资源简介

(共27张PPT)
1.2 种 群 数 量 的 变化
学科素养
01
04
社会责任：运用种群数量变化规律解决生产生活中的实际问题，关注人类活动对动植物种群数量变化的影响。
科学思维：通过分析与比较，明确种群的“J”形增长和“S”形增长的条件和特点。
生命观念：通过分析影响种群数量变化的因素，形成稳态与平衡观。
03
02
科学探究：通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化等活动，尝试建构种群数量增长的数学模型。
模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性描述。
物理模型
数学模型
概念模型
复习
以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。
用线条和文字直观而形象地表示出某些概念之间的关系。
用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
问题一：细菌的增殖方式是什么？
二分裂
问题探讨
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，某种细菌每20min就通过分裂繁殖一代。
问题二：根据假设计算出1个细菌在不同时间产生后代的数量，记录在表格中（P8）。
时间（min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180
分裂次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9
数量（个）
2
4
8
16
32
64
128
256
512
问题探讨
问题三：用N表示细菌数量，n表示第几代，则第n代细菌数量的计算公式是什么？
N=1×2n
思考：若细菌初始数量为N0个，第n代细菌数量(N)的计算公式是什么？
N=N0×2n
问题四：72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？
Nn=2216
问题五：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，培养瓶中营养物质和空间是有限。
建立数学模型
【思考】同数学公式相比，曲线图表示的模型有什么局限性？
数学公式更加精确，但不能反映出种群的增长趋势。
曲线图可以直观地反映出种群的增长趋势，但不够精确。
观察分析
提出问题
做出假设
建立
数学模型
对模型进行检验修正
研究方法
研究实例
细菌每20min分裂一次，怎样计算繁殖n代的数量？
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
Nn=2n
N代表细菌数量，n表示第几代
观察、统计细菌数量，对模型进行检验或修正
建构种群增长模型的方法
建立数学模型
1.定义：用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
2.步骤：
3. 作用：能够描述、解释、预测种群数量的变化。
你所得出的公式和增长曲线，只是对理想条件下细菌数量增长的推测。在自然界中种群数量变化的情况是怎样的呢？
√
建构种群增长模型的方法
资料1：1859年，一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔，一个世纪后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃噬树皮，造成植被破坏，导致水土流失。直到人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。
资料2： 20世纪30年代时，人们将环颈雉引入到美国的一个岛屿上，
在最初的5年1937—1942年期间该种群数量增长如图。
思考○讨论：分析自然界种群增长的实例
1. 这两个资料中的种群增长有什么共同点？
3. 这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？
2. 种群出现这种增长的原因是什么？
建构种群增长模型的方法
种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。
食物充足、缺少天敌等。
思考○讨论：分析自然界种群增长的实例
不能，因为资源和空间是有限的。
4. 野兔和环颈雉种群的增长曲线是否类似于细菌种群的增长曲线？
类似，均成“J”形
种群的“J”形增长
概念：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，曲线大致呈“J”形。
自主学习课本Ｐ8-9相关内容，小组合作完成下列问题：
自主学习，合作探究
1.“J”形增长的模型假设是什么？
2.“J”形增长的数学模型（以数学公式表示）是什么？模型中各参数有什么意义？
3.曲线图起始点在原点吗？为什么？
