1、高中生物必修必修3 3第第4 4章种群和群落章种群和群落第四章种群和群落第二节种群的变化教学目标教学目标 知识与能力：知识与能力：1、说明建构种群增长模型的方法。2、通过探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，尝试建构种群增长的数学模型。3、用数学模型解释种群数量的变化。4、关注人类活动对种群数量变化的影响。教学重点：教学重点：尝试建构种群增长的数学模型，并据此解释种群数量的变化。教学难点教学难点：建构种群增长的数学模型。为了保护鱼类资源不受破坏，并能持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的种群数量保持在什么水平
2、?为什么？为什么？种群种群：温故而知新温故而知新在一定的空间和时间内的同在一定的空间和时间内的同种生物个体的总和。种生物个体的总和。下列叙述中属于下列叙述中属于的是：的是：1 1一个池塘中的全部鱼一个池塘中的全部鱼 2 2一片草地上的全部蒲公英一片草地上的全部蒲公英 3 3世界上的全部鸟世界上的全部鸟 4 4一个岛上的全部绵羊一个岛上的全部绵羊练习练习1、纪律是集体的面貌，集体的声音，集体的动作，集体的表情，集体的信念。2、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。3、反思自我时展示了勇气，自我反思是一切思想的源泉。4、在教师手里操着幼年人的命运，便操着民族和人类的命运。一年之计，莫如树谷；十年之计
3、，莫如树木；终身之计，莫如树人。5、诚实比一切智谋更好，而且它是智谋的基本条件。6、做老师的只要有一次向学生撒谎撒漏了底，就可能使他的全部教育成果从此为之失败。2022年11月2022-11-222022-11-222022-11-2211/22/20227、凡为教者必期于达到不须教。对人以诚信，人不欺我;对事以诚信，事无不成。2022-11-222022-11-22November 22,20228、教育者，非为已往，非为现在，而专为将来。2022-11-222022-11-222022-11-222022-11-22种群研究的核心问题是种群数量的变化。种群研究的核心问题是种群数量的变化。思
4、考思考种群密度是种群最基本的数量特征。种群密度是种群最基本的数量特征。在一般情况下，要逐一计数某个种群的个体总在一般情况下，要逐一计数某个种群的个体总数是困难的。数是困难的。我们应该怎样研究种群数量？我们应该怎样研究种群数量？如何调查一片草地中蒲公英的种群密度？如何调查一片草地中蒲公英的种群密度？样方法样方法常用于植物种群密度常用于植物种群密度的抽样调查。的抽样调查。取样调查法之一取样调查法之一如何调查一个岛上绵羊的种群密度？如何调查一个岛上绵羊的种群密度？标志重捕法标志重捕法常用于动物种群密度常用于动物种群密度的抽样调查。的抽样调查。取样调查法之二取样调查法之二在食物在食物(养料养料)和空间
5、条件充裕、气候和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群适宜、没有敌害等理想条件下，种群的数量变化是怎样的呢？的数量变化是怎样的呢？思考思考草履虫的分裂生殖草履虫的分裂生殖在在 营养和营养和生存空间没生存空间没有限制的情有限制的情况下，某种况下，某种细菌每细菌每20min20min就通就通过分裂增殖过分裂增殖一次。一次。讨论：讨论：1 1、n n代细菌代细菌数量的计算数量的计算公式是什么？公式是什么？2 2、72H72H后，后，由一个细菌由一个细菌分裂产生的分裂产生的细菌数量是细菌数量是多少？多少？时间时间（min）20406080100120140160180细菌细菌数量数量讨论：
6、讨论：3 3、请你计算一个细菌产生的后代在不、请你计算一个细菌产生的后代在不同时间的数量，完成表格！同时间的数量，完成表格！4 4、以时间为横坐、以时间为横坐标，细菌数量为纵标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的坐标，画出细菌的种群增长曲线种群增长曲线食物充足食物充足空间充裕空间充裕环境适宜环境适宜没有天敌没有天敌资源无限资源无限指数生长指数生长理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型模型中各参数的意义：模型中各参数的意义：N N0 0为某种动物种群的起为某种动物种群的起始数量，始数量，t t为时间，为时间，NtNt表示表示t t年后该种群的数量，年后该种群的数量，表示该种群数量是一年前种群
