【課件】種群數(shù)量的變化第1課時人教版選擇性必修2

第1章

種群及其動態(tài)第2節(jié)種群數(shù)量的變化【問題探討】細菌繁殖產(chǎn)生的后代數(shù)量我們的手上難免沾染細菌。細菌的繁殖速率很快，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，某種細菌每20min就通過分裂繁殖一代。討論1.第n代細菌數(shù)量的計算公式是什么？Nn=N0×2n假設(shè)細菌初始數(shù)量為N0合作學習填寫下表：計算一個細菌在不同時間（單位為min）產(chǎn)生后代的數(shù)量。2

4

8

16

3264128

256512時間/min20406080100120140160180繁殖代數(shù)123456789細菌數(shù)量/個課本P7討論2.72h后，由一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少？N0=1n＝60min×72h／20min＝216Nn＝1×２n＝2216討論3.在一個培養(yǎng)瓶中，細菌的數(shù)量會一直按照這個公式描述的趨勢增長嗎？如何驗證你的觀點？畫出細菌種群數(shù)量的增長曲線（以時間為橫坐標，細菌數(shù)量為縱坐標）。不會因為培養(yǎng)瓶中的營養(yǎng)物質(zhì)和空間是有限的。可以用實驗計數(shù)法來驗證。上述數(shù)學公式、曲線圖能夠描述、解釋、預測種群數(shù)量的變化--建立數(shù)學模型！建構(gòu)種群增長模型的方法建立數(shù)學模型科學方法研究實例

研究方法細菌每20min分裂一次，怎樣計算細菌繁殖n代后的數(shù)量在資源和空間無限的環(huán)境中，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響Nn=2nN代表細菌數(shù)量n表示第幾代觀察、統(tǒng)計細菌的數(shù)量，對自己建立的模型進行檢驗或修正研究對象，提出問題推出合理的假設(shè)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當?shù)臄?shù)學形式對事物的性質(zhì)進行表達通過進一步實驗或觀察等對模型進行檢驗或修正模型準備模型假設(shè)模型建立模型修正數(shù)學模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學形式。課本P7【例1】數(shù)學模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學形式。某同學在分析某種細菌(每20min分裂一次)在資源和生存空間沒有限制的條件下的數(shù)量變化模型時,采取的模型建構(gòu)程序和實驗步驟如下,則建構(gòu)的模型和對應(yīng)的操作不合理的是()A.觀察研究對象,提出問題:細菌每20min分裂一次,怎樣計算細菌繁殖幾代后的數(shù)量B.提出合理的假設(shè):在資源和生存空間沒有限制的條件下,細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響C.根據(jù)實驗數(shù)據(jù),用適當?shù)臄?shù)學形式對事物的性質(zhì)進行表達:Nn=2nD.通過進一步實驗或觀察等,對模型進行檢驗或修正:根據(jù)Nn=2n畫出“J”形增長曲線圖金版學案P12D是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性描述。物理模型數(shù)學模型概念模型模型數(shù)學公式曲線圖優(yōu)點？缺點？科學精確不夠直觀直觀不夠精確【P8旁欄思考題】同數(shù)學公式相比，曲線圖表示的模型有什么局限性？Nn=N0×2n你所得出的公式和增長曲線，只是對理想條件下細菌數(shù)量增長的推測。在自然界中種群數(shù)量變化的情況是怎樣的呢？課本P8一、構(gòu)建種群增長模型的方法【思考·討論】分析自然界種群增長的實例資料1：1859年，來澳大利亞定居的英國人在農(nóng)場放生了24只野兔。一個世紀之后，這24只野兔的后代竟超過6億只。野兔不僅與牛羊爭食牧草，還啃樹皮，造成植被破壞，導致水土流失。后來人們引入了黏液瘤病毒才使其數(shù)量得到控制。資料2：20世紀30年代，人們將環(huán)頸雉引入某地一個小島。1937—1942年，5年間這個種群數(shù)量的增長如下圖所示。1.這兩個資料中，種群增長有什么共同點?2.種群出現(xiàn)這種增長的原因是什么？增長迅猛,且呈無限增長趨勢。食物充足，缺少天敵等3.這種趨勢能否一直維持，為什么？不能，資源和空間有限課本P8種群“J”形增長學生任務(wù)：閱讀教材P8-9,結(jié)合對“問題探討”的種群數(shù)量變化的數(shù)學模型建立過程，討論解答下列問題：（2min)1.“J”形增長的數(shù)學模型（以數(shù)學公式表示）是怎樣來的？2.“J”形增長的前提條件是什么？（模型假設(shè)）3.繪制“J”形坐標圖時曲線圖起始點在原點嗎？為什么？4.總結(jié)“J”形增長的特點種群“J”形增長1.“J”形增長的前提條件是什么？概念：在理想條件下，如果以時間為橫坐標，種群數(shù)量為縱坐標畫出曲線來表示，曲線則大致呈“J”形。這種類型的種群增長稱為“J”形增長。理想狀態(tài)（（模型假設(shè)）：①食物和空間條件充裕