4.根据公式能否计算出某年的种群增长率吗？增长速率呢？
5.总结“J”形增长的特点
种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍
思考：第一年是N0，第二年是多少？t年后呢？
种群的“J”形增长
1.模型假设
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条件下
什么情况会出现理想状态？
N1=N0λ1
4. 数学公式
Nt=N0 λt
t年后的种群数量
起始数量
种群数量是前年种群数量的倍数
时间
时间（t）
N0
种群数量
5. 曲线图
①实验室条件下；
②当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时 。
2.适用对象
3.“J”形增长的特点
种群的“J”形增长
思考：当λ满足什么条件时，种群数量呈“J”形增长？
λ
现有个体数
原有个体数
=
项目 种群数量变化 年龄结构
λ>1
λ＝1
λ<1
增加
相对稳定
减少
增长型
稳定型
衰退型
λ >1
λ <1
λ =1
种群数量
时间
0
只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。
种群的“J”形增长
5. “J”形增长的增长率和增长速率
（1）增长率：指在单位时间内种群数量增加的量占初始数量的比例，是一个百分比，无单位。
新增个体数（Nt－Nt-1） 原有个体数（Nt-1）
增长率 =
①公式
②曲线
O
增长率
（2）增长速率：指种群数量在单位时间内的改变数值，有单位（如：个/年等）。
①公式
新增个体数 （Nt－Nt-1） 单位时间（t）
增长速率 =
②曲线
O
增长速率
= λ－1
实质就是“J”形
曲线的斜率
①1-4年，种群数量呈_____形增长
②4-5年，种群数量__________
③5-9年，种群数量__________
④9-10年，种群数量_______
⑤10-11年，种群数量_____________
⑥11-13年，种群数量_________________________________
⑦前9年，种群数量第_______年最高
⑧9-13年，种群数量第______年最低
据图说出种群数量如何变化
“J”
增长
相对稳定
下降
下降
11-12年下降，12-13年增长
5
12
13
2.0
λ值
1.5
1.0
0.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
时间（年）
种群的“J”形增长
典题应用
种群的“J”形增长
与实际的联系--物种入侵
加拿大一枝黄花原产北美，1935年作为观赏植物引入中国，是外来生物。其繁殖能力强、传播能力强、生长周期长，对所到之处本土物种产生严重威胁，易成为单一的加拿大一枝黄花生长区。
福寿螺原分布于南美洲，20世纪80年代作为一种水生经济生物引入我国，后因食味不佳被弃于水生环境。其生存能力很强，又繁殖得快；其食量大且食物种类繁多能破坏粮食作物、蔬菜和水生农作物的生长。
增长速率曲线
中国人口数据增长曲线
世界人口数据增长曲线
人口在20世纪大部分时期呈现出“J”形增长
种群的“J”形增长
老鼠一年四季都可以交配，怀孕期约21天，一年生6到8胎，一胎生5到10只。小老鼠又继续生育。一只长到2、3个月就可以繁殖，一年下来一只雌性老鼠就可以让其家族老鼠的数目增加上千只。老鼠种群数量的增长，从理论上说应按几何级数倍增。但是实际老鼠上因受各种因素的影响，增长速度有限。
想一想
资源、空间等方面的限制
种群如何增长？
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24 h统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如图所示的结果。
1、大草履虫的数量在第几天增长较快？
2、第几天以后基本维持在375个左右？
4、为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？
5、这种类型的种群增长称为什么？
生态学家高斯的实验
第二天和第三天
第五天
由于随着大草履虫数量的增多，对食物和空间的竞争趋于激烈，导致出生率下降，死亡率升高。
种群的“S”形增长
3、大草履虫数量增长变化是一个怎样的过程？
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。
种群的“S”形增长
自主学习课本Ｐ9相关内容，小组合作完成下列问题：
自主学习，合作探究
1.什么是“S”形增长曲线？
2.“S”形增长曲线形成原因是什么？
3.“S”形增长曲线的适用对象是什么？
4.“S”形增长曲线的增长特点。
5.尝试分析“S”形增长曲线各段的含义。
6.什么是环境容纳量（K值）？如何运用？
1.概念：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。
