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1、第四章 种群和群落,第2节 种群数量的变化,学习目标,2004年11月29日，成群的蝗虫在西班牙加那利群岛的富埃特文图拉岛上飞舞。,已有大约1亿只蝗虫飞到加那利群岛，当地政府已经发出蝗灾警报。,问题探究,湖南洞庭湖人鼠大战灭鼠以吨计算,鼠类繁殖次数多，孕期短，产仔率高，性成熟快，数量能在短期内急剧增加。,问题探究,在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20min就通过分裂繁殖一代。,讨论：1、填写下表：计算1个细菌在不同时间（单位为min）产生后代的数量。,问题探究,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1.1个细菌在不同时间（单位为m
2、in）产生后代的数量,2.第n代细菌数量的计算公式？,N1=12=2 N2=122=4 N3=123=8N4=124=16 N5=125=32 N6=126=64 Nn12n,问题探究,3.72小时后由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？,n 60min x72h20min216Nn2n 2216,问题探究,4.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。,时间,数量,5.曲线图与数学方程式比较，有哪些优缺点？,曲线图：直观，但不够精确。数学公式：精确，但不够直观。,问题探究,6.在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公式增长吗？,不会，因为营养和空间有限；可用实验计数法来验证。
3、,数学模型,建构种群增长模型的方法,定义：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。,表现形式:,（1）数学方程式：,（2）曲线图：,精确,直观,1、观察研究对象，提出问题,细菌每20分钟分裂一次，问题：细菌数量怎样变化的？,2、提出合理的假设,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加的影响,3、根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达,列出表格，根据表格画曲线，推导公式,4、通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正,观察、统计细菌的数量，对自己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：,建构种群增长模型的方法,实例一：1859年，一位英国人来到澳
4、大利亚定居，他带来了24只野兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，这24只野兔的后代竟达到6亿只以上。漫山遍野的野兔与牛羊争食牧草，啃啮树皮，造成植被破坏，导致水土流失。后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。,建构种群增长模型的方法,实例二：20世纪30年代,人们将环颈雉引入美国的一个岛屿,在1937-1942年期间数量变化的曲线如右图。,建构种群增长模型的方法,实例三：凤眼莲原产于南美，1901年凤眼莲被作为观赏植物引入中国栽培，30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。,由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌，在我国南方江河湖泊中发展迅速，目前我国
5、有这种凤眼莲184万吨，成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。,建构种群增长模型的方法,实例四：2000年来世界人口增长曲线,建构种群增长模型的方法,自然界确有类似细菌在理想条件下种群数量增长的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致呈“”型,种群增长的“”型曲线,种群增长的“”型曲线,1、产生条件(模型假设)：,理想状态：食物和空间条件充裕；气候适宜，没有敌害等；,Nt=N0 t,（N0为起始数量，t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，为年均增长率（第二年数量/第一年数量）,2、种群增长模型：,若 1，种群密度增大，为增长型种群；若 1，种群密度减小，为衰退型种
