1.2 種群的數(shù)量變化課件-高二上學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修2

第一章第二節(jié)

第1課時(shí)

建構(gòu)種群增長模型的方法及種群數(shù)量的變化本節(jié)聚焦：1.通過闡釋種群數(shù)量變化培養(yǎng)建模及模型分析能力。2.明確環(huán)境容納量原理在保護(hù)瀕危物種中的應(yīng)用我們的手上難免沾染細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快，因而我們要常洗手。假設(shè)在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過分裂繁殖一次。問題探討討論：1.第n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式是什么？Nn=2n2.72h后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？2216個(gè)我們的手上難免沾染細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快，因而我們要常洗手。假設(shè)在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過分裂繁殖一次。問題探討不會(huì)；因?yàn)榭臻g和資源是有限的3.在一個(gè)培養(yǎng)瓶中，細(xì)菌的數(shù)量會(huì)一直按照這個(gè)公式描述的趨勢增長嗎？如何驗(yàn)證你的觀點(diǎn)？

理想條件下，一個(gè)細(xì)菌3天繁殖后代的總質(zhì)量約是地球質(zhì)量的1.765×1025倍！

描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化，嘗嘗需要建立數(shù)學(xué)模型。在上面的“問題探討”活動(dòng)中，你已經(jīng)嘗試對(duì)某種細(xì)菌種群的數(shù)量變化建立數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)方式。建立數(shù)學(xué)模型一般包括下步驟（以“問題探討”中的素材為例）一、構(gòu)建種群增長模型的方法根據(jù)公式：Nn=2n1.下面請你算出一個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí)間（單位min）的數(shù)量，并填入下表一、構(gòu)建種群增長模型的方法時(shí)間/min20406080100120140160180細(xì)菌數(shù)量/個(gè)2481632641282565122.以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出細(xì)菌種群的增長曲線（圖1-4）。2.以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出細(xì)菌種群的增長曲線（圖1-4）。一、構(gòu)建種群增長模型的方法時(shí)間/min細(xì)菌數(shù)量/個(gè)020406080100120160180600500400300200100同數(shù)學(xué)公式相比，曲線圖表示的模型有什么局限性？一、構(gòu)建種群增長模型的方法數(shù)學(xué)公式曲線圖數(shù)學(xué)形式科學(xué)、準(zhǔn)確，但不夠直觀直觀，但不夠精確

你所得出的公示和增長曲線，只是對(duì)理想條件下細(xì)菌數(shù)量增長的推測。

在自然界中，種群的數(shù)量變化是怎樣的呢？分析自然界種群增長的實(shí)例一、構(gòu)建種群增長模型的方法資料一：

1859年，一位來到澳大利亞定居的英國人在他的農(nóng)場中放生了24只野兔。讓他沒有想到的是，一個(gè)世紀(jì)之后，這24只野兔的后代竟超過6億只。漫山遍野的野兔不僅與牛羊爭食牧草，還啃嚙樹皮，造成植被被破壞，導(dǎo)致水土流失。后來，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到短暫控制。分析自然界種群增長的實(shí)例一、構(gòu)建種群增長模型的方法資料二：20世紀(jì)30年代，人們將環(huán)頸雉引入某地一個(gè)島嶼。1937~1942年，這個(gè)種群數(shù)量的增長如圖所示。談?wù)摚?.這兩個(gè)資料中的種群增長有什么共同點(diǎn)？2.種群出現(xiàn)這種增長的原因是什么？3.這種種群增長的趨勢能不能一直持續(xù)下去？為什么？一、構(gòu)建種群增長模型的方法種群數(shù)量增長迅猛，且呈無限增長趨勢。食物充足、缺少天敵等。不能。因?yàn)橘Y源和空間是有限的。自然界確有類似細(xì)菌在理想條件下的種群數(shù)量增長形式，如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線表示，曲線大致呈“J”型。二.種群的“J”形增長1.食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵

和其他競爭物種等條件;2.種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年

的數(shù)量是第一年的λ倍。模型假設(shè)（條件）自然界確有類似細(xì)菌在理想條件下的種群數(shù)量增長形式，如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線表示，曲線大致呈“J”型。二.種群的“J”形增長t年后種群的數(shù)量為:Nt=N0·λt(N0為起始數(shù)量，t為時(shí)間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，λ表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)。)建構(gòu)模型種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年是第一年的λ倍。種群數(shù)量變化符合數(shù)學(xué)公式:Nt=N0·λt

