(共32张PPT)
第一章 种群及其动态
第2节 种群数量的变化(第1课时)
教学目标
01
02
学会构建种群增长的模型
分析种群的数量是怎样变化的
01
构建种群增长模型的方法
细菌的数量变化
问题探讨
【资料】我们手上难免沾染细菌。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就通过二分裂繁殖一代。
01
构建种群增长模型的方法
细菌的数量变化
问题探讨
讨论1:细菌的生殖方式是怎样的?
二分裂
讨论2:请计算一个细菌产生的后代在不同时间的数量,并填入下表。
时间(min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180
分裂次数
细菌数量(个)
2
4
8
16
32
64
128
256
512
1
2
3
4
5
6
7
8
9
讨论3:请归纳出第n代细菌数量的计算公式。
Nn= N0×2n
01
构建种群增长模型的方法
细菌的数量变化
问题探讨
讨论4:根据表格,画出细菌种群的增长曲线。
数学模型
01
构建种群增长模型的方法
1.数学模型:
用来描述一个系统或它的性质的数学形式
2.类型:
数学公式和坐标曲线图
(1)数学公式能准确反映种群数量,
但不够直观。
(2)坐标曲线图能直观地反映种群
数量的变化趋势,但不够准确。
Nn= N0×2n
01
构建种群增长模型的方法
【科学方法】
建立数学模型
细菌每20min分裂一次
在资源和空间无限多的环境中,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,对自己所建立的模型进行检验或修正
研究实例
研究方法
观察研究对象,提出问题
提出合理的假设
根据实验数据,用适当的数学形式对事物的性质进行表达
通过进一步实验或观察等,对模型进行检验或修正
讨论5: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?为什么?
不会,因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。
该公式成立是在理想条件下的。
在自然界中,种群的数量变化情况是怎样的呢?
01
构建种群增长模型的方法
【科学方法】
建立数学模型
【思考·讨论】
分析自然界种群增长的实例
02
种群增长的类型
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。
1859年,24只 6亿只以上
近100年后
【思考·讨论】
分析自然界种群增长的实例
02
种群增长的类型
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。
500
1000
1500
39
1937
40
42
年
种群数量
【思考·讨论】
分析自然界种群增长的实例
02
种群增长的类型
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。
食物充足、缺少天敌等。
不能,因为资源和空间是有限的。
02
种群增长的类型
在理想条件下种群增长的形式,如果以时间为横坐标,
种群数量为纵坐标画出曲线来表示,曲线则大致呈“J”形。
② 模型假设:
理想状态——在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条件下。
(参数的意义:N0为起始数量, t为时间,
λ表示该种群增长倍数。)
① 种群 “J”型增长的数学模型公式:
“J”形增长曲线
这种情况发生在实验条件下和某些物种入侵的早期阶段。
增长率恒定不变
增长率= =出生率-死亡率
增长个体数
原有个体数
增长速率=
增长个体数
增长个数所用的时间
02
种群增长的类型
“J”形增长曲线中增长率和增长速率
指在单位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。
指种群数量在单位时间内的改变数值,有单位。(如:个/年等)
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
增长速率一直增大
02
种群增长的类型
增长率=0,种群数量相对稳定;
增长率>0, 种群数量增长;
增长率< 0,种群数量下降;
λ
当年种群数量
前一年种群数量
=
①当λ=1时,
②当λ>1时,
③当0<λ<1时,
④当λ=0时,
雌体没有繁殖,种群在下一代中灭亡
“J”形增长曲线中λ和增长率的关系
增长率=
λ= 1+增长率
×100%
(当年种群数量-前一年种群数量)
= (λ-1)×100%
前一年种群数量
增长率= λ-1
当λ>1时,种群一定呈“J”形增长吗?
不一定,
只有λ>1且为定值时,
种群增长才为“J”形增长。
(1) “λ”的内涵:Nt=N0λt, λ代表种群数量“增长倍数” λ>1时,种群密度 ;
λ=1时,种群密度 ;
λ<1时,种群密度 。
增大
保持稳定
减小
λ与种群数量的关系
02
种群增长的类型
(2) ①a段:“λ”>1且恒定——种群数量 ;
②b段:“λ”尽管下降,但仍大于1,此段种群出生率大于 . . 死亡率——种群数量 ;
③c段:“λ”=1——种群数量 ;
④d段: “λ”<1——种群数量 ;
⑤e段:尽管“λ”呈上升趋势,但仍未达到1——种群
数量 。至A点(或此前一年)时达到 。
λ与种群数量的关系
02
种群增长的类型
呈“J”形增长
一直增长
维持相对稳定
逐年下降
逐年下降
最少
【例2】环保工作者对某地区最主要的植食性动物——野兔种群数量进行连续监测,以此作为对该地区环境稳定与否的评价指标之一。在某时间段内,得到下图所示的增长变化曲线[λ=t年种群数量/(t-1)年种群数量]。下列描述正确的是( )
A.在第1年到第3年期间,种群呈“J”形增长
B.在第4年初到第5年末,种群数量先增后减
C.第3年末种群数量与第5年中期种群数量相等
D.野兔的种群数量在第4年末达到最大
B
想一想
理想化的情况在自然界中并不存在。
那么,有哪些因素会影响到种群数量的变化呢?
在大自然中,
食物有限、空间有限、种内竞争、种间竞争、天敌捕食……
环境阻力
如果遇到资源、空间等方面的限制,种群还会呈“J”型增长吗?
