第一章種群及其動態(tài)第二節(jié)

種群數(shù)量的變化問題探討2.

72h后，由一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少？

2216個。1.n代細菌數(shù)量Nn的計算公式是：Nn=2n可以用實驗計數(shù)法來驗證。我們的手上難免沾染細菌。細菌的繁殖速率很快，因而我們要常洗手。假設在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌20min就通過分裂繁殖一代。3.在一個培養(yǎng)瓶中，細菌的數(shù)量會一直按照這個公式描述的趨勢增長嗎？如何驗證你的觀點？不會，因為培養(yǎng)瓶中的營養(yǎng)物質(zhì)和空間是有限的。建立數(shù)學模型研究方法研究實例觀察研究對象，提出問題細菌每20min分裂一次，怎樣計算細菌繁殖n代后的數(shù)量？一、建構種群增長模型的方法研究方法研究實例觀察研究對象，提出問題細菌每20min分裂一次，怎樣計算細菌繁殖n代后的數(shù)量？提出合理的假設在資源和生存空間沒有限制的條件下，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響一、建構種群增長模型的方法研究方法研究實例觀察研究對象，提出問題細菌每20min分裂一次，怎樣計算細菌繁殖n代后的數(shù)量？提出合理的假設在資源和生存空間沒有限制的條件下，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響建立數(shù)學模型Nn=2nN代表細菌數(shù)量，n表示第幾代數(shù)學模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學形式。可為公式、坐標圖等。一、建構種群增長模型的方法研究方法研究實例觀察研究對象，提出問題細菌每20min分裂一次，怎樣計算細菌繁殖n代后的數(shù)量？提出合理的假設在資源和生存空間沒有限制的條件下，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響建立數(shù)學模型Nn=2nN代表細菌數(shù)量，n表示第幾代對模型進行檢驗或修正通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正數(shù)學模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學形式?？蔀楣?、坐標圖等。一、建構種群增長模型的方法一、建構種群增長模型的方法Nn=2n數(shù)學公式曲線圖優(yōu)點：缺點：科學、精確不夠直觀直觀不夠精確時間/min020406080100120140160180繁殖代數(shù)0123456789細菌數(shù)量/個20248163264128256512請你算出一個細菌產(chǎn)生的后代在不同時間的數(shù)量，并填入下表，畫出細菌種群數(shù)量的增長曲線。該公式和增長曲線，只是對理想條件下細菌數(shù)量增長的推測。在自然界中，種群的數(shù)量變化情況是怎樣的呢？一、建構種群增長模型的方法資料1：1859年，一位來澳大利亞定居的英國人在他的農(nóng)場中放生了24只野兔，一個世紀后，這24只野兔的后代竟超過6億只。漫山遍野的野兔不僅與牛羊爭食牧草，還啃噬樹皮，造成植被破壞，導致水土流失。直到人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。

24只思考·討論：分析自然界種群增長的實例一、建構種群增長模型的方法資料2：20世紀30年代時，人們將環(huán)頸雉引入到美國的一個島嶼上，在最初的5年內(nèi)，1937—1942年期間該種群數(shù)量的增長如右圖所示1.這兩個資料中種群增長有什么共同點?種群數(shù)量增長迅猛，且呈無限增長趨勢。種群呈“J”形曲線增長。2.種群出現(xiàn)這種增長的原因是什么？食物和空間條件充裕、沒有天敵、氣候適宜等。3.這種種群增長的趨勢能不能一直持續(xù)下去？為什么？不能，因為資源和空間是有限的。二、種群的“J”形增長1.含義：自然界確有類似的細菌在理想條件下種群數(shù)量增長的形式，如果以時間為橫坐標，種群數(shù)量為縱坐標畫出曲線來表示，曲線大致呈“J”形。0時間/min細菌數(shù)量/個10020030040050020406080100120140160180什么是理想條件？二、種群的“J”形增長（1）模型假設食物和空間條件充裕氣候適宜沒有天敵(捕食和寄生天敵)沒有其他競爭物種等某種群理想狀態(tài)每年以一定的倍數(shù)增長第二年的數(shù)量是第一年的λ倍什么情況會出現(xiàn)理想狀態(tài)？①實驗室條件下；②當一個種群剛遷入到一個新的適宜環(huán)境時。問：第一年是N0，第二年是多少？t年后呢？2.“J”形增長的數(shù)學模型二、種群的“J”形增長（2）建立模型2.“J”形增長的數(shù)學模型