時(shí)，種群增長曲線一定是“J”形嗎？并說明理由。二.種群的“J”形增長不一定；只有λ＞1且為定值時(shí)，種群增長才為“J”形增長。思考：λ的值與種群數(shù)量變化有怎樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系？λ＞1,種群數(shù)量增加λ=1,種群數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定λ＜1,種群數(shù)量減少練習(xí)：據(jù)圖說出種群數(shù)量如何變化1-4年，種群數(shù)量呈___形增長4-5年，種群數(shù)量___________5-9年，種群數(shù)量__________9-10年，種群數(shù)量__________10-11年，種群數(shù)量________二.種群的“J”形增長--λJ增長相對(duì)穩(wěn)定下降下降練習(xí)：據(jù)圖說出種群數(shù)量如何變化11-13年，種群數(shù)量_________________________前9年，種群數(shù)量第_______年最高9-13年，種群數(shù)量第______年最低二.種群的“J”形增長--λ11-12年下降，12-13年增長512(1)a段：λ>1且恒定，種群數(shù)量呈“J”形增長。二.種群的“J”形增長--λ【歸納】準(zhǔn)確分析“λ”曲線(2)b段：λ盡管下降，但仍大于1，此段種群出生率大于死亡率，種群數(shù)量一直增長。二.種群的“J”形增長--λ【歸納】準(zhǔn)確分析“λ”曲線(3)c段：λ=1，種群數(shù)量維持相對(duì)穩(wěn)定。二.種群的“J”形增長--λ【歸納】準(zhǔn)確分析“λ”曲線(4)d段：λ<1，種群數(shù)量逐年下降。二.種群的“J”形增長--λ【歸納】準(zhǔn)確分析“λ”曲線(5)e段：盡管λ呈上升趨勢，但仍小于1，故種群數(shù)量逐年下降。二.種群的“J”形增長--λ【歸納】準(zhǔn)確分析“λ”曲線增長率二.種群的“J”形增長--種群增長率λ>1新增個(gè)體數(shù)=原有個(gè)體種群總數(shù)λ當(dāng)年種群個(gè)體數(shù)=前一年種群個(gè)體數(shù)=λ-1種群增長率=λ?1，λ不變，因此種群增長率不變。λ＞1增長速率二.種群的“J”形增長--種群增長率新增個(gè)體數(shù)=增長時(shí)間即曲線的斜率種群增長速率就是增長曲線上通過某一點(diǎn)的切線斜率，在呈“J”形增長的種群中，增長速率是逐漸增大的。如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會(huì)呈“J”形增長嗎？三、種群的“S”形增長資料：

生態(tài)學(xué)家高斯的實(shí)驗(yàn)：在0.5mL培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲，每隔24h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下圖所示。思考：1.大草履蟲的數(shù)量在第幾天增長較快？2.第幾天后大草履蟲的數(shù)量基本維持不變？3.為什么大草履蟲種群沒出現(xiàn)“J”形增長？4.大草履蟲的數(shù)量變化有什么特點(diǎn)？5.這種類型的種群增長稱為什么？三、種群的“S”形增長2和3天5天隨著大草履蟲數(shù)量增多，對(duì)食物和空間的競爭逐漸激烈，導(dǎo)致出生率下降，死亡率升高。經(jīng)過一定時(shí)間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定種群的“S”形增長三、

種群的“S”形增長自然條件，即自然界的食物和空間條件有限建構(gòu)假設(shè)（條件）ab段：種群基數(shù)小，需要適應(yīng)新環(huán)境，增長較

緩慢；bc段：資源和空間豐富，出生率升高，種群數(shù)

量增長迅速；cd段：資源和空間有限，種群密度增大，種內(nèi)

競爭加劇，出生率降低，死亡率升高，

種群增長減緩；de段：出生率約等于死亡率，種群增長速率幾

乎為0，種群數(shù)量達(dá)到K值，且維持相對(duì)

穩(wěn)定。三、

種群的“S”形增長K值：一定環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量

稱為環(huán)境容納量。①K值并不是種群數(shù)量的最大值

種群所達(dá)到的最大值可能會(huì)超過K值,如過度繁殖。②同一種生物的K值不是固定不變的K值會(huì)隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化，當(dāng)環(huán)境遭受破壞時(shí)，K值會(huì)下降；當(dāng)環(huán)境條件狀況改善時(shí),K值會(huì)上升。三、

種群的“S”形增長--K值K值的表示方法A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群增長速率為0,數(shù)量最大,為K值。A`點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群增長速率最大,為K/2值。B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群出生率與死亡率相等,種群數(shù)量達(dá)到最大，為K值。三、

