42 種群數(shù)量的變化

1、第2節(jié) 種群數(shù)量的變化 大腸桿菌 建構(gòu)種群增長模型建構(gòu)種群增長模型 培培 養(yǎng)養(yǎng) 大大 腸腸 桿桿 菌菌 的的 培培 養(yǎng)養(yǎng) 基基 思考：在營養(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 時(shí)間 分鐘分鐘 20 40 60 80 100 120 140 160 180 細(xì)菌 數(shù)量 (2)根據(jù)上表，寫出n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式。 (1)請(qǐng)你計(jì)算出一個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí) 間的數(shù)量: t N （3）將數(shù)學(xué)公式（N=2n)變?yōu)榍€圖 曲線圖與數(shù)學(xué)方程式比較，有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？ 直觀， 但不夠精確。 思考：在營養(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 數(shù)學(xué)模型：數(shù)學(xué)模

2、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： 觀察研究對(duì)象， 提出問題提出問題 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 的增長不受種群密度增加的 影響 Nnn 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 例例1. 某同學(xué)在某同學(xué)在“研究大腸桿菌數(shù)量變化研究大腸桿菌數(shù)量變化”時(shí)，時(shí)， 提出的數(shù)學(xué)模型是：提出的數(shù)學(xué)模型是：Nn2 n(N代表細(xì)菌數(shù)量，代表細(xì)菌數(shù)量， n表示細(xì)菌繁殖代數(shù))，他建立的這個(gè)數(shù)學(xué)模型的 合理假設(shè)是合

3、理假設(shè)是( ) A細(xì)菌可以通過有絲分裂不斷增加數(shù)目細(xì)菌可以通過有絲分裂不斷增加數(shù)目 B在資源和空間無限多的環(huán)境中，細(xì)菌種群數(shù) 量增長不受種群密度的制約量增長不受種群密度的制約 C細(xì)菌沒有細(xì)胞核，結(jié)構(gòu)簡單，分裂速度快細(xì)菌沒有細(xì)胞核，結(jié)構(gòu)簡單，分裂速度快 D細(xì)菌微小，需要的營養(yǎng)物質(zhì)少，繁殖速度快 B 種群數(shù)量變化的類型種群數(shù)量變化的類型 “J J”型曲線型曲線 增長 波動(dòng) 下降等 “S”型曲線 自然界種群變化的主要情況有哪些？自然界種群變化的主要情況有哪些？ 1859年，24只野兔 6億只以上的野兔 近100年后 實(shí)例1：澳大利亞野兔 二、種群增長的二、種群增長的“J J”型曲線型曲線 澳洲澳洲

4、利用利用 黏液黏液 瘤病瘤病 毒消 滅兔滅兔 子 實(shí)例2：右圖為環(huán)頸 雉被引入美國的某島 嶼上后，1937-1942 年期間種群的增長。 我國自我國自13931990年以來人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下： 繪出上述時(shí)間內(nèi)我國人口數(shù)量變化的曲線示意圖。 按照此曲線發(fā)展下去將會(huì)出現(xiàn)怎樣的狀況？ 鑒于 我國人口的現(xiàn)狀應(yīng)當(dāng)采取什么措施？ 年份年份 1393 1578 1764 1849 1928 1982 1990 億 0.6 0.6 2.0 4.1 4.7 10.3 11.6 與社會(huì)的聯(lián)系 研究種群數(shù)量變化有何意義？ 理想條件下的種群增長模型理想條件下的種群增長模型 世界人口的指數(shù)增長曲線世界人口的指數(shù)增長曲線

5、理想條件下的種群增長模型理想條件下的種群增長模型 “J”型增長的數(shù)學(xué)模型 1 1、模型假設(shè)： ： 理想狀態(tài)食物充足，空間不限，氣候適宜， 沒有敵害等。 （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，代表增長倍數(shù)，不是增長率， 1種群密度增大， 1種群密度減小 ） 種群 “J”型增長的數(shù)學(xué)模型公式： Nt=N0 t 種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年是 第一年的倍。 高斯（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)高斯對(duì)大草履蟲種群研究的實(shí)驗(yàn) 請(qǐng)你繪制大草履蟲的種群增長曲線！ “J”型增

