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1、4.2 種群數量的變化,一、建構種群增長模型的方法 二、種群增長的“J”型曲線 三、種群增長的“S”型曲線 四、種群數量的波動和下降 五、研究種群數量變化的意義,1.細菌是真核生物還是原核生物？,2細菌的繁殖的方式是什么？,細菌增長的數學模型研究,0 20 40 60 80 100,20 21 22 23 24 25,分裂,細菌繁殖產生的后代數量,在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某1個細菌每20分鐘分裂繁殖一代,討論： n代細菌數量的計算公式？ 72小時后由一個細菌分裂產生的細菌數量是多少？,問題探討,Nnn,解：n 60min x72h20min216 Nnn 2216,1 2,2 4,3
2、 8,4 16,5 32,6 64,7 128,8 256,9 512,22,21,23,24,25,26,27,28,29,一、建構種群增長模型的方法,一、建構種群增長模型的方法,細菌的分裂生殖,問題探討: 在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌每20min就通過分裂繁殖一代。,討論： n代細菌數量的計算公式是什么？ 72小時后，由一個細菌分裂產生的細菌數量是多少？ 在一個培養(yǎng)基中，細菌的數量會一直按照這個公式增長嗎？如何驗證你的觀點？,解：n 60min x72h20min216 Nn n 2216,Nnn , Nn 代表細菌數量，n代表“代”,細菌數量不會永遠按這個公式增長?？梢杂脤?/p>
3、驗計數法來驗證。,將數學公式（Nn2n）變?yōu)榍€圖,曲線圖與數學方程式相比，有哪些優(yōu)缺點？,2 4 8 16 32 64 128 256 512,請計算一個細菌在不同時間（單位為min）產生后代的數量,并填入下表,然后以時間為橫坐標,細菌數量為縱坐標,畫出細菌的種群增長曲線。,曲線圖：直觀,但不夠精確。 數學公式：精確,但不夠直觀。,8,數學模型：是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數學形式。數學模型的表現形式可以為公式、圖表等。,在描述、解釋和預測種群數量的變化時，常常需要建立數學模型。,一、建構種群增長模型的方法,表現形式:數據分析表格式: 數學方程式: Nn=2n 坐標式（曲線圖、柱狀圖）,9
4、,數學模型：是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數學形式。數學模型的表現形式可以為公式、圖表等。,在描述、解釋和預測種群數量的變化時，常常需要建立數學模型。,一、建構種群增長模型的方法,表現形式:數據分析表格式: 數學方程式: Nn=2n 坐標式（曲線圖、柱狀圖）,討論：還有哪些生物學問題可以用數學模型來表示？,孟德爾遺傳定律、DNA半保留復制,模型類型,DNA雙螺旋結構模型、真核生物三維結構模型等,人體細胞與外界環(huán)境的物質交換模型、血糖調節(jié)的模型等,孟德爾遺傳定律 種群增長模型等,觀察研究對象，提出問題,提出合理的假設,通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正,根據實驗數據，用適當的數學形式對
5、事物的性質進行表達,細菌每20min分裂一次，問題：細菌數量怎樣變化的？,在資源和空間無限多的環(huán)境中，細菌種群的增長不受種群密度增加的影響,Nnn， Nn 代表細菌數量，n表示第幾代,觀察、統(tǒng)計細菌數量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正,數學模型,建立數學模型一般包括以下步驟：,思考：以上討論的只是對理想條件下細菌數量增長的推測。在自然界中，種群的數量變化情況是怎樣的呢？,二、種群數量的變化,種群數量的變化包括增長、波動、穩(wěn)定和下降等，但主要分析種群的增長。,實例1：1859年,一位英國人來澳大利亞時帶來了24只野兔,結果在一個世紀之后,它們的后代竟達到6億只以上。大量的野兔與牛羊爭食牧草,啃
