资源简介

威震山林也有衰亡时刻，
群体共存才有生命长河。
从个体到种群，
从种群到群落，
无不揭示一个原理——
“整体大于部分之和”！。
第1章 种群及其动态
选择性必修二 生物与环境
种群的数量特征
第一课时 建构种群增长模型的方法及
种群数量的变化
第1章 第2节
目录

一、新课导入
二、新知探究
三、课堂小结
四、课堂练习
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20min就通过分裂繁殖一代。
问题探讨
讨论
1.第n代细菌数量的计算公式是什么？
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N0×2，第n代的数量为Nn=N0×2n
新知导入
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20min就通过分裂繁殖一代。
问题探讨
讨论
2. 72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？
Nn=N0×2n n=72×60÷20=216，N0=1 Nn=2216
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20min就通过分裂繁殖一代。
问题探讨
讨论
3.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？
不会。因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。
一、建构种群增长模型的方法
1.建立数学模型
数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
建立数学模型的步骤如下：
细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？
研究实例
在资源和生存空间没有限制的条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响
1.观察研究对象，提出问题。
研究方法
2.提出合理的假说。
【任务一】1.阅读课本7页的科学方法“建立数学模型”，明确建立数学模型的步骤。
任务探究
Nn=2n
N代表细菌数量，n表示第几代
观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正。
4.通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正。
研究实例
研究方法
3.根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，即建立数学模型。
一、建构种群增长模型的方法
1.建立数学模型
【任务一】1.阅读课本7页的科学方法“建立数学模型”，明确建立数学模型的步骤。
2.细菌种群增长曲线
{21E4AEA4-8DFA-4A89-87EB-49C32662AFE0}时间/min
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
细菌
数量/个
一、建构种群增长模型的方法
【任务一】2.请你算出一个细菌产生的后代在不同时间（单位：min）的数量，并填入下表，然后以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌种群的增长曲线。总结这种表示方法与数学公式的不同特点。
2.细菌种群增长曲线
{21E4AEA4-8DFA-4A89-87EB-49C32662AFE0}时间/min
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
细菌
数量/个
1
2
4
8
16
32
64
128
256
512
①种群增长曲线与数学公式相比，能更直观地反映出种群的增长趋势。
②种群增长曲线与数学公式相比，表示的数学模型不够精确。
一、建构种群增长模型的方法
特点：
【任务一】2.请你算出一个细菌产生的后代在不同时间（单位：min）的数量，并填入下表，然后以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌种群的增长曲线。总结这种表示方法与数学公式的不同特点。
资料1
1859年，澳大利亚
24只野兔
6亿只野兔
1个
世纪
资料2
1937—1942年，某岛屿上环颈雉种群数量增长如右图
二、种群的“J”形增长
【任务二】1.阅读课本8页思考与讨论“分析自然界种群增长的实例”的两个资料，并回答讨论题。
讨论
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。
2.种群出现这种增长的原因是什么？
食物充足，缺少天敌。
3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？
不能。因为资源和空间是有限的。
通过资料1和2可知：自然界中有类似细菌在理想条件下种群增长的形式。
二、种群的“J”形增长
【任务二】1.阅读课本8页思考与讨论“分析自然界种群增长的实例”的两个资料，并回答讨论题。
在理想条件下，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线则大致呈“J”形。这种类型的种群增长称为“J”形增长。
2.适用条件：
食物和空间条件充裕
气候适宜
没有天敌(捕食和寄生天敌)
没有其他竞争物种等
1.定义
二、种群的“J”形增长
【任务二】2.阅读课本第8页最后三段和9页第1-3段，明确“J”型增长的概念、条件、数学模型及实例。
3.数学模型(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
N1=N0λ
N2=N1λ= λ2N0
N3=N2λ= λ3N0
????????=????0????????
?
二、种群的“J”形增长
【任务二】2.阅读课本第8页最后三段和9页第1-3段，明确“J”型增长的概念、条件、数学模型及实例。
t年后该种群的数量
该种群的起始数量
每年增长倍数
时间
????????=????0????????
?
