生物 第四章 种群和群落 4 种群数量的变化 新人教版必修3.ppt

怎样建构种群数量增长的模型？怎样建构种群数量增长的模型？种群的数量是怎样变化的？种群的数量是怎样变化的？什么是环境容纳量？什么是环境容纳量？影响种群数量变化的因素有哪些？影响种群数量变化的因素有哪些？在营养和生存空间没有限制的在营养和生存空间没有限制的情况下，情况下，某种细菌每某种细菌每2020分钟就通过分钟就通过分裂繁殖一代。分裂繁殖一代。时间时间（min)20 40 60 80100 120 140 160 180分裂次数分裂次数细菌数量细菌数量（个）（个）248163264128 256 5121234567891.1.填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为minmin）产生后代的数量。产生后代的数量。2 2n n代细菌数量的计算公式是：代细菌数量的计算公式是：3 372小时后，由一个细菌分裂产生小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？的细菌数量是多少？Nn2n解：解：n60min72h20min216Nn2n22164.4.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，画出细菌的数量增长曲线。画出细菌的数量增长曲线。20406080100120140160180时间时间/分钟分钟细菌数量细菌数量/个个种群的研究核心就是种群的数量变动。种群的研究核心就是种群的数量变动。为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，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。建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法数学模型数学模型用来描述一个系统或它的性质的数学形式用来描述一个系统或它的性质的数学形式数学方程式法数学方程式法坐标曲线法坐标曲线法是联系实际问题与数学的桥梁，具有解释、是联系实际问题与数学的桥梁，具有解释、判断、预测等重要功能判断、预测等重要功能是发现问题、解决问题和探索新规律的有效是发现问题、解决问题和探索新规律的有效途径之一途径之一N Nn n2 2n n教材全解教材全解P100数学模型建构的一般过程数学模型建构的一般过程 提出问题提出问题 作出假设作出假设 建立模型建立模型 模型的检验与评价模型的检验与评价细菌每细菌每20min分裂一次分裂一次在资源和空间无限多的环在资源和空间无限多的环境中，细菌种群的增长不境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响会受种群密度增加的影响 列出表格，根据表格画曲线，列出表格，根据表格画曲线，推导公式。推导公式。Nn=2n，N代表细菌数量，代表细菌数量，n表示第几代表示第几代观察、统计细菌数量，对自观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或己所建立的模型进行检验或修正修正研究实例研究实例研究方法研究方法观察研究对象，提出问题观察研究对象，提出问题提出合理的假设提出合理的假设根据实验数据，用适当的根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进数学形式对事物的性质进行表达行表达通过进一步实验或观察等，通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正对模型进行检验或修正v自然界确有类似细菌在自然界确有类似细菌在理想状态下种群数量增长理想状态下种群数量增长的形式，如果以时间为横的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线则画出曲线来表示，曲线则大致呈大致呈“J”型。型。1859年，一个英格年，一个英格兰的农民带着兰的农民带着24只野只野兔，登陆澳大利亚并兔，登陆澳大利亚并定居下来，但谁也没定居下来，但谁也没想到，一个世纪之后，想到，一个世纪之后，这个澳洲这个澳洲“客人客人”的的数量呈指数增长，达数量呈指数增长，达到到6亿只之巨。亿只之巨。实例一实例一理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型种群迁入一个新环境后，种群迁入一个新环境后，常常在常常在一定时期内一定时期内出现出现“J”型增长型增长。