(共41张PPT)
温故知新
1.种群的定义
2.种群的数量特征
第1章 种群及其动态
第2节 种群数量的变化
人教版（2019）
选择性必修2《生物与环境》
1．基于实例分析，通过归纳与概括，说出构建种群增长模型的方法。(科学思维)
2．通过分类与比较，明确种群的“J”形增长和“S”形增长的条件和特点。(科学思维)
3.探究种群数量的波动（科学探究）
学习目标
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。
讨论1:第n代细菌数量的计算公式是什么？
设细菌初始数量为1，第一次分裂产生的细菌为第一代，数量为1×2，第n代的数量为Nn=1×2n。
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？
n＝ 60min × 72h／20min＝216（代）
N216 = 1 × 2n = 2216
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
数量(个)
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。
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？
不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的，该公式成立是在理想条件下的。
问题探讨
2
4
8
16
32
64
128
256
512
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
回顾复习
探究一、建构种群增长模型的方法
2、表现形式及优缺点
数学公式
曲线图
3、建构数学模型的意义:
描述、解释和预测种群数量的变化。
1、数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
Nn＝ 1×2n
精确，但不够直观
直观，但不够精确
科学方法 建立数学模型
细菌每20 min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？
在资源和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
观察研究对象，提出问题
提出合理的假设
Nn=N0×2n，Nn代表繁殖n代后细菌数量，N0为细菌起始数量，n代表繁殖代数
观察、统计细菌数量，对所建立的模型进行检验或修正
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
4. 建立数学模型的步骤
【思考 · 讨论】
资料1：1859年，一位英国人在他澳大利亚的农场中放生了24只野兔。让他没想到的是，一个世纪之后，这24只野兔的后代超过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的到控制。
分析自然界种群增长的实例
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年间增长如图所示。
【思考 · 讨论】
分析自然界种群增长的实例
讨论:
3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？
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
不能，因食物和空间有限
【思考 · 讨论】
分析自然界种群增长的实例
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？
学生任务：阅读教材P8-9,结合对“问题探讨”的种群数量变化的数学模型建立过程，讨论解答下列问题：
1.“J”形增长的前提条件是什么？（模型假设）
2.“J”形增长的数学模型（以数学公式表示）是怎样来的？绘制坐标图时曲线图起始点在原点吗？为什么？
3.公式中各种参数有什么意义？以“问题探讨”的公式为例做出解释；
4.根据公式能否计算出某年的种群增长率吗？增长速率呢？
5.总结“J”形增长的特点
探究二、种群增长的“J”形曲线
形
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？
1.模型假设：
适用对象：
概念：在理想条件下，以时间为横坐标，种群数量为纵坐标，画出的种群增长曲线大致呈“J”形。
探究二、种群增长的“J”形曲线
2.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=N1λ=N0λ2
三年后种群的数量为:
N3=N2λ =N0 λ3
种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。若起始数量为N0，则：
t年后该种群的数量
该种群的起始数量
前一年种群数量的倍数
时间
N0
思考：“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。
探究二、种群增长的“J”形曲线
项目 种群数量变化 年龄结构
λ > 1
λ＝1
λ < 1
02
Nt＝N0 λt 表达式中，λ表示种群数量是前一年种群数量的倍数
增加
增长型
相对稳定
稳定型
减少
衰退型
只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。
【思考】当λ＞1时，种群一定呈“J”形增长吗？
λ >1
λ <1
λ =1
种群数量
时间
0
探究二、种群增长的“J”形曲线
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_____年开始最高；
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
3.增长率：
增长率＝λ-1
单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比率，无单位。
增长率=
增长个体数
原有个体数
=(λ-1)
末数-初数
初数
=
Nt-Nt-1
Nt-1
=
种群增长率和增长速率的辨析
“J”形
ⅹ100%
探究二、种群增长的“J”形曲线
种群增长率和增长速率的辨析
4.增长速率：
单位时间内增加的个体数量，有单位（如：个/年等）。
实质就是“J”形曲线的斜率
“J”形
探究二、种群增长的“J”形曲线
5. 实例
（1）实验早期条件下
（2）当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境的早期阶段 。
水葫芦别称凤眼莲、凤眼蓝、水浮莲等，在1901年是作为花卉引入我国，30年代作为畜禽饲料引入中国内地各省，并作为观赏和净化水质的植物推广种植，后逃逸为野生。由于其无性繁殖速度快，在我国南方很多地区蔓延成灾。覆盖水面，堵塞河道，影响航运，降低水中溶氧量，破坏淡水资源，影响水生生物的生长，严重影响水生生物的多样性。
