第2节 种群数量的变化.ppt

第2节种群数量的变化,第4章种群和群落,南溪二中袁胜聪,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。,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：1、72小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？2、n代细菌数量的计算公式？,Nn1n,解：n60minx72h20min216Nn2216,数学方程式,种群的研究核心就是种群的数量变动,为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，数学模型建构是常用的方法之一。,一、建构种群增长模型的方法,数学模型：用来描述一个系统或它的性质的数学形式,数学方程式法、坐标曲线法,建立数学模型一般包括以下步骤：,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1,2,3,4,5,6,7,8,9,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,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：直观，但不够精确数学公式：精确，但不够直观,曲线图与数学方程式比较，有哪些优缺点？,8,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。,3.例子：外来种群入侵迁移入新环境,实例二：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。,种群迁入一个新环境后，常常在一定时期内出现“J”型增长。,自然界确有类似的细菌，在理想条件下种群数量的增长会如图中J型曲线增长。其理想条件是什么？,气候适宜食物充足空间充裕外无天敌,人口增长也会如此吗？,种群增长的“J”型曲线,实例,理想条件下的种群增长模型,J型增长的数学模型,模型中各参数的意义：N0为某种动物种群的起始数量，t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。,模型假设：在食物和空间条件充裕、气候适宜、敌害等条件下，种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的倍。,建立模型：t年后种群数量为：Nt=N0t,=,本次总数,上次总数,=,Nt,Nt-1,产生条件：,理想状态食物充足，空间不限，环境适宜，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=N0t,（N0为起始数量，t为时间，Nt表示t年后该种群的数量）,适用情形：实验室条件下、当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时的最初一段时间,种群增长的“J”型曲线说明,种群数量变化图像：,种群增长率变化图像：,=,本次总数,上次总数,=,Nt,Nt-1,增长率,上次总数,Nt-1,=,Nt,Nt-1,1,=,-1,=,增长率+1,不代表增长率,例：,某一地区2001年人口普查时有10万人，2002年比2001年增长1。请预测，按照此生长速度，2006年该地区的人口将有多少？,Nt10（1+1）2006-2001,Nt=N0t,问题探讨3在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公式增长吗？如何验证你的观点？,细菌的数量不会一直按照这个公式增长，因为培养基中的营养成分和空间有限，当细菌数量达到一定量时，细菌种群出现生存斗争。可用实验计数法验证。,高斯（1934年）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：,高斯对大草履虫种群研究的实验,请绘制大草履虫的种群增长曲线,种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线称为“S”型曲线。,高斯实验,大草履虫种群的增长曲线,三种群增长的“S”型曲线,在资源有限条件下的情况下，种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线，称为“S”型曲线,20,三、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,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,增长速率最快,K值：环境容纳量,增长期：个体数量增加，增长加速,适应期：个体数量较少，增长缓慢,稳定期：增长减慢,增长速率为零,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。,=,本次总数,时间,=,Nt,t,增长速率,上次总数,Nt-1,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？,大多数种群的数量总是在波动之中的,东亚飞蝗种群数量的波动,（1）影响种群数量变化的因素：A.