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(共29张PPT)
第1章 种群及其动态
第2节 种群数量的变化
种群及其动态
第2节 种群数量的变化
学习目标
第1课时
(第一课时)
1.建构种群增长模型的方法
①建立数学模型;②细菌增长曲线
2. 种群增长曲线
①“J”形增长:产生条件/增长特点/公式
②“S”形增长:产生条件/增长特点/应用
拓展:增长率和增长速率 ③比较
3. 种群数量的波动
①爆发;②下降;③消亡
(第二课时)
4.【探究.实践】培养液中酵母菌种群数量的变化
问题探讨：细菌的数量变化
构建细菌种群数量增长的数学模型
活动流程：
假设在营养和生存空间没有限制的情况下,
某种细菌每20min就通过分裂繁殖一代。
【探究思考】
1.计算1个细菌繁殖不同时间所获得的后代数量，并填入表格中(P8)
2.利用表格中数据画出细菌的种群增长曲线（P8）
3.用公式表示出第n代的细菌数量Nn
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。
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。
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。
建构种群增长模型的方法
时间（min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
繁殖代数(Nn) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
数量（个）
2
4
8
16
32
64
128
256
512
1
Nn=1×2n
思考1:这里总共呈现了哪些数学模型？
表格、公式、曲线图
思考2:
不同数学模型的优缺点：
①数学公式：科学、准确，但不______。
②曲线图：直观但不够________。
直观
准确
建构种群增长模型的方法
2.细菌种群增长曲线
总结：建立数学模型的步骤
观察分析
提出问题
做出假设
建立
数学模型
检验修正
思考:
该公式和曲线是对理想条件下细菌数量增长的推测，在自然界中，种群的数量变化情况是怎样的呢？
建构种群增长模型的方法
建构种群增长模型的方法
思考·讨论：分析自然界种群增长的实例
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下图
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。
种群增长模型----“J”形增长
【注意】该曲线的起点不是原点。
1.产生条件
理想状态，环境资源无限——食物和空间条件充裕，气候适宜，没有敌害,没有其他竞争物种等。
2.增长特点
种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍，即持续快速增长。
λ=
本年的数量/前一年的数量
3.公式：t年后种群的数量为
Nt=N0 λt
（N0为起始数量， t为时间，
Nt表示t年后该种群的数量，
λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数）
①动物迁入适宜其生活的新环境后，一段时间内种群的数量变化
②外来入侵物种的种群数量变化
③实验室条件
种群增长模型----“J”形增长
“J”形曲线的特点（关于“λ”）
活动流程：请分析在λ＞1、λ=1、λ＜1时的种群数量分别发生怎么的变化。
分别描述出λ=1.2，λ=1，λ=0.8时曲线的趋势。
λ=Nt/Nt-1
①λ＞1，种群数量______
②λ=1，种群数量_______
③λ＜1，种群数量______
增加
不变
减少
λ=1.5
λ=1.2
λ=1
λ=0.8
λ>1且恒定
思考:种群数量要呈“J”形增长，λ的值需要符合哪些条件？
1-4年，种群数量呈___形增长
4-5年，种群数量__________
5-9年，种群数量__________
9-10年，种群数量_______
10-11年，种群数量_____________
11-13年，种群数量____________________________
前9年，种群数量第_______年最高
9-13年，种群数量第______年最低
“J”
增长
相对稳定
下降
下降
11-12年下降，12-13年增长
5
12
【现学现用】据图说出种群数量如何变化
课堂检测
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？
种群增长模型----“S”形增长
【情境分析】生态学家高斯（G.F.Gause,1910-1986）曾经做过单独培养大草履虫的实验：在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24h统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如表所示的结果。　　
时间（天） 1 2 3 4 5 6 7
数量 5 50 110 290 375 375 376
1.产生条件
资源和空间有限，天敌的制约等（即存在环境阻力）
请尝试解释为什么存在环境阻力就会使得种群数量最终维持在一定水平而不能无限增加？
种群增长模型----“S”形增长
2.增长特点
资源和空间丰富，种群数量增长迅速；
ab段:
bc段:
资源和空间有限，种群密度 ，种内竞争 ，
死亡率 ，出生率 ，种群增长 ；
出生率 死亡率
增大
加剧
减缓
＞
出生率 死亡率
＞
上升
下降
c点后:
出生率 死亡率
≈
此时种群的增长速率为零，种群数量趋于稳定，种群数量达到环境容纳量(即K值)。
A
B
C
0
b点:
此时种群增长速率最大;
出生率 死亡率
＞
＞
K值（环境容纳量）
①定义:一定环境条件(在环境条件不受破坏的情况下)所能维持的种群最大数量
同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。
同一环境，不同种群的K值不同。
【特点】：
生物自身的遗传特性和食物、栖息场所、天敌及其他生存条件均会影响动物的环境容纳量。
K值并不是种群数量的最大值，种群所达到的最大值会超过K值，但这个值存在的时间和短，因为环境已遭到破坏。
