1.2 种群数量的变化（第1课时）课件-2025-2026学年高二上学期生物人教版选择性必修2

该高中生物学课件聚焦种群数量变化，涵盖模型构建、“J”形与“S”形增长及波动等核心内容，通过试题导入（如雪豹种群密度调查）和问题探讨（细菌分裂实验）衔接，以数学建模为支架，引导学生从理论到实例逐步深入。 其特色在于融合科学思维（如细菌增长公式推导与曲线绘制）和探究实践（野兔入侵、高斯实验等实例分析），结合环境容纳量应用（大熊猫保护、害虫防治）体现生态观。采用实例驱动与课堂检测，助力学生提升建模能力与应用意识，教师可高效开展教学。

试题导入 2.下图是某种群的数量特征示意图，下列相关叙述错误的是(　　) A．M、N、G、H分别指的是迁入率、出生率、死亡率、迁出率 B．种群密度是种群最基本的数量特征，随出生率的增大而增大 C．年龄结构能预测种群数量的变化趋势 D．用性引诱剂诱杀雄虫可降低害虫种群密度 B 1.科研团队利用照片重复取样法调查雪豹种群密度，在祁连山某海拔2 100～4 100 m的区域中布设了60台红外触发相机并连续拍摄3个多月后，确定研究区域内约有20只雪豹。根据数学模型推算，此区域内每100 km2生活有3只雪豹。下列叙述错误的是(　　) A．调查雪豹的种群密度不宜用标记重捕法和样方法 B．照片重复取样法可用于调查一些大型稀少野生动物的种群密度 C．决定雪豹种群密度的直接因素有出生率和死亡率、迁入率和迁出率 D．若研究区域内有120只雪豹，则该区域雪豹的种群密度约为24只/100 km2 D 第1章 种群及其动态 第2节 种群数量的变化 课标内容 尝试建立数学模型解释种群的数量变动。 1.构建种群增长的模型。 2.举例说明种群的“J”形增长、“S”形增长、波动等数量变化情况。 3.阐明环境容纳量原理在实践中的应用。 学习目标 ➽ ➽ 问题探讨 我们的手难免沾上细菌。细菌繁殖速度很快，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。 细菌繁殖产生的后代数量 1、细菌的生殖方式是？ 二分裂 2、根据假设计算出1个细菌在不同时间产生后代的数量，记录在表格中： 时间（min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 ... 分裂次数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 n 数量（个） 1 2 4 8 16 32 64 128 256 指数形式 20 22 23 24 25 26 27 28 2n 3、第n代细菌数量的计算公式是什么？ 4、设细菌初始数量为N0，则第n代的数量表示为 。 Nn=N0×2n N0：细菌初始数量 n：第n代 21 Nn=2n 问题探讨 5、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 6、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 Nn=No×2n 一、构建种群增长模型的方法 科学方法：建立数学模型 回顾我们高中生物中学习过哪些模型呢？ 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。 物理模型：以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。 概念模型：用线条和文字直观而形象地表示出某些概念之间的关系。 数学模型：以数学关系或坐标曲线图表示生物学规律。 一、构建种群增长模型的方法 科学方法：建立数学模型 2．数学模型的概念： 1．建构数学模型的目的：描述、解释和预测种群数量的变化。 3．建构方法和实例：（以“问题探讨”中的素材为例） 研究实例 研究方法 细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？ 观察研究对象，提出问题 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代表第几代 观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正 提出合理的假设 根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，即建立数学模型 通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正 用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 描述、解释和预测种群的数量变化的两种数学模型 数学模型类型 ①公 式： ②曲线图： 一、构建种群增长模型的方法 科学方法：建立数学模型 4．两种数学模型的比较 Nn=N0×2n 优势：曲线图表示的数学模型能更直观地 反映出种群的增长趋势 思考：在自然界中，种群的数量变化情况是怎样的呢? 局限性：同数学公式相比，曲线图表示的 数学模型不够精确 旁栏思考：同数学公式相比，曲线图表示 的模型有什么优势和局限性? 思考·讨论 分析自然界种群增长的实例 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。 资料2：20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937-1942年，这个种群增长如右图所示。 