種群的“S”形增長--K值K值的表示方法C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群數(shù)量為K值。C`點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群出生率與死亡率差值最大，為K/2值。D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群個(gè)體數(shù)最多,即K值。D`點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群個(gè)體數(shù)為K/2值。三、種群的“S”形增長--種群增長率與種群增長速率增長率新增個(gè)體數(shù)=原有個(gè)體種群總數(shù)增長速率新增個(gè)體數(shù)=增長時(shí)間①野生動(dòng)物的保護(hù)建立自然保護(hù)區(qū)，提供更寬廣的生存空間,改善它們的棲息環(huán)境，減小環(huán)境阻力，從而提高環(huán)境容納量，是保護(hù)它們的根本措施。三、種群的“S”形增長--K值的應(yīng)用②有害生物的防治增大環(huán)境阻力，降低環(huán)境容納量。例如：可利用將食物儲(chǔ)藏在安全處，斷絕或減少食物來源，養(yǎng)殖或釋放天敵等措施來降低老鼠的環(huán)境容納量；③自然資源的利用a.漁業(yè)捕撈應(yīng)在K/2以后;b.捕撈后魚的種群數(shù)量維持在K/2;三、種群的“S”形增長--K/2值的應(yīng)用④有害生物的防治

在種群增長剛開始（達(dá)到K/2之前）的時(shí)候就進(jìn)行防治。（絕對(duì)不能讓種群數(shù)量增長到1/2K值）因?yàn)镵/2值之后開始捕撈，捕撈持續(xù)時(shí)間長，能有較大的捕獲量。

捕魚后保留在K/2值處，種群增長速率最大，種群數(shù)量恢復(fù)最快。實(shí)現(xiàn)了“既有較大收獲量又可保持種群高速增長”，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。陰影面積為環(huán)境阻力，按自然選擇學(xué)說，就是生存斗爭中被淘汰的個(gè)體數(shù)。該圖體現(xiàn)了種群“J”形和“S”形增長曲線之間的關(guān)系，二者之間的陰影部分代表什么？食物不足空間有限天敵捕食氣候、傳染病等小節(jié)：“J”形增長曲線與“S”形增長曲線的對(duì)比小節(jié)：“J”形增長曲線與“S”形增長曲線的對(duì)比

1.

下列關(guān)于建構(gòu)種群增長模型方法的說法，錯(cuò)誤的是（

）A.

曲線圖能直觀地反映出種群數(shù)量的增長趨勢B.

數(shù)學(xué)模型就是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的曲線圖C.

數(shù)學(xué)模型可描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化D.

在數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的過程中也常用到假說—演繹法解析：

數(shù)學(xué)模型就是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形

式，可能是曲線圖，也可能是數(shù)學(xué)公式，B錯(cuò)誤；建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的

一般步驟是提出問題→作出假設(shè)→用數(shù)學(xué)形式表達(dá)→檢驗(yàn)或修正，

故在數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的過程中也常用到假說—演繹法，D正確。2.

一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量。下列敘

述正確的是（

）A.

環(huán)境容納量是指種群的最大數(shù)量B.

種群的種內(nèi)競爭不會(huì)改變環(huán)境容納量的大小C.

在理想條件下，影響種群數(shù)量增長的因素主要是環(huán)境容納量D.

由于環(huán)境容納量是有限的，種群增長到一定數(shù)量就會(huì)保持穩(wěn)定解析：

環(huán)境容納量是指一定環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)

量，A錯(cuò)誤；種群的種內(nèi)競爭不會(huì)改變環(huán)境容納量的大小，環(huán)境容

納量只與環(huán)境條件有關(guān)，B正確；在理想條件下，影響種群數(shù)量增

長的因素主要是出生率和死亡率，C錯(cuò)誤；由于環(huán)境容納量是有限

的，種群增長到一定數(shù)量可能會(huì)保持穩(wěn)定，或者在環(huán)境容納量上下

波動(dòng)，如果環(huán)境遭到破壞，種群數(shù)量會(huì)下降，D錯(cuò)誤。3.

如圖表示一個(gè)生物群落中甲、乙兩個(gè)種群的增長速率隨時(shí)間變化的

曲線，下列敘述錯(cuò)誤的是（

）A.

t3～

t5時(shí)間內(nèi)，甲、乙兩種群的年齡結(jié)構(gòu)不同B.

t4時(shí)，甲的種群密度最小，乙的種群密度最大C.

若乙種群為養(yǎng)殖的草魚，則在

t5時(shí)能得到最大日捕獲量D.

t4～

t5時(shí)間內(nèi)，乙種群出生率降低，死亡率升高，到

t5時(shí)增長率為零解析：

t3～

t5時(shí)間內(nèi)，甲種群增長速率小于0，其年齡結(jié)構(gòu)是衰

退型，而乙種群增長速率大于0，其年齡結(jié)構(gòu)是增長型，A正確；

乙種群密度最大是

t5時(shí)