種群數(shù)量的變化(優(yōu)秀課件——上課專用)

1、在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細(xì)菌每情況下，某種細(xì)菌每2020分鐘就分鐘就通過分裂繁殖一代。通過分裂繁殖一代。時間時間（min)20 40 60 80100 120 140 160 180分裂次數(shù)分裂次數(shù)數(shù)量（個）數(shù)量（個） 248163264128 256 5121234567891.1.填寫下表：計算一個細(xì)菌在不同時間（單位填寫下表：計算一個細(xì)菌在不同時間（單位為為minmin）產(chǎn)生后代的數(shù)量。）產(chǎn)生后代的數(shù)量。2 2n n代細(xì)菌數(shù)量的計算公式是：代細(xì)菌數(shù)量的計算公式是：3 37272小時后，由一個細(xì)菌分裂產(chǎn)生小時后，由一個細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？的

2、細(xì)菌數(shù)量是多少？解：解：n 60 min 72 h20 min216Nn2n 2 2164.4.以時間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，以時間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出細(xì)菌的數(shù)量增長曲線。畫出細(xì)菌的數(shù)量增長曲線。20406080100 120140160180時間時間/ /分鐘分鐘細(xì)菌數(shù)量細(xì)菌數(shù)量/ /個個用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式數(shù)學(xué)方程式：精確數(shù)學(xué)方程式：精確曲線式：直觀曲線式：直觀為了直觀、簡便地研究種群的數(shù)量變動的為了直觀、簡便地研究種群的數(shù)量變動的規(guī)律，規(guī)律，數(shù)學(xué)模型建構(gòu)數(shù)學(xué)模型建構(gòu)是常用的方法之一。是常用的方法之一。一、建構(gòu)種群增長模型

3、一、建構(gòu)種群增長模型細(xì)菌每細(xì)菌每20min20min分裂一次分裂一次問題：細(xì)菌數(shù)量怎樣變的？問題：細(xì)菌數(shù)量怎樣變的？在資源和空間無限多的環(huán)境在資源和空間無限多的環(huán)境中，細(xì)菌種群的增長不會受中，細(xì)菌種群的增長不會受種群密度增加的影響種群密度增加的影響 NnNn=2n=2nN N代表細(xì)菌數(shù)量，代表細(xì)菌數(shù)量，n n表示第幾代表示第幾代觀察、統(tǒng)計細(xì)菌數(shù)量，對觀察、統(tǒng)計細(xì)菌數(shù)量，對自己所建立的模型進(jìn)行檢自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正驗(yàn)或修正研究實(shí)例研究實(shí)例研究方法研究方法觀察研究對象，觀察研究對象，提出問題提出問題提出合理的假設(shè)提出合理的假設(shè)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)挠眠m當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性

4、質(zhì)進(jìn)數(shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)行表達(dá)通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正對模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的一般過程數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的一般過程 提出問題提出問題 作出假設(shè)作出假設(shè) 建立模型建立模型 模型的檢驗(yàn)與評價模型的檢驗(yàn)與評價條件：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“J”型曲線實(shí)例實(shí)例1 1：澳大利亞本來并沒有兔子。澳大利亞本來并沒有兔子。 18591859年，年，2424只歐洲野只歐洲野兔從英國被帶到了澳大利亞。這里有茂盛的牧草，卻沒有兔從英國被帶到了澳大利亞。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，鷹等天敵

5、。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。不到兔子開始了幾乎不受任何限制的大量繁殖。不到100100年，年，兔子的數(shù)量達(dá)到兔子的數(shù)量達(dá)到6 6 億只以上，遍布整個大陸。億只以上，遍布整個大陸。二、種群增長的二、種群增長的“J”J”型曲線型曲線: :實(shí)例二：實(shí)例二：鳳眼蓮鳳眼蓮（水葫蘆）原產(chǎn)于南美，僅以一種觀賞性植物零散（水葫蘆）原產(chǎn)于南美，僅以一種觀賞性植物零散分布，分布，18441844年在美國的博覽會上曾被喻為年在美國的博覽會上曾被喻為“美化世界的淡紫色花美化世界的淡紫色花冠冠”。自此以后鳳眼蓮被作為觀賞植物引種栽培，現(xiàn)已在亞、非、。自此以后鳳眼蓮被作