6、群；若1，数量不变，为稳定型种群。,种群增长的“”型曲线,当一个种群刚迁入新的适宜环境时，如外来物种入侵,4、产生情形：,在实验室的理想状态下，如细菌培养,3、增长特点：,种群数量连续的指数增长，呈“J”型，无最大值,种群增长的“”型曲线,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？如何验证这个观点？,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样一个实验：在0.5ml培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24h统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如图所示的结果。,种群增长的“S”型曲线,种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线，称为“S”型曲线。,在环
7、境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K值。,种群增长的“S”型曲线,1、产生条件：存在环境阻力 自然条件（现实状态）下，食物、空间等资源总是有限的，当种群密度增大时，种内斗争不断加剧，天敌数量不断增加，导致该种群的出生率降低，死亡率增高。种群密度越大，环境阻力越大。2、增长特点：种群数量达到环境所允许的最大值（K值），将停止增长并在K值左右保持相对稳定。,种群增长的“S”型曲线,K/2,转折期，增长速率最快,K值：环境容纳量,加速期，个体数量增加，增长加速,潜伏期，个体数量较少增长缓慢,减速期，增长缓慢,饱和期，增长速率为零,3、“S”型曲线分析：,种群
8、增长的“S”型曲线,种群数量由0K/2时，种群增长率持续增大种群数量在 K/2值时，种群增长率最大，种群有最大持续产量种群数量K/2K值时，种群增长率不断降低种群数量达到K值时，种群增长率为零，但种群数量达到最大，且种内斗争最剧烈。,K/2,K值：环境容纳量,3、“S”型曲线分析：,种群增长的“S”型曲线,4、种群数量变化曲线与种群增长率曲线的关系：,图乙的fg段相当于图甲的ac段图乙的g点相当于图甲的c点图乙的gh段相当于图甲的cd段,种群增长的“S”型曲线,1.表示相邻两年种群数量的倍数。在公式NtN0t中，N1N02.增长率是新增加的个体数占原来个体数的比例。其计算公式为：（这一次总数上
9、一次总数）/上一次总数*100%增长率。如某种群现有数量为a，一年后该种群数为b，那么该种群在当年的增长率为(b-a)/a。3.增长速率是指单位时间内增长的数量。其计算公式为：（这一次总数上一次总数）/时间增长速率。则24h后其种群增长速率为：（b-a）/24h种群增长速率可以看种群增长曲线的斜率。,概念辨析,D：出生率死亡率，即种群数量处于K值。B：出生率与死亡率之差最大，即种群数量处于K/2值。,5、种群数量变化曲线与种群增长率曲线的关系：,种群增长的“S”型曲线,6、应用：有害动物的防治，应通过降低其环境容纳量K值。受保护动物的拯救和恢复，应通过改善其栖息环境，提高K值。,种群增长的“S
10、”型曲线,生产上的捕获期应确定在种群数量为K/2时最好；而杀虫效果最好的时期在潜伏期。,同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。在环境不遭受破坏的情况下，K值会在平均值附近上下波动；当种群偏离平均值的时候，会通过负反馈机制使种群密度回到一定范围内。,种群增长的“S”型曲线,环境资源有限（自然条件下）,环境资源无限（理想条件下）,随种群密度的上升而下降,保持稳定,有K值,无K值,逐渐增大,先增大，后减小,7、“J”型曲线与“S”型曲线的比较与联系,种群增长的“S”型曲线,用达尔文的观点分析“J”型曲线表明生物具有什么特性？图中阴影部分表示什么？1.“J”型曲线表明生物具有过度繁殖的特性。
