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文檔簡介
1、必修3 第4章 種群和群落第2節(jié) 種群數(shù)量的變化復習回顧:種群密度預測變化方向影響數(shù)量變動年齡組成性別比例種群數(shù)量出生率和死亡率直接影響決定種群大小和密度種群特征之間的關系圖問題的引出中國水利網(wǎng)寧波、昆明、武漢等地,人躺在鋪滿水葫蘆的湖面上,可以不沉;上海去年3萬噸的水葫蘆打撈量,今年已翻了3倍有余,上升至10萬噸;水葫蘆所帶來的水體富營養(yǎng)化,讓越來越多的水中生物痛失“家園”。一種原產(chǎn)日本的林業(yè)害蟲,于20世紀80年代侵入我國華南沿海地區(qū),并且缺少天敵而迅速蔓延開來。據(jù)1990年統(tǒng)計,這種害蟲使該地區(qū)十三萬公頃的馬尾松林枯死。目前我國大約已有37個外來入侵動物種,90個外來入侵植物種。外來入侵
2、物種已經(jīng)對我國的生態(tài)環(huán)境、生物多樣性和社會、經(jīng)濟造成了相當大的危害。國家地理在幾百年前,金絲猴在許多地區(qū)廣泛分布,人口的增加和山林的破壞使金絲猴的分布區(qū)越來越小?,F(xiàn)在,黔金絲猴的數(shù)量只有500600只,處于瀕危狀態(tài),只在貴州省的梵凈山區(qū)生存。滇金絲猴生活在云南西北部、西藏東南端及四川西部長江上端金沙江上游的高山中,數(shù)量不到2000只,也處境瀕危。蝗蟲危害假設你父親承包了一個水庫養(yǎng)魚蝦,如果一次投放的幼苗過多或延遲捕撈,由于環(huán)境的負載能力限制,都不能達到效益的最優(yōu)化;相反,如果大量捕撈,使魚蝦數(shù)量大大減少,其種群往往要經(jīng)過相當長的延滯期才能進入指數(shù)增長期,對生產(chǎn)極為不利。哪什么時候是捕撈的最佳數(shù)
3、量期。問題:如何合理利用和保護生物資源?如何從根本上去防治病蟲害的發(fā)生?問題:種群的數(shù)量變化有怎樣的規(guī)律?種群數(shù)量的變化一、問題探討1.細菌是真核生物還是原核生物?2細菌的繁殖的方式是什么?大腸桿菌細菌分裂生殖在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下,某種細菌每20分鐘就通過分裂繁殖一代。0204060n?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。2.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。時間(min)20406080100120140160180分裂次數(shù)細菌數(shù)量(個)248163264128256512123456789請以時間為橫坐標,細菌數(shù)量為縱坐標
4、,繪出細菌的數(shù)量增長曲線。時間(min)1002003004005006000細菌數(shù)量(個)2040608010018001603、n代細菌數(shù)量的計算公式是: Nnn3、小時后,由一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少? 解:n min xhmin Nnn 個4、如果開始時不是一個細菌,而是20個,則計算公式會是如何? Nn20 n設開始時N0個細菌,則計算公式又會是如何? Nn N0 n5、細菌種群數(shù)量按此速度繁殖的條件是:營養(yǎng)和生存空間沒有限制,是一種理想的狀態(tài),在自然界中,種群的數(shù)量將如何變化二、構建種群增長模型的方法數(shù)學模型1、定義:用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學形式。2、表達方式:(1)
5、數(shù)學方程式:科學、準確。(2)曲線圖:直觀、形象,但不精確。3、建構數(shù)學模型的一般步驟:提出問題作出假設實驗數(shù)據(jù)數(shù)學表達檢驗或修正二、建構種群增長模型的方法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. 建立數(shù)學模型根據(jù)實驗數(shù)據(jù),用適當?shù)臄?shù)學形式對事物的性質(zhì)進行表達。(列出表格,畫曲線,推導公式。)4.檢驗和修正進一步實驗、觀察、統(tǒng)計細菌的數(shù)量三、種群增長的“J”型曲線 實例1:澳大利亞本來并沒有兔子。 1859年,24只歐洲野兔從英國被帶到了澳大利亞。這些野兔發(fā)現(xiàn)自己來到了天
