1.2.1 種群數(shù)量的變化（第1課時(shí)）2022-2023學(xué)年高二生物課件（人教版2019選擇性必修2）

第1章種群及其動(dòng)態(tài)第2節(jié)種群數(shù)量的變化你了解“七步洗手法”嗎？了解手上細(xì)菌的檢測(cè)嗎？圖片中的手越白意味著越臟，越黑意味著越干凈

假設(shè)在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒(méi)有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過(guò)分裂繁殖一代。1.第n代細(xì)茵數(shù)量的計(jì)算公式是什么？2.72h后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？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(shì)增長(zhǎng)嗎？如何驗(yàn)證你的觀點(diǎn)？

探究:

建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法

①

根據(jù)假設(shè)計(jì)算出1個(gè)細(xì)菌在不同時(shí)間產(chǎn)生后代的數(shù)量，記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中。1.第n代細(xì)茵數(shù)量的計(jì)算公式是什么？Nn=1×２n2.72h后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？Nn＝1×２n

＝2216時(shí)間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)數(shù)量（個(gè)）248163264128256512123456789②以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫(huà)出細(xì)菌種群的增長(zhǎng)曲線。

探究:

建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法

曲線圖與數(shù)學(xué)方程式比較，有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？曲線圖：直觀，但不夠精確。數(shù)學(xué)方程式：精確，但不夠直觀。

探究:

建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法

觀察研究對(duì)象，提出

。提出合理的

。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)?/p>

。形式對(duì)事物的

進(jìn)行

。通過(guò)進(jìn)一步

，對(duì)模型進(jìn)行

。問(wèn)題假設(shè)數(shù)學(xué)性質(zhì)表達(dá)實(shí)驗(yàn)或觀察檢驗(yàn)或修正

數(shù)學(xué)細(xì)菌每20min分裂一次，怎樣計(jì)算細(xì)菌繁殖n代后的數(shù)量？在資源和生存空間沒(méi)有限制的條件下，細(xì)菌種群的增長(zhǎng)不會(huì)受種群密度增加的影響Nn=N0×2n。Nn代表繁殖n代后細(xì)菌數(shù)量，N0為細(xì)菌起始數(shù)量，n代表繁殖代數(shù)觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量，對(duì)自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正方法：步驟：模型構(gòu)建法（

模型）

探究:

建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法

1.數(shù)學(xué)模型概念：用來(lái)描述一個(gè)____或它的____的_________；系統(tǒng)性質(zhì)數(shù)學(xué)形式2.建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法（步驟）①觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題②提出合理的假設(shè)③根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)，即建立數(shù)學(xué)模型④通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正3.數(shù)學(xué)模型的種類①數(shù)學(xué)公式，如Nn=2n②曲線圖分析自然界種群增長(zhǎng)的實(shí)例資料11859年，一位來(lái)澳大利亞定居的英國(guó)人在他的農(nóng)場(chǎng)中放生了24只野兔，一個(gè)世紀(jì)后，這24只野兔的后代竟超過(guò)6億只。資料220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)種群增長(zhǎng)如右圖所示。討論:1.這兩個(gè)資料中種群增長(zhǎng)有什么共同點(diǎn)?2.種群出現(xiàn)這種增長(zhǎng)的原因是什么？3.這種種群增長(zhǎng)的趨勢(shì)能不能一直持續(xù)下去？為什么？種群數(shù)量增長(zhǎng)迅猛,且呈無(wú)限增長(zhǎng)趨勢(shì)。食物充足，缺少天敵等不能，因食物和空間有限1.產(chǎn)生條件:

食物和空間條件充裕，氣候適宜，沒(méi)有天敵和其他競(jìng)爭(zhēng)物種等條件下；2.增長(zhǎng)特點(diǎn):

種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)，第二年是第一年的λ倍。t年后種群的數(shù)量為:Nt=N0λt

一、種群增長(zhǎng)的“J”形曲線3.計(jì)算公式(建立數(shù)學(xué)模型):一年后種群的數(shù)量為:N1=N0λ1二年后種群的數(shù)量為:N2=N1·λ=N0λ2(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)。)理想狀態(tài)【思考1】

①當(dāng)λ=1時(shí)，種群數(shù)量如何變化？②當(dāng)λ＞1時(shí)，種群數(shù)量如何變化？③當(dāng)λ＜1時(shí)，種群數(shù)量如何變化？【思考2】當(dāng)λ＞1時(shí)，種群一定呈“J”形增長(zhǎng)嗎？種群數(shù)量不變(相對(duì)穩(wěn)定)種群數(shù)量增長(zhǎng)種群數(shù)量下降不一定；只有λ＞1且為定值時(shí)，種群增長(zhǎng)才為“J”形增長(zhǎng)；一、種群增長(zhǎng)的“J”形曲線4.λ值的生物學(xué)意義:

1-4年，種群數(shù)量呈___形增長(zhǎng)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_____________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“J”增長(zhǎng)相對(duì)穩(wěn)定下降下降11-12年下降，12-13年增長(zhǎng)5121.據(jù)圖說(shuō)出種群數(shù)量如何變化現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用A______________B______________C______________D______________2.研究人員連續(xù)10年調(diào)查生態(tài)系統(tǒng)中某動(dòng)物的種群數(shù)量變化，繪制的λ值變化曲線如圖所示。A、B、C、D四點(diǎn)時(shí)的種群數(shù)量相比，最多的是

點(diǎn)；最少的是

點(diǎn)。年齡結(jié)構(gòu)增長(zhǎng)型穩(wěn)定型衰退型BD穩(wěn)定型現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用5.實(shí)例:

一、種群增長(zhǎng)的“J”形曲線福壽螺(原產(chǎn)中美洲的熱帶和亞熱帶地區(qū))

已成為世界性的外來(lái)入侵生物。紫莖澤蘭(原產(chǎn)于墨西哥)5.實(shí)例:

一、種群增長(zhǎng)的“J”形曲線水葫蘆（鳳眼蓮）原產(chǎn)于南美，1901年作為花卉引入中國(guó)。由于繁殖迅速，又幾乎沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和天敵，我國(guó)目前有184萬(wàn)噸。它對(duì)其生活的水面采取了野蠻的封鎖策略，擋住陽(yáng)光，導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照而死亡。

1.如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會(huì)呈“J”型增長(zhǎng)嗎？不會(huì)

生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過(guò)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在0.5ml培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲(chóng)，然后每隔24h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲(chóng)的數(shù)量。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出了如圖所示的結(jié)果。種群經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長(zhǎng)曲線，呈“S”型。2.如何驗(yàn)證這個(gè)觀點(diǎn)？思考？時(shí)間/d種群數(shù)量/個(gè)K=375大草履蟲(chóng)的數(shù)量在第二天和第三天增長(zhǎng)較快；第五天以后基本維持在375個(gè)左右。自然條件下，為什么種群增長(zhǎng)到K值左右便會(huì)趨于穩(wěn)定？思考？

自然條件下，資源和空間總是有限的；

當(dāng)種群密度增大時(shí)，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)就會(huì)加劇，這就會(huì)使種群的出生率降低，死亡率升高。當(dāng)死亡率升高至與出生率相等時(shí)，種群的增長(zhǎng)就會(huì)停止，有時(shí)會(huì)穩(wěn)定在一定的水平（K值）。

種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)種群數(shù)量起調(diào)節(jié)作用。二、種群增長(zhǎng)“S”型曲線1.“S”形增長(zhǎng)含義資源和空間有限，天敵的制約等（即存在環(huán)境阻力），種群經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長(zhǎng)曲線呈“

”形。S2.適用對(duì)象：一般自然種群的增長(zhǎng)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，又稱K值。3.環(huán)境容納量（K值）4.曲線圖分析ab段：bc段：c點(diǎn)：cd段：de段：種群基數(shù)小，需要適應(yīng)新環(huán)境，增長(zhǎng)較緩慢；資源和空間豐富，出生率升高，種群數(shù)量增長(zhǎng)迅速；資源和空間有限，種群密度增大，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇，出生率降低，死亡率升高，種群增長(zhǎng)減緩；出生率約等于死亡率，種群增長(zhǎng)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。種群數(shù)量為K/2，種群增長(zhǎng)速率達(dá)到最大（1）各區(qū)段分析:二、種群增長(zhǎng)“S”型曲線4.曲線圖分析二、種群增長(zhǎng)“S”型曲線（2）K值分析

不是一成不變的：K值會(huì)隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化，當(dāng)環(huán)境遭到破壞時(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。②在環(huán)境條件沒(méi)有變化的情況下，種群數(shù)量到達(dá)K值后就不再變化了嗎？①同一種群的K值是固定不變的嗎？

