1、,種群數(shù)量的變化增長、波動和下降,第4章 種群和群落 第2節(jié) 種群數(shù)量的變化,學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1、說明建構(gòu)種群增長模型的方法 2、用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化 3、關(guān)注人類活動對種群數(shù)量的影響,自主學(xué)習(xí)： 1、建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟。 2、數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式有哪些？分別有什么優(yōu)缺點(diǎn)？ 3、分析細(xì)菌種群數(shù)量增長中每一代的增長率和增長速率為多少？ 4、課本兩個實(shí)例中，種群數(shù)量曾“J”型增長的原因是什么？ 5、以細(xì)菌種群數(shù)量增長模式為例，推出“J”型增長的數(shù)學(xué)模型。 6、自然條件下，種群數(shù)量會一直呈“J”型增長嗎？為什么？ 小組討論交流 重點(diǎn)討論第5題,1.細(xì)菌是真核生物還是原核生物？,2細(xì)菌的繁殖的方

2、式是什么？,3細(xì)菌繁殖了n代后的數(shù)量是多少？,細(xì)菌增長的數(shù)學(xué)模型研究,4請?jiān)谧鳂I(yè)紙上繪制細(xì)菌增長的曲線圖。,2,4,8,16,32,64,128,256,?,21,增長速度越來越快,22,23,24,25,26,27,28,2t,Nt=N0t,Nt=2t,一、建構(gòu)種群增長模型的方法,1.數(shù)學(xué)模型：是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式,4.數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的步驟,2.數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式:,數(shù)學(xué)方程式,曲線圖,3.建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的意義:,描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化。,數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)步驟：,研究實(shí)例,研究方法,細(xì)菌每20min分裂一次,在資源和空間無限多的環(huán)境中，細(xì)菌種群的增長不會受種群密度增加的影

3、響,Nn=2nN代表細(xì)菌 數(shù)量，n表示第幾代,觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量，對自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正,提出合理的假設(shè),觀察研究對象，提出問題,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá),通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正,理想條件下的種群增長模型,模型假設(shè)：食物、空間充裕 氣候適宜 沒有天敵,建立模型：t年后種群數(shù)量為： Nt = N0 t,參數(shù)意義：N0 種群初始數(shù)量；Nt t 年后種群的數(shù)量； 種群每年增長倍數(shù)；,二、種群增長的“J”型曲線,時間,種群數(shù)量,1859年，一個英格蘭的農(nóng)民帶著24只野兔，登陸澳大利亞并定居下來，但誰也沒想到，一個世紀(jì)之后，這個澳洲“客人”的數(shù)量

4、呈指數(shù)增長，達(dá)到6億只之巨。,實(shí)例一,理想條件下的種群增長模型,二、種群增長的“J”型曲線,種群遷入一個新環(huán)境后，常常在一定時期內(nèi)出現(xiàn)“J”型增長。例如，在20世紀(jì)30年代時，人們將環(huán)頸雉引入到美國的一個島嶼，在19371942年期間，這個環(huán)頸雉種群的增長大致符合“J”型曲線（右圖）。,實(shí)例二,理想條件下的種群增長模型,世界人口的指數(shù)增長曲線,實(shí)例三,理想條件下的種群增長模型,種群增長的“J”型曲線,理想條件： 1、在食物和空間氣候條件都適宜、沒有敵害等 2、實(shí)驗(yàn)室條件下 3、外來物種遷入新環(huán)境初期 4、無環(huán)境阻力,在大自然中,食物、空間有限,種內(nèi)斗爭,天敵捕食,環(huán)境阻力,、,“J”型增長能一

5、直持續(xù)下去嗎？,0,100,200,300,400,1,2,3,4,5,6,時間/天,酵母數(shù),環(huán)境阻力,K值:環(huán)境容納量,種群增長的“S”型曲線,在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量。,t0 t1 t2,種群數(shù)量為K/2,增長速率,K值：,應(yīng)用1：怎樣做才是保護(hù)大熊貓的根本措施？,建立自然保護(hù)區(qū)，給大熊貓更寬廣的生存空間，改善它們的棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量，是保護(hù)大熊貓的根本措施,家鼠繁殖力極強(qiáng)，善于打洞，偷吃糧食，傳播疾病危害極大，應(yīng)該采取哪些措施控制家鼠數(shù)量？,應(yīng)用2：有害生物的控制,J型,環(huán)境阻力,時間,種群數(shù)量,K值,增大環(huán)境阻力降低環(huán)境容納量

