1.2种群数量的变化(共47张PPT)

(共47张PPT)
第1章 种群及其动态
第2节 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
食物、气候、天敌、传染病等
增或减
增长、波动、稳定、下降等
直接因素：出生率、死亡率、迁入、迁出
间接因素：年龄组成和性别比例
重要因素：人类的活动
自然因素：食物、气候、天敌、传染病等
影响种群数量变化的因素
我们的手上难免沾染细菌。细菌的繁殖速率很快，因而我们要常洗手。假设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：第n代细菌数量的计算公式是什么？
Nn=N0×2n
问题探讨
讨论2：72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？
n＝ 60min × 72h／20min＝216（代）
N216 = 1 × 2n = 2216
讨论3：在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照这个公式描述的趋势增长吗？如何验证你的观点？
不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。可以用实验来验证。
模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性描述。
物理模型
数学模型
概念模型
回顾复习
2. 作用：能够描述、解释、预测种群数量的变化。
科学方法 建立数学模型
1. 数学模型：用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
一.建构种群增长模型的方法
观察分析
提出问题
做出假设
建立
数学模型
对模型进行检验修正
研究方法
研究实例
细菌每20min分裂一次，怎样计算繁殖n代的数量？
在资源和生存空间没有限制的条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响
Nn=2n
N代表细菌数量，n表示第几代
观察、统计细菌数量，对模型进行检验或修正
3.步骤：
0
时间/min
细菌数量/个
100
200
300
400
500
20
40
60
80
100
120
140
160
180
小组合作：请根据表格信息，尝试小组合作以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌种群的增长曲线。
时间(min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
分裂次数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
数量（个） 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512
4.类型及优缺点：
(1)数学公式
(2)曲线图
①优点：科学、精确
②不足：不够直观
①优点：直观
②不足：不够精确
一.建构种群增长模型的方法
【思考 · 讨论】 分析自然界种群增长的实例
资料1：1859年，一位英国人在他澳大利亚的农场中放生了24只野兔。让他没想到的是，一个世纪之后，这24只野兔的后代超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃噬树皮，造成植被破坏，导致水土流失。直到人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量的到控制。
资料2：20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937-1942年间增长如图所示。
【思考 · 讨论】 分析自然界种群增长的实例
500
1000
1500
1937 1938 1939 1940 1941 1942
年份
种群数量/只
0
讨论1：这两个资料中的种群增长有什么共同点
讨论2：种群出现这种增长的原因是什么
讨论3：这种种群增长的趋势能不能一直持续下去 为什么
种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势，种群呈“J”形曲线增长。
理想条件：食物和空间条件充裕、没有天敌、气候适宜等。
不能。食物和空间是有限的。
形
小组合作：通过以上材料的学习，请小组合作思考以下问题？
自主学习课本P8-9页相关内容，请小组合作完成以下问题。
1.“J”形增长曲线模型假设和适用对象是什么？
2.写出“J”形增长曲线的数学模型(以数学公式表示)及解释各字母的含义。
3.“J”形增长曲线的增长特点。
4.查阅历年来世界和我国人口增长的数据，分析人口是否呈“J”形增长。
二.种群的“J”形增长
1. 概念
2. 适用对象：
二.种群的“J”形增长
①实验室条件下；
②当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时 。
3. 模型假设：理想条件——食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等。
4. 数学公式
t 年后种群的数量为 Nt = N0 λ t
N0 为该种群的起始数量， t 为时间，
Nt 表示 t 年后该种群的数量，
λ 表示该种群数量是前一年种群数量的的倍数。
时间（t）
种群数量Nt
λ = Nt / Nt-1
5.“J”形增长的特点：
种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。
思考：当λ满足什么条件时，种群数量呈“J”形增长？
项目 种群数量变化 年龄结构
λ>1
λ＝1
λ<1
增加
增长型
相对稳定
稳定型
减少