例如，在例如，在20世纪世纪30年代时，人们年代时，人们将环颈雉引入到美国的将环颈雉引入到美国的一个岛屿，在一个岛屿，在19371942年期间，这个环颈年期间，这个环颈雉种群的增长大致符合雉种群的增长大致符合“J”型曲线（右图）。型曲线（右图）。实例二实例二理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型世界人口的指数增长曲线世界人口的指数增长曲线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实例四实例四理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型v种群呈“J”型增长的原因有哪些型增长的原因有哪些?食物充足食物充足空间充裕空间充裕环境适宜环境适宜没有敌害没有敌害资源无限资源无限指数生长指数生长理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型种群增长的型曲线种群增长的型曲线产生条件：产生条件：理理想想状状态态食食物物充充足足，空空间间充充裕裕，环环境境适适宜宜，没有敌害等；没有敌害等；增长特点：增长特点：种群数量每年以一定的倍数增种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的长，第二年是第一年的倍倍型增长的数学模型型增长的数学模型型增长的数学模型型增长的数学模型(量的计算量的计算)：t t年后种群年后种群的数量为的数量为 Nt=N0t（N N0 0为起始数量，为起始数量，t t为时间，为时间，N Nt t表示表示t t年后该种群的年后该种群的数量，数量，为年均增长率）为年均增长率）种群增长的型曲线种群增长的型曲线计算：计算：v某一地区某一地区20012001年人口普查时有年人口普查时有1010万人，万人，20022002年比年比20012001年增长年增长1 1。请预测，按照此生长速。请预测，按照此生长速度，度，20062006年该地区的人口将有多少？年该地区的人口将有多少？Nt10（1+1）2006-2001在一个培养基中，细菌的数在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公式增长量会一直按照这个公式增长吗？为什么？吗？为什么？如何验证您的观点？如何验证您的观点？问题探讨问题探讨 3 3：不会不会.原因：自然界的资源和空间是有限的。原因：自然界的资源和空间是有限的。思考思考在自然界中，理想化的情况并不存在。在自然界中，理想化的情况并不存在。种群增长的种群增长的“J”型曲线应该从哪些型曲线应该从哪些方面进行修正呢？方面进行修正呢？总之总之在大自然中在大自然中食物有限食物有限空间有限空间有限种内斗争种内斗争种间竞争种间竞争天敌捕食天敌捕食环境阻力环境阻力种群密度越大环境阻力越大种群密度越大环境阻力越大大草履虫数量增长过程如何？大草履虫数量增长过程如何？其种群达到基本稳定的数量值称为什么？其种群达到基本稳定的数量值称为什么？高斯（高斯（Gause，1934）把）把5个大草履虫置于个大草履虫置于0.5mL的的培养液中，每隔培养液中，每隔24小时统计一次数据，经过反复实小时统计一次数据，经过反复实验，结果如下：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种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线A种群经过一定时种群经过一定时间的增长后，数量间的增长后，数量趋趋于稳定的增长曲线，于稳定的增长曲线，称为称为“S S”型曲线型曲线产生条件：产生条件：存在环境阻力：存在环境阻力：自自然然条条件件（现现实实状状态态）食食物物等等资资源源和和空空间间总总是是有有限限的的，种种内内斗斗争争不不断断加加剧剧，捕捕食食者者数数量量不不断断增增加加。导导致致该该种种群群的的出出生生率率降降低，死亡率增高低，死亡率增高当出生率与死亡率相等时，种群的增长就会停止，当出生率与死亡率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平有时会稳定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：种群数量达到环境所允许的最大值（种群数量达到环境所允许的最大值（K K值）值）后，将停止增长并在后，将停止增长并在K K值左右保持相对稳定。值左右保持相对稳定。环境容纳量环境容纳量:在环境条件不受破坏在环境条件不受破坏的情况下，一定空间的情况下，一定空间中所能维持的种群最中所能维持的种群最大数量称为环境容纳大数量称为环境容纳量，又称量，又称K K值。