6、,K值,J型,環(huán)境阻力,時間,種群數(shù)量,增大環(huán)境阻力降低環(huán)境容納量,增大環(huán)境阻力降低環(huán)境容納量： 養(yǎng)殖或釋放天敵、打掃衛(wèi)生、 硬化地面、將食物儲存在安全處,在漁業(yè)捕撈問題上，人們總是希望捕到更多的魚。如果捕撈量長期過高,種群的數(shù)量會發(fā)生什么樣的變化呢? 我們應(yīng)該怎樣來確定合適的捕撈量 才能即不危機(jī)魚類 種群的持續(xù)發(fā)展,又 能獲得較高的魚產(chǎn)量?,課堂討論,1.捕撈量的確定:,K/2,捕撈量K/2值。 這樣既有利于種群的可持續(xù)發(fā)展， 又可獲得較大收益。,三.兩種增長曲線的比較:,種群數(shù)量的變化增長、波動和下降,種群的數(shù)量是由出生率和死亡率、遷入率和遷出率決定的，因此，凡是影響上述種群特征的因素，都

7、會引起種群數(shù)量的變化,人為+環(huán)境因素,種群的出生率、死亡率、遷出和遷入率,種群數(shù)量的變化,影響種群數(shù)量變化的因素,1在下列圖中，表示種群在無環(huán)境阻力狀況下增長的是,B,2、種群的指數(shù)增長（J型）是有條件的，條件之一是 A在該環(huán)境中只有一個種群 B該種群對環(huán)境的適應(yīng)比其他種群優(yōu)越得多 C環(huán)境資源是無限的 D環(huán)境資源是有限的,C,當(dāng)堂訓(xùn)練：,增長速度越來越快,增長速度v (個/20min),2,4,8,16,32,64,128,256,512,4-2=2,4,8,16,32,64,128,256,增長率r (個/20min個),增長率穩(wěn)定,(4-2)/2 =1,1,1,1,1,1,1,1,100,

8、200,300,400,500,600,20,40,60,80,100,180,時間,0,實(shí)例1：澳大利亞本來并利沒有兔子。 1859年，24只歐洲野兔從英國被帶到了澳大亞。這些野兔發(fā)現(xiàn)自己來到了天堂。因?yàn)檫@里有茂盛的牧草，卻沒有鷹等天敵。這里的土壤疏松，打洞做窩非常方便。于是，兔子開始了幾乎不受任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子的數(shù)量達(dá)到6 億只以上，遍布整個大陸。,二、種群增長的“J”型曲線:,澳大利亞野兔能指數(shù)增長的特殊原因是什么呢？,沒有天敵。,充足的食物。,廣闊的生活空間。,思考1：,20世紀(jì)30年代，人們將環(huán)頸雉引入美國華盛頓州的一個海島。19371942年間數(shù)量增長：,200

9、0年世界人口增長曲線,我國10001990年人口數(shù)量變化,“J”型增長的數(shù)學(xué)模型: 在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等條件下，種群的數(shù)量以一定的倍數(shù)增長，如果第一年數(shù)量為No,第二年的數(shù)量是第一年的倍，則t年以后的種群數(shù)量公式為：,Nt=No,t,在有限的資源和空間的條件下， 種群又是怎樣增長的呢 你能否預(yù)測它的變化,?,?,高斯實(shí)驗(yàn)：生態(tài)學(xué)家曾經(jīng)做過這樣一個實(shí)驗(yàn)：在0.5 mL培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，然后每隔24 h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出了如上圖所示的結(jié)果。從上圖可以看出，大草履蟲在這個實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下的最大種群數(shù)量是375個，這就是該實(shí)驗(yàn)種群的K值。,（1）問題

