第二節(jié) 種群數(shù)量的變化 公開課

1、12問題探討問題探討在在營養(yǎng)和生存空間營養(yǎng)和生存空間沒有限制沒有限制的情況下，的情況下，某種細菌每某種細菌每20min20min就就通過分裂繁殖一代。通過分裂繁殖一代。3時間（時間（min）細胞數(shù)細胞數(shù)0204060801001分裂分裂32248164時間時間（min)min)2020404060608080100100120120140140160160180180分裂次數(shù)分裂次數(shù)數(shù)量數(shù)量（個）（個）數(shù)量數(shù)量（個）（個）2 24 48 8161632326464128128 256256 5125121 12 23 34 45 56 67 78 89 91 1、填寫下表：計算一個細菌在不同時

2、間（單位為、填寫下表：計算一個細菌在不同時間（單位為minmin）產生后代的數(shù)量。產生后代的數(shù)量。2 2n n代細菌數(shù)量代細菌數(shù)量的計算公式是：的計算公式是：3 37272小時后，由一個細菌分裂產生的細菌數(shù)量是多少？小時后，由一個細菌分裂產生的細菌數(shù)量是多少？ n n n n min xmin xh hminminNnNn 2221232425262728295204060 80100 120 140 160180 分鐘分鐘細菌種群增長曲線細菌種群增長曲線細菌數(shù)量細菌數(shù)量4 4、以時間為橫坐標，細菌數(shù)量為縱坐標，、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。畫出細菌的數(shù)量增長曲線

3、。6分鐘分鐘細菌種群增長曲線細菌種群增長曲線細菌個數(shù)細菌個數(shù)曲線大致呈什么型曲線大致呈什么型曲線呈曲線呈“J”J”型型7細菌數(shù)量曲線圖與數(shù)學方程式比較，曲線圖與數(shù)學方程式比較，有哪些優(yōu)缺點？有哪些優(yōu)缺點？曲線圖：曲線圖：直觀，但不夠精確。直觀，但不夠精確。數(shù)學方程式數(shù)學方程式: :精確，但不夠直觀。精確，但不夠直觀。 n n8描述、解釋和預測種群數(shù)量的變化，常常描述、解釋和預測種群數(shù)量的變化，常常需要建立需要建立數(shù)學模型數(shù)學模型。1.1. 概念：概念：是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數(shù)學形式數(shù)學形式2.2.數(shù)學模型數(shù)學模型4.4. 數(shù)學模型建構的步驟數(shù)學模型建構的步

4、驟一、建構種群增長模型的方法一、建構種群增長模型的方法曲線圖曲線圖數(shù)學方程式數(shù)學方程式91 1、觀察研究對象，、觀察研究對象，提出提出問題問題細菌每細菌每2020分鐘分裂一次，分鐘分裂一次，問題：細菌數(shù)量怎樣變化的？問題：細菌數(shù)量怎樣變化的？2 2、提出提出合理的合理的假設假設在資源和空間無限多的環(huán)境中，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細菌種群的增長不受種群密度增加的影響加的影響3 3、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當?shù)漠數(shù)臄?shù)學形式數(shù)學形式對事物的性對事物的性質進行質進行表達表達列出表格，根據(jù)表格畫曲線，推列出表格，根據(jù)表格畫曲線，推導公式導公式4 4、通過進一

5、步實驗或觀、通過進一步實驗或觀察等，對模型進行察等，對模型進行檢驗或檢驗或修正修正觀察、統(tǒng)計細菌的數(shù)量，對自己觀察、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所建立的模型進行檢驗或修正建立數(shù)學模型一般包括以下建立數(shù)學模型一般包括以下步驟步驟： n n一、建構種群增長模型的方法一、建構種群增長模型的方法10細菌的數(shù)量個 理想條件下理想條件下細菌數(shù)量增長的推測細菌數(shù)量增長的推測在自然界中在自然界中，種群數(shù)量的變化是這樣的嗎，種群數(shù)量的變化是這樣的嗎11實例一實例一：18591859年，一位英國人來到澳大利亞定居，年，一位英國人來到澳大利亞定居，他帶來了他帶來了2424只野兔。讓他沒有想到的是

