種群數量的變化.ppt

決定種群的 大小和密度,種群密度,種群數量,出生率和死亡率,性別比例,年齡組成,預測變 化方向,直接影響,遷入率和遷出率,影響數 量變動,知識回顧,第2節(jié) 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,問題的提出,中國水利網：寧波、昆明、武漢等地，人躺在鋪滿鳳眼蓮的湖面上，可以不沉；上海去年3萬噸的鳳眼蓮打撈量，今年已翻了3倍有余，上升至10萬噸；鳳眼蓮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”。,問題的提出,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在，黔金絲猴的數量只有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，數量不到2000只，也處境瀕危。,假設你父親承包了一個水庫養(yǎng)魚蝦，如果一次投放的幼苗過多或延遲捕撈，由于環(huán)境的負載能力限制，都不能達到效益的最優(yōu)化；相反，如果大量捕撈，使魚蝦數量大大減少，其種群往往要經過相當長的延滯期才能進入指數增長期，對生產極為不利。那什么時候是捕撈的最佳數量期？ 問題：如何合理利用和保護生物資源？ 問題：種群的數量變化有怎樣的規(guī)律？,問題的提出,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、圖表等形式。,一、建構種群增長模型的方法,描述、解釋和預測種群數量的變化，常常需要建立數學模型。,一、建構種群增長模型的方法,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。,一、建構種群增長模型的方法,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1、填寫下表：計算一個細菌在不同時間（單位為min）產生后代的數量。,2n代細菌數量Nn的計算公式是： Nn 372小時后，由一個細菌分裂產生的細菌數量是多少？,1n,解：n 60min x72h20min216,Nn12n 2 216,一、建構種群增長模型的方法,4、以時間為橫坐標，細菌數量為縱坐標，畫出細菌的數量增長曲線。,一、建構種群增長模型的方法,1、觀察研究對象，提出問題,細菌每20分鐘分裂一次， 問題：細菌數量怎樣變化的？,2、提出合理的假設,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,3、根據實驗數據，用適當的數學形式對事物的性質進行表達,4、通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正,觀察、統(tǒng)計細菌的數量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正,建立數學模型一般包括以下步驟：,Nn1n,類型：,坐標式（曲線圖、柱狀圖）,數據分析表格式,數學方程式,Nn=2n,一、建構種群增長模型的方法,曲線圖與數學方程式比較，有哪些優(yōu)缺點？,曲線圖：直觀，但不夠精確。 數學公式：精確，但不夠直觀。,理想條件下細菌數量增長的推測：自然界中有此類型嗎？,“J”型曲線,實例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)現自己來到了天堂。因為這里有茂盛的牧草，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，兔子的數量達到6 億只以上，遍布整個大陸。,二、種群增長的“J”型曲線:,實例2、20世紀30年代,人們將環(huán)頸雉引入美國的一個島嶼,在1937-1942年期間，這個種群數量的增長如圖所示。,討論1：出現這種增長的原因有哪些？,“J”型增長的數學模型,理想狀態(tài)：食物充足，空間充裕，氣候適宜，沒有敵害等；,設（N0為起始數量， t為時間，Nt表示t年后該種群的數量，為年均增長倍數）,數學模型公式：,Nt=N0 t,種群的數量每年以一定的倍數增長，第二年是第一年的倍。,產生條件：,增長特點：,曲線圖：,“J”型曲線,“J”型曲線的增長率與增長速率,增長率：種群在單位時間內凈增加的個體數占原有個體總數的比率。,增長速率：增長速率是指單位時間種群增長數量。,問題探討,“J”型曲線能一直持續(xù)下去嗎？ 如何驗證這個觀點？,不會。原因是資源和空間是有限的；種群密度增大，種內斗爭，種間競爭，天敵捕食等加劇。