10、探討：,“S”型曲線：種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量 曲線。,該實(shí)驗(yàn)中在第 天時增長率最快。,環(huán)境容納量（又稱 ）：在環(huán)境條件 的情況下，一定空間中所能維持的種群的最大的數(shù)量稱為環(huán)境容納量。,趨于穩(wěn)定,2、3,K值,不受到破壞,k/2,種群增長的“J”型曲線,理想條件： 1、在食物和空間氣候條件都適宜、沒有敵害等 2、實(shí)驗(yàn)室條件下 3、外來物種遷入新環(huán)境初期 4、無環(huán)境阻力,種群增長的 “J”型曲線,在大自然中,食物、空間有限,種內(nèi)斗爭,天敵捕食,環(huán)境阻力,、,“J”型增長能一直持續(xù)下去嗎？,0,100,200,300,400,1,2,3,4,5,6,時間/天,酵母數(shù),環(huán)境阻力,K值:環(huán)境容納

11、量,種群增長的“S”型曲線,在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量。,t0 t1 t2,種群數(shù)量為K/2,增長速率,K值：,家鼠繁殖力極強(qiáng)，善于打洞，偷吃糧食，傳播疾病危害極大，應(yīng)該采取哪些措施控制家鼠數(shù)量？,有害生物的控制,時間,種群數(shù)量,1.減少數(shù)量,機(jī)械捕殺 藥物捕殺,時間,種群數(shù)量,1.減少數(shù)量,機(jī)械捕殺 藥物捕殺,J型,環(huán)境阻力,時間,種群數(shù)量,K值,2.增大環(huán)境阻力降低環(huán)境容納量,K值,J型,環(huán)境阻力,時間,種群數(shù)量,2.增大環(huán)境阻力降低環(huán)境容納量,1.減少數(shù)量：機(jī)械捕殺、藥物捕殺,哪種措施較能從實(shí)質(zhì)上解決問題?,2.增大環(huán)境阻力降低環(huán)境容納量：

12、 養(yǎng)殖或釋放天敵、打掃衛(wèi)生、 硬化地面、將食物儲存在安全處,3.降低繁殖率等,在漁業(yè)捕撈問題上，人們總是希望捕到更多的魚。如果捕撈量長期過高,種群的數(shù)量會發(fā)生什么樣的變化呢? 我們應(yīng)該怎樣來確定合適的捕撈量 才能即不危機(jī)魚類 種群的持續(xù)發(fā)展,又 能獲得較高的魚產(chǎn)量?,課堂討論,1.捕撈量的確定:,K/2,捕撈量K/2值。 這樣既有利于種群的可持續(xù)發(fā)展， 又可獲得較大收益。,在現(xiàn)實(shí)的生態(tài)系統(tǒng)中，種群數(shù)量除增長外，還有沒有其他變化？,種群數(shù)量的變化增長、波動和下降,種群數(shù)量的變化增長、波動和下降,種群的數(shù)量是由出生率和死亡率、遷入率和遷出率決定的，因此，凡是影響上述種群特征的因素，都會引起種群數(shù)量

13、的變化,人為+環(huán)境因素,種群的出生率、死亡率、遷出和遷入率,種群數(shù)量的變化,影響種群數(shù)量變化的因素,培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型。,培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化,探究,1 、實(shí)驗(yàn)原理：,（1）1、酵母菌屬 細(xì)胞的 核生物， 酵母菌屬兼性厭氧型微生物，有氧時產(chǎn)生 ,無氧時產(chǎn)生 。,（2）用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌，種群的增長受培養(yǎng)液的 等因素的影響。,（3）在理想的無限環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈 曲線，在有限的環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈 曲線.,CO2+酒精,CO2 +H2O,成分、空間、PH、溫度,“J”型,“S”型,2

