种群数量的变化

第2节种群数量的变化 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500 600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 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 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 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 Nn3 72小时后 由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少 1 n 解 n minx h min Nn 1 n 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 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 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 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 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 倍 量的计算 t年后种群的数量为 Nt N0 t N0为起始数量 t为时间 Nt表示t年后该种群的数量 为年均增长率 例子 实验室条件下 外来物种入侵 迁移入新环境 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 K值 种群增长逐渐减慢 种群数量大于K 2值时 K值 种群数量达到K值时 种群增长停止 种群数量在K 2值时 种群增长最快 种群数量小于K 2值时 种群增长逐渐加快 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 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 种内竞争不断加剧 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 为了保护鱼类资源不受破坏 并能持续获得最大捕鱼量 应使被捕鱼群种群数量保持在什么水平 根据种群增长的S型曲线 应使被捕鱼群的种群数量保持在K 2水平 这是因为在这个水平上种群增长量最大 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 从环境容纳量的角度思考 可以采取措施降低环境容纳量 如将食物储藏在安全处 断绝或减少它们的食物来源 室内采取硬化地面等措施 减少它们挖造巢穴的场所 养殖或释放它们的天敌 等等 比较种群增长两种曲线的联系与区别 环境资源无限 环境资源有限 保持稳定 先升后降 无 持续保持增长 有K值 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 种群数量达到K值后 都能在K值保持稳定吗 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 东亚飞蝗种群数量的波动 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 培养液中酵母菌种群数量的变化 问题 培养液中酵母菌种群的数量随时间如何变化 假设 探究 实验步骤 1 配制马铃薯培养液 分装到7只试管 消毒灭菌2 分别接种酵母菌 恒温培养3 每隔24小时取样统计酵母菌数量 连续7天4 记录数据并绘制曲线 培养液中酵母菌种群的数量先连续增加 后来逐渐下降 有关问题 怎样对酵母菌计数 若一个小方格中酵母菌过多 难以数清 该怎么办 对于压在小方格界线上的酵母菌该如何处理 该如何设计记录表格 从试管中吸出培养液前为什么需震荡试管 是否需要重复实验 先将培养液稀释 然后再取样计数 需要 提高准确率 只记相邻两条边及夹角处个体 使酵母菌分布均匀 取样准确 1 有利于野生生物资源的合理利用及保护 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 为害虫的预测及防治提供科学依据 五 研究种群数量变化有何意义 4 有利于对濒危动物种群的拯救和恢复 课堂小结 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 研究种群数量变化有何意义