第1章 种群及其动态
第3节 影响种群数量变化的因素
一、 教材分析
《影响种群数量变化的因素》是人教版高中生物选择性必修二第一章第三节的内容。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》与本节相对应的“内容要求”是：举例说明阳光、温度和水等非生物因素以及不同物种之间的相互作用都会影响生物的种群特征。对应的“学业要求”是：分析和解释影响种群数量变化规律的因素，并应用于相关实践活动中。本节课重点在于培养学生观察、分析和探究的科学思维能力，以及生命观念、社会责任等生物科学素养。
二、 学情分析
高二学生已具备一定的生物学知识，并且通过必修二第六章以及本章前两节的学习，已经对种群的概念、种群的数量特征、种群数量的变化规律有了一定的了解， 本节又是通过很多实例，运用图表进行说明，贴合实际，且内容直观，更有利于学生理解。通过本节课的学习希望学生可以运用信息学、数学等相关学科知识作为工具，来更好的学习生物学；能运用生物学的知识去解释实际生活中的一些现象；能利用生物课上所学去解决实际问题。
三、素养目标
1、生命观念：
通过分析和讨论种群数量变化的相关资料，归纳影响种群数量变化的非生物因素和生物因素。
2、科学思维：
通过分析和讨论非生物因素影响种群数量变化的资料，说明阳光、温度和水等非生物因素对种群数量变化的影响。
3、科学探究
通过分析和讨论种群数量变化的生物因素，说明种内竞争以及不同物种之间的相互作用对种群数量变化的影响。
4、社会责任：
阐明种群研究在实践中的应用，培养保护野生动物、合理利用生物资源等社会责任感。
四、教学重、难点
1．教学重点
非生物因素和生物因素对种群数量变化的影响。
2．教学难点
非生物因素和生物因素对种群数量变化影响的综合性。
五、教学过程
【温故而知新】
回顾第1节中种群数量变化的两种模型，分析两种曲线出现的条件。
“J”型曲线条件：资源和空间充裕、气候适宜，没有天敌和其他竞争物种等。
“S” 型曲线条件：资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加剧。
如果我们把这些条件进行分类，可分成什么类型呢？
非生物因素、生物因素。
【引入】
思考·讨论 “离离原上草，一岁一枯荣。野火烧不尽，春风吹又生”
1.导致这些植物种群数量出现季节性变化的主要环境因素是什么？
阳光、温度、水等非生物因素。
2.这些植物种群的数量变化对当地动物种群的出生率和死亡率有什么影响？
春夏时节，草木繁茂，植食性动物食物充足，出生率提高，死亡率降低；秋冬时节则相反。植食性动物种群数量的变化，又会影响肉食性动物的出生率和死亡率。
【教师】自然界的种群总是有盛有衰，数量处于不断变动中。种群的出生率和死亡率、迁入率和迁出率等特征直接决定种群密度。因此，凡是影响种群重要特征的因素，都会影响种群的数量变化。下面我们分别探讨非生物因素和生物因素对种群数量变化的影响。
【任务一：非生物因素对种群数量变化的影响】
教师展示教材第13页“思考·讨论”中的资料，组织学生讨论教材中的讨论题。
资料1：下表为某地人工树林中，林下几种草本植物的种群密度（平均值，单位：株/m2）随林木郁闭度（林冠层遮蔽地面的程度）的调查数据。
【教师】影响该地草本植物种群密度的非生物因素是什么？
【学生】阳光。
【教师】请说出“郁闭度”的概念。
【学生】郁闭度：林冠层遮蔽地面的程度。
【教师】在同样的非生物因素的影响下，刺儿菜的种群密度变化与一年蓬、加拿大一枝黄花的有较大差异，这是为什么？
【学生】不同植物对光照条件的适应是有差异的。
【教师】不同种植物对光照条件的适应性是有差异的。刺儿菜为阴生植物，更适于在低光照强度下生长，对光照强度的敏感度比一年蓬、加拿大一枝黄花更低。
【教师】除了上述因素外，种群数量的变化还受哪些非生物因素的影响？
【学生】除了光照条件外，还受温度、风、水、火等的影响。
【教师】在自然界，种群的数量变化受到阳光、温度、水等非生物因素的影响。这些非生物因素是如何影响影响种群数量变化？
【教师】光照：阳光对生物和环境的影响十分复杂,其中光的波长、光照强度和日照长度等都对生物有影响。例如，森林中林下植物的种群密度主要取决于林冠层的郁闭度，即主要取决于林下植物受到的光照强度。（海洋中藻类的分布：绿、褐、红）
