種群數(shù)量的變化(wang) 完整版課件

1、必修3 第4章 種群和群落第2節(jié) 種群數(shù)量的變化復(fù)習(xí)回顧：種群密度預(yù)測變化方向影響數(shù)量變動(dòng)年齡組成性別比例種群數(shù)量出生率和死亡率直接影響決定種群大小和密度種群特征之間的關(guān)系圖問題的引出中國水利網(wǎng)寧波、昆明、武漢等地，人躺在鋪滿水葫蘆的湖面上，可以不沉；上海去年3萬噸的水葫蘆打撈量，今年已翻了3倍有余，上升至10萬噸；水葫蘆所帶來的水體富營養(yǎng)化，讓越來越多的水中生物痛失“家園”。一種原產(chǎn)日本的林業(yè)害蟲，于20世紀(jì)80年代侵入我國華南沿海地區(qū)，并且缺少天敵而迅速蔓延開來。據(jù)1990年統(tǒng)計(jì)，這種害蟲使該地區(qū)十三萬公頃的馬尾松林枯死。目前我國大約已有37個(gè)外來入侵動(dòng)物種，90個(gè)外來入侵植物種。外來入侵

2、物種已經(jīng)對(duì)我國的生態(tài)環(huán)境、生物多樣性和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)造成了相當(dāng)大的危害。國家地理在幾百年前，金絲猴在許多地區(qū)廣泛分布，人口的增加和山林的破壞使金絲猴的分布區(qū)越來越小?，F(xiàn)在，黔金絲猴的數(shù)量只有500600只，處于瀕危狀態(tài)，只在貴州省的梵凈山區(qū)生存。滇金絲猴生活在云南西北部、西藏東南端及四川西部長江上端金沙江上游的高山中，數(shù)量不到2000只，也處境瀕危?；认x危害假設(shè)你父親承包了一個(gè)水庫養(yǎng)魚蝦，如果一次投放的幼苗過多或延遲捕撈，由于環(huán)境的負(fù)載能力限制，都不能達(dá)到效益的最優(yōu)化；相反，如果大量捕撈，使魚蝦數(shù)量大大減少，其種群往往要經(jīng)過相當(dāng)長的延滯期才能進(jìn)入指數(shù)增長期，對(duì)生產(chǎn)極為不利。哪什么時(shí)候是捕撈的最佳數(shù)

3、量期。問題：如何合理利用和保護(hù)生物資源？如何從根本上去防治病蟲害的發(fā)生？問題：種群的數(shù)量變化有怎樣的規(guī)律？種群數(shù)量的變化一、問題探討1.細(xì)菌是真核生物還是原核生物？2細(xì)菌的繁殖的方式是什么？大腸桿菌細(xì)菌分裂生殖在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細(xì)菌每20分鐘就通過分裂繁殖一代。0204060n?1.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。2.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。時(shí)間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)細(xì)菌數(shù)量（個(gè)）248163264128256512123456789請(qǐng)以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)

4、，繪出細(xì)菌的數(shù)量增長曲線。時(shí)間（min）1002003004005006000細(xì)菌數(shù)量（個(gè)）2040608010018001603、n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式是： Nnn3、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？ 解：n min xhmin Nnn 個(gè)4、如果開始時(shí)不是一個(gè)細(xì)菌，而是20個(gè)，則計(jì)算公式會(huì)是如何？ Nn20 n設(shè)開始時(shí)N0個(gè)細(xì)菌，則計(jì)算公式又會(huì)是如何？ Nn N0 n5、細(xì)菌種群數(shù)量按此速度繁殖的條件是：營養(yǎng)和生存空間沒有限制，是一種理想的狀態(tài)，在自然界中，種群的數(shù)量將如何變化二、構(gòu)建種群增長模型的方法數(shù)學(xué)模型1、定義：用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。2、表達(dá)方式:（1）

5、數(shù)學(xué)方程式：科學(xué)、準(zhǔn)確。（2）曲線圖：直觀、形象，但不精確。3、建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的一般步驟：提出問題作出假設(shè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)檢驗(yàn)或修正二、建構(gòu)種群增長模型的方法1.觀察研究對(duì)象，提出問題細(xì)菌每20分鐘分裂一次，問題：細(xì)菌數(shù)量怎樣變化的？2. 提出合理的假設(shè)在資源和空間無限多的環(huán)境中，細(xì)菌種群的增長不受種群密度增加的影響3. 建立數(shù)學(xué)模型根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)。（列出表格，畫曲線，推導(dǎo)公式。）4.檢驗(yàn)和修正進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)、觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌的數(shù)量三、種群增長的“J”型曲線 實(shí)例1：澳大利亞本來并沒有兔子。 1859年，24只歐洲野兔從英國被帶到了澳大利亞。這些野兔發(fā)現(xiàn)自己來到了天

