种群数量变化

第二节 种群的数量变化,1.细菌是真核生物还是原核生物？,2细菌的繁殖的方式是什么？,细菌增长的数学模型研究,020406080100,202122232425,分裂,细菌繁殖产生的后代数量,细菌的分裂生殖,分裂过程,你知道2小时后有多少细菌吗？用什么办法描述细菌数量变化？,一、建构种群增长模型的方法,在营养和生存空间没有限制的情况下，某1个细菌每20分钟分裂繁殖一代讨论：n代细菌数量的计算公式？72小时后由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？,问题探讨,Nnn,解：n 60min x72h20min216Nnn 2216,12,24,38,416,532,664,7128,8256,9512,22,21,23,24,25,26,27,28,29,20,40,60,80,100,120,140,160,180,分钟,细菌种群增长曲线,细菌数量/个,分钟,细菌种群增长曲线,细菌个数,横坐标是自变量，纵坐标是因变量，注意标明单位。,“增长率”和“增长速率”一样吗？,增长率与增长速率是不同的。增长率是指新增加的个体数占原来个体数的比例，是一个百分比，无单位；增长速率是指新增加的个体数与时间的比值，即dNdt，有单位（如个/年等）。 例如，某一种群的数量在某一单位时间t（如一年）内，由初数量No（个）增长到末数量Nt（个），则这一单位时间内种群的增长率和增长速率的计算分别为：,出生率死亡率,2,4,8,16,32,64,128,256,512,增长速率v(个/20min),4-2=2,4,8,16,32,64,128,256,增长速率越来越大,增长速率越来越大,增长速率(个/20min),2,4,8,16,32,64,128,256,512,4-2=2,4,8,16,32,64,128,256,增长率(个/20min个),增长率稳定,(4-2)/2 =1,1,1,1,1,1,1,1,0,思考：同数学公式相比，曲线图表示的模型有什么优点？有什么局限性？,Nn=2n,N代表细菌数量，n代表“代”。,优点：能更直观地反映出种群数量的增长趋势。,局限性：曲线图表示的数学模型不够精确！,在描述、解释和预测种群数量的变化时，常常需要建立数学模型。数学模型的表现形式可以为公式、图表等。,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,1.数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式,4.数学模型建构的步骤,2.数学模型的表现形式:,数学方程式,图、表,3.建构数学模型的意义:,描述、解释和预测种群数量的变化。,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：细菌种群数量怎样变化？,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。,凤眼莲（水葫芦）,凤眼莲原产于南美，1901年作为花卉引入中国.由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌，我国目前有184万吨.它对其生活的水面采取了野蛮的封锁策略，挡住阳光，导致水下植物得不到足够光照而死亡 。,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19371942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？,2000年世界人口增长曲线,我国10001990年人口数量变化,1、“J”型增长曲线,（1）适用范围,实验室条件下种群刚刚迁入一个适宜生存新环境时,（2）产生条件,食物和空间条件充裕，气候适宜，没有敌害等,（理想条件，不存在环境阻力）,（3）数学公式,Nt=N0 t,种群起始数量,t年后种群数量,种群数量是前1年的倍数,时间(年）,思考？种群的增长率随时间如何变化？,种群增长率=1,思考？种群的增长速率随时间如何变化？,种群的增长速率不断增大,在一个培养基中，细菌的数量会一直持续按照这个公式增长吗？为什么？,不会.,当出生率与死亡率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平,自然条件（现实状态）食物和空间等资源总是有限的，种群数量达到一定值后，种内斗争不断加剧，捕食者数量不断增加。导致该种群的出生率降低，死亡率增高，增长减缓,生态学家曾经做过这样一个实验：在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24 h统计一次大草履虫的数量。,高斯对大草履虫种群研究的实验,经过反复实验，结果如下：,思考：1、曲线形状象什么？,“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,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,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0K/2值时，,种群增长速率增大,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,K值：环境容纳量,27,种群数量变化曲线与种群增长速率曲线的关系,图乙fg段相当于图甲ac段图乙g点相当于图甲c点图乙gh段相当于图甲cd段图乙h点相当于图甲de段,种群增长的“”型曲线,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？,鱼群数量超过K2后才能捕捞，但要保证被捕后数量保持在K2水平以上，因为在这个水平上种群增长率最大 。,右图为鱼塘中鱼的数量增长曲线，为了使鱼塘的总产量达到最大值，应该做到适时捕捞。下列做法中正确的是A超过T4时捕捞，使剩余量保持在KB超过T3时捕捞，使剩余量保持在3K/4C超过T2时捕捞，使剩余量保持在K/2D超过T4时捕捞，使剩余量保持在K/4,答案： C,（2004江苏）某海滩黄泥螺种群现存量约3000吨，正常状况下，每年该种群最多可增加300吨，为充足利用黄泥螺资源，又不影响可持续发展，理论上每年最多捕捞黄泥螺的量为（）A、3000吨 B、1650吨C、1500吨 D、不超过300吨,D,保护大熊猫的措施？