现实状态
①资源和空间有限
②种群密度增大时
种内竞争加剧
出生率下降
死亡率升高
出生率=死亡率
种群稳定在一定的水平
此时种群达到的最大数量称为什么？
种群的“S”形增长
2.“S”形增长形成原因：
3.适用对象：
一般自然种群的增长
种群的“S”形增长
4.环境容纳量：
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。
问题1: K值是不是种群数量的最大值？
不是；K值是种群在一定环境条件下所能维持（允许达到）的种群最大数量
问题2: 同一种群的K值是固定不变的吗？
不是一成不变的：K值会随着环境的改变而发生变化，当环境遭到破坏时，K值会下降；当环境条件状况改善时，K值会上升。
问题3:在环境条件没有变化的情况下，种群数量到达K值后就不再变化了吗？
在环境条件没有变化的情况下，种群数量在K值上下波动，动态平衡。
种群的“S”形增长
5.“S”形曲线的分析：
ab段:种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢，出生率＞死亡率。（调整期）
de段:种群增长速率几乎为0，种群数量达到K值，且维持相对稳定，出生率≈死亡率。（饱和期）
cd段:资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加剧，出生率降低，死亡率升高，种群增长减缓，但出生率＞死亡率。（减速期）
bc段:资源和空间丰，种群数量增长迅速，出生率＞死亡率。(加速期）
c点:种群数量为K/2，种群增长速率达到最大，出生率远大于死亡率。（转折期）
种群数量达到最大,且种内斗争最剧列。
S型曲线增长率曲线
增长率
时间
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。
种群的“S”形增长
6.“S”形曲线的增长速率和增长率
S型曲线增长速率曲线
增长速率
时间
t1
t2
K/2
K
K
种群数量
时间
0
B
C
t1
t2
A
K/2
种群的“S”形增长
资料一：在200多万年前的更生世早期到100万年前的更生世中晚期，大熊猫已经广布于我国南半部的陕西、山西和北京等地区，在云南、四川、浙江、福建、台湾等省也有它们的踪迹。如今留下来的大熊猫数量很少,分布范围已十分狭窄，只有在我国的四川、陕西、甘肃部分地区的深山老林中才能找到它们的身影。
野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？
野生大熊猫的栖息地遭到破坏，食物和活动范围缩小，K值降低。
与实际的联系
K值应用--保护野生动物
保护大熊猫的根本措施是什么？
建立自然保护区，改善栖息环境，从而提高环境容纳量。
种群的“S”形增长
与实际的联系
K/2值应用--有害生物的防治
资料二：老鼠种类多，数量大，适应性强，在人人喊打的情况下从古生存至今，成为人类不请自来，不受欢迎的客人。在我国现有的各种鼠类数量是人口数量的4倍。
怎样做才能最有效的灭鼠？
（2）降低出生率。具体措施：施用避孕药、降低生殖率的激素等。
（3）降低环境容纳量。具体措施：养殖天敌捕食家鼠、打扫卫生、硬化地面、安全储藏食物等。
（1）增大死亡率。具体措施：机械捕杀、药物毒杀等。
是防治有害生物的根本措施。
（4）在K/2前捕杀。防止老鼠种群数量达到K/2处。
种群的“S”形增长
与实际的联系
K/2值应用--资源开发与利用
资料三：为了保护水生生物的正常生长或繁殖，保证鱼类资源得以不断恢复和发展，每年规定有禁渔期。
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？为什么？
a.渔业捕捞应在K/2后;
b.捕捞后鱼的种群数量维持在K/2。
因为捕鱼后保留在K/2值处，种群增长速率最大，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，符合可持续发展的原则。
K
种群数量
时间
0
B
C
D
E
t1
t2
A
K/2
“黄金开发点”
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？
“J”形曲线与“S”形曲线比较
0
K
时间
环境阻力
环境容纳量
S形
J形
种群数量
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
种群的数量变化除了增长，还存在什么情况？
第二节
2、大多数生物的种群数量总是在波动中
1、在自然界，有的种群能够在一段时间内维持数量的相对稳定
时间
种群数量/相对值
某地区东亚飞蝗种群数量的波动
种群爆发：蝗灾、鼠灾、赤潮等
下降：人类乱捕滥杀和栖息地破坏
衰退和消亡：种群的数量过少，近亲繁殖
说明：对于低于种群延续所需最小种群数量的物种，需要采取有效保护措施
种群数量的波动

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