6、堂。因為這里有茂盛的牧草,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)量達到6 億只以上,遍布整個大陸。思考:澳大利亞野兔能指數(shù)增長的特殊原因是什么呢?食物和空間條件充裕; 氣候適宜;沒有天敵 實例2、20世紀30年代,人們將環(huán)頸雉引入美國的一個島嶼,在1937-1942年期間數(shù)量變化的曲線如右圖。通過上述兩個實例可以看出:自然界中確有類似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,曲線則大致呈“J”型三、種群的“J”型增長的數(shù)學模型1、模型假設: 在食物和空間條件充足、氣候適宜
7、、沒有敵害等條件下,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。2、數(shù)學模型:(1)函數(shù)(公式)表示: Nt=N0 t 各參數(shù)的意義:(N0為起始數(shù)量, t為時間,Nt表示t年后該種群的數(shù)量,為年均增長率) (2)曲線表示:如右圖:時間種群數(shù)量數(shù)量變化特點:種群數(shù)量連續(xù)增長,增長率保持不變,增長速率逐漸增大。時間增長率時間增長速率此圖要微調(diào)種群增長率:指單位時間種群增長數(shù)量,一段時間內(nèi),結束時種群數(shù)量相對于初始種群數(shù)量的增加部分占初始的比例種群增長速率:指單位時間種群數(shù)量變化率 ,也就是曲線上通過每一點的切線斜率。若用V表示增長速率,t為統(tǒng)計種群數(shù)量變化的時間,N t-N t-1
8、為t時間內(nèi)種群數(shù)量增加值,則V=(N t-N t-1)/ t3 、 “J”型數(shù)量增長的兩種情形(理想狀態(tài)):(1)實驗室條件下。(2)外來物種入侵、遷移入新環(huán)境?!癑”型增長能一直持續(xù)下去嗎? 自然界的資源和空間總是有限的,當種群密度增大時,種內(nèi)競爭會加劇,以該種群為食的動物的數(shù)量也會增加,這就使種群的出生率降低、死亡率增高,當死亡率增加到與出生率相等時,種群的增長就會停止,有時會穩(wěn)定在一定的水平。 在05mL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圖所示的結果。例生態(tài)學家高斯的實驗:大草履蟲種群的增長曲線思考:大草履蟲的增長呈“S”型曲線的原因有哪
9、些?四、種群增長的“S”型曲線1、定義: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。2、出現(xiàn)的原因: 食物等資源和空間總是有限的,當種群密度增大時,種內(nèi)競爭不斷加劇,捕食者數(shù)量不斷增加。導致該種群的出生率降低,死亡率增高A.B1/2K -.C.D3、曲線分析:(1)適應期(AB段):種群個體數(shù)少,種群密度增長緩慢。注意:曲線的起點不為0。因為種群剛進入新的環(huán)境,有一個短暫的調(diào)整和適應過程A.B1/2K -.C.D曲線分析:(2)加速期(BC段):個體數(shù)量快速增加,種群速率逐漸增大。因為食物和空間充足。(3)轉折點(C點):個體數(shù)達到飽和密度的一半(即1/2K時),種群增
10、長速率最高A.B1/2K -.C.D曲線分析:(4)減速期(CD段):個體數(shù)超過1/2K以后,種群增長速率逐漸減少。因為隨著種群數(shù)量的增多,導致個體因食物、空間和其他生活條件的原因使種內(nèi)斗爭加劇,同時天敵數(shù)量也在增加A.B1/2K -.C.D曲線分析:(5)飽和期(D點及D點以后):數(shù)量達到環(huán)境條件允許的最大值(K值),種群停止增長,種群增長速率為0,即出生率=死亡率注:到達K值后,仍呈鋸齒狀波動,處于動態(tài)平衡(1)種群數(shù)量達到環(huán)境所允許的最大值(K值)后,將停止增長并在K值左右保持相對穩(wěn)定。 (2)增長率:不斷下降,當種群數(shù)量達到最大值時,增長率下降至0.如下圖(3)增長速率:先升后降,如下
