第四章第二節(jié)種群數(shù)量的變化

4.2種群數(shù)量的變化怎樣建構(gòu)種群數(shù)量增長(zhǎng)的模型？種群的數(shù)量是怎樣變化的？什么是環(huán)境容納量？影響種群數(shù)量變化的因素有哪些？當(dāng)前第1頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)在食物(養(yǎng)料)和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等理想條件下，種群的數(shù)量變化是怎樣的呢？思考當(dāng)前第2頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)問題探討在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過分裂繁殖一代當(dāng)前第3頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某1個(gè)細(xì)菌每20分鐘分裂繁殖一代。討論：1、72小時(shí)后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？2、n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式？Nn＝1×２n解：n＝60minx72h／20min＝216Nn＝2216一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型當(dāng)前第4頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)觀察研究對(duì)象，提出問題提出合理的假設(shè)通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)細(xì)胞每20min分裂一次資源空間無限多，細(xì)菌種群的增長(zhǎng)不受種群密度增加的影響Nn＝２n觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量，對(duì)自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正數(shù)學(xué)模型用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式．建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟：當(dāng)前第5頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法248163264128256512123456789

3、填寫下表：計(jì)算一個(gè)細(xì)菌在不同時(shí)間（單位為min）產(chǎn)生后代的數(shù)量當(dāng)前第6頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)4.以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出細(xì)菌的數(shù)量增長(zhǎng)曲線。20406080100120140160時(shí)間/分鐘細(xì)菌數(shù)量/個(gè)曲線圖：直觀，但不夠精確數(shù)學(xué)公式：精確，但不夠直觀曲線圖與數(shù)學(xué)方程式比較，有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？當(dāng)前第7頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)自然界的確有類似細(xì)菌在理想狀態(tài)下種群數(shù)量增長(zhǎng)的形式，如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線來表示，曲線則大致呈“J”型。當(dāng)前第8頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)實(shí)例一理想條件下的種群增長(zhǎng)模型1859年，一位英國(guó)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(gè)世紀(jì)之后，這24只野兔的后代竟達(dá)到6億只以上。漫山遍野的野兔與牛羊爭(zhēng)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。當(dāng)前第9頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)種群遷入一個(gè)新環(huán)境后，常常在一定時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)“J”型增長(zhǎng)。例如，在20世紀(jì)30年代時(shí)，人們將環(huán)頸雉引入到美國(guó)的一個(gè)島嶼，在1937～1942年期間，這個(gè)環(huán)頸雉種群的增長(zhǎng)大致符合“J”型曲線（右圖）。

實(shí)例二理想條件下的種群增長(zhǎng)模型當(dāng)前第10頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)二．種群增長(zhǎng)的“Ｊ”型曲線如圖中J型曲線增長(zhǎng)。其理想條件是什么？氣候適宜食物充足空間充裕沒有天敵人口增長(zhǎng)也會(huì)如此嗎？當(dāng)前第11頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)世界人口的指數(shù)增長(zhǎng)曲線實(shí)例三理想條件下的種群增長(zhǎng)模型當(dāng)前第12頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)實(shí)例四理想條件下的種群增長(zhǎng)模型當(dāng)前第13頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)二、種群增長(zhǎng)的“J”型曲線①產(chǎn)生條件：

理想狀態(tài)——食物充足，空間不限，環(huán)境適宜，沒有天敵等；②增長(zhǎng)特點(diǎn)：

種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)，第二年是第一年的λ倍。③量的計(jì)算：t年后種群的數(shù)量為Nt=N0λt

（N0為起始數(shù)量，t為時(shí)間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，λ-1為年均增長(zhǎng)率）

④適用情形：

實(shí)驗(yàn)室條件下、當(dāng)一個(gè)種群剛遷入到一個(gè)新的適宜環(huán)境時(shí)的最初一段時(shí)間當(dāng)前第14頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)計(jì)算：某一地區(qū)2001年人口普查時(shí)有10萬人，2002年比2001年增長(zhǎng)1％。請(qǐng)預(yù)測(cè)，按照此生長(zhǎng)速度，2006年該地區(qū)的人口將有多少？Nt＝10×（1+1％）2006-2001當(dāng)前第15頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)在大自然中食物有限空間有限種內(nèi)斗爭(zhēng)種間競(jìng)爭(zhēng)天敵捕食環(huán)境阻力種群密度越大，環(huán)境阻力越大、“J”型增長(zhǎng)能一直持續(xù)下去嗎？當(dāng)前第16頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)大草履蟲數(shù)量增長(zhǎng)過程如何？高斯（Gause，1934）把5個(gè)大草履蟲置于0.5mL的培養(yǎng)液中，每隔24小時(shí)統(tǒng)計(jì)一次數(shù)據(jù)，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下：高斯對(duì)大草履蟲種群研究的實(shí)驗(yàn)當(dāng)前第17頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)種群增長(zhǎng)的“S”型曲線A種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長(zhǎng)曲線，稱為“S”型曲線．當(dāng)前第18頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)①產(chǎn)生條件：存在環(huán)境阻力：

