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，核心涵盖J形与S形增长模型、K值及应用、种群波动等知识点。以细菌繁殖问题导入，通过表格呈现时间、分裂次数与数量关系，引导推导数学公式并绘制曲线，搭建从具体数据到抽象模型的学习支架，衔接自然种群实例分析。 其亮点在于融合生命观念、科学思维与探究实践，用假说-演绎法构建模型（如细菌增长公式推导），结合高斯实验分析S形增长及K值，K值在大熊猫保护、渔业捕捞中的应用体现生态观。采用图表分析与问题驱动，助力学生深化理解，教师可借助结构化素材提升教学效率。

第2节 种群数量的变化（第1课时） 第1章 种群及其动态 问题探讨 手越白意味着越脏，越黑意味着越干净 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。 细菌繁殖产生的后代数量 假设在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20 min就通过二分裂繁殖一代（初始值按照1计算）,72h后细菌的数量是多少？ 细菌通过二分裂的方式繁殖 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 指数形式 21 22 23 24 25 26 27 28 29 1.结合上表，总结第n代细菌数量的计算公式是什么？ 设：细菌初始数量为N0 数学公式： Nn= N0×2n 72小时:Nn=2216 2.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。 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？为什么？ 不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。 前提：无限营养＋生存空间 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 指数形式 21 22 23 24 25 26 27 28 29 思考：曲线图与数学公式比较，有哪些优缺点？ 曲线图：直观，但不够精确。 数学公式：精确，但不够直观。 这里用了什么方法来研究种群细菌种群数量的变化规律? 数学模型 常用数学模型描述、解释和预测种群数量的变化。 一、建构种群增长模型的方法 1．数学模型的概念：用来描述一个 或它的 的数学形式。 系统 性质 2．数学模型的表现形式： Nn= 1✖2n 优 局限性 数学公式 曲线图 精确 不够直观 能直观地反映变化趋势 不够精确 3．建构数学模型的目的和意义： 解释 预测 描述 、 和 种群数量的变化。 数学模型如何构建呢？ 一、科学方法：建立数学模型 一、科学方法：建立数学模型 细菌每20min分裂一次， 细菌数量是怎样变化的？ 资源和生存条件没有限制条件下， 细菌种群增长不受种群密度增加的影响 观察、统计细菌数量， 对自己所建立的模型进行检验或修正 研究实例：以“细菌增殖”实例 N代表细菌数量，n代表第几代 Nn=2n 研究方法 观察研究对象， . 提出 . 通过进一步实验或观察等， 对模型进行 . 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 . 提出问题 合理的假设 建立数学模型 检验或修正 4．建构方法和实例： 假说——演绎法 【思考·讨论】P8：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。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右图所示 讨论1：这两个资料中的种群增长有什么共同点？ 讨论3：这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？ 讨论2：种群出现这种增长的原因是什么？ 种群数量增长迅猛,且呈无限增长趋势。 食物和空间条件充裕、没有天敌、气候适宜等 理想条件 不能，因食物和空间有限 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。 种群数量的“J”形增长 【思考·讨论】P8：分析自然界种群增长的实例 二、种群的“J”形增长 二、种群的“J”形增长 1.概念: 自然界有类似细菌在理想条件下种群数量的增长的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线，曲线大致呈“J”形，这种类型的种群增长称为“J”形增长。 二、种群的“J”形增长★ 2.模型假设: 食物和空间条件充裕 ②气候适宜 ③没有天敌(捕食和寄生天敌) ④没有其他竞争物种等 种群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 在此条件下，种群的数量具体是怎么变化的？可以建立公式嘛？ 设：第一年是N0，第二年是多少？ t年后呢？ 一年后种群的数量为: N1=N0λ1 两年后种群的数量为: N2=N1λ=N0λ2 三年后种群的数量为: N3=N2λ =N0 λ3 Nt=N0λt 在理想条件下，种群数量的增长的形式呈“J”形 3.建立模型: λ = 当年种群数量 前一年种群数量 二、种群的“J”形增长★ 4.公式: 5.曲线式: 时间(t) 种群数量Nt 种群数量曲线 随条件 改变起点 Nt = N0 λt t 年后该种群的数量 种群的起始数量 每年增长倍数 时间 思考：种群数量变化符合数学公式Nt=N0×λt 时，种群增长曲线一定是“J”形吗？ 项目 种群数量变化 λ>1   λ＝1   λ<1   增加 减少 相对稳定 不一定！（λ值的大小决定了曲线类型） 只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。 种群数量 时间 0 λ值的生物学意义图解 λ =1.0 λ =1.1 λ =1.2 λ =0.8 若λ=0，种群中没有个体繁殖，种群在下一代中灭亡。 