教育专题：42《种群数量的变化》.ppt

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1、一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法问题探讨问题探讨 在营养和生存空间在营养和生存空间没有限制的情况下，没有限制的情况下，某某种细菌每种细菌每20min20min就通过就通过分裂繁殖一代。分裂繁殖一代。一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法时间时间（min)min)2020 4040 6060 8080100100120120140140 160160 180180分裂次数分裂次数数量数量（个）（个）2 24 48 8161632326464128128 256256 5125121 12 23 34 45 56 67 78 89 91 1、填写下表：计算一个细菌

2、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）产产生后代的数量。生后代的数量。2 2n n代细菌数量代细菌数量NnNnNnNn的计算公式是：的计算公式是：NnNn3 37272小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？1 1n n解：解：n n min xmin xh hminminNnNn1 1n n n n 细菌数量一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法4 4、以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的数、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。量增长曲线。曲线图与数学方程式比较，有曲

3、线图与数学方程式比较，有哪些优缺点？哪些优缺点？曲线图：曲线图：直观，但不够精确。直观，但不够精确。数学方程式：数学方程式：精确，但不够直观。精确，但不够直观。数学模型数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。数学模型的表现形式可以为数学模型的表现形式可以为公式公式、图表图表等形式。等形式。一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法 描述、解释和预测种群数量的变化，常常需描述、解释和预测种群数量的变化，常常需要建立要建立数学模型数学模型。一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法1 1、观察研究对象，观察研究对象，提出提出问题

4、问题细菌每细菌每2020分钟分裂一次，分钟分裂一次，问题：细菌数量怎样变化的？问题：细菌数量怎样变化的？2 2、提出提出合理的合理的假设假设在资源和空间无限多的环境中，在资源和空间无限多的环境中，细菌种群的增长不受种群密度增细菌种群的增长不受种群密度增加的影响加的影响3 3、根据实验数据，用适根据实验数据，用适当的当的数学形式数学形式对事物的性对事物的性质进行质进行表达表达NNn n=2=2n nNN表示细菌数量，表示细菌数量，n n表示第几代表示第几代4 4、通过进一步实验或观通过进一步实验或观察等，对模型进行察等，对模型进行检验或检验或修正修正观察、统计细菌的数量，对自己观察、统计细菌的数

5、量，对自己所建立的模型进行检验或修正所建立的模型进行检验或修正建立数学模型一般包括以下步骤：建立数学模型一般包括以下步骤：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

6、制。病毒才使野兔的数量得到控制。实例二：实例二：凤眼莲原产于南美，仅以一种观赏性植物零散分布，凤眼莲原产于南美，仅以一种观赏性植物零散分布，18441844年在美国的博览会上曾被喻为年在美国的博览会上曾被喻为“美化世界的淡紫色花冠美化世界的淡紫色花冠”。自此以。自此以后凤眼莲被作为观赏植物引种栽培，现已在亚、非、欧、北美洲等后凤眼莲被作为观赏植物引种栽培，现已在亚、非、欧、北美洲等数十个国家造成危害。数十个国家造成危害。19011901年作为花卉引入中国，年作为花卉引入中国，3030年代作为畜禽年代作为畜禽饲料引入中国内地各省，并作为观赏和净化水质的植物推广种植，饲料引入中国内地各省，并作为观

7、赏和净化水质的植物推广种植，后逃逸为野生。由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌后逃逸为野生。由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌 ，在我，在我国南方江河湖泊中发展迅速，目前我国有这种凤眼莲国南方江河湖泊中发展迅速，目前我国有这种凤眼莲184184万吨，成万吨，成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。实例三：实例三：在在2020世纪世纪3030年代，年代，人们将环颈雉引入美国的人们将环颈雉引入美国的一个岛屿。在一个岛屿。在1937193719421942年期间，这个种群数量的年期间，这个种群数量的增长如下图所示。增长如下图所示。如果以时间为横坐标，如

8、果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致曲线来表示，曲线大致呈什么型？呈什么型？二、种群增长的二、种群增长的“J J”型曲线型曲线1 1、产生条件：、产生条件：理想状态理想状态食物和空间条件充裕，食物和空间条件充裕，气候适宜，没有天敌等；气候适宜，没有天敌等；2 2、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。3 3、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 （NN0 0为起始数量，为起始数量，t t为时间，为时间，NNt