自然條件（現(xiàn)實(shí)狀態(tài)）——食物等資源和空間總是有限的，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，捕食者數(shù)量不斷增加。導(dǎo)致該種群的出生率降低，死亡率增高．當(dāng)出生率與死亡率相等時(shí)，種群的增長(zhǎng)就會(huì)停止，有時(shí)會(huì)穩(wěn)定在一定的水平．種群增長(zhǎng)的“Ｓ”型曲線②增長(zhǎng)特點(diǎn)：

種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境所允許的最大值（K值）后，將停止增長(zhǎng)并在K值左右保持相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)前第19頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)環(huán)境容納量: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，又稱K值。同一種群的K值不是固定不變的，會(huì)受到環(huán)境的影響。

N≈K／2，此時(shí)種群增長(zhǎng)速度最快，可提供的資源數(shù)量也最多，而又不影響資源的再生。資源有限條件下的種群增長(zhǎng)當(dāng)前第20頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)種群數(shù)量“S”型增長(zhǎng)曲線（種群數(shù)量）K/2K種群數(shù)量增長(zhǎng)速率時(shí)間D:出生率＝死亡率，即種群數(shù)量處于K值。B:出生率與死亡率之差最大，即種群數(shù)量處于K/2值。當(dāng)前第21頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)種群增長(zhǎng)的“Ｓ”型曲線④在生產(chǎn)中的應(yīng)用K/2種群增長(zhǎng)曲線的生產(chǎn)生活中的應(yīng)用：①有害動(dòng)物的防治，應(yīng)通過降低其環(huán)境容納量②受保護(hù)動(dòng)物的拯救和恢復(fù)，應(yīng)通過改善其棲息環(huán)境，提高K值。③生產(chǎn)上的捕獲期應(yīng)確定在種群數(shù)量略比K/2多時(shí)最好；而殺蟲效果最好的時(shí)期在潛伏期（

K/2以下）。當(dāng)前第22頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)K/2的應(yīng)用①資源開發(fā)與利用：種群數(shù)量達(dá)環(huán)境容納量的一半時(shí)種群增長(zhǎng)速率最大，再生能力最強(qiáng)——把握K/2值處黃金開發(fā)點(diǎn)，維持被開發(fā)資源的種群數(shù)量在K/2值處，可實(shí)現(xiàn)“既有較大收獲量又可保持種群高速增長(zhǎng)”，從而不影響種群再生，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。K/2當(dāng)前第23頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)②有害生物防治：務(wù)必及時(shí)控制種群數(shù)量，嚴(yán)防達(dá)K/2值處(若達(dá)K/2值處，可導(dǎo)致該有害生物成災(zāi)，如蝗蟲的防控)K/2的應(yīng)用K/2當(dāng)前第24頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)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(dòng)物種群的環(huán)境容納量，如將食物儲(chǔ)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(chǎng)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(huì)受到環(huán)境的影響思考怎樣做才是最有效的滅鼠措施？當(dāng)前第25頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)為了保護(hù)魚類資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚量，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在什么水平?為什么？為了保護(hù)魚類資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚量，根據(jù)種群增長(zhǎng)的S型曲線，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在K／2水平。這是因?yàn)樵谶@個(gè)水平上種群增長(zhǎng)速率最大。當(dāng)前第26頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)思考怎樣做才是保護(hù)大熊貓的根本措施？建立自然保護(hù)區(qū)，改善大熊貓的棲息環(huán)境，提高環(huán)境容納量。當(dāng)前第27頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)K值是環(huán)境最大容納量。環(huán)境阻力代表自然選擇的作用，即在生存斗爭(zhēng)中被淘汰的個(gè)體數(shù)。農(nóng)、林、牧業(yè)生產(chǎn)就是在這個(gè)范圍內(nèi)謀求產(chǎn)量的提高,其潛力有一定限制?？偨Y(jié)當(dāng)前第28頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)比較種群增長(zhǎng)兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別環(huán)境資源無限環(huán)境資源有限保持穩(wěn)定隨種群密度上升而下降無，持續(xù)保持增長(zhǎng)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(zhēng)天敵捕食氣候不適寄生蟲傳染病等當(dāng)前第29頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)種群在沒有環(huán)境阻力的條件下呈現(xiàn)“J”型增長(zhǎng)，實(shí)際上是“S”型增長(zhǎng)的最初階段，“J”型增長(zhǎng)是一定時(shí)間內(nèi)的增長(zhǎng)方式，最終是以”S”型增長(zhǎng)結(jié)束，這是生態(tài)因素和物種本身相互影響的結(jié)果時(shí)間種群數(shù)量J型曲線S型曲線K值比較種群增長(zhǎng)兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別當(dāng)前第30頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)31用達(dá)爾文的觀點(diǎn)分析“J”、“S”曲線時(shí)間種群數(shù)量J型曲線S型曲線K值1、“J”型曲線用達(dá)爾文的觀點(diǎn)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，種群密度越大環(huán)境阻力越大3、用達(dá)爾文的觀點(diǎn)分析指：通過生存斗爭(zhēng)被淘汰的個(gè)體數(shù)量，也即代表自然選擇的作用?！癑”型曲線表明生物具有什么特性？圖中陰影部分表示什么？當(dāng)前第31頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)之中的，

