第二節(jié) 種群數(shù)量的變化 公開課解讀

1、1 2 問題探討問題探討 在營養(yǎng)和生存空間營養(yǎng)和生存空間 沒有限制的情況下， 某種細菌每20min就 通過分裂繁殖一代。 時間（min ） 細胞數(shù) 0 20 40 60 80 100 1 分裂 32 2 4 8 16 時間（min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分裂次數(shù) 數(shù)量（個） 數(shù)量（個） 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1、填寫下表：計算一個細菌在不同時間（單位為 min） 產(chǎn)生后代的數(shù)量。 2n代細菌數(shù)量Nn的計算公式是： 372小時后，由一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少？ Nn n n mi

2、n xhmin Nnn 22 21 23 24 25 26 27 28 29 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分鐘 細菌種群增長曲線 細菌數(shù)量 4 4、以時間為橫坐標，細菌數(shù)量為縱坐標， 畫出細菌的數(shù)量增長曲線。 0 100 200 300 400 500 600 020406080100 120 140 160 180 200 分鐘 細菌種群增長曲線 細菌個數(shù) 曲線大致呈什么型 曲線呈“J” 型 7 細菌數(shù)量 曲線圖與數(shù)學(xué)方程式比較， 有哪些優(yōu)缺點？ 曲線圖： 直觀，但不夠精確。 數(shù)學(xué)方程式: 精確，但不夠直觀。 Nn n 8 描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化，

3、常常 需要建立數(shù)學(xué)模型。 1. 概念：是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的 數(shù)學(xué)形式 2.數(shù)學(xué)模型 4. 數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的步驟 一、建構(gòu)種群增長模型的方法一、建構(gòu)種群增長模型的方法 曲線圖 數(shù)學(xué)方程式 1、觀察研究對象，提出 問題 細菌每20分鐘分裂一次， 問題：細菌數(shù)量怎樣變化的？ 2、提出合理的假設(shè) 在資源和空間無限多的環(huán)境中， 細菌種群的增長不受種群密度增 加的影響 3、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適 當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性 質(zhì)進行表達 列出表格，根據(jù)表格畫曲線，推 導(dǎo)公式 4、通過進一步實驗或觀 察等，對模型進行檢驗或 修正 觀察、統(tǒng)計細菌的數(shù)量，對自己 所建立的模型進行檢驗或修正 建立數(shù)學(xué)模型一般包括以

4、下步驟： Nn n 一、建構(gòu)種群增長模型的方法一、建構(gòu)種群增長模型的方法 細菌的數(shù)量個 理想條件下細菌數(shù)量增長的推測 在自然界中，種群數(shù)量的變化是這樣的嗎 實例一實例一：1859年，一位英國人來到澳大利亞定居， 他帶來了24只野兔。讓他沒有想到的是，一個世 紀之后，這24只野兔的后代竟達到6億只以上。漫 山遍野的野兔與牛羊爭食牧草，啃嚙樹皮，造成植 被破壞，導(dǎo)致水土流失。后來，人們引入了黏液瘤 病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。 實例二實例二：在20世紀30年代，人們將環(huán)頸雉引入美 國的一個島嶼。在19371942年期間，這個種群 數(shù)量的增長如下圖所示。 曲線大致呈什么型 曲線呈“J” 型 13 在

5、理想環(huán)境下種群數(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”型 二、種群增長的“J”型曲線 14 模型假設(shè)： 在食物和空間條件充裕、氣候適宜、敵害 等條件下， 種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年的 數(shù)量是第一年的倍。 二二“J”“J”型增長的數(shù)學(xué)模型型增長的數(shù)學(xué)模型 建立模型：t年后種群數(shù)量為： 理想條件 Nt=N0 t 種群起始數(shù)量 t年后種群數(shù)量 種群數(shù)量是前1年的倍數(shù) 時間(年） 15 種群的增長率隨時間如何變化 實驗室條件下 遷移入新環(huán)境 例子： 二“J”型增長的數(shù)學(xué)模型 Nt=N0 t 時間 數(shù)量 增長率指新增加的個體數(shù)占原來個體數(shù)的比例

6、。 （是一個百分比，無單位) 增長速率指新增加的個體數(shù)與時間的比值。 (即dNdt，有單位）（如個/年等） 增長速率 末數(shù)初數(shù) 單位時間 NtNt-1(個) t(年) 100 增長率 末數(shù)初數(shù) NtNt-1 Nt-1 Nt-1 例如，某一種群的數(shù)量在某一單位時間t（如一年）內(nèi)， 由初數(shù)量Nt-1（個）增長到末數(shù)量Nt（個），則這一單位時間內(nèi) 種群的增長率和增長速率的計算分別為： O 時間 種 群 增 長 率 “J” 型曲線 時間 數(shù)量 Nt=N 0 t 增長速率越來越大 100 增長率 末數(shù)初數(shù) NtNt-1 Nt-1 Nt-1 環(huán)境阻力 種群密度越大，環(huán)境阻力越大； 在大自然中 食物有限 空

