种群数量的变化.ppt

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,第2节 种群数量的变化,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500600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,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。,2n代细菌数量Nn的计算公式是： Nn 372小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？,1n,解：n 60min x72h20min216,Nn12n 2 216,一、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：,Nn1n,类型：,坐标式（曲线图、柱状图）,数据分析表格式,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，为年均增长倍数）,数学模型公式：,Nt=N0 t,种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的倍。,产生条件：,增长特点：,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。,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,a,b,c,1. 乙图0g相当甲图b点之前，种群数量增长速率逐渐增加。,c,g,h,f,乙,（K/2）,K,K/2,a,b,c,甲,种 群 数 量 增 长 速 率,时间,0,g,（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,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,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。,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,K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。,K/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。,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“”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,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,探究：,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：,将10mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中； 将酵母菌接种入试管中的培养液中混合均匀； 将试管在28条件下连续培养5d； 每天取样计数酵母菌数量； 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。,0.1,110-4,16个小格,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： 516=80个小格,抽样检测： 425=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？,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（2mm2mm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。,2x107,2108,稀释,例3 检测员将1 mL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2516400个小格组成，容纳液体的总体积为01 mm3。 现观察到图中该计数室所示a、b、c、d、e 5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。,5n105,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），让菌液沿缝隙自行渗入计数室。注意不可有气泡产生。,（3）计数的操作显微计数：静止5分钟后，先用低倍镜（1610）找到计数室所在的位置。然后根据血球计数板规格，每个计数室选取5个（或4个）中方格中的菌体进行计数。每个小方格内约有5-10个菌体为宜。对于压在小方格界线上的酵母菌应取相邻两边及顶角计数。如遇酵母出芽，芽体大小达到母细胞的一半时，即作为两个菌体计数。计数一个样品要从两个计数室中计得的值来计算样品的含菌量。,关注本实验中的几个关键点： 酵母菌的计数 利用血球计数板计数法在显微镜下直接计数，是一种常用的微生物计数法，也叫做显微计数法。 优点：直观、快速。 适用于稀释的菌悬液（或孢子悬液），即液体培养基中菌体的计数。 此法计得的是活菌体和死菌体的总和，又称为总菌计数法。,酵母菌的计数 讨论：计数前还应有哪些步骤？需注意些什么？,酵母菌