6、為觀賞植物引種栽培，現(xiàn)已在亞、非、歐、北美洲等數(shù)十個國家造成危害。歐、北美洲等數(shù)十個國家造成危害。19011901年作為花卉引入中國，年作為花卉引入中國，3030年代作為畜禽飼料引入中國內(nèi)地各省，并作為觀賞和凈化水質(zhì)的植年代作為畜禽飼料引入中國內(nèi)地各省，并作為觀賞和凈化水質(zhì)的植物推廣種植，后逃逸為野生。由于繁殖迅速，又幾乎沒有競爭對手物推廣種植，后逃逸為野生。由于繁殖迅速，又幾乎沒有競爭對手和天敵和天敵 ，在我國南方江河湖泊中發(fā)展迅速，目前我國有這種鳳眼蓮，在我國南方江河湖泊中發(fā)展迅速，目前我國有這種鳳眼蓮184184萬噸，成為我國淡水水體中主要的外來入侵物種之一。萬噸，成為我國淡水水體中主要

7、的外來入侵物種之一。 倍倍條件：條件： 理想狀態(tài)理想狀態(tài)食物充足，空間充裕，環(huán)境食物充足，空間充裕，環(huán)境適宜，沒有天敵適宜，沒有天敵等。等。 J J型曲線的兩種情況：型曲線的兩種情況：實(shí)驗(yàn)室條件下；剛遷入一個新的適宜環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室條件下；剛遷入一個新的適宜環(huán)境。小結(jié)小結(jié):增長特點(diǎn)：增長率不變增長特點(diǎn)：增長率不變O 時間時間種種群群增增長長率率增長率=（末數(shù)-初數(shù)）/初數(shù)v思考：自然界中，種群的思考：自然界中，種群的J能持續(xù)型增長么？能持續(xù)型增長么？v種群密度越大種群密度越大環(huán)境阻力環(huán)境阻力越大越大不能，不能，原因：存在環(huán)境阻力原因：存在環(huán)境阻力 食物有限空食物有限空間有限間有限種內(nèi)斗爭種內(nèi)斗爭種

8、間競爭天敵捕食種間競爭天敵捕食問題探討問題探討 在一個培養(yǎng)基中，細(xì)菌的數(shù)量會一直按照這個在一個培養(yǎng)基中，細(xì)菌的數(shù)量會一直按照這個公式增長嗎？為什么？公式增長嗎？為什么？ 不會。原因是資源和空間是有限的。不會。原因是資源和空間是有限的。如何驗(yàn)證這個觀點(diǎn)？如何驗(yàn)證這個觀點(diǎn)？高斯實(shí)驗(yàn)：高斯實(shí)驗(yàn)：生態(tài)學(xué)家曾經(jīng)做過這樣一個實(shí)驗(yàn)：在生態(tài)學(xué)家曾經(jīng)做過這樣一個實(shí)驗(yàn)：在0.5 0.5 mLmL培培養(yǎng)液中放入養(yǎng)液中放入5 5個大草履蟲，然后每隔個大草履蟲，然后每隔24 h24 h統(tǒng)計一次大草履統(tǒng)計一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出了如上圖所示的結(jié)果。從蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出了如上圖所示的結(jié)果。從上圖可以

9、看出，大草履蟲在這個實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下的最大種上圖可以看出，大草履蟲在這個實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下的最大種群數(shù)量是群數(shù)量是375375個。個。三、種群增長的三、種群增長的“S”S”型曲線型曲線思考：思考：1、曲線形狀象什么？、曲線形狀象什么？2、大草履蟲數(shù)量增長、大草履蟲數(shù)量增長過程如何？過程如何？v“S”型曲線：種群經(jīng)過一定時間的增長后，型曲線：種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量數(shù)量 曲線曲線v該實(shí)驗(yàn)中在第該實(shí)驗(yàn)中在第 天時增長速率最快。天時增長速率最快。為什么曲線會趨于穩(wěn)定？K KN N0 0資源越資源越來越少，來越少，種內(nèi)斗爭不斷加劇，種內(nèi)斗爭不斷加劇，捕食者數(shù)量不斷增加，捕食者數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致導(dǎo)致該種

10、群的出生率降低，死亡該種群的出生率降低，死亡率增高。率增高。當(dāng)出生率當(dāng)出生率=死亡率死亡率時，時，K KN N0 0注：同一種群的注：同一種群的K K值值不是固定不變的，會不是固定不變的，會受到環(huán)境的影響。受到環(huán)境的影響。 自然資源有限、空間有限、受其他自然資源有限、空間有限、受其他生物制約等有限條件下。生物制約等有限條件下。特點(diǎn)： A.種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境所允許的最大值（種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境所允許的最大值（K值）后，值）后，將停止增長并在將停止增長并在K值左右保持相對穩(wěn)定值左右保持相對穩(wěn)定 B.增長率先增加，后減少。增長率先增加，后減少。K/2值時，增長率最大，值時，增長率最大，出生率與死亡率之差最

