【生物课件】种群的数量变化（第一课时） 2023-2024学年高二生物上学期人教版2019选择性必修2.pptx

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1、第第1章章 种群及其动态种群及其动态第2节 种群数量的变化种群及其动态种群及其动态第2节 种群数量的变化学习目标第1课时(第一课时)1.建构种群增长模型的方法建立数学模型建立数学模型;细菌增长曲线细菌增长曲线2.种群增长曲线“J”“J”形增长形增长:产生条件产生条件/增长特点增长特点/公式公式“S”“S”形增长形增长:产生条件产生条件/增长特点增长特点/应用应用拓展拓展:增长率和增长速率增长率和增长速率 比较比较3.种群数量的波动爆发爆发;下降下降;消亡消亡(第二课时)4.【探究【探究.实践】培养液中酵母菌种群数量的变化实践】培养液中酵母菌种群数量的变化问题探讨：细菌的数量变化问题探讨：细菌的

2、数量变化构建细菌种群数量增长的数学模型构建细菌种群数量增长的数学模型 活动流程：活动流程：假设在营养和生存空间没有限制的情况下假设在营养和生存空间没有限制的情况下,某种细菌每某种细菌每20min20min就通过就通过分裂繁殖一代分裂繁殖一代。【探究思考】【探究思考】1.1.计算计算1 1个细菌繁殖不同时间所获得的后代数量，并填入表格中个细菌繁殖不同时间所获得的后代数量，并填入表格中(P8)(P8)2.2.利用表格中数据画出细菌的种群增长曲线（利用表格中数据画出细菌的种群增长曲线（P8P8）3.3.用公式表示出第用公式表示出第n n代的细菌数量代的细菌数量NnNn1.1.建立数学模型建立数学模型

3、数学模型数学模型是用来描述一个系统或它的性质的是用来描述一个系统或它的性质的数学形式数学形式。建立数学模型的步骤如下：建立数学模型的步骤如下：细菌每细菌每20min20min分裂一次，怎样计分裂一次，怎样计算细菌繁殖算细菌繁殖n n代后的数量？代后的数量？研究实例研究实例在资源和生存空间没有限制的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条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响受种群密度增加的影响1.1.观察研究对象，提出问题。观察研究对象，提出问题。研究方法研究方法2.2.提出合理的假说。提出合理的假说。N Nn n=2=2n nN N代表细菌数量，代表细菌数量，n n表示第

4、几代表示第几代观察、统计细菌数量，对自己观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正。所建立的模型进行检验或修正。4.4.通过进一步实验或观察等，通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正。对模型进行检验或修正。3.3.根据实验数据，用适当的数根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，学形式对事物的性质进行表达，即建立数学模型。即建立数学模型。建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法时间（时间（min)min)0 02020404060608080100100120120140140160160180180繁殖代数繁殖代数(N(Nn n)0 01 12 23 34 45

5、 56 67 78 89 9数量（个）数量（个）2 24 48 81616323264641281282562565125121 1N Nn n=12=12n n思考思考1:1:这里总共呈现了哪些数学模型这里总共呈现了哪些数学模型？表格、公式、曲线图表格、公式、曲线图思考思考2:2:不不同数学模型的优缺点同数学模型的优缺点：数学公式：科学、准确，但不数学公式：科学、准确，但不_。曲线图：直观但不够曲线图：直观但不够_。直观直观准确准确建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法2.2.细菌种群增长曲线细菌种群增长曲线总结：建立数学模型的步骤总结：建立数学模型的步骤观察分析观察分析提出问题提出问

6、题做出假设做出假设建立建立数学模型数学模型检验修正检验修正思考思考:该公式和曲线是对该公式和曲线是对理想条件理想条件下细菌数量增长的推测，在下细菌数量增长的推测，在自然界自然界中，中，种群的数量变化情况是怎样的呢？种群的数量变化情况是怎样的呢？建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法思考思考讨论：讨论：分析自然界种群增长的实例分析自然界种群增长的实例资料资料1 118591859年，澳大利亚年，澳大利亚2424只野兔只野兔6 6亿亿只野兔只野兔1 1个个世纪世纪资料资料2 21937194219371942年，某岛屿年，某岛屿上上环颈雉环颈雉种群

7、数量增长种群数量增长如下图如下图1.1.这两个资料中的种群增长有什么共同点？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。种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。2.2.种群出现这种增长的原因是什么？种群出现这种增长的原因是什么？食物充足，缺少天敌。食物充足，缺少天敌。3.3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？不能。因为资源和空间是有限的。不能。因为资源和空间是有限的。通过资料通过资料1 1和和2 2可知：可知：自然界中有类似细菌在自然界中有类似细菌在理想条件下种群增长的形式理想条件下种群增长的形式。种群增长模型种