24只 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？ 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，因资源和空间是有限的。 二、种群的“J”形增长 2.模型假设: (1)理想条件：食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和竞争物种等。 1.概念: 自然界确有类似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。 注意： 该曲线的起点不是原点。 t年后种群的数量为: 3.建立模型: 一年后种群的数量为: N1=N0λ1 二年后种群的数量为: N2=N1λ=N0λ2 (2)数量变化：种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是是第一年的λ倍。 4.模型中各参数的意义: 若起始数量为N0，则： Nt=N0λt Nt:t年后该种群的数量 时间 该种群的起始数量 前一年种群数量的倍数 (1)当λ ＞1时，种群数量 (2)当λ = 1时，种群数量 (3)当λ ＜1时，种群数量 二、种群的“J”形增长 5.λ与种群数量变化的关系 不变(相对稳定) 增长 下降 不一定；只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长 λ 表示该种群数量是前一年种群数量的倍数 λ × 前一年种群数量 当年种群数量= λ= 当年种群数量 前一年种群数量 思考：当λ＞1时，种群一定呈“J”形增长吗？ 课堂检测 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 A点 第15年 课堂检测 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 增长率 增长速率 计算公式 图示 举例 二、种群的“J”形增长 6.“J”形增长的增长率和增长速率 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 增长速率 = 现有个体数—原有个体数 时间 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 增长率＝λ-1 λ= 增长率=出生率-死亡率（不考虑迁入、迁出） 1100÷1000=1.1 增长率 = 现有个体数—原有个体数 原有个体数 实质：“J”型曲线的斜率 （λ>1，且不变） Nt＝N0λt (单位时间内增加的个体数量) (单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例) 二、种群的“J”形增长 7.种群“J”形增长的实例 如，外来入侵物种 福寿螺 (原产中美洲的热带和亚热带地区) 紫茎泽兰 (原产美洲的墨西哥) 水葫芦 (原产于南美) 思考：如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？ 三、种群的“S”形增长 1.实例证明：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，结果如右图所示： 结果显示：1.大草履虫的数量在第二天和第三天增长较快 2.第五天以后基本维持在375个左右 (1)大草履虫种群增长曲线呈什么形？ (2)为什么高斯的实验结果并不呈“J”形曲线，造成该差异的原因可能有哪些？ “S”形曲线 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。 三、种群的“S”形增长 3.模型假设: 2.概念: 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)原因： 资源和空间有限、种内竞争加剧、存在天敌、其他竞争的物种。 (2)特点： 种群数量为K/2，种群增长速率达到最大 资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速 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 出生率 大于 死亡率 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 种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢 (1)图中阴影部分表示什么？ (2)环境阻力如何用自然选择学说内容解释？ (3)“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？ 三、种群的“S”形增长 4.“J”形曲线与“S”形增长曲线的联系 环境阻力 生存斗争中被淘汰的个体数 不等同，已经存在环境阻力 在环境条件没有遭受破坏的情况下，种群数量会在 附近上下波动。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。 三、种群的“S”形增长 5.环境容纳量 一定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。 下降 上升 负反馈 K值 思考：同一种群的K值是不是固定不变的呢？ 同一种生物的K值不是固定不变的，K值会随着环境的改变而发生变化, 当环境遭受破坏时，K值变化是____；当环境条件状况改善时，K值会____。 