9、t表示表示t t年后该种群的数量，年后该种群的数量，为年均增长率）为年均增长率）4 4、例子：、例子：实验室条件下、外来物种入侵、实验室条件下、外来物种入侵、迁移入新环境。迁移入新环境。问题探讨问题探讨在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公式增长吗？为什么？式增长吗？为什么？如何验证这个观点？如何验证这个观点？不会。原因是资源和空间是有限的。不会。原因是资源和空间是有限的。生态学家高斯曾经做过这生态学家高斯曾经做过这样一个实验：在样一个实验：在0.5ml0.5ml培养液中培养液中放入放入5 5个大草履虫，然后每隔个大草履虫，然后每隔24h24h统计

10、一次大草履虫的数量。统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如图所经过反复实验，得出了如图所示的结果。示的结果。思考：思考：1 1、曲线形状象什么？、曲线形状象什么？其种其种群达到基本稳定的数量值群达到基本稳定的数量值称为什么？称为什么？“S S”型曲线型曲线2 2、大草履虫数量增长过程、大草履虫数量增长过程如何？如何？三、种群增长的三、种群增长的“S S”型曲线型曲线K K值值种群增长种群增长速速率不断减小率不断减小种群数量种群数量K/2 K/2 K K值时，值时，三、种群增长的三、种群增长的“S S”型曲线型曲线种群数量达到种群数量达到K K值时，值时，种群增长种群增长速速率为零率为零

11、,但种群数但种群数量达到最大，且种内斗争最剧量达到最大，且种内斗争最剧烈。烈。种群数量在种群数量在 K/2K/2值时，值时，种群增长种群增长速速率最大率最大种群数量由种群数量由0 0K/2K/2值时，值时，种群增长速率增大种群增长速率增大K K值：值：在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的所能维持的种群最大数量种群最大数量称为称为环境容纳量环境容纳量。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，增长加速潜伏期，个体数量较

12、少增长缓慢潜伏期，个体数量较少增长缓慢减速期，增长缓慢减速期，增长缓慢饱和期，增饱和期，增饱和期，增饱和期，增长速率为零长速率为零长速率为零长速率为零K/2a ab bc cd dg gh hf fe e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图乙的图乙的fgfg段相当于图甲的段相当于图甲的acac段。段。图乙的图乙的g g点相当于图甲的点相当于图甲的c c点。点。图乙的图乙的ghgh段相当于图甲的段相当于图甲的cdcd段。段。图乙的图乙的h h点相当于图甲的点相当于图甲的e e点。点。甲甲乙乙三、种群增长的三、种群增长的“S S”型曲线型曲线1 1、产

13、生条件：、产生条件：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，当当种种群群密密度度增增大大时时，种种内内斗斗争争不不断断加加剧剧，天天敌敌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低，死死亡率升高。亡率升高。2 2、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），将停止增长并在将停止增长并在K K值左右保持相对稳定。值左右保持相对稳定。存在环境阻力存在环境阻力 种群密度越大种群密度越大 环境阻力越大环境阻力越大思考讨论思考讨论1 1、为了保护鱼类资源不受破坏，并能持

14、续获得最大捕鱼、为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平?根据种群增长的根据种群增长的S S型曲线，应使被捕鱼群的种群数量保持型曲线，应使被捕鱼群的种群数量保持在在K/2K/2水平。这是因为在这个水平上种群增长量最大水平。这是因为在这个水平上种群增长量最大 。2 2、对家鼠等有害动物的控制，从环境容纳量的角度看，、对家鼠等有害动物的控制，从环境容纳量的角度看，应当采取什么措施？应当采取什么措施？从环境容纳量的角度思考，可以采取措施降低环境容纳量，从环境容纳量的角度思考，可以采取措施降低环境容纳量，如将食物储藏

15、在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室如将食物储藏在安全处，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；养殖内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。或释放它们的天敌，等等。比较种群增长两种曲线的联系与区别比较种群增长两种曲线的联系与区别J J型曲线型曲线S S型曲线型曲线条件条件有无有无K K值值曲线曲线环境资源无限环境资源无限环境资源有限环境资源有限无，无，持续增长持续增长有有K K值值环境阻力环境阻力环境阻力环境阻力K K值：值：环境容纳量环境容纳量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

