1、第四章种群和群落,第2节 种群数量的变化,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20min就通过分裂繁殖一代。,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1、填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为min）产生后代的数量。,2n代细菌数量Nn的计算公式是：Nn 372小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？,1n,解：n min xhmin,Nn1n ,4.在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公式增长吗？如何 验证你的观点？(细菌数量不会永远按这个公式增长。可以用实验计数法来验证),一、建构种群增长模型的方法,1.数学模型
2、：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式,数学模型的表现形式可以为公式、图表等形式。,4.数学模型建构的步骤,2.数学模型的表现形式:,数学方程式,曲线图,3.建构数学模型的意义:,描述、解释和预测种群数量的变化。,数学模型的建构步骤：,研究实例,研究方法,细菌每20min分裂一次,在资源和空间无限多的环境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响,Nn=2n N代表细菌数量，n表示第几代,观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正,4、以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的数量增长曲线。,曲线图与数学方程式比较，有哪些优缺点？,曲线图： 直观，但不够精确。 数学公式： 精确，
3、但不够直观。,2,4,8,16,32,64,128,256,512,增长速率v (个/20min)， 即(末数-初数）/单位时间,4-2=2,4,8,16,32,64,128,256,增长速率越来越快,增长速度越来越快,增长速度v (个/20min)，即(末数-初数）/单位时间,2,4,8,16,32,64,128,256,512,4-2=2,4,8,16,32,64,128,256,增长率r (个/20min个),即 (末数-初数）/初数100%,增长率稳定,(4-2)/2 =1,1,1,1,1,1,1,1,0,实例1：澳大利亚本来并没有兔子。 1859年，24只欧洲野兔从英国被带到了澳大利
4、亚。这些野兔发现自己来到了天堂。因为这里有茂盛的牧草，却没有鹰等天敌。这里的土壤疏松，打洞做窝非常方便。于是，兔子开始了几乎不受任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子的数量达到6 亿只以上，遍布整个大陆。漫山遍野的野兔与牛羊争食牧草，啃啮树皮，造成植被破坏，导致水土流失。后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。,二、种群增长的“J”型曲线:,实例二：凤眼莲原产于南美，仅以一种观赏性植物零散分布，1844年在美国的博览会上曾被喻为“美化世界的淡紫色花冠”。自此以后凤眼莲被作为观赏植物引种栽培。1901年作为花卉引入中国，30年代作为畜禽饲料引入中国内地各省，并作为观赏和净化水质的植物推
5、广种植，后逃逸为野生。由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌 ，在我国南方江河湖泊中发展迅速，目前我国有这种凤眼莲184万吨，成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。,实例三：在20世纪30年代，人们将环颈雉引入美国的一个岛屿。在19371942年期间，这个种群数量的增长如下图所示。,如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致呈什么型？,澳大利亚野兔能指数增长的特殊原因是什么呢？ 。,没有天敌。,充足的食物。,广阔的生活空间,气候适宜,思考1：,来自生物（必修本）第二册,2000年世界人口增长曲线,我国10001990年人口数量变化,二、种群增长的“J”型曲线,产生条件：,
