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(共55张PPT)
第1章 种群及其动态
第2节 种群数量的变化
（第一课时）
目标
01
02
03
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;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。
(科学思维、科学探究)
通过分析影响种群数量变化的因素，形成稳态与平衡观。(生命观念)
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。(社会责任)
学习目标
情境材料一
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。
二分裂
时间（min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
分裂次数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
数量（个） 1
Nn=2n
2
4
8
16
32
64
128
256
512
问题1: 细菌的生殖方式是怎样的？
问题2: 第n代细菌数量的计算公式是什么？
情境材料一
n＝ 60min ×72h／20min＝216
Nn＝1 X ２n ＝2216
不会
建立数学模型
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3: 72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？
问题4: 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？为了验证你的观点，我们可以采用什么学科方法来研究？
观察分析
提出问题
作出假设
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
1.定义：
一、建构种群增长模型的方法
建立数学模型
用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
2.步骤：
　实战训练　
1.数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式．建立数学模型一般包括以下步骤，下列排列顺序正确的是（　　）
①观察研究对象，提出问题；
②提出合理的假设；
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；
④通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正．
A.①②③④ B.②①③④ C.③④①② D.②③①④
问题5: 请回顾我们高中生物中学习过哪些模型呢？
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
注意：描述、解释和预测种群数量的变化，常常需要建立数学模型
一、建构种群增长模型的方法
建立数学模型
问题6: 请根据表格信息，尝试小组合作以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌种群的增长曲线。
0
时间/min
细菌数量/个
100
200
300
400
500
20
40
60
80
100
120
140
160
180
时间(min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
分裂次数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
数量（个） 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512
3.类型及优缺点：
(1)数学公式
(2)曲线图
①优点：科学、精确
②不足：不够直观
①优点：直观
②不足：不够精确
　实战训练　
2．模型构建是解决很多生物学问题的一种重要策略。下列关于模型建构的叙述，正确的是（　　）
A．含3对同源染色体的减数分裂模型的制作，需要使用三种颜色的橡皮泥B．DNA结构模型的制作，需要首先将作为碱基和磷酸的材料连接在一起C．细胞大小与扩散作用关系的模型中琼脂块体积越小，物质扩散深度越深D．酵母菌种群的增长模型建构中，绘制种群数量变化曲线属于数学模型
问题7: 在自然界中，种群的数量变化情况是怎么样的呢？有类似细菌在理想条件下种群增长的形式吗？
思考与讨论这两个资料中种群增长有什么共同点
2
3
4
1
合作探究一：请同学们自主阅读教材P8思考与讨论，小组合作完成以下问题。
种群出现这种增长的原因是什么？
