新教材高中生物選擇性必修2課件4：1 2 1 建構(gòu)種群增長模型的方法及種群數(shù)量的變化(人教版)

第1課時建構(gòu)種群增長模型的方法及種群數(shù)量的變化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20min就通過分裂繁殖一代。問題探討討論1.第n代細(xì)菌數(shù)量的計算公式是什么？設(shè)細(xì)菌初始數(shù)量為N0，第一次分裂產(chǎn)生的細(xì)菌為第一代，數(shù)量為N0×2，第n代的數(shù)量為Nn=N0×2n2.72h后，由一個細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？Nn=N0×2nn=72×60÷20=216，N0=1Nn=2216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20min就通過分裂繁殖一代。問題探討討論3.在一個培養(yǎng)瓶中，細(xì)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？不會。因為培養(yǎng)瓶中的營養(yǎng)物質(zhì)和空間是有限的。一、建構(gòu)種群增長模型的方法1.建立數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。建立數(shù)學(xué)模型的步驟如下：細(xì)菌每20min分裂一次，怎樣計算細(xì)菌繁殖n代后的數(shù)量？研究實例在資源和生存空間沒有限制的條件下，細(xì)菌種群的增長不會受種群密度增加的影響1.觀察研究對象，提出問題。研究方法2.提出合理的假說。Nn=2nN代表細(xì)菌數(shù)量，n表示第幾代觀察、統(tǒng)計細(xì)菌數(shù)量，對自己所建立的模型進(jìn)行檢驗或修正。4.通過進(jìn)一步實驗或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗或修正。研究實例研究方法3.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)，即建立數(shù)學(xué)模型。一、建構(gòu)種群增長模型的方法1.建立數(shù)學(xué)模型建立數(shù)學(xué)模型的步驟觀察分析提出問題做出假設(shè)建立數(shù)學(xué)模型檢驗修正一、建構(gòu)種群增長模型的方法1.建立數(shù)學(xué)模型2.細(xì)菌種群增長曲線時間/min020406080100120140160180細(xì)菌數(shù)量/個1248163264128256512①種群增長曲線與數(shù)學(xué)公式相比，能更直觀地反映出種群的增長趨勢。②種群增長曲線與數(shù)學(xué)公式相比，表示的數(shù)學(xué)模型不夠精確。一、建構(gòu)種群增長模型的方法在自然界中，種群的數(shù)量變化情況是怎樣的呢？思考·討論：分析自然界種群增長的實例資料11859年，澳大利亞24只野兔6億只野兔1個世紀(jì)資料21937—1942年，某島嶼上環(huán)頸雉種群數(shù)量增長如右圖二、種群的“J”形增長討論1.這兩個資料中的種群增長有什么共同點？種群數(shù)量增長迅猛，且呈無限增長趨勢。2.種群出現(xiàn)這種增長的原因是什么？食物充足，缺少天敵。3.這種種群增長的趨勢能不能一直持續(xù)下去？為什么？不能。因為資源和空間是有限的。通過資料1和2可知：自然界中有類似細(xì)菌在理想條件下種群增長的形式。二、種群的“J”形增長在理想條件下，如果以時間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)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。2.適用條件：食物和空間條件充裕氣候適宜沒有天敵(捕食和寄生天敵)沒有其他競爭物種等1.定義二、種群的“J”形增長3.數(shù)學(xué)模型(公式)假設(shè)：種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)(λ)增長。種群起始數(shù)量為N0N1=N0λN2=N1λ=λ2N0N3=N2λ=λ3N0

二、種群的“J”形增長t年后該種群的數(shù)量該種群的起始數(shù)量每年增長倍數(shù)時間

λ＞1，種群數(shù)量增長λ=1，種群數(shù)量不變λ＜1，種群數(shù)量下降λ=當(dāng)年種群數(shù)量前一年種群數(shù)量λ＞1λ=1λ＜13.數(shù)學(xué)模型(公式)二、種群的“J”形增長4.實例①實驗室中培養(yǎng)的微生物種群②外來物種剛引入適宜環(huán)境后的一段時間(如資料1和資料2中的種群)二、種群的“J”形增長5.增長率增長率不受種群密度制約，種群增長率保持不變。時間/t增長率種群的增長率=種群凈增加數(shù)原種群數(shù)量×100%=出生率—死亡率二、種群的“J”形增長6.增長速率(dN/dt)隨時間或種群數(shù)量增大，種群增長速率不斷增大二、種群的“J”形增長如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會呈