N1=N0λN2=N1λ=λ2N0N3=N2λ=λ3N0

N0：為起始數(shù)量t：為時間Nt：表示t年后該種群的數(shù)量λ：表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)

曲線圖時間(t)種群數(shù)量Nt二、種群的“J”形增長（3）對“λ”的理解：Nt＝N0λt

表達式中，λ表示種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)，不是增長率。項目種群數(shù)量變化年齡結構λ>1

λ＝1

λ<1

增加增長型相對穩(wěn)定穩(wěn)定型減少衰退型只有λ＞1且為定值時，種群增長才為“J”形增長?！舅伎肌慨敠耍?時，種群一定呈“J”形增長嗎？二、種群的“J”形增長A______________B______________C______________D______________【例1】研究人員連續(xù)10年調(diào)查生態(tài)系統(tǒng)中某動物的種群數(shù)量變化，繪制的λ值變化曲線如圖所示。A、B、C、D四點時的種群數(shù)量相比，最多的是

點；最少的是

點。年齡結構增長型穩(wěn)定型衰退型BD穩(wěn)定型二、種群的“J”形增長（4）增長率：單位時間內(nèi)凈增加的個體數(shù)占原來個體數(shù)的比例(無單位)。增長率＝λ-1（λ>1，且不變）＝×100％增長率

＝末數(shù)－初數(shù)Nt－Nt-1Nt-1初數(shù)（增長率>0，且不變）種群增長率不受種群密度制約，增長率保持不變。=（λ-1）×100％Nt＝N0λt

二、種群的“J”形增長（4）增長速率：單位時間內(nèi)增加的個體數(shù)量(有單位，如個/年)。（λ>1，且不變）＝增長速率＝末數(shù)－初數(shù)單位時間Nt－Nt-1(個)t(年)實質(zhì)就是“J”型曲線的斜率Nt＝N0λt

（λ-1）N0λt-1

（λ>1，且不變）二、種群的“J”形增長①1～4年，種群數(shù)量_______________②4～5年，種群數(shù)量_______________③5～9年，種群數(shù)量_______________④9～10年，種群數(shù)量______________⑤10～11年，種群數(shù)量_____________⑥11～13年，種群數(shù)量_____________

。⑦

前9年，種群數(shù)量第_______年最高⑧9～13年，種群數(shù)量第______年最低呈“J”形增長增長相對穩(wěn)定下降下降11～12下降，512【例1】據(jù)圖說出種群數(shù)量如何變化12～13增長λ=當年種群數(shù)量前一年種群數(shù)量三、種群的“S”形增長時間/d種群數(shù)量/個K=375時間0123456數(shù)量520137319369375373請繪制大草履蟲的種群增長曲線373.3369.020.4319.0137.2375.0生態(tài)學家高斯（G.F.Gause，1910—1986）曾經(jīng)做過單獨培養(yǎng)大草履蟲的實驗：在0.5mL培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，然后每隔24h統(tǒng)計一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復實驗，得出了如下數(shù)據(jù)表：大草履蟲的數(shù)量在第幾天增長較快？第二天和第三天為什么大草履蟲種群沒出現(xiàn)“J”形增長？隨著大草履蟲數(shù)量增多，對食物和空間的競爭逐漸激烈，導致出生率下降，死亡率升高。這種類型的種群增長稱為什么？種群的“S”形增長第五天后大草履蟲的數(shù)量出現(xiàn)什么變化？趨于穩(wěn)定三、種群的“S”形增長1.“S”形增長含義資源和空間有限，天敵的制約等（即存在環(huán)境阻力），種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長曲線呈“

”形。S2.適用對象：4.環(huán)境容納量（K值）一般自然種群的增長一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量，又稱K值。3.“S”形增長形成原因：現(xiàn)實狀態(tài)①資源和空間有限②種群密度增大時③種內(nèi)競爭加劇三、種群的“S”形增長ab段：種群基數(shù)小，需要適應新環(huán)境，增長較緩慢；調(diào)整期資源和空間豐富，出生率升高，種群數(shù)量增長迅速；加速期資源和空間有限，種群密度增大，種內(nèi)競爭加劇，出生率降低，死亡率升高，種群增長減緩；減速期出生率約等于死亡率，種群增長速率幾乎為0，種群數(shù)量達到K值，且維持相對穩(wěn)定。飽和期種群數(shù)量為K/2，種群增長速率達到最大；轉折期5.“S”形增長曲線圖分析：bc段：c點：de段：cd段：三、種群的“S”形增長5.種群“S”形增長曲線分析（1）AB段：出生率