衰退型
λ >1
λ <1
λ =1
种群数量
时间
0
只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。
二.种群的“J”形增长
①1-4年，种群数量_____________； ②4-5年，种群数量__________；
③5-9年，种群数量__________ ； ④9-10年，种群数量_______；
⑤10-11年，种群数量______；⑥11-13年，种群数量_____________________；
⑦前9年，种群数量第___年最高；⑧9-13年，种群数量第______年最低
呈“J”形增长
增长
相对稳定
下降
下降
11-12年下降，12-13年增长
5
12
练一练：据图说出种群数量如何变化
6. “J”形增长的增长率和增长速率
时间（min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180
分裂次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9
细菌数量（个） 2 4 8 16 32 64 128 256 512
（1）增长率：指在某一时间内种群数量增加的量占初始数量的比例，是一个百分比，无单位。
请同学们根据表中数据推算增长率计算公式。
N0λt＋1－N0λt
N0λt
= λ－1
新增个体数 原有个体数
增长率 =
①公式
O
增长率
λ - 1
②曲线
时间
6. “J”形增长的增长率和增长速率
时间（min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180
分裂次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9
细菌数量（个） 2 4 8 16 32 64 128 256 512
（2）增长速率：指种群数量在单位时间内的改变数值，有单位（如：个/年等）。
请同学们根据表中数据推算增长速率的计算公式。
①公式
新增个体数 单位时间
增长速率 =
O
增长速率
②曲线
时间
λ = 当年种群数量/去年种群数量 = 去年种群数量+增长数量/去年种群数量 =1 + 增长率
7. “J”形增长中λ和增长率的关系
（1）当λ=1时，增长率 =0，种群数量相对稳定；年龄结构为稳定型；
（2）当λ＞1时，增长率＞0，种群数量增长；年龄结构为增长型；
（3）当0＜λ＜1时，增长率＜ 0，种群数量下降；年龄结构为衰退型；
（4）当λ=0时，雌体没有繁殖，种群在下一代中灭亡。
λ = Nt / Nt-1
增长率 = λ 1
在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，每隔24h统计一次大草履虫的数量。经反复实验，结果如下图所示。　
（1）大草履虫的数量在第几天增长较快？
（2）第几天以后基本维持在375个左右？
（3）为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？
由于随着大草履虫数量的增多，对食物和空间的竞争趋于激烈，导致出生率下降，死亡率升高。
（4）这种类型的种群增长称为什么？
种群的“S”形增长
【生态学家高斯的实验】
三.种群的“S”形增长
小组合作：自主学习课本P9页相关内容，请小组合作完成以下问题。
1.什么是“S”形增长曲线？
2.“S”形增长曲线形成原因是什么？
3.“S”形增长曲线的适用对象是什么？
4.“S”形增长曲线的增长特点。
5.尝试分析“S”形增长曲线各段的含义。
6.什么是环境容纳量（K值）？如何运用？
三.种群的“S”形增长
种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“S”形。
①资源和空间有限
②种群密度增大时
出生率降低
死亡率升高
1.“S”形增长的定义：
2.“S”形增长形成原因：
③种内竞争加剧
出生率＝死亡率时，
种群稳定在一定的水平
3.适用对象：
一般自然种群的增长
4.环境容纳量：
一定的环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K 值。
三.种群的“S”形增长
5.“S”曲线的分析：
B
C
D
E
A
种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢。
(1)AB段：
(2)BC段：
(3)C点：
(4)CD段：
资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速。
种群数量为K/2，种群增长速率达到最大。
资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加剧，出生率降低，死亡率升高，种群增长减缓；
(5)DE段：
出生率约等于死亡率，种群增长速率几乎为0，种群数量达到K值，且维持相对稳定。
三.种群的“S”形增长
B
C
D
E
A
合作探究：请以时间为横坐标，种群增长速率或者增长率为纵坐标，画出种群“S”形增长的增长速率和增长率的两个曲线。
S型曲线增长速率曲线
增长速率
时间
t1
t2
①增长速率先增大后减小，最后为0。
②当种群数量为k/2时，增长速率达到最大。
K/2
K
A
B
C
D
E
三.种群的“S”形增长
增长率受种群密度制约，种群增长率不断减小。
7. 同一种群的K值不是固定不变的
（3）K 值 （是/不是）种群数量的最大值，在环境条件没有变化的情况下，种群数量在K值上下波动，动态平衡。
（1）该种群的K 值为 。
（2）同一种群的K 值不是固定不变的，会受到环境因素的影响： 环境改善，K值 ；环境恶化，K值 。
K2
不是
增加
减小
三.种群的“S”形增长
同一种群的K值是固定不变的吗？
8. K值和K/2值的应用