内部因素/直接因素：出生（死亡）率、迁入（出）率、年龄组成、性别比例。B.自然因素/间接因素：空间、气候、食物、天敌、传染病、自然灾害等。C.人为因素/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。,四、种群数量的波动和下降,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。,五、研究种群数量变化的意义,探究：培养液中酵母菌种群数量的变化1.实验原理(1)用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受培养液的成分、空间、pH、温度等因素的影响。(2)在理想的无限环境中，酵母菌种群的增长呈“J”型曲线；在有限的环境下，酵母菌种群的增长呈“S”型曲线。,2.实验流程,1计数：计的是活酵母菌数。用台盼蓝染色，死细胞染成蓝色，不计；活细胞不染色，计。2、显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应遵循“数上线不数下线，数左线不数右线”的原则计数。2从试管中吸出培养液进行计数前，需将试管轻轻振荡几次，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减小误差。,应用,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。,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。,小结：种群增长的“J”型曲线和“S”型曲线比较,3.种群增长的“S”型曲线分析(1)K值及其变动示意图,同一种生物的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。在环境不遭受破坏的情况下，K值会在平均值附近上下波动；当种群数量偏离平均值的时候，会通过负反馈机制使种群密度回到一定范围内。,环境遭受破坏，K值会下降；生物生存的环境改善，K值会上升。,(2)封闭环境中的种群数量变化模型在封闭环境中，无外源物质和能量的补充，种群数量达到最大值后随资源的消耗和有害物质的积累，最终K值不断降低，种群数量减少甚至消亡。如恒定容积培养液中酵母菌的增长曲线(如图所示)。,(2)对“”的理解NtN0t，代表种群数量增长倍数，不是增长率。1时，种群密度增大；1时，种群密度保持稳定；1时，种群密度减小,易错提醒(1)种群增长率与种群增长速率的比较增长率是指单位数量的个体在单位时间内新增加的个体数，其计算公式为：(这一次总数上一次总数)/上一次总数100%增长率，即增长率出生率死亡率。,增长速率是指单位时间内增长的数量(即曲线斜率)，其计算公式为：(这一次总数上一次总数)/时间。假设某一种群的数量在某一单位时间t(如一年内)，由初数量N0增长到末数量Nt，则这一单位时间内种群的增长率和增长速率分别为：增长率(末数初数)/初数100%(NtN0)/N0100%(无单位)；增长速率(末数初数)/单位时间(NtN0)/t(有单位，如个/年)。,1在下列图中，表示种群在无环境阻力状况下增长的是,B,练习,2.在一个玻璃容器内，装入一定量的符合小球藻生活的管养液，接种少量的小球藻，每隔一段时间测定小球藻的个体数量，绘制成曲线，如右图所示。下列四图中能正确表示小球藻种群数量增长率随时间变化趋势的曲线是（）,D,3.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，为充分利用黄泥螺资源，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,4.下列有关种群增长的S型曲线的叙述，错误的是A通常自然界中的种群增长曲线最终呈S型B达到K值时种群增长速率为零C种群增长受自身密度的影响D种群的增长速度逐步降低,D,5下图表示接种到一定容积培养液中的酵母菌生长曲线图，曲线中哪段表示由于有限空间资源的限制使种内斗争增加（）,ACD段（增长速度慢）BDE段（速度加快）CEF段（变化速率加快）DFG段（速度逐渐变慢）,D,6.池塘养鱼时，为保护池塘生态系统和长期保持较高的产鱼量，应采取的最佳方案是（）A大量增加饵料的投入量B大量增加鱼苗的投入量C及时、适量的捕捞成鱼D限制捕鱼,C,3、种群的指数增长（J型）是有条件的，条件之一是（）A在该环境中只有一个种群B该种群对环境的适应比其他种群优越得多C环境资源是无限的D环境资源是有限的,C,7.用牛奶瓶培养黑腹果蝇，观察成虫数量的变化，结果如下表：,根据表中数据分析，下列结论正确的是()A第1325天，成虫数量增长快的主要原因是个体生长加快B第1729天，成虫增长率上升、死亡率下降C第2137天，成虫增长率的下降与种群密度的改变有关D第137天，成虫数量呈“J”型增长,C,8.下图表示出生率、死亡率和种群密度的关系，据此分析得出的正确表述是(),A在K/2时控制有害动物最有效B图示规律可作为控制人口增长的依据C该图可用于实践中估算种群最大净补充量D在K/2时捕捞鱼类最易得到最大日捕获量,C,9.某研究所对一条河流生态系统进行了几年的跟踪调查，发现某种鱼进入此生态系统后的种群数量增长率随时间的变化呈现如下图所示曲