第四章第二节种群数量的变化

1、为了保护鱼类资源不受破坏，并能持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的种群数量保持在什么水平? ?为什么？为什么？ 怎样建构种群数量增长的模型？怎样建构种群数量增长的模型？种群的数量是怎样变化的？种群的数量是怎样变化的？什么是环境容纳量？什么是环境容纳量？影响种群数量变化的因素有哪些？影响种群数量变化的因素有哪些？种群研究的核心问题种群研究的核心问题在食物在食物( (养料养料) )和空间条件充裕、气候和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等适宜、没有敌害等理想条件理想条件下，种群下，种群的数量变化是怎样的呢？的数量

2、变化是怎样的呢？思考思考大肠杆菌的分裂生殖大肠杆菌的分裂生殖(二分裂二分裂)问题探讨问题探讨在营养和生存空间没在营养和生存空间没有限制的情况下，某有限制的情况下，某种细菌每种细菌每20min20min就通就通过分裂繁殖一代过分裂繁殖一代 在营养和生存空间没有限制的情况下，某在营养和生存空间没有限制的情况下，某1个个细菌每细菌每20分钟分裂繁殖一代。讨论：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小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？量是多少？2 2、n n代细菌数量的计算公式？代细菌数量的计算公式？解：解：n n 60min x72h60min x72h20min

3、20min216216N Nn n2 2216216一、建构种群增长模型一、建构种群增长模型 思考：若亲代个体数为2个，3个，N0个呢？为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，建构建构数学模型数学模型是常用的方法之一。是常用的方法之一。建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法用来描述一个系统或它的性质的数学形式用来描述一个系统或它的性质的数学形式 数学方程式法数学方程式法 坐标曲线法坐标曲线法 是联系实际问题与数学的桥梁，具有解释、是联系实际问题与数学的桥梁，具有解释、 判断、预测等重要功能判断、预测等重要功能观察研究对象，提出观察研究对象，提出

4、问题问题提出合理的假设提出合理的假设通过进一步的实验或观通过进一步的实验或观察等，对模型进行检验察等，对模型进行检验或修正或修正根据实验数据，用适根据实验数据，用适当的数学形式对事物当的数学形式对事物的性质进行表达的性质进行表达种群数量以什么样的规律在增长种群数量以什么样的规律在增长? ? 如如: :细胞每细胞每20min20min分裂一次分裂一次在食物和空间条件充裕、气候适宜、在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等条件下，细菌种群的增长没有敌害等条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响。不会受种群密度增加的影响。观察、统计细菌的数量，对自己所建观察、统计细菌的数量，对自己所建立的模

5、型进行检验或立的模型进行检验或修正修正列出表格，根据表格画曲线，推导公式。列出表格，根据表格画曲线，推导公式。 N代表细菌数量，代表细菌数量，n表示第几代表示第几代一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法2 24 48 8161632326464128128 256256 5125121 12 23 34 45 56 67 78 89 9 3 3、填写下表：计算一个细菌在不同时间、填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为（单位为minmin）产生后代的数量）产生后代的数量4.4.以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，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。画出细菌的数

6、量增长曲线。20406080100 120 140 160时间时间/ /分钟分钟细菌数量细菌数量/ /个个曲线图：曲线图：直观，但不够精确直观，但不够精确数学公式：数学公式：精确，但不够直观精确，但不够直观曲线图与数学方程式比曲线图与数学方程式比较，有哪些优缺点？较，有哪些优缺点？自然界确有类似的自然界确有类似的细菌，在细菌，在理想条件理想条件下下种群数量的增长种群数量的增长会如图中会如图中J型曲线型曲线增增长长。气候适宜气候适宜食物充足食物充足空间充裕空间充裕外无天敌外无天敌指数增长指数增长其理想条件是什么？其理想条件是什么？实例一：实例一：18591859年，一位英国人来到澳大利亚定居，年

