2021—2022学年高二上学期 生物人教版 必修3 4.2种群数量的变化 课件（37张ppt）

(共37张PPT)
第2节 种群数量的变化
一、怎样构建种群增长的模型
二、 种群的数量是怎样变化
学习目标：
讨论:
1.第n代细菌数量的计算公式是什么？
假设在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20min就通过分裂繁殖一次。
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
细菌数量
21
22
23
24
25
26
27
28
29
，第一次分裂产生
的细菌为第一代数量为N0x2，第n代的数量为Nn= N0×2n。
2. 72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？
2216个
设细菌初始数量为N0
在一个培养瓶中，细菌数量会一直按这个公式描述的趋势增长吗 如何验证你的观点？
不会。因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。
4.以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的数量增长曲线。
Nn= N0×2n
【思考】曲线图与数学方程式比较，有哪些优缺点？
曲线图：直观反映出种群增长趋势，但不够精确。
数学方程式：精确，但不够直观。
2.数学模型的表现形式
公式法
曲线图法
Nn= N0×2n
准确
直观
1.数学模型概念：
是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
3.数学模型意义：
描述、解释和预测种群数量的变化。
构建种群增长模型的方法
细菌每20min分裂一次
在资源和空间无限多的环境中，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，对自己所建立的模型进行检验或修正
研究实例
研究方法
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
通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正
4.数学模型建构的步骤
总结：数学模型建构的一般过程
提出问题
作出假设
建立模型
模型的检验与修正
在自然界中，种群数量的变化是怎样的呢？
思考 · 讨论：分析自然界种群增长的实例
资料1 1859年，24只野兔由英国来到澳大利亚
24只
野兔
6亿只
野兔
1个世纪
资料2 20世纪30年代，环颈雉引入一个岛屿
1.这两个资料中种群增长有什么共同点
2.种群出现这种增长的原因是什么？
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
讨论:
思考 · 讨论：分析自然界种群增长的实例
资料1 1859年，24只野兔由英国来到澳大利亚
24只
野兔
6亿只
野兔
1个世纪
资料2 20世纪30年代，环颈雉引入一个岛屿
3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？
不能，因食物和空间有限
讨论:
通过上述两个实例可以看出，自然界确有类似细菌在理想条件下种群数量增长的形式
注意：
该曲线的起点不是原点；
种群增长的“J”型曲线
自然界确有类似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，曲线则大致呈“J”型，这种类型的种群增长称为“J”型增长
1.概念：
2.条件：
（1）食物和空间条件充裕
（2）气候适宜
（3）没有敌害
（4）其他竞争物种
种群增长的“J”型曲线
3.模型假设：
在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等的条件下，种群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。
4.建立模型：
t年后种群的数量为:
Nt=N0λt
一年后种群的数量为:
N1=N0λ1
二年后种群的数量为:
N2=N1·λ=
N0λ2
(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当λ=1时，种群数量如何变化？
②当λ＞1时，种群数量如何变化？
③当λ＜1时，种群数量如何变化？
【思考】当λ＞1时，种群一定呈“J”形增长吗？
种群数量不变(相对稳定)
种群数量增长
种群数量下降
不一定；
只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长；
λ
当年种群数量
前一年种群数量
=
种群增长的“J”型曲线
Nt=N0λt
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
种群增长的“J”型曲线
5.实例：
思考：哪些情况下可能出现这种条件？
实验室条件下、迁移入新环境（如物种入侵）
思考：生物迁入新环境一定会出现“J”形增长吗？
凤眼莲（水葫芦）
外来入侵物种紫茎泽兰
增长率：在单位时间内种群数量增加量占初始数量的比例。
计算公式：如某种群现有数量为1000，一年后，该种群数为1100，那么该种群在当年的增长率为
增长速率：是指单位时间内增长的数量。
计算公式：某种群现有数量为1000，一年后，该种群数为1100，其种群增长速率为：
种群增长的“J”型曲线
6.曲线特点
（1100-1000）/ 1000 无单位
（1100-1000）/1年 有单位
初始数量1，一个小时后8个，两个小时后64个，三个小时后大肠杆菌数量为512个
第一小时增长率为（8-1） /1=700%
第二小时增长率为（64-8） /8=700%
第三小时增长率为（512-64） /64=700%
Ｊ型曲线
增长率曲线
第一小时增长速率为（8-1） /小时
第二小时增长速率为（64-8） /小时
第三小时增长速率为（512-64） /小时
种群增长的“J”型曲线
λ-1
Ｊ型曲线
增长速率曲线
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？
近代以来，世界人口呈现出“J”形增长；我国人口在20世纪大部分时间呈现出“J”形增长，在1979年之后则基本稳定在较低的增长率水平上。
如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？
不会
在一个培养基中，细菌的数量会一直持续按照这个公式增长吗？为什么？
不会.