種群數(shù)量會(huì)在K值附近上下波動(dòng)。當(dāng)種群數(shù)量偏離K值的時(shí)候，會(huì)通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)使種群數(shù)量回到K值。③K值是不是種群數(shù)量的最大值？不是；K值是種群在一定環(huán)境條件下所能維持的種群最大數(shù)量①圖中陰影部分表示什么？②環(huán)境阻力如何用自然選擇學(xué)說(shuō)內(nèi)容解釋？環(huán)境阻力。生存斗爭(zhēng)中被淘汰的個(gè)體數(shù)。不等同，已經(jīng)存在環(huán)境阻力。（3）“J”形曲線和“S”形曲線比較分析③“S”形曲線中，有一段時(shí)期近似于“J”形曲線，這一段是否等同于“J”形曲線？為什么？4.曲線圖分析二、種群增長(zhǎng)“S”型曲線4.曲線圖分析二、種群增長(zhǎng)“S”型曲線（4）S形曲線的變形種群數(shù)量在K/2值時(shí)，種群—增長(zhǎng)最快種群數(shù)量小于K/2值時(shí)種群—增長(zhǎng)逐漸加快種群數(shù)量大于K/2值時(shí)種群—增長(zhǎng)逐漸減慢“S”型曲線各段種群的年齡結(jié)構(gòu)如何化？

t0t1t2

時(shí)間種群數(shù)量K

t0t1t2

時(shí)間

0K/2K數(shù)量增長(zhǎng)速率K/2種群數(shù)量“S”型增長(zhǎng)曲線K/2K種群數(shù)量增長(zhǎng)率時(shí)間D:出生率＝死亡率，即種群數(shù)量處于K值。B:出生率與死亡率之差最大，即種群數(shù)量處于K/2值。4.曲線圖分析二、種群增長(zhǎng)“S”型曲線（4）S形曲線的變形增長(zhǎng)速率＝(現(xiàn)有個(gè)體數(shù)－原有個(gè)體數(shù))／增長(zhǎng)時(shí)間=(出生數(shù)－死亡數(shù))/時(shí)間。(有單位，如個(gè)/年)

故增長(zhǎng)率不能等同于增長(zhǎng)速率。

種群增長(zhǎng)速率就是曲線上通過(guò)每一點(diǎn)的切線(即斜率)

5.種群增長(zhǎng)率與種群增長(zhǎng)速率(1)增長(zhǎng)率:(2)增長(zhǎng)速率:增長(zhǎng)率＝(現(xiàn)有個(gè)體數(shù)－原有個(gè)體數(shù))／原有個(gè)體數(shù)×100％舉例:“一個(gè)種群有1000個(gè)個(gè)體，一年后增加到1100”，則該種群的增長(zhǎng)率為:舉例:“一個(gè)種群有1000個(gè)個(gè)體，一年后增加到1100”，則該種群的增長(zhǎng)速率為:[(1100-1000)/1000]×100%=10%(1100-1000)/1年=100個(gè)/年二、種群增長(zhǎng)“S”型曲線1.“J”型和“S”型曲線的增長(zhǎng)速率變化:

看曲線的斜率(即過(guò)每一點(diǎn)的切線)“J”型曲線“S”型曲線在“J”型曲線中，種群增長(zhǎng)速率逐漸增大在“S”型曲線中，種群增長(zhǎng)速率先增大后減小規(guī)律總結(jié)“S”型曲線與其增長(zhǎng)速率的關(guān)系K/2

t0t1t2

時(shí)間種群數(shù)量Kabcde⑴圖乙的fg段相當(dāng)于圖甲的

段⑵圖乙的g點(diǎn)相當(dāng)于圖甲的

點(diǎn)⑶圖乙的gh段相當(dāng)于圖甲的

段⑷圖乙的h點(diǎn)相當(dāng)于圖甲的

段甲乙增長(zhǎng)速率變化:0～K/2時(shí)逐漸增大K/2～K時(shí)逐漸減小在K/2時(shí)達(dá)到最大在K時(shí)增長(zhǎng)速率為0acccddet0t1t2

時(shí)間0K/2K數(shù)量增長(zhǎng)速率fgh學(xué)以致用1.“S”型曲線與其增長(zhǎng)速率、增長(zhǎng)率的關(guān)系2.“J”型曲線與其增長(zhǎng)速率、增長(zhǎng)率的關(guān)系在“S”型曲線中，種群增長(zhǎng)速率先增大后減小，

增長(zhǎng)率逐漸減小。在“J”型曲線中，種群增長(zhǎng)速率逐漸增大，

增長(zhǎng)率基本不變。規(guī)律總結(jié)K值的四種表示方法①

對(duì)應(yīng)的種群增長(zhǎng)速率為0,數(shù)量最大,為K值。②

對(duì)應(yīng)的種群增長(zhǎng)速率最大,為K/2值。

(2)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

。(1)A點(diǎn)A'點(diǎn)K值規(guī)律總結(jié)