8、群增长模型-“J”“J”形增长形增长【注意】该曲线的【注意】该曲线的起点不是原点。起点不是原点。1.1.产生条件产生条件 理想状态，环境资源无限理想状态，环境资源无限食物和空间条件充食物和空间条件充裕，气候适宜，没有敌害裕，气候适宜，没有敌害,没有其他竞争物种等。没有其他竞争物种等。2.2.增长特点增长特点 种群数量种群数量每年每年以一定的倍数增长以一定的倍数增长，第二年是第一，第二年是第一年的年的倍倍，即持续快速增长。，即持续快速增长。=本年的数量本年的数量/前一年的数量前一年的数量3.3.公式：公式：t t年后种群的数量为年后种群的数量为 N Nt t=N=N0 0 t t （N N0 0

9、为起始数量，为起始数量，t t为时间，为时间，N Nt t表示表示t t年后该种群的数量，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表示该种群数量是一年前种群数量的倍数）动物迁入适宜其生活的新环境后，一段时间内种群的数量变化动物迁入适宜其生活的新环境后，一段时间内种群的数量变化外来入侵物种的种群数量变化外来入侵物种的种群数量变化实验室条件实验室条件种群增长模型种群增长模型-“J”“J”形增长形增长“J”“J”形曲线的特点形曲线的特点（关于（关于“”）活动流程：请分析在活动流程：请分析在1 1、=1=1、1 1时的种群数量分别发生怎么的变化。时的种群数量分别发生怎么的变化。分别描述出

10、分别描述出=1.2=1.2，=1=1，=0.8=0.8时曲线的趋势。时曲线的趋势。=N=Nt t/N/Nt-1t-11 1，种群数量，种群数量_=1=1，种群数量，种群数量_1 1，种群数量，种群数量_增加增加不变不变减少减少=1.5=1.5=1.2=1.2=1=1=0.8=0.8 11且恒定且恒定思考思考:种群数量要呈种群数量要呈“J”“J”形增长，形增长，的值需要符合哪些条件的值需要符合哪些条件？1-41-4年，种群数量呈年，种群数量呈_形增长形增长4-54-5年，种群数量年，种群数量_5-95-9年，种群数量年，种群数量_9-109-10年，种群数量年，种群数量_10-1110-11年，

11、种群数量年，种群数量_11-1311-13年，种群数量年，种群数量_前前9 9年，种群数量第年，种群数量第_年最高年最高9-139-13年，种群数量第年，种群数量第_年最低年最低“J”“J”增长增长相对稳定相对稳定下降下降下降下降11-1211-12年下降，年下降，12-1312-13年增长年增长5 51212【现学现用】【现学现用】据图说出种群数量如何变化据图说出种群数量如何变化课堂检测课堂检测思考思考:如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”“J”形增长吗？形增长吗？种群增长模型种群增长模型-“S S”形增长形增长【情境分析】生态学家高斯（

12、【情境分析】生态学家高斯（G.F.Gause,1910-1986G.F.Gause,1910-1986）曾经做过单独培养大草）曾经做过单独培养大草履虫的实验：在履虫的实验：在0.5 mL0.5 mL培养液中放入培养液中放入5 5个大草履虫，然后每隔个大草履虫，然后每隔24h24h统计一次大草统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如表所示的结果。履虫的数量。经过反复实验，得出了如表所示的结果。时间（天）时间（天）1 12 23 34 45 56 67 7数量数量5 550501101102902903753753753753763761.1.产生条件产生条件资源和空间有限，天敌的制约资源和

13、空间有限，天敌的制约等（即存在等（即存在环境阻力环境阻力）请尝试解释为什么存在环境阻力就会使得种群数量最终维持在一定水平而不能无限增加？请尝试解释为什么存在环境阻力就会使得种群数量最终维持在一定水平而不能无限增加？种群增长模型种群增长模型-“S S”形增长形增长2.2.增长特点增长特点资源和空间丰富，种群数量增长迅速；资源和空间丰富，种群数量增长迅速；abab段段:bcbc段段:资源和空间有限，种群密度资源和空间有限，种群密度 ，种内竞争，种内竞争 ，死亡率死亡率 ，出生率，出生率 ，种群增长，种群增长 ；出生率出生率 死亡率死亡率增大增大加剧加剧减缓减缓出生率出生率 死亡率死亡率上升上升下降