14、、提出問題:,培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量是怎樣隨時間變化的？,3、作出假設(shè):,酵母菌種群數(shù)量呈“J”型增長。,酵母菌種群數(shù)量呈“S”型增長。,單,真,自變量,4、討論探究思路,怎樣進(jìn)行酵母菌的計(jì)數(shù)?,抽樣檢測法 血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)法,吸取培養(yǎng)液計(jì)數(shù)前,要將試管震蕩幾次,為什么?,使液體中的酵母菌數(shù)量均勻分布，減少誤差。,本探究需要設(shè)置對照嗎?請說明理由.,不需要，因?yàn)樽陨砬昂笮纬蓪φ铡?需要做重復(fù)實(shí)驗(yàn)嗎?,需要,如果一個方格內(nèi)酵母菌過多,難以數(shù)清,應(yīng)采取怎樣的措施?,稀釋培養(yǎng)液后再計(jì)數(shù),對于壓在方格界線上的酵母菌,應(yīng)當(dāng)怎樣計(jì)數(shù)?,應(yīng)計(jì)上不計(jì)下，計(jì)左不計(jì)右的酵母菌,計(jì)數(shù)室,計(jì)數(shù)室（中間大方格）的長和寬各

15、為1mm，深度為0.1mm，其體積為_mm3 ，合_mL。,1mm,0.1,110-4,血球計(jì)數(shù)板,載玻片,蓋玻片,計(jì)數(shù)室,正面圖,B 側(cè)面圖,計(jì)數(shù)室,計(jì)數(shù)室分為25中格（雙線邊）,每一中格又分為16小格,計(jì)數(shù)室是由_個小格組成,2516=400,如何計(jì)數(shù)？,1mL培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量=,平均每個中格酵母細(xì)胞數(shù)25104,稀釋倍數(shù),A1,A2,A5,A3,A4,2實(shí)驗(yàn)流程,4、討論探究思路,怎樣進(jìn)行酵母菌的計(jì)數(shù)?,抽樣檢測法 血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)法,吸取培養(yǎng)液計(jì)數(shù)前,要將試管震蕩幾次,為什么?,使液體中的酵母菌數(shù)量均勻分布，減少誤差。,本探究需要設(shè)置對照嗎?請說明理由.,不需要，因?yàn)樽陨砬昂笮纬蓪φ铡?/p>

16、,需要做重復(fù)實(shí)驗(yàn)嗎?,需要,如果一個方格內(nèi)酵母菌過多,難以數(shù)清,應(yīng)采取怎樣的措施?,稀釋培養(yǎng)液后再計(jì)數(shù),對于壓在方格界線上的酵母菌,應(yīng)當(dāng)怎樣計(jì)數(shù)?,應(yīng)計(jì)上不計(jì)下，計(jì)左不計(jì)右的酵母菌,(3)結(jié)果記錄最好用記錄表,如下: (4)每天計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量的時間要固定。 (5)培養(yǎng)和記錄過程要尊重事實(shí),不能主觀臆造。,增長曲線的總趨勢：,四實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：,開始時培養(yǎng)液的營養(yǎng)充足，空間充裕，條件適宜，因此酵母菌大量繁殖，種群數(shù)量劇增，隨著酵母菌數(shù)量的不斷增多，營養(yǎng)消耗，pH變化等，使生存條件惡化，酵母菌死亡率高于出生率，種群數(shù)量下降。,影響酵母菌種群數(shù)量的因素：,先增加再降低。,原因：,可能有養(yǎng)料、溫度、p

17、H空間及有害代謝廢物等。,封閉環(huán)境中的種群數(shù)量變化模型 在封閉環(huán)境中，無外源物質(zhì)和能量的補(bǔ)充，種群數(shù)量達(dá)到最大值后隨資源的消耗和有害物質(zhì)的積累，最終K值不斷降低，種群數(shù)量減少甚至消亡。如恒定容積培養(yǎng)液中酵母菌的增長曲線(如圖所示)。,1下列有關(guān)種群增長的S型曲線的敘述，錯誤的是 A通常自然界中的種群增長曲線最終呈S型 B達(dá)到K值時種群增長率為零 C種群增長受自身密度的影響 D種群的增長速度逐步降低,D,5、如果種群處在一個理想的環(huán)境中，沒有資源和空間的限制，種群內(nèi)個體的增長曲線是 ，用達(dá)爾文進(jìn)化的觀點(diǎn)分析，這是由于生物具有 的特征。如果將該種群置于有限的環(huán)境中，種群的數(shù)量增長曲線是 ，用達(dá)爾文

