1.2种群数量的变化——“J”形增长和“S”形增长课件-2026-2027学年高二上学期生物人教版选择性必修2

第1章 种群及其动态 第2节 种群数量的变化 我们都知道冬天候鸟南飞，国家一级保护动物黑脸琵鹭是深圳的明星鸟，但是这两年在惠州也出现了黑脸琵鹭的身影，根据 研究者通过什么方式来分析近30年黑脸琵鹭种群数量的变化？ 黑脸琵鹭全球数量 黑脸琵鹭深圳湾数量 通过绘制曲线图，构建数学模型 冬天来了，候鸟迁徙到南方，近两年在大亚湾红树林湿地公园也可以看到罕见的国家一级保护动物——黑脸琵鹭，根据香港观鸟会提供的数据，研究者通过什么方式来分析近30年黑脸琵鹭种群数量的变化？在高中生物中同学们了解了概念模型，物理模型和数学模型。显然，如果需要描述和预测种群的数量的变化，我们通常应该选用数学模型比较合适，但是要如何构建数学模型，用数学模型解决生物学问题呢？下面我们以细菌 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。 复习：模型构建法 物理模型 概念模型 数学模型 你还记得高中生物中学习过哪些模型吗？比如你们用黏土捏出来的各种细胞器，应该是属于什么模型？用线条和文字表示概念之间关系的，又是什么模型？当然还有曲线图、数学公式这样的数学模型。如果要研究种群数量的变化，显然，选择什么模型更加合适？数学模型 建立数学模型 研究实例 研究方法 细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖t代后的数量 在资源和空间无限的环境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响 Nt=2t N代表细菌数量,t表示第几代 观察、统计细菌的数量，对自己建立的模型进行检验或修正 观察研究对象，提出问题 做出合理的假设 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 该公式和曲线是对理想条件下细菌数量增长的推测，理想条件下细菌数量的增长模型自然界中也有吗？ 实例1．澳大利亚野兔 资料1：1859年，来澳大利亚定居的英国人在农场放生了24只野兔。一个世纪之后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃树皮，造成植被破坏，导致水土流失。后来人们引入了黏液瘤病毒才使其数量得到控制。 资料2：20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个小岛。1937—1942年，5年间这个种群数量的增长如下图所示。 课本P8 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？ 增长迅猛,且呈无限增长趋势。 食物充足，缺少天敌等 【思考·讨论】分析自然界种群增长的实例 二 通过资料1资料2可知：自然界也有类似细菌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。这种类型的种群增长称为“J”形增长。 （2）建立模型(数学公式) （1）模型假设 课本P9 ①假定某英国人在1859年带入澳大利亚24只野兔，每一年数量比前一年增加3倍，3年后统计野兔数量是多少？请写下计算过程。 时间/年 1 2 3 4 5 种群数量/只 ②在上述“野兔入侵”现象中，N0表示第一年野兔的数量，每一年数量是前一年的λ倍，t年后的野兔数量为Nt，归纳出Nt的计算公式。 Nt = ③请在上述公式的基础上，绘制曲线： 24 216 648 1944 5832 【思考·讨论】分析自然界种群增长的实例 二 当在食物和空间条件充裕，气候适宜，没有天敌和其它竞争物种的理想状态下， （2）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。 食物和空间条件充裕，气候适宜，没有天敌和其它竞争物种 1．“J”形增长的数学模型 （1）模型假设 课本P9 理想条件下： 注解：N0为起始数量，t为时间，Nt表示t年后该种群的数量， λ为一年前种群数量的倍数。 t年后种群的数量为 【思考·讨论】分析自然界种群增长的实例 二 当在食物和空间条件充裕，气候适宜，没有天敌和其它竞争物种的理想状态下， （3）对“λ”的理解： 在Nt＝N0λt 表达式中，种群数量一定增长吗？ 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 【思考·讨论】分析自然界种群增长的实例 二 ①a段：“λ”＞1且恒定——种群数量 ； ②b段：“λ”尽管下降，但仍大于1，此段种群出生率大于死亡率—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 ; 呈“J”形增长 一直增长 维持相对稳定 逐年下降 逐年下降 跟踪训练：准确分析种群数量变化的“λ”值曲线 金版学案P13 10 实例2分析．生态学家高斯的实验 把5个大草履虫置于0.5mL的培养液中，不更换到更大容器中，不添加新的培养液，连续观察、记录，第5天后基本维持375个左右，结果如下表： 时间 0 1 2 3 4 5 6 数量 5 20 137 319 369 375 373 时间/d 种群数量/个 K=375 二天和第三 1、大草履虫的数量在 第 天增长较快 2、第五天后大草履虫的数量出现什么变化？ 3、为什么该种群没有出现“J”形增长？ 随着大草履虫数量的增多，对食物和空间的竞争趋于激烈，出生率 ↓，死亡率↑。 趋于稳定 种群的“S”形增长 二 如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？ 2．“S”形增长的数学模型 （3）适用对象： （1）含义：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。 