6、長能否一直持續(xù)下去嗎？ 生態(tài)學(xué)家高斯的實(shí)驗(yàn)： 種群經(jīng)過一定時(shí)間的 增長后，數(shù)量趨于穩(wěn) 定的增長曲線，稱為 “S”型曲線 大草履蟲種群的增長曲線 討論：大草履蟲的增 長呈“S”型曲線的 原因有哪些？ 討論:大草履蟲的增長呈該型曲線的原因有哪些？ 食物等資源和空間總是 有限的，種內(nèi)競爭不斷 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)，種群的增長就會(huì)停 止，有時(shí)會(huì)穩(wěn)定在一定 的水平。 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。 ? 常劃分為五個(gè)時(shí)期： 開始期，個(gè)體數(shù)很少， 增長緩慢； 加速期，隨個(gè)體

7、數(shù)增加， 增長逐漸加快； 轉(zhuǎn)折期，當(dāng)個(gè)體數(shù)達(dá) K/2時(shí)，增長最快； 減速期，個(gè)體數(shù)超過 K/2以后，增長逐漸變慢 ; 飽和期，個(gè)體數(shù)達(dá)到 K值而飽和。 S型增長曲線的特點(diǎn)：型增長曲線的特點(diǎn)： K/2的意義： K/2左右，種群單位時(shí)間的增長率 最大 漁業(yè) 林業(yè) 剩余K/2可再生資 源的最佳收獲策略 畜牧業(yè) 草業(yè) 想一想：當(dāng)池魚滿塘，密林成 材，牧草豐肥，牛羊滿圈的時(shí) 候 你將怎樣收獲，才能維持種群 的持續(xù)最大收益呢？ 例例2.此圖中種群在理想環(huán)境中呈此圖中種群在理想環(huán)境中呈 J型曲線（甲）增長，型曲線（甲）增長， 在有環(huán)境阻力條件下，呈 S型曲線（乙）增長，下 列有關(guān)種群增長曲線正確的是列有關(guān)種

8、群增長曲線正確的是 A.若此圖表示草履蟲種群增長曲線，當(dāng)種群數(shù)量到達(dá)若此圖表示草履蟲種群增長曲線，當(dāng)種群數(shù)量到達(dá) e點(diǎn)后，增長率為0 B.種群中出現(xiàn)環(huán)境阻力是種群中出現(xiàn)環(huán)境阻力是 在在d點(diǎn)之后 C.若此圖表示蝗蟲種群增 長曲線，則蟲害的防治應(yīng)長曲線，則蟲害的防治應(yīng) 在在c點(diǎn)進(jìn)行 D.若此圖表示微生物的增長若此圖表示微生物的增長 曲線，則在e處的出生率和處的出生率和 死亡率為0。 A 例3.某海洋黃泥螺種群現(xiàn)存量約3000噸，正常 情況下，每年該種群最多可增加300噸，為充分 利用黃泥螺資源，又不影響可持續(xù)發(fā)展，理論 上每年最多捕撈黃泥螺的量為（ ） A.3000噸 B.1650噸 C.1500

9、噸 D.不超過不超過300噸 D 1500噸的剩余黃泥螺再恢復(fù)到 3000噸所需的時(shí)間并不 是一年，有可能是好幾年。因?yàn)楫?dāng)種群量為 3000噸時(shí)， 一年才凈增300噸，而本題又求每年都要捕撈，又不能 影響持續(xù)性發(fā)展，所以每年只能捕撈 300噸。如果每年 捕撈量超過300噸，就會(huì)導(dǎo)致下一年的凈增會(huì)少于 300 噸，最終導(dǎo)致總量少于 3000噸，所以D選項(xiàng)正確。 k/2 t1 t2 最大持續(xù)產(chǎn)量最大持續(xù)產(chǎn)量 例例4.4.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 的S型曲線，應(yīng)該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 A種群數(shù)量穩(wěn)定 B種群增長量最

10、大 C種群數(shù)量最大 D環(huán)境條件所允許的種 群數(shù)量最大 B 例5、在一個(gè)玻璃容器內(nèi)，裝入一定量的符合小球藻 生活的營養(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 4 圖中能正確表示小球藻種群數(shù)量增長率隨時(shí)間變化趨勢(shì) 的曲線是（ ） D 例例6.圖表示某種鼠遷入新圖表示某種鼠遷入新 的環(huán)境后增長率隨時(shí)間的變的環(huán)境后增長率隨時(shí)間的變 化曲線，在圖中能反映鼠化曲線，在圖中能反映鼠 種群數(shù)量變化的曲線是種群數(shù)量變化的曲線是 B 例7. 右圖表示某物種遷入新環(huán)境后，種群增長速率 隨時(shí)間的變化關(guān)系。在第 10年時(shí)經(jīng)調(diào)查該種群數(shù)量為 200只，估算該種群在此環(huán)境中的