14、下降c c点后点后:出生率出生率 死亡率死亡率 此时此时种群的增长速率为种群的增长速率为零零，种群数量趋于种群数量趋于稳定稳定，种群，种群数量达到数量达到环境容纳量环境容纳量(即即K K值值)。ABC0b b点点:此时此时种群增长速率种群增长速率最大最大;出生率出生率 死亡率死亡率K K值（环境容纳量）值（环境容纳量）定义定义:一定环境条件一定环境条件(在环境条件不受破坏的情况下在环境条件不受破坏的情况下)所能维持的种群最大数量所能维持的种群最大数量同一种群的同一种群的K K值不是固定不变的，会值不是固定不变的，会受到环境受到环境的影响。的影响。同一环境，不同种群的同一环境，不同种群的K K值

15、不同。值不同。【特点】：【特点】：生生物物自自身身的的遗遗传传特特性性和和食食物物、栖栖息息场场所所、天天敌敌及及其其他他生生存存条条件件均均会会影影响响动动物的环境容纳量物的环境容纳量。K K值并不是种群数量的最大值，种群所值并不是种群数量的最大值，种群所达到的最大值会超过达到的最大值会超过K K值，值，但这个值存但这个值存在的时间和短，因为环境已遭到破坏。在的时间和短，因为环境已遭到破坏。种群增长模型种群增长模型-“S S”形增长形增长2.2.增长特点增长特点K K值在图形中的表示值在图形中的表示K K2 2KK3 3之间之间种群的种群的K K值为：值为：_。增长速率增长速率(现有个体数原

16、有个体数现有个体数原有个体数)增长时间增长时间=(=(出生数死亡数出生数死亡数)/)/时间。时间。(有单位，如个有单位，如个/年年)故增长率不能等同于增长速率。故增长率不能等同于增长速率。种群增长速率就是曲线上通过每一点的切线种群增长速率就是曲线上通过每一点的切线(即斜率即斜率)种群增长率与种群增长速率种群增长率与种群增长速率(1)(1)增长率增长率:(2)(2)增长速率增长速率:增长率增长率(现有个体数原有个体数现有个体数原有个体数)原有个体数原有个体数100100举例举例:“:“一个种群有一个种群有10001000个个体，一年后增加到个个体，一年后增加到1100”1100”，则该种群的增长

17、率为，则该种群的增长率为:举例举例:“:“一个种群有一个种群有10001000个个体，一年后增加到个个体，一年后增加到1100”1100”，则该种群的增长速率为，则该种群的增长速率为:(1100-1000)/1000(1100-1000)/1000100%=10%100%=10%(1100-1000)/1(1100-1000)/1年年=100=100个个/年年 “J”“J”形增长和形增长和“S S”形增长形增长已知种群增长率已知种群增长率 种群增长速率种群增长速率请在下面表格中计算请在下面表格中计算“J”“J”形增长形增长的增长率，并绘制增长率和增长速率的曲线。的增长率，并绘制增长率和增长速率

18、的曲线。年份年份初始数量初始数量增长速率增长速率增长率增长率第第1 1年年1 10.50.5 第第2 2年年1.51.50.750.75 第第3 3年年2.252.251.1251.125 第第4 4年年3.3753.3751.68751.6875 第第5 5年年5.06255.0625 （=1.5=1.5）0.50.50.50.50.50.50.50.50.50.5“J”“J”形增长形增长和和“S S”形增长形增长“J”“J”形增长和形增长和“S S”形增长形增长已知种群增长率已知种群增长率 种群增长速率种群增长速率请在下面表格中计算请在下面表格中计算“S”“S”形增长的增长率，并绘制增长率

19、和增长速率的曲线。形增长的增长率，并绘制增长率和增长速率的曲线。年份年份初始数量初始数量增长速率增长速率增长率增长率第第1 1年年1 10.50.5 0.5 0.5第第2 2年年1.51.5（=1.5=1.5）0.60.6 0.4 0.4第第3 3年年2.12.1（=1.4=1.4）0.630.63 0.3 0.3第第4 4年年2.732.73（=1.3=1.3）0.5460.546 0.2 0.2第第5 5年年3.2763.276（=1.2=1.2）0.3276 0.3276 0.1 0.1第第6 6年年3.60363.6036（=1.1=1.1）“J”“J”形增长形增长和和“S S”形增长

