高中生物-第四章-种群和群落-4.3-种群的数量波动及调节-浙科版必修3.ppt

种群数量的增长种群数量的增长现行课标要求：领悟系统分析、建立数学模型等科学方法领悟系统分析、建立数学模型等科学方法及其在科学研究中的应用及其在科学研究中的应用 尝试建立数学模型解释种群的数量变动尝试建立数学模型解释种群的数量变动理解理解活动建议：活动建议：探究培养液中酵母种群数量动态变探究培养液中酵母种群数量动态变化化知识目标知识目标数量特征数量特征空间特征空间特征遗传特征遗传特征1.列举种群的特征2.解释种群的数量变化解释种群的数量变化3.描述群落的结构特征4.阐明群落的演替能力目标能力目标掌握调查种群密度掌握调查种群密度的方法的方法尝试建立数学模型尝试建立数学模型种群增长曲线种群增长曲线种群数量变化规律种群数量变化规律关注人类活动对种群数量变化的影响关注人类活动对群落演替的影响组成组成种间关系种间关系空间结构空间结构情感态度价值观情感态度价值观地位地位研究核心研究核心核心核心素养素养生命观念理性思维科学探究社会责任结构与功能观物质与能量观稳态与平衡观进化与适应观归纳与概括演绎与推理模型与建模批判性思维观察提问设计实验方案实施交流讨论参与相关事务的讨论生态意识、环保实践健康生活、关爱生命新课标的生物学核心素养的要求新课标的生物学核心素养的要求在教学实践中有意识地落实这些要求，体现这些元素？在教学实践中有意识地落实这些要求，体现这些元素？理性思维（模型与建模）理性思维（模型与建模）科学探究（设计、实施实验、结果讨论等）科学探究（设计、实施实验、结果讨论等）对种群数量变化的理解是学生通过探究培养对种群数量变化的理解是学生通过探究培养液中酵母种群数量动态变化这一活动液中酵母种群数量动态变化这一活动来来构建数学模构建数学模型自己得出的型自己得出的社会责任社会责任研究种群的核心问题是种群的大小及研究种群的核心问题是种群的大小及变化规律：变化规律：它决定生物的益或害、开发与保护、防治与不它决定生物的益或害、开发与保护、防治与不防治、及检查保护与防治效果、害虫预测预报的基防治、及检查保护与防治效果、害虫预测预报的基础、人口控制础、人口控制生命观念生命观念解释影响种群变化的因素中解释影响种群变化的因素中体现稳态与平衡、进化与适应等体现稳态与平衡、进化与适应等教学目标教学目标知识目标：知识目标：能够解释生物种群数量增长的一般规律说明建构种群数量增长数学模型的方法过程能力目标能力目标：尝试建构种群数量增长的数学模型运用种群数量变化规律解释、解决生产生活中的实际问题情感态度与价值观目标：情感态度与价值观目标：认同数学模型在生物学研究中的应用关注濒危生物保护措施与生物入侵防范措施的讨论，关注人类活动对种群数量变化的影响。教学重点：尝试建构种群增长的数学模型根据建构的数学模型解释种群数量的变化教学难点：建构种群增长的数学模型教学策略：问题解决构建模型形成概念概念应用教学过程设计：教学过程设计：复习引入提出问题复习引入提出问题（关注现实，典型案例？）（关注现实，典型案例？）模型假设模型假设做出假设：做出假设：整体数量变化趋势整体数量变化趋势具体赋值，理论计算具体赋值，理论计算事实验证：事实验证：实验实验调查事例调查事例基于数据分析基于数据分析形成规律：形成规律：J型增长、型增长、S型增长（及变式）型增长（及变式）概念应用：资源利用、有害生物防治等概念应用：资源利用、有害生物防治等第三节第三节种群的数量波动及调节种群的数量波动及调节背景：背景：研究种群的研究种群的核心核心是种群的大小及变化规律是种群的大小及变化规律决定种群大小的因素：决定种群大小的因素：Nt+1=Nt+BD+I-E如何研究一个种群的数量变化及规律呢？如何研究一个种群的数量变化及规律呢？在自然条件下，开放的种群大小会因迁入、迁出等过程影响而发生较大的变化，因此，我们常常借助于常常借助于人工控制的封闭种群来研人工控制的封闭种群来研究种群的数量增长变化规律，即先进行究种群的数量增长变化规律，即先进行数数学模型的研究学模型的研究。第二节第二节种群数量的增长种群数量的增长基本策略：基本策略：复杂复杂简单简单常常借助于常常借助于人工控制的封闭种群来研究种群人工控制的封闭种群来研究种群的数量增长变化规律，即先进行的数量增长变化规律，即先进行数学模型数学模型的的研究研究。研究材料研究材料模式生物模式生物的选取的选取最好具有繁殖快，世代时间短、实验室里易最好具有繁殖快，世代时间短、实验室里易于观察和培养、容易进行数量统计等特点于观察和培养、容易进行数量统计等特点数学模型价值：解释、预测数学模型价值：解释、预测酵母菌酵母菌：单细胞真核生物，：单细胞真核生物，显微镜下便于观察。显微镜下便于观察。条件好时可条件好时可2小时繁殖一次。小时繁殖一次。将等量、少量将等量、少量酵母菌酵母菌分别接种：分别接种：1010吨的发酵罐吨的发酵罐10ml10ml的试管中的试管中温度等其它条件事宜温度等其它条件事宜提出问题提出问题：在这两种培养条件下，在这两种培养条件下，酵母菌种群的数量随酵母菌种群的数量随时间时间的推移（的推移（7 7天）而发生怎样的天）而发生怎样的变化？