6、堂。因?yàn)檫@里有茂盛的牧草，卻沒有鷹等天敵。這里的土壤疏松，打洞做窩非常方便。于是，兔子開始了幾乎不受任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子的數(shù)量達(dá)到6 億只以上，遍布整個(gè)大陸。思考：澳大利亞野兔能指數(shù)增長的特殊原因是什么呢？食物和空間條件充裕； 氣候適宜；沒有天敵 實(shí)例2、20世紀(jì)30年代,人們將環(huán)頸雉引入美國的一個(gè)島嶼,在1937-1942年期間數(shù)量變化的曲線如右圖。通過上述兩個(gè)實(shí)例可以看出：自然界中確有類似細(xì)菌在理想條件下種群數(shù)量增長的形式，如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線來表示，曲線則大致呈“J”型三、種群的“J”型增長的數(shù)學(xué)模型1、模型假設(shè)： 在食物和空間條件充足、氣候適宜

7、、沒有敵害等條件下，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。2、數(shù)學(xué)模型：（1）函數(shù)(公式)表示： Nt=N0 t 各參數(shù)的意義：（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，為年均增長率） （2）曲線表示：如右圖：時(shí)間種群數(shù)量數(shù)量變化特點(diǎn):種群數(shù)量連續(xù)增長，增長率保持不變，增長速率逐漸增大。時(shí)間增長率時(shí)間增長速率此圖要微調(diào)種群增長率：指單位時(shí)間種群增長數(shù)量，一段時(shí)間內(nèi)，結(jié)束時(shí)種群數(shù)量相對(duì)于初始種群數(shù)量的增加部分占初始的比例種群增長速率：指單位時(shí)間種群數(shù)量變化率 ，也就是曲線上通過每一點(diǎn)的切線斜率。若用V表示增長速率，t為統(tǒng)計(jì)種群數(shù)量變化的時(shí)間，N t-N t-1

8、為t時(shí)間內(nèi)種群數(shù)量增加值，則V=（N t-N t-1）/ t3 、 “J”型數(shù)量增長的兩種情形（理想狀態(tài)）：（1）實(shí)驗(yàn)室條件下。（2）外來物種入侵、遷移入新環(huán)境?！癑”型增長能一直持續(xù)下去嗎？ 自然界的資源和空間總是有限的，當(dāng)種群密度增大時(shí)，種內(nèi)競爭會(huì)加劇，以該種群為食的動(dòng)物的數(shù)量也會(huì)增加，這就使種群的出生率降低、死亡率增高，當(dāng)死亡率增加到與出生率相等時(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。 在05mL培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲，然后每隔24h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出了如圖所示的結(jié)果。例生態(tài)學(xué)家高斯的實(shí)驗(yàn)：大草履蟲種群的增長曲線思考：大草履蟲的增長呈“S”型曲線的原因有哪

9、些？四、種群增長的“S”型曲線1、定義：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。2、出現(xiàn)的原因： 食物等資源和空間總是有限的，當(dāng)種群密度增大時(shí)，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A.B1/2K -.C.D3、曲線分析：（1）適應(yīng)期（AB段）：種群個(gè)體數(shù)少，種群密度增長緩慢。注意：曲線的起點(diǎn)不為0。因?yàn)榉N群剛進(jìn)入新的環(huán)境，有一個(gè)短暫的調(diào)整和適應(yīng)過程A.B1/2K -.C.D曲線分析：（2）加速期（BC段）：個(gè)體數(shù)量快速增加，種群速率逐漸增大。因?yàn)槭澄锖涂臻g充足。（3）轉(zhuǎn)折點(diǎn)（C點(diǎn)）：個(gè)體數(shù)達(dá)到飽和密度的一半（即1/2K時(shí)），種群增

10、長速率最高A.B1/2K -.C.D曲線分析：（4）減速期（CD段）：個(gè)體數(shù)超過1/2K以后，種群增長速率逐漸減少。因?yàn)殡S著種群數(shù)量的增多，導(dǎo)致個(gè)體因食物、空間和其他生活條件的原因使種內(nèi)斗爭加劇，同時(shí)天敵數(shù)量也在增加A.B1/2K -.C.D曲線分析：（5）飽和期（D點(diǎn)及D點(diǎn)以后）：數(shù)量達(dá)到環(huán)境條件允許的最大值（K值），種群停止增長，種群增長速率為0，即出生率=死亡率注：到達(dá)K值后，仍呈鋸齒狀波動(dòng)，處于動(dòng)態(tài)平衡（1）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。 （2）增長率：不斷下降，當(dāng)種群數(shù)量達(dá)到最大值時(shí)，增長率下降至0.如下圖（3）增長速率：先升后降，如下