20、形增长增长速率变化增长速率变化:看曲线的斜率看曲线的斜率(即过每一点的切线即过每一点的切线)规律总结规律总结1.“S”1.“S”型曲线与其增长速率、增长率的关系型曲线与其增长速率、增长率的关系2.“J”2.“J”型曲线与其增长速率、增长率的关系型曲线与其增长速率、增长率的关系在在“S”S”型曲线中，种群型曲线中，种群增长速率先增大后减小，增长速率先增大后减小，增长率逐渐减小。增长率逐渐减小。在在“J”J”型曲线中，种群型曲线中，种群增长速率逐渐增大，增长速率逐渐增大，增长率基本不变。增长率基本不变。增长率的变化增长率的变化:看看(-1)(-1)（1 1）图中阴影部分表示什么？）图中阴影部分表示

21、什么？（2 2）环境阻力如何用自然选择学说）环境阻力如何用自然选择学说内容解释？内容解释？（3 3）“S”“S”形曲线中，有一段时期近似于形曲线中，有一段时期近似于“J”“J”形曲线，这一段是否等形曲线，这一段是否等同于同于“J”“J”形曲线？为什么？形曲线？为什么？环境阻力。环境阻力。生存斗争中被淘汰的个体数。生存斗争中被淘汰的个体数。不等同，已经存在环境阻力。不等同，已经存在环境阻力。“J”J”型曲线无型曲线无 K K值值,无种内斗争无种内斗争,无天敌。无天敌。“J”“J”形增长形增长和和“S S”形增长形增长“J J形形”增长是理想增长是理想“S S形形”增长是现实增长是现实“阴影部分阴

22、影部分”是生活是生活“J”“J”形增长形增长和和“S S”形增长形增长小积累K值的表示方法和K值的变化“J”“J”形增长形增长和和“S S”形增长形增长 假设你承包了一个鱼塘，你如何解决下面假设你承包了一个鱼塘，你如何解决下面2 2个问题？个问题？放养多少鱼？放养密度过大，鱼竞争加剧，死亡率会增加；放养密度放养多少鱼？放养密度过大，鱼竞争加剧，死亡率会增加；放养密度过小，水体的资源和空间不能充分利用。过小，水体的资源和空间不能充分利用。收获季节，为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，收获季节，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

23、？应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平？过渡过渡种群增长模型种群增长模型-“S S”形增长形增长3.3.应用应用K K值及其应用值及其应用1.1.种群数量到达种群数量到达K K值后就不再变化了吗？值后就不再变化了吗？2.K2.K值是不是种群数量的最大值？值是不是种群数量的最大值？3.3.同一种群的同一种群的K K值是固定不变的吗？值是固定不变的吗？在在K K值上下波动，动态平衡值上下波动，动态平衡。不是；不是；K K值是种群在一定环境条件下所能维持的种群最大数量值是种群在一定环境条件下所能维持的种群最大数量。不是不是食物减少和活动范围缩小等不利条件下，食物减少和活动范围缩小等不利条件下，K K

24、值会变小值会变小。食物充足和生存空间扩大等有利条件下，食物充足和生存空间扩大等有利条件下，K K值会增大值会增大。K K值的大小与环境阻力的大小有关值的大小与环境阻力的大小有关K K值的应用值的应用保护野生生物资源保护野生生物资源防治有害生物防治有害生物合理确定载畜量合理确定载畜量减小环境阻力，增大减小环境阻力，增大K K值值熊猫基地多种竹子等熊猫基地多种竹子等增大环境阻力，减小增大环境阻力，减小K K值值防治老鼠蟑螂：养殖或者释放天敌、打扫防治老鼠蟑螂：养殖或者释放天敌、打扫卫生、硬化地面、将食物储存在安全处。卫生、硬化地面、将食物储存在安全处。草原最大载畜量不超过草原最大载畜量不超过K K

25、值值K/2K/2值及其应用值及其应用K/2K/2值的应用值的应用渔业捕捞后的种群数量要维持在渔业捕捞后的种群数量要维持在_值值_值前防治有害生物，严防达到值前防治有害生物，严防达到_值值K/2K/2K/2K/2K/2K/2假设草原上散养的某种家畜种群呈假设草原上散养的某种家畜种群呈S S形增长，该种群的出形增长，该种群的出生率和死亡率随时间的变化趋势如图所示。若要持续尽可生率和死亡率随时间的变化趋势如图所示。若要持续尽可能多收获该家禽，则应在种群数量合适时开始捕获，下列能多收获该家禽，则应在种群数量合适时开始捕获，下列四个时间点中合适的是（四个时间点中合适的是（）A.tA.t1 1C.tC.t