6、嚙樹皮,造成植被破壞,水土流失。直到引入了黏液瘤病毒才使野兔數量得到控制。,12,實例2：鳳眼蓮(水葫蘆)原產于南美，僅以一種觀賞性植物零散分布，1844年在美國的博覽會上曾被喻為“美化世界的淡紫色花冠”。1901年作為花卉引入中國，30年代作為畜禽飼料引入中國內地各省，并作為觀賞和凈化水質的植物推廣種植。由于繁殖迅速，又幾乎沒有競爭對手和天敵 ，在我國南方江河湖泊中發(fā)展迅速，目前我國有這種鳳眼蓮184萬噸，它對其生活的水面采取了野蠻的封鎖策略，擋住陽光，導致水下植物得不到足夠光照而死亡，成為我國淡水水體中主要的外來入侵物種之一。,實例3：在20世紀30年代，人們將環(huán)頸雉引入美國的一個島嶼。在
7、19371942年期間，這個種群數量的增長如下圖所示。,如果以時間為橫坐標，種群數量為縱坐標畫出曲線來表示，曲線大致呈什么型？,美國某島嶼環(huán)頸雉種群數量的增長,（一)種群增長的“J”型曲線,1.概念：自然界確有類似細菌在理想條件下種群數量增長的形式，如果以時間為橫坐標，種群數量為縱坐標畫出曲線來表示，曲線大致呈“”型。,2.產生條件：理想狀態(tài)食物充足，空間廣闊， 氣候適宜，沒有天敵等,“J”型曲線產生的條件和時期怎樣？,3.產生時期：實驗室條件下、 某物種最初遷入一適宜的新環(huán)境時、外來物種入侵。,N0：該種群的起始數量 t：時間 Nt：t年后該種群的數量 ：增長的倍數,表示該種群數量是一年前種
8、群數量的倍數,(1)模型假設：在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等理想條件下，種群的數量每年以一定的倍數增長，第二年的數量是第一年的倍。,(2)建立模型： (3)模型中各參數的意義：,t年后種群的數量為：Nt=N0 t,4. “J”型增長的數學模型：,根據可以判斷某種群動態(tài)：1種群數量上升，呈“J”型增長； =1種群數量穩(wěn)定不變；01，種群數量下降；=0，種群沒有繁殖，且在下一代滅亡。,5. “J”型增長的特點：種群數量連續(xù)增長， 增長率保持不變(1),增長速率越來越大。,（1）,增長率:種群增長的數量占初始數量的比例。計算公式：增長率=出生率-死亡率=（現有個體數-原有個體數）/種群原
9、有個體數,增長速率=（現有個體數-原有個體數）/增長時間,存在環(huán)境阻力,自然條件（現實狀態(tài)）食物等資源和空間總是有限的，種內斗爭不斷加劇，捕食者數量不斷增加。導致該種群的出生率降低，死亡率增高,當死亡率與出生率相等時，種群的增長就會停止，有時會穩(wěn)定在一定的水平。,“J”型增長能一直持續(xù)下去嗎？,有實例證明嗎？,生態(tài)學家高斯曾經做過這樣一個實驗：在0.5ml培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，然后每隔24h統(tǒng)計一次大草履蟲的數量。經過反復實驗，得出了如圖所示的結果。,(1) S”型曲線:種群經過一定時間的增長后，數量趨于穩(wěn)定的增長曲線，稱為“S”型曲線。,(2)環(huán)境容納量(K值)：在環(huán)境條件不受破壞的情況
10、下，一定空間中所能維持的種群最大數量稱為環(huán)境容納量(K值)。,1.概念：,思考以下問題： (1)為什么大草履蟲第二天、第三天增長較快，而第五天以后數量基本穩(wěn)定？ (2)高斯的實驗條件與“問題探討”中的條件有何區(qū)別？,（二)種群增長的“S”型曲線,3.產生條件：,自然條件(現實狀態(tài))食物等資源和空間總是有限的，當種群密度增大時，種內斗爭不斷加劇，天敵數量不斷增加，導致該種群的出生率降低，死亡率增高。,2.特點：,種群數量達到環(huán)境所允許的最大值（K值）后，將停止增長并在K值左右保持相對穩(wěn)定。,存在環(huán)境阻力,種群密度越大 環(huán)境阻力越大,（二)種群增長的“S”型曲線,種群增長速率不斷降低,種群數量K/