λ＞1，种群数量增长
λ=1，种群数量不变
λ＜1，种群数量下降
λ=
当年种群数量
前一年种群数量
λ＞1
λ=1
λ＜1
3.数学模型(公式)
二、种群的“J”形增长
4.实例
①实验室中培养的微生物种群
②外来物种刚引入适宜环境后的一段时间(如资料1和资料2中的种群)
二、种群的“J”形增长
【任务二】2.阅读课本第8页最后三段和9页第1-3段，明确“J”型增长的概念、条件、数学模型及实例。
1.增长率
增长率不受种群密度制约，种群增长率保持不变 。
时间/t
增长率
种群的增长率=
种群净增加数
原种群数量
×100%
=出生率—死亡率
二、种群的“J”形增长
补充知识
2.增长速率(dN/dt)
随时间或种群数量增大，种群增长速率不断增大
二、种群的“J”形增长
补充知识
【任务三】1.阅读课本9页第5-6段，结合高斯的实验，思考如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈 “J”形增长吗？如果不是，那会呈现什么样的生长趋势？
生态学家高斯所做的实验：单独培养大草履虫，结果如图所示。
三、种群的“S”形增长
①资源和空间有限
②存在天敌和其他竞争的物种。
2.适用条件：
种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“S”形。这种类型的种群增长称为“S”形增长。
1.定义
三、种群的“S”形增长
【任务三】2.阅读课本9页第5-6段，明确“S”型增长的定义、适用条件和特点。
①初始一段时间种群增长较快；
②当种群密度增大时，种内竞争加剧，种群增长较慢；
③种群数量稳定在一定水平(K值)。
3.特点
三、种群的“S”形增长
【任务三】2.阅读课本9页第5-6段，明确“S”型增长的定义、适用条件和特点。
一定的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。
①定义
三、种群的“S”形增长
②K值在图形中的表示
【任务三】3.阅读9页第7-9段，明确K值的定义，总结K值的变化特征及在环境影响下的变化并在图形中表示出来。
K值
②K值在图形中的表示
种群的K值为：____________________。
K2~K3之间
三、种群的“S”形增长
【任务三】3.阅读9页第7-9段，明确K值的定义，总结K值的变化特征及在环境影响下的变化并在图形中表示出来。
K值
捕食者和被捕食者的K值分别为：______________。
M2和N2
②K值在图形中的表示
三、种群的“S”形增长
【任务三】3.阅读9页第7-9段，明确K值的定义，总结K值的变化特征及在环境影响下的变化并在图形中表示出来。
K值
生存空间增大和资源增多，K值会增大，否则K值会减小，甚至灭绝。
③K值根据环境因素发生变化
三、种群的“S”形增长
【任务三】3.阅读9页第7-9段，明确K值的定义，总结K值的变化特征及在环境影响下的变化并在图形中表示出来。
K值
K与K/2的应用
①人类对生物资源开发利用时，如渔业捕捞、放牧等，必须保证环境中的种群数量不低于K/2，以保证最大持续捕获量。
②在有害生物防治方面，可通过降低K值，从根本上限制有害生物种群数量的快速增长。例如：可通过封闭粮食、清除生活垃圾、室内地面硬化等方法防治鼠害。
三、种群的“S”形增长
1.增长率
增长率随种群密度增大而下降
增长率受种群密度制约，密度越大，增长率越小。
密度制约系数：1—N/K
总资源为1，1—N/K表示种群数量为N时，剩余的资源。
1/K为每个个体所占有的资源，N/K为N个个体所占有的资源。
三、种群的“S”形增长
补充知识
2.增长速率(dN/dt)
①增长速率先增大后减小，最后为0。
②当种群数量为k/2时，增长速率达到最大。
三、种群的“S”形增长
补充知识
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，需要控制人口出生率，有人却认为科技进步可以提高地球对人类的环境容纳量，对此你持什么观点？你有哪些证据支持你的观点？
开放性题目
例如，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。
例如，世界范围内存在的资源危机和能源问题，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。
三、种群的“S”形增长
【任务三】4.阅读课本10页思考与讨论“环境容纳量与现实生活”小组讨论，回答两个思考题。
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考，对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施？
对鼠害等有害动物的控制，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。
①将粮食和其他储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；
②室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；
③养殖或释放它们的天敌；
④搞好环境卫生等。
三、种群的“S”形增长
【任务三】4.阅读课本10页思考与讨论“环境容纳量与现实生活”小组讨论，回答两个思考题。
{21E4AEA4-8DFA-4A89-87EB-49C32662AFE0}项目
J形增长
S形增长
前提条件
(适用种群)
K值
理想状态：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。