6、理想状态食物充足，空间不限，气候适宜，没有天敌等；,增长特点：,种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的倍。,量的计算：t年后种群的数量为,Nt=N0 t,（N0为起始数量， t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，为年均增长率）,例子：实验室条件下、外来物种入侵、迁移入新环境。,问题探讨,在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公式增长吗？为什么？如何验证这个观点？,不会。原因是资源和空间是有限的。,高斯实验：生态学家曾经做过这样一个实验：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，得出了如上图所示的结果。从上图可以看出，大草履虫在这个实
7、验环境条件下的最大种群数量是375个，这就是该实验种群的K值。,思考： 1、曲线形状象什么？其种群达到基本稳定的数量值称为什么？,“S”型曲线,2、大草履虫数量增长过程如何？,三、种群增长的“S”型曲线,K值,K值,种群增长逐渐减慢,种群数量大于K/2值时，,K值,种群数量达到K值时，,种群增长停止,种群数量在 K/2值时，,种群增长最快,种群数量小于K/2值时，,种群增长逐渐加快,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,（1）问题探讨：,“S”型曲线：种群经过一定时间的增长后，数量 曲线。,该实验中在第 天时增长速率最快。,环境容纳量（又称
8、 ）：在环境条件 的情况下，一定空间中所能维持的种群的最大的数量称为环境容纳量。,趋于稳定,2、3,K值,不受到破坏,k/2,0,100,200,300,400,1,2,3,4,5,6,7,时间/天,酵母数,环境阻力,食物不足 空间有限 种内斗争 天敌捕食 气候不适 寄生虫 传染病等,K值:环境容纳量,（2）种群的“S”型增长到K值后不再继续增加的原因： 内因是： 外因是：,种群的出生率和死亡率、迁入和迁出率相等,自然界的资源和空间是有限的,种群增长的“J”型曲线,种群增长的“S”型曲线,在食物（养料）和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群的数量往往会连续快速增长.,在食物（养料
9、）和空间等有限的条件下，种群数量呈现S型增长趋势.,K/2,种群增长的“J”型曲线,种群增长的“S”型曲线,N0:该种群的起始 数量 :种群数量是一 年前的倍数,K值：环境容纳量,k/2处：种群增长 速度最快,种群增长的“J”型曲线,种群增长的“S”型曲线,种群增长的 “J”型曲线,种群增长的 “S”型曲线,（ +1）,（切线斜率）,在现实的生态系统中，种群数量除增长外，还有没有其他变化？,在现实的生态系统中，种群数量除增长外，还有没有其他变化？,在现实的生态系统中，种群数量除增长外，还有没有其他变化？,在现实的生态系统中，种群数量除增长外，还有没有其他变化？,用达尔文的观点分析“J”、“S”
10、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；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？,种群数量达到K值后，都能在K值保持稳定吗？,四、种群数量的波动和下降,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。,东亚飞蝗种群数量的波动,种群的数量是由出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定的，因此，凡是影响上述种群特征的因素，都会引起种群数量的变化。,环境因素,种群的出生率、死亡率、迁出和迁入率,种群数量的变化,影响种群数量变化的
11、因素,家鼠繁殖力极强，善于打洞，偷吃粮食，传播疾病危害极大，应该采取哪些措施控制家鼠数量？,有害生物的控制,老鼠,机械捕杀,施用激素,药物捕杀,施用避孕药,养殖或释放天敌,将食物储存在安全处,降低 繁殖率,减少数量,增大环境阻力 降低环境容纳量,打扫卫生,硬化地面,时间,种群数量,1.减少数量,机械捕杀 药物捕杀,时间,种群数量,1.减少数量,机械捕杀 药物捕杀,J型,环境阻力,时间,种群数量,K值,2.增大环境阻力降低环境容纳量,K值,J型,环境阻力,时间,种群数量,2.增大环境阻力降低环境容纳量,1.减少数量：机械捕杀、药物捕杀,哪种措施较能从实质上解决问题?,2.增大环境阻力降低环境容纳
