人教版高中生物必修三4.2种群数量的变化(共26张PPT)

(共26张PPT)
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
假设张翰承包了一个鱼塘养鱼虾，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)
20
40
60
80
100
120
140
160
180
分裂次数
数量（个）
2
4
8
16
32
64
128
256
512
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1、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：
Nn
3．72小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？　
＝1×２n
解：n＝
６０min
x７２h／２０min＝２１６
Nn＝1×２n
＝２
２１６
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。
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。
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
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：
实例一：1859年，一位英国人来到澳大利亚定居，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。
实例二：凤眼莲原产于南美，仅以一种观赏性植物零散分布，1844年在美国的博览会上曾被喻为“美化世界的淡紫色花冠”。自此以后凤眼莲被作为观赏植物引种栽培，现已在亚、非、欧、北美洲等数十个国家造成危害。1901年作为花卉引入中国，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，后逃逸为野生。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。
实例三：在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下图所示。
如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致呈什么型？
二、种群增长的“J”型曲线
①产生条件：
理想状态——食物充足，空间不限，
气候适宜，没有天敌等；
②增长特点：
种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。
③量的计算：t年后种群的数量为
Nt=N0
λt
（N0为起始数量，
t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，λ为年均增长率．）
④例子：实验室条件下、外来物种入侵、
迁移入新环境。
当种群数量呈现增长趋势时，能否通过该数学模型得出种群数量增长率的变化规律？
增长率始终为“λ-1”
λ-1
增长率是指在一段时间内，结束时种群数量相对于初始种群数量的增加部分占初始数量的比例。
问题探讨
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。　　
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如何？
三、种群增长的“S”型曲线
K值
种群增长速率不断降低
种群数量K/2
→K值时，
三、种群增长的“S”型曲线
种群数量达到K值时，
种群增长速率为零,但种群数量达到最大，且种内斗争最剧烈。
种群数量在
K/2值时，
种群增长速率最大
种群数量由0→K/2值时，
种群增长率速增大
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
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
种
群
数
量
“S”
型
增
长
曲
线
（种群数量）
K/2
K
种
群
数
量
增
长
速率
时间
D:
种群数量处于K值，
增长率为0
B:
种群数量处于K/2值，
种群增长率最大
增长速率随时间变化曲线
B
D
讨论：
1、同一种群的K值是固定不变的吗？
2、若K值发生变化，可能是因为受哪些因素的影响？
思考与讨论
家鼠是一种繁殖力很强的有害动物，仅采取杀死鼠来控制的办法，效果如何？我们应当采取什么措施更好？
既杀死老鼠(数量减少)；又清除垃圾，严密储存食物，使环境容纳量降低，即K值降低，这就从根本上限制了老鼠的种群数量
思考：怎样做才是保护大熊猫的根本措施？
建立自然保护区，改善大熊猫的栖息环境，提高环境容纳量(K值)。
思考：在池塘中养鱼，渔民总是希望自己捕的鱼越多越好，但是为了考虑池塘的鱼可持续发展，捕鱼应该选择在种群数量是多少时最好？
K/2
K
超过种群的数量K/2时开始捕鱼
捕到数量下降到K/2时停止
小结：“J”型曲线和“S”型曲线比较
“J”型曲线
“S”型曲线
形成条件
适用范围
增长率（速率）
变化
K
值
理想条件下
资源无限
实验室和种群迁入新的环境中最初的一段时间内的增长
一般自然种群的增长
不变
变化
无
有
K/2
自然条件下
资源有限
环境阻力
“J”型曲线与“S”型曲线的比较
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
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。
五、研究种群数量变化的意义
防治有害动物
蝗虫的防治
野生生物资源的保护和合理利用
鱼类的捕捞
濒危动物种群的拯救和恢复
保护大熊猫
蝗灾
迁飞的蝗群