资源和空间有限，天敌的制约等（即存在环境阻力） （2）原因： 一般自然种群的增长 时间/d 种群数量/个 K=375 （4）环境容纳量（K值）： 一定的环境条件所能维持（不是达到)的种群最大数量称为环境容纳量，又称K值。 种群的“S”形增长 二 K值特点： ①同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。 ②同一环境，不同种群的K值不同。 K值在图形中的表示 K值并不是种群数量的最大值，种群所达到的最大值会超过K值。 （ ） 小小判断题： 小小选择题： 据左图可知，该种群的K值为__________。 A.K1 B.K2 C.K3 C √ √ 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 食物、栖息场所、天敌这些环境因素，根据K值在图形中的表现，请问K值是不是种群数量的最大值？不是，种群所达到的最大值会超过K值 种群的“S”形增长——曲线分析 K/2 t1 t2 增 长 速 率 时间 0 t1 t2 （K/2） （K） f g a b c d e （1）请结合“S”形增长曲线及其切线斜率变化，研究种群增长速率（即曲线中的切线斜率）的变化规律。 ①种群数量＝a，增长速率为________ ②种群数量<K/2，增长速率________ ③种群数量=K/2，增长速率________ ，此时对应的点为________ 。④种群数量>K/2，增长速率________ ⑤种群数量＝K，增长速率为________ ，即出生率____死亡率，此时种群的数量达_______ 。 ①左图h点，对应上图________点 ②左图f点，对应上图________点 ③左图g点，对应上图________点 0 逐渐增大 最大 c 逐渐减小 ＝ 0 最大 h a c e K和K/2值应用： K值应用 实践应用1——野生生物的保护 资料1：全球濒危物种再现惠州大亚湾。11月13日下午，惠州大亚湾区蓝色海湾公益协会“鸟人”小组传来好消息：观鸟爱好者们在大亚湾淡澳河入海口白寿湾滩涂拍摄到两只全球濒危物种、国家一级保护野生动物——黑脸琵鹭。随着湿地自然环境的不断改善，越来越多的黑脸琵鹭选择在这里安家落户。 a. 黑脸琵鹭种群数量增多的关键原因是什么？ 因为大亚湾红树林湿地的整体环境得到明显改善，食物的增加和活动范围的缩大，K 值变大。 b.从中启示保护频危动物的根本措施是什么？ 提高环境容纳量（K值）： 建立自然保护区，改善栖息环境 黑脸琵鹭。大亚湾观鸟爱好者张喜龙 摄 K和K/2值应用： K/2值应用： 实践应用2——有害生物的防治 有何措施可控制家鼠、虫子的数量？ 降低环境容纳量 是防治有害生物的根本措施。 灭鼠、杀虫效果最好 的时期在 。 K/2以前 K和K/2值应用： K/2值应用： 实践应用3——对野生资源的开发和利用 为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？ a.渔业捕捞应在 ; b.捕捞后鱼的种群数量维持在 。 K/2以后 K/2 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。 K和K/2值应用： 【总结】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 小结——曲线“J”与曲线“K” “J”型增长 “S”型增长 模型条件 资源（食物和空间） 充裕 ， 且没有 天敌和种内斗争。 资源（食物和空间） 有限 ， 且有 天敌和种内斗争。 模型特点 举例 澳理想条件的细菌繁殖利野 一定容器内的大草履虫繁殖 注意： “J”型曲线无 K值, 无种内斗争, 无天敌。 【巩固提升】 1、建立种群数量变化的数学模型一般不需要( ) A．观察研究对象，提出问题，提出合理的假设 B．根据实验数据，用适当的数学形式，对种群数量变化进行表达 C．通过进一步实验或观察，对数学模型(公式或曲线)进行检测或修正 D．进行对照实验 D 【巩固提升】 2、关于图中种群数量变化的说法，错误的是 (　　) A．种群“J”型曲线只有在理想条件下才能出现 B．种群呈“S”型增长过程中，在达到K值之前就是“J”型增长 C．自然状态下种群数量达到600时，种群的增长率为0 D．环境条件变化时，种群的K值也会发生相应变化 B （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？ 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。 “J”形增长和“S”形增长 小结——曲线“J”与曲线“S” “J”型增长 “S”型增长 模型条件 资源（食物和空间） 充裕 ， 且没有 天敌和种内斗争。 资源（食物和空间） 有限 ， 且有 天敌和种内斗争。 模型特点 举例 澳理想条件的细菌繁殖利野 一定容器内的大草履虫繁殖 注意： “J”型曲线无 K值, 无种内斗争, 无天敌。 【巩固提升】 3、右图表示某物种迁入新环境后，种群增长速率随时间的变化关系， 在t1时经调查该种群数量为N，下列有关叙述正确的是 (　　) A．在t2时种群个体的数量与在t0时种群个体的数量相等 B．在t0～t2时间内，种群数量呈“S”型增长 C．该种群在此环境中的环境容纳量约为N D．在t1～t2时，该种群数量呈下降趋势 B 【巩固提升】 4、假定当年种群数量是一年前种群数量的λ倍，右图表示λ值随时间的变化曲线示意图。下列相关叙述错误的是 (　　) A．0～a年，种群数量不变，其年龄组成是稳定型 B．a～b年，种群数量下降，其年龄组成是衰退型 C．b～c年，种群数量增加，种群呈“S”型增长 D．c～d年，种群数量增加，其年龄组成是增长型 C 【巩固提升】 5．如图表示一个区域内甲、乙两个种群的增长速率随时间变化的曲线，有关叙述正确的是（     ） B A．据图可知，乙种群的K值大于甲种群的K值B．t3~t5时间内甲、乙两种群的年龄结构不同C．t2~t3时间内甲种群出生率小于死亡率D．t4时乙的种群密度最大 $