种群数量的变化2017

决定种群的大小和密度种群密度种群数量出生率和死亡率性别比例年龄组成预测变化方向直接影响迁入率和迁出率影响数量变动知识回顾本节聚焦一、建构种群增长模型的方法二、种群增长的“J”型曲线三、种群增长的“S”型曲线四、种群数量的波动和下降五、研究种群数量变化的意义问题的提出《中国水利网》：宁波、昆明、武汉等地，人躺在铺满凤眼莲的湖面上，可以不沉；上海去年3万吨的凤眼莲打捞量，今年已翻了3倍有余，上升至10万吨；凤眼莲所带来的水体富营养化，让越来越多的水中生物痛失“家园”。问题的提出《国家地理》：在几百年前，金丝猴在许多地区广泛分布，人口的增加和山林的破坏使金丝猴的分布区越来越小。现在，黔金丝猴的数量只有500～600只，处于濒危状态，只在贵州省的梵净山区生存。滇金丝猴生活在云南西北部、西藏东南端及四川西部长江上端金沙江上游的高山中，数量不到2000只，也处境濒危。•假设你父亲承包了一个水库养鱼虾，如果一次投放的幼苗过多或延迟捕捞，由于环境的负载能力限制，都不能达到效益的最优化；相反，如果大量捕捞，使鱼虾数量大大减少，其种群往往要经过相当长的延滞期才能进入指数增长期，对生产极为不利。那什么时候是捕捞的最佳数量期？•问题：如何合理利用和保护生物资源？•问题：种群的数量变化有怎样的规律？问题的提出数学模型：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公式、图表等形式。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，常常需要建立数学模型。一、建构种群增长模型的方法问题探讨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。一、建构种群增长模型的方法时间（min)20406080100120140160180分裂次数数量（个）2481632641282565121234567891、填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为min）产生后代的数量。2．n代细菌数量Nn的计算公式是：Nn3．72小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？＝1×２n解：n＝60minx72h／20min＝216Nn＝1×2n＝2216细菌数量一、建构种群增长模型的方法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。一、建构种群增长模型的方法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：Nn＝1×２n类型：⑶坐标式（曲线图、柱状图）⑴数据分析表格式⑵数学方程式Nn=2n一、建构种群增长模型的方法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。理想条件下细菌数量增长的推测：自然界中有此类型吗？“J”型曲线实例1：澳大利亚本来并没有兔子。1859年，24只欧洲野兔从英国被带到了澳大利亚。这些野兔发现自己来到了天堂。因为这里有茂盛的牧草，却没有鹰等天敌。这里的土壤疏松，打洞做窝非常方便。于是，兔子开始了几乎不受任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子的数量达到6亿只以上，遍布整个大陆。二、种群增长的“J”型曲线:实例2、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，这个种群数量的增长如图所示。讨论1：出现这种增长的原因有哪些？“J”型增长的数学模型理想状态：食物充足，空间充裕，气候适宜，没有敌害等；设（N0为起始数量，t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，λ为年均增长倍数．）③数学模型公式：Nt=N0λt种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。①产生条件：②增长特点：④曲线图：“J”型曲线“J”型曲线的增长率与增长速率增长率：种群在单位时间内净增加的个体数占原有个体总数的比率。增长速率：增长速率是指单位时间种群增长数量。种群的增长率时间问题探讨“J”型曲线能一直持续下去吗？如何验证这个观点？不会。原因是资源和空间是有限的；种群密度增大，种内斗争，种间竞争，天敌捕食等加剧。即存在环境阻力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。大草履虫种群的增长曲线思考：1、曲线形状象什么？其种群达到基本稳定的数量值称为什么？“S”型曲线2、大草履虫数量增长过程特点如何？三、种群增长的“S”型曲线K值种群数量达到K值后，将停止增长并在K值左右保持相对稳定。三、种群增长的“S”型曲线种群数量为K：种群增长速率为零,种群数量最大，种内斗争最剧烈。种群数量为K/2：种群增长速率最大环境容纳量：在环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。K/2增长速率最快K值：环境容纳量abc1.乙图0—g相当甲图b点之前，种群数量增长速率逐渐增加。cghf乙（K/2）KK/2abc甲种群数量增长速率时间0g（K/2）h（K）乙2.g点相当甲中K/2，种群数量增长速率最大。3.乙图g--h相当甲图b--c，种群数量增长速率逐渐减少。4.h点相当甲中K，种群数量增长速率为0。环境条件有限种群密度种内斗争捕食者出生率死亡率增长率增长率随着种群密度的增加而按一定的比例下降增长率=0（2）“S”型增长曲线三、种群增长的“S”型曲线①产生条件：自然条件(现实状态)——食物等资源和空间总是有限的，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。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。存在环境阻力种群密度越大环境阻力越大思考讨论1、同一种群的K值是固定不变的吗？