【生物】種群數(shù)量的變化第1課時(shí)課件 2023-2024學(xué)年高二上學(xué)期生物人教版選擇性必修2

第2節(jié)種群數(shù)量的變化（第1課時(shí)）年

級(jí)：

高二主講人：

學(xué)科：生物學(xué)（人教版）學(xué)

校：人教版選擇性必修2學(xué)習(xí)目標(biāo)4.從生物學(xué)視角關(guān)注人類(lèi)活動(dòng)對(duì)種群數(shù)量的變化。1.通過(guò)問(wèn)題探討，自主探究、梳理建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法。2.通過(guò)資料分析，歸納總結(jié)種群數(shù)量增長(zhǎng)規(guī)律為“J”型和“S”型曲線(xiàn)。3.舉例說(shuō)明種群的“J”形增長(zhǎng)、“S”形增長(zhǎng)、波動(dòng)等數(shù)學(xué)變化情況。問(wèn)題探討

我們的手上難免沾染細(xì)菌。一雙未洗過(guò)的手上最多有80萬(wàn)個(gè)細(xì)菌，一克指甲垢里藏有38億個(gè)細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快，因而我們要常洗手。假設(shè)在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒(méi)有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過(guò)分裂繁殖一代。1.72h后,由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？2.第n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式是什么？2216Nn＝1×２n任務(wù)一：自主探究、分析資料、回答問(wèn)題，梳理建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法。問(wèn)題探討3.計(jì)算出一個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí)間的數(shù)量填入下表，畫(huà)出細(xì)菌的數(shù)量增長(zhǎng)曲線(xiàn)。

問(wèn)題：比較分析數(shù)學(xué)公式相比和曲線(xiàn)圖表的數(shù)學(xué)模型各有什么優(yōu)點(diǎn)？時(shí)間/min20406080100120140160180細(xì)菌數(shù)量/個(gè)248163264128256512②種群增長(zhǎng)曲線(xiàn)可以直觀地反映出種群的增長(zhǎng)趨勢(shì)，但不夠精確。①數(shù)學(xué)公式Nt=2n更加的精確，但不能反映出種群的增長(zhǎng)趨勢(shì)。數(shù)學(xué)模型法某種細(xì)菌數(shù)量的增長(zhǎng)一.建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法1.數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的步驟提出問(wèn)題作出假設(shè)數(shù)學(xué)表達(dá)檢驗(yàn)或修正細(xì)菌每20min分裂一次在資源和空間無(wú)限多的環(huán)境中，細(xì)菌種群的增長(zhǎng)不會(huì)受種群密度增加的影響Nn=2n

，N代表細(xì)菌數(shù)量，n表示第幾代觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量，對(duì)自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正4.數(shù)學(xué)模型:描述、解釋和預(yù)測(cè)種群數(shù)量的變化2.數(shù)學(xué)模型的表達(dá)形式

數(shù)學(xué)方程式

曲線(xiàn)圖

3.建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的意義:圖表一.建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法是用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。在自然界中，種群的數(shù)量變化情況是怎樣的呢？任務(wù)二：分析資料，小組合作討論回答問(wèn)題，歸納種群的“J”“S”形增長(zhǎng)規(guī)律。二.種群的“J”形增長(zhǎng)

資料1：1859年，一位來(lái)澳大利亞定居的英國(guó)人在他的農(nóng)場(chǎng)中放生了24只野兔，一個(gè)世紀(jì)后，這24只野兔的后代竟超過(guò)6億只。漫山遍野的野兔不僅與牛羊爭(zhēng)食牧草，還啃噬樹(shù)皮，造成植被破壞，導(dǎo)致水土流失。直到人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。二.種群的“J”形增長(zhǎng)資料2：