7、数量的倍数。表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。模型假设：在食物和空间模型假设：在食物和空间条件充裕、气候适宜、敌害条件充裕、气候适宜、敌害等条件下，种群的数量每年等条件下，种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的的数量是第一年的倍。倍。建立模型：建立模型：t t年后种群数量为：年后种群数量为：Nt=N0t18591859年，一个英格年，一个英格兰的农民带着兰的农民带着2424只只野兔，登陆澳大利亚野兔，登陆澳大利亚并定居下来，但谁也并定居下来，但谁也没想到，一个世纪之没想到，一个世纪之后，这个澳洲后，这个澳洲“客人客人”的数量呈指数增长，的数量呈指数增
8、长，达到达到6 6亿只之巨。亿只之巨。实例一理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型种群迁入一个新环境后，种群迁入一个新环境后，常常在一定时期内出现常常在一定时期内出现“J J”型增长。例如，在型增长。例如，在2020世纪世纪3030年代时，人们年代时，人们将环颈雉引入到美国的一将环颈雉引入到美国的一个岛屿，在个岛屿，在1937193719421942年年期间，这个环颈雉种群的期间，这个环颈雉种群的增长大致符合增长大致符合“J J”型曲型曲线（右图）。线（右图）。实例二理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型世界人口的指数增长曲线世界人口的指数增长曲线实例三理想条件下的种群增长
9、模型理想条件下的种群增长模型实例四理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型思考思考理想化的情况在自然界中并不存在。理想化的情况在自然界中并不存在。那么，到底有哪些因素会影响到种群那么，到底有哪些因素会影响到种群数量的变化呢？数量的变化呢？决定种群个体数目变动的关系图决定种群个体数目变动的关系图总之总之在大自然中在大自然中食物有限食物有限空间有限空间有限种内斗争种内斗争种间竞争种间竞争天敌捕食天敌捕食环境阻力环境阻力种群密度越大环境阻力越大种群密度越大环境阻力越大思考思考在自然界中，理想化的情况并不存在。在自然界中，理想化的情况并不存在。种群增长的种群增长的“J J”型曲线应该从哪些方型
10、曲线应该从哪些方面进行修正呢？面进行修正呢？高斯（高斯（GauseGause，19341934）把）把5 5个大草履虫置于个大草履虫置于0.5mL0.5mL的培养液中，每隔的培养液中，每隔2424小时统计一次小时统计一次数据，经过反复实验，结果如下：数据，经过反复实验，结果如下：高斯对大草履虫种群研究的实验高斯对大草履虫种群研究的实验请你绘制大草履虫的种群增长曲线！请你绘制大草履虫的种群增长曲线！大草履虫种群的增长大草履虫种群的增长食物有限食物有限空间有限空间有限种内斗争种内斗争种间竞争种间竞争天敌捕食天敌捕食资源有限资源有限阻滞生长阻滞生长资源有限条件下的种群增长资源有限条件下的种群增长大约
11、在大约在18001800年，人们把年，人们把绵羊引入澳绵羊引入澳大利亚塔斯大利亚塔斯马尼亚岛以马尼亚岛以后的种群增后的种群增长曲线。增长曲线。增长初期显出长初期显出“S S”型曲线。型曲线。18501850年后在年后在170170万头上下作万头上下作不规律的波动。不规律的波动。资源有限条件下的种群增长资源有限条件下的种群增长环境容纳量环境容纳量:在环境条件不受破在环境条件不受破坏的情况下，一定坏的情况下，一定空间中所能维持的空间中所能维持的种群最大数量称为种群最大数量称为环境容纳量，又称环境容纳量，又称K K值。值。同一种群的同一种群的K K值不是固定不变的，会受到环境的影响。值不是固定不变的
12、，会受到环境的影响。NK/2NK/2，种群有最大持续产量，种群增长量最大，种群有最大持续产量，种群增长量最大。资源有限条件下的种群增长资源有限条件下的种群增长为了保护鱼类资源不受破坏，并能持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的种群数量保持在什么水平?为什么？为什么？为了保护鱼类资源不为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，根获得最大捕鱼量，根据种群增长的据种群增长的S S型曲线，型曲线，应使被捕鱼群的种群应使被捕鱼群的种群数量保持在数量保持在K/2K/2水平水平。这是因为在这个水
