人教生物必修3第4章第2节种群数量的变化

大熊猫被誉为“活化石”和“中国国宝”，属于我国 的一级保护动物。 目前，全国野生大熊猫种群数量达1864只，圈养大熊 猫种群数量达到375只。野生大熊猫栖息地面积为258 万公顷，潜在栖息地91万公顷，分布在四川、陕西、 甘肃三省的17个市（州）、49个县（市、区）、196个 乡镇。有大熊猫分布和栖息地分布的保护区数量增加 到67处。 研究大熊猫的种群数量变化，对大熊猫的野 化放归以及我国的珍稀动物资源保护等都具 有非常重要的意义。 2 种群数量的变动 1、怎样建构种群数量增长的模型？ 2、种群的数量是怎样变化的？ 3、什么是环境容纳量？ 4、影响种群数量变化的因素有哪些？ 本节聚焦 1．细菌的繁殖的方式是？ 2．n代细菌的数量计算公式？ 3.72h后，一个细菌的后代数 量是多少？ 二分裂 Nn=2n N=2216 问题探讨 请你根据细菌分裂产生的细胞数， 完成课本P66表格。 在营养和生存空间没有限制的情况下，某1个细菌每 20分钟分裂繁殖一代讨论： 时间 分钟 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分裂 次数 细菌 数量 数量 1 2 2 4 3 8 4 16 5 32 6 64 7 128 8 256 9 512 2221 23 24 25 26 27 28 29 时间(min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分裂次数 细菌数量 （个） 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1 2 3 4 5 6 7 8 9 思考 Ø 曲线图与数学方程式比较，有哪些优缺点？ 曲线图：更直观(不够精确) 数学方程式：更精确（不够直观） 用来描述一个系统或它的性质的数学形式 ——数学模型 思考 Ø 曲线图与数学方程式比较，有哪些优缺点？ 自然界中有没有类似细菌在理想 条件下种群数量增长的形式呢？ 实例1：澳大利亚本来并没有兔子。 1859年，24只欧洲野 兔从英国被带到了澳大利亚。这些野兔发现自己来到了天 堂。因为这里有茂盛的牧草，却没有鹰等天敌。这里的土 壤疏松，打洞做窝非常方便。于是，兔子开始了几乎不受 任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子的数量呈指数增 长，达到6亿只以上，遍布整个大陆。 自然界中，种群的数量变化情况是怎样的？ 实例二:在20世纪30年代, 人们将环颈雉引入美国的一 个岛屿。在1937-1942年期间, 这个种群数量的增长如 下图所示。 概念： 自然界确有类似的细菌在理 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，曲线大致呈“J”型。 二.种群增长的“J”型曲线 时 间 种群数量 1.模型假设： 食物和空间条件充裕，气候适宜，没有 敌害、某物种引入某环境初期(非常适宜其生长)等； 2.数量变化: 种群数量每年以一定的倍数持续增长，第二年 的数量是第一年的λ倍。 t年后种群的数量为: Nt=N0λt 3.计算公式(建立数学模型): 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为该种群起始数量，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。) “J”型增长的数学模型 O 时间 种 群 数 量 Nt=N0λt 当λ＞1时， 当λ＝1时， 当0＜λ＜1时， 当λ=0时， λ值的生物学意义： 呈“J”型增长种群数量上升 种群数量稳定 种群数量下降 种群在下一代中灭亡 ①观察研究对象，提出问题 细菌每20分钟分裂一次，问题： 细菌数量怎样变化的？ ②提出合理的假设 在资源和空间无限多的环境中， 细菌种群的增长不受种群密度 增加的影响 ③根据实验数据，用适当 的数学形式对事物的性质 进行表达 列出表格，根据表格画曲线， 推导公式：Nn＝２n ④通过进一步实验或观察等， 对模型进行检验或修正 观察、统计细菌的数量，对自己 所建立的模型进行检验或修正 建立数学模型一般包括以下步骤: 一. 建构种群增长模型的方法 思考: 在一个培养基中，细菌的数量会一直按照 Nt=N0λt 公式增长吗？ 不会。 　　生态学家高斯曾经 做过这样一个实验: 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， 得出了如图所示的结果。　　 原因是资源和空间是有限的。 为什么？ 如何验证这个观点？ 在资源和空间有限 的条件下，种群经过一 定时间的增长后，数量 趋于稳定的增长曲线， 称为“S”型曲线。 1.概念： 三.种群增长的“S”型曲线 2.环境容纳量: 在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的 种群最大数量称为环境容纳量，又称K值。 逻辑斯蒂增长曲线 有关K值的几点说明 1.在环境条件不遭受破坏的情况下，种群数量会在 K值附近上下波动（图2）。 3.在环境条件遭受破坏，K值会下降，当生物生存环 境改善， K值会上升（即K值随环境的变化而变化）。 