東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng)四、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降（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.自然/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(duì)野生生物的亂捕濫獵、對(duì)種群數(shù)量的人工控制等。（2）種群數(shù)量變化的類型：增長(zhǎng)，穩(wěn)定，波動(dòng)、下降等。（3）影響結(jié)果：大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)之中，在不利條件之下，還會(huì)急劇下降，甚至滅亡。當(dāng)前第32頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)五、研究種群數(shù)量變化的意義1．合理利用和保護(hù)野生生物資源2．為防治有害生物提供科學(xué)依據(jù)魚類的捕撈蝗蟲的防治當(dāng)前第33頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)蒼鷺的保護(hù)野豬的保護(hù)救護(hù)被困的鯨魚全力防蝗減災(zāi)當(dāng)前第34頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)C當(dāng)前第35頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)2．下圖表示接種到一定容積培養(yǎng)液中的酵母菌生長(zhǎng)曲線圖，曲線中哪段表示由于有限空間資源的限制使種內(nèi)斗爭(zhēng)增加（）

A．CD段（增長(zhǎng)速度慢）

B．DE段（速度加快）

C．EF段（變化速率加快）

D．FG段（速度逐漸變慢）D當(dāng)前第36頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)3.（廣東廣西河南2002）在一個(gè)玻璃容器內(nèi)，裝入一定量的符合小球藻生活的管養(yǎng)液，接種少量的小球藻，每隔一段時(shí)間測(cè)定小球藻的個(gè)體數(shù)量，繪制成曲線，如右圖所示。下列四圖中能正確表示小球藻種群數(shù)量增長(zhǎng)率隨時(shí)間變化趨勢(shì)的曲線是（）c當(dāng)前第37頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)4.池塘養(yǎng)魚時(shí)，為保護(hù)池塘生態(tài)系統(tǒng)和長(zhǎng)期保持較高的產(chǎn)魚量，應(yīng)采取的最佳方案是（）

A．大量增加餌料的投入量B．大量增加魚苗的投入量

C．及時(shí)、適量的捕撈成魚D．限制捕魚C5、種群的指數(shù)增長(zhǎng)（J型）是有條件的，條件之一是（）A．在該環(huán)境中只有一個(gè)種群B．該種群對(duì)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)前第38頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)1.用牛奶瓶培養(yǎng)黑腹果蠅，觀察成蟲數(shù)量的變化，結(jié)果如下表：根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，下列結(jié)論正確的是(