18、進(jìn)化觀點(diǎn)分析，圖中陰影部分表示 影響種群密度的因素有 。,A,過度繁殖,B,通過生存斗爭被淘汰的個體數(shù)量,出生率、死亡率、遷入、遷出、性別比、年齡組成、氣候、食物、天敵、人類活動等,6下圖是某一動物物種遷入一個適宜環(huán)境后的增長曲線圖，請回答： （l）圖中的增長曲線是 形，表示K值的一點(diǎn)是 _。 （2）圖中表示種群增長速度最快的階段是 ？ （3）遷入種群第2年后，增長明顯加快的原因主要是_。 （4）第8年后，種群數(shù)量 趨于穩(wěn)定，阻礙種群繼續(xù) 增長環(huán)境因素主要有哪些：_,食物減少，天敵增加,s,d,b,食物充足又無天敵,第 1 天,第 3 天,第 6 天,第 7 天,死亡,8、結(jié)果預(yù)測,1）總趨勢

19、：先增加后下降 2）分析： 開始時培養(yǎng)液中營養(yǎng)充足、空間充裕、條件適宜，酵母菌大量繁殖，種群數(shù)量劇增。 隨著營養(yǎng)消耗、pH變化、代謝產(chǎn)物的積累，使條件惡化，使酵母菌的死亡率增加。,？,？,？,中格個數(shù)數(shù)即樣方數(shù),兩個計(jì)數(shù)室,酵母菌是兼性厭氧型微生物 實(shí)驗(yàn)步驟：配制培養(yǎng)基 滅菌 接種 培養(yǎng) 計(jì)數(shù),實(shí)驗(yàn) 探究培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量的動態(tài)變化,血球計(jì)數(shù)板的構(gòu)造及其基本使用,1實(shí)驗(yàn)原理 (1)用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌，種群的增長受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響。 (2)在理想的無限環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈“J”型曲線；在有限的環(huán)境下，酵母菌種群的增長呈“S”型曲線。,二 . 酵母菌計(jì)數(shù)方法：抽

20、樣檢測法。 先將蓋玻片放在計(jì)數(shù)室上，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。多余培養(yǎng)液用濾紙吸去。稍待片刻，待細(xì)菌細(xì)胞全部沉降到計(jì)數(shù)室底部，將計(jì)數(shù)板放在載物臺的中央，計(jì)數(shù)一個小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量，再以此為根據(jù)，估算試管中的酵母菌總數(shù)。,2實(shí)驗(yàn)流程,3基本技術(shù)要求 (1)顯微鏡計(jì)數(shù)時，對于壓在小方格界線上的酵母菌，應(yīng)遵循“數(shù)上線不數(shù)下線，數(shù)左線不數(shù)右線”的原則計(jì)數(shù)。 (2)從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)前，需將試管輕輕振蕩幾次，目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布，減小誤差。 (3)結(jié)果的記錄最好用記錄表。 (4)每天計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量的時間要固定。 (5)溶液要進(jìn)行定量稀釋。 (6)計(jì)算1 mL菌液的數(shù)量。,(3)結(jié)果記錄最好用記錄表,如下: (4)每天計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量的時間要固定。 (5)培養(yǎng)和記錄過程要尊重事實(shí),不能主觀臆造。,增長曲線的總趨勢：,四實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：,開始時培養(yǎng)液的營養(yǎng)充足，空間充裕，條件適宜，因此酵母菌大量繁殖，種群數(shù)量劇增，隨著酵母菌數(shù)量的不斷增多，營養(yǎng)消耗，pH變化等，使生存條件惡化，酵母菌死亡率高于出生率，種群數(shù)量下降。,影響酵母菌種群數(shù)量的因素：,先增加再降低。,原因：,可能有養(yǎng)料、溫度、pH空間及有害代謝廢物等。,封閉環(huán)境中的種群數(shù)量變化模型 在封閉環(huán)境中，無外源物質(zhì)和能量的補(bǔ)充，種群數(shù)量達(dá)到最大值后隨資源的消耗和有害物質(zhì)的積累，最終K值不斷降