不会
【生态学家高斯对大草履虫研究的实验】
把5个大草履虫置于0.5mL的培养液中,每隔24小时统计一次数据,经过反复实验,结果如下:
02
种群增长的类型
“S”形增长曲线
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 模型假设:
资源和空间有限,天敌的制约等
(即存在环境阻力)
② 环境容纳量(又称 ):
在环境条件_________ 的情况下,一定空间中所能维持的种群的最大的数量。
K值
不受到破坏
环境容纳量
ab段:
bc段:
cd段:
de段:
种群基数小,需要适应新环境,增长较缓慢
资源和空间丰富,出生率升高,
种群数量增长迅速
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
出生率等于死亡率,种群增长速率为0,故种群达到K值,且维持相对稳定。
02
种群增长的类型
“S”形增长曲线的解读
【易错提醒】(1)不要认为种群数量不会超过K值。K值是环境容纳量,即一定的环境条件所能维持的种群最大数量,而种群实际数量有可能超过K值,只是超过K值后,环境容纳不下,种群数量会再下降。
02
种群增长的类型
“S”形增长曲线的增长速率的变化
种群数量
=N0,
K/2,
=K/2,
K/2,
=K,
增长速率为0
增长速率逐渐增大
增长速率最大
增长速率逐渐减小
增长速率为0
K/2
02
种群增长的类型
“S”形增长曲线的增长速率和增长率
增长率= =出生率-死亡率
增长个体数
原有个体数
增长速率=
增长个体数
增长个数所用的时间
指在单位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。
指种群数量在单位时间内的改变数值,有单位。(如:个/年等)
增长速率先增大后减小
增长率一直减小
① 濒危动物的保护:
建立自然保护区,提供更宽广的生存空间,
改善它们的栖息环境,减小环境阻力,
从而提高环境容纳量(K值),
是保护它们的根本措施。
02
种群增长的类型
“S”形增长曲线的K值和K/2值的应用
增大环境阻力→降低K值→防治老鼠
防止老鼠种群数量达到K/2处
例如:可利用将食物储藏在安全处,
断绝或减少食物来源,养殖或释放天敌等措施来降低老鼠的环境容纳量(K值);
在种群增长刚开始(达到K/2之前)就进行防治。
② 有害生物的防治:
02
种群增长的类型
“S”形增长曲线的K值和K/2值的应用
③ 资源的合理利用:
02
种群增长的类型
“S”形增长曲线的K值和K/2值的应用
捕鱼时,在刚超过K/2时开始捕捞;
要使被捕种群的剩余量维持在K/2附近;
*目的:以持续获得最大的捕捞量
草原最大载畜量不超过K值→合理确定载畜量
02
种群增长的类型
“S”形增长曲线的K值和K/2值的应用
K值
环境阻力→ K值→保护野生生物资源
环境阻力→ K值→防治有害生物
草原最大载畜量 K值→合理确定载畜量
K/2值
渔业捕捞后的种群数量要 K/2值处
K/2值前防治有害生物, K/2值处
减小
增大
增大
降低
不超过
维持在
严防达到
【例3】下图表示在资源和空间有限的条件下,某一种群的增长曲线。下列有关叙述正确的是 ( )
①K值是一定的环境条件所允许达到的种群数量最大值
②K值时,种群的增长速率最大
③如果不考虑迁入和迁出等其他因素,在K值时出生率等于死亡率
④假设该图表示鱼的种群数量变化趋势,当种群达到K值时开始捕捞,可持续获得最高产量
A.①② B.①④ C.①③ D.③④
C
曲线名称 J型曲线 S型曲线
形成条件
数量变化
环境容纳量
模型
无K值
有K值
在K值上下保持相对稳定
理想:食物和空间充裕,气候适宜,没有敌害等;
实际:资源和空间有限,种内斗争加大,天敌数量增加
以一定的倍数λ增长
Nt=N0λt
小结
“J”和“S”形增长曲线的联系与区别
曲线名称 J型曲线 S型曲线
形成条件
增长率
增长速率
理想:食物和空间充裕,气候适宜,没有敌害等;
实际:资源和空间有限,种内斗争加大,天敌数量增加
先增大后减小
一直增大
小结
“J”和“S”形增长曲线的联系与区别
增长率=λ-1
不变
一直减小
0
100
200
300
400
1
2
3
4
5
6
7
时间/天
酵母数
环境阻力
通过生存斗争被淘汰的个体数量
“J”型增长曲线
“S”型增长曲线
环境阻力
理想:食物和空间充裕,气候适宜,没有敌害等;
实际: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
小结
“J”和“S”形增长曲线的联系与区别
【易错提醒】《学案》P17
“S”形曲线的开始部分是否等于“J”形曲线?
(1)“S”形曲线的开始部分≠“J”形曲线。“J”形曲线自始至终都保持指数式增长,而“S”形曲线自始至终都具有环境阻力,故不能认为“S”形曲线的开始部分是“J”形曲线,只能说比较接近。
1~4年,种群数量_______________;4~5年,种群数量_______________;
5~9年,种群数量_______________;9~0年,种群数量______________ ;
10~11年,种群数量__________;11~13年,种群数量__________________;
前9年,种群数量第_______年最高;9~13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下降,12~13增长
5
12
【课后练习】据图说出种群数量如何变化:
感谢观看
202X/01/01