高中生物 4_2《種群數(shù)量的變化》課件1 新人教版必修31

為了保護(hù)魚類資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚量，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在什么水平?為什么？,4.2 種群數(shù)量的變化,怎樣建構(gòu)種群數(shù)量增長的模型？ 種群的數(shù)量是怎樣變化的？ 什么是環(huán)境容納量？ 影響種群數(shù)量變化的因素有哪些？,在食物(養(yǎng)料)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(shù)量變化是怎樣的呢？,思考,大腸桿菌的分裂生殖(二分裂),問題探討,在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過分裂繁殖一代,在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某1個(gè)細(xì)菌每20分鐘分裂繁殖一代。討論： 1、72小時(shí)后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？ 2、n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式？,Nn1n,解：n 60min x72h20min216 Nn2216,一、建構(gòu)種群增長模型,種群的研究核心就是種群的數(shù)量變動(dòng),為了直觀、簡便地研究種群的數(shù)量變動(dòng)的規(guī)律，數(shù)學(xué)模型建構(gòu)是常用的方法之一。,建構(gòu)種群增長模型的方法,用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式 數(shù)學(xué)方程式法 坐標(biāo)曲線法 是聯(lián)系實(shí)際問題與數(shù)學(xué)的橋梁，具有解釋、 判斷、預(yù)測等重要功能,建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟：,一、建構(gòu)種群增長模型的方法,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1,2,3,4,5,6,7,8,9,3、填寫下表：計(jì)算一個(gè)細(xì)菌在不同時(shí)間（單位為min）產(chǎn)生后代的數(shù)量,4.以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出細(xì)菌的數(shù)量增長曲線。,曲線圖： 直觀，但不夠精確 數(shù)學(xué)公式： 精確，但不夠直觀,曲線圖與數(shù)學(xué)方程式比較，有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？,食物充足,空間充裕,環(huán)境適宜,沒有天敵,資源無限 指數(shù)生長,實(shí)例一：1859年，一位英國人來到澳大利亞定居，他帶來了24只野兔。讓他沒有想到的是，一個(gè)世紀(jì)之后，這24只野兔的后代竟達(dá)到6億只以上。漫山遍野的野兔與牛羊爭食牧草，啃嚙樹皮，造成植被破壞，導(dǎo)致水土流失。后來，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。,種群遷入一個(gè)新環(huán)境后，常常在一定時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)“J”型增長。例如，在20世紀(jì)30年代時(shí)，人們將環(huán)頸雉引入到美國的一個(gè)島嶼，在19371942年期間，這個(gè)環(huán)頸雉種群的增長大致符合“J”型曲線（右圖）。,實(shí)例二,理想條件下的種群增長模型,二種群增長的“”型曲線,自然界確有類似的細(xì)菌，在理想條件下種群數(shù)量的增長會(huì)如圖中J型曲線增長。其理想條件是什么？,氣候適宜 食物充足 空間充裕 外無天敵,人口增長也會(huì)如此嗎？,J型增長的數(shù)學(xué)模型,模型中各參數(shù)的意義： N0為某種動(dòng)物種群的起始數(shù)量，t為時(shí)間， Nt表示t年后該種群的數(shù)量，表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)。,模型假設(shè)：在食物和空間條件充裕、氣候適宜、敵害等條件下，種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年的數(shù)量是第一年的倍。,建立模型：t年后種群數(shù)量為： Nt = N0 t,二、種群增長的“J”型曲線,產(chǎn)生條件：,理想狀態(tài)食物充足，空間不限， 環(huán)境適宜，沒有天敵等；,增長特點(diǎn)：,種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年是第一年的倍。