16、适寄生虫寄生虫传染病等传染病等用达尔文的观点分析用达尔文的观点分析“J J”、“S S”曲线曲线时间时间种种群群数数量量J J型曲型曲线线S S型型曲线曲线K K值值1 1、“J J”型曲线用达尔文的观点分析表明生物型曲线用达尔文的观点分析表明生物具有具有过度繁殖过度繁殖的特性。的特性。2 2、图中阴影部分表示：、图中阴影部分表示：环境阻力环境阻力；用达尔文的观点分析指：通过用达尔文的观点分析指：通过生存斗争生存斗争被被淘汰淘汰的个体数量，也即代表自然选择的作用。的个体数量，也即代表自然选择的作用。“J J”型曲线表明型曲线表明生物具有什么特性生物具有什么特性？图中阴影部分表？图中阴影部分表示

17、什么？示什么？四、种群数量的波动和下降四、种群数量的波动和下降 大多数种群的数量总是在波动之中的，在不利大多数种群的数量总是在波动之中的，在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。在Faroe Islands上，捕鲸现场成了血的海洋四、种群数量的波动和下降四、种群数量的波动和下降 种群的数量是由出生率和死亡率、迁入率和种群的数量是由出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定的，因此，凡是影响上述种群特征的迁出率决定的，因此，凡是影响上述种群特征的因素，都会引起种群数量的变化。因素，都会引起种群数量的变化。环境因素环境因素种群的出生率、死亡率、迁出和迁入率种群的出生率、死

18、亡率、迁出和迁入率种群数量的变化种群数量的变化气候、食物、天敌、传染病、人为等气候、食物、天敌、传染病、人为等增或减增或减增长、波动、稳定、下降等增长、波动、稳定、下降等影响种群数量变化的因素影响种群数量变化的因素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 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 。既要使生物资源的产量达到最大，又不危害生物资源的可持续发既要使生物资源的产量达到最大，又不危害生物资源的可持续发展，砍伐、捕

19、捞、狩猎后，保证种群的增长速率为最大值。展，砍伐、捕捞、狩猎后，保证种群的增长速率为最大值。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。降低环境的负荷量（降低环境的负荷量（K K值）。如鼠害防治可通过严密封存粮食、值）。如鼠害防治可通过严密封存粮食、清除生活垃圾、保护老鼠的天敌等措施来降低清除生活垃圾、保护老鼠的天敌等措施来降低K K值。值。4 4、为引进外来物种

20、提供理性的思考。、为引进外来物种提供理性的思考。必须考虑所引入的外来物种是否会构成对原来物种的危害，即是必须考虑所引入的外来物种是否会构成对原来物种的危害，即是否会构成生物入侵。否会构成生物入侵。六、探究：培养液中酵母菌种群数量的变化六、探究：培养液中酵母菌种群数量的变化1、酵母菌的繁殖方式主要是、酵母菌的繁殖方式主要是:2、酵母菌的呼吸方式是、酵母菌的呼吸方式是:兼性厌氧兼性厌氧(可进行有氧呼吸和无氧呼吸可进行有氧呼吸和无氧呼吸)回顾思考回顾思考:出芽生殖出芽生殖3、酵母菌的培养条件要注意那些问题、酵母菌的培养条件要注意那些问题?比如要用适宜的温度培养比如要用适宜的温度培养,调节好调节好PH

21、值值,溶氧量的控制等。溶氧量的控制等。酿酒和做面包都需要酵母菌。这些酵母酿酒和做面包都需要酵母菌。这些酵母菌可以用液体培养基（培养液）来培养。培菌可以用液体培养基（培养液）来培养。培养液中酵母菌种群的增长情况，与发酵食品养液中酵母菌种群的增长情况，与发酵食品的制作有密切关系。的制作有密切关系。1 1实验原理实验原理(1)(1)用用液液体体培培养养基基培培养养酵酵母母菌菌，种种群群的的增增长长受受培培养养液液的的成成分分、空空间间、pHpH、温温度度等等因因素的影响。素的影响。(2)(2)在在理理想想的的无无限限环环境境中中，酵酵母母菌菌种种群群的的增增长长呈呈“J J”型型曲曲线线；在在有有限