11、2 K值時，,種群數量達到K值時，,種群增長速率為零,但種群數量達到最大,且種內斗爭最劇烈。,種群數量在 K/2值時，,種群增長速率最大,種群數量由0K/2值時，,種群增長速率增大,K/2,轉折期，增長速率最快,K值：環(huán)境容納量,加速期，個體數量增加，增長加速,潛伏期，個體數量較少增長緩慢,減速期，增長緩慢,飽和期，增長速率為零,（二)種群增長的“S”型曲線,K/2,增長率逐漸減小,增長速率先增大后減小。（ K/2 值時增長速率最大， K 值時增長速率為0）。,食物充足，空間不限，氣候適宜，沒有敵害等環(huán)境阻力,食物等資源和空間有限，種內斗爭不斷加劇，捕食者數量不斷增加,增長率穩(wěn)定不變 增長速率
12、變大,增長率減小 增長速率先上升后下降，在K/2值達最大,無,有,23,思考與討論 1、為了保護魚類資源不受破壞，并能持續(xù)獲得最大捕魚量，應使被捕魚群的種群數量保持在什么水平?為什么？,根據種群增長的S型曲線,應使被捕魚群的種群數量保持在K/2水平。因為在此水平上種群增長速率最大.,右圖為魚塘中魚的數量增長曲線，為了使魚塘的總產量達到最大值，應該做到適時捕撈。下列做法中正確的是 A超過T4時捕撈，使剩余量保持在K B超過T3時捕撈，使剩余量保持在3K/4 C超過T2時捕撈，使剩余量保持在K/2 D超過T4時捕撈，使剩余量保持在K/4,答案： C,從環(huán)境容納量的角度思考，可以采取措施降低有害動物
13、種群的環(huán)境容納量。 如 將食物儲藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源； 室內采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場所； 養(yǎng)殖或釋放它們的天敵。,建立自然保護區(qū)，給大熊貓更寬廣的生存空間，改善它們的棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量，是保護大熊貓的根本措施。,4.對家鼠等有害動物的控制，從環(huán)境容納量的角度看，應當采取什么措施？,2.同一種群的K值是固定不變的嗎？ 3.對大熊貓應采取什么保護措施？,不是固定不變的,會受環(huán)境的影響。,1.“J”型曲線用達爾文的觀點分析表明生物具有過度繁殖的特性。 2.圖中陰影部分表示：環(huán)境阻力，代表自然選擇的作用。 用達爾文的觀點分析指：通過生存斗爭被淘汰的個體數量。,
14、用達爾文的觀點分析“J”、“S”型曲線,“J”型曲線表明生物具有什么特性？圖中陰影部分表示什么？,環(huán)境阻力,在現實的生態(tài)系統(tǒng)中，種群數量除增長外，還有沒有其他變化？,1.影響種群數量變化的因素有哪些呢？,出生率、死亡率、遷入率、遷出率,食物、氣候、傳染病、天敵（環(huán)境因素）,人類的活動,種群的數量是由出生率和死亡率、遷入率和遷出率決定的，因此，凡是影響上述種群特征的因素，都會引起種群數量的變化。,（三)種群數量的波動和下降,直接因素：間接因素：重要因素：,2.影響結果：大多數種群的數量總是在波動之中的，在不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡。,東亞飛蝗種群數量的波動,1.為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理