,提高繁殖率建立自然保护区，给大熊猫更宽广的 生活空间，保护环境，改善它们的栖 息环境，帮助减少其环 境阻力从而提高环境容 纳量，是保护大熊猫的 根本措施。,家鼠繁殖力极强，善于打洞，偷吃粮食，传播疾病危害极大，应该采取哪些措施控制家鼠数量？,有害生物的控制,老鼠,机械捕杀,施用激素,药物捕杀,施用避孕药,养殖或释放天敌,将食物储存在安全处,打扫卫生,硬化地面,种群增长的“”型曲线,在生产中的应用,K/2,种群增长曲线的生产生活中的应用： 有害动物的防治，应通过降低其环境容纳量 受保护动物的拯救和恢复，应通过改善其栖 息环境，提高K值。 在种群数量超过K/2后捕获，应留下超过的K/2个体数；而杀虫效果最好的时期在种群数量 K/2以下。,食物充足，空间不限，气候适宜，没有敌害等环境阻力,食物等资源和空间有限，种内竞争不断加剧，捕食者数量不断增加,增长率稳定不变增长速率变大,增长率减小增长速率先上升后下降，在K/2值达最大,无,有,种群增长的两种曲线比较,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,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？,在现实的生态系统中，种群数量除增长外，还有没有其他变化？,四、种群数量的波动和下降,在现实的生态系统中，种群数量除增长外，还有没有其他变化？,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,探究：种群数量的波动和下降的原因是什么呢？,种群数量的波动和下降,（1）影响种群数量变化的因素：A.内部/直接因素：出生（死亡）率、迁入（出）率、年龄组成、性别比例。B.外因/间接因素：空间、气候、食物、天敌、传染病、自然灾害等。C.人为/重要因素：对野生生物的乱捕滥猎、对种群数量的人工控制等。（2）种群数量变化的类型：增长，稳定，波动、下降等。（3）影响结果：大多数种群的数量总是在波动之中，在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。,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、迁出率和迁入率,种群数量的变化,影响种群数量变化的因素,在Faroe Islands上， 捕鲸现场成了血的海洋,在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡,乱伐森林,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,探究实验,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,酵母菌,酵母菌生长周期短，增殖速度快，在实验室条件下，用液体培养基培养酵母菌，可以观察酵母菌种群数量随时间变化的情况。,种群的数量变化有一定的规律。在理想条件下，种群呈“J”型增长，在有限的环境下，种群呈“S”型增长。,知识回顾：,一、提出问题：,培养液中酵母菌种群是怎样随时间变化的？,二、作出假设：,酵母菌在培养基中进行培养时，由于食物，空间资源等是有限的，种群增长呈现“S”型曲线；后期因环境急剧恶化，种群逐渐消亡。,三、讨论探究思路,血细胞计数板(血球计数板),方法名称：使用范围：,显微计数(抽样检测),调查细胞数量时； 肉眼看不见的细菌、酵母菌等微生物,问题一：怎样进行酵母菌的计数？,1、血球计数板的结构,血球计数板是一种专门用于计算较大单细胞微生物数量的仪器，由一块比普通载玻片厚的特制玻片制成的，玻片中有四条下凹的槽，构成三个平台。中间的平台较宽，其中间又被一短横槽隔为两半，每半边上面刻有一个方格网。,方格网上刻有9个大方格，其中只有中间的一个大方格为计数室，供微生物计数用。,大方格的长和宽各为1mm，深度为0.1mm，即1mm1mm0.1mm，其容积为0.1mm3；,大方格,中方格,小方格,16 （中格）25 （小格）,25（中格）16（小格）,3、血球计数板的分区与分格,不管计数室是哪一种构造，其每一大方格都是由1625=2516=400个小方格组成。,2、计数,1625型： 一般取四角的四个中方格（100个小方格）计数,2516型： 一般计数四个角和中央的五个中方格（80个小方格）的细胞数。,3、计算,b表示培养液稀释倍数；用所数小方格中细胞总数/所数小方格数是为求得每个小方格中的细胞总数。,以1mm1mm0.1mm型为例,计数室容积为0.1mm3，则每个小方格的容积为1/4000mm3,酵母细胞个数1mL =100个小方格酵母菌细胞总数/1004001000稀释倍数,例1 通常用血球计数板对培养液中酵母菌进行计数，若计数室为1mm1mm0.1mm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。,2108,例2 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。,5n105,4、血球计数板的使用方法步骤, 计数： 稍待片刻（约5min），待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部后，将计数板放在载物台的中央，先在低倍镜下找到计数室所在位置后，再转换高倍镜观察、计数并记录。, 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，吹干后才能进行计数。, 加样品： 将清洁干燥的血球计数板的计数室上加盖专用的盖玻片，用吸管吸取稀释后的酵母菌悬液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行缓缓渗入，一次性充满计数室，防止产生气泡，充入细胞悬液的量以不超过计数室台面与盖玻片之间的矩形边缘为宜。多余培养液可用滤纸吸去。,从试管中吸出培养液进行计数之前，要将试管轻轻震荡几下，这样使酵母菌分布均匀，防止酵母凝聚沉淀，提高计数的代表性和准确性，求得