13、平这是因为在这个水平上上种群增长量最大种群增长量最大 。思考思考怎样做才是最有效的灭鼠措施？怎样做才是最有效的灭鼠措施？提示：从环境容纳量的角度思考，可以采取提示：从环境容纳量的角度思考，可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量，如将食措施降低有害动物种群的环境容纳量，如将食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；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，等等。的场所；养殖或释放它们的天敌，等等。同一种群的同一种群的K K值不是固定不变的，会受到环境的影响。值不是固定不变的，会受到环
14、境的影响。思考思考怎样做才是最有效的灭鼠措施？怎样做才是最有效的灭鼠措施？思考思考怎样做才是保护大熊猫的怎样做才是保护大熊猫的根本措施？根本措施？思考思考怎样做才是保护大熊猫的根本措施？怎样做才是保护大熊猫的根本措施？建立自然保护区，改善大熊猫的栖息环境，提高环境容纳量。保护家园保护家园你我有责你我有责种群的研究核心就是种群的数量变动。种群的研究核心就是种群的数量变动。为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，数学建模是常用的方法之一。数学建模是常用的方法之一。建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法1 1、数学模型：是用来描述一个系统、数学模型：
15、是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。或它的性质的数学形式。2 2、数学建模的一般过程、数学建模的一般过程提出问题提出问题作出假设作出假设建立模型建立模型模型的检验与评价模型的检验与评价建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法研究实例研究实例研究方法研究方法细菌每细菌每20min20min分裂一次分裂一次观察研究对象，提出问题观察研究对象，提出问题在资源和空间无限多的环在资源和空间无限多的环境中，细菌种群的增长不境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响会受种群密度增加的影响提出合理的假设提出合理的假设NNn n=2=2n n，NN代表细菌数量，代表细菌数量，n n表示第几代表示第几代
16、根据实验数据，用适当的根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进数学形式对事物的性质进行表达行表达观察、统计细菌数量，对观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检自己所建立的模型进行检验或修正验或修正通过进一步实验或观察通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或等，对模型进行检验或修正修正K K值是环境最值是环境最大容纳量。环大容纳量。环境阻力代表自境阻力代表自然选择的作用。然选择的作用。农、林、牧业农、林、牧业生产就是在这生产就是在这个范围内谋求个范围内谋求产量的提高产量的提高,其潜力有一定其潜力有一定限制。限制。总结总结1 1在下列图中，表示种群在无环在下列图中，表示种群在无环境阻力状况
17、下增长的是境阻力状况下增长的是B2 2下图表示接种到一定容积培养液中的酵母菌生下图表示接种到一定容积培养液中的酵母菌生长曲线图，曲线中哪段表示由于有限空间资源的限长曲线图，曲线中哪段表示由于有限空间资源的限制使种内竞争增加（制使种内竞争增加（）A ACDCD段（增长速度慢）段（增长速度慢）B BDEDE段（速度加快）段（速度加快）C CEFEF段（变化速率加快）段（变化速率加快）D DFGFG段（速度逐渐变慢）段（速度逐渐变慢）D3 3、种群的指数增长（、种群的指数增长（J J型）是有条件型）是有条件的，条件之一是（）的，条件之一是（）A A在该环境中只有一个种群在该环境中只有一个种群B B该
18、种群对环境的适应比其他种群优越得多该种群对环境的适应比其他种群优越得多C C环境资源是无限的环境资源是无限的D D环境资源是有限的环境资源是有限的C4 4、自然界中生物种群增长常表现为、自然界中生物种群增长常表现为“S”S”型增长曲线。下列有关种群型增长曲线。下列有关种群“S”S”型增长型增长的正确说法是（）的正确说法是（）A.“S”A.“S”型增长曲线表示了种群数量和食物的关系型增长曲线表示了种群数量和食物的关系B.B.种群增长率在各阶段是不相同的种群增长率在各阶段是不相同的C.“S”C.“S”型增长曲线表示了种群数量与时间无关型增长曲线表示了种群数量与时间无关D.D.种群增长不受种群密度制