20世紀(jì)30年代時(shí)，人們將環(huán)頸雉引入到美國(guó)的一個(gè)島嶼上，在最初的5年內(nèi)，1937—1942年期間該種群數(shù)量增長(zhǎng)如圖。資料3：鳳眼蓮（水葫蘆）原產(chǎn)于南美，1901年作為花卉引入我國(guó)。30年代作為畜禽伺料引入中國(guó)內(nèi)地各省，并作為觀賞和凈化水質(zhì)的植物推廣種植，后逃逸為野生。由于繁殖迅速，又幾乎沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和天敵，在我國(guó)南方江河湖泊中發(fā)展迅速，目前有這種鳳眼蓮184萬(wàn)噸，成為我國(guó)淡水水體中主要外來(lái)入侵物種之一。二.種群的“J”形增長(zhǎng)問(wèn)題1：這三個(gè)資料中的種群增長(zhǎng)有什么共同點(diǎn)？種群數(shù)量增長(zhǎng)迅猛，且呈無(wú)限增長(zhǎng)趨勢(shì)。問(wèn)題2：種群出現(xiàn)這種增長(zhǎng)的原因是什么？食物充足，缺少天敵等。問(wèn)題3：這種種群增長(zhǎng)的趨勢(shì)能不能一直持續(xù)下去？為什么？不能，因?yàn)橘Y源和空間是有限的。二.種群的“J”形增長(zhǎng)

通過(guò)上述兩個(gè)實(shí)例可以看出，自然界有類(lèi)似細(xì)菌在理想條件下種群增長(zhǎng)的形式，如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫(huà)出曲線(xiàn)來(lái)表示，曲線(xiàn)則大致呈“J”形。這種類(lèi)型的種群增長(zhǎng)稱(chēng)為“J”形增長(zhǎng)。二.種群的“J”形增長(zhǎng)1.N0為某種動(dòng)物種群的起始數(shù)量，種群數(shù)量每年以一定倍數(shù)增長(zhǎng)，第二年的數(shù)量是第一年的

倍，則t年后，Nt的計(jì)算公式怎么表示？時(shí)間（t）N0種群數(shù)量

t年后的種群數(shù)量起始數(shù)量種群數(shù)量是前年種群數(shù)量的倍數(shù)

時(shí)間思考2.模型假設(shè)條件：食物或養(yǎng)料充足，生存空間充裕，氣候適宜，沒(méi)有天敵等理想的環(huán)境二.種群的“J”形增長(zhǎng)如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會(huì)呈“J”形增長(zhǎng)嗎？問(wèn)題三、種群的“S”形增長(zhǎng)

資料

高斯對(duì)大草履蟲(chóng)種群研究的實(shí)驗(yàn)：高斯（Gause，1934）把5個(gè)大草履蟲(chóng)置于0.5mL的培養(yǎng)液中，每隔24小時(shí)統(tǒng)計(jì)一次數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下：時(shí)間（天）0123456種群數(shù)量（個(gè)）520137319369375375任務(wù)二：分析資料，小組合作討論回答問(wèn)題，歸納種群的“J”“S”形增長(zhǎng)規(guī)律。1.嘗試把上述表格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成坐標(biāo)曲線(xiàn)，畫(huà)出的曲線(xiàn)名稱(chēng)是什么？問(wèn)題3.分析種群的“S”形增長(zhǎng)形成的條件是什么？4.同一種群的K值是不是固定不變的呢？2.什么是環(huán)境容納量？并舉例說(shuō)明。三、種群的“S”形增長(zhǎng)K=375在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間所能維持的種群的最大數(shù)量稱(chēng)為環(huán)境容納量，又稱(chēng)為K值1.嘗試把上述表格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成坐標(biāo)曲線(xiàn)，畫(huà)出的曲線(xiàn)名稱(chēng)是什么？問(wèn)題2.什么是環(huán)境容納量？并舉例說(shuō)明。種群經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長(zhǎng)曲線(xiàn)，稱(chēng)為“S”型曲線(xiàn)．三、種群的“S”形增長(zhǎng)

存在環(huán)境阻力①資源和空間有限；②種內(nèi)斗爭(zhēng)加劇；③天敵數(shù)量增加；④出生率下降，死亡率上升，最終達(dá)到平衡。(出生率等于死亡率)

3.分析種群的“S”形增長(zhǎng)形成的條件是什么？思考2：將“J”型和“S”形曲線(xiàn)繪制在一個(gè)坐標(biāo)系中，陰影部分別是什么意思？環(huán)境阻力三、種群的“S”形增長(zhǎng)