,量的計(jì)算：t年后種群的數(shù)量為,Nt=N0t,（N0為起始數(shù)量， t為時(shí)間，Nt表示t年后該種群的數(shù) 量，-1為年均增長率）,適用情形： 實(shí)驗(yàn)室條件下、當(dāng)一個(gè)種群剛遷入到一個(gè)新的適宜環(huán)境時(shí)的最初一段時(shí)間, 種群數(shù)量變化圖像：, 種群增長率變化圖像：,問題探討 3 在一個(gè)培養(yǎng)基中，細(xì)菌的數(shù)量會(huì)一直按照這個(gè)公式增長嗎？ 如何驗(yàn)證你的觀點(diǎn)？,細(xì)菌的數(shù)量不會(huì)一直按照這個(gè)公式增長， 因?yàn)榕囵B(yǎng)基中的營養(yǎng)成分和空間有限，當(dāng)細(xì)菌數(shù)量達(dá)到一定量時(shí)，細(xì)菌種群出現(xiàn)生存斗爭。 可用實(shí)驗(yàn)計(jì)數(shù)法驗(yàn)證。,在大自然中,食物有限,空間有限,種內(nèi)斗爭,種間競爭,天敵捕食,環(huán)境阻力,種群密度越大環(huán)境阻力越大,、,“J”型增長能一直持續(xù)下去嗎？,問題：,“J”型增長能一直持續(xù)下去嗎？,存在環(huán)境阻力,自然界的資源和空間總是有限的；種內(nèi)競爭就 會(huì)加?。徊妒痴咴黾?。,當(dāng)種群數(shù)量增加到一定階段時(shí)，種群數(shù)量就會(huì) 穩(wěn)定在一定的水平。,思考：在自然界中，種群增長的“J”型曲線應(yīng)該從哪些方面進(jìn)行修正呢？,高斯（1934）把5個(gè)大草履蟲置于0.5mL的培養(yǎng)液中，每隔24小時(shí)統(tǒng)計(jì)一次數(shù)據(jù)，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下：,高斯對(duì)大草履蟲種群研究的實(shí)驗(yàn),請(qǐng)繪制大草履蟲的種群增長曲線,大草履蟲數(shù)量增長過程如何？ 其種群達(dá)到基本穩(wěn)定的數(shù)量值稱為什么？,大草履蟲種群的增長,三 種群增長的“S”型曲線,在資源有限條件下的情況下，種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長曲線，稱為“S”型曲線,K/2,轉(zhuǎn)折期，增長速率最快,K值：環(huán)境容納量,加速期，個(gè)體數(shù)量增加，增長加速,調(diào)整期，個(gè)體數(shù)量較少增長緩慢,減速期，增長緩慢,穩(wěn)定期，增長速率為零,環(huán)境容納量: 在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量，又稱K值。,1.同一種群的K值不是固定不變的，會(huì)受到環(huán)境的影響。,2.NK2，此時(shí)種群增長速度最快，可提供的資源數(shù)量也最多 ，而又不影響資源的再生。,產(chǎn)生條件：存在環(huán)境阻力：,自然條件（現(xiàn)實(shí)狀態(tài)）食物等資源和空間總是有限的，種內(nèi)競爭不斷加劇，捕食者數(shù)量不斷增加。導(dǎo)致該種群的出生率降低，死亡率增高,當(dāng)出生率與死亡率相等時(shí)，種群的增長就會(huì)停止， 有時(shí)會(huì)穩(wěn)定在一定的水平,種群增長的“”型曲線,增長特點(diǎn)：,種群數(shù)量達(dá)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(duì)穩(wěn)定。,26,種群數(shù)量變化曲線與種群增長速率曲線的關(guān)系,圖乙的fg段相當(dāng)于圖甲的ac段 圖乙的g點(diǎn)相當(dāng)于圖甲的c點(diǎn) 圖乙的gh段相當(dāng)于圖甲的cd段 圖乙的h點(diǎn)相當(dāng)于圖甲的de段,種群增長的“”型曲線,0K/2時(shí)逐漸增大 K/2 K時(shí)逐漸減小 在 K/2時(shí)達(dá)到最大 在K時(shí)增長速率為0,增長速率變化：,種群數(shù)量變化：,在K值時(shí)達(dá)到最大,t0,t1,t2,種 群 數(shù) 量 “S” 型 增 長 曲 線,（種群數(shù)量）,K/2,K,種 群 數(shù) 量 增 長 率,時(shí)間,D: 出生率死亡率，即 種群數(shù)量處于K值。,B: 出生率與死亡率之差 最大，即種群數(shù)量處于 K/2值。,種群增長的“”型曲線,在生產(chǎn)中的應(yīng)用,K/2,種群增長曲線的生產(chǎn)生活中的應(yīng)用： 有害動(dòng)物的防治，應(yīng)通過降低其環(huán)境容納量 受保護(hù)動(dòng)物的拯救和恢復(fù)，應(yīng)通過改善其棲 息環(huán)境，提高K值。 生產(chǎn)上的捕獲期應(yīng)確定在種群數(shù)量略比K/2多 時(shí)最好；而殺蟲效果最好的時(shí)期在潛伏期（ K/2以下）。