15、控制種群數量、適時捕撈、采伐等提供理論指導。 2.有利于野生生物資源的合理利用和保護魚類的捕撈 3.有害動物的防治鼠、蝗蟲的防治(降低環(huán)境容納量) 4.有利于拯救和恢復瀕危動物種群：提高環(huán)境容納量,三、研究種群數量變化的意義,蒼鷺的保護,救護被困的鯨魚,培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化,探究實驗,單細胞真核生物 生長周期短，增殖速度快 還可以用酵母菌作為實驗材料研究 探究酵母菌的呼吸方式,酵母菌,酵母菌生長周期短，增殖速度快，在實驗室條件下，用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌，可以觀察酵母菌種群數量隨時間變化的情況。,種群的數量變化有一定的規(guī)律。在理想條件下，種群呈“J”型增長，在有限的環(huán)境下，種群呈“S”型
16、增長。,知識回顧：,實驗原理： (1)用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌，種群的增長受培養(yǎng)液的成 分、空間、pH、溫度等因素的影響。 (2)在理想的無限環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈“J”型曲 線；在有限的環(huán)境下，酵母菌種群的增長呈“S”型曲線。 1.提出問題： 培養(yǎng)液中酵母菌種群的數量隨時間呈現出怎樣的變化？ 2.作出假設： 酵母菌種群的數量隨時間呈S型增長,培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化,3.討論探究思路、制定計劃、實施計劃 培養(yǎng)酵母菌 連續(xù)7天抽樣檢測 取樣 用顯微鏡和血球計數板計數 折算出總數,培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化,血細胞計數板(血球計數板),方法名稱： 使用范圍：,顯微計數(抽樣檢測),調查細
17、胞數量時； 肉眼看不見的細菌、酵母菌等微生物,問題一：怎樣進行酵母菌的計數？,1、血球計數板的結構,血球計數板是一種專門用于計算較大單細胞微生物數量的儀器，由一塊比普通載玻片厚的特制玻片制成的，玻片中有四條下凹的槽，構成三個平臺。中間的平臺較寬，其中間又被一短橫槽隔為兩半，每半邊上面刻有一個方格網。,方格網上刻有9個大方格，其中只有中間的一個大方格為計數室，供微生物計數用。,大方格的長和寬各為1mm，深度為0.1mm，即1mm1mm0.1mm，其容積為0.1mm3；,大方格,中方格,小方格,16 （中格）25 （小格）,25（中格）16（小格）,3、血球計數板的分區(qū)與分格,不管計數室是哪一種構
18、造，其每一大方格都是由1625=2516=400個小方格組成。,2、計數,1625型： 一般取四角的四個中方格（100個小方格）計數,2516型： 一般計數四個角和中央的五個中方格（80個小方格）的細胞數。,3、計算,b表示培養(yǎng)液稀釋倍數；用所數小方格中細胞總數/所數小方格數是為求得每個小方格中的細胞平均（總）數。,以1mm1mm0.1mm型為例,計數室容積為0.1mm3，則每個小方格的容積為1/4000mm3,酵母細胞個數1mL =100個小方格酵母菌細胞總數/10040010000稀釋倍數,例1 通常用血球計數板對培養(yǎng)液中酵母菌進行計數，若計數室為1mm1mm0.1mm方格，由400個小方
19、格組成。若多次重復計數后，算得每個小方格中平均有5個酵母菌，則10mL該培養(yǎng)液中酵母菌總數有 個。,2108,54001000010=,例2 檢測員將1 mL水樣稀釋10倍后，用抽樣檢測的方法檢測每毫升藍藻的數量；將蓋玻片放在計數室上，用吸管吸取少許培養(yǎng)液使其自行滲入計數室，并用濾紙吸去多余液體。已知每個計數室由2516400個小格組成，容納液體的總體積為01 mm3。,現觀察到圖中該計數室所示a、b、c、d、e 5個中格80個小格內共有藍藻n個，則上述水樣中約有藍藻 個mL。,5n105,水樣中藍藻數量= 80個小方格細胞總數/8040010000稀釋倍數=n51000010=5n105,4