11、大；出生率與死亡率之差最大；K值時，增長率為零，值時，增長率為零，出生率出生率=死亡率。死亡率。 t0 t1 t2 時間時間 0 K/2 K 數(shù)量數(shù)量增增長長率率條件：條件：種種群群數(shù)數(shù)量量“S”S”型型增增長長曲曲線線K/2K/2K K種種群群數(shù)數(shù)量量增增長長率率時間時間D: D: 出生率死亡率，即出生率死亡率，即種群數(shù)量處于種群數(shù)量處于K K值。值。B: B: 出生率與死亡率之差出生率與死亡率之差最大，即種群數(shù)量處于最大，即種群數(shù)量處于K/2K/2值。值。 t0 t1 t2 時間時間 0 K/2 K 增增長長率率陰影代表環(huán)境阻力陰影代表環(huán)境阻力生存斗爭中被淘汰的個生存斗爭中被淘汰的個體數(shù)。

12、體數(shù)。食物不足、空間有食物不足、空間有限、種內(nèi)斗爭、天限、種內(nèi)斗爭、天敵捕食、氣候不適、敵捕食、氣候不適、寄生蟲、傳染病等寄生蟲、傳染病等討論討論 ：圖中陰影部分代表的什么？：圖中陰影部分代表的什么？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：直接因素：出生率和死亡率、遷入率和遷出率出生率和死亡率、遷入率和遷出率間接因素：間接因素：食物、氣候、傳染病、天敵食物、氣候、傳染病、天敵重要因素：重要因素：人類的活動人類的活動四、種群數(shù)量的波動和下降四、種群數(shù)量的波動和下降東亞飛蝗種群數(shù)量的波動?xùn)|亞飛蝗種群數(shù)量的波動大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動之中的，在不利條件之下，大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動

13、之中的，在不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡。還會急劇下降，甚至滅亡。在開發(fā)野生動植物資源時，將野生動植在開發(fā)野生動植物資源時，將野生動植物的種群數(shù)量控制在什么條件下，人類獲取的物的種群數(shù)量控制在什么條件下，人類獲取的資源量最大，又不影響資源的再生？資源量最大，又不影響資源的再生？即即1/2K1/2K時，此時種群的增長速度最快，可提時，此時種群的增長速度最快，可提供的資源數(shù)量也最多，而又不影響資源的再供的資源數(shù)量也最多，而又不影響資源的再生。生。1. 1. 對種群的數(shù)量變化做出預(yù)測，對種群的數(shù)量變化做出預(yù)測，合理利用和保合理利用和保護(hù)野生生物資源護(hù)野生生物資源魚類的捕撈魚類的捕撈2.2.通過

14、研究種群數(shù)量變動規(guī)律，通過研究種群數(shù)量變動規(guī)律，為害蟲的預(yù)測為害蟲的預(yù)測及防治提供科學(xué)依據(jù)。及防治提供科學(xué)依據(jù)。蝗蟲的防治蝗蟲的防治3 .3 .拯救和恢復(fù)瀕危動物種群，拯救和恢復(fù)瀕危動物種群，如大熊貓。如大熊貓。4 .4 .為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理控制種群數(shù)量、合理控制種群數(shù)量、適時捕撈、采伐等提供理論指導(dǎo)。適時捕撈、采伐等提供理論指導(dǎo)。五、研究種群數(shù)量變化的意義：五、研究種群數(shù)量變化的意義：實(shí)驗(yàn)：探究培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量的變化實(shí)驗(yàn)：探究培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量的變化一一. .實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理. .用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌, ,種群的增長受培養(yǎng)種群的增長受培養(yǎng)液

