新教材高中生物选择性必修2课件3：1 2 1 建构种群增长模型的方法及种群数量的变化(人教版)

第1课时建构种群增长模型的方法及种群数量的变化目录/Contents建构种群增长模型的方法01种群的“J”型增长02种群的“S”型增长03种群数量的波动04细菌繁殖产生的后代数量讨论1.第n代细菌数量的计算公式是什么？Nn=N0×2n假设细菌初始数量为N0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。问题探讨讨论2.72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？N0=1n＝60min×72h／20min＝216Nn＝1×２n＝2216已知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。填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为min）产生后代的数量。时间/min20406080100120140160180繁殖代数123456789细菌数量/个248163264128256512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？Nn=N0×2n不会因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。可以用实验计数法来验证。问题探讨01Nn=2n画出细菌种群数量的增长曲线（以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标）。1.数学模型：用来描述一个系统或它的性质的数学形式。一、建构种群增长模型的方法2.研究方法及实例细菌每20min分裂一次，怎样计算繁殖n代的数量？研究实例研究方法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=2nN代表细菌数量，n表示第几代观察、统计细菌数量，对自己年建立的模型进行检验或修正观察研究对象，提出问题提出合理的假设根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，即建立数学模型通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正一、建构种群增长模型的方法3.数学模型的表达形式及优点Nn=2n数学公式曲线图优点？缺点？科学精确不够直观直观不够精确理想条件一、建构种群增长模型的方法分析自然界种群增长的实例【思考·讨论】1859年，一位来到澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，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，还啃啮树皮，造成植被破坏，导致水土流失。后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。【资料1】环颈雉20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937-1942年这个种群数量的增长如下图所示。【资料2】分析自然界种群增长的实例【思考·讨论】讨论1.这两个资料中的种群增长有什么共同点？讨论2.种群出现这种增长的原因是什么？讨论3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？这两个资料中，种群数量增长曲线都大致呈“J”形。种群呈“J”形曲线增长的原因是食物和空间条件充裕、没有天敌、气候适宜等。不能理想条件因为食物等资源和空间是有无限的。分析自然界种群增长的实例【思考·讨论】1．含义：在

条件下，以

为横坐标，

为纵坐标，画出的种群增长曲线大致呈“

”型。理想时间种群数量J2．适用对象：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。01二、种群的“J”型增长3．“J”形增长的数学模型（1）模型假设理想条件在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，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。（2）建立模型：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：表示该种群数量是前一年种群数量的倍数。二、种群的“J”型增长增长率增长速率含义计算公式举例“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：“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：×100%=10%1100-10001000=100个/年1100-10001年增长率与增长速率的比较单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例单位时间内增加的个体数量增长率=（现有个体数-原有个体数）/种群原有个体数增长速率=（现有个体数-原有个体数）/增长时间二、种群的“J”型增长①增长率=（现有个体数-原有个体数）/种群原有个体数＝×100％增长率＝末数－初数Nt－Nt-1Nt-1初数增长率＝λ-1（λ>1，且不变）二、种群的“J”型增长（λ>1，且不变）②增长速率：单位时间内增加的个体数量。＝增长速率＝末数－初数单位时间Nt－Nt-1(个)t(年)实质就是“J”型曲线的斜率（λ-1）N0λt-1二、种群的“J”型增长【实例分析】生态学家高斯的实验：在0.5mL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。时间/d种群数量/个K=375大草履虫的数量在第二天和第三天增长较快；第五天以后基本维持在375个左右。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。三、种群的“S”型增长1.“S”形增长含义种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“

”形。Sk/22．“S”形增长的数学模型在自然界，当一种生物进入一个条件适宜的新分布地时，初始阶段一般会出现较快增长，但是，资源和空间总是有限的。当种群密度增大时，种内竞争加剧，这就导致种群的出生率降低，死亡率升高。当死亡率升高至与出生率相等时，种群的增长就会停止，种群数量有时会稳定在一定水平。（1）模型假设三、种群的“S”型增长2．“S”形增长的数学模型（1）模型假设（2）建立模型：（公式略）（3）适用对象：一般自然种群的增长（4）环境容纳量（K值）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。三、种群的“S”型增长ab段：种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢；资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速；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；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。种群数量为K/2，种群增长速率达到最大；（5）“S”形增长曲线图分析：bc段：c点：de段：cd段：三、种群的“S”型增长【问题探究】K值