【教师】温度：通过影响 出生率、死亡率、迁入率、迁出率等影响种群的密度。任何生物都生活在具有一定温度的环境中,并受温度变化的影响。例如：许植物的种子在春季萌发为新的植株，主要是受气温升高的影响；蚊类等昆虫在寒冷季节到来时一般会全部死亡，主要是受气温降低的影响。
【教师】水：水是生物不可缺少的重要组成成分,生物的生命活动离不开水。细胞内许多生物化学反应都需要水的参与；水影响动物的出生率、死亡率等。干旱缺水会使许多植物种群的死亡率升高；动物种群在寻找水源的过程中也常常发生个体的死亡;土壤湿度会影响蝗虫产卵和孵化，同时会使青蛙等天敌死亡率上升.蝗虫将卵产在土壤中，含水量在10%～20%时最适合它们产卵和孵化。干旱时，蝗虫的天敌，如青蛙、蟾、鸟类等数量减少，就更容易爆发蝗灾。气候干旱是东亚飞蝗呈爆发式增长的主要原因。
教师总结：（1）影响植物种群数量变化的非生物因素包括光照、温度、水、风、火、无机盐等。（2）同一非生物因素对不同动植物种群的影响是不同的。（3）各种非生物因素对种群数量变化的影响往往是综合性的。例如，春夏时节动植物种群普遍迅速增长，除气温升高外，日照延长、降水增多也是重要原因，而对于动物来说，食物日益充足也是导致种群增长的重要因素,这就涉及生物因素了。（进化与适应观）
当堂检测：
【任务二：影响种群数量的生物因素】
【教师】我们已经讨论了非生物因素对种群数量变化的影响。生物因素对种群数量变化又会有哪些影响呢?
【教师】种群内部的生物因素：种内竞争源于种群内部个体对有限食物和空间等资源的争夺，食物和空间等资源越有限、种群密度越大，则种内竞争越激烈、种群增长率越小。随着种群的增长， 种内竞争会加剧，从而使种群的增长 ，这说明种群数量的变化受到种群内部生物因素的影响。
1.种群内部生物因素：如种内斗争
2.种群外部生物因素：如种间关系
【教师】（1）在自然界，任何一个种群都与其他种群有着密切的关系，其中捕食与被捕食的关系、相互竞争的关系都是十分常见的。这些因素会影响种群密度。（植物种间竞争：“种豆南山下，草盛豆苗稀。”）
资料:1934年，生态学家高斯选用了两种形态和习性上很接近的草履虫进行了以下实验：取相等数目的双小核草履虫和大草履虫，以一种杆菌为饲料，放在某个容器中培养。结果发现：
课件展示双小核草履虫单独培养与混合培养时的数量变化曲线，
【教师】（1）在合适的条件下，大草履虫和双小核草履虫均能正常生长繁殖。（2）由于这两种草履虫具有相似的生活习性（尤其是能以同一种杆菌为食），当它们被放在同一个容器中培养时，起初两种草履虫的数量较少，而食物（杆菌）数量较多，因此表现为两种草履虫的种群数量均增加。但是，随着两种草履虫数量的增加，相互之间对食物的争夺表现为大草履虫处于劣势，双小核草履虫处于优势。随着双小核草履虫数量的增加，争夺食物的优势越来越大，最终大草履虫失去了食物来源而灭亡。又已知两种草履虫没有分泌杀死对方的物质，进一步证明了该实验结果缘于两种草履虫争夺资源，这就是竞争。
问题1.怎样解释资料1中的实验结果？
答：双小核草履虫和大草履虫之间是竞争关系，竞争力弱的种群数量会不断下降。
资料2:生活在加拿大北方森林中的猞猁捕食雪兔。研究人员在90多年的时间里，对猞猁和雪兔的种群数量做了研究，结果如下图所示。
教师总结:猞猁和雪兔之间是捕食关系。作为猎物的雪兔种群数量上升时，猞猁因为食物充足，其种群出生率上升，死亡率下降，数量会随之上升；反之，作为猎物的雪兔种群数量下降时，因为食物匮乏，其种群出生率下降，死亡率上升，数量会随之下降。
问题2：怎样解释猞猁和雪兔种群数量变化的同步周期性？
答：猞猁和雪免之间是捕食关系。
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条件 |
对于猞猁 |
猞猁种群出生率 |
猞猁种群死亡率 |
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雪兔↑ |
食物充足 |
↑ |
↓ |
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雪兔↓ |
食物缺乏 |
↓ |
↑ |
问题3.请据图分析猞猁和雪兔种群的数量变动哪个是因、哪个是果？