11、圖時間增長率增長速率時間.t1t2t1對應1/2K.t2對應K4、增長特點:1/2K時增長速率最大,K時增長速率為0K值K/2值種群數(shù)量達到K值時,種群增長停止種群數(shù)量在 K/2值時,種群增長最快種群數(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5、環(huán)境容納量(又稱K值):(1)概念: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。 (2)同一種生物的K值不是固定不變的,會受到環(huán)境的影響。A、在環(huán)境不遭受破壞的情況下,K值會在平均值附近上下波動; B、環(huán)境遭受破壞,K值會下降;甚至滅亡C、當生物生存的環(huán)境改善,K值會上升。4、應用:(1)生產(chǎn)上的捕獲期
12、,對野生動植物的開發(fā)利用,種群數(shù)量為1/2K時最佳。因為此時種群增長速率最大,資源再生能力最強,可提供的資源較多。(2)殺蟲效果最好的時期是適應期(4)農(nóng)林害蟲的防治方面,采取措施,降低環(huán)境容納量,如切斷食物來源,引入天敵等。(3)對于瀕危動植物而言,由于環(huán)境污染、人類破壞等,造成環(huán)境對于此類生物的K值變小,通過建立自然保護區(qū),提高環(huán)境容納量,是保護這些生物的根本措施。 教材第67頁:思考與討論 從環(huán)境容納量(K值)的角度思考:(1)對瀕危動物如大熊貓應采取什么保護措施? 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。(2)對家鼠等有害動物的控制,應當采取什么措施? 可以采取措施降低有
13、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,等等。5、種群數(shù)量增長的“J”型曲線與“S”型曲線的比較J型曲線S型曲線存在條件理想條件自然條件數(shù)量變化規(guī)律持續(xù)增加先增加,達到K值后,保持相對穩(wěn)定狀態(tài)增長率不變不斷下降增長速率不斷增大先升后降,1/2K時達到最大值環(huán)境阻力無有影響因素出生率、死亡率等很多,包括環(huán)境阻力 聯(lián)系:兩種曲線的縱坐標起點均不為0,差異主要在于有無環(huán)境阻力6、用達爾文的觀點分析“J、S”曲線時間種群數(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渡繁殖的
14、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。7“S”型增長曲線的開始部分不是“J”型增長曲線(1)“S”型曲線的種群增長率是一直下降的,而“J”型曲線的種群增長率始終保持不變。(2)“J”型曲線是一種理想條件下的種群數(shù)量增長曲線, “S”型曲線的前段是種群對新環(huán)境的一個適應階段,始終存在環(huán)境阻力。8、當一個新的物種遷入一個新的環(huán)境后,通常在一定時間內(nèi)出現(xiàn)J型增長,然后呈S型增長。1自然界中生物種群增長常表現(xiàn)為“S”型增長曲線。下列有關種群“S”型增長的正確說法是( )A “S”型增長曲線表示了種群數(shù)量和食物的關系B 種群增長
15、率在各階段是不相同的C “S”型增長曲線表示了種群數(shù)量和時間無關D 種群增長不受種群密度制約如圖為某種群在不同生態(tài)系統(tǒng)中的增長曲線,請仔細分析圖中曲線后回答問題。(1)如果種群處于一個理想的環(huán)境中,沒有資源和空間的限制,種群數(shù)量增長的曲線是 ?(2)如果將種群置于有限的自然環(huán)境中,種群數(shù)量增長曲線是 ?ab例 、下圖種群在理想環(huán)境中呈“J”型增長,在有環(huán)境阻力條件下呈“S”型增長。下列有關種群數(shù)量增長曲線及其應用的敘述中正確的是()A當種群數(shù)量達到e點后,增長率為0B種群增長過程中出現(xiàn)環(huán)境阻力是在d點之后C防治蝗災應在害蟲數(shù)量達到c點時進行D漁業(yè)捕撈后需控制剩余量在b點例、如圖為種群數(shù)量增長曲線,有關敘述不正確的是()A改善空間和資源條件有望使K值提高BBC段種群增長速率逐漸下降,出生率小于死亡率C一般情況下,在B到C變化過程中,其天
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