种群数量的变化（第一课时）【教材精讲精研】 高二生物 （人教版2019选择性必修2）

第1章 第2节人教版 选择性必修2种群数量的变化某种细菌每20 min就通过分裂繁殖一代某细菌min0时间/min细菌数量/个 1个20min20某种细菌每20 min就通过分裂繁殖一代min0时间/min细菌数量/个 1个20min202个21min40某种细菌每20 min就通过分裂繁殖一代min0时间/min细菌数量/个 1个20min202个21min404个22min60某种细菌每20 min就通过分裂繁殖一代min0时间/min细菌数量/个 1个20min202个21min404个22min608个23min80某种细菌每20 min就通过分裂繁殖一代min0时间/min细菌数量/个 1个20min202个21min404个22min608个23min8016个24（第1代）（第2代）（第3代）（第4代）1第n代细菌数量的计算公式是什么？Nn=2n某种细菌每20 min就通过分裂繁殖一代min0时间/min细菌数量/个 1个20min202个21min404个22min608个23min8016个24（第1代）（第2代）（第3代）（第4代）272 h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？2216个。培养瓶min0时间/min细菌数量/个 1个20min202个21min404个22min608个23min8016个24（第1代）（第2代）（第3代）（第4代）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？如何验证你的观点？可以用实验计数法来验证。不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。01建构种群增长模型的方法一建构种群增长模型的方法建立数学模型研究方法研究实例观察研究对象，提出问题细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？建立数学模型研究方法研究实例观察研究对象，提出问题细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？提出合理的假设在资源和生存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建立数学模型研究方法研究实例观察研究对象，提出问题细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？提出合理的假设在资源和生存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建立数学模型Nn=2nN代表细菌数量，n表示第几代数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。可为公式、坐标图等。建立数学模型研究方法研究实例观察研究对象，提出问题细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？提出合理的假设在资源和生存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建立数学模型Nn=2nN代表细菌数量，n表示第几代对模型进行检验或修正通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。可为公式、坐标图等。请你通过公式算出一个细菌产生的后代在不同时间（单位为min）的数量，并填入下表，然后以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌种群的增长曲线。一建构种群增长模型的方法Nn=2n数学公式时间时间/min020406080100120140160180繁殖代数繁殖代数0123456789细菌数量细菌数量/个个202 4 8 16 32 64 128 256 512数学公式一建构种群增长模型的方法Nn=2n数学公式时间时间/min020406080100120140160180繁殖代数繁殖代数0123456789细菌数量细菌数量/个个202 4 8 16 3264 128 256 5120 0时间时间/min/min细菌数量细菌数量/个个1001002002003003004004005005002020404060608080100100120120 140140 160160 180180曲线图曲线图一建构种群增长模型的方法Nn=2n数学公式数学公式时间时间/min020406080100120140160180繁殖代数繁殖代数0123456789细菌数量细菌数量/个个202 4 8 16 3264 128 256 5120 0时间时间/min/min细菌数量细菌数量/个个1001002002003003004004005005002020404060608080100100120120 140140 160160 180180曲线图曲线图精确，但不够直观。精确，但不够直观。直观，但不够精确。直观，但不够精确。该公式和增长曲线，只是对理想条件下细菌数量增长的推测。在自然界中，种群的数量变化情况是怎样的呢？一建构种群增长模型的方法资料1：1859年，一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔，一个世纪后，这24只野兔的后代竟超过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黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。一建构种群增长模型的方法24只资料2：20世纪30年代时，人们将环颈雉引入到美国的一个岛屿上，在最初的5年内，19371942年期间该种群数量的增长如右图所示一建构种群增长模型的方法1.这两个资料中种群增长有什么共同点?种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。2.种群出现这种增长的原因是什么？食物充足，缺少天敌等。3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？不能，因为资源和空间是有限的。02种群的“J”形增长二种群的“J”形增长0 0时间时间/min/min细菌数量细菌数量/个个1001002002003003004004005005002020404060608080100100120120 140140 160160 1801801.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”形。