答：猞猁和雪兔种群密度不断循环，二者的种群数量是相互影响的，是循环因果的关系。
问题4.除猞猁外，影响雪兔种群数量变动的，还有其他因素吗？
答：有。还有其他捕食者、其他植食性动物的竞争、作为食物的植物以及非生物因素等。
教师总结:猞猁种群数量上升会加大对雪兔的捕食压力，导致雪兔死亡率上升而种群数量下降；雪免种群数量下降时，导致猞猁食物匿乏，猞猁种群出生率下降、死亡率上升，种群数量也下降；猞猁种群数量下降会减轻对雪兔的捕食压力，使雪兔种群数量得以恢复；雪兔种群数量上升，给利因食物充足，出生率上升、死亡率下降，种群数量上升。如此循环，二者的种群数量是相互影响的，是循环因果的关系。什么是循环因果关系？
思维训练：分析循环因果关系（p17）
【教师】1.甲状腺激素分泌的调节
在这个过程中，TRH和TSH含量增加是因，甲状腺激素含量增加是果；甲状腺激素含量增加又成为新的“因”，经过反馈调节产生抑制TRH和TSH分泌的新的“果”， 如此循环往复，以至无穷，使血液中的甲状腺激素含量维持在相对稳定的水平。在生物学上，许多生理或生态过程的因果关系是循环性的，也就是说，一定的事件作为引起变化的原因，所导致的结果又会成为新的条件，施加于原来作为原因的事件，使之产生新的结果，如此循环往复。
2.猎物和捕食者种群数量变化的相关性
3.人类活动中是否也能找到类似的例子？
答：负反馈调节: 血糖平衡调节、水盐平衡调节等
正反馈调节: 排尿反射、分娩等
【教师】在自然界，任何一个种群都与其他种群有着密切的关系！除顶级捕食者外，每种动植物都可能是其他某种生物的捕食对象，每种动物都需要以其他生物为食。如果食物匮乏，动物种群会出现出生率降低、死亡率升高的现象。
【教师】森林中不同植物竞争阳光和养分，草原上非洲狮与猎豹竞争猎物，这也会导致种群数量的变化。
资料：绿僵菌感染蝗虫不仅可以直接致死，还能极大地削减蝗虫的繁殖力，由此产生的亚致死作用限制了蝗虫的数量和集群能力。与之类似的蝗虫病毒、病原线虫，以及通过转基因技术产生的毒性更强的真菌，亦可以起到类似的效果。
【教师】分析绿僵菌对蝗虫种群的数量变化的影响：作为宿主的动物被寄生虫寄生，细菌或病毒（绿僵菌）引起传染病，也会影响种群的出生率和死亡率等特征，进而影响种群的数量变化。影响种群数量增长的生物因素包括：竞争（种内、种间）、捕食、寄生等，它们通过影响种群的出生率、死亡率、迁入率和迁出率等特征来影响种群数量。
拓展：密度制约因素和非密度制约因素
【教师】1.密度制约因素
①概念: 一般来说，食物和天敌等生物因素对种群数量的作用强度与该种群密度是相关的。
②举例: 同样是缺少食物，种群密度越高，该种群受食物短缺的影响就越大。
2.非密度制约因素
概念: 气温和干旱等气候因素以及地震、火灾等自然灾害，对种群的作用强度与种群密度无关。
②举例: 在遭遇寒流时，有些昆虫种群不论其密度高低，所有个体都会死亡。
【教师】尝试将影响蝗虫种群数量变化的因素如温度、水分、风、极端气候、食物、竞争、天敌、寄生者、传染病等进行分类。
（1）密度制约因素：食物、竞争、天敌、寄生者、传染病
（2）非密度制约因素：温度、水分、风、极端气候
【教师】（1）密度制约因素对种群数量变化的影响是通过反馈调节而实现的。（2）非密度制约因素本身对种群数量没有反馈作用,但可以通过密度制约因素的反馈机制来调节。当某些非密度制约因素发生巨大变化(如大旱、大寒)时,种群死亡率会急剧增加,而种群数量大幅度下降时,一些密度制约因素(如食物)就不再起控制作用,因而出生率就得以回升,使种群数量很快恢复到原来的水平。无论是密度制约因素还是非密度制约因素,它们都是通过影响种群出生率、死亡率或迁入率、迁出率而起着控制种群数量的作用。
笔记整理:
四、种群研究的应用
【教师】研究种群的特征和数量变化的规律，在野生生物资源的合理利用和保护、有害生物的防治等方面都有重要意义。
学生阅读教材P16，
1.野生生物资源的合理利用和保护
【教师】大熊猫是我国特有的濒危保护动物，我国采取了建立保护区的方式进行保护。请思考对大熊猫进行保护首先要调查研究的内容是什么？
【学生】大熊猫种群的特征和影响数量变化的因素。
【教师】建立保护区的主要目的是什么？这样做有什么好处？
【学生】减少人类的干扰。有利于提高环境容纳量，恢复大熊猫的种群数量。