思考1：野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？
野生大熊猫的栖息地遭到破坏，由于食物的减少和活动范围的缩小，K 值就会变小。
思考2：保护大熊猫的根本措施是什么？
建立自然保护区，给大熊猫更宽广的生活空间，改善它们的栖息环境，从而提高环境容纳量（K值变大）。
三.种群的“S”形增长
机械、药物捕杀
施用避孕药、激素
养殖或释放天敌
将食物储存在安全处
增大死亡率
降低环境容纳量
（K值变小）
降低出生率
思考3：从环境容纳量的角度思考，对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施防治效果比较好？（P10）
硬化地面、搞好卫生
8. K值和K/2值的应用
三.种群的“S”形增长
在K/2前捕杀
控制种群数量，严防达到K/2值处。
思考4：为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平？为什么？
应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平，因为在这个水平上种群增长率最大，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，从而不影响种群再生，符合可持续发展的原则。
K
种群数量
时间
0
B
C
D
E
t1
t2
A
K/2
—“黄金开发点”
8. K值和K/2值的应用
（1）K值的应用
①减小环境阻力 → 增大K值 → 保护野生生物资源
②增大环境阻力 → 降低K值 → 防治有害生物
③草原最大载畜量不超过K值 → 合理确定载畜量
（2）K/2值的应用
①渔业捕捞后的种群数量要在K/2值处
②K/2值前防治有害生物，严防达到K/2值处
8. K值和K/2值的应用
三.种群的“S”形增长
1.某种群生活在一个较理想的环境中，则此种群数量增长的曲线是 。
2.如果种群生活在一个有限制的环境中，增长的曲线可能是 。
3.图中两曲线间的阴影部分代表 ，按达尔文自然选择学说，表示在生存斗争中被 的个体数量。
“S”形
“J”形
环境阻力
淘汰
归纳总结：“J”形增长和“S”形增长的比较
0
K
时间
环境阻力
环境容纳量
S形
J形
种群数量
“S”形曲线中，有一段时期近似于“J”形曲线，这一段是否等同于“J”形曲线？为什么？
不等同，已经存在环境阻力。
1. 在自然界，有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定。
四.种群数量的波动
2. 对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。
周期性波动和不规则波动
3. 处于波动状态的种群，在某些特定的条件下可能出现种群爆发。蝗灾、鼠灾、赤潮等，就是种群数量爆发增长的结果。
鼠灾
赤潮
蝗灾
东亚飞蝗在我国的大爆发没有周期性规律，干旱是大爆发的主要原因。在黄河三角洲上的湿地草地，若遇到连年干旱，土壤中的蝗卵成活率就会提高，这是造成蝗虫大爆发的主要原因。在淮河流域，前一年大涝，第二年飞蝗大发生的概率最大。故河北蝗区常出现“先涝后旱，蚂蚱成片”，“大水之后，必闹蝗灾”的情况。
拓展：种群数量的爆发
4. 当种群长久处于不利条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。例如，遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏。
四.种群数量的波动
5. 种群的延续需要有一定的个体数量为基础。当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。
对那些已经低于种群延续所需要的最小种群数量的物种，需要采取有效的措施进行保护。
4. 材料用具：酵母菌，无菌马铃薯培养液或者肉汤培养液，试管、血细胞计数板，滴管、显微镜等。
培养液
五.培养液中酵母菌种群数量的变化
1. 实验原理
2. 提出问题
3. 做出假设
酵母菌
血细胞计数板
酵母菌：单细胞真菌，是兼性厌氧菌。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。
本实验自变量是什么？该如何设置？
①自变量：________
②因变量：__________
③无关变量：_____________
时间
酵母菌数量
培养液的体积
5. 实验步骤
五.培养液中酵母菌种群数量的变化
试管放在28℃的恒温箱中培养7天
培养
将酵母菌接种到试管中
接种
连续7天取样计数并记录这7天的数值。
计数
将10ml马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中
准备
血细胞计数板正面
计数区
计数室
6. 计数
五.培养液中酵母菌种群数量的变化
侧面观
计数室的深（高）
每个小方格的面积
①工具：血球计数板
1个大方格 = 25个中方格= 400个小方格
大方格体积 = 0.1mm3
中方格体积 = 1/250mm3
小方格体积 = 1/4000mm3
规格一：25×16型
A1
A2
A3
A4
A5
规格二：16×25型
A1
A3
A2
A4
每个计数室共有400小格，总容积为0.1mm3。
6. 计数
五.培养液中酵母菌种群数量的变化
⑤计数一个小方格内的酵母菌数量。
①先将盖玻片放在血细胞计数板的计数室上。
②用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。
③多余的培养液用滤纸吸去。
④待酵母菌全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央。
6. 计数
②计数操作过程
五.培养液中酵母菌种群数量的变化
A1
A2
A3
A4
A5