存在環(huán)境阻力①資源和空間有限；②種內(nèi)斗爭(zhēng)加?。虎厶鞌硵?shù)量增加；④出生率下降，死亡率上升，最終達(dá)到平衡。(出生率等于死亡率)

種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境所允許的最大值（K值）后將停止增長(zhǎng)，圍繞K值上下波動(dòng)；當(dāng)生存環(huán)境改變時(shí)，K值也會(huì)相應(yīng)改變。3.分析種群的“S”形增長(zhǎng)形成的條件是什么？4.同一種群的K值是不是固定不變的呢？（1）圖中陰影部分表示什么？（2）環(huán)境阻力如何用自然選擇學(xué)說(shuō)內(nèi)容解釋?zhuān)浚?）“S”形曲線(xiàn)中，有一段時(shí)期近似于“J”形曲線(xiàn)，這一段是否等同于“J”形曲線(xiàn)？為什么？環(huán)境阻力。生存斗爭(zhēng)中被淘汰的個(gè)體數(shù)。不等同，已經(jīng)存在環(huán)境阻力。“J”型曲線(xiàn)無(wú)K值,無(wú)種內(nèi)斗爭(zhēng),無(wú)天敵。7.“J”形曲線(xiàn)與“S”形曲線(xiàn)比較三、種群的“S”形增長(zhǎng)1.“S”型曲線(xiàn)的斜率變化是怎樣的？說(shuō)明了什么？BACK/2ABC增長(zhǎng)速率曲線(xiàn)的斜率先增后減，說(shuō)明種群數(shù)量的增長(zhǎng)速率先增后減。時(shí)間分析思考

：2.觀察曲線(xiàn)，找到大草履蟲(chóng)增長(zhǎng)速率最快的大致位置。一、“S”形增長(zhǎng)

思考:曲線(xiàn)各段的出生率和死亡率如何變化？為什么？0——：出生率大于死亡率

：出生率約等于死亡率：出生率遠(yuǎn)大于死亡率：出生率大于死亡率——KK三、種群的“S”形增長(zhǎng)①野生大熊貓種群數(shù)量銳減的關(guān)鍵原因是什么？場(chǎng)景1野生大熊貓的棲息地遭到破壞，食物和活動(dòng)范圍縮小，K值降低。②保護(hù)大熊貓的根本措施是什么？

建立自然保護(hù)區(qū)，改善棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量。聯(lián)系生活實(shí)際任務(wù)三：聯(lián)系生活實(shí)際，利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，并提出合理化建議。三、種群的“S”形增長(zhǎng)控制家鼠數(shù)量的思路和相應(yīng)具體措施場(chǎng)景2降低環(huán)境容納量,在K/2前捕殺。防治有害生物的根本措施防止老鼠種群數(shù)量達(dá)到K/2處增大死亡率機(jī)械捕殺藥物捕殺降低出生率施用避孕藥施用激素養(yǎng)殖或釋放天敵斷絕或減少食物來(lái)源打掃衛(wèi)生為了保護(hù)魚(yú)類(lèi)資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚(yú)量，應(yīng)使被捕魚(yú)群的種群數(shù)量保持在什么水平？為什么？場(chǎng)景3a.漁業(yè)捕撈應(yīng)在K/2以后;b.捕撈后魚(yú)的種群數(shù)量維持在K/2。因?yàn)椴遏~(yú)后保留在K/2值處，種群增長(zhǎng)速率最大，可實(shí)現(xiàn)“既有較大收獲量又可保持種群高速增長(zhǎng)”，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。三、種群的“S”形增長(zhǎng)聯(lián)系生活實(shí)際在自然界，有的種群能夠在一段時(shí)期內(nèi)維持?jǐn)?shù)量的相對(duì)穩(wěn)定。1.種群數(shù)量的相對(duì)穩(wěn)定：野牛獅群在自然界，有的種群能夠在一段時(shí)期內(nèi)維持?jǐn)?shù)量的相對(duì)穩(wěn)定。1.種群數(shù)量的相對(duì)穩(wěn)定：野牛獅群2.種群數(shù)量的波動(dòng)：種群數(shù)量波動(dòng)包括周期性波動(dòng)和非周期性波動(dòng)。周期性波動(dòng)非周期性波動(dòng)任何波動(dòng)只要在兩個(gè)相鄰波峰之間相隔的時(shí)間基本相等就可稱(chēng)之為周期性波動(dòng)。反之則為非周期性波動(dòng)。