变化？请你请你作出作出假设假设预期预期，并，并解释说明你的假设？解释说明你的假设？提示：提示：设定：接种了设定：接种了N N0 0 个酵母菌，酵母菌每个酵母菌，酵母菌每2 2个小个小时可繁殖时可繁殖1 1次次假设假设预期：预期：表达形式可以是表达形式可以是你总结出的你总结出的数学数学公式公式；也；也可可以用以用坐标曲线图坐标曲线图进行说明进行说明理想条件下：数学公式理想条件下：数学公式N=N02n时间时间小时小时24681012141618细胞细胞数量数量248163264128 256 512如何验证我们的假设呢？采用什么样的研如何验证我们的假设呢？采用什么样的研究方法？究方法？实施试验、定期取样法实施试验、定期取样法定期取样定期取样显微测量计数显微测量计数收集数据收集数据处理数据处理数据检测修正模型检测修正模型显微计数：显微计数：血细胞计数板血细胞计数板加样处加样处再证：自然条件下？再证：自然条件下？例：例：澳洲本来没有兔子，澳洲本来没有兔子，1859年，一个叫托马斯年，一个叫托马斯奥斯汀的英国人来澳定居，带来了奥斯汀的英国人来澳定居，带来了24只野兔，放只野兔，放养在他的庄园里，供他打猎取乐。奥斯汀绝对没养在他的庄园里，供他打猎取乐。奥斯汀绝对没有想到，一个世纪之后，这有想到，一个世纪之后，这24只野兔的后代达到只野兔的后代达到6亿只之多。亿只之多。野兔种群能快速增长的原因有哪些？野兔种群能快速增长的原因有哪些？讨论：讨论：1、野兔种群能快速增长的原因有哪些？、野兔种群能快速增长的原因有哪些？2、假设：最初为、假设：最初为10只野兔（只野兔（N0），到第），到第二年数量为二年数量为200只。年增长率（只。年增长率（)？=20如果种群以此增长率年复一年地增长，如果种群以此增长率年复一年地增长，t年年后，种群的数量可达到多少？后，种群的数量可达到多少？N010N1N01020200（=10*201）N2N1200204000（=10*202）N3N240002080000（=10*203）NtNt1或或NtN0t3、以时间为横坐标，种群个体数为纵坐标做、以时间为横坐标，种群个体数为纵坐标做图图t年后该种群的年后该种群的数量应为数量应为Nt=N0 t人口/亿年份我国1000-1990年的人口数量变化 某海岛上环颈雉种群的增长（实线为实际增长曲线，虚线为理论上的“J”型曲线）年份种群数量/个其它实例：第第第第0 0天天天天 第第第第1 1天天天天 第第第第2 2天天天天 第第第第3 3天天天天 第第第第4 4天天天天 第第第第5 5天天天天 第第第第6 6天天天天第第第第1 1组组组组5 54545165165715715118011801435143512701270第第第第2 2组组组组7 73535130130730730111011101155115512801280第第第第3 3组组组组5 5454531531514451445130513051185118510601060第第第第4 4组组组组2 222221001002252256956951560156019001900第第第第5 5组组组组4 41919100100650650132013201650165018601860第第第第6 6组组组组9 923231301306106109409401575157515751575第第第第7 7组组组组5 51818105105240240240240375375430430酵母种群数量统计表单位107个/ml对收集到的数据做何处理？要获得哪些参数对收集到的数据做何处理？要获得哪些参数？第第第第0 0天天天天第第第第1 1天天天天第第第第2 2天天天天第第第第3 3天天天天第第第第4 4天天天天第第第第5 5天天天天第第第第6 6天天天天第第第第1 1组组组组5 54545165165715715118011801435143512701270第第第第2 2组组组组7 73535130130730730111011101155115512801280第第第第3 3组组组组5 5454531531514451445130513051185118510601060第第第第4 4组组组组2 222221001002252256956951560156019001900第第第第5 5组组组组4 41919100100650650132013201650165018601860第第第第6 6组组组组9 923231301306106109409401575157515751575平均值平均值平均值平均值5.3 5.3 31.5 31.5 156.7 156.7 729.2 729.2 1091.7 1091.7 1426.7 1426.7 1490.8 1490.8 单位107个/ml第第第第0 0天天天天第第第第1 1天天天天第第第第2 2天天天天第第第第3 3天天天天第第第第4 4天天天天第第第第5 5天天天天第第第第6 