1-4年，种群数量__________ 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 呈“J”形增长 增长 相对稳定 下降 下降 11-12年下降，12-13年增长 5 12 1.据图说出种群数量如何变化 实战演练★ 巩固提升：“λ”、增长率、增长速率★ 增长率 含义 计算 公式 举例 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 单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例 现有个体数—原有个体数 原有个体数 增长率 = 增长率=出生率-死亡率（不考虑迁入、迁出） 新增个体数 原有个体数 增长率= N0λt＋1－N0λt N0λt = =λ－1 时间（t） 种群数量 种群数量曲线 Nt N0 Nt=N0 λt 增长率曲线 时间 增长率 （增长率>0，且不变） 增长特点 种群的增长率一定，种群数量没有上限。 巩固提升：“λ”、增长率、增长速率★ 增长速率 含义 计算 公式 举例 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 单位时间内增加的个体数量 现有个体数—原有个体数 时间 增长速率 = 时间（t） 种群数量 种群数量曲线 Nt N0 Nt=N0 λt 增长速率 时间（t） 增长速率 增长速率曲线 增长速率呈指数函数增长 实质：“J”形曲线的斜率 =（λ-1）N0λt-1 1年 随堂演练 A______________ B______________ C______________ D______________ 1.研究人员连续10年调查生态系统中某动物的种群数量变化，绘制的λ值变化曲线如图所示。 A、B、C、D 四点时的种群数量相比，最多的是 点；最少的是 点。 年龄结构 增长型 稳定型 衰退型 B D 稳定型 如果遇到资源、空间等方面的限制，细菌的数量会一直按照“J”型公式增长吗？ 不会 假设在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20 min就通过二分裂繁殖一代。细菌的数量呈“J”型增长。 三、种群的“S”形增长 二、种群的“S”形增长 【资料3】生态学家高斯（G. F. Gause，1910—1986）曾经做过单独培养大草履虫的实验：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。 时间（天） 0 1 2 3 4 5 6 种群数量（个） 5 20 137 319 369 375 365 1.大草履虫的数量增长过程如何？ K=375 第5天后 先增加后数量趋于稳定。 2、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。 二、种群的“S”形增长★ 1.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。 2.模型假设： 存在环境阻力（自然条件） ①资源和空间有限 ②种群密度增大时，种内竞争加剧 出生率降低 死亡率升高 当出生率＝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 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值分析★ 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。 思考1：K 值 （是/不是）种群数量的最大值 不是 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。 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。 K值=K2 思考2:同一种群的K 值是固定不变的吗？ 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;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。 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。 种群基数小，需要适应新环境， 增长较缓慢； 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≈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。 种群数量达到最大,且种内斗争最剧烈。 种群数量为K/2，种群增长速率 达到最大。 ab段： bc段： c点： cd段： de段： 调整期 加速期 转折期 减速期 饱和期 “S” 形曲线分析★ “S”形曲线中: 增长速率 ； 增长率 。 明达鼠 (只) 增长速率 (只/年) 增长率 （%） 0年 15 1年 30 2年 55 3年 93 4年 150 5年 202 6年 246 7年 280 8年 300 83% 100% 15 × × 25 38 69% 57 61% 52 35% 44 22% 34 14% 年 ● ● ● ● ● ● ● 1 2 3 4 5 6 7 种群数量 增长速率 增长率 K=300 K/2=150 先增大，K/2时最大，然后下降 一直下降，到K值时为0 8 20 7% ● ● “S形”曲线增长率和种群增长速率★ 种群增长速率 = 种群净增加数 单位时间 ×100% S型曲线增长速率曲线 增长速率 时间 t1 t2 K/2 K A B C D E K/2 K A B C D E （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。出生速率远大于死亡速率 (3)t1～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； 增长速率: “S形”曲线增长率和种群增长速率★ 出生速率或死亡速率 时间 t0 t1 t2 出生速率 死亡速率 K/2 K 种群增长率 = 种群净增加数（第二年➖第一年） 原种群数量（第一年） ×100% 增长率 时间 （1）增长率受种群密度制约，种群增长率不断减小。 （2）当出生率=死亡率时，种群数量达到最大，为K值。 增长率: “S形”曲线增长率和种群增长速率★ 个体百分比 时间 t0 出生率 死亡率 K 两种增长曲线的主要差异是: 按自然选择学说，它就是在生存斗争中被淘汰的个体数量。 环境阻力的不同 0 100 200 300 400 1 2 3 4 5 6 7 时间/天 大草履虫数 K值:环境容纳量 J形曲线 S形曲线 环境阻力 食物不足、空间有限、种内斗争 天敌捕食、气候、传染病等 种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系★ S形曲线的开始部分并非J形曲线。J形曲线从始至终都保持指数式增长，其增长率不变而增长速率持续增加。而S形曲线从始至终具有环境阻力，其增长率持续减小，而增长率先增加后减少。所以，绝不能认为S形曲线的开始部分是J形曲线。 种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系★ A K值：b、d、f 随堂演练 1.(2025·辽宁辽阳模拟)如图三种曲线是同一生物种群数量变化的不同指标。以下叙述错误的是(　　) A.图1、2、3中的b、c、f点时生存斗争最激烈 B.图1、2、3都可以表示该种群在有限环境条件下的增长规律 C.图1中b点和图3中f点的增长速率与图2中的d点对应 D.由于存在环境阻力，因此图1、2、3中的死亡率逐渐增大 图1、2、3中的b、d、f点时对应的种群数量为环境容纳量(K值),此时生存斗争最激烈,A错误;图1、2、3都可表示种群“S”形曲线的增长情况,表示在有限的环境条件下种群数量变化的规律,B正确;题图1中b点和题图3中f点都对应K值,在K值时种群增长速率为0,即对应图2中的d点,C正确;由于食物资源、空间资源等都是有限的,存在环境阻力,因此图1、2、3中的死亡率逐渐增大,D正确。 （1）“J”形曲线是发生在自然界中最为普遍的种群增长模式。 （ 　　） （2）种群数量达到K 值以后，种群受食物、空间等因素的限制， 增长速率为零，种群数量不再发生变化 。 （　 　） （3）对于“S”形增长曲线，同一种群的K 值不是固定不变的，会受到 环境的影响。 （ 　　） （4）环境容纳量即为种群数量最大值。 （　 　） 2.判断正误 随堂演练 K值与K/2值在实践中的应用 1.对资源的保护和利用★ K 种群数量 时间 0 K/2 ①资源的保护：减小环境阻力，增大K值。 例1：保护大熊猫的根本措施是什么？ 建立自然保护区，改善大熊猫的栖息环境，提高环境容纳量。 ②资源的利用：养殖量不能超过K值，否则会破坏环境，导致K值下降。 例2：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？ 保持在K/2水平，因为在这个水平上种群增长速率最大。 在大于K/2值开始捕捞，剩余量维持在K/2左右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。 降低环境容纳量： 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。 K值与K/2值在实践中的应用 2.有害生物的防治★ ①增大环境阻力，降低K值。 例：怎样做才能最有效的灭鼠？ 灭鼠时及时控制种群数量，严防达到K/2值，若达到该值，会导致该有害生物成灾。 ②在 捕杀。 K/2前 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（以上） K/2值前防治有害生物，严防达到K/2值处（以下） K值与K/2值在实践中的应用 “J”形增长 “S”形增长 产生条件 增长特点 曲线 联系 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理想条件。 资源和空间有限、受气候变化影响、受其他生物制约。 每种群数量以一定倍数增长，种群增长速率越来越快。 种群增长速率先逐渐增大，K/2时增长最快，此后增长减缓，到K值时停止增长。 “S”形增长是“J”形增长在自然界环境阻力作用下发展的必然结果。 种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系 四、种群数量的波动 四、种群数量的波动 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。 对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。在K值不变的情况下，种群的数量总是围绕着K值上下波动。 1.种群数量的相对稳定 2.种群数量的波动 季节性波动 年间波动 周期性波动 任何波动只要在两个相邻波峰之间相隔的时间基本相等就可称之为周期性波动。 四、种群数量的波动 该东亚飞蝗的种群数量在1913—1961年一直处于不规则的波动状态 非周期性波动 处在波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发。如蝗灾、鼠灾、赤潮等。 四、种群数量的波动 当种群长久处于不利条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏。 种群的延续需要有一定的个体数量为基础。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。 ▲对于那些已经低于种群延续所需要的最小种群数量的物种，需要采取有效的措施进行保护。 人类活动对自然界种群变化的影响越来越大，甚至成为了决定性因素。 四、种群数量的波动 3.研究意义 （1）有利于野生生物资源的合理利用及保护。 （2）对有害动物的防治。 （3）有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。 课堂小结 $