值。K值值固定不变吗固定不变吗?同一种群的同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。值不是固定不变的，会受到环境的影响。NK2，此时种群增长速度最快，可提供的资源数，此时种群增长速度最快，可提供的资源数量也最多量也最多，而又不影响资源的再生。，而又不影响资源的再生。资源有限条件下的种群增长资源有限条件下的种群增长 为了保护鱼类资源不受破坏，并能持为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平群数量保持在什么水平?为什么？为什么？为了保护鱼类资源不为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，根获得最大捕鱼量，根据种群增长的据种群增长的S型曲型曲线，线，应使被捕鱼群的应使被捕鱼群的种群数量保持在种群数量保持在K2水平。这是因为在这水平。这是因为在这个水平上种群增长量个水平上种群增长量最大最大。提示：提示：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，可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量，如将食物储施降低有害动物种群的环境容纳量，如将食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌，等等。；养殖或释放它们的天敌，等等。同一种群的同一种群的K K值不是固定不变的，会受到环境的影响。值不是固定不变的，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？思考思考:大熊猫种群数量锐减的原因大熊猫种群数量锐减的原因?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。K值是环境最大值是环境最大容纳量。容纳量。环境阻环境阻力代表自然选择力代表自然选择的作用。的作用。农、林、农、林、牧业生产就是在牧业生产就是在这个范围内谋求这个范围内谋求产量的提高产量的提高,其其潜力有一定限制。潜力有一定限制。总结总结两种曲线的比较两种曲线的比较种群在没有环境阻力的条件下呈现种群在没有环境阻力的条件下呈现“J J”型增长，实际型增长，实际上上是是“S S”型增长的最初阶段，型增长的最初阶段，“J J”型增长是一定时间内型增长是一定时间内的的增长方式，最终是以增长方式，最终是以”S S”型增长结束，这是型增长结束，这是生态因素生态因素和物种本身相互影响的结果和物种本身相互影响的结果。种群数量的波动和下降种群数量的波动和下降影响种群数量变化的因素影响种群数量变化的因素直接因素：出生率、死亡率、迁入、迁出直接因素：出生率、死亡率、迁入、迁出间接因素：食物、气候、传染病、天敌间接因素：食物、气候、传染病、天敌重要因素：人类的活动重要因素：人类的活动五、研究种群数量变化的意义五、研究种群数量变化的意义1合理利用和保护野生生物资源合理利用和保护野生生物资源2为防治有害生物提供科学依据为防治有害生物提供科学依据鱼类的捕捞鱼类的捕捞蝗虫的防治蝗虫的防治苍鹭的保护苍鹭的保护云云豹豹的的保保护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练习练习P69P69基础题基础题1.1.提示：在食物充足、空间广阔、气候适宜、没提示：在食物充足、空间广阔、气候适宜、没有天敌等优越条件下，种群可能会呈有天敌等优越条件下，种群可能会呈“J J”型增长。型增长。例如，澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马种群进例如，澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马种群进行过长达行过长达1414年的研究，发现在环境条件较好的年年的研究，发现在环境条件较好的年份，种群数量增长迅速，表现出季节性的份，种群数量增长迅速，表现出季节性的“J J”型型增长。在有限的环境中，如果种群的初始密度很增长。在有限的环境中，如果种群的初始密度很低，种群数量可能会出现迅速增长。随着种群密低，种群数量可能会出现迅速增长。随着种群密度的增加，种内竞争就会加剧，因此，种群数量度的增加，种内竞争就会加剧，因此，种群数量增加到一定程度就会停止增长，这就是增加到一定程度就会停止增长，这就是“S S”型增型增长。例如，栅列藻、小球藻等低等植物的种群增长。