20、、血球計數板的使用方法步驟, 計數： 稍待片刻（約5min），待酵母菌細胞全部沉降到計數室底部后，將計數板放在載物臺的中央，先在低倍鏡下找到計數室所在位置后，再轉換高倍鏡觀察、計數并記錄。, 鏡檢計數室： 在加樣前，先對計數板的計數室進行鏡檢。若有污物，則需清洗，吹干后才能進行計數。, 加樣品： 將清潔干燥的血球計數板的計數室上加蓋專用的蓋玻片，用吸管吸取稀釋后的酵母菌懸液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行緩緩滲入，一次性充滿計數室，防止產生氣泡，充入細胞懸液的量以不超過計數室臺面與蓋玻片之間的矩形邊緣為宜。多余培養(yǎng)液可用濾紙吸去。,從試管中吸出培養(yǎng)液進行計數之前，要將試管輕輕震蕩幾下，這樣使酵母
21、菌分布均勻，防止酵母凝聚沉淀，提高計數的代表性和準確性，求得的培養(yǎng)液中的酵母菌數量誤差小。,問題二：從試管中吸出培養(yǎng)液進行計數之前，應該將試管輕輕震蕩幾次，為什么？,一個小方格內酵母菌過多，難以數清,應當對培養(yǎng)液進行稀釋以便于酵母菌的計數。 具體方法是：搖勻試管，取1mL酵母菌培養(yǎng)液，加入成倍的無菌水稀釋，稀釋n倍后，再用血球計數板計數，所得數值乘以稀釋倍數。以每小方格內含有45個酵母細胞為宜。特別是在培養(yǎng)后期的樣液需要稀釋后計數。,問題三：如果一個小方格內酵母菌過多，難以計數，應當采取怎樣的措施？,對于壓在方格界線上的酵母菌應當計數同側相鄰兩邊上的菌體數，一般可采取“數上線不數下線，數左線不
22、數右線”的原則處理，另兩邊不計數。,問題四：對于壓在小方格界限上的酵母菌，應當怎樣計數？,1、從試管中吸取培養(yǎng)液進行計數之前，要先將試管輕輕振蕩幾次，是什么原因？,讓培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布，保證估算的準確性，減少實驗誤差,2、本探究需要設置空白對照組嗎？如果需要，怎樣設計和操作，不需要請說明理由。,不需要，因為探究的是培養(yǎng)液中酵母菌種群數量隨時間的變化情況,3、需要做重復實驗嗎？,不需要，但是在每次測量酵母菌數量時，要多次取樣然后求平均值,4、如果一個小方格內酵母菌過多，不能數清，采取什么措施？,可以用稀釋的方法，將培養(yǎng)液稀釋n倍，再用血球計數板計數 注意：實際值=結果值稀釋倍數,5、對于壓
23、在小方格界線上的酵母菌，應當怎樣計數？,只計數相鄰的兩邊及其夾角，避免重復計數使結果偏大,培養(yǎng)液成分、空間、PH、溫度、細胞代謝物等因素的影響,探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化,1.培養(yǎng)液中酵母菌數量變化曲線。 2.影響酵母菌種群增長的因素(營養(yǎng)、空間、pH、溫度） 3.酵母菌計數方法-抽樣檢測法。 4.從試管吸取培養(yǎng)液計數前，要將試管振蕩幾次，目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布,減小誤差。 5.每天計數酵母菌的時間要固定。,1在下列圖中，表示種群在無環(huán)境阻力狀況下增長的是（ ）,B,課 堂 練 習,2下圖表示接種到一定容積培養(yǎng)液中的酵母菌生長曲線圖，曲線中哪段表示由于有限空間資源的限制使種內斗爭更加劇烈（ ）,ACD段（增長速度慢） BDE段（增長速度加快） CEF段（增長速度變慢）DFG段（不增長）,D,3、自然界中生物種群增長常表現為“S”型增長曲線。下列有關種群“S”型增長的正確說法是（ ）A.“S”型增長曲線表示了種群數量和食物的關系 B.種群增長速率在各階段是不相同的C.“S”型增長曲線表示了種群數量與時間無關 D.種群增長不受種群密度制約,B,
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