5.实例
理想条件下，一年之内苍蝇能繁殖20-30个世代，保守的估计每只雌蝇一生能产200个后代，据估计两只雌雄苍蝇繁殖一年之后，后代可以把整个地球的表面都覆盖住，高度达到14厘米！！
自然界中生物数量变化没有呈现 J 形增长的原因？
资源、空间等方面的限制
现实条件下种群如何增长？
想一想
【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。
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
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
此时种群所能维持的最大数量称为什么？
探究三、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1: 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2: 同一种群的K值是固定不变的吗？
不是一成不变的。K值受环境因素的影响而发生变化，当环境条件状况改善时，K值会增大；反之，K值会减小，甚至种群会灭绝。
探究三、种群的 “ S ” 形增长
种群数量为K/2，种群增长速率达到最大
资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速
种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢
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
4.曲线分析：
探究三、种群的 “ S ” 形增长
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
5. “S”形增长的增长率和增长速率
增长速率
增长速率=
增长个体数
增长个数所用的时间
深度思考
大草履虫的增长率和增长速率会如何变化？尝试绘出变化曲线图。
S型曲线增长率曲线
增长率
时间
S型曲线增长速率曲线
场景1：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。
6.K值和K/2值的运用：
场景1
探究三、种群的 “ S ” 形增长
【对K值的应用】
机械捕杀
药物捕杀
施用避孕药
养殖、放养天敌
断绝或减少食物来源
增大
死亡率
降低环境
容纳量
控制家鼠数量的思路和相应具体措施有哪些？
降低
出生率
是防治有害生物的根本措施。
场景2
硬化地面
6.K值和K/2值的运用：
场景3
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？
K
种群数量
时间
0
B
C
D
E
t1
t2
A
K/2
“黄金开发点”
应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平，因为K/2水平上种群增长速率最大，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，从而不影响种群再生，符合可持续发展的原则。
6.K值和K/2值的运用：
探究三、种群的 “ S ” 形增长
K
种群数量
时间
0
B
C
D
E
t1
t2
A
K/2
“黄金开发点”
S型曲线增长速率曲线
增长速率
时间
t1
t2
K/2
K
A
B
C
D
E
渔业资源最佳捕捞时期？
1/2K后
对有害生物防治防治？
达到1/2K前
6.K值和K/2值的运用：
探究三、种群的 “ S ” 形增长
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
归纳总结：K值和K/2值的运用
小 结
“J”形增长 “S”形增长
产生条件 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理想条件。 资源和空间有限、受气候变化影响、受其他生物制约。
增长特点 每个世代的种群数量以一定倍数增长，后一世代种群数量是前一世代种群数量的λ倍，种群增长速率越来越快。 种群增长速率先增后减。K/2时增长最快，此后增长减缓，到K值时停止增长。
增长速率、增长率坐标图
联系 “S”形增长是“J”形增长在自然界环境阻力作用下发展的必然结果。
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.如果种群生活在一个有限制的环境中，增长的曲线可能是 。
3.图中两曲线间的阴影部分代表 ，按达尔文自然选择学说，表示在生存斗争中被 的个体数量。
4.“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？
“S”形
“J”形
环境阻力
淘汰
归纳总结：“J”形增长和“S”形增长的比较
0
K
时间
环境阻力
环境容纳量
S形
J形
种群数量
不等同，已经存在环境阻力。
第二节
2、大多数生物的种群数量总是在波动中
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
时间
种群数量/相对值
某地区东亚飞蝗种群数量的波动
种群爆发：蝗灾、鼠灾、赤潮等
下降:人类乱捕滥杀和栖息地破坏
衰退和消亡：种群的数量过少，种群可能进行近亲繁殖
说明：对于低于种群延续所需最小种群数量的物种，需要采取有效保护措施
探究四、种群数量的波动
拓展：周期性波动和不规则波动
35
04
种群增长模型
1.建构种群增长模型的方法
3.种群的“S”形增长
2.种群的“J”形增长
条件：食物和空间充裕、气候适宜、无天敌和其他竞争物种
特点：种群数量每年以一定倍数增长
条件：食物和空间有限
特点：种群增长速率先增大后减小，最后为0
K 值：一定环境条件下所能维持的种群最大数量
曲线：
曲线：
课堂小结：
4.种群数量的波动
1. 在自然界，种群数量的增长既是有规律的， 又是复杂多样的。判断下列相关表述是否正确。
（1）将一种生物引入一个新环境中，在一定时期内，这个生物种群就会出现“J”形增长。（ ）
（2）种群的“S”形增长只适用于草履虫等单细胞生物。 （ ）
（3）由于环境容纳量是有限的，种群增长到—定数量就会保持稳定。（ ）
×
×
×
当堂检测
2. 对一个生物种群来说，环境容纳量取决于环境条件。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
B
当堂检测
3.（2022·全国甲卷）在鱼池中投放了一批某种鱼苗，
一段时间内该鱼的种群数量、个体重量和种群总重量随时
间的变化趋势如图所示。若在此期间鱼没有进行繁殖，则
图中表示种群数量、个体重量、种群总重量的曲线分别是
( ) 。
D
A.甲、丙、乙 B.乙、甲、丙
C.丙、甲、乙 D.丙、乙、甲
当堂检测
作业
1.完成课后检测
2.预习课本第11页，完成《培养液中酵母菌种群数量的变化预习报告》。
本节结束！