　当出生率与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平．
　 自然条件（现实状态）——食物等资源和空间总是有限的，种内斗争不断加剧，捕食者数量不断增加。导致该种群的出生率降低，死亡率增高．
种群增长的“S”型曲线
种群增长的“S”型曲线
高斯:把5个大草履虫置于0.5mL的培养液中，每隔24小时统计一次数据，经过反复实验，结果如下：
像这样，种群经过一定时间的增长后，数量__________，增长曲线呈_____形，这种类型的种群增长称为“S”形增长
1.概念：
趋于稳定
“S”
资源和空间有限，天敌的制约等（即存在环境阻力）
种群增长的“S”型曲线
2.模型假设：
一定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。
3.K值：
4.曲线图分析:
ab段:
bc段:
cd段:
de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。
种群数量达到最大,且种内斗争最剧。
种群增长的“S”型曲线
A
B
C
0
出生率 死亡率, 此时种群增长速率 ;
0C段(不包括C):
B点:
C点:
出生率 ____死亡率
出生率 死亡率, 此时种群增长速率 ;
种群数量趋于 ，种群数量达到
种群数量达到最大,且种内斗争最剧烈。
4.曲线图分析:
种群增长的“S”型曲线
大于
大于
最大
等于
为0
稳定
环境容纳量(即K值)。
种群数量达到K值时，种群—
增长停止
种群数量在 K/2值时，种群—
增长最快
种群数量小于K/2值时种群—
增长逐渐加快
种群数量大于K/2值时种群—
增长逐渐减慢
A
种群增长的“S”型曲线
4.曲线图分析:
种群增长的“S”型曲线
增长率= =出生率-死亡率
现有个体数-原有个体数
原有个体数
增长速率=
现有个体数-原有个体数
增长时间
5.曲线特点
在“J”型曲线中增长率是不变的，显然“J”型曲线的增长速率是不断增大的;
种群增长的“S”型曲线
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。
增长率=出生率-死亡率
增长速率
小 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。
（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。
种群增长的“J”型曲线与“S”型曲线
“J”型曲线无 K值, 无种内斗争, 无天敌。
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
当堂检测
[检测] “S”型曲线与其增长速率的关系
K/2
t0 t1 t2 时间
种群数量
K
a
b
c
d
e
⑴图乙的fg段相当于图甲的 段
⑵图乙的g点相当于图甲的 点
⑶图乙的gh段相当于图甲的 段
⑷图乙的h点相当于图甲的 段
甲
乙
增长速率变化:
0～K/2时逐渐增大
K/2～K时逐渐减小
在 K/2时达到最大
在K时增长速率为0
ac
c
cd
de
t0 t1 t2 时间
0 K/2 K 数量
增长速率
f
g
h
K值时
K/2值时
K值、K/2的四种不同表示方法：
K值
在环境不遭受破坏的情况下, 种群数量会
在 上下波动。当种群数量偏离K值的时候,会通过 调节使种群数量回到K值。
K值会随着环境的改变而发生变化,
当环境遭受破坏时，K值变化是_____；
当环境条件状况改善时,K值会_____。
负反馈
下降
上升
K值附近
种群增长的“S”型曲线
6.同一种生物的K值是固定值吗？
7.K值与K/2值在实践中的应用:
①对野生生物资源和濒危物种的保护:
a.改善栖息环境，建立自然保护区
b.提高环境容纳量
种群增长的“S”型曲线
②对野生生物资源的利用:
a.渔业捕捞应在 ;
b.捕捞后鱼的种群数量维持在 。
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/2以后
K/2
种群增长的“S”型曲线
7.K值与K/2值在实践中的应用:
种群增长的“S”型曲线
种群增长的“S”型曲线
③对有害生物防治:
b.在 捕杀。
a.降低环境容纳量;
K/2前
如灭鼠时及时控制种群数量，
严防达到___ _值，若达到该值，会导致该有害生物成灾。
K/2
思考：控制家鼠数量的思路和相应具体措施
②但大多数生物的种群来说，种群数量总是在波动中。处在波动状态的种群，在特定条件下可能出现种群爆发。如蝗灾、赤潮等。
东亚飞蝗种群数量的波动
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。
种群数量的波动
③当种群长久处于不利条件下，种群数量会持续性的或急剧的下降。
④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。
种群数量的波动
捕鲸现场成了血的海洋
\q
T1
T2
T0
种群增长率
某种鱼迁入一生态系统后，种群数量增长率
随时间变化的曲线，下列叙述正确的是（ ）
A.在T0-T2时，种群数量呈“J”型增长
B.若在T2时种群的数量为N，则在T1时种群的
数量为N/2；
C.捕获该鱼的最佳时期为T2时
D.在TI-T2时，该鱼种群数量呈下降趋势。
B
习题检测
2. 对一个生物种群来说，环境容纳量取决于环境调节。据此判断下列表述正确的是（ ）
A. 对甲乙两地的蝮蛇种群来说，环境容纳量是相同的
B. 对生活在冻原的旅鼠来说，不同年份的环境容纳量是不同的
C. 当种群数量接近环境容纳量时，死亡率会升高，出生率不变
D. 对生活在同一个湖泊中的鲢鱼和鲤鱼来说，环境容纳量是相同的。
习题检测
B