这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？
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？
一、建构种群增长模型的方法
一、建构种群增长模型的方法
分析自然界种群增长实例
思考.讨论
【资料一】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。
24只
一、建构种群增长模型的方法
分析自然界种群增长实例
思考.讨论
【资料二】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年内， 1937—1942年期间该种群数量的增长如左图所示
一、建构种群增长模型的方法
分析自然界种群增长实例
思考.讨论
问题8: 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。
问题9: 种群出现这种增长的原因是什么？
食物充足、缺少天敌等。
问题10: 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。
问题11: 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？
0
时间/min
细菌数量/个
100
200
300
400
500
20
40
60
80
100
120
140
160
180
二、种群的“J”形增长
自然界确有类似的细菌在理想条件下种群数量增长的形式，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。
某海岛上环颈雉种群数量的变化
“J”形增长曲线模型假设和适用对象是什么？
2
3
4
1
合作探究二：请同学们自主阅读教材P8-9，小组合作完成以下问题。
写出“J”形增长曲线的数学模型(以数学公式表示)及解释各字母的含义。
“J”形增长曲线的增长特点。
查阅历年来世界和我国人口增长的数据，分析人口是否呈“J”形增长。
一、建构种群增长模型的方法
二、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(捕食和寄生天敌)
没有其他竞争物种等
某种群
理想状态
每年以一定的倍数增长
第二年的数量是第一年的λ倍
什么情况会出现理想状态？
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 。
问：第一年是N0，第二年是多少？t年后呢？
二、种群的“J”形增长
2.“J”形增长的数学模型公式：
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 = N0 λ
N2 = N1 λ =N0 λ2
N3 = N2 λ = N0λ3
Nt = N0 λt
t 年后该种群的数量
种群的起始数量
每年增长倍数
时间
λ =
当年种群数量
前一年种群数量
曲线图：
时间(t)
种群数量Nt
数学模型：
二、种群的“J”形增长
3.“J”形增长的特点：
种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。
项目 种群数量变化 年龄结构
λ>1
λ＝1
λ<1
增加
增长型
相对稳定
稳定型
减少
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。
问题12: 当λ满足什么条件时，种群数量呈“J”形增长？
　实战训练　
① 1～4年，种群数量_______________
② 4～5年，种群数量_______________
③ 5～9年，种群数量_______________
④ 9～10年，种群数量______________
⑤ 10～11年，种群数量_____________
⑥ 11～13年，种群数量_____________
。
⑦ 前9年，种群数量第_______年最高
⑧ 9～13年，种群数量第______年最低
呈“J”形增长
增长
相对稳定
下降
下降
11～12下降，
5
12
1.据图说出种群数量如何变化
12～13增长
λ =
当年种群数量
前一年种群数量
　实战训练　
3.调查某地乌鸦连续10年的种群数量变化，图中λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数，下列分析正确的是(　　)
A．乌鸦的种群密度采用样方法调查
B．第3年和第9年的乌鸦种群数量相同
C．第6年以前乌鸦种群数量为“J”型增长
D．第9～10年的乌鸦种群数量最少
问题13: 你还能举出种群数量呈“J”形增长的实例吗？
二、种群的“J”形增长
4.“J”形增长模型实例：
实例一：凤眼莲（俗称水葫芦）原产于南美，1901年作为花卉引入中国。由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌，我国目前有184万吨。它对其生活的水面采取了野蛮的封锁策略，挡住阳光，导致水下植物得不到足够光照而死亡。