19、约种群增长不受种群密度制约BK K值是环境最值是环境最大容纳量。环大容纳量。环境阻力代表自境阻力代表自然选择的作用。然选择的作用。农、林、牧业农、林、牧业生产就是在这生产就是在这个范围内谋求个范围内谋求产量的提高产量的提高,其潜力有一定其潜力有一定限制。限制。复习复习0 05 50 00 01 10 00 00 01 15 50 00 02 20 00 00 02 25 50 00 01 18 80 00 01 18 82 20 01 18 84 40 01 18 86 60 01 18 88 80 01 19 90 00 01 19 92 20 01 19 94 40 01 19 96 60
20、 0绵羊引入澳大利亚塔斯马尼亚岛绵羊引入澳大利亚塔斯马尼亚岛 种群数量种群数量/千头千头年份年份BACD思考思考请描述绵羊种群的数量随时间请描述绵羊种群的数量随时间所发生的变化。所发生的变化。该种群的环境最大容纳量该种群的环境最大容纳量K K值是多少？值是多少？0 05 50 00 01 10 00 00 01 15 50 00 02 20 00 00 02 25 50 00 01 18 80 00 01 18 82 20 01 18 84 40 01 18 86 60 01 18 88 80 01 19 90 00 01 19 92 20 01 19 94 40 01 19 96 60 0绵
21、羊引入澳大利亚塔斯马尼亚岛绵羊引入澳大利亚塔斯马尼亚岛 种群数量种群数量/千头千头年份年份KBACD思考思考0-A0-A、A-BA-B、B-CB-C、C-DC-D各区段绵羊种群数量增长各区段绵羊种群数量增长速度分别发生了怎样的变化？速度分别发生了怎样的变化？发生这些变化的原因可能有哪些？发生这些变化的原因可能有哪些？如果要获得最大的捕获量，又要使绵羊种群具如果要获得最大的捕获量，又要使绵羊种群具有较高的生产繁殖能力，应该使绵羊种群的数有较高的生产繁殖能力，应该使绵羊种群的数量保持在哪一点所代表的水平上？量保持在哪一点所代表的水平上？4.4.影响种群数量变化的因素影响种群数量变化的因素直接因素：
22、出生率、死亡率、迁入、迁出直接因素：出生率、死亡率、迁入、迁出间接因素：食物、气候、传染病、天敌间接因素：食物、气候、传染病、天敌重要因素：人类的活动重要因素：人类的活动五、研究种群数量变化的意义五、研究种群数量变化的意义1 1合理利用和保护野生生物资源合理利用和保护野生生物资源2 2为防治有害生物提供科学依据为防治有害生物提供科学依据鱼类的捕捞鱼类的捕捞蝗虫的防治蝗虫的防治苍鹭的保护苍鹭的保护云豹的保护云豹的保护野猪的保护野猪的保护救护被困的鲸鱼救护被困的鲸鱼全力防蝗减灾全力防蝗减灾练习练习P69P69基础题基础题1.1.提示：在食物充足、空间广阔、气候适宜、没提示：在食物充足、空间广阔、气
23、候适宜、没有天敌等优越条件下，种群可能会呈有天敌等优越条件下，种群可能会呈“J”J”型增长。型增长。例如，澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马种群进例如，澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马种群进行过长达行过长达1414年的研究，发现在环境条件较好的年年的研究，发现在环境条件较好的年份，种群数量增长迅速，表现出季节性的份，种群数量增长迅速，表现出季节性的“J”J”型型增长。在有限的环境中，如果种群的初始密度很增长。在有限的环境中，如果种群的初始密度很低，种群数量可能会出现迅速增长。随着种群密低，种群数量可能会出现迅速增长。随着种群密度的增加，种内竞争就会加剧，因此，种群数量度的增加，种内竞争就会加剧，因此
24、，种群数量增加到一定程度就会停止增长，这就是增加到一定程度就会停止增长，这就是“S”S”型增型增长。例如，栅列藻、小球藻等低等植物的种群增长。例如，栅列藻、小球藻等低等植物的种群增长，常常具有长，常常具有“S”S”型增长的特点。型增长的特点。2.2.提示：（提示：（1 1）以年份为横坐标，种群数量为纵）以年份为横坐标，种群数量为纵坐标，根据表中数字画曲线。坐标，根据表中数字画曲线。（2 2）食物充足，没有天敌，气候适宜等。）食物充足，没有天敌，气候适宜等。（3 3）作为食物的植物被大量吃掉，导致食物）作为食物的植物被大量吃掉，导致食物匮乏；自然灾害等。匮乏；自然灾害等。拓展题拓展题提示：这是涉及最大持续产量的问题。关于最提示：这是涉及最大持续产量的问题。关于最大持续产量，可以查阅生态学专著。还可以请教大持续产量，可以查阅生态学专著。还可以请教有经验的人或访问相关网站，了解单位面积水面有经验的人或访问相关网站，了解单位面积水面应放养的鱼的数量。应放养的鱼的数量。