2.影响K值大小的因素有生物自身的遗传特性和所 生存的环境条件。 出生率等于死亡率，此时种群的增长速率为零， 2.曲线图分析:（从出生率和死亡率的角度分析） A B C 出生率大于死亡率， 此时种群增长速率最大; AD段： B点: D点: 出生率大于死亡率 种群数量达到最大，且种内斗争最剧烈。 D 种群数量趋于稳定，种群数量达到环境容纳量(即K值)。 2.曲线图分析: A B C A B C 出生率大于死亡率，此时种群增长速率最大; 0C段: 0 B点: C点: 出生率大于死亡率 出生率等于死亡率，此时种群的增长速率为零， 种群数量趋于稳定，种群数量达到环境容纳量(即K值)。 种群数量达到最大，且种内斗争最剧烈。 增长速率＝(现有个体数－原有个体数)／增长时间 ＝(出生数－死亡数)/时间 故增长率≠增长速率。 种群增长速率就是曲线上通过每一点的切线（即斜率） 3.种群增长率与种群增长速率 (1)增长率: (2)增长速率: 增长率＝(现有个体数－原有个体数)／原有个体数×100％ ＝出生率－死亡率 举例: “一个种群有1000个个体，一年后增加到1100”，则 该种群的增长率为: 举例: “一个种群有1000个个体，一年后增加到1100”，则 该种群的增长速率为: [(1100-1000)/1000]×100%=10% (1100-1000)/1年=100个/年 (无单位) (有单位，如个/年) 1. “J”型增长率的变化: 看（λ-1） 规律总结 因为 t 年后种群的数量为: Nt= N0λt 该种群一年的增长率= (Nt－ Nt －1)/ Nt －1 N0λt－ N0λt －1 N0λt －1 = = λ-1 规律总结 “ J ” 型 曲 线 “ S ” 型 曲 线 1. “J”型和“S”型曲线增长率的变化: 2.“J”型和“S”型曲线的增长速率变化: 看曲线的斜率(即过每一点的切线) 规律总结 “ J ” 型 曲 线 “ S ” 型 曲 线 “S”型曲线与其增长速率的关系： 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 点 K/2 t0 t1 t2 时间 种群数量K a b c d e 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 ce e t0 t1 t2 时间 0 K/2 K 数量 增 长 速 率 f g h K/ 2 t0 t1 t2 时间 种群数 量K a b c d e 【易错易混】 最大捕捞量 ≠ 最大日捕获量 （1）要持续获得最大捕捞量: 使被捕获后种群数量保持在K/2； 此时种群增长速率最大. （2）要获得最大日捕获量: 应在种群密度最大时捕捞 (de期即K值时) 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。 种群增长的“J”型曲线与“S”型曲线 时间 种 群 数 量 J型 曲线 S型 曲线 K值环境阻力 通过生存斗争被淘汰的个体数量， 也即代表自然选择的作用。 “J”型曲线无 K值，无种内斗争， 无天敌。 K 值 的 应 用 种群增长的“S”型曲线在生产中的应用 1.在一个玻璃容器内，装入一定 量的符合小球藻生活的营养液， 接种少量的小球藻，每隔一段时 间测定小球藻的个体数量，绘制 成曲线，如右图所示。下列四图 中能正确表示小球藻种群数量增 长率随时间变化趋势的曲线是 （ ）C 2.右图所示为在理想状 态下和自然环境中某生 物的种群数量变化曲线。 下列对阴影部分的解释 正确的是（ ） ①环境中影响种群增长的阻力 ②环境中允许种群增长的最大值 ③其数量表示种群内迁出的个体数 ④其数量表示通过生存斗争被淘汰的个体数 A. ①③ B. ②③ C. ①④ D. ②④ C 3.如图是某物种种群数量的变化图，下列分 析正确的是（ ） A. 调查物种种群数量时只能用样方法 B. 第20~30年间种群的增长率为0 C. 由A到B种群数量越来越少，由B到C种群 数量越来越多 D. C点之后种群数量不会发生变化 B 4.右图为鱼塘中鱼的数量增长曲线，为了使鱼 塘的总产量达到最大值，应该做到适时捕捞。 下列做法中正确的(　　) A.超过T4时捕捞，使剩余量保持在K B.超过T3时捕捞，使剩余量保持在3K/4 C.超过T2时捕捞，使剩余量保持在K/2 D.超过T4时捕捞，使剩余量保持在K/4 C 5.某海滩黄泥螺种群现存量约3000吨， 正常状况下，每年该种群最多可增加300 吨，为充足利用黄泥螺资源，又不影响可 持续发展，理论上每年最多捕捞黄泥螺的 量为( ) A. 3000吨 B. 1650吨 C. 1500吨 D. 不超过300吨 D 由于保护工作得力、栖息地生存环境改善、种群数目 上升，大熊猫可能不再是“濒危”物种，而是前进一 步至“易危”等级。日前，环保部长陈吉宁在国际生 物多样性日暨中国自然保护区发展60周年大会上透露， 由于我国自然保护区已初步形成布局基本合理、类型 比较齐全、功能相对完善的体系，部分珍稀濒危物种 种群逐步恢复，野生大熊猫种群数量达到1800多只， 受威胁等级从濒危改为易危。 另据多家媒体报道称，国际自然保护联盟(IUCN)正 在考虑改变大熊猫在其制定的濒危物种红名单中的等 级，即从“濒危”调至“易危”。