即存在環(huán)境阻力,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。,大草履蟲種群的增長曲線,思考： 1、曲線形狀象什么？其種群達到基本穩(wěn)定的數量值稱為什么？,“S”型曲線,2、大草履蟲數量增長過程特點如何？,三、種群增長的“S”型曲線,K值,種群數量達到K值后，將停止增長并在K值左右保持相對穩(wěn)定。,三、種群增長的“S”型曲線,種群數量為K：,種群增長速率為零,種 群數量最大，種內斗 爭最劇烈。,種群數量為K/2：,種群增長速率最大,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量稱為環(huán)境容納量，又稱K值。,K/2,增長速率最快,K值：環(huán)境容納量,a,b,c,1. 乙圖0g相當甲圖b點之前，種群數量增長速率逐漸增加。,c,g,h,f,乙,（K/2）,K,K/2,a,b,c,甲,種 群 數 量 增 長 速 率,時間,0,g,（K/2）,h,（K）,乙,2. g 點相當甲中K/2，種群數量增長速率最大。,3. 乙圖g-h相當甲圖b-c，種群數量增長速率逐漸減少。,4. h 點相當甲中K，種群數量增長速率為0。,環(huán)境條件有限,增長率隨著種群密度的增加而按一定的比例下降,增長率=0,（2）“S”型增長曲線,三、種群增長的“S”型曲線,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。,增長特點：,種群數量達到環(huán)境所允許的最大值（K值），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,思考討論,1、同一種群的K值是固定不變的嗎？,2、對保護大熊貓應采取什么措施才會事半功倍？,環(huán)境條件改變，K值也隨之發(fā)生改變，即改善環(huán)境條件可使K值增大；如環(huán)境條件受到破壞，則K值將會減小。,建立自然保護區(qū)，改善大熊貓棲息環(huán)境，提高K值。,思考討論,4、為保護魚類資源不受破壞，并持續(xù)獲得最大捕魚量，被捕魚群種群數量保持在什么水平?,3、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？,增大環(huán)境阻力，降低環(huán)境容納量（如封儲糧食，清除生活垃圾，養(yǎng)殖它們天敵）；嚴防達到K/2。,種群數量達到K/2時，種群增長速率最大，再生能力最強； 對養(yǎng)殖的生物進行捕撈(捕獲)時，捕撈后的種群數量要維 持在K/2處，以保證持續(xù)獲取高產量。,思考討論,K值的應用 a.野生生物資源保護：保護野生生物生活環(huán)境，減小環(huán)境阻力，增大K值。 b.有害生物的防治：增大環(huán)境阻力(如為防鼠害而封儲糧食、清除生活垃圾、保護鼠的天敵等)，降低K值。,K/2的應用 a.資源開發(fā)與利用：種群數量達到K/2時，種群增長速率最大，再生能力最強；對養(yǎng)殖的生物進行捕撈(捕獲)時，捕撈后的種群數量要維持在K/2處，以保證持續(xù)獲取高產量。 b.有害生物防治：務必及時控制種群數量，嚴防達到K/2處，甚至在a點以前就應采取相應措施。,資源空間不限,資源有限,有K值,無K值,保持不變,逐漸減小,不斷增大,先增大，后減小，種群數量在K/2值處增長速率最大,J型曲線和S型曲線比較,種群數量連續(xù)增長，第二年是第一年的“”倍,種群增長到一定數量保持相對穩(wěn)定,用達爾文的觀點分析“J”、“S”曲線,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； 用達爾文的觀點分析指：通過生存斗爭被淘汰的個體數量，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？,四、種群數量的波動和下降,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。,四、種群數量的波動和下降,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。,環(huán)境因素,種群的出生率、死亡率、遷出和遷入率,種群數量的變化,影響種群數量變化的因素,五、研究種群數量變化的意義,1、為野生生物資源的合理利用及保護提供理論指導 。 既要使生物資源的產量達到最大，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)中合理控制種群數量、適時捕撈、采伐等提供理論指導。 