教育专题：42种群数量的变化 (2).ppt

4.2种群数量的变化种群数量的变化主讲人：柯学主讲人：柯学在食物充裕在食物充裕、空间空间无限无限、气候适宜、气候适宜、没有敌害没有敌害的的理想条件下，种群的数量理想条件下，种群的数量是是如何如何变化的呢？变化的呢？思考思考大肠杆菌大肠杆菌分裂生殖分裂生殖(二分裂二分裂)种群的研究核心种群的研究核心:种群的数量变动种群的数量变动 为了直观、简便地研究种群的数量变动的为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，规律，数学模型建构数学模型建构是常用的方法之一。是常用的方法之一。数学数学方程式法方程式法（公式）（公式）常用数学模型形式常用数学模型形式 坐标曲线法坐标曲线法（图像）（图像）在营养和生在营养和生存空间没有存空间没有限制的情况限制的情况下，某种细下，某种细菌每菌每20min20min就通过分裂就通过分裂增殖一次。增殖一次。一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法讨论：讨论：1 1、n n代细菌数量的代细菌数量的计算公式是什么？计算公式是什么？2 2、7272h h后，由一个后，由一个细菌分裂产生的细细菌分裂产生的细菌数量是多少？菌数量是多少？解：解：n n 60min x72h60min x72h20min20min216216N Nn n2 2216216Nn1n观察研究对象，观察研究对象，提出问题提出问题提出合理的假设提出合理的假设通过进一步的实验通过进一步的实验或观察等，对模型或观察等，对模型进行检验或修正进行检验或修正根据实验数据，用适根据实验数据，用适当的数学形式对事物当的数学形式对事物的性质进行表达的性质进行表达细胞每细胞每20min20min分裂一次分裂一次资源空间无限多，细资源空间无限多，细菌种群的增长不受种菌种群的增长不受种群密度增加的影响群密度增加的影响Nnn观察、统计细菌数量，观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型对自己所建立的模型进行检验或修正进行检验或修正数学模型数学模型:用来描述一个系统或它的性质的数用来描述一个系统或它的性质的数学形式学形式建立数学模型一般包括以建立数学模型一般包括以下步骤：下步骤：20406080100 120 140 160时间时间/分钟分钟细菌数量细菌数量/个个曲线图：曲线图：直观，但不够精确直观，但不够精确数学公式：数学公式：精确，但不够直观精确，但不够直观曲线图与数学方程式比曲线图与数学方程式比较，有哪些优缺点？较，有哪些优缺点？3 3、以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，、以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的种群增长曲线画出细菌的种群增长曲线实例一实例一：18591859年，一位英国人来到澳大利亚定居，年，一位英国人来到澳大利亚定居，他带来了他带来了2424只野兔。让他没有想到的是，一个世只野兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，这纪之后，这2424只野兔的后代竟达到只野兔的后代竟达到6 6亿只以上。漫亿只以上。漫山遍野的野兔与牛羊争食牧草，啃啮树皮，造成植山遍野的野兔与牛羊争食牧草，啃啮树皮，造成植被破坏，导致水土流失。被破坏，导致水土流失。后来，人们引入了黏液瘤后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。病毒才使野兔的数量得到控制。例如，在例如，在20世纪世纪30年代时，人们将环颈雉引入到美年代时，人们将环颈雉引入到美国的一个岛屿。在国的一个岛屿。在19371942年期间，这个环颈雉种群年期间，这个环颈雉种群的增长的增长如右图所示如右图所示实例二实例二二种群增长的二种群增长的“”型曲线型曲线自然界有很多类似的自然界有很多类似的例子，在例子，在理想条件下理想条件下种群数量的增长会出种群数量的增长会出现如图中的现如图中的J型曲线型曲线增长增长。人口增长也会如此吗？人口增长也会如此吗？