7、，一位英国人来到澳大利亚定居，他带来了他带来了2424只野兔。让他没有想到的是，一个世只野兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，这纪之后，这2424只野兔的后代竟达到只野兔的后代竟达到6 6亿只以上。漫亿只以上。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。被破坏，导致水土流失。后来，人们引入了黏液瘤后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。病毒才使野兔的数量得到控制。 种群迁入一个新环境后，种群迁入一个新环境后，常常在常常在一定时期内一定时期内出现出现“J”型增长。型增长。例如，在例如，在20世纪世纪30年代时，人们年代

8、时，人们将环颈雉引入到美国的将环颈雉引入到美国的一个岛屿，在一个岛屿，在19371942年期间，这个环颈年期间，这个环颈雉种群的增长大致符合雉种群的增长大致符合“J”型曲线（右图）。型曲线（右图）。 实例二实例二理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型J J型增长的数学模型型增长的数学模型模型假设：在食物和空间条件充模型假设：在食物和空间条件充裕、气候适宜、无裕、气候适宜、无 敌害等条件下，敌害等条件下，种群的数量每年以一定的倍数增长，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第二年的数量是第一年的倍。倍。建立模型：建立模型：t t年后种群数量为：年后种群数量为： Nt =

9、 N0 t（NN0 0为起始数量，为起始数量， t t为时间，为时间，NNt t表示表示t t年后该种群的数量，年后该种群的数量， 表示该种群表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。数量是一年前种群数量的倍数。 则则-1-1为年均增长率为年均增长率） 适用情形：适用情形： 实验室条件下、当一个种群刚迁实验室条件下、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入到一个新的适宜环境时的最初一段时间计算：计算： 某一地区某一地区20012001年人口普查时有年人口普查时有1010万人，万人，20022002年比年比20012001年增长年增长1 1。请预测，按照此生长速请预测，按照此生长速度，度

10、，20062006年该地区的人口将有多少？年该地区的人口将有多少？Nt10（1+1）2006-2001？增长速率：增长速率：单位时间内种群的增长量单位时间内种群的增长量增长速率增长速率（现有个体数原有个体数）（现有个体数原有个体数）增长时间增长时间 =（出生数（出生数死亡数）死亡数）/单位时间单位时间 增长率：增长率：单位时间内种群数量的变化率单位时间内种群数量的变化率增长率增长率（现有个体数原有个体数）（现有个体数原有个体数）原有个体数原有个体数出生率死亡率出生率死亡率 小结：小结： 种群增长的种群增长的“J”J”型曲线型曲线产生条件：产生条件： 理想状态理想状态食物充足，空间不限，食物充足

11、，空间不限， 环境适宜，没有天敌等；环境适宜，没有天敌等；增长特点：增长特点： 种群数量每年以一定的倍数增长，种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的第二年是第一年的倍。倍。量的计算：量的计算：t t年后种群的数量为年后种群的数量为 N Nt t=N=N0 0 t t （NN0 0为起始数量，为起始数量， t t为时间，为时间，NNt t表示表示t t年后该种群的数年后该种群的数 量，量，-1-1为年均增长率为年均增长率） 适用情形：适用情形： 实验室条件下、当一个种群刚迁入实验室条件下、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到一个新的适宜环境时的最初一段时间在大自然中在大自

12、然中食物有限食物有限空间有限空间有限种内竞争种内竞争种间斗争种间斗争天敌捕食天敌捕食环境阻力环境阻力种群密度越大环境阻力越大种群密度越大环境阻力越大、在一个培养基中，细菌的数量会一直按照在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公式增长吗？这个公式增长吗？就会稳定在一定的水平。就会稳定在一定的水平。 所以，所以，当种群数量增加到一定阶段时，种群数量当种群数量增加到一定阶段时，种群数量思考：如何验证你的观点呢？思考：如何验证你的观点呢？可用可用实验计数法实验计数法验证。验证。高斯（高斯（19341934）把）把5 5个大草履虫置于个大草履虫置于0.5mL0.5mL的的培养液中，每隔培养液中，每隔2