死亡率，種群數(shù)量增加。

（2）B點（K/2）：出生率與死亡率差值

，種群增長速率

。（3）BC段：出生率仍

死亡率，但差值在減小，種群增長速率

。（4）C點（K值）：出生率

死亡率，種群增長速率為

，種群數(shù)量達到

，趨于穩(wěn)定。ABC大于最大最大大于下降等于0最大（K值）三、種群的“S”形增長(1)增長速率(dN/dt)①增長速率先增大后減小，最后為0。②當種群數(shù)量為k/2時，增長速率達到最大。實質(zhì)就是“S”型曲線的斜率三、種群的“S”形增長（2）增長率增長率受種群密度制約，密度越大，增長率越小。密度制約系數(shù)：1—N/K總資源為1，1—N/K表示種群數(shù)量為N時，剩余的資源。1/K為每個個體所占有的資源，N/K為N個個體所占有的資源。時間0123456數(shù)量520137319369375373(k-N)/K種群增長率時間t1t2O種群增長速率時間t1t2O“J”形曲線增長率“S”形曲線增長率“J”形曲線增長速率“S”形曲線增長速率當種群數(shù)量為k/2時，增長速率達到最大。增長率與增長速率區(qū)分三、種群的“S”形增長6.K值分析思考1：K值是不是種群數(shù)量的最大值？不是；K值是種群在一定環(huán)境條件下所能維持（允許達到）的種群最大數(shù)量，在環(huán)境條件沒有變化的情況下，種群數(shù)量在K值上下波動，動態(tài)平衡。思考2：同一種群的K值是固定不變的嗎？不是一成不變的：K值會隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化，當環(huán)境遭到破壞時，K值會下降；當環(huán)境條件狀況改善時，K值會上升。生物自身的遺傳特性和食物、棲息場所、天敵及其他生存條件均會影響動物的環(huán)境容納量。三、種群的“S”形增長請據(jù)圖分析：該種群的K值為

。K2K值并不是種群數(shù)量的最大值種群所達到的最大值有時會超過K值，但這個值存在的時間很短，因為環(huán)境已遭到破壞。三、種群的“S”形增長7.K值的應用資料一：野生大熊貓種群數(shù)量銳減的關鍵原因是什么？保護大熊貓的根本措施是什么？

建立自然保護區(qū)，改善棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量。

野生大熊貓的棲息地遭到破壞，食物和活動范圍縮小，K值降低。三、種群的“S”形增長資料二：怎樣做才能最有效的滅鼠？

增大環(huán)境阻力→降低K值→防治老鼠如斷絕或減少它們的食物來源；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵，等等。①降低環(huán)境容納量②在

捕殺K/2前防治有害生物的根本措施。防止老鼠種群數(shù)量達到K/2處7.K值的應用K種群數(shù)量時間0BCDEt1t2AK/2資料三：為了保護魚類資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚量，應使被捕魚群的種群數(shù)量保持在什么水平？為什么？應使被捕魚群的種群數(shù)量保持在K/2水平，因為在這個水平上種群增長率最大，再生能力最強。K種群數(shù)量時間0BCDEt1t2AK/2——“黃金開發(fā)點”三、種群的“S”形增長7.K值的應用三、種群的“S”形增長【總結】K值與K/2值的應用:K值減小環(huán)境阻力→增大K值→保護野生生物資源增大環(huán)境阻力→降低K值→防治有害生物草原最大載畜量不超過K值→合理確定載畜量K/2值漁業(yè)捕撈后的種群數(shù)量要在K/2值處K/2值前防治有害生物，嚴防達到K/2值處【總結】種群“J”形和“S”形增長曲線之間的關系（1）某種群生活在一個較理想的環(huán)境中，則此種群數(shù)量增長的曲線是