实例三实例三理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型各参数的意义：各参数的意义：N N0 0为某种动物为某种动物种群的起始数量，种群的起始数量，t t为时间，为时间，NtNt表示表示t t年后该种群的数量，年后该种群的数量，表示该种群数量是一年前种群表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。数量的倍数。模型假设：在食物和空间条模型假设：在食物和空间条件充裕、气候适宜、件充裕、气候适宜、没有没有敌敌害等条件下害等条件下建立模型：建立模型：t t年后种群数量为：年后种群数量为：Nt=N0 t二、种群增长的二、种群增长的“J J”型曲线型曲线产生条件：产生条件：理想状态理想状态食物充足，空间不限，食物充足，空间不限，环境适宜，没有天敌等；环境适宜，没有天敌等；增长特点：增长特点：种群数量每年以一定的倍数增长，种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的第二年是第一年的倍。倍。量的计算：量的计算：t t年后种群的数量为年后种群的数量为 N Nt t=N=N0 0 t t 适用情形：适用情形：实验室条件下、当一个种群刚迁入实验室条件下、当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时的最初一段时间到一个新的适宜环境时的最初一段时间 模型的其他应用模型的其他应用 种群种群增长率增长率变化图像：变化图像：101 衰退型 =1 稳定型 1 增长型 问题：问题：“J”型增长能一直持续下去吗？型增长能一直持续下去吗？存在环境阻力存在环境阻力自然界的资源和空间总是有限的，个体间竞争就自然界的资源和空间总是有限的，个体间竞争就会加剧；捕食者增加。会加剧；捕食者增加。当种群数量增加到一定阶段时，种群数量就会当种群数量增加到一定阶段时，种群数量就会稳定在一定的水平。稳定在一定的水平。思考：思考：在自然界中，种群增长的在自然界中，种群增长的“J J”型型曲线应该从哪些方面进行修正呢？曲线应该从哪些方面进行修正呢？高斯（高斯（GauseGause，19341934）把）把5 5个大草履虫置于个大草履虫置于0.5mL0.5mL的培养液中，每隔的培养液中，每隔2424小时统计一次小时统计一次数据，经过反复实验，结果如下：数据，经过反复实验，结果如下：高斯对大草履虫种群研究的实验高斯对大草履虫种群研究的实验大草履虫数量增长曲线怎么画？大草履虫数量增长曲线怎么画？大草履虫种群的增长大草履虫种群的增长大草履虫的种群增长曲线大草履虫的种群增长曲线怎么画？怎么画？三三 种群增长的种群增长的“S S”型曲线型曲线在资源有限条件在资源有限条件下的情况下，下的情况下，种种群经过一定时间群经过一定时间的增长后，数量的增长后，数量趋于稳定的增长趋于稳定的增长曲线，曲线，称为称为“S”型曲线型曲线K/2转折期，增转折期，增转折期，增转折期，增长速率最快长速率最快长速率最快长速率最快K K值：值：环境容纳量环境容纳量加速期，个体数量增加，增长加速加速期，个体数量增加，增长加速调整期，个体数量较少增长缓慢调整期，个体数量较少增长缓慢减速期，增长缓慢减速期，增长缓慢稳定期，增稳定期，增稳定期，增稳定期，增长速率为零长速率为零长速率为零长速率为零环境容纳量环境容纳量:在在环境条件不受破坏环境条件不受破坏的情况的情况下，一定空间中所能下，一定空间中所能维持维持的的种群最大数量种群最大数量称为环境容纳称为环境容纳量，又称量，又称K K值。值。同一种群的同一种群的K K值不是固定不变的，会值不是固定不变的，会受到环境的影响受到环境的影响。产生条件：产生条件：存在环境阻力：存在环境阻力：当出生率与死亡率相等时，种当出生率与死亡率相等时，种群的增长就会停止。有时会稳定群的增长就会停止。有时会稳定在一定的水平在一定的水平种群增长的种群增长的“”型曲线型曲线增长特点：增长特点：种群数量达到环境容纳量（种群数量达到环境容纳量（K K值）后，将停止值）后，将停止增长并在增长并在K K值左右保持相对稳定。值左右保持相对稳定。食物不足食物不足空间有限空间有限种内斗争种内斗争天敌捕食天敌捕食气候不适气候不适寄生虫寄生虫传染病等传染病等22种群数量变化曲线与种群增长速率曲线的关系种群数量变化曲线与种群增长速率曲线的关系解释：解释：图乙的图乙的fgfg段段=图甲的图甲的acac段段 图乙的图乙的 g g点点=图甲的图甲的c c点点 图乙的图乙的ghgh段段=图甲的图甲的cdcd段段 图乙的图乙的 h h点点=图甲的图甲的dede段段K/2abcdghfe甲甲乙乙种群增长的种群增长的“”型曲线型曲线种群数量种群数量在在K值时达到最大值时达到最大t0t1t2种群增长的种群增长的“”型曲线型曲线在生产中的应用在生产中的应用 K K值值的应用的应用 1 1）保护动物保护动物的拯救和恢复，应通过的拯救和恢复，应通过改善改善其其栖栖 息环境息环境，提高提高K K值值。