生物：4.2《種群數(shù)量的變化》課件(新人教版必修3).ppt

Content,種群數(shù)量的變化,一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法,數(shù)學(xué)模型是用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的 。建構(gòu)數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟：觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題提出 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)?對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行 。,二、種群增長(zhǎng)的“J”型曲線,1.自然界確有類似細(xì)菌在 條件下種群數(shù)量增長(zhǎng)的形式，如果以 為橫坐標(biāo)， 為縱坐標(biāo)畫(huà)出曲線來(lái)表示，曲線則大致呈 型。,“J”,數(shù)學(xué)形式,合理的假設(shè),數(shù)學(xué)形式,檢驗(yàn)或修正,理想,時(shí)間,種群數(shù)量,預(yù)習(xí)綱要,2.“J”型增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型 模型假設(shè)：在食物和 條件充裕、氣候適宜、沒(méi)有 等條件下，種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)，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 。 模型中各參數(shù)的意義：N0為該種群的 ，t為時(shí)間， 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 。,三、種群增長(zhǎng)的“S”型曲線,種群經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長(zhǎng)曲線，稱為 型曲線。在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所維持的種群最大數(shù)量稱為 ，又稱為 。,K值,空間,敵害,Nt=N0t,起始數(shù)量,Nt,倍數(shù),“S”,環(huán)境容納量,四、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降,在自然界，影響種群數(shù)量的因素有很多，如 、食物、 、傳染病等。因此，大多數(shù)種群的數(shù)量總是在 中；在不利的條件下，種群數(shù)量還會(huì) 甚至消亡。,急劇下降,氣候,天敵,波動(dòng),一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法,（1）意義：數(shù)學(xué)模型是聯(lián)系實(shí)際問(wèn)題與數(shù)學(xué)規(guī)律的橋梁，具有解釋、判斷、預(yù)測(cè)等重要功能。在科學(xué)研究中，數(shù)學(xué)模型是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題和探索新規(guī)律的有效途徑之一。 （2）步驟：觀察研究對(duì)象是為了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探索規(guī)律，“細(xì)菌每20 min分裂一次”便是通過(guò)大量觀察和實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論； 合理提出假設(shè)是數(shù)學(xué)模型建立的前提條件，假設(shè)不同，所建立的數(shù)學(xué)模型不同，“細(xì)菌以指數(shù)函數(shù)增長(zhǎng)”便是合理的假設(shè)； 運(yùn)用數(shù)學(xué)語(yǔ)言進(jìn)行表達(dá)，即數(shù)學(xué)模型的表達(dá)形式“Nt=N0t”，也可以用更直觀的“J”型曲線表示。 對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。,要點(diǎn)整合,【說(shuō)明】數(shù)學(xué)模型的建立一般包括以下步驟： 觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題 提出合理的假設(shè) 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) 通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正,【例1】建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟是 ( ) A.提出假設(shè)觀察研究對(duì)象用數(shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行 表達(dá)檢驗(yàn)和修正 B.觀察研究對(duì)象提出假設(shè)檢驗(yàn)或修正用數(shù)學(xué)形式對(duì)事 物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá) C.觀察研究對(duì)象提出假設(shè)用數(shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行 表達(dá)檢驗(yàn)或修正 D.觀察研究對(duì)象用數(shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)檢驗(yàn) 或修正提出合理假設(shè),C,【解析】建立數(shù)學(xué)模型的大致過(guò)程是以下幾個(gè)步驟：首先要觀察研究對(duì)象并且分析、研究實(shí)際問(wèn)題的對(duì)象和特點(diǎn)，提出問(wèn)題；其次選擇具有關(guān)鍵性作用的基本數(shù)量關(guān)系并確定其間的相互關(guān)系，提出合理假設(shè)；接下來(lái)就要根據(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)，建立數(shù)學(xué)模型；最后一般要通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。