二、种群的“J”形增长
4.“J”形增长模型实例：
实例二：外来入侵物种紫茎泽兰
在中国外来入侵物种中名列第一位的紫茎泽兰，原产美洲的墨西哥至哥斯达黎加一带，大约20世纪40年代，紫茎泽兰由中缅边境传入中国云南南部。现在，云南80%面积的土地都有紫茎泽兰分布，对当地生物多样性造成了严重破坏。
二、种群的“J”形增长
4.“J”形增长模型实例：
脐眼大
几乎无脐眼
圆锥形
圆盘形
卵胎生
福寿螺的卵
卵生
实例三：福寿螺，瓶螺科瓶螺属软体动物，原产于南美洲亚马逊河流域，1981年作为食用螺引入中国，因其适应性强，繁殖迅速，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，成为危害巨大的外来入侵物种。
问题14: 查一查历年来世界和我国人口增长的数据，分析人口是否呈“J”形增长？
二、种群的“J”形增长
中国人口数据增长曲线
世界人口数据增长曲线
4.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
问题15: 如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？
【实例】生态学家高斯的实验：
在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，每隔24h统计一次大草履虫的数量。经反复实验，结果如下图所示。　
二、种群的“S”形增长
第二天和第三天
第五天
问题17: 第几天以后基本维持在375个左右？
问题16: 大草履虫的数量在第几天增长较快？
问题18: 为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？
【实例】生态学家高斯的实验：
在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，每隔24h统计一次大草履虫的数量。经反复实验，结果如下图所示。　
二、种群的“S”形增长
问题18: 为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？
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。
问题19: 这种类型的种群增长称为什么？
种群的“S”形增长
什么是“S”形增长曲线？“S”形增长曲线形成原因是什么？
2
3
4
1
合作探究三：自主学习课本P9页相关内容，请小组合作完成以下问题。
“S”形增长曲线的适用对象是什么？
“S”形增长曲线的增长有什么特点。尝试分析“S”形增长曲线各段的含义。
什么是环境容纳量（K值）？在生产实践活动中如何运用K值？
二、种群的“S”形增长
二、种群的“S”形增长
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。
2.“S”形增长形成原因：
现实状态
①资源和空间有限
②种群密度增大时
③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？
二、种群的“S”形增长
3.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20: 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21: 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。
二、种群的“S”形增长
4.“S”曲线的分析：
B
C
D
E
A
种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢。
(1)AB段：
(2)BC段：
(3)C点：
(4)CD段：
资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速。
种群数量为K/2，种群增长速率达到最大。
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；
调整期
加速期
转折期
减速期
(5)DE段：
出生率约等于死亡率，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。
饱和期
二、种群的“S”形增长
4.“S”曲线的分析：
B
C
D
E
A
S型曲线增长速率曲线
增长速率
时间
t1
t2
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。
K/2
K
A
B
C
D
E
问题22: 请小组合作以时间为横坐标，种群增长速率为纵坐标，画出种群“S”形增长的增长速率曲线。
　实战训练　