计数一个小方格内酵母菌数量，再以此为依据估计培养液中酵母菌总数。
1mL培养液中细胞个数：
=小方格中细胞数量的平均值×400 ×104×稀释倍数
每个计数室共有400小格，总容积为0.1mm3。
③方法：抽样检测法
五.培养液中酵母菌种群数量的变化
1mL = 1cm3 = 1000mm3
0.1mm3 = 1 × 10-4 mL
Ⅱ. 16×25型：
A1
A2
A3
A4
Ⅰ. 25×16型：
A1
A2
A3
A4
A5
1 mL培养液中酵母菌数＝（5个中方格内酵母菌平均数量/80）× 400 × 104 × 稀释倍数
1 mL培养液中细胞个数＝（4个中方格内酵母菌平均数量/100）× 400 × 104 × 稀释倍数
五.培养液中酵母菌种群数量的变化
1.用血球计数板对培养液中酵母菌进行计数，若计数室为1mm×1mm×0.1mm方格，由400个小方格组成。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。
2×108
根据公式：5×400×10000×10＝2×108
练习巩固
2.若使用的血细胞计数板(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm)每个计数室分为25个中方格，每个中方格又分为16个小方格，将样液稀释100倍后计数，发现计数室四个角及中央共5个中方格内的酵母菌总数为20个，则培养液中酵母菌的密度为 个/mL。
1×108
根据公式：（20÷5)×25×10 000×100＝1×108
培养时间/d
酵母菌数量
先增加再降低
7. 实验结论：酵母菌在开始一段时间呈“J”形增长，但随着时间的推移，由于资源和空间有限，呈“S”形增长，并最终将全部死亡。
影响酵母菌种群数量增长的因素：
培养液的成分、空间、pH、温度、代谢产物等。
五.培养液中酵母菌种群数量的变化
讨论3：对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎么计数？
应取相邻两边及顶角计数。一般遵循“计上不计下，计左不计右”的原则。
讨论4：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？
思考·讨论
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。
讨论1：先将盖玻片放在计数室上，再用移液器或吸管将培养液滴在盖玻片边缘，让培养液自行渗入的目的是？
避免因菌液过多顶起盖玻片而使计数室体积改变，另外，也可防止气泡产生。
讨论2：待酵母菌全部沉降到计数室底部再计数的目的是？
如果酵母菌未能全部沉降到计数室底部，要么能看清酵母菌但看不清格线，要么能看清格线但看不清酵母菌。
讨论5：如果小方格内酵母菌数量过多，难以数清，怎么办？
可将培养液适当稀释一定倍数后再计数。
思考·讨论
稀释
100倍
一般样品稀释后的适宜范围是5~10个菌体/小方格。
1mL培养液
9 mL水
9 mL水
1mL培养液
稀释10倍
稀释100倍
讨论6：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；如果不需要，请说明理由。
不需要，本实验在时间上已经构成前后对照。
讨论7：需要做重复实验吗？为什么？
需要重复实验，对每个样品可计数三次，再取平均值，以提高实验数据的准确性。
思考·讨论
注意事项：实验时，首先通过显微镜观察，估计出10mL培养液中酵母菌的初始数量（N0），在此之后，连续观察7天，分别记录下7天的数值。
每天取样时间需一致（每天同一时间取样，或者每隔相同一段时间取样），且应做到随机取样。
练习与应用
一、概念检测
1. 在自然界，种群数量的增长既是有规律的， 又是复杂多样的。判断下列相关表述是否正确。
（1）将一种生物引入一个新环境中，在一定时期内，这个生物种群就会出现“J”形增长。（ ）
（2）种群的“S”形增长只适用于草履虫等单细胞生物。 （ ）
（3）由于环境容纳量是有限的，种群增长到—定数量就会保持稳定。（ ）
×
×
×
2. 对一个生物种群来说，环境容纳量取决于环境条件。据此判断下列表述正确的是 （ ）
A. 对甲乙两地的蝮蛇种群来说，环境容纳量是相同的
B. 对生活在冻原的旅鼠来说，不同年份的环境容纳量是不同的
C. 当种群数量接近环境容纳量时，死亡率会升高，出生率不变
D. 对生活在同一个湖泊中的鲢鱼和鲤鱼来说，环境容纳量是相同的
B
练习与应用
一、概念检测
1. 种群的“J”形增长和“S”形增长，分别会在什么条件下出现？你能举出教材以外的例子加以说明吗？
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“J”形增长。例如，澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马种群进行过长达14年的研究，发现在环境条件较好的年份，它们的种群数量增长迅速，表现出季节性的“J”形增长。
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“S”形增长。例如，栅列藻、小球藻等低等植物的种群增长，常常具有“S”形增长的特点。
练习与应用
二、拓展应用
2. 假设你承包了一个鱼塘，正在因投放多少鱼苗而困惑：投放后密度过大，鱼竞争加剧，死亡率会升高；投放后密度过小，水体的资源和空间不能充分利用。怎样解决这个难题呢？请査阅有关的书籍或网站。
同样大小的池塘，对不同种类的鱼来说，环境容纳量是不同的。可以根据欲养殖的鱼的种类，查阅相关资料或请教有经验的人，了解单位面积水面应放养的鱼的数量。
在养鱼过程中应该按照群落的垂直结构的特点放养生活在不同水层的鱼，达到充分利用水中资源的目的，在每个水层中控制鱼类的种群密度在K/2左右，因为在此时种群的增长速率最大。
练习与应用
二、拓展应用
本节结束！