6天天天天平均值平均值平均值平均值5.3 5.3 31.5 31.5 156.7 156.7 729.2 729.2 1091.7 1091.7 1426.7 1426.7 1490.8 1490.8 第第第第0 0天天天天第第第第1 1天天天天第第第第2 2天天天天第第第第3 3天天天天第第第第4 4天天天天第第第第5 5天天天天第第第第6 6天天天天平均值平均值平均值平均值5.3 5.3 31.5 31.5 156.7 156.7 729.2 729.2 1091.7 1091.7 1426.7 1426.7 1490.8 1490.8 增长速增长速增长速增长速率（个率（个率（个率（个/每天）每天）每天）每天）26.2 26.2 125.2 125.2 572.5 572.5 362.5 362.5 335.0 335.0 64.2 64.2 第第第第0 0天天天天第第第第1 1天天天天第第第第2 2天天天天第第第第3 3天天天天第第第第4 4天天天天第第第第5 5天天天天第第第第6 6天天天天平均值平均值平均值平均值5.3 5.3 31.5 31.5 156.7 156.7 729.2 729.2 1091.7 1091.7 1426.7 1426.7 1490.8 1490.8 增长速增长速增长速增长速率（个率（个率（个率（个/每天）每天）每天）每天）26.2 26.2 125.2 125.2 572.5 572.5 362.5 362.5 335.0 335.0 64.2 64.2 自然自然自然自然增长率增长率增长率增长率4.9 4.9 4.0 4.0 3.7 3.7 0.5 0.5 0.3 0.3 0.0 0.0 自然增长率：逐渐减小自然增长率：逐渐减小增长速率的特点：？增长速率的特点：？先增加，逐渐达到最大；后降低，最后趋于先增加，逐渐达到最大；后降低，最后趋于0 0K种种群群个个体体数数量量(N)时间时间种群不能无限增长的原因：种群不能无限增长的原因：资源空间有限，种内竞争加剧资源空间有限，种内竞争加剧天敌、种间竞争加剧天敌、种间竞争加剧出生率降低出生率降低死亡率升高死亡率升高出生率出生率随种群密度增加而下降随种群密度增加而下降拟谷盗拟谷盗存活率存活率随种群密度增加而下降随种群密度增加而下降大山雀窝卵数与种群密度的关系大山雀窝卵数与种群密度的关系02648101214时间（时间（days）种种群群相相对对密密度度K种种群群个个体体数数量量(N)时间时间K/2环境容纳量（环境容纳量（K值）：值）：在环境在环境不受破坏不受破坏的条件下，一定空间中所能维的条件下，一定空间中所能维持的种群最大数量（长时期内环境所能容纳的种群持的种群最大数量（长时期内环境所能容纳的种群最大数量最大数量）总结：总结：一、指数增长一、指数增长“J”“J”型增长型增长1 1、条件：理想条件下？、条件：理想条件下？在食物和空间条件充裕、气候适宜、无敌害等条在食物和空间条件充裕、气候适宜、无敌害等条件下，种群的数量每年以一定的倍数增长。件下，种群的数量每年以一定的倍数增长。NtN0t 2 2、增长特点：？、增长特点：？增长率恒定增长率恒定增长速率逐渐增大增长速率逐渐增大爆炸式增长爆炸式增长3 3、自然环境中：？、自然环境中：？一定时间内一定时间内;实验室条件下实验室条件下;外来生物的入侵；外来生物的入侵；二、逻辑斯谛增长二、逻辑斯谛增长“S”型增长型增长种群经过一定时种群经过一定时间的增长后，数间的增长后，数量趋于稳定的增量趋于稳定的增长曲线，称为长曲线，称为“S”型曲线型曲线1、条件：？、条件：？2、环境容纳量（称、环境容纳量（称K值）：值）：长时间内环境所能维持的种群最大数量限制种群增长3、特点：增长速率？、特点：增长速率？先增 1/2K时达到最大后降，达到K值停止增长或在值上下波动A三、研究种群数量变化的意义三、研究种群数量变化的意义K值可能变化吗？值可能变化吗？当种群数量超过当种群数量超过K值时，会造成环境中某些值时，会造成环境中某些资源的破坏资源的破坏过度放牧过度放牧导致草场导致草场资源退化，资源退化，K K值降低值降低三、种群数量变化的意义三、种群数量变化的意义（1 1）资源的合理利用（规模、利用时机）资源的合理利用（规模、利用时机）（2 2）珍稀生物的保护）珍稀生物的保护（3 3）有害生物的控制）有害生物的控制（4 4）控制人口）控制人口小结：数学模型：用来描述现实系统或其性质的一个抽象的抽象的、简化的数学结构、简化的数学结构。科学工作者用它来揭开此系统的内在机制和对系统行为进行预测。建立动植物种群动态数学模型的目的目的，是阐明自然种群动态的规律及其调节机制，帮助理解各种生物的和非生物的因素是怎样影响种群动态的。数学模型：模型研究必须从客观实际出发来建模客观实际出发来建模，最后又必须通过实践来检验通过实践来检验。在数学模型研究中，最关心的不是特定公式的数学细节，而是模型的结构：模型的结构：哪些因哪些因素决定种群的大小？哪些参数决定种群对自素决定种群的大小？哪些参数决定种群对自然和人为干扰的反应速度等。然和人为干扰的反应速度等。