4.2种群数量的变化(优质课比赛)

学习目标一、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细菌无处不在细菌在繁殖过程中，种群数量是如何变化的呢？在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20分钟就通过分裂繁殖一代。任务1：请计算出一个细菌产生的后代在不同时间（单位为min）的数量，并填入下表（教材P66）任务2：用公式表示出第n代的细菌数量Nn（20min时为第一代）时间分钟20406080100120140160180细菌数量248163264128256512Nn=1×2n（N表示细菌数量，n表示繁殖代数）任务3：利用表格中的数据画出细菌种群的增长曲线（教材P66）曲线图与数学方程式比较，优缺点？曲线图：直观，但不够精确。方程式：精确，但不够直观。一、研究种群数量变化的方法——构建数学模型1、概念：用来描述一个系统或它的性质的数学形式．2、类型：⑴数据分析表格式时间20406080100120140160180细菌数量⑵数学方程式Nn=2n⑶坐标式（曲线图、柱状图）7一、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试一试（用公式表示，不必计算具体结果）以上讨论的是在实验条件下，种群的数量变化，自然界中的种群其数量变化有没有类似的情况呢？实例一：澳大利亚野兔1859年，一个英格兰的农民带着24只野兔，登陆澳大利亚并定居下来，但谁也没想到，之后的一个世纪里，这个澳洲“客人”的数量呈指数增长，达到6亿只之多。实例二:20世纪30年代,人们将环颈雉引入美国的一个岛屿，此后环颈雉的增长如上图。实例三：凤眼莲（水葫芦）凤眼莲原产于南美，1901年作为花卉引入中国.由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌，我国目前有184万吨.它对其生活的水面采取了野蛮的封锁策略，挡住阳光，导致水下植物得不到足够光照而死亡.凤眼莲成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。实例四：世界人口增长曲线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“J”型。（2）数量变化特点：种群每年以一定的倍数增长(3)适用范围：①实验室营养充分的条件下当种群刚迁入到一个新的、适宜环境的早期阶段（1）形成原因：理想状态——食物充足，空间不限，气候适宜，没有天敌等（不存在环境阻力）二、种群增长的“J”型曲线(4)数学方程式模型：Nt=N0λt模型假设：假设1：理想状态假设2：后一年的数量始终是前一年的λ倍。二、种群增长的“J”型曲线Nt表示t年后该种群的数量N0为种群的起始数量λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数t为时间（5）种群增长率：指单位时间内净增加的个体数占原个体数的比率计算公式:种群第t年的增长率:Nt－Nt－1Nt－1=λ－1种群年增长率随时间变化的曲线：λ－1种群增长率时间增长率=（现有个体数－原有个体数）/原有个体数二、种群增长的“J”型曲线19（6）种群增长速率：指单位时间内新增加的个体数计算公式:种群第t年的平均增长速率Nt－Nt－1t－（t－1）个/年=N0λt－1（λ－1）个/年种群年均增长速率随时间变化的曲线：时间种群增长速率增长速率=（现有个体数－原有个体数）/增长时间二、种群增长的“J”型曲线20思考：当λ1,λ=1,0λ1,λ=0时，种群的数量变化分别会怎样？(λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数)λ1：种群数量呈“J”型增长λ=1：种群数量不增长0λ1：种群数量下降λ=0：种群灭亡二、种群增长的“J”型曲线注意：λ只表示种群增长的倍数（λ=）而不是种群增长率，也不是种群增长速率。NtNt-121问题探讨“J”型曲线能一直持续下去吗？如何验证这个观点？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。（2）数量变化特点：种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定（稳定于“K值”）（3）适用范围：资源和空间有限的种群（自然种群）（1）形成原因：资源和空间有限等(存在环境阻力）三、种群增长的“S”型曲线环境阻力自然条件（现实状态）——食物等资源和空间总是有限的，种群密度越大，种内斗争和种间竞争越剧烈，捕食者数量越多，导致该种群的出生率降低，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，有时会稳定在一定的水平。出生率死亡率种群密度出生率或死亡率N0K24三、种群增长的“S”型曲线K值：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。K/2增长速率最快K值：环境容纳量增长速率为零适应期：个体数量较少，增长缓慢增长期：个体数量增加，增长加速稳定期：增长减慢abc(4)数学模型（曲线图）：25三、种群增长的“S”型曲线（5）种群增长率随时间变化的曲线：增长率=（现有个体数－原有个体数）/原有个体数时间种群增长率增长速率=（现有个体数－原有个体数）/增长时间时间种群增长速率（6）种群增长速率随时间变化的曲线：三、种群增长的“S”型曲线271.乙图0—g相当甲图b点之前，种群数量增长速率逐渐增加。ghKK/2abc甲h（K）种群数量增长速率0g（K/2）乙2.g点相当甲中b，种群数量增长速率最大。3.乙图g--h相当甲图b--c，种群数量增加，但增长速率逐渐减少。4.h点相当甲中K，种群数量增长速率为0，种内斗争最激烈。时间28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。1、对保护大熊猫应采取什么措施才会事半功倍？建立自然保护区，改善大熊猫栖息环境，提高K值。29②K/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。2、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）；降低K值。四比较种群增长两种曲线的联系与区别J型曲线S型曲线前提条件种群增长率种群增长速率有无K值曲线环境资源无限环境资源有限保持稳定不断下降无，持续保持增长有K值环境阻力K值：环境容纳量食物不足空间有限种内斗争天敌捕食气候不适寄生虫传染病等不断增大先增大后减小直至031用达尔文的观点分析“J”、“S”曲线时间种群数量J型曲线S型曲线K值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，种群密度越大环境阻力越大3、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？答案是否定的，这个问题可以从两个方面来理解：①“S”型增长曲线的种群增长率是下降，而“J”型增长曲线的种群增长率始终保持不变。②“J”型增长曲线是一种理想条件下的种群数量增长曲线，如有些种群迁入一个食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害的理想环境，迁入后种群数量马上就会呈指数形式增长，不存在适应过程；而“S”型增长曲线的前段是种群对新环境的一个适应阶段，始终存在环境阻力。思考：“S”型增长曲线的开始部分是不是“J”型增长曲线？时间种群数量J型曲线S型曲线K值33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，甚至灭亡五种群数量的波动和下降自然因素：食物、气候、空间、传染病、天敌等人为因素：人类的活动人为控制（家禽，畜牧）捕杀野生动物滥砍乱阀环境破坏影响生物生存34六、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。（合理利用和保护野生生物资源）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。（为防治有害生物提供科学依据）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。5、有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。（拯救和恢复濒危动物种群）35培养液中酵母菌种群数量的变化361.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？2.本探究需要设置对照吗？如果方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取怎样的措施？目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，以保证估算的准确性，减少误差。不需要，只要分组实验，获得平均数值即可。稀释375个中方格酵母菌总数是A，求得每个方格的平均值再乘以25，就得出一个大方格的总菌数，然户再换算成10ml菌液中的总菌数。设5个中方格总菌数为A，菌液稀释倍数为B，则0.1mm3中得总菌数为（A/5）×25×B。1ml=1cm3=1000mm310ml菌液的总菌数=（A/5）25×B×100000=5×105×A×B