②氣候適宜③沒有天敵

④其他物種的競爭等條件課本P8二、種群的“J”形增長2.建立模型

參數(shù)含義：

N0為__________________；

t為______；

Nt表示____________________；

λ表示_____________________________________；Nt=N0λt該種群的起始數(shù)量時間t年后該種群的數(shù)量該種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)▲該曲線的起點不是原點；(1)數(shù)學公式：t年后種群的數(shù)量為______________；(2)曲線圖：時間（t）N0種群數(shù)量

課本P93.“J”形增長的特點：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。項目種群數(shù)量變化年齡結(jié)構(gòu)λ>1

λ＝1

λ<1

增加增長型相對穩(wěn)定穩(wěn)定型減少衰退型金版學案P13【思考】當種群數(shù)量變化符合數(shù)學公式：Nt＝N0λt時，種群增長曲線一定是“J”形嗎？并說明理由問題:當λ滿足什么條件時，種群數(shù)量呈“J”形增長？只有λ＞1且為定值時，種群增長才為“J”形增長。①a段：“λ”＞1且恒定——種群數(shù)量

；②b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

；③c段：“λ”＝1——種群數(shù)量

；④d段：“λ”＜1——種群數(shù)量

；⑤e段：盡管“λ”呈上升趨勢，但仍未達到1——種群數(shù)量

;

⑥至A點（或此前一年）時種群數(shù)量達到

。呈“J”形增長一直增長維持相對穩(wěn)定逐年下降逐年下降最少跟蹤訓練：金版學案P13【例2】環(huán)保工作者對某地區(qū)最主要的植食性動物——野兔種群數(shù)量進行連續(xù)監(jiān)測,以此作為對該地區(qū)環(huán)境穩(wěn)定與否的評價指標之一。在某時間段內(nèi),得到下圖所示的增長變化曲線[λ=t年種群數(shù)量/(t-1)年種群數(shù)量]。下列敘述正確的是()A.在第1年到第3年期間,種群呈“J”形增長B.在第4年初到第5年末,種群數(shù)量先增后減C.第3年末種群數(shù)量與第5年中期種群數(shù)量相等D.野兔的種群數(shù)量在第4年末達到最大金版學案P13B種群“J”形增長學生任務(wù)：閱讀教材P9種群的S形增長及圖1-5，討論解答下列問題：(1)大草履蟲種群的增長曲線與“J”形增長曲線有什么不同?(2)為什么高斯的實驗結(jié)果并不像“J”形增長曲線，造成該差異的原因可能有哪些?(3)觀察曲線,我們可以發(fā)現(xiàn)曲線的斜率有什么變化?這說明大草履蟲的數(shù)量增長出現(xiàn)什么變化?(4)在實驗進行5d后,大草履蟲的數(shù)量基本維持在375個左右,這個數(shù)值意味著什么?(5)大草履蟲增長速率最快的點大致在什么位置?【實例】生態(tài)學家高斯的實驗：（2）為什么大草履蟲種群沒有出現(xiàn)“J”形增長？由于隨著大草履蟲數(shù)量的增多，對食物和空間的競爭趨于激烈，導致出生率下降，死亡率升高。（增長曲線呈“S”形的原因）(1)大草履蟲種群的增長曲線與“J”形增長曲線有什么不同?大草履蟲的數(shù)量經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長曲線呈“S”形。種群“S”形增長閱讀課本P9