7、間有限 種內(nèi)斗爭 種間競爭 天敵捕食 出生率降低，死亡率升高 時間 數(shù)量 大草履蟲數(shù)量增長過程如何？ 高斯把5個大草履蟲置于 0.5mL的培養(yǎng)液中，每隔 24 小時統(tǒng)計一次數(shù)據(jù)，經(jīng)過反復(fù)實驗，結(jié)果如下： 高斯對大草履蟲種群研究的實驗 22 在資源有限條件下的 情況下，種群經(jīng)過一 定時間的增長后，數(shù) 量趨于穩(wěn)定的增長曲 線，稱為“S”型曲 線 K值 K值：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。 三 種群增長的“S”型曲線 23 產(chǎn)生條件： 自然條件 (現(xiàn)實狀態(tài))下食物等資源和空 間總是有限的，當(dāng)種群密度增大時， 種內(nèi)斗爭 不斷加劇，天敵數(shù)量不斷增加 ，導(dǎo)致

8、該種群的 出生率降低，死亡率增高。 增長特點： 種群數(shù)量達到環(huán)境所允許的最大值（K值）， 將停止增長并在K值左右保持相對穩(wěn)定。 存在環(huán)境阻力 種群密度越大 環(huán)境阻力越大 三三 種群增長的種群增長的“S”“S”型曲線型曲線 種群數(shù)量達到K值時， 種群 增長停止 種群數(shù)量 小于K/2值時 種群 增長逐漸加快 種群數(shù)量 大于K/2值時 種群 增長逐漸減慢 t0 t1 t2 時間 種群數(shù)量 K t0 t1 t2 時間 增 長 速 率 種群數(shù)量變化曲線與種群增長速率曲線的關(guān)系 種群數(shù)量在 K/2值時， 種群 增長最快,即增長 速率最大 增長率越來越大 用曲線圖表示K值的方法 圖中A、B、C、D 時間所對

9、應(yīng)的種群數(shù)量為 K值， A、C、D時間所對應(yīng)的種群數(shù)量為 K/2值。 26 適時捕撈： 種群數(shù)量達環(huán)境容納量的一半時種群 增長速率最大，再生能力最強 K/2的應(yīng)用 魚群數(shù)量超過K2后才能捕撈，但要保證 被捕后數(shù)量保持在K2左右，因為在這個 水平上種群增長速率最大 。 K/2 27 右圖為魚塘中魚的數(shù)量增長曲線，為了使魚塘 的總產(chǎn)量達到最大值，應(yīng)該做到適時捕撈。下 列做法中正確的是（ ） A超過T4時捕撈，使剩余量保持在K B超過T3時捕撈，使剩余量保持在3K/4 C超過T2時捕撈，使剩余量保持在K/2 D超過T4時捕撈，使剩余量保持在K/4 答案：答案： C 有害生物防治：務(wù)必及時控制種 群數(shù)

10、量，嚴防達K/2值處(若達K/2值處， 可導(dǎo)致該有害生物成災(zāi)，如蝗蟲的防控) K/2 提示：從環(huán)境容納量的角度思考，可以采取措 施降低有害動物種群的環(huán)境容納量， 如將食物儲藏在安全處，斷絕或減少它們的食 物來源；室內(nèi)采取硬化地面等措施，減少它們 挖造巢穴的場所；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵等 同一種群的K值不是固定不變的，會受到環(huán)境的影響 怎樣做才是最有效的滅鼠措施？ K值的應(yīng)用值的應(yīng)用 30 思考 怎樣做才是保護大熊貓的根本措施？ 建立自然保護 區(qū)，改善大熊 貓的棲息環(huán)境， 提高環(huán)境容納 量。 種群增長的種群增長的“”型曲線型曲線 在生產(chǎn)中的應(yīng)用 K/2 種群增長曲線的生產(chǎn)生活中的應(yīng)用： 有害動物的

11、防治，應(yīng)通過 降低其環(huán)境容納量 受保護動物的拯救和恢復(fù)，應(yīng)通過改善其棲 息環(huán)境，提高K值。 生產(chǎn)上的捕獲期應(yīng)確定在種群數(shù)量略比 K/2多 時最好；而殺蟲效果最好的時期在潛伏期（ K/2 以下）。 32 時間 種 群 數(shù) 量 J型 曲線 S型 曲線 K值 1、“J” 型曲線用達爾文的觀點分析表明生物具 有過度繁殖的特性。 2、圖中陰影部分表示：環(huán)境阻力； 用達爾文的觀點分析指：通過生存斗爭被 淘汰的個體數(shù)量，也即代表自然選擇的作用。 “J” 型曲線表明生 物具有什么特性？ 圖中陰影部分表示 什么？ 用達爾文的觀點分析用達爾文的觀點分析“J”“J” “S”“S”曲線曲線 比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系

