1、第2节 种群数量的变化,一、建构种群增长模型的方法 二、种群增长的“J”型曲线 三、种群增长的“S”型曲线 四、种群数量的波动和下降,细菌无处不在,细菌在繁殖过程中，种群数量是如何变化的呢？,问题探讨,在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20分钟就通过分裂繁殖一代。,任务1：请计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（教材P66）,任务2：用公式表示出第n代的细菌数量Nn （20min时为第一代）,2 4 8 16 32 64 128 256 512,Nn=12n （N表示细菌数量，n表示繁殖代数）,任务3：利用表格中的数据画出细菌种群的增长曲线（教材P66
2、）,曲线图与数学方程式比较，优缺点？,曲线图：直观，但不够精确。,方程式：精确，但不够直观。,一、研究种群数量变化的方法构建数学模型,1、概念：用来描述一个系统或它的性质的数学形式,2、类型：,数据分析表格式,坐标式（曲线图、柱状图）,7,一、建构种群增长模型的方法,1、观察研究对象，提出 问题,细菌每20分钟分裂一次， 问题：细菌数量怎样变化的？,2、提出合理的假设,在资源和空间无限多的环境中，细菌种群的增长不受种群密度增加的影响,3、根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达,4、通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正,观察、统计细菌的数量，对自己所建立的模型进行检验或修正,
3、建立数学模型一般包括以下步骤：,试一试,（用公式表示，不必计算具体结果）,以上讨论的是在实验条件下，种群的数量变化，自然界中的种群其数量变化有没有类似的情况呢？,实例一：澳大利亚野兔,1859年，一个英格兰的农民带着24只野兔，登陆澳大利亚并定居下来，但谁也没想到，之后的一个世纪里，这个澳洲“客人”的数量呈指数增长，达到6亿只之多。,实例二: 20世纪30年代,人们将环颈雉引入美国的一个岛屿，此后环颈雉的增长如上图。,实例三：凤眼莲（水葫芦）,凤眼莲原产于南美，1901年作为花卉引入中国.由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌，我国目前有184万吨.它对其生活的水面采取了野蛮的封锁策略，挡住阳
4、光，导致水下植物得不到足够光照而死亡. 凤眼莲成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一 。,实例四：世界人口增长曲线,自然界确有类似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”型。,（2）数量变化特点：,种群每年以一定的倍数增长,(3)适用范围：,实验室营养充分的条件下 当种群刚迁入到一个新的、适宜环境的早期阶段,（1）形成原因：,理想状态食物充足 ， 空间不限，气候适宜，没有天敌等（不存在环境阻力）,二、种群增长的“J”型曲线,(4)数学方程式模型：,Nt = N0 t,模型假设：假设1：理想状态假设2：后一年的数量始终是前一年的倍
5、。,二、种群增长的“J”型曲线,Nt表示t年后该种群的数量 N0为种群的起始数量 表示该种群数量是一年前种群数量的倍数 t为时间,（5）种群增长率：指单位时间内净增加的个体数占原个体数的比率,计算公式:种群第t年的增长率:,种群年增长率随时间变化的曲线：,增长率=（现有个体数原有个体数）/原有个体数,二、种群增长的“J”型曲线,19,（6）种群增长速率：指单位时间内新增加的个体数,计算公式: 种群第t年的平均增长速率,个/年,=N0t1（1）个/年,种群年均增长速率随时间变化的曲线：,增长速率=（现有个体数原有个体数）/增长时间,二、种群增长的“J”型曲线,20,思考：当1,=1,01,=0时
6、，种群的数量变化分别会怎样？(表示该种群数量是一年前种群数量的倍数),1：种群数量呈“J”型增长,=1：种群数量不增长,01：种群数量下降,=0：种群灭亡,二、种群增长的“J”型曲线,21,问题探讨,“J”型曲线能一直持续下去吗？ 如何验证这个观点？,生态学家高斯曾经做过这样一个实验：在0.5ml培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24h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。,（2）数量变化特点：,种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定（稳定于“K值”）,（3）适用范围：,资源和空间有限的种群（自然种群）,（1）形成原因：,资源和空间有限等(存在环境阻力）,三、种群增长的“