13、424小时统计一次数据，经小时统计一次数据，经过反复实验，结果如下：过反复实验，结果如下： 高斯对大草履虫种群研究的实验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请绘制大草履虫的种群增长曲线大草履虫种群的增长大草履虫种群的增长 在资源有限条件下的情况下，在资源有限条件下的情况下，种群种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线，的增长曲线，三三 种群增长的种群增长的“S S”型曲线型曲线 其种群达到基本其种群达到基本稳定的数量值称为稳定的数量值称为什么？什么？ 大草履虫数量大草履虫数量增长过程如何？增长过程如何？ K/2K K值：值：环境容纳

14、量环境容纳量加速期，个体数量增加，增长加速加速期，个体数量增加，增长加速调整期，个体数量较少增长缓慢调整期，个体数量较少增长缓慢减速期，增长缓慢减速期，增长缓慢环境容纳量环境容纳量: : 在在环境条件不环境条件不受破坏受破坏的情况下，的情况下，一定空间中所能一定空间中所能维持的维持的种群最大种群最大数量数量称为环境容称为环境容纳量，又称纳量，又称K K值。值。提示：提示：1. 1.同一种群的同一种群的K K值不是固定不变的，会值不是固定不变的，会受到环境的影响受到环境的影响。 2.NK 2.NK2 2，此时，此时种群增长速度种群增长速度最快，可最快，可提提供的资源供的资源数量也最多数量也最多

15、，而又不影响，而又不影响资源的再生资源的再生。 课本思考题p67产生条件：产生条件：存在环境阻力：存在环境阻力：自然条件（现实状态）自然条件（现实状态）食物等资源和食物等资源和空间总是有限的，种内竞争不断加剧，捕食空间总是有限的，种内竞争不断加剧，捕食者数量不断增加。导致该种群的者数量不断增加。导致该种群的出生率降低，出生率降低，死亡率增高死亡率增高当出生率与死亡率相等时，当出生率与死亡率相等时，种群的增长就会停止，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平有时会稳定在一定的水平增长特点：增长特点： 种群数量达到环境所允许的最大值（种群数量达到环境所允许的最大值（K K值）后，值）后，将停止增

16、长并在将停止增长并在K K值左右保持相对稳定。值左右保持相对稳定。 25种群数量变化曲线与种群增长速率曲线的关系种群数量变化曲线与种群增长速率曲线的关系图乙的图乙的fgfg段相当于图甲的段相当于图甲的acac段段图乙的图乙的g g点相当于图甲的点相当于图甲的c c点点图乙的图乙的ghgh段相当于图甲的段相当于图甲的cdcd段段图乙的图乙的h h点相当于图甲的点相当于图甲的dede段段K/2abcdghfe甲甲乙乙0K/2时逐渐增大时逐渐增大K/2 K时逐渐减小时逐渐减小在在 K/2时达到最大时达到最大在在K时增长速率为时增长速率为0增长速率变化：增长速率变化：种群数量变化：种群数量变化：在在K

17、值时达到最大值时达到最大t0t1t2种种群群数数量量“S”型型增增长长曲曲线线（种群数量）（种群数量）K/2K种种群群数数量量增增长长率率时间时间D: 出生率死亡率，即出生率死亡率，即种群数量处于种群数量处于K值。值。B: 出生率与死亡率之差出生率与死亡率之差最大，即种群数量处于最大，即种群数量处于K/2值。值。在生产中的应用在生产中的应用K/2 种群增长曲线的生产生活中的应用：种群增长曲线的生产生活中的应用： 有害动物的防治，应通过有害动物的防治，应通过降低降低其环境容纳量其环境容纳量 受保护动物的拯救和恢复，应通过改善其栖受保护动物的拯救和恢复，应通过改善其栖 息环境，息环境，提高提高K