。（2）如果此種群生活在一個有限制的自然環(huán)境中，種群的個體數(shù)量增長的曲線可能是

。（3）圖中兩曲線間的陰影部分代表

，按自然選擇學說，就表示在生存斗爭中被

的個體數(shù)量?！癝”形“J”形環(huán)境阻力淘汰食物不足空間有限種內(nèi)斗爭天敵捕食氣候、傳染病等環(huán)境阻力環(huán)境阻力減小，K值增大；環(huán)境阻力增大，K值減小。J型曲線S型曲線前提條件增長模型有無K值種群增長率種群增長速率理想條件存在環(huán)境阻力比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別無，持續(xù)保持增長有K值保持穩(wěn)定先增加后下降有最大值逐漸下降逐漸增加無上限四、種群數(shù)量的波動1.在自然界，有的種群能夠在一段時期內(nèi)維持數(shù)量的相對穩(wěn)定。野牛獅群2.但對于大多數(shù)生物，種群數(shù)量總是在波動中。在K值不變的情況下，種群的數(shù)量總是圍繞著K值上下波動。四、種群數(shù)量的波動2.但對于大多數(shù)生物，種群數(shù)量總是在波動中。周期性波動任何波動只要在兩個相鄰波峰之間相隔的時間基本相等就可稱之為周期性波動。季節(jié)性波動年間波動四、種群數(shù)量的波動2.但對于大多數(shù)生物，種群數(shù)量總是在波動中。非周期性波動該東亞飛蝗的種群數(shù)量在1913—1961年一直處于不規(guī)則的波動狀態(tài)大多數(shù)四、種群數(shù)量的波動3.處在波動狀態(tài)的種群，在某些特定條件下可能出現(xiàn)種群爆發(fā)?；葹氖鬄某喑彼?、種群數(shù)量的波動4.當種群長久處于不利條件下，如遭遇人類亂捕濫殺和棲息地破壞，種群數(shù)量會出現(xiàn)持續(xù)性的或急劇的下降。

種群的延續(xù)需要有一定的個體數(shù)量為基礎。當一個種群的數(shù)量過少，種群可能會由于近親繁殖等原因而衰退、消亡。

▲對于那些已經(jīng)低于種群延續(xù)所需要的最小種群數(shù)量的物種，需要采取有效的措施進行保護。小試牛刀1．下圖為種群數(shù)量增長曲線，不考慮遷入和遷出，下列有關敘述不正確的是

（

）A．種群的數(shù)量變化除了“J”形和“S”形增長，還有穩(wěn)定、波動和下降等B．bc段種群增長速率逐漸下降，是因為出生率小于死亡率C．自然狀態(tài)下種群數(shù)量達到K值時，種群的增長速率接近于0D．當環(huán)境條件發(fā)生變化時，種群的K值也會發(fā)生相應的變化B小試牛刀2．科學家對某荒原上的子午沙鼠種群數(shù)量進行連續(xù)多年的調(diào)查，獲得如圖所示信息。下列敘述正確的是（

）A．第5年的子午沙鼠種群屬于衰退型B．第10年和第20年的子午沙鼠種群數(shù)量相同C．第1～5年，子午沙鼠種群增長模型呈“S”形D．第15～20年，子午沙鼠種群數(shù)量一直減少D探究·實踐培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化①兼性厭氧型生物（單細胞真核生物）；②生長周期短，繁殖速度快，易于研究種群數(shù)量的變化實驗思路梳理1.酵母菌是什么生物？2.如何求酵母菌種群數(shù)量？能不能用逐個計數(shù)法？真核生物（真菌，微生物）不能酵母菌增長速度太快，數(shù)量太多，應該用估算法種群數(shù)量=種群密度×面積OR體積？實驗思路梳理1.酵母菌是什么生物？2.如何求酵母菌種群數(shù)量？能不能用逐個計數(shù)法？真核生物（真菌，微生物）不能酵母菌增長速度太快，數(shù)量太多，應該用估算法種群數(shù)量=種群密度×體積體積可以人為設定可采用取部分液體，然后估算其種群密度的方法該部分液體種群密度該部分液體種群數(shù)量=該部分液體體積實驗思路梳理種群數(shù)量=種群密度×體積體積可以人為設定可采用取部分液體，然后估算其種群密度的方法該部分液體種群密度該部分液體種群數(shù)量=該部分液體體積如何計數(shù)如何精確測量其體積精密材料血細胞計數(shù)板血細胞計數(shù)板血細胞計數(shù)板計數(shù)室紅框代表一個大格大格一個大格（計數(shù)室）分為25個中格（雙線邊）黃框代表一個中格一個中格分為16個小格1mm面積1mm21/25mm21/400mm2厚度（高度）0.1mm怎樣計數(shù)？A1A2A5A3A4對于壓在小方格界線上的酵母菌，應當怎么計數(shù)？取相鄰兩邊及其夾角如果小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量過多，難以數(shù)清，怎么辦？進行稀釋你能用公式表示種群密度嗎？規(guī)格一：25×16型A1A2A3A4A5規(guī)格二：16×25型A1A3A2A4每個計數(shù)室共有400小格，總容積為0.1mm3。A1A2A3A4A50.1mm3=10-4mL計數(shù)一個小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量，再以此為依據(jù)估計培養(yǎng)液中酵母菌總數(shù)。1mL培養(yǎng)液中細胞個數(shù)：=小方格中細胞數(shù)量的平均值×400×104×稀釋倍數(shù)每個計數(shù)室共有400小格，總容積為0.1mm3。兩種不同計數(shù)室的取樣方法不同規(guī)格一（25×16）：1mL培養(yǎng)液中細胞個數(shù)＝中方格中酵母菌數(shù)量的平均值×25×104×稀釋倍數(shù)規(guī)格二（16×25）：1mL培養(yǎng)液中細胞個數(shù)＝？（你能計算嗎）1mL培養(yǎng)液中細胞個數(shù)＝中方格中酵母菌數(shù)量的平均值×16×104×稀釋倍數(shù)練習1.檢測員將1mL水樣稀釋10倍后，用抽樣檢測的方法檢測每毫升藍藻的數(shù)量；將蓋玻片放在計數(shù)室上，用吸管吸取少許培養(yǎng)液使其自行滲入計數(shù)室，并用濾紙吸去多余液體。已知每個計數(shù)室由25×16＝400個小格組成，容納液體的總體積為0.1mm3。現(xiàn)觀察到圖中該計數(shù)室所示a、b、c、d、e5個中格80個小格內(nèi)共有藍藻n個，則上述水樣中約有藍藻

