种群数量的变化课件【高效课堂+备课精研】高二上学期生物人教版选择性必修2

第节2种群数量的变化高中生物 选择性必修2第1章学习目标学习目标1.通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化等活动，尝试建立数学模型表征和解释种群的数量变化。2.举例说明种群的“J”形增长、“S”型增长、波动等数量变化情况、3.阐明环境容纳量原理在实践中的应用。决定种群的决定种群的大小和密度大小和密度种群密度种群密度种群数量种群数量出生率和死亡率出生率和死亡率性别比例性别比例年龄组成年龄组成预测变预测变化方向化方向直接影响直接影响迁入率和迁出率迁入率和迁出率影响数影响数量变动量变动影响种群数量变动的关系图问题探讨：问题探讨：在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20分钟就通过分裂繁殖一代。讨论讨论1.1.第第n n 代细菌数量的计算公式是什么？代细菌数量的计算公式是什么？提示：设细菌的初始数量为N0，第一次分裂产生的细菌为第一代，数量为N0 2，第n 代的数量为Nn=N0 2n。2.72 h 2.72 h 后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？提示：2216个。3.3.在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照这个公式描在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照这个公式描述的趋势增长吗？如何验证你的观点？述的趋势增长吗？如何验证你的观点？提示：不会。因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。提示：不会。因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。一、数学模型建构的一般过程一、数学模型建构的一般过程 提出问题提出问题 作出假设作出假设 建立模型建立模型 模型的检验与修正模型的检验与修正数学模型数学模型：用来描述一个系统或它的性质的数学形：用来描述一个系统或它的性质的数学形 式。式。建立数学模型一般包括以下建立数学模型一般包括以下步骤步骤：观察研究对象，观察研究对象，提出问题提出问题提出合理的假设提出合理的假设通过进一步的实验或观察等，通过进一步的实验或观察等，对模型进行检验或修正对模型进行检验或修正根据实验数据，用适根据实验数据，用适当的数学形式对事物当的数学形式对事物的性质进行表达的性质进行表达细胞每细胞每20min20min分裂一次分裂一次资源空间无限多，细菌种群资源空间无限多，细菌种群的增长不受种群密度增加的的增长不受种群密度增加的影响影响Nnn观察、统计细菌数量，观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型对自己所建立的模型进行检验或修正进行检验或修正时间时间（min)min)2020 404060608080100100120120140140160160 180180细菌数量细菌数量(个个)248163264128 256512数学模型的表现形式数学模型的表现形式 曲线图与数学方程式比较，有哪些曲线图与数学方程式比较，有哪些 优缺点？优缺点？Nn2n准确准确 直观直观 公式公式法法 曲线图法曲线图法思考：不直观不直观 不准确不准确例1 下列关于建构种群增长模型方法的说法，不正确的是（）A.曲线图能直观地反映出种群数量的增长趋势B.数学模型就是用来描述一个系统或它的性质的曲线图C.数学模型可描述、解释和预测种群数量的变化D.在数学建模过程中也常用到假说演绎法【答案】B【解析】曲线图能直观地反映出种群数量的增长趋势，A项正确；数学模型就是用来描述一个系统或它的性质的数学形式，可能是曲线图，也可能是数学表达式，B 项错误；数学模型可描述、解释和预测种群数量的变化，C 项正确；建构数学模型的一般步骤是提出问题作出假设用数学形式表达检验或修正，故在数学建模过程中也常用到假说演绎法，D 项正确。典型例题细菌的数量个 理理想想条条件件下下细细菌菌数数量量增增长长的的特特点点，在在自自然然界界中中有有此此类类型吗？型吗？