26、3 3B.tB.t2 2D.tD.t4 4B B课堂检测课堂检测思考思考讨论讨论 环境容纳量与现实生活环境容纳量与现实生活1.1.有人说目前全世界人口数量已经达到地球的环境容纳量，需要控制人口出生率，有人却认为科技进有人说目前全世界人口数量已经达到地球的环境容纳量，需要控制人口出生率，有人却认为科技进步可以提高地球对人类的环境容纳量，对此你持什么观点？你有哪些证据支持你的观点？步可以提高地球对人类的环境容纳量，对此你持什么观点？你有哪些证据支持你的观点？开放性题目开放性题目例如，随着科技进步，农作物产量不断提高，人类开发、利用和保护资源例如，随着科技进步，农作物产量不断提高，人类开发、利用和保

27、护资源的能力不断加强，因而可以养活更多的人口。的能力不断加强，因而可以养活更多的人口。例如，世界范围内存在的资源危机和能源问题，说明地球上的人口可能已例如，世界范围内存在的资源危机和能源问题，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。经接近或达到环境容纳量，因此应当控制人口增长。2.2.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？当采取什么措施？对鼠害等有害动物的控制，可以采取器械捕杀、药物防治等措施。对鼠害等有害动物的控制，

28、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。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。将粮食和其他储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；将粮食和其他储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌；养殖或释放它们的天敌；搞好环境卫生等。搞好环境卫生等。在自然界中，有的种群能够在一段时间内维持数量稳定，但是在自然界中，有的种群能够在一段时间内维持数量稳定，但是大多数生物种群，种群数量总是在波动之中。大多数

29、生物种群，种群数量总是在波动之中。1.1.暴发暴发蝗灾、鼠灾、赤潮蝗灾、鼠灾、赤潮等就是种群数量暴发增长的结果等就是种群数量暴发增长的结果某地区东亚飞蝗种群数量的波动某地区东亚飞蝗种群数量的波动种群数量的波动种群数量的波动2.2.下降下降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。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。种群数量的波动种群数量的波动种群的延续需要有一定的个体数量为基础种群的延续需要有一定的个体数量为基础。当一个种群数量过少，种群可能会由于近当一个种群数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。对于那些已亲繁殖等原因而衰退、消亡。对

30、于那些已经低于经低于种群延续所需的最小种群数量种群延续所需的最小种群数量的物的物种，需要采取有效保护措施进行保护。种，需要采取有效保护措施进行保护。3.3.消亡消亡1.1.如图所示为种群在理想环境中呈如图所示为种群在理想环境中呈“J”“J”型增长，在有环境阻力条件下，呈型增长，在有环境阻力条件下，呈“S”“S”型增长。下列关于种群在某环境中数量增长曲线的叙述，正确的是型增长。下列关于种群在某环境中数量增长曲线的叙述，正确的是()A.A.当种群数量达到当种群数量达到e e点后，种群数量增长速率为点后，种群数量增长速率为0 0B.B.种群增长过程中出现环境阻力是在种群增长过程中出现环境阻力是在d

31、d点之后点之后D D.若该图表示海洋中某种鱼的增长曲线，则最佳捕捞时间在若该图表示海洋中某种鱼的增长曲线，则最佳捕捞时间在e e点点A AC C.若该图表示蝗虫种群增长曲线，则虫害防治必若该图表示蝗虫种群增长曲线，则虫害防治必须在须在C C点点课堂检测课堂检测2.2.科研小组对某地甲、乙两个种群的数量进行了多年的跟踪调查，并研究科研小组对某地甲、乙两个种群的数量进行了多年的跟踪调查，并研究N Nt t1 1/N/Nt t,随时间的变化趋势，结果如图所示随时间的变化趋势，结果如图所示(图中图中N Nt t,表示第表示第 t t 年的种群数量，年的种群数量，N Nt t1 1表示第表示第t t1

32、1年的种群数量年的种群数量)。下列分析正确的是。下列分析正确的是()A A.甲种群在甲种群在0t0t3 3 段的年龄结构为增长型段的年龄结构为增长型B B.乙种群在乙种群在0 0t t1 1 段的种群数量呈段的种群数量呈“J”“J”形增长形增长C.C.乙种群在乙种群在t t2 2 时数量最少时数量最少D.D.甲种群在甲种群在t t3 3 后数量相对稳定可能是生存条件得到了改善后数量相对稳定可能是生存条件得到了改善B B课堂检测课堂检测种群数量的变化种群数量的变化种群数种群数量增长量增长非密度非密度制约制约密度密度制约制约J J型增长型增长S S型增长型增长种群数种群数量波动量波动低于最小低于最小种群数量种群数量构建种群增长构建种群增长模型的方法模型的方法提出问题提出问题提出假说提出假说建立数学建立数学模型模型对模型进对模型进行检验或行检验或修正修正增长率增长率不变不变增长率增长率下降下降暴发暴发下降下降消亡消亡课堂总结课堂总结