對(duì)于大多數(shù)生物種群來(lái)說(shuō)，種群數(shù)量總是在波動(dòng)中。在K值不變的情況下，種群的數(shù)量總是圍繞著K值上下波動(dòng)。周期性波動(dòng)任何波動(dòng)只要在兩個(gè)相鄰波峰之間相隔的時(shí)間基本相等就可稱(chēng)之為周期性波動(dòng)。季節(jié)性波動(dòng)年間波動(dòng)周期性波動(dòng)非周期性波動(dòng)任何波動(dòng)只要在兩個(gè)相鄰波峰之間相隔的時(shí)間基本相等就可稱(chēng)之為周期性波動(dòng)。季節(jié)性波動(dòng)年間波動(dòng)大多數(shù)1913191719211925192919331937194119451949195319571961年份種群數(shù)量/相對(duì)值2468100某地區(qū)東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng)該東亞飛蝗的種群數(shù)量在1913—1961年一直處于不規(guī)則的波動(dòng)狀態(tài)處在波動(dòng)狀態(tài)的種群，在某些特定條件下可能出現(xiàn)種群爆發(fā)。如蝗災(zāi)、鼠災(zāi)、赤潮等。東亞飛蝗在我國(guó)的大發(fā)生，沒(méi)有周期性規(guī)律，干旱是大發(fā)生的主要原因。在黃河三角洲上的濕生草地，若遇到連年干旱，土壤中的蝗卵成活率就會(huì)提高，這是造成蝗蟲(chóng)大發(fā)生的主要原因。在淮河流域，前一年大澇，第二年飛蝗大發(fā)生的概率最大。故河北蝗區(qū)常出現(xiàn)“先澇后旱，螞蚱成片”，“大水之后，必鬧蝗災(zāi)”的情況。3.種群數(shù)量的爆發(fā)：4.種群數(shù)量的下降：當(dāng)種群長(zhǎng)久處于不利條件下，種群數(shù)量會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性的或急劇的下降。如遭遇人類(lèi)亂捕濫殺和棲息地破壞

種群的延續(xù)需要有一定的個(gè)體數(shù)量為基礎(chǔ)。當(dāng)一個(gè)種群的數(shù)量過(guò)少，種群可能會(huì)由于近親繁殖等原因而衰退、消亡?！鴮?duì)于那些已經(jīng)低于種群延續(xù)所需要的最小種群數(shù)量的物種，需要采取有效的措施進(jìn)行保護(hù)，如保護(hù)動(dòng)物“J”形增長(zhǎng)“S”形增長(zhǎng)產(chǎn)生條件增長(zhǎng)特點(diǎn)K值曲線(xiàn)食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒(méi)有天敵和其他競(jìng)爭(zhēng)物種等理想條件。資源和空間有限、受氣候變化影響、受其他生物制約。每種群數(shù)量以一定倍數(shù)增長(zhǎng)，種群增長(zhǎng)速率越來(lái)越快。種群增長(zhǎng)速率先逐漸增大，K/2時(shí)增長(zhǎng)最快，此后增長(zhǎng)減緩，到K值時(shí)停止增長(zhǎng)。溫故知新：“J”與“S”增長(zhǎng)的比較時(shí)間(t)種群數(shù)量t0t1t2時(shí)間增長(zhǎng)速率時(shí)間種群數(shù)量t/2t無(wú)有K值環(huán)境因素種群的出生率、死亡率、遷出和遷入率種群數(shù)量的變化食物、氣候、天敵、傳染病等增或減增長(zhǎng)、波動(dòng)、穩(wěn)定、下降等直接因素