思考思考思考思考二、二、“J”“J”型增长的数学模型型增长的数学模型实例1 澳大利亚野兔1859年，年，24只野兔只野兔 6亿只以上的野兔亿只以上的野兔近近100100年后年后实例1 澳大利亚野兔兔子并不是澳大利亚土生的。1859年，有一个农民从英格兰带来了24只野兔。他完全没有料到，他的这一举动将要引起一次农业灾害。野兔的繁殖非常快，一只雌兔一年以产25只兔仔。在澳大利亚，兔子几乎没有什么天敌，所以经过十几年它们已成为一个大问题。它们吃庄稼，毁坏新播下的种子，啃嫩树皮和芽，并且打地洞损坏田地和河堤。篱笆也不能阻止它们侵和农民的田地。实例2 环颈雉引入美国实例2 环颈雉引入美国20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。19371942年，这个种群数量的增长如右图所示。这两个资料中的种群增长有什么共同点？提示：种群数量增长迅猛，且呈提示：种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。无限增长趋势。思考1：种群出现这种增长的原因是什么？提示：食物充足，缺少天敌。提示：食物充足，缺少天敌。思考2：这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？提示：不能。因为资源和空间有提示：不能。因为资源和空间有限。限。思考3：“J”“J”型增长的数学模型型增长的数学模型1.1.模型假设：模型假设：（1 1）理理想想状状态态：食食物物和和空空间间条条件件充充裕裕、气气候候适适宜宜、没有天敌和其他竞争物种。没有天敌和其他竞争物种。2.2.种群种群“J”J”型增长的数学模型公式：型增长的数学模型公式：Nt=N0 t（2 2）种种群群的的数数量量每每年年以以一一定定的的倍倍数数增增长长，第第二二年是第一年的年是第一年的倍。倍。N N0 0为为该该种种群群起起始始数数量量，t t为为时时间间，N Nt t是是年年后后种种群群数数量量。表示该种群数量是前一年种群数量的倍数表示该种群数量是前一年种群数量的倍数细菌的数量个“J”“J”型曲线型曲线例2 2021-2022 哈尔滨高二期末“J”形增长是在理想条件下的指数增长类型，下列环境条件不是“J”形增长所需条件的是（）A.环境中没有天敌B.环境中的食物和空间充足C.没有个体的出生和死亡D.环境中没有竞争物种【答案】C【解析】“J”形增长是在理想条件下的指数增长类型，其发生的前提条件是食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等。典型例题在大自然中在大自然中食物有限食物有限空间有限空间有限种内斗争种内斗争种间竞争种间竞争天敌捕食天敌捕食环境阻力环境阻力种群密度越大环境阻力越大种群密度越大环境阻力越大“J”“J”型增长能一直持续下去吗？型增长能一直持续下去吗？三、三、“S”“S”型增长的数学模型型增长的数学模型 在一个培养基中，细菌的数量会一直持续按照“J”型曲线增长吗？为什么？不会不会.当出生率与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平。自然条件（现实状态）食物等资源和空间总是有限的，种内斗争不断加剧，捕食者数量不断增加。导致该种群的出生率降低，死亡率增高。思考1：实例4：生态学家高斯的实验思考2：种群的“S”型增长到K值后不再继续增加的原因：出生率与出死亡率相等，种群的增长就会停止，种群数量会稳定在一定的水平。食物等资源和空间有限，种内竞争不断加剧，捕食者数量不断增加A种群数量小于种群数量小于K/2K/2值时值时种群种群增长逐渐加快增长逐渐加快种群数量在种群数量在 K/2K/2值时，值时，种群种群增长最快增长最快种群数量大于种群数量大于K/2K/2值时值时种群种群增长逐渐减慢增长逐渐减慢种群数量达到种群数量达到K K值时，值时，种群种群增长停止增长停止K/2K/2S S型曲线型曲线型曲线型曲线增长速率曲线增长速率曲线“S”“S”型增长的数学模型型增长的数学模型 K/2时：增长速率最大，增长最快增长最快种群数量达到种群数量达到K K值后，将停止增长并在值后，将停止增长并在K K值左右保持值左右保持相对稳定。相对稳定。同一种群的同一种群的K K值不是固定不变的，会受到环境的值不是固定不变的，会受到环境的影响。影响。