种群的数量变化高二上学期选择性必修2生物人教版

第2节种群数量的变化第1章种群及其动态目标010203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。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)020406080100120140160180分裂次数0123456789数量（个）1指数形式Nn=2n248163264128256512问题探讨1、第n代细菌数量的计算公式是什么？20212223242526272829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＝216Nn＝1X２n

＝22163、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：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)020406080100120140160180分裂次数0123456789数量（个）1248163264128256512二、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——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。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

=N0λ3t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=1.1λ=1.2λ=0.8λ=1.0种群数量时间0λ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)

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15AO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-14.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-1N0λt-N0λt-1N0λt-1==λ-1

增长速率=Nt－Nt-11年N0λt-N0λt-11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0BCDEt1t2AK/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0S型曲线增长速率曲线增长速率时间t1t2K/2KABCDE5.“S”型曲线与其增长速率的关系K/2

t0t1t2

时间种群数量Kabcde⑴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。acccddet0t1t2

时间0K/2K数量增长速率fgh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N26.环境容纳量（K值）K值:______

K2K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KK/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-1K/2K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2②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/2K/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3①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