6、，一個世只野兔。讓他沒有想到的是，一個世紀之后，這紀之后，這2424只只野兔的后代竟達到野兔的后代竟達到6 6億只億只以上。漫以上。漫山遍野的野兔與牛羊爭食牧草，啃嚙樹皮，造成植山遍野的野兔與牛羊爭食牧草，啃嚙樹皮，造成植被破壞，導致水土流失。被破壞，導致水土流失。后來，人們引入了黏液瘤后來，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。 12實例二實例二：在在2020世紀世紀3030年代，人們將年代，人們將環(huán)頸雉環(huán)頸雉引入美引入美國的一個島嶼。在國的一個島嶼。在1937193719421942年期間，這個種群年期間，這個種群數(shù)量的增長如下圖所示。數(shù)量的增長如下圖所示

7、。 曲線大致呈什么型曲線大致呈什么型曲線呈曲線呈“J”J”型型13在理想環(huán)境下在理想環(huán)境下種群數(shù)量增長的形式，種群數(shù)量增長的形式，如果以如果以時間為橫坐標時間為橫坐標，種群，種群數(shù)量為縱坐標數(shù)量為縱坐標畫畫出曲線來表示，曲線大致呈出曲線來表示，曲線大致呈“J J”型型二、種群增長的二、種群增長的“J”J”型曲線型曲線14模型假設：模型假設：在食物和空間條件充裕、氣候適宜、敵害在食物和空間條件充裕、氣候適宜、敵害等條件下，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)量是第一年的數(shù)量是第一年的倍。倍。二二“J”J”型增長的數(shù)學模型型增長的數(shù)學模型建立

8、模型：建立模型：t t年后種群數(shù)量為：年后種群數(shù)量為： 理想條件理想條件 Nt=N0 t 種群起始數(shù)量種群起始數(shù)量t年后種群數(shù)量年后種群數(shù)量種群數(shù)量是前種群數(shù)量是前1年的倍數(shù)年的倍數(shù)時間時間(年）年）15種群的種群的增長率增長率隨時間如何變化隨時間如何變化實驗室條件下實驗室條件下遷移入新環(huán)境遷移入新環(huán)境例子：例子：二二“J”J”型增長的數(shù)學模型型增長的數(shù)學模型Nt=N0 t 時間時間數(shù)量數(shù)量16增長率增長率指新增加的個體數(shù)占原來個體數(shù)的比例指新增加的個體數(shù)占原來個體數(shù)的比例。 （是一個百分比，無單位（是一個百分比，無單位) )增長速率增長速率指新增加的個體數(shù)與時間的比值指新增加的個體數(shù)與時間的

9、比值。 ( (即即dNdNdtdt，有單位，有單位）（如個（如個/ /年等）年等） 增長速率增長速率末數(shù)初數(shù)末數(shù)初數(shù)單位時間單位時間N Nt tN Nt-1t-1( (個個) )t t( (年年) )100增長率增長率末數(shù)初數(shù)末數(shù)初數(shù)N Nt tN Nt-1t-1N Nt-1t-1N Nt-1t-1 例如，某一種群的數(shù)量在某一單位時間t（如一年）內，由初數(shù)量Nt-1（個）增長到末數(shù)量Nt（個），則這一單位時間內種群的增長率和增長速率的計算分別為：17O 時間時間種種群群增增長長率率“J”型曲線型曲線時間時間數(shù)量數(shù)量Nt=N0 t 增長速率越來越大增長速率越來越大100增長率增長率末數(shù)初數(shù)末數(shù)初

10、數(shù)N Nt tN Nt-1t-1N Nt-1t-1N Nt-1t-118時間時間（min)min)2020404060608080100100120120140140160160180180分裂次數(shù)分裂次數(shù)數(shù)量數(shù)量（個）（個）2 24 48 8161632326464128128 256256 5125121 12 23 34 45 56 67 78 89 9增長率增長率( (個個/20min)/20min)(4-2)/2 =11111111增長率穩(wěn)定增長率穩(wěn)定100增長率增長率末數(shù)初數(shù)末數(shù)初數(shù)N Nt tN Nt-1t-1N Nt-1t-1N Nt-1t-119時間時間（min)min)20