实际状态：环境资源有限，存在天敌和其他竞争物种。
无K值
有K值
三、种群的“S”形增长
【任务三】5.结合学习的J形增长与S形增长的知识，对其进行全面比较，完成下表。
{21E4AEA4-8DFA-4A89-87EB-49C32662AFE0}项目
J形增长
S形增长
模型
三、种群的“S”形增长
【任务三】5.结合学习的J形增长与S形增长的知识，对其进行全面比较，完成下表。
{21E4AEA4-8DFA-4A89-87EB-49C32662AFE0}项目
J形增长
S形增长
增长率
三、种群的“S”形增长
时间/t
增长率
【任务三】5.结合学习的J形增长与S形增长的知识，对其进行全面比较，完成下表。
{21E4AEA4-8DFA-4A89-87EB-49C32662AFE0}项目
J形增长
S形增长
增长
速率
(dN/dt)
三、种群的“S”形增长
【任务三】5.结合学习的J形增长与S形增长的知识，对其进行全面比较，完成下表。
环境阻力
三、种群的“S”形增长
【任务三】5.结合学习的J形增长与S形增长的知识，对其进行全面比较，完成下表。
在自然界中，有的种群能够在一段时间内维持数量稳定，但是大多数生物种群，种群数量总是在波动之中。
1.爆发
蝗灾、鼠灾、赤潮等就是种群数量爆发增长的结果
某地区东亚飞蝗种群数量的波动
四、种群数量的波动
【任务四】阅读课本10页第1-2段，说明自然界中种群数量是怎样变化的？对种群数量的各变化阶段进行阐述
2.下降
当种群长久处于不利条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。
种群的延续需要有一定的个体数量为基础。
当一个种群数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。对于那些已经低于种群延续所需的最小种群数量的物种，需要采取有效保护措施进行保护。
3.消亡
四、种群数量的波动
种群数量的变化
种群数量增长
非密度制约
密度
制约
J型增长
S型增长
种群数量波动
低于最小种群数量
构建种群增长模型的方法
提出问题
提出假说
建立数学
模型
对模型进行检验或修正
增长率不变
增长率下降
爆发
下降
消亡
课堂小结
课堂练习
1.(2023·单元测试)种群在理想环境中呈“J”形增长(如曲线甲), 在有环境阻力条件下, 呈“S”形增长(如曲线乙)。下列有关种群增长曲线的叙述, 正确的是( )
A. 若曲线乙表示蒙古兔种群增长曲线, E点后种群出生率约等于死亡率
B. 图中C点时, 环境阻力最小, 种群数量增长最快
C. 若曲线乙表示酵母菌种群增长曲线, 通过镜检统计的活菌结果比实际值低, 因为其中有死亡的酵母菌个体
D. K值具有物种特异性, 所以东方田鼠的种群增长曲线在不同环境下总是相同的
课堂练习
【解析】
【分析】
本题考查了“J”形和“S”形种群增长曲线的生物学意义，对于种群的“J”形增长曲线与“S”形增长曲线的理解应用是本题考查的重点，意在考查学生的识图能力和分析能力。
【解答】
A.若曲线乙表示蒙古兔种群增长曲线，当种群数量达到E点后，增长速率为零，种群出生率约等于死亡率，A正确；
B.图中的C点增长速率最大，但是环境阻力不是最小，图中乙曲线上，时间越早，种群的数量越少，环境阻力越小，B错误；
C.通过镜检统计酵母菌种群数量的结果比实际值低，原因可能是取样时没有混匀等，酵母菌分布不均匀所致；酵母菌个体死亡会使镜检统计的结果比实际活菌值高， C错误；
D.种群数量受环境变化影响，生存条件不同时，环境容纳量不同，种群增长曲线也会有区别，D错误。
课堂练习
2.(2023·湖北省·单元测试)
如图表示在一个10 mL封闭培养体系中酵母菌种群数量的动态变化，下列关于酵母菌种群数量的叙述，正确的是( )
A. 种内竞争导致初始阶段增长缓慢 B. 可用数学模型Nt＝N0λt表示
C. 可用取样器取样法计数 D. K值约为120 000个
课堂练习
【解析】
【分析】
本题结合曲线图，考查探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，对于此类试题，需要考生注意的细节较多，如实验的原理、实验采用的方法、实验现象等，需要考生在平时的学习过程中注意积累。
1、探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化实验的原理：
（1）酵母菌可以用液体培养基来培养，培养液中的酵母菌种群的增长情况与培养液中的成分、空间、pH、温度等因素有关，我们可以根据培养液中的酵母菌数量和时间为坐标轴做曲线，从而掌握酵母菌种群数量的变化情况。
（2）利用血球计数板在显微镜下直接计数是一种常用的细胞计数法，这种方法可以直接测定样品中全部的细胞数目，所以一般用于单细胞微生物数量的测定，由于血球计数板上的计数室盖上盖玻片后的容积是一定的，所以可根据在显微镜下观察到的细胞数目来计算单位体积的细胞的总数目。
2、分析图形：图示为酵母菌种群增长的“S”增长曲线，第50小时达到最大值，K值为12000个/mL×10mL=120000个。
【解答】
A、种群初始阶段增长缓慢是由于酵母菌种群基数少，此时种内竞争较弱，A错误；
B、由于营养、生存空间等条件是有限的，因此种群数量不可能呈“J”型增长，则不能用数学模型Nt=N0λt表示，B错误；
C、可用血球计数板计数，C错误；
D、K值为12000个/mL×10mL=120000个，D正确。

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