7、S”型曲线,环境阻力,自然条件（现实状态）食物等资源和空间总是有限的，种群密度越大，种内斗争和种间竞争越剧烈，捕食者数量越多，导致该种群的出生率降低，死亡率增高。,当出生率与死亡率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平。,24,三、种群增长的“S”型曲线,K值：在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量称为环境容纳量。,K/2,a,b,c,(4)数学模型（曲线图）：,25,三、种群增长的“S”型曲线,（5）种群增长率随时间变化的曲线：,增长率=（现有个体数原有个体数）/原有个体数,增长速率=（现有个体数原有个体数）/增长时间,（6）种群增长速率随时间变化的曲线：,
8、三、种群增长的“S”型曲线,27,1. 乙图0g相当甲图b点之前，种群数量增长速率逐渐增加。,g,h,K,K/2,a,b,c,甲,（K）,2. g 点相当甲中b，种群数量增长速率最大。,3. 乙图g-h相当甲图b-c，种群数量增加，但增长速率逐渐减少。,4. h 点相当甲中K，种群数量增长速率为0，种内斗争最激烈。,时间,28,思考讨论,K值的应用 a.野生生物资源保护：保护野生生物生活环境，减小环境阻力，增大K值。 b.有害生物的防治：增大环境阻力(如为防鼠害而封储粮食、清除生活垃圾、保护鼠的天敌等)，降低K值。,1、对保护大熊猫应采取什么措施才会事半功倍？,建立自然保护区，改善大熊猫栖息环
9、境，提高K值。,29,K/2的应用 a.资源开发与利用：种群数量达到K/2时，种群增长速率最大，再生能力最强；对养殖的生物进行捕捞(捕获)时，捕捞后的种群数量要维持在K/2处，以保证持续获取高产量。 b.有害生物防治：务必及时控制种群数量，严防达到K/2处，甚至在a点以前就应采取相应措施。,2、对家鼠等有害动物的控制，从环境容纳量的角度看，应当采取什么措施？,增大环境阻力，降低环境容纳量（如封储粮食，清除生活垃圾，养殖它们天敌）；降低K值。,四比较种群增长两种曲线的联系与区别,环境资源无限,环境资源有限,保持稳定,不断下降,无，持续保持增长,有K值,环境阻力,K值：环境容纳量,食物不足 空间有
10、限 种内斗争 天敌捕食 气候不适 寄生虫 传染病等,不断增大,先增大后减小直至0,31,用达尔文的观点分析“J”、“S”曲线,1、“J”型曲线用达尔文的观点分析表明生物具有过度繁殖的特性。 2、图中阴影部分表示：环境阻力，种群密度越大 环境阻力越大 3、用达尔文的观点分析指：通过生存斗争被淘汰的个体数量，也即代表自然选择的作用。,“J”型曲线表明生物具有什么特性？图中阴影部分表示什么？,答案是否定的，这个问题可以从两个方面来理解： “S”型增长曲线的种群增长率是下降，而“J”型增长曲线的种群增长率始终保持不变。 “J”型增长曲线是一种理想条件下的种群数量增长曲线，如有些种群迁入一个食物和空间条
11、件充裕、气候适宜、没有敌害的理想环境，迁入后种群数量马上就会呈指数形式增长，不存在适应过程；而“S”型增长曲线的前段是种群对新环境的一个适应阶段，始终存在环境阻力。,思考：“S”型增长曲线的开始部分是不是“J”型增长曲线？,33,大多数种群的数量总是在波动之中的;在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡,五 种群数量的波动和下降,自然因素：食物、气候、空间、传染病、天敌等,人为因素：人类的活动,人为控制（家禽，畜牧）,捕杀野生动物,滥砍乱阀,环境破坏影响生物生存,34,六、研究种群数量变化的意义,1、为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导 。（合理利用和保护野生生物资源）既要使生物资源的产量
12、达到最大，又不危害生物资源的可持续发展，砍伐、捕捞、狩猎后，保证种群的增长速率为最大值。 2、为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。 3、通过研究种群数量变动规律，为有害生物的预测及防治提供科学依据。 （为防治有害生物提供科学依据）降低环境的负荷量（K值）。如鼠害防治可通过严密封存粮食、清除生活垃圾、保护老鼠的天敌等措施来降低K值。 4、为引进外来物种提供理性的思考。必须考虑所引入的外来物种是否会构成对原来物种的危害，即是否会构成生物入侵。 5、有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。（拯救和恢复濒危动物种群）,35,培养液中酵母菌种群数量的变化,探究,36,从试管中吸出培养液进行计数之前，建议你将试管轻轻振荡几次。这是为什么？2. 本探究需要设置对照吗？如果方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取怎样的措施？,目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，以保证估算的准确性，减少误差。,不需要，只要分组实验，获得平均数值即可。 稀释,37,5个中方格酵母菌总数是A，求得每个方格的平均值再乘以25，就得出一个大方格的总菌数，然户再换算成10ml菌液中的总菌数。设5个中方格总菌数为A，菌液稀释倍数为B，则0.1mm3中得总菌数为（A/5）25 B。1ml=1cm3=1000mm3,10ml菌液的总菌数=（A/5）25 B 100000 =5 105 A B,