11、20404060608080100100120120140140160160180180分裂次數(shù)分裂次數(shù)數(shù)量數(shù)量（個）（個）2 24 48 8161632326464128128 256256 5125121 12 23 34 45 56 67 78 89 9增長速率增長速率v v( (個個/20min)/20min)4-2=248163264128 256增長速率越來越大增長速率越來越大增長速率增長速率末數(shù)初數(shù)末數(shù)初數(shù)單位時間單位時間N Nt tN Nt-1t-1( (個個) )t t( (年年) )20環(huán)境阻力環(huán)境阻力種群密度越大，種群密度越大，環(huán)境阻力環(huán)境阻力越大；越大；在大自然中在大自

12、然中食物有限食物有限空間有限空間有限種內斗爭種內斗爭種間競爭種間競爭天敵捕食天敵捕食出生率降低，死亡率升高出生率降低，死亡率升高時間時間數(shù)量數(shù)量21大草履蟲數(shù)量增長過程如何？大草履蟲數(shù)量增長過程如何？高斯把高斯把5個大草履蟲置于個大草履蟲置于0.5mL的培養(yǎng)液中，每隔的培養(yǎng)液中，每隔24小時統(tǒng)計一次數(shù)據(jù)，經過反復實驗，結果如下：小時統(tǒng)計一次數(shù)據(jù)，經過反復實驗，結果如下： 高斯對高斯對大草履蟲種群大草履蟲種群研究的實驗研究的實驗22在資源有限條件下的在資源有限條件下的情況下，情況下，種群經過一種群經過一定時間的增長后，數(shù)定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長曲量趨于穩(wěn)定的增長曲線，線，K K值值K

13、K值：值：在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的所能維持的種群最大數(shù)量種群最大數(shù)量稱為稱為環(huán)境容納量環(huán)境容納量。三三 種群增長的種群增長的“S”S”型曲線型曲線23產生條件：產生條件： 自然條件自然條件( (現(xiàn)實狀態(tài)現(xiàn)實狀態(tài)) )下下食物等食物等資源和空資源和空間總是有限的間總是有限的，當種群密度增大時，當種群密度增大時，種內斗爭種內斗爭不斷加劇不斷加劇，天敵數(shù)量不斷增加天敵數(shù)量不斷增加，導致該種群的，導致該種群的出生率降低，死亡率增高。出生率降低，死亡率增高。增長特點：增長特點： 種群數(shù)量達到環(huán)境所允許的最大值（種群數(shù)量達到環(huán)境所允許的最大值（

14、K K值），值），將停止增長并在將停止增長并在K K值左右保持相對穩(wěn)定。值左右保持相對穩(wěn)定。 存在環(huán)境阻力存在環(huán)境阻力 種群密度越大種群密度越大 環(huán)境阻力越大環(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24 t0 t1 t2 時間時間種群數(shù)量種群數(shù)量K t0 t1 t2 時間時間 增增長長速速率率種群數(shù)量變化曲線與種群種群數(shù)量變化曲線與種群增長速率增長速率曲線的關系曲線的關系增長率越來越大增長率越來越大25 用曲線圖表示用曲線圖表示K K值的方法值的方法圖中圖中A A、B B、C C、D D 時間所對應的種群數(shù)量為時間所對應的種群數(shù)量為K K值，值，AA、CC、DD時間所對應的

15、種群數(shù)量為時間所對應的種群數(shù)量為K/2K/2值值。26適時捕撈適時捕撈：種群數(shù)量達環(huán)境容納量的一半時種群數(shù)量達環(huán)境容納量的一半時種群種群增長速率最大增長速率最大，再生能力最強，再生能力最強K/2的應用的應用魚群數(shù)量超過魚群數(shù)量超過K K2 2后才能捕撈，但要保證后才能捕撈，但要保證被捕后數(shù)量保持在被捕后數(shù)量保持在K K2 2左右，因為在這個左右，因為在這個水平上水平上種群增長速率種群增長速率最大最大 。K/227右圖為魚塘中魚的數(shù)量增長曲線，為了使魚塘右圖為魚塘中魚的數(shù)量增長曲線，為了使魚塘的總產量達到最大值，應該做到適時捕撈。下的總產量達到最大值，應該做到適時捕撈。下列做法中正確的是（列做法

