1.2种群的数量变化 课件-2025-2026学年高二上学期选择性必修2生物人教版

该高中生物学课件围绕种群数量变化，以“问题探讨”（手上细菌繁殖）导入，从实例推导数学模型，结合野兔、环颈雉等自然种群分析J形与S形增长，构建“模型建构→曲线分析→实际应用”的学习支架，涵盖公式、表格、曲线及K值/K/2值应用。 其亮点在于以问题驱动科学探究，通过细菌繁殖推导数学模型培养科学思维，结合高斯实验深化理解；联系大熊猫保护、有害生物防治等实际，渗透生命观念与社会责任。采用模型建构与实例分析结合的教学方法，助学生提升建模与解决问题能力，也为教师提供清晰的重难点突破路径。

第2节 种群数量的变化 第1章　种群及其动态 目标 01 02 03 通过分析与比较，明确种群的“J”形增长和“S”形增长的条件和特点;通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化等活动，尝试建构种群数量增长的数学模型。 (科学思维、科学探究) 运用种群数量变化规律解决生产生活中的实际问题，关注人类活动对动植物种群数量变化的影响。(社会责任) 通过分析影响种群数量变化的因素，形成稳态与平衡观。（生命观念） 教学目标 教学重难点 重点:尝试建构种群增长的数学模型，并据此解释种群数量的变化。 难点:建构种群增长的数学模型。 2 朱鹮 怎样控制害虫数量，以防止虫灾发生? 怎样保护珍稀濒危生物，以防止物种灭绝，生物多样性锐减? 牧民在承包的草场上该放养多少头羊，既能保护草原，又能取得最好经济效益？ 对于某水体中的鱼，何时捕？捕捞多少？才能既不会使资源枯竭，又使资源得到充分利用? 种群研究的核心问题是种群数量的变化规律。 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。 细菌的生殖方式是怎样的？ 二分裂 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 Nn=2n 2 4 8 16 32 64 128 256 512 问题探讨 1、第n代细菌数量的计算公式是什么？ 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 设细菌初始数量为N0，第一次分裂产生的细菌为第一代，数量为N0x2，第n代的数量为Nn= 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？ 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？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。该公式成立是在理想条件下的。 建立数学模型 问题探讨 一、建构种群增长模型的方法 怎样直观反映该细菌的种群数量变化？ 数学模型 概念：用来描述一个系统或它的性质的数学形式 表现形式：数学公式、公式、表格、关系式、 坐标曲线图、饼状图、柱形图 7 一、建构种群增长模型的方法 通过实验或观察，对模型检验或修正 用数学形式进行表达 提出假设 提出问题 细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？ 资源和生存空间无限，细菌种群的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 Nn=2n 数学模型 构建步骤： 8 一、建构种群增长模型的方法 数学模型 Nn=2n 数学公式 曲线图 直观，但不够精确。 精确，但不够直观。 以上的公式和曲线，是在理想条件下的种群数量增长。 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 9 二、分析自然界种群增长的实例 实例1：澳大利亚野兔 1859年，24只野兔 1926年，全澳洲的野兔数量超过了100亿只 为了歼灭100亿只野兔 澳大利亚用上了轰炸机 自然条件下的种群数量增长—— 10 二、分析自然界种群增长的实例 自然条件下的种群数量增长—— 实例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图所示。 11 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。 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？ 不能，因为资源和空间是有限的。 类似，均成“J”形。 二、分析自然界种群增长的实例 三、种群的J形增长 1、条件 ①食物和空间条件充裕 ②气候适宜 ③没有天敌 ④没有其他竞争物种等 种群数量 N0 ①实验室条件下； ②种群刚迁入新环境时; ③外来入侵物种的种群数量变化 2、适用对象 思考：生物迁入新环境一定会出现“J”形增长吗？ 不一定 三、种群的J形增长 3、建立模型(数学公式) 假设：种群数量每年以一定的倍数(λ)增长。种群起始数量为N0，求t年后的种群数量？ 种群数量 N0 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 t年后种群的数量为: 项目 种群数量变化 年龄结构 λ>1     λ＝1     0<λ<1     λ＝0 增加 增长型 相对稳定 稳定型 减少 衰退型 种群无繁殖，下一代将灭亡 λ =1.1 λ =1.2 λ =0.8 λ =1.0 种群数量 时间 0 λ值的生物学意义图解 深度思考：当λ满足什么条件时，种群数量呈“J”形增长？ 只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。 三、种群的J形增长 3、建立模型(数学公式) 15 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_______________,此段种群出生率大于死亡率 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 。至A点（或此前一年）时达到_________。 呈“J”形增长 一直增长 维持相对稳定 逐年下降 逐年下降 最少 三、种群的J形增长 第_______年：种群数量最高 _______点：种群数量最低 15 A 16 O 时间 种群增长率 O 时间 种群增长速率 t年后种群的数量为:Nt=N0λt，λ代表种群数量增长倍数,不是增长率。 λ-1 4.增长速率和增长率 增长速率逐渐增大（看曲线的斜率，即过每一点的切线） 增长率= (Nt-Nt-1)/ Nt-1 N0λt-N0λt-1 N0λt-1 = =λ-1 增长速率= Nt－Nt-1 1年 N0λt-N0λt-1 1年 = =（λ-1）N0λt-1/年（有单位） 增长率固定不变(无单位） 三、种群的J形增长 生态学家高斯曾做过这样一个实验：在0.5ml培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24h统计一次大草履虫的数量。 