,K/2的應(yīng)用 資源開發(fā)與利用：種群數(shù)量達(dá)環(huán)境容納量的一半時(shí)種群增長速率最大，再生能力最強(qiáng)把握K/2值處黃金開發(fā)點(diǎn)，維持被開發(fā)資源的種群數(shù)量在K/2值處，可實(shí)現(xiàn)“既有較大收獲量又可保持種群高速增長”，從而不影響種群再生，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。,K/2,為了保護(hù)魚類資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚量，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在什么水平?為什么？,為了保護(hù)魚類資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚量，根據(jù)種群增長的S型曲線，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在K2水平。這是因?yàn)樵谶@個(gè)水平上種群增長量最大 。,有害生物防治：務(wù)必及時(shí)控制種群數(shù)量，嚴(yán)防達(dá)K/2值處(若達(dá)K/2值處，可導(dǎo)致該有害生物成災(zāi)，如蝗蟲的防控),K/2的應(yīng)用,K/2,提示：從環(huán)境容納量的角度思考，可以采取措施降低有害動(dòng)物種群的環(huán)境容納量，如將食物儲(chǔ)藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源；室內(nèi)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等,同一種群的K值不是固定不變的，會(huì)受到環(huán)境的影響,思考,怎樣做才是最有效的滅鼠措施？,思考,怎樣做才是保護(hù)大熊貓的根本措施？,建立自然保護(hù)區(qū)，改善大熊貓的棲息環(huán)境，提高環(huán)境容納量。,K值是環(huán)境最大容納量。環(huán)境阻力代表自然選擇的作用。農(nóng)、林、牧業(yè)生產(chǎn)就是在這個(gè)范圍內(nèi)謀求產(chǎn)量的提高,其潛力有一定限制。,總結(jié),比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別,環(huán)境資源無限,環(huán)境資源有限,保持穩(wěn)定,先升后降,無， 持續(xù)保持增長,有K值,環(huán)境阻力,K值：環(huán)境容納量,食物不足 空間有限 種內(nèi)斗爭 天敵捕食 氣候不適 寄生蟲 傳染病等,比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別,種群在沒有環(huán)境阻力的條件下呈現(xiàn)“J”型增長，實(shí)際上 是“S”型增長的最初階段，“J”型增長是一定時(shí)間內(nèi)的 增長方式，最終是以”S”型增長結(jié)束，這是生態(tài)因素 和物種本身相互影響的結(jié)果,比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別,38,用達(dá)爾文的觀點(diǎn)分析“J”、“S”曲線,1、“J”型曲線用達(dá)爾文的觀點(diǎn)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，種群密度越大 環(huán)境阻力越大 3、用達(dá)爾文的觀點(diǎn)分析指：通過生存斗爭被淘汰的個(gè)體數(shù)量，也即代表自然選擇的作用。,“J”型曲線表明生物具有什么特性？圖中陰影部分表示什么？,大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)之中的，,東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng),種群數(shù)量的波動(dòng)和下降,（1）影響種群數(shù)量變化的因素： A.內(nèi)部/直接因素：出生（死亡）率、遷入（出）率、年齡組成、性別比例。B.自然/間接因素：空間、氣候、食物、天敵、傳染病、自然災(zāi)害等。C.人為/重要因素：對(duì)野生生物的亂捕濫獵、對(duì)種群數(shù)量的人工控制等。 （2）種群數(shù)量變化的類型：增長，穩(wěn)定，波動(dòng)、下降等。 （3）影響結(jié)果：大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)之中，在不利條件之下，還會(huì)急劇下降，甚至滅亡。,四、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降,種群的數(shù)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(huì)引起種群數(shù)量的變化,環(huán)境因素,種群的出生率、死亡率、遷出和遷入率,種群數(shù)量的變化,影響種群數(shù)量變化的因素,1、為野生生物資源的合理利用及保護(hù)提供理論指導(dǎo) 。 