個／mL。5n×105

規(guī)格2（25×16）：1mL培養(yǎng)液中細胞個數(shù)＝中方格中酵母菌數(shù)量的平均值×25×104×稀釋倍數(shù)2.將樣液稀釋100倍，采用血球計數(shù)板(規(guī)格為1mm×1mm×0.1mm)計數(shù)，觀察到的計數(shù)室中細胞分布見圖3，則培養(yǎng)液中藻細胞的密度是________個/mL。1×10854344實驗:探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1.實驗原理:2.提出問題:培養(yǎng)液中酵母菌的數(shù)量是怎樣隨時間變化的?3.作出假設:在環(huán)境資源有限的條件下，酵母菌的數(shù)量變化隨時間呈“S”形增長曲線

在理想條件下，酵母菌種群的增長呈“J”形曲線；在各種資源有限或者存在環(huán)境阻力的情況下，酵母菌種群增長呈“S”形曲線。

隨著時間推移，由于營養(yǎng)物質(zhì)的______、有害代謝產(chǎn)物的______、pH的_________，酵母菌數(shù)量呈_________形增長。消耗積累改變S4.實驗設計（1）變量設置本實驗自變量是什么？該如何設置？①自變量：________

②因變量：__________

③無關變量：__________

時間酵母菌數(shù)量培養(yǎng)液的體積（2）材料用具酵母菌菌種培養(yǎng)液血球計數(shù)板5.實驗步驟(2)取清潔無油的血細胞計數(shù)板，在計數(shù)室上面加蓋玻片。(1)液體培養(yǎng)基，無菌條件，培養(yǎng)酵母菌。(3)用吸管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入到計數(shù)室內(nèi)，多余的培養(yǎng)液用濾紙吸去；計數(shù)室不得有氣泡。（4）待酵母菌細胞全部沉降到計數(shù)室底部，將計數(shù)板放在在載物臺中央，用顯微鏡計數(shù)一個小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量；估算試管中的酵母菌總數(shù)?！居懻?】蓋蓋玻片和滴加培養(yǎng)液哪個步驟在前？【討論2】從試管中吸出培養(yǎng)液進行計數(shù)之前，要將錐形瓶輕輕振蕩幾次。這是為什么？【討論3】滴加培養(yǎng)液后要稍等片刻，待酵母菌全部沉降到計數(shù)室底部再計數(shù)，為什么？使培養(yǎng)液中的酵母菌分布均勻，以減少誤差。若酵母菌未能全部沉降到計數(shù)室底部，顯微鏡觀察時，無法調(diào)焦使得同時看清看清酵母菌和格線。先蓋蓋玻片，再滴加培養(yǎng)液于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入，濾紙吸去多余的培養(yǎng)液