四、种群的S形增长 四、种群的S形增长 1、条件 ①资源和空间有限 ②种内竞争 ③存在天敌 ④其他竞争的物种 2、建立模型 3、适用对象 一般自然种群的增长 四、种群的S形增长 4、曲线分析 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，种群增长速率，数量增长迅速 种群数量为K/2，出生率远大于死亡率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 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 四、种群的S形增长 4、曲线分析 K 种群数量 时间 0 B C D E t1 t2 A K/2 ＝N0，增长速率为___ <K/2，增长速率__________ ＝K/2，增长速率_____ >K/2，增长速率_________ ＝K，增长速率为___ 种群 数量 0 逐渐增大 最大 逐渐减小 0 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 5.“S”型曲线与其增长速率的关系 K/2 t0 t1 t2 时间 种群数量 K a b c d e ⑴图乙的fg段相当于图甲的 段 ⑵图乙的g点相当于图甲的 点 ⑶图乙的gh段相当于图甲的 段 ⑷图乙的h点相当于图甲的 段 甲 乙 “S形”增长速率变化: 0～K/2时逐渐增大，K/2～K时逐渐减小，在 K/2时达到最大，在K时增长速率为0 只要增长速率为正值，种群数量就会增加，增长速率为0，种群数量恒定不变，增长速率为负值时，种群数量会下降。 ac c cd de t0 t1 t2 时间 0 K/2 K 数量 增长速率 f g h 四、种群的S形增长 1、K值不一定是种群数量的最大值。 6.环境容纳量（K值）： 一定的环境条件所能维持的种群最大数量。 在环境不遭受破坏的情况下, 种群数量会在 上下波动，动态平衡。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 K 值附近 影响K值的因素：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。 捕食者和被捕食者的K值分别为：______________ M2和N2 6.环境容纳量（K值） K 值:______ K2 K值:________________ K2~K3之间 偶然因素达到的最大值应忽略 四、种群的S形增长 四、种群的S形增长 2、同一种群的K值会随着环境的改变而发生变化。(不是固定不变) 6.环境容纳量（K值）： 一定的环境条件所能维持的种群最大数量。 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_____。 下降 上升 时间 > > 环境阻力 环境容纳量 K K/2 种群数量 “S”型曲线 “J”型曲线 生存斗争淘汰的个体数 形 形 环境阻力（食物不足、空间有限、种内斗争、天敌捕食、气候不适、寄生虫、传染病等。） 三 种群的“S”形增长 种群数量 时间 0 “J”形曲线 “S”形曲线 环境容纳量 环境阻力 7.环境阻力: (1)环境阻力如何用自然选择学说内容解释？ 生存斗争中被淘汰的个体数也即代表自然选择的作用。 (2)“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？ “S”形曲线的开始部分≠“J”形增长，“S”形曲线从始至终具有环境阻力。 (3)两种增长曲线的主要差异是: 环境阻力的有无 “J”形曲线无 K值, 无环境阻力，如无种内斗争, 无天敌。“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。 四、种群的S形增长 阴影部分表示的含义:因环境阻力淘汰的个体 拓展：增长速率和增长率 “J”型曲线 “S”型曲线 增长率 增长速率 λ-1 K/2 K 形 形 四、种群的S形增长 8、K值和K/2值的运用： 场景1 大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？ 种群数量锐减的原因： 大熊猫栖息地遭到破坏后，食物减少、活动范围缩小，K值变小。 保护措施： 建立自然保护区，改善栖息环境，从而提高环境容纳量。 总结：①对野生生物资源和濒危物种的保护： 改善生存环境，提高野生生物的环境容纳量，如建立自然保护区等来保护野生生物。 四、种群的S形增长 8、K值和K/2值的运用： 对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施? ①降低环境容纳量(防治有害生物的根本措施) 养殖家猫捕食家鼠、搞好环境卫生、硬化地面、安全储藏食物等。 场景2 ②降低出生率 施用避孕药等。 ③提高死亡率 机械捕杀、药物毒杀等。 灭鼠时要及时控制种群数量，严防达到______值，若达到该值，会导致该有害生物成灾,所以在______前捕杀。 K/2 K/2 总结：②防治有害生物 增大环境阻力，降低环境容纳量是防治的根本。K/2之前防治有害生物，防止其达到K/2。 四、种群的S形增长 8、K值和K/2值的运用： 渔业捕捞时，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平? 场景3 ①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速率最大，有利于资源再生。 ②渔业捕捞应在 K/2以后 捕捞后鱼的种群数量维持在 K/2 四、种群的S形增长 8、K值和K/2值的运用： 场景4 草原最大载畜量不超过K值→合理确定载畜量 总结：③资源的开发与利用： 合理确定载畜量，不超过K值；把握K/2值处黄金开发点。砍伐树木、渔业捕捞后种群数量控制在K/2值处（增长速率最大），可实现“既有较大收获量，又可保持种群高速增长”。 K值与K/2值的应用: 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、鱼的养殖量不超过K值 → 合理确定 载畜量、鱼的养殖量 K/2值 K/2值前防治有害生物，严防达到K/2值处 总结归纳 渔业捕捞应在种群数量在K/2以上进行， 渔业捕捞后的种群数量要在K/2值处 为引进外来物种提供理性的思考: 必须考虑所引入的外来物种是否会构成对原来物种的危害，即是否会构成生物入侵。 三 五、种群数量的波动 自然界中，有的种群增长后，能在一定时期内维持数量的相对稳定。 但大多数生物的种群数量，总是在波动中。特定条件下可能出现种群爆发。不利条件下还可能急剧下降。 种群数量的变化 1.增长——J,S形 2.波动 3.下降——遭遇人类乱捕滥（鲸鱼）和栖息地破坏 某地区东亚飞蝗种群数量的波动 $