11、圖時(shí)間增長率增長速率時(shí)間.t1t2t1對(duì)應(yīng)1/2K.t2對(duì)應(yīng)K4、增長特點(diǎn)：1/2K時(shí)增長速率最大，K時(shí)增長速率為0K值K/2值種群數(shù)量達(dá)到K值時(shí)，種群增長停止種群數(shù)量在 K/2值時(shí)，種群增長最快種群數(shù)量 小于K/2值時(shí)種群增長逐漸加快種群數(shù)量大于K/2值時(shí)種群增長逐漸減慢5、環(huán)境容納量（又稱K值）：（1）概念：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。 (2)同一種生物的K值不是固定不變的，會(huì)受到環(huán)境的影響。A、在環(huán)境不遭受破壞的情況下，K值會(huì)在平均值附近上下波動(dòng)； B、環(huán)境遭受破壞，K值會(huì)下降；甚至滅亡C、當(dāng)生物生存的環(huán)境改善，K值會(huì)上升。4、應(yīng)用：（1）生產(chǎn)上的捕獲期

12、，對(duì)野生動(dòng)植物的開發(fā)利用，種群數(shù)量為1/2K時(shí)最佳。因?yàn)榇藭r(shí)種群增長速率最大，資源再生能力最強(qiáng)，可提供的資源較多。（2）殺蟲效果最好的時(shí)期是適應(yīng)期（4）農(nóng)林害蟲的防治方面，采取措施，降低環(huán)境容納量，如切斷食物來源，引入天敵等。（3）對(duì)于瀕危動(dòng)植物而言，由于環(huán)境污染、人類破壞等，造成環(huán)境對(duì)于此類生物的K值變小，通過建立自然保護(hù)區(qū)，提高環(huán)境容納量，是保護(hù)這些生物的根本措施。 教材第67頁：思考與討論 從環(huán)境容納量（K值）的角度思考：（1）對(duì)瀕危動(dòng)物如大熊貓應(yīng)采取什么保護(hù)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。（2）對(duì)家鼠等有害動(dòng)物的控制，應(yīng)當(dāng)采取什么措施？ 可以采取措施降低有

13、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，等等。5、種群數(shù)量增長的“J”型曲線與“S”型曲線的比較J型曲線S型曲線存在條件理想條件自然條件數(shù)量變化規(guī)律持續(xù)增加先增加，達(dá)到K值后，保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)增長率不變不斷下降增長速率不斷增大先升后降，1/2K時(shí)達(dá)到最大值環(huán)境阻力無有影響因素出生率、死亡率等很多，包括環(huán)境阻力 聯(lián)系：兩種曲線的縱坐標(biāo)起點(diǎn)均不為0，差異主要在于有無環(huán)境阻力6、用達(dá)爾文的觀點(diǎn)分析“J、S”曲線時(shí)間種群數(shù)量J型曲線S型曲線K值1、 “J”型曲線用達(dá)爾文的觀點(diǎn)分析表明生物具有過渡繁殖的

14、特性。2、圖中陰影部分表示：環(huán)境阻力；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。7“S”型增長曲線的開始部分不是“J”型增長曲線(1)“S”型曲線的種群增長率是一直下降的，而“J”型曲線的種群增長率始終保持不變。(2)“J”型曲線是一種理想條件下的種群數(shù)量增長曲線， “S”型曲線的前段是種群對(duì)新環(huán)境的一個(gè)適應(yīng)階段，始終存在環(huán)境阻力。8、當(dāng)一個(gè)新的物種遷入一個(gè)新的環(huán)境后，通常在一定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)J型增長，然后呈S型增長。1自然界中生物種群增長常表現(xiàn)為“S”型增長曲線。下列有關(guān)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(shù)量和食物的關(guān)系B 種群增長

15、率在各階段是不相同的C “S”型增長曲線表示了種群數(shù)量和時(shí)間無關(guān)D 種群增長不受種群密度制約如圖為某種群在不同生態(tài)系統(tǒng)中的增長曲線，請(qǐng)仔細(xì)分析圖中曲線后回答問題。(1)如果種群處于一個(gè)理想的環(huán)境中，沒有資源和空間的限制，種群數(shù)量增長的曲線是 ？(2)如果將種群置于有限的自然環(huán)境中，種群數(shù)量增長曲線是 ？ab例 、下圖種群在理想環(huán)境中呈“J”型增長，在有環(huán)境阻力條件下呈“S”型增長。下列有關(guān)種群數(shù)量增長曲線及其應(yīng)用的敘述中正確的是()A當(dāng)種群數(shù)量達(dá)到e點(diǎn)后，增長率為0B種群增長過程中出現(xiàn)環(huán)境阻力是在d點(diǎn)之后C防治蝗災(zāi)應(yīng)在害蟲數(shù)量達(dá)到c點(diǎn)時(shí)進(jìn)行D漁業(yè)捕撈后需控制剩余量在b點(diǎn)例、如圖為種群數(shù)量增長曲線，有關(guān)敘述不正確的是()A改善空間和資源條件有望使K值提高BBC段種群增長速率逐漸下降，出生率小于死亡率C一般情況下，在B到C變化過程中，其天