12、與區(qū)別比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別 J型曲線 S型曲線 條件 種群 增長（速）率 有無K值 曲線 環(huán)境資源無限 環(huán)境資源有限 保持穩(wěn)定 先升后降 無，持續(xù)保持增長 有K值 環(huán)境阻力 K值：環(huán)境容納量 食物不足 空間有限 種內(nèi)斗爭 天敵捕食 氣候不適 寄生蟲 傳染病等 34 在現(xiàn)實的生態(tài)系統(tǒng)中，種群數(shù)量除 增長外，還有沒有其他變化 35 在現(xiàn)實的生態(tài)系統(tǒng)中，種群數(shù)量除在現(xiàn)實的生態(tài)系統(tǒng)中，種群數(shù)量除 增長外，還有沒有其他變化 36 大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動之中的，在 不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡。 東亞飛蝗種群數(shù)量的波動 探究：種群數(shù)量的波動和下降的原因是什么呢？ 四、種群數(shù)量的波動

13、和下降四、種群數(shù)量的波動和下降 37 （1）影響種群數(shù)量變化的因素： A.內(nèi)部/直接因素：出生（死亡）率、遷入（出） 率、年齡組成、性別比例。 B.外因/間接因素：空間、氣候、食物、天敵、 傳染病、自然災(zāi)害等。 C.人為/重要因素：對野生生物的亂捕濫獵、對 種群數(shù)量的人工控制等。 （2）種群數(shù)量變化的類型： 增長，穩(wěn)定，波動、下降等。 (3）影響結(jié)果：大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動之 中，在不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡。 影響種群數(shù)量變化的因素影響種群數(shù)量變化的因素 在不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡在不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡 40 培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量 的變化 探究實驗

14、探究實驗 41 酵母菌生長周期短，增殖速度快，在 實驗室條件下，用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母 菌，可以觀察酵母菌種群數(shù)量隨時間變 化的情況。 種群的數(shù)量變化有一定的規(guī)律。在 理想條件下，種群呈“J”型增長， 在有限的環(huán)境下，種群呈“S”型增長。 知識回顧： 42 方法名稱： 問題一：怎樣進行酵母菌的計數(shù)？ 抽樣檢測 血細胞計數(shù)板(血球計數(shù)板) 43 血球計數(shù)板血球計數(shù)板是一種專門用于計算微生物數(shù)量的是一種專門用于計算微生物數(shù)量的 儀器，由一塊比普通載玻片厚的特制玻片制成的， 玻片中有四條下凹的槽，構(gòu)成三個平臺。中間的平 臺較寬，其中間又被一短橫槽隔為兩半，每半邊上臺較寬，其中間又被一短橫槽隔為兩半，每

15、半邊上 面刻有一個方格網(wǎng)方格網(wǎng)。 44 方格網(wǎng)上刻有方格網(wǎng)上刻有9 9個個 大方格，其中只有 中間的一個大方格中間的一個大方格 為計數(shù)室，供微生 物計數(shù)用物計數(shù)用。 大方格的長和寬各為1mm，深度為0.1mm， 即1mm1mm0.1mm，其容積為0.1mm3； 45 大方格 中 方 格 400 小 方 格 46 以計數(shù)室1mm1mm0.1mm型為例 = = 酵母菌細胞個數(shù) /mL 每個小方格酵母菌細胞數(shù)400104 47 例1 通常用血球計數(shù)板對培養(yǎng)液中酵母菌 進行計數(shù)，若計數(shù)室為1mm1mm0.1mm 方格，由400個小方格組成。若多次重復(fù)計 數(shù)后，算得每個小方格中平均有5個酵母菌， 則10mL該培養(yǎng)液中酵母菌總數(shù)有 個。 2108 48 1、從試管中吸取培養(yǎng)液進行計數(shù)之前， 要先將試管輕輕振蕩幾次，是什么原因？ 讓培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布，保證估 算的準確性，減少實驗誤差 2、本探究需要設(shè)置空白對照組嗎？如果 需要，怎樣設(shè)計和操作，不需要請說明理 由。 不需要，因為探究的是培養(yǎng)液中酵母菌 種群數(shù)量隨時間的變化情況 49 3、需要做重復(fù)實驗嗎？ 不需要，但是在每次測量酵