11、環(huán)境負(fù)荷量約為 A100只 B200只 C300只 D400只 辨析：預(yù)計(jì)我國人口數(shù)量到2050年左右，人口總數(shù)將達(dá)到 峰值15億左右。該峰值是不是我國人口容納量？ 不是。該峰值為按現(xiàn)在人口增長情況而將達(dá)到的數(shù)量。 D 問題：從環(huán)境容納量（K值）的角度思考： （1）對(duì)瀕危動(dòng)物如大熊貓應(yīng)采取什么保護(hù)措施？ （2）對(duì)家鼠等有害動(dòng)物的控制，應(yīng)當(dāng)采取什么 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。 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，等等。 種群增長的

12、種群增長的“S S”型曲線型曲線 種群的增長方式種群的增長方式 “J”型增長曲線 “S”型增長曲線 種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境所允許的最大值（ K值）后，將停止 增長并在K值左右保持相對(duì)穩(wěn)定。 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。 種群增長的“S”型曲線 兩種種群增 長方式的差異 主要在于環(huán)境 阻力對(duì)種群數(shù) 量的影響 增長方 式 J型增長 S型增長 產(chǎn)生 條件 特點(diǎn) 資源無限、空間無限、 不受其他生物制約等 理想條件下 K值（即環(huán)境容納量）：在 長時(shí)期內(nèi)環(huán)境所能維持的種 群最大數(shù)量。 是種群在該環(huán)境中的穩(wěn)定平 衡密度 種群增長的兩種方式比較種群增長的兩種方

13、式比較 資源有限、空間有限、 受其他生物制約等 有限條件下 起始增長很慢，隨著 基數(shù)的加大，增長越 來越快。 起始加速增長，K/2時(shí)增長 最快，之后開始減速增長， 到達(dá)K值時(shí)便停止增長或在K 值上下波動(dòng)。 什么情況出現(xiàn)此種曲線？ 有哪些因素會(huì)影響到種群數(shù)量的變化呢？ 種群的數(shù)量是由出生率和死亡率、遷入 和遷出（食物、氣候、天敵、傳染病、人 類活動(dòng)）決定的。 種群增長的種群增長的 “J” 型曲線 時(shí)間 種群 數(shù)量數(shù)量 大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)之中的， 四、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降 東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng) 在不利條件之下，還會(huì)急劇下降，甚至滅亡 自然環(huán)境條件下，種群數(shù)量總是在 K值附近上下波動(dòng) K值

14、值種群在一定環(huán)境中的穩(wěn)定平衡密度。種群在一定環(huán)境中的穩(wěn)定平衡密度。 將10ml酵母液放在適宜的溫度 下培養(yǎng)，并于不同時(shí)間內(nèi)等 量均勻取樣4次，分別測(cè)定樣 品中酵母菌的數(shù)量和 pH值， 結(jié)果如表1所示，請(qǐng)分析回答： （1）推測(cè)表中樣品的取值先后 順序?yàn)開 （2）對(duì)酵母菌而言，10ml該 培養(yǎng)液的環(huán)境負(fù)荷量為 _。 （3）若第5次均勻取樣，樣品 中的酵母菌數(shù)量為 760個(gè) /mm 3。產(chǎn)生這一結(jié)果的原 因是_ 。 樣品 酵母菌數(shù)量（個(gè) /mm3） pH 1 1210 4.8 2 820 5.4 3 1210 3.7 4 1000 5.0 培養(yǎng)液中營養(yǎng)物質(zhì)不斷被消耗， pH值降低，部分酵 母菌因生存

15、空間、營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏而死亡或解體。 酵母菌種群的數(shù) 量變化 1.21107個(gè) 2-4-1-3 酵母菌的數(shù)量和pH值 影響種群數(shù)量變化的因素影響種群數(shù)量變化的因素 直接因素：出生率、死亡率、遷入、遷出 間接因素：食物、氣候、傳染病、天敵 重要因素：人類的活動(dòng) 種 群 的 數(shù) 量 變 化 研究方法： 理想條件 有限環(huán)境： 種群數(shù)量的變動(dòng) 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型步驟 觀察研究對(duì)象，提出問題 作出假設(shè) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用數(shù)學(xué)形式表達(dá) 檢驗(yàn)或修正 公式： 曲線：“J”型曲線 “S”型 曲線 定義：種群經(jīng)過一段時(shí)間的增長 后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長曲線 K值：即環(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 （2005北京會(huì)考）棲息在灌木叢中的紅松雞種