15、的成分液的成分, ,空間空間, ,溫度溫度,PH,PH等等 因素的影響因素的影響. . .在理想的條件下在理想的條件下, ,酵母菌種群的增長呈酵母菌種群的增長呈“J J”型型曲線；在各種資源有限或者存在環(huán)境阻力的情況曲線；在各種資源有限或者存在環(huán)境阻力的情況下，酵母菌種群增長呈下，酵母菌種群增長呈“S S”型曲線。型曲線。三三. .作出假設(shè)作出假設(shè)在環(huán)境資源有限的條件下在環(huán)境資源有限的條件下, ,酵母菌的數(shù)量變化隨酵母菌的數(shù)量變化隨時間呈時間呈“S S”型增長曲線型增長曲線二二. .提出問題提出問題培養(yǎng)液中酵母菌的數(shù)量是怎樣隨時間變化的培養(yǎng)液中酵母菌的數(shù)量是怎樣隨時間變化的? ?四實(shí)驗(yàn)步驟：四

16、實(shí)驗(yàn)步驟：將將10ml10ml馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中，馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中，塞上棉塞。高壓蒸汽滅菌后，冷卻至室溫塞上棉塞。高壓蒸汽滅菌后，冷卻至室溫. . 將酵母菌接種到各支試管中，搖勻后用血球?qū)⒔湍妇臃N到各支試管中，搖勻后用血球計數(shù)板計數(shù)起始酵母菌的個數(shù)，做好記錄計數(shù)板計數(shù)起始酵母菌的個數(shù)，做好記錄 。 培養(yǎng)：將試管放在培養(yǎng)：將試管放在28的恒溫箱中培養(yǎng)的恒溫箱中培養(yǎng)7天天 計數(shù)：計數(shù)：每天每天同一時間同一時間取樣計數(shù)酵母菌的數(shù)量，取樣計數(shù)酵母菌的數(shù)量，連續(xù)觀察連續(xù)觀察7天并記錄這天并記錄這7天的數(shù)值。天的數(shù)值。抽樣檢驗(yàn)法：抽樣檢驗(yàn)法：將蓋玻片放在計數(shù)室上，用吸管

17、吸將蓋玻片放在計數(shù)室上，用吸管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入到計計數(shù)室內(nèi)，到計計數(shù)室內(nèi)， 待酵母菌細(xì)胞全部沉降到計數(shù)待酵母菌細(xì)胞全部沉降到計數(shù)室底部，將計數(shù)板放在在載物臺中央，計數(shù)一個室底部，將計數(shù)板放在在載物臺中央，計數(shù)一個小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量，再以此為依據(jù)估計培養(yǎng)液小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量，再以此為依據(jù)估計培養(yǎng)液中酵母菌總數(shù)。蓋玻片下培養(yǎng)液的厚度中酵母菌總數(shù)。蓋玻片下培養(yǎng)液的厚度0.1mm，可以計算出整個計數(shù)室的體積，從而換算可以計算出整個計數(shù)室的體積，從而換算10ml培養(yǎng)液中酵母菌的總數(shù)。培養(yǎng)液中酵母菌的總數(shù)。v血球計數(shù)板是一種專門用于計算

18、較大單血球計數(shù)板是一種專門用于計算較大單細(xì)胞微生物的一種儀器。細(xì)胞微生物的一種儀器。v計數(shù)時，常采用計數(shù)時，常采用樣方法樣方法。=50000AB（個）（個）下面以一個大方格有下面以一個大方格有2525個中方個中方格的計數(shù)板為例進(jìn)行計算：設(shè)格的計數(shù)板為例進(jìn)行計算：設(shè)五個中方格中總菌數(shù)為五個中方格中總菌數(shù)為A A，菌液，菌液稀釋倍數(shù)為稀釋倍數(shù)為B B，那么，一個大方，那么，一個大方格中的總菌數(shù)格中的總菌數(shù)1mm1mm如果是如果是1616個中方格的計數(shù)板，個中方格的計數(shù)板，設(shè)設(shè)4 4個中方格的總菌數(shù)為個中方格的總菌數(shù)為A A，菌液稀釋倍數(shù)為菌液稀釋倍數(shù)為B B則：則：1mm1mm440000X BX BB B1.1.在下列圖中，表示種群在無環(huán)境阻力的狀況下在下列圖中，表示種群在無環(huán)境阻力的狀況下增長的是（增長的是（ ）2.2.如圖表示接種到一定容積培養(yǎng)液中的酵母菌生如圖表示接種到一定容積培養(yǎng)液中的酵母菌生長曲線圖，曲線中哪段表示由于有限空間資源的長曲線圖，曲線中哪段表示由于有限空間資源的限制使種內(nèi)競爭增強(qiáng)（限制使種內(nèi)競爭增強(qiáng)（ ）A ACDCD段（增長速度慢）段（增長速