3、通過研究種群數量變動規(guī)律，為有害生物的預測及防治提供科學依據。 降低環(huán)境的負荷量（K值）。如鼠害防治可通過嚴密封存糧食、清除生活垃圾、保護老鼠的天敵等措施來降低K值。 4、為引進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構成對原來物種的危害，即是否會構成生物入侵。,培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化,探究：,基 礎 回 顧 1、酵母菌 酵母菌是單細胞真核生物。 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，判斷細胞的死活探究膜的透性）,完成實驗,提出問題,作出假設,設計實驗,分析結果，得出結論,探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量 的動態(tài)變化,該探究活動中涉及4個科學方法： （1）數學模型法； （2）抽樣檢測法； （3）顯微觀察法； （4）微生物培養(yǎng)法。,3設計實驗：,將10mL無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中； 將酵母菌接種入試管中的培養(yǎng)液中混合均勻； 將試管在28條件下連續(xù)培養(yǎng)5d； 每天取樣計數酵母菌數量； 分析結果，得出結論。,是否設置對照組和多組重復實驗？,為什么要連續(xù)培養(yǎng)？,如何取樣計數？記錄表怎樣設計？計數時有哪些注意事項？,本實驗自變量是時間，接種前就是初始狀態(tài)，也就是對照組。,酵母菌的計數 （1）計數工具血球計數板,實物圖,正面圖,側面圖,計數室,滴液處,血球計數板是一種專門用于計算較大單細胞微生物的一種儀器。 計數時，常采用樣方法。,酵母菌的計數 （1）計數工具血球計數板,放大后的計數池,每塊計數板由H形凹槽分為2個同樣的計數池。 每個計數池分為9個大方格。,計數室（中間大方格）的長和寬各為1mm，深度為0.1mm，其體積為_mm3 ，合_mL。,0.1,110-4,16個小格,25個小格,25X16 = 400小格,16X25 = 400小格,每個計數室（大方格）共有400小格，總容積為0.1mm3,抽樣檢測： 516=80個小格,抽樣檢測： 425=100個小格,樣方法,酵母菌的計數 （2）計算： 每毫升培養(yǎng)液中的酵母菌細胞數是多少？,例2:酵母菌的計數通常用血球計數板進行，血球計數板每個大方格容積為0.1mm3 ，由400個小方格組成?，F對某一樣液進行檢測，如果一個小方格內酵母菌過多，難以計數，應先 后再計數。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。,例1 :在用血球計數板（2mm2mm方格）對某一稀釋50倍樣品進行計數時，發(fā)現在一個計數室內（蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為0.1mm）酵母菌平均數為16，據此估算10mL培養(yǎng)液中有酵母菌 個。,2x107,2108,稀釋,例3 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,酵母菌的計數 （3）計數的操作 稀釋： 將酵母菌培養(yǎng)液進行適當的稀釋；若菌液不濃，可不必稀釋。 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，則需清洗后才能進行計數。 加樣品： 在清潔干燥的血球計數板蓋上蓋玻片，再用無菌細口滴管將稀釋的酵母菌液由蓋玻片邊緣滴入一小滴（將計數室充滿即可），讓菌液沿縫隙自行滲入計數室。注意不可有氣泡產生。,（3）計數的操作顯微計數：靜止5分鐘后，先用低倍鏡（1610）找到計數室所在的位置。然后根據血球計數板規(guī)格，每個計數室選取5個（或4個）中方格中的菌體進行計數。每個小方格內約有5-10個菌體為宜。對于壓在小方格界線上的酵母菌應取相鄰兩邊及頂角計數。如遇酵母出芽，芽體大小達到母細胞的一半時，即作為兩個菌體計數。計數一個樣品要從兩個計數室中計得的值來計算樣品的含菌量。,關注本實驗中的幾個關鍵點： 酵母菌的計數 利用血球計數板計數法在顯微鏡下直接計數，是一種常用的微生物計數法，也叫做顯微計數法。 優(yōu)點：直觀、快速。 適用于稀釋的菌懸液（或孢子懸液），即液體培養(yǎng)基中菌體的計數。 此法計得的是活菌體和死菌體的總和，又稱為總菌計數法。,酵母菌的計數 討論：計數前還應有哪些步驟？需注意些什么？,酵母菌