)A．第13～25天，成蟲數(shù)量增長(zhǎng)快的主要原因是個(gè)體生長(zhǎng)加快B．第17～29天，成蟲增長(zhǎng)率上升、死亡率下降C．第21～37天，成蟲增長(zhǎng)率的下降與種群密度的改變有關(guān)D．第1～37天，成蟲數(shù)量呈“J”型增長(zhǎng)C當(dāng)前第39頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)2.下圖表示出生率、死亡率和種群密度的關(guān)系，據(jù)此分析得出的正確表述是()A．在K/2時(shí)控制有害動(dòng)物最有效B．圖示規(guī)律可作為控制人口增長(zhǎng)的依據(jù)C．該圖可用于實(shí)踐中估算種群最大凈補(bǔ)充量D．在K/2時(shí)捕撈魚類最易得到最大日捕獲量C當(dāng)前第40頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)3.某研究所對(duì)一條河流生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了幾年的跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)某種魚進(jìn)入此生態(tài)系統(tǒng)后的種群數(shù)量增長(zhǎng)率隨時(shí)間的變化呈現(xiàn)如下圖所示曲線。則在t1時(shí)該種群的年齡組成類型、能反映該種群數(shù)量變化的曲線分別是()A．衰退型和①B．增長(zhǎng)型和②C．衰退型和③D．增長(zhǎng)型和④B當(dāng)前第41頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)

⑴如果種群處在一個(gè)理想的環(huán)境中，沒有自然和空間的限制，種群內(nèi)個(gè)體數(shù)量的增長(zhǎng)曲線是____。⑵如果將該種群置入有限制的自然環(huán)境中，種群內(nèi)個(gè)體數(shù)量的增長(zhǎng)曲線是_____，用達(dá)爾文進(jìn)化理論分析圖中的陰影部分表示_________________________________。⑶影響種群密度的主要因素是種群的_______、_______、___________和_____________。4、下圖為某種群在不同生態(tài)環(huán)境中的增長(zhǎng)曲線，請(qǐng)仔細(xì)分析圖中去先后回答下列問題：ab個(gè)體數(shù)時(shí)間ab在生存斗爭(zhēng)過程中淘汰的個(gè)體數(shù)死亡率出生率性別比例年齡組成當(dāng)前第42頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化探究：當(dāng)前第43頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)基礎(chǔ)回扣1、酵母菌酵母菌是單細(xì)胞真核生物。生長(zhǎng)周期短，增殖速度快，還可以用酵母菌作為實(shí)驗(yàn)材料研究（探究酵母菌的呼吸方式，判斷細(xì)胞的死活探究膜的透性）當(dāng)前第44頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)2、種群數(shù)量的變化

種群數(shù)量的變化包括增長(zhǎng)、波動(dòng)、穩(wěn)定、下降等“S”型曲線有一個(gè)K值，即環(huán)境容納量。

種群數(shù)量的增長(zhǎng)也受到許多環(huán)境因素（如溫度、培養(yǎng)液的pH、培養(yǎng)液的養(yǎng)分種類和濃度、代謝產(chǎn)物等）的影響。當(dāng)前第45頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)探究過程1．提出問題：2．作出假設(shè)：3．設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：4．進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：5．分析結(jié)果和表達(dá)交流：6．得出結(jié)論：培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時(shí)間變化的？酵母菌在開始一段時(shí)間呈“J”型增長(zhǎng)，隨著時(shí)間的推移，由于資源和空間有限，呈“S”型增長(zhǎng)。連續(xù)培養(yǎng)5天，每天用顯微鏡和血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)出酵母菌種群密度各小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合前4天的結(jié)果，畫出酵母種群增長(zhǎng)的曲線圖并進(jìn)行分析。酵母菌在開始一段時(shí)間呈“J”型增長(zhǎng)，但隨著時(shí)間的推移，由于資源和空間有限，將呈“S”型增長(zhǎng)，并最終將全部死亡。當(dāng)前第46頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)3．設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：①將10mL無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中；②將酵母菌接種入試管中的培養(yǎng)液中混合均勻；③將試管在28℃條件下連續(xù)培養(yǎng)5d；④每天取樣計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量；⑤分析結(jié)果，得出結(jié)論。當(dāng)前第47頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)計(jì)數(shù)室計(jì)數(shù)室（中間大方格）的長(zhǎng)和寬各為1mm，深度為0.1mm，其體積為______mm3，合_________mL。1mm0.11×10-4血球計(jì)數(shù)板:一種專門計(jì)數(shù)較大單細(xì)胞微生物的儀器當(dāng)前第48頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)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小格當(dāng)前第49頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)如何計(jì)數(shù)？五點(diǎn)取樣法樣方法每mL培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量==A(平均每個(gè)中格酵母細(xì)胞數(shù))×25×104×稀釋倍數(shù)A1A2A5A3A4當(dāng)前第50頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)第1天當(dāng)前第51頁\共有57頁\編于星期五\11點(diǎn)第4天第6天當(dāng)前第52頁\共有57頁\編于星期五\1