例如，栅列藻、小球藻等低等植物的种群增长，常常具有长，常常具有“S S”型增长的特点。型增长的特点。2.2.提示：（提示：（1 1）以年份为横坐标，种群数量为纵）以年份为横坐标，种群数量为纵坐标，根据表中数字画曲线。坐标，根据表中数字画曲线。（2 2）食物充足，没有天敌，气候适宜等。）食物充足，没有天敌，气候适宜等。（3 3）作为食物的植物被大量吃掉，导致食物）作为食物的植物被大量吃掉，导致食物匮乏；自然灾害等。匮乏；自然灾害等。拓展题拓展题提示：这是涉及最大持续产量的问题。关于最提示：这是涉及最大持续产量的问题。关于最大持续产量，可以查阅生态学专著。还可以请教大持续产量，可以查阅生态学专著。还可以请教有经验的人或访问相关网站，了解单位面积水面有经验的人或访问相关网站，了解单位面积水面应放养的鱼的数量。应放养的鱼的数量。1 1在下列图中，表示种群在无环境阻力在下列图中，表示种群在无环境阻力状况下增长的是状况下增长的是B2下图表示接种到一定容积培养液中的酵母菌生下图表示接种到一定容积培养液中的酵母菌生长曲线图，曲线中哪段表示由于有限空间资源的限长曲线图，曲线中哪段表示由于有限空间资源的限制使种内竞争增加（制使种内竞争增加（）ACD段（增长速度慢）段（增长速度慢）BDE段（速度加快）段（速度加快）CEF段（变化速率加快）段（变化速率加快）DFG段（速度逐渐变慢）段（速度逐渐变慢）D3.（广东广西河南（广东广西河南2002）在一个）在一个玻璃容器内，装入一定量的符合玻璃容器内，装入一定量的符合小球藻生活的管养液，接种少量小球藻生活的管养液，接种少量的小球藻，每隔一段时间测定小的小球藻，每隔一段时间测定小球藻的个体数量，绘制成曲线，球藻的个体数量，绘制成曲线，如右图所示。下列四图中能正确如右图所示。下列四图中能正确表示小球藻种群数量增长率随时表示小球藻种群数量增长率随时间变化趋势的曲线是（间变化趋势的曲线是（）D4.池塘养鱼时，为保护池塘生态系统和长期池塘养鱼时，为保护池塘生态系统和长期保持较高的产鱼量，应采取的最佳方案是（保持较高的产鱼量，应采取的最佳方案是（）A大量增加饵料的投入量大量增加饵料的投入量B大量增加鱼苗的投入量大量增加鱼苗的投入量C及时、适量的捕捞成鱼及时、适量的捕捞成鱼D限制捕鱼限制捕鱼C5、种群的指数增长（、种群的指数增长（J型）是有条件的，型）是有条件的，条件之一是（）条件之一是（）A在该环境中只有一个种群在该环境中只有一个种群B该种群对环境的适应比其他种群优越该种群对环境的适应比其他种群优越得多得多C环境资源是无限的环境资源是无限的D环境资源是有限的环境资源是有限的C6、自然界中生物种群增长常表现为、自然界中生物种群增长常表现为“S”型型增长曲线。下列有关种群增长曲线。下列有关种群“S”型增长的正确型增长的正确说法是（说法是（）A.“S”型增长曲线表示了种群数量和食物的关型增长曲线表示了种群数量和食物的关系系B.种群增长率在各阶段是不相同的种群增长率在各阶段是不相同的C.“S”型增长曲线表示了种群数量与时间无关型增长曲线表示了种群数量与时间无关D.种群增长不受种群密度制约种群增长不受种群密度制约B7.右图所示为在理想状态右图所示为在理想状态下和自然环境中某生物的下和自然环境中某生物的种群数量变化曲线。下列种群数量变化曲线。下列对阴影部分的解释正确的对阴影部分的解释正确的是（是（）环境中影响种群增长的阻力环境中影响种群增长的阻力环境中允许种群增长的最大值环境中允许种群增长的最大值其数量表示种群内迁出的个体数其数量表示种群内迁出的个体数其数量表示通过生存斗争被淘汰的个体数其数量表示通过生存斗争被淘汰的个体数A.B.C.D.C8.某鼠种群被高速公路分隔成某鼠种群被高速公路分隔成A、B两个种群，两个种群，A区因建化工厂而环境剧变，污水横流，区因建化工厂而环境剧变，污水横流，B区区地势较高无变化，经数十年后，种群地势较高无变化，经数十年后，种群A的进化的进化速率很可能（速率很可能（）A比比B慢慢B比比B快快C与与B相同相同D开始比开始比B慢，后来比慢，后来比B快快BC巩固练习巩固练习B巩固练习巩固练习如图为某种群在不同生态系统中的增长曲线，请仔如图为某种群在不同生态系统中的增长曲线，请仔细分析图中曲线后回答问题。细分析图中曲线后回答问题。(1)(1)如果种群处于一个理想的环境中，没有资源和空间如果种群处于一个理想的环境中，没有资源和空间的限制，种群数量增长的曲线是的限制，种群数量增长的曲线是？(2)(2)如果将种群置于有限的自然环境中，种群数量增长如果将种群置于有限的自然环境中，种群数量增长曲线是曲线是？(3)a(3)a与与b b之间的阴影属于自然界中的之间的阴影属于自然界中的_。a ab b环境阻力环境阻力AA.abB.abC.a=bD.abB