课堂检测 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;种群所达到的最大值会超过K值,但这个值存在的时间很短,因为环境已遭到破坏。 【问题探究】K 值 （是/不是）种群数量的最大值 不是 请据图分析：该种群的K 值为 。 K2 三、种群的“S”形增长 6.K值和K/2的应用 (1)对野生生物资源和濒危物种的保护: ①野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？ 最根本原因是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 值就会变小。 ②保护大熊猫的根本措施是什么？ 建立自然保护区，给大熊猫更宽广的生活空间，改善它们的栖息环境，从而提高环境容纳量。 K值 J型 环境阻力 时间 种群数量 减小环境阻力，提高K值 三、种群的“S”形增长 (2)对有害生物防治: K值 J型 时间 种群数量 环境阻力 增大环境阻力，降低K值 ①从环境容纳量考虑： 环境阻力， 环境容纳量； ②从K/2考虑： 控制有害生物害虫数量务必要及时，一般在 时就进行防治。严防种群数量达到 。 K/2前 K/2 增大 降低 6.K值和K/2的应用 三、种群的“S”形增长 6.K值和K/2的应用 (3)对野生资源的开发和利用: ①持续获得最大捕鱼量： 应在 时开始捕捞，捕捞后种群的剩余量维持在 左右。此时种群具有最大增长速率，可以在最短时间恢复种群数量，有利于人类持续获得较大收获量。 大于K/2 K/2 ②获得最大日捕获量: 应在 时捕捞，此时种群密度最大。 K值 思考.讨论 环境容纳量与现实生活 1.有人说目前全世界人口数量已经达到地球的环境容纳量，必须采取更加严格的措施控制人口出生率；有人却认为科技进步能提高地球对人类的环境容纳量，例如，育种和种植技术的进步，能提高作物产量，从而养活更多人口。对此你持什么观点?你有哪些证据支持你的观点? 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 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.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? 对鼠等有害动物的控制，可以采取器械捕杀、药物防治等措施。 从环境容纳量的角度思考，还可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量： ①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； ②室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所； ③养殖或释放它们的天敌；④搞好环境卫生。 施用避孕药、降低生殖率的激素等。 四、种群数量的波动 (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。 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 四、种群数量的波动 (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 课堂小结 “J”形曲线 “S”形曲线 种群数量的增长曲线 种群数量的波动 构建种群增长模型的方法 种群数量的变化 课堂检测 一、概念检测 1.在自然界，种群数量的增长既是有规律的，又是复杂多样的。判断下列相关表述是否正确。 (1)将一种生物引入一个新环境中，在一定时期内，这个生物种群就会出现“J”形增长。（ ） (2)种群的“S”形增长只适用于草履虫等单细胞生物。（ ） (3)由于环境容纳量是有限的，种群增长到一定数量就会保持稳定。（ ） × × × 2.对一个生物种群来说，环境容纳量取决于环境条件。据此判断下列表述正确的是（ ） A.对甲乙两地的蝮蛇种群来说，环境容纳量是相同的 B.对生活的在冻原的旅鼠来说，不同年份的环境容纳量是不同的 C.当种群数量接近环境容纳量时，死亡会升高，出生率不变 D.对生活在同一个湖泊中的鲢鱼和鲤鱼来说，环境容纳量是相同的 B 课堂检测 在食物充足、空间广阔、气候适宜、没有天敌等优越条件下，种群可能会呈“J”形增长。例如，澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马种群进行过长达14年的研究，发现在环境条件较好的年份，它们的种群数量增长迅速，表现出季节性的“J”形增长。在有限的环境中，如果种群的初始密度很低，种群数量可能会出现迅速增长，随着种群密度的增加，种内竞争就会加剧，因此，种群数量增加到-定程度就会停止增长，这就是“S”形增长。例如，栅列藻、小球藻等低等植物的种群增长，常常具有“S”形增长的特点。 二、拓展应用 同样大小的池塘，对不同种类的鱼来说，环境容纳量是不同的。可以根据欲养殖的鱼的种类，查阅相关资料或请教有经验的人，了解单位面积水面应放养的鱼的数量。 2.假设你承包了一个鱼塘，正在因投放多少鱼苗而困惑：投放后密度过大，鱼竞争加剧，死亡率会升高；投放后密度过小，水体的资源和空间不能充分利用。怎样解决这个难题呢?请查阅有关的书籍或网站。 1.种群的“J”形增长和“S”形增长，分别会在什么条件下出现?你能举出教材以外的例子加以说明吗? 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