【教师】在濒危动物的保护方面，只有通过调查获知种群密度、出生率和死亡率、性别比例、年龄结构等特征，以及影响该种群数量变化的因素，才能准确了解该种群的生存状态，预测该种群的数量变化趋势，进而采取合理的保护对策。
【教师】在渔业上，人们总是希望每年既能捕捞较多的鱼，又不危及来年的鱼产量，也就是希望长期获得较高的捕捞量。那么，怎样确定合适的捕捞量呢？这就需要研究捕捞量与种群数量变化之间的关系。在渔业生产上人们既希望能捕获更多，又希望能可持续发展，对此你有什么建议？
【学生】估算鱼的种群数量，进行中等强度的捕捞（捕捞量在K/2左右），因为在这个水平上种群增长率最大。有利于持续获得较大的鱼产量。
【教师】若想一次性获得最大捕捞量，什么时候捕捞鱼？
【学生】种群数量达到K值时。
【教师】 思考·讨论 渔网网目不能过小，否则会影响来年鱼产量。这是为什么？请从种群特征的角度作出解释。
答：如果渔网网目过小，许多幼鱼也会被捕捞上来，影响鱼种群的年龄结构，从而影响鱼种群的出生率，造成来年鱼产量降低。
2. 指导渔业捕捞
【教师】从理论上说，“S”形增长的种群在种群数量达到K值时，出生率与死亡率相等，这时即使不捕捞，种群数量也不会增加。研究表明，中等强度的捕捞(捕捞量在K/2左右)有利于持续获得较大的鱼产量。
3.有害生物的防治
【教师】分析S型曲线，它能为有害生物防治一些什么警示。
①K值会随着环境的改变而发生变化，当环境遭到破坏时，K值会下降；当环境条件改善时，K值会上升。
增大环境阻力→降低K值→防治有害生物
如断绝或减少它们的食物来源；养殖或释放它们的天敌，等等。
②种群数量在K/2水平上时，种群增长率最大
防止有害生物种群数量达到K/2前。
【教师】在有害生物的防治方面，种群研究同样具有重要意义。例如，在鼠害发生时，既适当采用化学和物理的方法控制现存害鼠的种群数量，又通过减少其获得食物的机会等方法降低其环境容纳量，才能使鼠害得到有效防治。再如，对农林害虫的防治，如果一味依赖喷洒农药的方法，既造成环境污染，又伤及害虫的天敌；有效保护或引入天敌生物，则有利于将害虫数量控制在较低的水平。
【板书设计】
第3节 影响种群数量变化的因素
一、非生物因素
光照、温度、水分、风、火
二、生物因素
（1）种内竞争
（2）种间关系：竞争、捕食、寄生
三、种群研究的应用
（1）野生生物资源的利用和保护
（2）渔业捕捞量的确定（中等强度的捕捞有利于持续获得较大鱼产量）
（3）有害生物防治（鼠害和害虫）
【教学反思】
本课的教学以丰富的实例为载体，在情景教学中渗透生命观念教育，首先通过“问题探讨”创设情境，导入新课，引导学生将种群作为一个“系统”来研究，并从稳态与平衡观出发分析实例中的各种影响因素及因果关系，借此培养学生的系统思维和逻辑思维。通过分析资料讨论非生物因素和生物因素的影响，最后通过应用知识解决问题，利用思维导图，进行课堂小结。本节教学内容具有以下几个特点。
1.创设丰富的情境，引导学生解决真实问题。真实的学习过程应该是学习者从真实情境中获取知识并将所学知识应用于新情境的过程。本节课设计了“草本植物四季变化情况”“林下草本植物种群密度随林木郁闭度变化情况”“重复生态学家高斯培养草履虫的实验’“有害生物防治”“捕鱼的案例”等一系列真实的教学情境。这些情境既为学生的学习提供了素材，又能启发学生发现真实问题，从而促进新知的形成。
2.渗透生态观教育，培养学生社会责任。教育是培养人的社会活动，要以人的成长为终极目的。在本节课的教学活动中，教师以丰富的案例来传递知识、启迪思维，并引导学生关注当地的生态保护，以当事人的视角对野生动物及其栖息地的保护、渔业资源的合理开发、有害生物的防治等提出个人建议，将知识还原于生活，并树立生态观。在学习过程中，学生可以习得生物学学科的思想方法，可以感悟民主的含义，可以成为一个有社会责任感的人。
注意的问题：
1、要以学生为中心，教师为引导者。以任务引导学生通过自主探究、小组讨论等形式，自己总结得出结论并发表出来，达成本节课的学习目标；
2、上课时注意对学生回答问题的评价语言、评价方法，以鼓励学生积极回答问题为目的，关注学生的感受和反应；
3、进一步丰富学习资料注意对资料的筛选和组合以贴合教学内容和大单元情境；
4、需调整问题串的设置，注意问题之间的逻辑性，便于学生思考回答。