（是/不是）种群数量的最大值K值是环境容纳量，即在保证环境不被破坏前提下所能维持的种群最大数量；在环境不遭到破坏的情况下，种群数量也会在K值附近上下波动；种群所达到的最大值有时会超过K值，但这个值存在的时间很短，因为环境已遭到破坏。请据图分析：该种群的K值为

。同一种群的K值是固定不变的吗？同一种群的K

值不是固定不变的，会受到环境因素的影响。K2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。不是三、种群的“S”型增长3．K值的应用①野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？最根本原因是野生大熊猫的栖息地遭到破坏，由于食物的减少和活动范围的缩小，K值就会变小。（1）实践应用1——野生生物的保护②保护大熊猫的根本措施是什么？建立自然保护区，给大熊猫更宽广的生活空间，改善它们的栖息环境，从而提高环境容纳量。三、种群的“S”型增长？（2）实践应用2——有害生物的防治机械捕杀施用激素药物捕杀施用避孕药养殖或释放天敌将食物储存在安全处增大死亡率降低环境容纳量搞好卫生降低出生率防治有害生物的根本措施硬化地面3．K值的应用三、种群的“S”型增长【问题探究】种群“S”形增长的增长率和增长速率曲线K/2t0t1t2

时间种群数量Kabcdeabcde三、种群的“S”型增长②t1之前，种群数量小于K/2值，由于资源和空间相对充裕，种群增长速率逐渐增大；③当种群数量为K/2值时，出生率远大于死亡率，种群增长速率达到最大值；④t1～t2，由于资源和空间有限，当种群密度增大时，种内斗争加剧，天敌数量增加，种群增长速率逐渐下降；⑤t2时，种群数量达到K值，此时出生率等于死亡率，种群增长速率为0。①t0时，种群数量N0，种群增长速率为0；4.种群“S”形增长曲线分析（1）AB段：出生率

死亡率，种群数量增加。

（2）B点（K/2）：出生率与死亡率差值

，种群增长速率

。（3）BC段：出生率仍

死亡率，但差值在减小，种群增长速率

。（4）C点（K值）：出生率

死亡率，种群增长速率为

，种群数量达到

，趋于稳定。ABC大于最大最大大于下降等于0最大（K值）三、种群的“S”型增长【问题探究】K/2值的应用——“黄金开发点”ABCABC①对资源开发与利用的措施种群数量达环境容纳量的一半（K/2）时种群增长速率最大，再生能力最强，维持被开发资源的种群数量在K/2值处，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，从而不影响种群再生，符合可持续发展的原则。②对有害生物防治的措施控制种群数量，严防达到K/2值处（否则会导致该有害生物成灾）。渔业资源最佳捕捞时期？刚超过1/2K时何时防治？达到1/2K前三、种群的“S”型增长【总结】K值与K/2值的应用: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【总结】种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系（1）某种群生活在一个较理想的环境中，则此种群数量增长的曲线是

。（2）如果此种群生活在一个有限制的自然环境中，种群的个体数量增长的曲线可能是

。（3）图中两曲线间的阴影部分代表

，按自然选择学说，就表示在生存斗争中被

的个体数量。“S”形“J”形环境阻力淘汰食物不足空间有限种内斗争天敌捕食气候、传染病等环境阻力在自然界，有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定。对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。某地区东亚飞蝗种群数量的波动1.种群数量的相对稳定2.种群数量的波动在K值不变的情况下，种群的数量总是围绕着K值上下波动。四、种群数量的波动3.种群数量的爆发处在波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发。如蝗灾、鼠灾、赤潮等。东亚飞蝗的爆发东亚飞蝗在我国的大发生没有周期性规律，干旱是大发生的主要原因。在黄河三角洲上的湿生草地，若遇到连年干旱，土壤中的蝗卵成活率就会提高，这是造成蝗虫大发生的主要原因。在淮河流域，前一年大涝，第二年飞蝗大发生的概率最大。故河北蝗区常出现“先涝后旱，蚂蚱成片”，“大水之后，必闹蝗灾”的情况。四、种群数量的波动3.种群数量的爆发加拿大一枝黄花水葫芦四、种群数量的波动4.种群数量的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。如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏。种群的延续需要有一定的个体数量为基础。当一个种群的数量过少，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要的最小种群数量的物种，需要采取有效的措施进行保护。捕鲸现场四、种群数量的