11、2.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：通过生存斗争被淘汰的个体数量，也即代表自然选择的作用。,种群增长的“S”型曲线,影响种群数量变化的因素：直接因素：出生率、死亡率、迁入率、迁出率间接因素：食物、气候、天敌、疾病、自然灾害重要因素：人类的活动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。,种群数量的波动和下降,飞蝗喜欢栖息在地势低洼、易涝易旱或水位不稳定的海滩或湖滩及大面积荒滩或耕作粗放的夹荒地上、生有低矮芦苇、茅草或盐篙、莎草等嗜食的植物。遇有干旱年份，这种荒地随天气干旱水面缩小而增大时，利于蝗虫生育，宜蝗面积增加，容易酿成蝗灾，因此每遇大旱
12、年份，要注意防治蝗虫。,东亚飞蝗种群数量的波动,人类活动对种群数量的影响：捕鲸,种群数量的波动和下降,1.通过研究种群数量变动规律，为有害生物的防治提供科学依据。,全力防蝗减灾,研究种群数量变化的意义,2.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,竭泽而渔,乱砍滥伐,研究种群数量变化的意义,3.为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导,苍鹭的保护,野猪的保护,救护被困的鲸鱼,大熊猫自然保护区,研究种群数量变化的意义,4.为引进外来物种提供理性的思考,研究种群数量变化的意义,实验原理：(1)用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受培养液的成分、空间、pH、温度等因素的影响
13、。(2)在理想的无限环境中，酵母菌种群的增长呈“J”型曲线；在有限的环境下，酵母菌种群的增长呈“S”型曲线。1.提出问题：培养液中酵母菌种群的数量随时间呈现出怎样的变化？2.作出假设：酵母菌种群的数量随时间呈S型增长,培养液中酵母菌种群数量的变化,3.讨论探究思路、制定计划、实施计划培养酵母菌连续7天抽样检测取样用显微镜和血球计数板计数折算出总数,培养液中酵母菌种群数量的变化,酵母菌的培养：培养液配制：配制质量分数为5的葡萄糖溶液（葡萄糖20g，1000 mL水），分装到5个烧杯中（200mL/烧杯）灭菌：用高压蒸汽灭菌锅将培养液和取样、计数时所用的滴管分别灭菌。贴标签。接种：接种时要在酒精灯
14、附近，用灭菌干净的1mL刻度吸管每次吸取0.1mL酵母菌母液，往每个烧杯中加入。培养：将烧杯置于28的恒温箱中培养,培养液中酵母菌种群数量的变化,酵母菌的计数计数方法利用血球计数板在显微镜下直接计数，是一种常用的微生物计数法，也叫做显微镜直接计数法。优点：直观、快速。适用于稀释的菌悬液（或孢子悬液），即液体培养基中菌体的计数。此法计得的是活菌体和死菌体的总和，又称为总菌计数法。,培养液中酵母菌种群数量的变化,计数工具血球计数板血球计数板是一种专门用于计算较大单细胞微生物的一种仪器。计数时，常采用样方法。,实物图,正面图,侧面图,计数室,滴液处,培养液中酵母菌种群数量的变化,计数工具血球计数板,
15、培养液中酵母菌种群数量的变化,放大后的计数池,每块计数板由H形凹槽分为2个同样的计数池。每个计数池分为9个大方格。,计数工具血球计数板,培养液中酵母菌种群数量的变化,16个小格,25个小格,25X16=400小格,16X25=400小格,每个计数室（大方格）共有400小格，总容积为0.1mm3（ul）,抽样检测：516=80个小格,抽样检测：425=100个小格,计算：每毫升培养液中的酵母菌细胞数是多少？,1升=1立方分米=0.001立方米，1亳升=0.001升=1立方厘米=1000立方毫米,培养液中酵母菌种群数量的变化,计数的操作稀释：将酵母菌培养液进行适当的稀释；若菌液不浓，可不必稀释。镜
16、检计数室：在加样前，先对计数板的计数室进行镜检。若有污物，则需清洗后才能进行计数。加样品：在清洁干燥的血球计数板盖上盖玻片，再用无菌细口滴管将稀释的酵母菌液由盖玻片边缘滴入一小滴（将计数室充满即可），让菌液沿缝隙自行渗入计数室。注意不可有气泡产生。,培养液中酵母菌种群数量的变化,计数的操作显微计数：静止5分钟后，先用低倍镜（1610）找到计数室所在的位置。然后根据血球计数板规格，每个计数室选取5个（或4个）中方格中的菌体进行计数。每个小方格内约有510个菌体为宜。如遇酵母出芽，芽体大小达到母细胞的一半时，即作为两个菌体计数。计数一个样品要从两个计数室中计得的值来计算样品的含菌量。,培养液中酵母