16、中正確的是（ ）A超過超過T4時捕撈，使剩余量保持在時捕撈，使剩余量保持在KB超過超過T3時捕撈，使剩余量保持在時捕撈，使剩余量保持在3K/4C超過超過T2時捕撈，使剩余量保持在時捕撈，使剩余量保持在K/2D超過超過T4時捕撈，使剩余量保持在時捕撈，使剩余量保持在K/4答案：答案： C28有害生物防治有害生物防治：務必及時控制種：務必及時控制種群數(shù)量，嚴防達群數(shù)量，嚴防達K/2值處值處(若達若達K/2值處，值處，可導致該有害生物成災，如蝗蟲的防控可導致該有害生物成災，如蝗蟲的防控)K/229提示：提示：從環(huán)境容納量的角度思考，可以采取措從環(huán)境容納量的角度思考，可以采取措施施降低降低有害動物種群

17、的有害動物種群的環(huán)境容納量環(huán)境容納量，如將食物儲藏在安全處，斷絕或減少它們的食如將食物儲藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源；室內采取硬化地面等措施，減少它們物來源；室內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挖造巢穴的場所；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵等同一種群的同一種群的K K值不是固定不變的，會受到環(huán)境的影響值不是固定不變的，會受到環(huán)境的影響怎樣做才是最有效的滅鼠措施？怎樣做才是最有效的滅鼠措施？ K值的應用值的應用30思考思考怎樣做才是保護大熊貓的根本措施？怎樣做才是保護大熊貓的根本措施？ 建立自然保護建立自然保護區(qū)，改善大熊區(qū)，改善大熊貓的棲息環(huán)境，貓的棲息環(huán)境，提

18、高環(huán)境容納提高環(huán)境容納量量。31在生產中的應用在生產中的應用K/2 種群增長曲線的生產生活中的應用：種群增長曲線的生產生活中的應用： 有害動物的防治，應通過有害動物的防治，應通過降低降低其環(huán)境容納量其環(huán)境容納量 受保護動物的拯救和恢復，應通過改善其棲受保護動物的拯救和恢復，應通過改善其棲 息環(huán)境，息環(huán)境，提高提高K K值值。 生產上的捕獲期應確定在種群數(shù)量略比生產上的捕獲期應確定在種群數(shù)量略比K/2K/2多多 時最好；而殺蟲效果最好的時期在潛伏期（時最好；而殺蟲效果最好的時期在潛伏期（ K/2K/2以下以下）。）。32時間時間種種群群數(shù)數(shù)量量J J型型曲線曲線S S型型曲線曲線K K值值1 1

19、、“J”J”型曲線用達爾文的觀點分析表明生物型曲線用達爾文的觀點分析表明生物具有具有過度繁殖過度繁殖的特性。的特性。2 2、圖中陰影部分表示：、圖中陰影部分表示：環(huán)境阻力環(huán)境阻力； 用達爾文的觀點分析指：通過用達爾文的觀點分析指：通過生存斗爭生存斗爭被被淘汰淘汰的個體數(shù)量，也即代表自然選擇的作用。的個體數(shù)量，也即代表自然選擇的作用。“J”J”型曲線表明型曲線表明生物具有什么特性？生物具有什么特性？圖中陰影部分表示圖中陰影部分表示什么？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33比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別J J型曲線型曲線

20、S S型曲線型曲線條件條件種群種群增長（速）率增長（速）率有無有無K K值值曲線曲線環(huán)境資源無限環(huán)境資源無限環(huán)境資源有限環(huán)境資源有限保持穩(wěn)定保持穩(wěn)定先升后降先升后降無，持續(xù)保持增長無，持續(xù)保持增長有有K K值值K K值：值：環(huán)境容納量環(huán)境容納量食物不足食物不足空間有限空間有限種內斗爭種內斗爭天敵捕食天敵捕食氣候不適氣候不適寄生蟲寄生蟲傳染病等傳染病等34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，還有沒有其他變化增長外，還有沒有其他變化36 大多數(shù)種群的數(shù)量總

21、是在大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動波動之中的，在之中的，在不利條件之下，還會急劇不利條件之下，還會急劇下降下降，甚至，甚至滅亡滅亡。東亞飛蝗種群數(shù)量的波動東亞飛蝗種群數(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？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)量的波動和下降四、種群數(shù)量的波動和下降37 （1 1）影響種群數(shù)量變化的因素：）影響種群數(shù)量變化的因素： A.A.內部內部/ /直接因素：直接因素：出生（死亡）率、遷入（出）出生（死亡）率、遷入（出） 率、年齡組成、性別比例。率、年齡組成、性別比例。B.B.外因外因/ /間接因素：間接因素：空間、氣候、食物、天敵、空間、氣候、食物、