12、量： 养殖或释放天敌、打扫卫生、 硬化地面、将食物储存在安全处,3.降低繁殖率等,课堂讨论,A. 大熊猫食性单一、繁殖率低、生活在海拔较高的山岭里，活动范围需求广。试分析大熊猫数量日益减少的原因?你能提出保护大熊猫措施吗？,大熊猫数量日益减少的原因？,自身繁殖率低 食性单一 气候变迁 栖息地的丧失等,保护大熊猫的措施？,提高繁殖率, 建立自然保护区，给大熊猫更宽广的 生活空间，保护环境，改善她们的栖 息环境，帮助减少其环 境阻力从而提高环境容 纳量，是保护大熊猫的 根本措施。,C.在渔业捕捞问题上，人们总是希望捕到更多的鱼。如果捕捞量长期过高,种群的数量会发生什么样的变化呢? 我们应该怎样来确
13、定 合适的捕捞量才能 即不危机鱼类种群 的持续发展,又能获 得较高的鱼产量?,课堂讨论,种群数量的恢复需较长时间。如果外界的环境发生剧烈变化，种群还有可能绝灭.,1.如果长期过度捕捞:,2.捕捞量的确定:,K/2,在S型曲线中，种群数量达到K/2时，种群增长速率最大，资源再生能力最强。保证捕捞或利用后，种群数量不得低于K/2。这样既可获得最大利用量，获得较大收益，又可有利于种群的可持续发展，保持种群高速增长。,（1）有利于野生生物资源的合理利用及保护。,（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，为害虫的预测及防治提供科学依据。,
14、五研究种群数量变化有何意义？,（4）有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。,云豹的保护,苍鹭的保护,野猪的保护,救护被困的鲸鱼,全力防蝗减灾,培养液中酵母菌种群数量的变化,问题：培养液中酵母菌种群的数量随时间如何变化？ 假设：,探究：,实验步骤：1、配制马铃薯培养液，分装到7只试管，消毒灭菌2、分别接种酵母菌，恒温培养3、每隔24小时取样统计酵母菌数量，连续7天4、记录数据并绘制曲线,培养液中酵母菌种群的数量先连续增加，后来逐渐下降,有关问题：,怎样对酵母菌计数？ 若一个小方格中酵母菌过多，难以数清，该怎么办？对于压在小方格界线上的酵母菌该如何处理？该如何设计记录表格？ 从试管中吸出培养液前为什么
15、需震荡试管？是否需要重复实验？,先将培养液稀释，然后再取样计数,需要，提高准确率,只记相邻两条边及夹角处个体,使酵母菌分布均匀，取样准确,酵母菌出芽生殖,酵母菌的新陈代谢类型:兼性厌氧型,无氧呼吸,有氧呼吸,实验步骤： （1）取培养液10毫升加入到试管中，先通过显微镜观察，估算出10毫升培养液中酵母菌的初始数量（N。）。 注意，从试管中吸取培养液进行计数之前，先将试管振荡几次，这样求得的培养液中的酵母菌数量误差 。 （2）每天定时观察记录数值，对于观察时压在小方格界限上的酵母菌应取 记数。 （3）以 为横坐标，酵母菌的数量为纵坐标，绘制 结果分析：酵母菌在培养液中开始呈 增长，经过一定时间的增
16、长后，数量趋于稳定，呈 增长。,最小,平均值,时间,种群增长曲线,“J”型,“S”型,如果种群处在一个理想的环境中，没有资源和空间的限制，种群内个体的增长曲线是 ，用达尔文进化的观点分析，这是由于生物具有 的特征。如果将该种群置于有限的环境中，种群的数量增长曲线是 ，用达尔文进化观点分析，图中阴影部分表示 。 影响种群密度的因素 有 。,A,过度繁殖,B,通过生存斗争被淘汰的个体数量,出生率、死亡率、迁入、迁出、性别比、年龄组成、气候、食物、天敌、人类活动等,随堂练习,在一个相对封闭的小型牧场内，迁入一小群绵羊，8年后发展到500只左右，这个羊群数量会 A、维持在一个水平上 B、不断下降 C、
17、缓慢上升 D、迅速上升,A,下列因素能引起种群密度增大的有。A、种群中幼年个体增多 B、种群性别比例改变 C、环境中温度条件适宜 D、种群中幼年个体减少 E、环境中天敌增多 F、寄生生物减少, F,“食人鱼”是一种肉食鱼，一旦进入自然生态水域，就会造成严重的生态灾难。假如该物种进入湖泊生态系统，以下哪种曲线能准确表达其种群数量变化的特点, B C D,A,基础题：1. 在食物充足、空间广阔、气候适宜、没有天敌等优越条件下，种群可能会呈“J”型增长。例如，澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马种群进行过长达14年的研究，发现在环境条件较好的年份，种群数量增长迅速，表现出季节性的“J”型增长。在有限的环境中，如果种群的初始密度很低，种群数量可能会出现迅速增长。随着种群密度的增加，种内竞争就会加剧，因此，种群数量增加到一定程度就会停止增长，这就是“S”型增长。例如，栅列藻、小球藻等低等植物的种群增长，常常具有“S”型增长的特点。,2.提示：（1）以年份为横坐标，种群数量为纵坐标，根据表中数字画曲线。（2）食物充足，没有天敌，气候适宜等。（3）作为食物的植物被大量吃掉，导致食物匮乏；自然灾害等。拓展题这是涉及最大持续产量的问题。关于最大持续产量，可以查阅生态学专著。还可以请教有经验的人或访问相关网站，了解单位面积水面应放养的鱼的数量。,