“J”形增長嗎？生態(tài)學(xué)家高斯所做的實驗：單獨培養(yǎng)大草履蟲，結(jié)果如圖所示。三、種群的“S”形增長①資源和空間有限②存在天敵和其他競爭的物種。2.適用條件：種群經(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。這種類型的種群增長稱為“S”形增長。1.定義三、種群的“S”形增長①初始一段時間種群增長較快；②當(dāng)種群密度增大時，種內(nèi)競爭加劇，種群增長較慢；③種群數(shù)量穩(wěn)定在一定水平(K值)。3.特點三、種群的“S”形增長一定的環(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。4.K值①定義三、種群的“S”形增長②K值在圖形中的表示②K值在圖形中的表示種群的K值為：____________________。K2~K3之間4.K值三、種群的“S”形增長捕食者和被捕食者的K值分別為：______________。M2和N2②K值在圖形中的表示4.K值三、種群的“S”形增長生存空間增大和資源增多，K值會增大，否則K值會減小，甚至滅絕。③K值根據(jù)環(huán)境因素發(fā)生變化4.K值三、種群的“S”形增長5.增長率增長率隨種群密度增大而下降增長率受種群密度制約，密度越大，增長率越小。密度制約系數(shù)：1—N/K總資源為1，1—N/K表示種群數(shù)量為N時，剩余的資源。1/K為每個個體所占有的資源，N/K為N個個體所占有的資源。三、種群的“S”形增長6.增長速率(dN/dt)①增長速率先增大后減小，最后為0。②當(dāng)種群數(shù)量為k/2時，增長速率達(dá)到最大。三、種群的“S”形增長思考·討論環(huán)境容納量與現(xiàn)實生活1.有人說目前全世界人口數(shù)量已經(jīng)達(dá)到地球的環(huán)境容納量，需要控制人口出生率，有人卻認(rèn)為科技進(jìn)步可以提高地球?qū)θ祟惖沫h(huán)境容納量，對此你持什么觀點？你有哪些證據(jù)支持你的觀點？開放性題目例如，隨著科技進(jìn)步，農(nóng)作物產(chǎn)量不斷提高，人類開發(fā)、利用和保護(hù)資源的能力不斷加強(qiáng)，因而可以養(yǎng)活更多的人口。例如，世界范圍內(nèi)存在的資源危機(jī)和能源問題，說明地球上的人口可能已經(jīng)接近或達(dá)到環(huán)境容納量，因此應(yīng)當(dāng)控制人口增長。三、種群的“S”形增長2.鼠害導(dǎo)致作物減產(chǎn)，蚊、蠅會傳播疾病。從環(huán)境容納量的角度思考，對家鼠等有害動物的控制，應(yīng)當(dāng)采取什么措施？對鼠害等有害動物的控制，可以采取器械捕殺、藥物防治等措施。從環(huán)境容納量的角度思考，還可以采取措施降低有害動物種群的環(huán)境容納量。①將糧食和其他儲藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源；②室內(nèi)采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場所；③養(yǎng)殖或釋放它們的天敵；④搞好環(huán)境衛(wèi)生等。思考·討論環(huán)境容納量與現(xiàn)實生活三、種群的“S”形增長7.K與K/2的應(yīng)用①人類對生物資源開發(fā)利用時，如漁業(yè)捕撈、放牧等，必須保證環(huán)境中的種群數(shù)量不低于K/2，以保證最大持續(xù)捕獲量。②在有害生物防治方面，可通過降低K值，從根本上限制有害生物種群數(shù)量的快速增長。例如：可通過封閉糧食、清除生活垃圾、室內(nèi)地面硬化等方法防治鼠害。三、種群的“S”形增長項目J形增長S形增長前提條件(適用種群)K值理想狀態(tài)：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。實際狀態(tài)：環(huán)境資源有限，存在天敵和其他競爭物種。無K值有K值J形增長與S形增長的比較三、種群的“S”形增長項目J形增長S形增長模型J形增長與S形增長的比較三、種群的“S”形增長項目J形增長S形增長增長率J形增長與S形增長的比較三、種群的“S”形增長時間/t增長率項目J形增長S形增長增長速率(dN/dt)J形增長與S形增長的比較三、種群的“S”形增長環(huán)境阻力J形增長與S形增長的比較三、種群的“S”形增長在自然界中，有的種群能夠在一段時間內(nèi)維持?jǐn)?shù)量穩(wěn)定，但是大多數(shù)生物種群，種群數(shù)量總是在波動之中。1.爆發(fā)蝗災(zāi)、鼠災(zāi)、赤潮等就是種群數(shù)量爆發(fā)增長的結(jié)果某地區(qū)東亞飛蝗種群數(shù)量的波動四、種群數(shù)量的波動2.下降當(dāng)種群長久處于不利條件下，種群數(shù)量會出現(xiàn)持續(xù)性的或急劇的下降。種群的延續(xù)需要有一定的個體數(shù)量為基礎(chǔ)。當(dāng)一個種群數(shù)量過少，種群可能會由于近親繁殖等原因而衰