K值：值：出生率出生率=死亡率，增长速率死亡率，增长速率=增长率，均为增长率，均为0某种群的某种群的K K值是不是固定不变的值是不是固定不变的?01002003004001234567时间时间/天天酵母数酵母数环境阻力环境阻力食物不足食物不足空间有限空间有限种内斗争种内斗争天敌捕食天敌捕食气候不适气候不适寄生虫寄生虫传染病等传染病等K值值:环境容纳量环境容纳量 增长曲线增长曲线“J”“J”型曲线型曲线“S”“S”形曲线形曲线环境条件环境条件K K值值特点特点种群增长两种曲线比较种群增长两种曲线比较理想理想条件条件有限的自然条件有限的自然条件不断增长不断增长先快速增长，再慢先快速增长，再慢增，最后稳定增，最后稳定无无有有时间时间种种群群数数量量时间时间种种群群数数量量K/2K增长速率增长速率=增加的个增加的个体数体数/时时间间保持不变保持不变先增大后减小至先增大后减小至0增长曲线增长曲线“J”J”型曲线型曲线 “S”S”形曲线形曲线32环境容纳量与现实生活环境容纳量与现实生活1.有人说目前全世界人口数量已经达到地球的环境容纳量，必须采取更有人说目前全世界人口数量已经达到地球的环境容纳量，必须采取更加严格的措施控制人口出生率；有人却认为科技进步能提高地球对人类加严格的措施控制人口出生率；有人却认为科技进步能提高地球对人类的环境容纳量，例如，育种和种植技术的进步，能提高作物产量，从而的环境容纳量，例如，育种和种植技术的进步，能提高作物产量，从而养活更多人口。对此你持什么观点？你有哪些证据支持你的观点？养活更多人口。对此你持什么观点？你有哪些证据支持你的观点？提示：具有开放性，可以从不同角度做出回答，要言之有据。例如，世界范围内存在的资源危机和能源紧缺等问题，说明地球上的人口可能已经接近或达到环境容纳量，因此应当控制人口增长；随着科技进步，农作物产量不断提高，人类开发、利用和保护资源的能力不断加强，因而可以养活更多的人口。思考思考思考思考讨论讨论讨论讨论环境容纳量与现实生活环境容纳量与现实生活2.鼠害导致作物减产，蚊、蝇会传播疾病。从环境容纳量的角度思鼠害导致作物减产，蚊、蝇会传播疾病。从环境容纳量的角度思考，对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施？考，对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施？提示：对鼠等有害动物的控制，可以采取器械捕杀、药物防治等措施。从环境容纳量的角度思考，还可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量，如将粮食和其他食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌；搞好环境卫生；等等。思考思考思考思考讨论讨论讨论讨论例3 下图表示有限环境中某一种群增长的曲线。下列有关叙述正确的是（）K 值是环境条件所允许达到的种群数量最大值在K 值时，种群的增长率最大如果不考虑迁入、迁出等其他因素，则在K 值时出生率等于死亡率假设这是鱼的种群，当种群达到K 值时才能开始捕捞，可持续获得最高产量A.B.C.D.【答案】C【解析】一定环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K 值，正确；在K 值时，种群数量基本稳定，种群增长率为0，错误；决定种群数量变化的因素是出生率和死亡率、迁入率和迁出率，若不考虑迁入、迁出等其他因素，在K 值时，出生率大致等于死亡率，正确；要想持续获得最高产量，应该在达到K/2 后开始捕捞，使捕捞后的种群数量保持在K/2，错误。典型例题例4 下图表示某种群在理想环境中（图1）和有环境阻力条件下（图2）的数量增长曲线，下列相关叙述不正确的是（）A.图1 中A 点和B 点时的增长率相等B.图2 中D 点时的增长速率最快C.防治蝗灾最好在图2 中E 点对应的时刻进行D.水葫芦入侵云南滇池的开始阶段，种群数量的增长情况可用图1 表示【答案】C【解析】图1 为“J”形增长曲线，增长率始终不变，A项正确。图2 为“S”形增长曲线，D 点时种群的数量达到K/2，此时的增长速率最快，B 项正确。防治蝗灾最好在图2 中C 点对应的时刻进行，可以有效地将蝗虫数量控制在较低水平，C 项错误。当种群迁入个新环境的初期，若环境适宜、资源丰富、空间充裕，会近似呈“J”形增长，D