17、菌种群数量的变化,血球计数板的清洗：使用完毕后，将血球计数板在水龙头上用水柱冲洗，切勿用硬刷洗刷，洗完后自行晾干或用吹风机吹干。镜检，观察每个小格内是否有残留菌体或其他沉淀物。若不干净，则必须重复洗涤至干净为止。,培养液中酵母菌种群数量的变化,结果分析数据记录：以汤麦式血球计数板的数据记录为例。下表为某一次的数据记录表，其中，A表示五个中方格的总菌数；B表示菌液稀释倍数：,培养液中酵母菌种群数量的变化,第 1 天,第 4 天,第 6 天,第 7 天,死亡,培养液中酵母菌种群数量的变化,问题讨论怎样进行酵母菌计数？10ml培养液的公式从试管中吸出培养液计数之前，建议你将试管轻轻震荡几次，这是为什
18、么？使培养液中的酵母菌均匀分布，以保证估算的正确性，减少误差。,培养液中酵母菌种群数量的变化,本探究需要设置对照吗？如果需要，请讨论说明怎样设计；如不需要，请说明理由。酵母菌每天的数量变化可形成前后对照，而本实验目的是探究培养液中酵母菌在一定条件下的种群数量变化，只要分组重复实验，获得平均数值即可。不需要对照。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？摇匀试管，先稀释几倍，再计数。（注意：计数时要记得乘上稀释的倍数）,培养液中酵母菌种群数量的变化,需要做重复实验吗？需要，排除每次实验的偶然性。对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数？对于压在小方格界线上的酵母菌应取相邻两边及
19、其夹角计数（计上不计下，计左不计右）。,培养液中酵母菌种群数量的变化,1.下列有关种群增长的“S”型曲线的叙述，错误的是()A.通常自然界中的种群增长曲线呈“S”型B.达到K值时种群增长速率为零C.种群增长受自身密度的影响D.种群的增长速率逐步降低2.在一块面包上有一块霉菌，如果在其他条件都适宜的情况下，其数量变化在一天内最可能的是()A.“J”型曲线增长B.“S”型曲线增长 C.无规律增长D.“J”型或“S”型曲线增长,D,A,课堂练习,3.自然界中生物种群增长常表现为“S”型增长曲线。下列有关种群“S”型增长的正确说法是()A.“S”型增长曲线表示了种群数量和食物的关系 B.种群增长率在各
20、阶段是不相同的 C.“S”型增长曲线表示种群数量与时间无关 D.种群增长不受种群密度限制4.为保护鱼类资源不受破坏并能持续获得最大捕鱼量，根据种群增长的 S 型曲线，应使被捕鱼群的种群数量保持在 K/2 水平。这是因为在此水平上()A.种群数量相对稳定 B.种群增长量最大 C.种群数量最大 D.环境条件所允许的种群数量最大,B,B,课堂练习,5.种群在理想环境中，呈“J”型曲线增长（图中曲线甲）；在有环境阻力的条件下，呈“S”型曲线增长（图中曲线乙）。下列有关种群增长曲线的叙述正确的是()A.K值是环境的最大容纳量，不受环境因素的影响B.甲表示没有环境阻力情况下种群数量的增长，其没有最大环境容
21、纳量的限制C.种群数量达到K值以后，种群的基因频率还发生变化D.若图示为蝗虫种群增长曲线，则害虫的防治应选在c点,C,课堂练习,6.图示种群在理想环境中呈“J”型增长，在有环境阻力条件下，呈“S”型增长，下列关于种群在某环境中数量增长曲线的叙述，正确的是()A.当种群数量到达e点后，种群数量增长率为0B.种群增长过程中出现环境阻力是在d点之后C.图中阴影部分表示克服环境阻力生存下来的个体数量D.若该种群在c点时数量为100，则该种群的K值是400,A,课堂练习,7.在一个玻璃容器内，装入一定量的符合小球藻生活的营养液，接种少量的小球藻，每隔一段时间测定小球藻的个体数量，绘制成曲线，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间变化趋势的曲线是(),D,课堂练习,8.如图表示某种鱼迁入一生态系统后，种群数量增长速率随时间变化的曲线，下列叙述正确的是()A在t0t2时间内，种群数量呈“J”型增长B若在t2时种群的数量为K，则在t1时种群的数量为K/2C捕获该鱼的最佳时期为t2时D在t1t2时间内，该鱼的种群数量呈下降趋势,B,课堂练习,