种群增长模型----“S”形增长
2.增长特点
②K值在图形中的表示
K2~K3之间
种群的K值为：__________。
增长速率＝(现有个体数－原有个体数)／增长时间
=(出生数－死亡数)/时间。(有单位，如个/年)
故增长率不能等同于增长速率。
种群增长速率就是曲线上通过每一点的切线(即斜率)
种群增长率与种群增长速率
(1)增长率:
(2)增长速率:
增长率＝(现有个体数－原有个体数)／原有个体数×100％
举例: “一个种群有1000个个体，一年后增加到1100”，则该种群的增长率为:
举例: “一个种群有1000个个体，一年后增加到1100”，则该种群的增长速率为:
[(1100-1000)/1000]×100%=10%
(1100-1000)/1年=100个/年
“J”形增长和“S”形增长
已知种群增长率＝
种群增长速率＝
请在下面表格中计算“J”形增长的增长率，并绘制增长率和增长速率的曲线。
年份 初始数量 增长速率 增长率
第1年 1 0.5
第2年 1.5 0.75
第3年 2.25 1.125
第4年 3.375 1.6875
第5年 5.0625
··· ···· （λ=1.5）
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
“J”形增长和“S”形增长
“J”形增长和“S”形增长
已知种群增长率＝
种群增长速率＝
请在下面表格中计算“S”形增长的增长率，并绘制增长率和增长速率的曲线。
年份 初始数量 增长速率 增长率
第1年 1 0.5 0.5
第2年 1.5（λ=1.5） 0.6 0.4
第3年 2.1（λ=1.4） 0.63 0.3
第4年 2.73（λ=1.3） 0.546 0.2
第5年 3.276（λ=1.2） 0.3276 0.1
第6年 3.6036（λ=1.1）
“J”形增长和“S”形增长
增长速率变化: 看曲线的斜率(即过每一点的切线)
规律总结
1. “S”型曲线与其增长速率、增长率的关系
2. “J”型曲线与其增长速率、增长率的关系
在“S”型曲线中，种群增长速率先增大后减小，增长率逐渐减小。
在“J”型曲线中，种群增长速率逐渐增大，
增长率基本不变。
增长率的变化:看(λ-1)
（1）图中阴影部分表示什么？
（2）环境阻力如何用自然选择学说
内容解释？
（3）“S”形曲线中，有一段时期近似于“J”形曲线，这一段是否等同于“J”形曲线？为什么？
环境阻力。
生存斗争中被淘汰的个体数。
不等同，已经存在环境阻力。
“J”型曲线无 K值, 无种内斗争, 无天敌。
“J”形增长和“S”形增长
“J形”增长是理想
“S形”增长是现实
“阴影部分”是生活
“J”形增长和“S”形增长
小积累
K值的表示方法和K值的变化
“J”形增长和“S”形增长
假设你承包了一个鱼塘，你如何解决下面2个问题？
①放养多少鱼？放养密度过大，鱼竞争加剧，死亡率会增加；放养密度过小，水体的资源和空间不能充分利用。
②收获季节，为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平？
过渡
种群增长模型----“S”形增长
3.应用
K值及其应用
1.种群数量到达K值后就不再变化了吗？
2.K值是不是种群数量的最大值？
3.同一种群的K值是固定不变的吗？
在K值上下波动，动态平衡。
不是；K值是种群在一定环境条件下所能维持的种群最大数量。
不是
食物减少和活动范围缩小等不利条件下，K值会变小。
食物充足和生存空间扩大等有利条件下，K值会增大。
K值的大小与环境阻力的大小有关
K值的应用
保护野生生物资源
防治有害生物
合理确定载畜量
减小环境阻力，增大K值
熊猫基地多种竹子等
增大环境阻力，减小K值
防治老鼠蟑螂：养殖或者释放天敌、打扫卫生、硬化地面、将食物储存在安全处。
草原最大载畜量不超过K值
K/2值及其应用
K/2值的应用
渔业捕捞后的种群数量要维持在_____值
_____值前防治有害生物，严防达到____值
K/2
K/2
K/2
假设草原上散养的某种家畜种群呈S形增长，该种群的出生率和死亡率随时间的变化趋势如图所示。若要持续尽可能多收获该家禽，则应在种群数量合适时开始捕获，下列四个时间点中合适的是（ ）
A.t1
C.t3
B.t2
D.t4
B
课堂检测
思考·讨论 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，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。
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。
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.暴发
蝗灾、鼠灾、赤潮等就是种群数量暴发增长的结果
某地区东亚飞蝗种群数量的波动
种群数量的波动
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。
种群数量的波动
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
1.如图所示为种群在理想环境中呈“J”型增长，在有环境阻力条件下，呈“S”型增长。下列关于种群在某环境中数量增长曲线的叙述，正确的是(　　)
A. 当种群数量达到e点后，种群数量增长速率为0
B. 种群增长过程中出现环境阻力是在d点之后
D. 若该图表示海洋中某种鱼的增长曲线，则最佳捕捞时间在e点
A
C. 若该图表示蝗虫种群增长曲线，则虫害防治必须在C点
课堂检测
2.科研小组对某地甲、乙两个种群的数量进行了多年的跟踪调查，并研究Nt＋1/Nt ,随时间的变化趋势，结果如图所示(图中Nt ,表示第 t 年的种群数量，Nt＋1表示第t＋1年的种群数量)。下列分析正确的是( )
A. 甲种群在0~t3 段的年龄结构为增长型
B. 乙种群在0～t1 段的种群数量呈“J”形增长
C. 乙种群在t2 时数量最少
D. 甲种群在t3 后数量相对稳定可能是生存条件得到了改善
B
课堂检测
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
暴发
下降
消亡
课堂总结

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