18、K值值。 生产上捕获期应确定在种群数量生产上捕获期应确定在种群数量 而杀虫效果最好的时期在而杀虫效果最好的时期在略比略比K/2K/2多时最好多时最好调整期（调整期（ K/2K/2以下以下）。）。提示：提示：从环境容纳量的角度思考，可以采取措从环境容纳量的角度思考，可以采取措施施降低降低有害动物种群的有害动物种群的环境容纳量环境容纳量，如将食物，如将食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；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的场所；养殖或释放它们的天敌等 同一种群的同一种群的K

19、K值不是固定不变的，会值不是固定不变的，会受到环境的影响受到环境的影响1 1，思考，思考怎样做才是最有效的灭鼠措施？怎样做才是最有效的灭鼠措施？ K的应用2，思考，思考怎样做才是保护大熊猫的根本措施？怎样做才是保护大熊猫的根本措施？ 建立自然保护建立自然保护区，改善大熊区，改善大熊猫的栖息环境，猫的栖息环境，提高环境容纳提高环境容纳量量。K/2的应用的应用资源开发与利用资源开发与利用：种群数量达环境容纳：种群数量达环境容纳量的一半时量的一半时种群增长速率最大种群增长速率最大，再生能力最，再生能力最强强把握把握K/2值处黄金开发点，维持被开发资值处黄金开发点，维持被开发资源的种群数量在源的种群数

20、量在K/2值处，可实现值处，可实现“既有较大既有较大收获量又可保持种群高速增长收获量又可保持种群高速增长”，从而不影响，从而不影响种群再生，符合可持续发展的原则。种群再生，符合可持续发展的原则。K/2有害生物防治：务必及时控制有害生物防治：务必及时控制种群数量，严防达种群数量，严防达K/2值处值处(若达若达K/2值处，可导致该有害生物成灾，如值处，可导致该有害生物成灾，如蝗虫的防控蝗虫的防控)K/2的应用的应用K/2 K值是环境值是环境最大容纳量。最大容纳量。环环境阻力代表自然境阻力代表自然选择的作用。选择的作用。农、农、林、牧业生产就林、牧业生产就是在这个范围内是在这个范围内谋求产量的提高谋

21、求产量的提高,其潜力有一定限其潜力有一定限制。制。总结总结通过自然选择淘汰掉的个体数比较种群增长两种曲线的区别比较种群增长两种曲线的区别环境资源无限环境资源无限环境资源有限环境资源有限保持稳定保持稳定先升后降先升后降无，无，持续保持增长持续保持增长有有K K值值K K值：值：环境容纳量环境容纳量食物不足食物不足空间有限空间有限种内斗争种内斗争天敌捕食天敌捕食气候不适气候不适寄生虫寄生虫传染病等传染病等种群在种群在没有环境阻力没有环境阻力的条件的条件下呈现下呈现“J J”型增长，实际上型增长，实际上是是“S S”型增长的最初阶段型增长的最初阶段，“J J”型增长是一定时间内的型增长是一定时间内的

22、增长方式，增长方式，最终是以最终是以”S S”型型增长结束增长结束，这是，这是生态因素生态因素和物种本身相互影响的结果和物种本身相互影响的结果时间时间种种群群数数量量J J型型曲线曲线S S型型曲线曲线K K值值比较种群增长两种曲线的联系比较种群增长两种曲线的联系比较种群增长两种曲线的联系与区别比较种群增长两种曲线的联系与区别大多数种群的数量总是在波动之中的，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东亚飞蝗种群数量的波动（1 1）影响种群数量变化的因素：）影响种群数量变化的因素：A.A.内部内部/ /直接因素：直接因素：出生（死亡）率、迁入（出）率、年龄出生（死亡）率、迁入（