4．下图为某种小型淡水鱼迁入新的湖泊后种群增长速率随时间变化的曲线，根据该曲线可以得出的结论是（ ）
A．t3时该种小型淡水鱼的年龄结构为衰退型
B．t2时该种小型淡水鱼在新环境中逐渐消失
C．该种小型淡水鱼在新的环境中呈“J”形增长
D．该种小型淡水鱼在新湖泊中的环境容纳量约为t4时对应的种群数量
拓展延伸
增长率与增长速率
增长率
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）
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。
例：某一种群的数量在某一单位时间t（如一年）内，由初数量Nt-1（个）增长到末数量Nt（个），则这一单位时间内种群的增长率和增长速率的计算分别为：
增长速率＝
末数－初数
单位时间
＝
Nt－Nt-1(个)
t(年)
×100％
增长率＝
末数－初数
＝
Nt－Nt-1
初数
Nt-1
＝出生率－死亡率
＝ λ-1
种群增长率
时间
t1
t2
O
种群增长速率
时间
t1
t2
O
“J”形曲线增长率
“S”形曲线增长率
“J”形曲线增长速率
“S”形曲线增长速率
当种群数量为k/2时，增长速率达到最大。
拓展延伸
　实战训练　
5．如图是某种群数量增长的曲线，下列有关叙述错误的是（ ）
A．该种群数量增长方式是“S”型，达到K值后其数量也是波动的
B．限制种群数量增长的环境因素有食物、空间和天敌等
C．若该种群是鱼塘中的某种鱼，则在种群数量为K/2时捕捉，最有利于获得更大的年捕获量
D．若该种群是森林中的一种鸟，则用标志重捕法调查其种群数量时所得数值比实际数值偏大
A.据图可知，乙种群的K值大于甲种群的K值
B.t3～t5时间内甲、乙两种群的年龄结构不同
C.t2～t3时间内甲种群出生率小于死亡率
D.t4时乙的种群密度最大
　实战训练　
6.如图表示一个区域内甲、乙两个种群的增长速率随时间变化的曲线，下列有关叙述正确的是( )
资料一：野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？
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。
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。
二、种群的“S”形增长
5.K值和K/2值的运用：
资料二：怎样做才能最有效的灭鼠？
K
种群数量
时间
0
B
C
D
E
t1
t2
A
K/2
增大环境阻力→降低K值→防治老鼠
如断绝或减少它们的食物来源；养殖或释放它们的天敌，等等。
①降低环境容纳量
②在 捕杀
K/2前
防治有害生物的根本措施。
二、种群的“S”形增长
5.K值和K/2值的运用：
防止老鼠种群数量达到K/2处
资料三：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？
应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平，因为在这个水平上种群增长率最大。
二、种群的“S”形增长
5.K值和K/2值的运用：
K
种群数量
时间
0
B
C
D
E
t1
t2
A
K/2
——“黄金开发点”
二、种群的“S”形增长
5.K值和K/2值的运用：
K值
减小环境阻力 → 增大K值 → 保护野生生物资源
增大环境阻力 → 降低K值 → 防治有害生物
草原最大载畜量不超过K值 → 合理确定载畜量
K/2值
渔业捕捞后的种群数量要在K/2值处
K/2值前防治有害生物，严防达到K/2值处
三、种群的“J”形和“S”形增长比较
种群“J”形增长曲线表明生物种群具有过度繁殖潜能。
种群“S”形增长是生物在自然界环境阻力作用下的必然结果。
阴影表示环境阻力，两条曲线数量差表示被淘汰的个体数。
环境阻力减小，K 值增大；
环境阻力增大，K 值减小。
0
100
200
300
400
1
2
3
4
5
6
7
时间/天
种群数量
环境阻力
食物不足
空间有限
种内斗争
天敌捕食
气候不适寄生虫
传染病等
K值:环境容纳量
　实战训练　
2.“看图回答以下问题
(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。
　实战训练　
7.图1表示某种群数量变化的相关曲线图,图2是在理想环境和自然条件下的种群数量增长曲线。下列有关叙述错误的是 (　　)
A.图2中曲线X可表示图1中前5年种群数量的增长情况
B.图1中第10年种群数量对应图2中曲线Y上的C点
C.图2中B点时种群增长速率最大
D.图1中第15年种群数量最少
　实战训练　
8．下列与种群数量相关的叙述，错误的是（ ）
A．种群的数量变化如迁入和迁出，可导致种群基因频率的改变B．传染病的流行程度可随种群密度的增大而增大
C．在种群数量增长的“S”型曲线中，其增长速率随种群密度的增大而增大
