时,种群密度增长最快; 种群个体数超过K/2以后,种群密度增长逐渐变慢; 饱和期(e): 减速期(d): 新知探究 【问题探究3】种群“S”形增长的增长率和增长速率曲线 a b c d e 新知探究 ②t1之前,种群数量小于K/2值,由于资源和空间相对充裕,种群增长速率逐渐增大; ③当种群数量为K/2值时,出生率远大于死亡率,种群增长速率达到最大值; ④t1~t2,由于资源和空间有限,当种群密度增大时,种内斗争加剧,天敌数量增加,种群增长速率逐渐下降; ⑤t2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。 ①t0 时,种群数量N0,种群增长速率为0; 新知探究 4.种群“S”形增长曲线分析 (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。 A B C 大于 最大 最大 大于 下降 等于 0 最大(K 值) 新知探究 动物数量 0 2 4 6 8 100 200 300 400 500 600 年 12 K/2 K值只代表种群数量的一个平均值,实际的种群数量在K值附近上下波动。 概念:用字母K表示,指长时期内环境所能维持的种群最大数量。 注意:同一种群的K值不是固定不变的,会受到环境的影响。 5.环境容纳量(K值) 【问题探究2】K 值 (是/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前提下所能维持的种群最大数量;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有时会超过K 值,但这个值存在的时间很短,因为环境已遭到破坏。 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 新知探究 (教材课后题2)右图表示在理想状态和自然环境条件下某生物的种群数量变化曲线。下列关于两条曲线间阴影部分的解释,正确的是( ) A.环境中允许种群增长的最大值 B.其数量表示种群内迁出的个体数 C.其数量表示种群内出生的个体数 D.为种群在自然环境中增长所受到的 环境阻力 D 典例分析 新知探究 (1)有害生物的防治 思考:怎样做才是最有效的灭鼠措施? 降低环境容纳量 ①清除垃圾、硬化地面等 ②将食物储藏在安全处,断绝食物来源 ③养殖或释放天敌 (2)野生生物资源的合理利用 思考: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? 应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平 原因:此时种群的增长速率最大 环境容纳量:K值的应用 新知探究 问题:如何比较两种曲线的异同? 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 新知探究 找出下列图中的K值、K/2 新知探究 找出下列图中的K值、K/2 新知探究 思考:如何保护大熊猫等濒危动物? 提高环境容纳量:建立自然保护区,改善大熊猫的栖息环境 根据前面所学内容,思考在自然保护区中,大熊猫的种群数量将呈现怎样的变化趋势? 逻辑斯谛增长,达到环境容纳量后稳定 野生动物的保护 新知探究 1.下列有关种群增长曲线的叙述中,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.在种群“J”型增长模型中, 表示该种群的增长率 C.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 D.在鱼类养殖中,在大于K/2值时进行捕捞有利于该种群的可持续发展 D 2.下列关于环境容纳量(K值)的描述,错误的是( ) A.当外界环境条件被破坏时,种群的环境容纳量会发生改变 B.同一培养液中的大草履虫和双小核草履虫的K值存在差异 C.当种群数量接近环境容纳量时,死亡率升高,出生率不变 D.当种群数量达到环境容纳量的一半时,种群的增长速率最大 C 课堂检测 3.如图表示某动物种群迁入某环境后Nt/N0随时间的变化情况(N0表示种群起始个体数量,Nt表示第t年个体数量)。下列分析正确的是( ) A.0~6年种群数量先下降后上升 B.种群数量维持在a/2可获得最大持续产量 C.15年后种群自然增长率不变,出现类似指数增长 D.该种群在第0年和第6年的年龄结构相同 A 课堂检测 $