既要使生物資源的產(chǎn)量達(dá)到最大，又不危害生物資源的可持續(xù)發(fā)展，砍伐、捕撈、狩獵后，保證種群的增長速率為最大值。 2、為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理控制種群數(shù)量、適時(shí)捕撈、采伐等提供理論指導(dǎo)。 3、通過研究種群數(shù)量變動(dòng)規(guī)律，為有害生物的預(yù)測及防治提供科學(xué)依據(jù)。 降低環(huán)境的負(fù)荷量（K值）。如鼠害防治可通過嚴(yán)密封存糧食、清除生活垃圾、保護(hù)老鼠的天敵等措施來降低K值。 4、為引進(jìn)外來物種提供理性的思考。 必須考慮所引入的外來物種是否會(huì)構(gòu)成對(duì)原來物種的危害，即是否會(huì)構(gòu)成生物入侵。,五、研究種群數(shù)量變化的意義,蒼鷺的保護(hù),野豬的保護(hù),救護(hù)被困的鯨魚,全力防蝗減災(zāi),云豹的保護(hù),1實(shí)驗(yàn)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。,探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”,1顯微鏡計(jì)數(shù)時(shí)，對(duì)于壓在小方格界線上的酵母菌，應(yīng)遵循“數(shù)上線不數(shù)下線，數(shù)左線不數(shù)右線”的原則計(jì)數(shù)。 2從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)前，需將試管輕輕振蕩幾次，目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布，減小誤差。,C,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(nèi)斗爭增加（ ）,ACD段（增長速度慢） BDE段（速度加快） CEF段（變化速率加快） DFG段（速度逐漸變慢）,D,3.（廣東廣西河南2002）在一個(gè)玻璃容器內(nèi)，裝入一定量的符合小球藻生活的管養(yǎng)液，接種少量的小球藻，每隔一段時(shí)間測定小球藻的個(gè)體數(shù)量，繪制成曲線，如右圖所示。下列四圖中能正確表示小球藻種群數(shù)量增長率隨時(shí)間變化趨勢的曲線是（ ）,D,4.池塘養(yǎng)魚時(shí)，為保護(hù)池塘生態(tài)系統(tǒng)和長期保持較高的產(chǎn)魚量，應(yīng)采取的最佳方案是（ ） A大量增加餌料的投入量 B大量增加魚苗的投入量 C及時(shí)、適量的捕撈成魚 D限制捕魚,C,5、種群的指數(shù)增長（J型）是有條件的，條件之一是（） A在該環(huán)境中只有一個(gè)種群 B該種群對(duì)環(huán)境的適應(yīng)比其他種群優(yōu)越得多 C環(huán)境資源是無限的 D環(huán)境資源是有限的,C,6.用牛奶瓶培養(yǎng)黑腹果蠅，觀察成蟲數(shù)量的變化，結(jié)果如下表：,根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，下列結(jié)論正確的是() A第1325天，成蟲數(shù)量增長快的主要原因是個(gè)體生長加快 B第1729天，成蟲增長率上升、死亡率下降 C第2137天，成蟲增長率的下降與種群密度的改變有關(guān) D第137天，成蟲數(shù)量呈“J”型增長,C,7.下圖表示出生率、死亡率和種群密度的關(guān)系，據(jù)此分析得出的正確表述是(),A在K/2時(shí)控制有害動(dòng)物最有效 B圖示規(guī)律可作為控制人口增長的依據(jù) C該圖可用于實(shí)踐中估算種群最大凈補(bǔ)充量 D在K/2時(shí)捕撈魚類最易得到最大日捕獲量,C,8.某研究所對(duì)一條河流生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了幾年的跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)某種魚進(jìn)入此生態(tài)系統(tǒng)后的種群數(shù)量增長率隨時(shí)間的變化呈現(xiàn)如下圖所示曲線。則在t1時(shí)該種群的年齡組成類型、能反映該種群數(shù)量變化的曲線分別是(),A衰退型和 B增長型和 C衰退型和 D增長型和,B,如果種群處在一個(gè)理想的環(huán) 境中，沒有自然和空間的限制， 種群內(nèi)個(gè)體數(shù)量的增長曲線是 _。 如果將該種群置入有限制的自然 環(huán)境中，種群內(nèi)個(gè)體數(shù)量的增長曲 線是_，用達(dá)爾文進(jìn)化理論分析圖中的陰影部分表示_。 影響種群密度的主要因素是種群的_、_、_和_。,9、下圖為某種群在不同生態(tài)環(huán)境中的增長曲線，請(qǐng)仔細(xì)分析圖中去先后回答下列問題：,a,b,a,b,在生存斗爭過程中淘汰的個(gè)體數(shù),死亡率,出生率,性別比例,年齡組成,