什么是理想条件？“J”形增长的数学模型（以数学公式表示）是怎样的？二种群的“J”形增长2.“J”形增长的数学模型（1）模型假设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倍什么情况会出现理想状态？实验室条件下；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？二种群的“J”形增长2.“J”形增长的数学模型（1）模型假设某种群理想状态每年以一定的倍数增长（2）建立模型数学公式：Nt=N0 t N N0 0：为起始数量为起始数量 t t：为时间为时间N Nt t：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表示该种群数量是一年前种群数量的种群数量的倍数倍数 曲线图：时间时间(t)种种群群数数量量Nt二种群的“J”形增长2.“J”形增长的数学模型（1）模型假设（2）建立模型数学公式：Nt=N0 t（3）对公式中“”的理解：=NtNt-1Nt-1Nt-1+增加的增加的个体数个体数=Nt-1Nt-1+新出生新出生个体数个体数-新死亡新死亡个体数个体数=1+出生率出生率-死亡率死亡率1+增长率增长率=指在单位时间内种群数量增加的量占初始数量的比例，是一个百分比，无单位二种群的“J”形增长2.“J”形增长的数学模型（1）模型假设（2）建立模型数学公式：Nt=N0 t（3）对公式中“”的理解：项目项目种群数量变化种群数量变化年龄结构年龄结构111 111 1=1种群数量时间0只有只有1且为且为定值定值时，种群增长才为时，种群增长才为“J”形增长。形增长。1.1.某一地区某一地区20012001年人口普查时有年人口普查时有1010万人，万人，20022002年比年比20012001年增长年增长1 1。请。请预测，按照此生长速度，预测，按照此生长速度，20062006年该地区的人口将有多少？年该地区的人口将有多少？Nt10（1+1）2006-2001随堂练习2.A、B、C、D 四点时的种群数量相比，最多的是 点；最少的是 点。BD二种群的“J”形增长二种群的“J”形增长中国中国人口数据增长曲线人口数据增长曲线世界世界人口数据增长曲线人口数据增长曲线如果遇到资源、空间如果遇到资源、空间等方面的限制，种群等方面的限制，种群还会呈还会呈“J”J”形增长吗形增长吗？二种群的“J”形增长人口在20世纪大部分时期呈现出“J”形增长中国中国人口数据增长曲线人口数据增长曲线世界世界人口数据增长曲线人口数据增长曲线03种群的“S”形增长三种群的“S”形增长资料：生态学家高斯（G.F.Gause，19101986）曾经做过单独培养大草履虫的实验：在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24 h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。时间（天）0123456种群数量（个）520137319369375365p大草履虫的数量在第几天增长较快？第二天和第三天第二天和第三天K=375第5天后三种群的“S”形增长p为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？由于随着大草履虫数量的增多，对食由于随着大草履虫数量的增多，对食物和空间的竞争趋于激烈，导致出生物和空间的竞争趋于激烈，导致出生率下降，死亡率升高。率下降，死亡率升高。K=375第5天后p这种类型的种群增长称为什么？种群的种群的“S”S”形增长形增长三种群的“S”形增长K=3751.概念：像这样，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。(这种类型的种群增长称为“S”形增长。)2.“S”形增长形成原因：现实状态资源和空间有限资源和空间有限种群密度增大时种群密度增大时种内竞争加剧种内竞争加剧出生率下降死亡率升高出生率=死亡率种群稳定在种群稳定在一定的水平一定的水平三种群的“S”形增长K=3753.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。K值分析（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）（允许达到）的种群最大数量（2）同一种群的K值是固定不变的吗？不是一成不变的：K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；当环境条件状况改善时，K值会上升。三种群的“S”形增长K=375K值分析（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）（允许达到）的种群最大数量（2）同一种群的K值是固定不变的吗？不是一成不变的：K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；当环境条件状况改善时，K值会上升。（3）在环境条件没有变化的情况下，种群数量到达K值后就不再变化了吗？不是；在K值上下波动，动态平衡。三种群的“S”形增长4.“S”曲线的分析：ab段：种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢；调整期资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速；加速期资源和空间有限，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；减速期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。饱和期种群数量为K/2，种群增长速率达到最大；转折期bc段：c点：de段：cd段：增长率与增长速率区分种群增长率：指在单位时间内种群数量增加的量占初始数量的比例，是一个百分比，无单位。种群增长速率：指种群数量在单位时间内的改变数值，有单位。（如个/年等）例：某一种群的数量在某一单位时间例：某一种群的数量在某一单位时间t t（如一年）内，由初数量（如一年）内，由初数量N Nt-1t-1（个）（个）增长到末数量增长到末数量N Nt t（个），则这一单位时间内种群的增长率和增长速率的（个），则这一单位时间内种群的增长率和增长速率的计算分别为：计算分别为：增长速率增长速率末数初数末数初数单位时间单位时间NtNt-1(个)t(年)100增长率增长率末数初数末数初数NtNt-1初数Nt-1出生率死亡率出生率死亡率 -1-1增长率与增长速率区分种群增长率时间t1t2O种群增长速率时间t1t2O“J”形曲线增长率“S”形曲线增长率“J”形曲线增长速率“S”形曲线增长