D．采用每天定时抽样检测的方法，可研究水体中微生物种群数量变化规律
　实战训练　
9．大约在1800年，绵羊被引入到塔斯马尼亚岛，绵羊种群呈“S”形曲线增长，直到1860年才稳定在170万头左右。下列叙述正确的是（　　）
A．绵羊种群数量的变化与环境条件有关，而与出生率、死亡率变动无关B．绵羊种群在达到环境容纳量之前，每单位时间内种群增长的倍数不变C．若绵羊种群密度增大，相应病原微生物的致病力和传播速度减小
D．若草的生物量不变而种类发生改变，绵羊种群的环境容纳量可能发生变化
　实战训练　
10．中华鲟是一种大型溯河产卵洄游性鱼类，主要分布于东亚大陆架水域及长江干流。中华鲟在海中长大，即将成熟的中华鲟每年7~8月进入长江口，逆江而上，于次年10~11月到达金沙江下游、长江上游产卵繁殖。据调查，中华鲟幼鱼近乎灭绝，对其原因进行分析，一般不包括（ ）
A．非法捕捞导致亲鱼数量大量减少
B．某些大型水电站的建立破坏了亲鱼的产卵洄游路线
C．长江水体环境恶化，幼鱼的环境适应性降低
D．迁出率大于迁入率
　实战训练　
11．科学研究需要恰当的科学方法。下列叙述正确的是（　　）
A．通过观察各种生物组织建立细胞学说的过程运用了完全归纳法
B．孟德尔解释雌雄配子的结合是随机的，属于假说—演绎法的演绎过程C．分离细胞中的细胞器和证明DNA半保留复制的实验都使用了差速离心法
D．探究酵母菌种群数量变化和制作DNA双螺旋结构都用到了模型构建
　实战训练　
12．某实验小组探究了不同条件下培养液中酵母菌种群数菌随时间的变化关系，并将结果绘制成曲线X、Y（如下图）。下列叙述正确的是（　　）
A．若C点后 K值降低可能与培养液中代谢废物的积累和pH降低有关
B．曲线X、Y 是实验小组建立的酵母菌种群数量变化的物理模型
C．只要保证培养液中食物充足，酵母菌的种群数量变化曲线一定是X
D．用抽样检测的方法对酵母菌进行计数时，其结果往往比实际值偏低
　实战训练　
13．逻辑斯谛增长是指在空间有限、资源有限和受到其他生物制约条件下的种群增长方式，其增长曲线很像英文字母S，因而又称“S”形增长，如图所示。相关叙述正确的是（　　）
A．K值代表种群数量的一个平均值，称为环境容纳量
B．K/2时单位时间内种群增长量最大，K值时出生率为零
C．与“S”形增长相比，“J”形增长无K值且增长速率保持不变
D．对于害虫，应在K/2与K值之间选择合适时间进行防治
　实战训练　
14．间种是指在一块田里同时种植两种或两种以上农作物的种植方式，是农业增产增收的重要措施之一。在种植大豆的田里，常常间种玉米；大豆的根常形成根瘤，根瘤中的根瘤菌能将空气中的氮转变成氨供大豆利用，并从大豆的根中获取有机物，根瘤破溃能向土壤释放大量的NH4+ 等。下列相关分析正确的是（ ）
A．大豆田中各种群之间的相互关系属于种群水平的研究问题
B．大豆田中各种群的种群密度越大，物种丰富度也越大
C．根瘤菌通过主动运输的方式吸收氮气并由大豆提供能量
D．大豆和玉米的间种模式，提高了光能利用率
　实战训练　
15．种群的特征之间的关系可用下图表示。下列叙述中正确的是（ ）
A．①为性别比例，人类的性别比例接近1：1
B．②为出生率和死亡率、迁入率和迁出率
C．④为年龄组成，可以影响出生率和死亡率
D．③为种群数量，种群密度反映了其变化趋势
　实战训练　
16．我国热带雨林物种丰富，有巨大的生态价值，成为科学家们竞相研究的“伊甸园”。下列说法正确的是（ ）
A．热带雨林林下光照较弱会使所有林下植物的种群密度下降
B．热带雨林的物种丰富度大，物种组成是区别该群落与其他群落的重要特征
C．若雨林内某种群的年龄结构为稳定型，则该种群数量在近期一定能保持稳定
D．热带雨林内不同物种的生态位不可能出现重叠现象
　实战训练　
17．种群密度效应是指在一定时间内，当种群的个体数目增加时，就必定会出现相邻个体之间的相互影响。种群密度效应包括两个重要的法则∶①在一定范围内，当条件相同时，物种个体平均重量W与密度d的乘积是个常数Ki，最后Ki总是基本一致，即产量恒定法则；②随着密度增加，种内斗争加剧，引起种群个体死亡而密度减少，即自疏现象。下列有关叙述错误的是（　　）
A．植物主要是集群生长，其密度效应主要反映在个体产量和死亡率上
B．动物具活动能力，其密度效应主要表现在领域性、等级制、集群和分散等行为上C．出现产量恒定法则的原因是自然生态系统的资源和空间都是有限的
D．自疏现象是正反馈调节的结果，也是对不利生长环境的一种适应
　实战训练　
18．梭梭树具有很强的耐旱能力，在阿拉善地区大量种植，使原来不断沙漠化的阿拉善成为了绿洲。下列叙述错误的是（ ）
A．高低不一的梭梭树构成了群落的垂直结构
B．气候对梭梭树种群数量变化的作用与种群密度无关
C．种群的内源性调节因素不会改变环境容纳量的大小
D．梭梭树间的植株间隙和根系分布能最大限度地减少竞争和充分利用水分

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