(3)①

對(duì)應(yīng)的種群數(shù)量為K值。②

對(duì)應(yīng)的種群出生率與死亡率差值最大，為K/2值。

(4)①

對(duì)應(yīng)的種群個(gè)體數(shù)最多,即K值。②

對(duì)應(yīng)的種群個(gè)體數(shù)為K/2值。C點(diǎn)C'點(diǎn)D點(diǎn)D'點(diǎn)規(guī)律總結(jié)6.實(shí)踐應(yīng)用二、種群增長(zhǎng)“S”型曲線①野生大熊貓種群數(shù)量銳減的關(guān)鍵原因是什么？②保護(hù)大熊貓的根本措施是什么？

建立自然保護(hù)區(qū)，改善棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量。

野生大熊貓的棲息地遭到破壞，食物和活動(dòng)范圍縮小，K值降低。場(chǎng)景1K的應(yīng)用6.實(shí)踐應(yīng)用二、種群增長(zhǎng)“S”型曲線機(jī)械捕殺施用激素藥物捕殺施用避孕藥養(yǎng)殖或釋放天敵斷絕或減少食物來(lái)源增大死亡率降低環(huán)境容納量,在

捕殺。打掃衛(wèi)生控制家鼠數(shù)量的思路和相應(yīng)具體措施降低出生率是防治有害生物的根本措施。場(chǎng)景2防止老鼠種群數(shù)量達(dá)到K/2處K/2前K/2的應(yīng)用為了保護(hù)魚(yú)類資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚(yú)量，應(yīng)使被捕魚(yú)群的種群數(shù)量保持在什么水平？為什么？場(chǎng)景3a.漁業(yè)捕撈應(yīng)在

;K/2以后b.捕撈后魚(yú)的種群數(shù)量維持在

。K/2因?yàn)椴遏~(yú)后保留在K/2值處，種群增長(zhǎng)速率最大，可實(shí)現(xiàn)“既有較大收獲量又可保持種群高速增長(zhǎng)”，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。6.實(shí)踐應(yīng)用二、種群增長(zhǎng)“S”型曲線K/2的應(yīng)用在自然界，有的種群能夠在一段時(shí)期內(nèi)維持?jǐn)?shù)量的相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)于大多數(shù)生物種群來(lái)說(shuō)，種群數(shù)量總是在波動(dòng)中。某地區(qū)東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng)1.種群數(shù)量的相對(duì)穩(wěn)定2.種群數(shù)量的波動(dòng)在K值不變的情況下，種群的數(shù)量總是圍繞著K值上下波動(dòng)。三、種群數(shù)量的波動(dòng)3.種群數(shù)量的爆發(fā)處在波動(dòng)狀態(tài)的種群，在某些特定條件下可能出現(xiàn)種群爆發(fā)。如蝗災(zāi)、鼠災(zāi)、赤潮等。東亞飛蝗在我國(guó)的大發(fā)生沒(méi)有周期性規(guī)律，干旱是大發(fā)生的主要原因。在黃河三角洲上的濕生草地，若遇到連年干旱，土壤中的蝗卵成活率就會(huì)提高，這是造成蝗蟲(chóng)大發(fā)生的主要原因。在淮河流域，前一年大澇，第二年飛蝗大發(fā)生的概率最大。故河北蝗區(qū)常出現(xiàn)“先澇后旱，螞蚱成片”，“大水之后，必鬧蝗災(zāi)”的情況。三、種群數(shù)量的波動(dòng)4.種群數(shù)量的下降當(dāng)種群長(zhǎng)久處于不利條件下，種群數(shù)量會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性的或急劇的下降。如遭遇人類亂捕濫殺和棲息地破壞。種群的延續(xù)需要有一定的個(gè)體數(shù)量為基礎(chǔ)。當(dāng)一個(gè)種群的數(shù)量過(guò)少，種群可能會(huì)由于近親繁殖等原因而衰退、消亡。

對(duì)于那些已經(jīng)低于種群延續(xù)所需要的最小種群數(shù)量的物種，需要采取有效的措施進(jìn)行保護(hù)。三、種群數(shù)量的波動(dòng)三、種群數(shù)量的波動(dòng)4.研究種群數(shù)量變化的意義（1）為害蟲(chóng)的預(yù)測(cè)及防治提供科學(xué)依據(jù)。（2）有利于野生