生態(tài)學家高斯（G.F.Gause，1910—1986）曾經(jīng)做過單獨培養(yǎng)大草履蟲的實驗：在0.5mL培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，然后每隔24h統(tǒng)計一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復實驗，得出了如圖所示的結(jié)果：【實例】生態(tài)學家高斯的實驗：(4)在實驗進行5d后,大草履蟲的數(shù)量基本維持在375個左右,這個數(shù)值意味著什么?這個數(shù)值是該環(huán)境條件所能維持的大草履蟲種群最大數(shù)量，即環(huán)境容納量,又稱K值(3)觀察曲線,我們可以發(fā)現(xiàn)曲線的斜率有什么變化?這說明大草履蟲的數(shù)量增長出現(xiàn)什么變化?①斜率先增大后減小。②種群先快速增長，隨后增長速度減緩,最終穩(wěn)定在一定水平種群“S”形增長課本P9(5)大草履蟲增長速率最快的點大致在什么位置?增長速率最快的點大致在K/2值處。種群的“S”形增長5.“S”形曲線的分析：ab段:種群基數(shù)小，需要適應(yīng)新環(huán)境，增長較緩慢，出生率＞死亡率。de段:種群增長速率幾乎為0，種群數(shù)量達到K值，且維持相對穩(wěn)定，出生率≈死亡率。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，但出生率＞死亡率。bc段:資源和空間豐富，種群數(shù)量增長迅速，出生率＞死亡率。c點:種群數(shù)量為K/2，種群增長速率達到最大，出生率遠大于死亡率。課本P9種群數(shù)量達到最大,且種內(nèi)斗爭最劇列。種群“S”形增長深度思考大草履蟲的增長速率和增長率會如何變化？嘗試繪出變化曲線圖。S型曲線增長速率曲線增長速率時間t1t2K/2KABCDE時間K值K/2ABCDES型曲線增長率曲線增長率時間①增長速率先增大后減小，最后為0。②當種群數(shù)量為k/2時，增長速率達到最大。三、種群的“S”型增長（2）K值是不是種群數(shù)量的最大值？種群數(shù)量也會在K值附近上下波動（1）請據(jù)圖分析：該種群的K值為

。K2（3）、同一種群的K值是固定不變的嗎？K值會隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化,當環(huán)境遭受破壞時，K值會_____；當環(huán)境條件改善時,K值會_____。下降上升課本P9和金版學案P14易錯提醒4.環(huán)境容納量：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。三、種群的“S”型增長【對K值和K/2的應(yīng)用】野生大熊貓種群數(shù)量為何銳減？保護大熊貓的根本措施是什么？場景1棲息地遭到破壞，K值降低。措施：建立自然保護區(qū)，改善環(huán)境，提高K值。降低環(huán)境容納量是防治有害生物的根本措施。有何措施可控制家鼠、蟲子的數(shù)量？場景2滅鼠、殺蟲效果最好的時期在

。K/2以前課本P10措施：養(yǎng)殖或釋放天敵、打掃衛(wèi)生、硬化地面、將食物儲存在安全處。三、種群的“S”型增長【對K值和K/2的應(yīng)用】為保護魚類資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚量，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在什么水平？為什么？場景3a.漁業(yè)捕撈應(yīng)在

;b.捕撈后魚的種群數(shù)量維持在

。K/2以后K/2原因：K/2時種群增長速率最大,這樣既可以獲得最大利用量,又可以保持種群的可持續(xù)發(fā)展5.K值和K/2值的運用：K值減小環(huán)境阻力→增大K值→保護野生生物資源增大環(huán)境阻力→降低K值→防治有害生物草原最大載畜量不超過K值→合理確定載畜量K/2值漁業(yè)捕撈后的種群數(shù)量要在K/2值處K/2值前防治有害生物，嚴防達到K/2值處種群“S”形增長金版學案P14【例3】下圖表示在資源和空間有限的條件下,某一種群的增長曲線。下列有關(guān)敘述正確的是()①K值是一定的環(huán)境條件所允許達到的種群數(shù)量最大值②K值時,種群的增長速率最大③如果不考慮遷入和遷出等其他因素,在K值時出生率等于死亡率④假設(shè)該圖表示魚的種群數(shù)量變化趨勢,當種群達到K值時開始捕撈,可持續(xù)獲得最高產(chǎn)量A.①②B.①④C.①③ D.③④金版學案P14C（1）某種群生活在一個較理想的環(huán)境中，則此種群數(shù)量增長的曲線是

。（2）如果此種群生活在一個有限制的自然環(huán)境中，