2、对保护大熊猫应采取什么措施才会事半功倍？环境条件改变，K值也随之发生改变，即改善环境条件可使K值增大；如环境条件受到破坏，则K值将会减小。建立自然保护区，改善大熊猫栖息环境，提高K值。思考讨论4、为保护鱼类资源不受破坏，并持续获得最大捕鱼量，被捕鱼群种群数量保持在什么水平?3、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？增大环境阻力，降低环境容纳量（如封储粮食，清除生活垃圾，养殖它们天敌）；严防达到K/2。种群数量达到K/2时，种群增长速率最大，再生能力最强；对养殖的生物进行捕捞(捕获)时，捕捞后的种群数量要维持在K/2处，以保证持续获取高产量。思考讨论①K值的应用a.野生生物资源保护：保护野生生物生活环境，减小环境阻力，增大K值。b.有害生物的防治：增大环境阻力(如为防鼠害而封储粮食、清除生活垃圾、保护鼠的天敌等)，降低K值。②K/2的应用a.资源开发与利用：种群数量达到K/2时，种群增长速率最大，再生能力最强；对养殖的生物进行捕捞(捕获)时，捕捞后的种群数量要维持在K/2处，以保证持续获取高产量。b.有害生物防治：务必及时控制种群数量，严防达到K/2处，甚至在a点以前就应采取相应措施。项目“J”型曲线“S”型曲线前提条件增长特点种群增长率增长速率K值的有无资源空间不限资源有限有K值无K值保持不变逐渐减小不断增大先增大，后减小，种群数量在K/2值处增长速率最大J型曲线和S型曲线比较种群数量连续增长，第二年是第一年的“λ”倍种群增长到一定数量保持相对稳定用达尔文的观点分析“J”、“S”曲线1、“J”型曲线用达尔文的观点分析表明生物具有过度繁殖的特性。2、图中阴影部分表示：环境阻力；用达尔文的观点分析指：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。“J”型曲线表明生物具有什么特性？图中阴影部分表示什么？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因素，都会引起种群数量的变化。环境因素种群的出生率、死亡率、迁出和迁入率种群数量的变化气候、食物、被捕食、传染病等增或减增长、波动、稳定、下降等影响种群数量变化的因素五、研究种群数量变化的意义1、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展，砍伐、捕捞、狩猎后，保证种群的增长速率为最大值。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。3、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。降低环境的负荷量（K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K值。4、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，即是否会构成生物入侵。培养液中酵母菌种群数量的变化基础回顾1、酵母菌酵母菌是单细胞真核生物。生长周期短，增殖速度快，还可以用酵母菌作为实验材料研究（探究酵母菌的呼吸方式，判断细胞的死活探究膜的透性）完成实验提出问题作出假设设计实验分析结果，得出结论探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化该探究活动中涉及4个科学方法：（1）数学模型法；（2）抽样检测法；（3）显微观察法；（4）微生物培养法。3．设计实验：•①将10mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中；•②将酵母菌接种入试管中的培养液中混合均匀；•③将试管在28℃条件下连续培养5d；•④每天取样计数酵母菌数量；•⑤分析结果，得出结论。是否设置对照组和多组重复实验？为什么要连续培养？如何取样计数？记录表怎样设计？计数时有哪些注意事项？本实验自变量是时间，接种前就是初始状态，也就是对照组。♣酵母菌的计数（1）计数工具——血球计数板实物图正面图侧面图计数室滴液处∆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。♣酵母菌的计数（1）计数工具——血球计数板放大后的计数池•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。计数室（中间大方格）的长和宽各为1mm，深度为0.1mm，其体积为______mm3，合_________mL。0.11×10-425个中格16个小格16个中格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*********抽样检测：5×16=80个小格抽样检测：4×25=100个小格样方法♣酵母菌的计数（2）计算：每毫升培养液中的酵母菌细胞数是多少？酵母细胞个数/mL=所数小方格中细胞总数x400x104x稀释倍数所数的小方格数例2:酵母菌的计数通常用血球计数板进行，血球计数板每个大方格容积为0.1mm3，由400个小方格组成。现对某一样液进行检测，如果一个小方格内酵母菌过多，难以计数，应先后再计数。若多次重复计数后，算得每个小方格中平均有5个酵母菌，则10mL该培养液中酵母菌总数有个。例1:在用血球计数板（2mm×2mm方格）对某一稀释50倍样品进行计数时，发现在一个计数室内（盖玻片下的培养液厚度为0.1mm）酵母菌平均数为16，据此估算10mL培养液中有酵母菌个。2x1072×108稀释例3检测员将1mL水样稀释10倍后，用抽样检测的方法检测每毫升蓝藻的数量；将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取少许培养液使其自行渗入计数室，并用滤纸吸去多余液体。已知每个计数室由25×16＝400个小格组成，容纳液体的总体积为0．1mm3。现观察到图中该计数室所示a、b、c、d、e5个中格80个小格内共有蓝藻n个，则上述水样中约有蓝藻个／mL。5n×105♣酵母菌的计数（3）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