23、出）率、年龄组成、性别比例。组成、性别比例。B.B.自然自然/ /间接因素：间接因素：空间、气候、食物、空间、气候、食物、天敌、传染病、自然灾害等。天敌、传染病、自然灾害等。C.C.人为人为/ /重要因素：重要因素：对野生生对野生生物的乱捕滥猎、对种群数量的人工控制等。物的乱捕滥猎、对种群数量的人工控制等。（2 2）种群数量变化的类型：）种群数量变化的类型：增长，稳定，波动、下降等。增长，稳定，波动、下降等。（3 3）影响结果：）影响结果：大多数种群的数量总是在波动之中，在不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。利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。四、种群数量

24、的波动和下降四、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，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都会引起种群数量的变化环境因素环境因素种群的出生率、死亡率、迁出和迁入率种群的出生率、死亡率、迁出和迁入率种群数量的变化种群数量的变化气候、食物、天敌、传染病等气候、食物、天敌、传染病等增或减增或减增长、波动、稳定、下降等增长、波动、稳定、下降等影响种群数量变化的因素影响种群数量变化的因素1 1、为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导、为野生生物资源的合理利用及

25、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。展，砍伐、捕捞、狩猎后，保证种群的增长速率为最大值。2 2、为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、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。采伐等提供理论指导。3 3、通过研究种群数量变动规律，为有害生物的预测及防、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。治提供科学依据。 降低环境的负荷量（降低环境的负荷量（K K值值）。如鼠害防治可通过严密封存粮食、）

26、。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清除生活垃圾、保护老鼠的天敌等措施来降低K K值。值。4 4、为引进外来物种提供理性的思考。、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。否会构成生物入侵。五、研究种群数量变化的意义五、研究种群数量变化的意义苍鹭的保护苍鹭的保护野猪的保护野猪的保护救护被困的鲸鱼救护被困的鲸鱼全力防蝗减灾全力防蝗减灾云云豹豹的的保保护护一、实验目的一、实验目的 （一）通过探究培养液中（一）通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化

27、酵母菌种群数量的变化，来研究一个种群的数量变化情况，尝试构建种群来研究一个种群的数量变化情况，尝试构建种群增长的数学模型。增长的数学模型。 （二）通过使用（二）通过使用血球计数板血球计数板掌握单细胞生物的计数掌握单细胞生物的计数方法。方法。 （三）培养科学探究能力，学会探究实验的一般步（三）培养科学探究能力，学会探究实验的一般步骤。骤。 （四）通过小组间的分工合作，培养协作精神。（四）通过小组间的分工合作，培养协作精神。六、探究：六、探究：培养液中酵母菌种群数量的变化培养液中酵母菌种群数量的变化二、实验原理二、实验原理 （一）酵母菌可以用液体培养基来培养，培养（一）酵母菌可以用液体培养基来培养

28、，培养液中的酵母菌种群的增长情况与培养液中的液中的酵母菌种群的增长情况与培养液中的养养料、空间、料、空间、PHPH、温度、代谢产物、温度、代谢产物等因素有关，等因素有关， 我们可以根据培养液中的我们可以根据培养液中的酵母菌数量和时间酵母菌数量和时间为为坐标轴做曲线，从而掌握酵母菌种群数量的变坐标轴做曲线，从而掌握酵母菌种群数量的变化情况。化情况。 （二）利用（二）利用血球计数板血球计数板在显微镜下直接计数是一在显微镜下直接计数是一种常用的细胞计数法，这种方法可以估算样品中种常用的细胞计数法，这种方法可以估算样品中全部的细胞数目，所以一般用于单细胞微生物数全部的细胞数目，所以一般用于单细胞微生物数量的测定量的测定三、血球计数板三、血球计数板1、 血球计数板血球计数板被用以对人体内红、白血球进行显微计被用以对人体内红、白血球进行显微计数之用，也常用于计算一些细菌、真菌、酵母等微生数之用，也常用于计算一些细菌、真菌、酵母等微生物的数量，是一种常见的生物仪器物的数量，是一种常见的生物仪器