2 2）有害动物的防治，应通过）有害动物的防治，应通过降低降低其环境容纳量其环境容纳量受受K/2K/2点点的应用的应用 1 1）生产上的）生产上的捕获期捕获期应确定在种群应确定在种群数量数量略比略比K/2K/2多多时最好时最好 2 2）杀虫除害杀虫除害效果最好的时期效果最好的时期在潜伏期（在潜伏期（K/2K/2以下以下）K/2思考思考怎样做才是保护大熊猫的根本措施？怎样做才是保护大熊猫的根本措施？建立自然保护建立自然保护区，改善大熊区，改善大熊猫的栖息环境，猫的栖息环境，提高环境容纳提高环境容纳量量。答案：答案：从环境容纳量的角度思考，可以采取措从环境容纳量的角度思考，可以采取措施：施：降低降低有害动物种群的有害动物种群的环境容纳量（环境容纳量（K值）。值）。如将如将食物储藏在安全处食物储藏在安全处，断绝或减少食物来源断绝或减少食物来源；室内室内采取采取硬化地面硬化地面等措施，等措施，减少减少它们它们挖巢穴挖巢穴的场的场所；养殖或所；养殖或释放释放它们的它们的天敌天敌等等提示：同一种群的提示：同一种群的K K值不是固定不变的，值不是固定不变的，会受到环境的影响会受到环境的影响思考思考怎样做才是最有效的灭鼠措施？怎样做才是最有效的灭鼠措施？为了保护鱼类资源不为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持捕鱼群的种群数量保持在什么水平在什么水平?为什么？为什么？答案：答案：为了保护鱼类资源不受破坏，并能为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地持续地获得最大捕鱼量，根据种群增长的获得最大捕鱼量，根据种群增长的S S型曲线，型曲线，应使应使被捕鱼群的种群数量保持在被捕鱼群的种群数量保持在K K2 2水平。这是因为水平。这是因为在这个水平上在这个水平上种群增长量种群增长量最大最大 。务务必及必及时时控制种群数量，控制种群数量，严严防达防达K/2值处值处(若达若达K/2值处值处，可，可导导致蝗虫泛致蝗虫泛滥滥成灾成灾东亚飞蝗在我国内陆肆虐已久，从生物学东亚飞蝗在我国内陆肆虐已久，从生物学角度谈谈如何预防蝗灾的发生？角度谈谈如何预防蝗灾的发生？东亚飞蝗种群数量的波动东亚飞蝗种群数量的波动（1 1）影响种群数量变化的因素：）影响种群数量变化的因素：A.A.内部内部/直接因素：直接因素：出生（死亡）率、迁入（出）率、出生（死亡）率、迁入（出）率、年龄组成、性别比例。年龄组成、性别比例。B.B.自然自然/间接因素：间接因素：空间、气候、食物、天敌、传染病、空间、气候、食物、天敌、传染病、自然灾害等。自然灾害等。C.C.人为人为/重要因素：重要因素：对野生生物的乱捕滥猎、对种群数对野生生物的乱捕滥猎、对种群数量的人工控制等。量的人工控制等。（2 2）种群数量变化的类型：）种群数量变化的类型：增长，稳定，波动、下降等。增长，稳定，波动、下降等。（3 3）影响结果：）影响结果：大多数种群的数量总是在波动之中，在不大多数种群的数量总是在波动之中，在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。四、种群数量的波动和下降四、种群数量的波动和下降1 1、为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导、为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导 。2 2、为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。采伐等提供理论指导。3 3、通过研究种群数量变动规律，为有害生物的预测及防、通过研究种群数量变动规律，为有害生物的预测及防治提供科学依据。治提供科学依据。4 4、为引进外来物种提供理性的思考。、为引进外来物种提供理性的思考。五、研究种群数量变化的意义五、研究种群数量变化的意义苍鹭的保护苍鹭的保护野猪的保护野猪的保护救救护护被被困困的的鲸鲸鱼鱼全力防蝗减灾全力防蝗减灾云云豹豹的的保保护护