(共33张PPT)
第2节
种群数量的变化
第一章
种群及其动态
第二节
种群数量的变化
第二节
种群数量的变化
图片中的手越白意味着细菌越多,越黑意味着细菌越少
学习目标
1.通过探究手上的细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。
2.能够利用数学模型来表征、解释和预测种群数量的变化,认同模型在生物学研究中的应用。
3.举例说明种群的“J”形增长、“S”形增长、波动等数量变化情况。(重难点)
4.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。
第二节
种群数量的变化
第二节
种群数量的变化
项目 题号 内容 分数(等级) 总分
5分 4分 3分 2分 1分 知识模块 1 我了解了建构种群模型的一般方法
2 我能阐述“J”型和“S”型的区别 3 我能说明K值和K/2在生活中的应用 素养模块 4 我的分析和解决问题的能力有所提升 5 我了解种群数量处于一个动态平衡中 6 今后我会讲卫生,不乱丢垃圾,爱护自然和环境 自评表
第二节
种群数量的变化
种群数量的变化
描述、解释和预测种群数量的变化,常常需要建立
思考
Thinking
如何建立数学模型呢?
数学模型
加工形成——新课讲授
第二节
种群数量的变化
一、建构种群增长模型的方法
数学模型的定义
数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
建立数学模型的步骤
以“问题探讨”中的素材为例
我们的手上难免沾染细菌。细菌的繁殖速率很快,因而我们要经常洗手。假设在营养和生存空间没有限制的情况下,某种细菌20min就通过分裂繁殖一代。
第二节
种群数量的变化
一、建构种群增长模型的方法
细菌每20 min分裂一次,怎样计算细菌繁殖n代后的数量?(一个细菌)
在资源和生存空间没有限制的条件下,细菌种群的增长不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
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
通过进一步的实验或观察等,对模型进行检验或修正
研究实例
研究方法
第二节
种群数量的变化
一、建构种群增长模型的方法
时间/min
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
100
200
300
400
500
600
细菌数量/个
时间/min 细菌数量/个
20
40
60
80
100
120
140
160
180
根据公式Nn=2n计算出一个细菌产生的后代在不同时间的数量,填入下表。
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。
2
4
8
16
32
64
128
256
512
第二节
种群数量的变化
一、建构种群增长模型的方法
数学模型的定义
数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学方式。
建立数学模型的步骤
以“问题探讨”中的素材为例
数学模型的表现形式
公式法:
图像法:
数据精确,但不能直观地反映出种群的增长趋势。
能直观地反映出种群的增长趋势,但数据不精确。
第二节
种群数量的变化
问题探讨
讨论
我们的手上难免沾染细菌。细菌的繁殖速率很快,因而我们要经常洗手。假设在营养和生存空间没有限制的情况下,某种细菌20min就通过分裂繁殖一代。
1.第n代细菌数量的计算公式是什么?
设细菌初始数量为N0,第一次分裂产生的细菌为第一代,数量为N0×2,第n代的数量为Nn=N0×2n。
时间/min 细菌数量/个 0 20
20 21
40 22
60 23
80 24
100 32 25
120 64 26
分裂
细菌繁殖产生的后代数量
不会。因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。
第二节
种群数量的变化
问题探讨
讨论
我们的手上难免沾染细菌。细菌的繁殖速率很快,因而我们要经常洗手。假设在营养和生存空间没有限制的情况下,某种细菌20min就通过分裂繁殖一代。
时间/min 细菌数量/个 0 20
20 21
40 22
60 23
80 24
100 32 25
120 64 26
分裂
细菌繁殖产生的后代数量
2. 72h后,由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少?
2216
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?
第二节
种群数量的变化
种群数量的变化
以上得出的公式和增长曲线,只是对理想条件下的细菌数量增长的推测。
思考
Thinking
在自然界中,种群的数量变化是怎样的呢?
第二节
种群数量的变化
【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
6亿只以上的野兔
100年后
第二节
种群数量的变化
【思考.讨论】分析自然界种群增长的实例
讨论:
这两个资料中的种群增长有什么共同点?
【资料2】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右图所示。
种群数量增长迅猛,且呈无限增长趋势。
种群出现这种增长的原因是什么?
食物充足、缺少天敌等。
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。
1937
1938
1939
1940
1941
1942
500
1000
1500
年份
种群数量/只
0
某岛屿环颈雉种群数量的增长曲线
秋季
春季
第二节
种群数量的变化
二、种群的“J”增长
通过上述实例可以看出,自然界有类似细菌在理想条件下种群增长的形式,曲线则大致呈“J”形。这种类型的种群增长称为
“J”形增长
右上图中的黄色和绿色即为种群“J”形增长的图像模型
1937
1938
1939
1940
1941
1942
500
1000
1500
年份
种群数量/只
0
秋季
春季
第二节
种群数量的变化
二、种群的“J”增长
模型假设(条件)
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;
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。
公式模型(规律)
t 年后种群数量为:
Nt=N0 λt
其中:N0为该种群的起始数量,t为时间,Nt表示 t 年后该种群数量,λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数(增长倍数)。
经调查,第一年某种昆虫种群数量为N0,如果在理想的条件下,每年的增长倍数λ=1.3保持不变,则第三年该种群数量为( )
A. 1.3N0 B. 1.69N0 C. 2.3N0 D.5.29N0
第二节
种群数量的变化
B
巩固运用——习题练习
第二节
种群数量的变化
种群数量的变化
思考
Thinking
如果遇到资源、空间等方面的限制,种群还会呈“J”形增长吗?