22、天敵、傳染病、自然災害等。傳染病、自然災害等。C.C.人為人為/ /重要因素：重要因素：對野生生物的亂捕濫獵、對對野生生物的亂捕濫獵、對種群數(shù)量的人工控制等。種群數(shù)量的人工控制等。（2 2）種群數(shù)量變化的類型：）種群數(shù)量變化的類型： 增長，穩(wěn)定，波動、下降等。增長，穩(wěn)定，波動、下降等。( (3 3）影響結果）影響結果：大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動之大多數(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。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，甚至滅亡五、研究種群數(shù)量

23、變化的意義五、研究種群數(shù)量變化的意義1 1、為野生生物資源的合理利用提供理論指導、為野生生物資源的合理利用提供理論指導 。 既要使生物資源的產量達到最大，又不危害生物資源既要使生物資源的產量達到最大，又不危害生物資源的可持續(xù)發(fā)展，砍伐、捕撈、狩獵后，保證種群的增的可持續(xù)發(fā)展，砍伐、捕撈、狩獵后，保證種群的增長速率為最大值。長速率為最大值。2 2、通過研究種群數(shù)量變動規(guī)律，為有害生物的、通過研究種群數(shù)量變動規(guī)律，為有害生物的預測及防治提供科學依據(jù)。預測及防治提供科學依據(jù)。 降低環(huán)境的負荷量（降低環(huán)境的負荷量（K K值）。如鼠害防治可通過嚴密值）。如鼠害防治可通過嚴密封存糧食、清除生活垃圾、保護老

24、鼠的天敵等措施來封存糧食、清除生活垃圾、保護老鼠的天敵等措施來降低降低K K值。值。3 3、為引進外來物種提供理性的思考。、為引進外來物種提供理性的思考。 必須考慮所引入的外來物種是否會構成對原來物種的必須考慮所引入的外來物種是否會構成對原來物種的危害，即是否會構成生物入侵。危害，即是否會構成生物入侵。40 培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化的變化探究實驗探究實驗41 酵母菌酵母菌生長周期短，增殖速度快，在生長周期短，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)量隨時間變菌，可以觀察酵母菌種群數(shù)量隨時間變化的情況。化

25、的情況。 種群的數(shù)量變化有一定的規(guī)律。在種群的數(shù)量變化有一定的規(guī)律。在理想條件下，種群呈理想條件下，種群呈“J”“J”型增長，型增長，在有限的環(huán)境下，種群呈在有限的環(huán)境下，種群呈“S”“S”型增長。型增長。知識回顧：知識回顧：42方法名稱：方法名稱：問題一：怎樣進行酵母菌的計數(shù)？問題一：怎樣進行酵母菌的計數(shù)？抽樣檢測抽樣檢測血細胞計數(shù)板血細胞計數(shù)板( (血球計數(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，構成三個平臺。中間的平玻

26、片中有四條下凹的槽，構成三個平臺。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，每半邊上面刻有一個面刻有一個方格網方格網。 44 方格網上刻有方格網上刻有9 9個個大方格，其中只有大方格，其中只有中間的一個大方格中間的一個大方格為為計數(shù)室計數(shù)室，供微生，供微生物計數(shù)用物計數(shù)用。 大方格的長和寬各為大方格的長和寬各為1mm1mm，深度為，深度為0.1mm0.1mm，即即1mm1mm1mm1mm0.1mm0.1mm，其容積為，其容積為0.1mm0.1mm3 3；45大方格中方格400小方格46 以以計數(shù)室計數(shù)室1mm1mm1mm1mm0.1mm0.1mm型為例型為例= =酵母酵母菌菌細胞個數(shù)細胞個數(shù)/ /mLmL每每個小方格個小方格酵母菌酵母菌細胞數(shù)細胞數(shù)40040010104 447例例1 1 通常用血球計數(shù)板對培養(yǎng)液中酵母菌通常用血球計數(shù)板對培養(yǎng)液中酵母菌進行計數(shù)，若計數(shù)室為進行計數(shù)，若計數(shù)室為1mm1mm1mm1mm0.1mm0.1mm方格，由方格，由400400個小方