22、限的的环环境境下下，酵母菌种群的增长呈酵母菌种群的增长呈“S S”型曲线。型曲线。六、探究六、探究“培养液中酵母菌种群数量的变化培养液中酵母菌种群数量的变化”例如：酵母菌的种群数量在营养条件有限的情况下例如：酵母菌的种群数量在营养条件有限的情况下呈呈“S”型增长。温度、资源会影响酵母菌的生长。型增长。温度、资源会影响酵母菌的生长。问题问题 培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？的？温度会影响酵母菌的生长吗？营养成分会影响酵温度会影响酵母菌的生长吗？营养成分会影响酵母菌的生长吗？母菌的生长吗？作出假设作出假设 根据前面所学的知识，针对这一问题作出根据

23、前面所学的知识，针对这一问题作出假设：假设：讨论探究思路讨论探究思路 探究所需要的菌种和无菌马铃薯培养液或肉汤培探究所需要的菌种和无菌马铃薯培养液或肉汤培养液、试管、血球计数板、滴管、显微镜等，都由老养液、试管、血球计数板、滴管、显微镜等，都由老师提供。师提供。在制订计划前，你需要思考以下问题，并与同学在制订计划前，你需要思考以下问题，并与同学讨论。讨论。1、怎样进行酵母菌的计数？、怎样进行酵母菌的计数？提示：对一支试管中的培养液提示：对一支试管中的培养液(可定为可定为10ml)中中的酵母菌逐个计数是非常困难的，可以采用的酵母菌逐个计数是非常困难的，可以采用抽抽样检测样检测的方法：先将盖玻片放

24、在计数室上，用的方法：先将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取培养液，滴于吸管吸取培养液，滴于盖玻片盖玻片边缘，让边缘，让培养液培养液自行渗入，多余培养液用滤纸吸去，稍待片刻自行渗入，多余培养液用滤纸吸去，稍待片刻，待酵母菌细胞全部，待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部沉降到计数室底部，将，将计计数板数板放在载物台的中央，放在载物台的中央，计数计数一个小方格内的一个小方格内的酵母菌数酵母菌数 量，再以此为根据，量，再以此为根据，估算估算试管中的酵母菌总数。试管中的酵母菌总数。介绍介绍:血球计数板的构造血球计数板的构造血球计数板：血球计数板：是显微镜上的外挂物件，可用来测量细是显微镜上的外挂物件，可用来测

25、量细胞，细菌等一些微小物体的长度，还有就是测量数量，胞，细菌等一些微小物体的长度，还有就是测量数量，如单位体积细胞的数量。血球计数板是由一块比普通如单位体积细胞的数量。血球计数板是由一块比普通载玻片厚的特制玻片制成的。玻片中有四条下凹的槽，载玻片厚的特制玻片制成的。玻片中有四条下凹的槽，构成三个平台，中间的平台较宽，其中间又被一短横构成三个平台，中间的平台较宽，其中间又被一短横槽隔为两半，每半边上面槽隔为两半，每半边上面,刻有一个方格网。刻有一个方格网。使酵母菌混合均匀。使酵母菌混合均匀。不需要，因不同时间取样已形成对照。不需要，因不同时间取样已形成对照。需要。尽量减少误差。对每个样品计需要。

26、尽量减少误差。对每个样品计数三次数三次,取其平均值。取其平均值。2、从试管中吸出培养液进行计数之前，建、从试管中吸出培养液进行计数之前，建议你将试管轻轻振荡几次。这是为什么？议你将试管轻轻振荡几次。这是为什么？3、本探究需要设置对照吗？如果需要、本探究需要设置对照吗？如果需要,请讨论对照组应怎样设计和操作，如果请讨论对照组应怎样设计和操作，如果不需要，请说明理由。不需要，请说明理由。4、需要做重复实验吗？、需要做重复实验吗？时间时间（d）酵母菌细胞数量（酵母菌细胞数量（106个个/mL）A组 B组 C组A1A2A3平均B1B2B3平均C1C2C3平均12345675、怎样记录结果？记录表怎样设计？、怎样记录结果？记录表怎样设计？.只计数相邻两边及其顶角的只计数相邻两边及其顶角的酵母细胞数酵母细胞数 稀释培养液。稀释的目的是便于酵母菌悬液的计数，稀释培养液。稀释的目的是便于酵母菌悬液的计数，以每小方格内含有以每小方格内含有4-5个酵母细胞为宜，一般稀释个酵母细胞为宜，一般稀释10倍倍即可。即可。6、如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当采、如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取怎样的措施？取怎样的措施？7、对于压在小方格界线上的、对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数？酵母菌，应当怎样计数？