第二节
种群数量的变化
种群数量的变化
生态学家高斯曾经做过单独培养大草履虫的实验:在0.5mL培养液中放入5个大草履虫,然后每隔24h统计一次大草履虫的数量。经过反复实验,得出了如右图所示的结果。
分析
用自己的语言描述这条曲线。
2.造成曲线变平缓的原因是什么?
3.在实验第五天后,大草履虫的数量基本
维持在375个左右,这个数值意味着什么?
种群经过一定时间的增长后,数量趋于稳定,增长曲线“S”形。这种类型的种群增长称为:
“S”形增长
时间/d
种群数量/个
K=375
大草履虫种群的增长曲线
第二节
种群数量的变化
三、种群的“S”增长
模型假设(条件)
自然条件,即自然界的食物和空间条件有限
建立模型
自然界的一种生物迁入一个条件适宜的新分布地时:
初始阶段一般会较快增长。
因资源和空间有限,种群密度增大使种内竞争加剧,出生率降低,死亡率升高。
死亡率升高至与出生率相等时,种群增长就会停止。有时会稳定在一定的水平,即达到K值。
K值(环境容纳量):一定的环境条件所能维持的种群最大数量。
种内竞争对种群的数量起调节作用
时间/d
种群数量/个
K
第二节
种群数量的变化
三、种群的“S”增长
---模型解读
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
出生率等于死亡率,种群增长速率为0,故种群达到K值,且维持相对稳定
第二节
种群数量的变化
种群数量的变化
思考
Thinking
同一种群的K值是不是固定不变的呢?
种群数量锐减的原因:
主要原因是大熊猫栖息地遭到破坏后,由于食物的减少和活动范围的缩小,其K值就会变小。
保护措施:
建立自然保护区,给大熊猫更宽广的生存空间,改善它们的栖息环境,从而提高环境容纳量,是保护大熊猫的根本措施。
以野生大熊猫为例
第二节
种群数量的变化
【思考.讨论】环境容纳量与现实生活
讨论
鼠害导致作物减产,蚊、蝇会传播疾病。从环境容纳量的角度思考,对家鼠等有害动物的控制,应该采取什么措施?
对鼠等有害动物的控制,可以采取器械捕杀、药物防治等措施。从环境容纳量的角度思考,还可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量,如将粮食和其他食物储藏在安全处,断绝或减少它们的食物来源;室内采取硬化地面等措施,减少它们挖造巢穴的场所;养殖或释放它们的天敌;搞好环境卫生;等等。
第二节
种群数量的变化
三、种群的“S”增长
问题:如何比较两种曲线的异同?
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
---K值与K/2值的应用
由环境容纳量体现
由增长速率体现
第二节
种群数量的变化
J型曲线 S型曲线
条件
种群增长速率
有无K值
曲线 环境资源无限
环境资源有限
一直增大
先升后降
无
有K值
环境阻力
K值:环境容纳量
食物不足
空间有限
种内竞争
天敌捕食
气候不适
寄生虫
传染病等
拓展:J和S两种增长曲线的比较
第二节
种群数量的变化
如图是种群增长数学模型,下列叙述不正确的是( )
A.“J”形增长曲线反映的是种群在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌等条件下的增长B.“S”形增长曲线可用数学方程式Nt=N0λt表示t年后种群的数量C.K值可随着环境的变化而变化D.两种曲线的变化都受出生率和死亡率的影响
B
巩固运用——习题练习
第二节
种群数量的变化
四、种群数量的波动
1.大多数生物的种群数量总是在波动中。如某地区东亚飞蝗种群数量在1913~1961 年一直处于不规则的波动状态。
年份
某地区东亚飞蝗种群数量的波动
种群数量/相对值
---种群达到K值后的数量变化
K值
体现了种群数量稳态的哪种调节机制?
第二节
种群数量的变化
四、种群数量的波动
2.种群长久处于不利条件下(如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏),种群数量会出现持续性的或急剧的下降。如大熊猫栖息地遭到破坏后,由于食物的减少和活动范围的缩小,其K值就会变小。
3.对于已经低于种群延续所需要的最小种群数量的物种,需要采取有效措施进行保护。
---种群达到K值后的数量变化
第二节
种群数量的变化
一、建构种群增长模型的方法
公式法、图像法
二、种群增长的两种曲线
三、种群数量的波动
1.大多数生物的种群数量总是在波动中。
2.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。
3.已经低于种群延续所需要的最小种群数量的物种,需要采取有效措施进行保护。
联系整合——归纳总结
第二节
种群数量的变化
课后作业
2.能力提升(选做):假设你承包了一个鱼塘,正在因投放多少鱼苗而困惑:投放后密度过大,鱼竞争加剧, 死亡率会升高;投放后密度过小,水体的资源和 空间不能充分利用。怎样解决这个难题呢?请査阅有关的书籍或网站。
1.基础巩固(必做):绘制本节课的思维导图
想成功先发疯,不顾一切向前冲。
学习三年累不坏,努力才能不失败。今天不放弃,明天创奇迹。
今天往死卷,明天当老板。
第二节
种群数量的变化
谢谢指导
第二节
种群数量的变化