,Content,1.在建構(gòu)種群的數(shù)學(xué)模型時(shí)，常用到的兩種模型是 和 ，其中 能更直觀地反映出種群數(shù)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)。 2.在理想狀況下，某種細(xì)菌三十分鐘繁殖一代，則第n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式是 ，該公式應(yīng)是該細(xì)菌的數(shù)量增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。,1.若某種群有成鼠a頭（計(jì)算時(shí)作為親代），每頭雌鼠一生產(chǎn)仔16頭， 各代雌雄性別比例均為11，子代幼鼠均發(fā)育為成鼠，所有個(gè)體的繁 殖力均相等，則從理論上計(jì)算，第n代產(chǎn)生的子代數(shù)為多少頭( ) A.a8n-1 B.a8n+1 C.a8n D.a8n-2,2n,數(shù)學(xué)模型,曲線圖,曲線圖,C,即學(xué)即練,Content,二、種群增長(zhǎng)的兩種情況,1.在理想狀態(tài)下的種群增長(zhǎng)“J”型曲線。 （1）含義：種群在“無(wú)限”環(huán)境中，即假定環(huán)境中空間、食物等資源是無(wú)限的，因而其增長(zhǎng)率不隨種群本身的密度而變化，這類增長(zhǎng)常呈指數(shù)增長(zhǎng)，又稱為“J”型增長(zhǎng)。 （2）說(shuō)明：嚴(yán)格地說(shuō)，與數(shù)學(xué)模型相同的種群，只限于“世代不相重疊的離散型增長(zhǎng)的生物種群（增長(zhǎng)是不連續(xù)、分步的）”。例如，一年生植物和許多一年生殖一次的昆蟲(chóng)。 2.在有限環(huán)境下的種群增長(zhǎng)“S”型曲線。 （1）含義：種群遷入一個(gè)新環(huán)境后，在一定時(shí)期內(nèi)種群的增長(zhǎng)大致符合“J”型曲線，隨著生活時(shí)間的延續(xù)，環(huán)境條件限制作用愈加明顯，逐漸接近環(huán)境的負(fù)載量即K值，種群數(shù)量就會(huì)停止增長(zhǎng)，呈現(xiàn)“S”型曲線。,Content,（2）特點(diǎn)。 “S”型曲線說(shuō)明種群實(shí)際增長(zhǎng)受到環(huán)境阻力的限制，因此環(huán)境所能容納的最大種群數(shù)量不是無(wú)限的，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。 種群數(shù)量由0K/2時(shí)，增長(zhǎng)率增大；種群數(shù)量為K/2時(shí)，增長(zhǎng)率最大，種群數(shù)量由K/2K時(shí)，增長(zhǎng)率不斷降低。當(dāng)N=K/2時(shí)，種群增長(zhǎng)率最高；當(dāng)N=K時(shí)，種群增長(zhǎng)率為零。 3.種群增長(zhǎng)的兩種曲線的比較 （）相同點(diǎn) 它們都表示種群數(shù)量隨時(shí)間變化而變化的關(guān)系，且都只研究種群數(shù)量變化中的增長(zhǎng)問(wèn)題。,Content,（）不同點(diǎn) 曲線比較(如圖所示),列表比較,Content,特別提醒： 兩種增長(zhǎng)方式的差異主要在于環(huán)境阻力對(duì)種群數(shù)量增長(zhǎng)的影響，即： “”型增長(zhǎng)曲線環(huán)境阻力“”型增長(zhǎng)曲線 注：環(huán)境阻力是指在種群生長(zhǎng)環(huán)境中存在著的限制種群增長(zhǎng)的因素。這些因素可以是有限的食物、廢物的積累、環(huán)境條件的變化或是生物之間的相互作用（種內(nèi)或種間）。,有限環(huán)境中種群增長(zhǎng)率的變化曲線(如圖所示)。 點(diǎn)時(shí)種群數(shù)量為/，此時(shí)增長(zhǎng)率最大；點(diǎn)時(shí)種群數(shù)量為K,此時(shí)增長(zhǎng)率為零。,Content,（）在生產(chǎn)中的應(yīng)用 在實(shí)際環(huán)境中，種群增長(zhǎng)一般都呈“”型曲線，但生物遷入一個(gè)新的環(huán)境后，一定時(shí)期內(nèi)的增長(zhǎng)可看作“”型增長(zhǎng)。 在“S”型曲線中，種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境容納量的一半（K/)時(shí)，種群增長(zhǎng)速率最大，資源再生能力最強(qiáng)。因此，在野生動(dòng)植物資源的合理開(kāi)發(fā)和利用方面，如漁業(yè)捕撈，應(yīng)在種群數(shù)量大于K/2時(shí)開(kāi)始捕撈，并且應(yīng)使捕撈后的種群數(shù)量保持在/值。這樣做既可獲得較大捕撈量，又可保持種群的高速增長(zhǎng)，不影響資源的再生。,特別提醒： 種群數(shù)量的變化用坐標(biāo)曲線來(lái)表示時(shí)，橫軸為時(shí)間，縱軸為種群數(shù)量（微生物由于數(shù)量太大，往往用種群數(shù)量的對(duì)數(shù)，即ln表示）。,【例2】如圖表示出生率、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(zhǎng)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(yú)類最易得到最大日捕 獲量,【解析】據(jù)圖可知，K/2時(shí)種群的凈補(bǔ)充量最大，所以控制有害動(dòng)物應(yīng)在其種群數(shù)量達(dá)到K/2之前，種群密度很小即該種群處于發(fā)展初期時(shí)進(jìn)行控制最為有效；控制人口增長(zhǎng)不能選擇在K/2時(shí)，且控制人口不能通過(guò)控制死亡率實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)降低出生率實(shí)現(xiàn)；種群在K/2時(shí)凈補(bǔ)充量最大，該圖可以為實(shí)踐中估算最大凈補(bǔ)充量提供依據(jù)；在K/2時(shí)捕撈魚(yú)類可使魚(yú)類資源得到持續(xù)性發(fā)展，但要得到最大日捕撈量應(yīng)在達(dá)到環(huán)境容納量即K值時(shí)進(jìn)行。,C,Content,1.同一種群的K值 ，會(huì)受到環(huán)境的影響，例如，當(dāng)旅鼠數(shù)量達(dá)到高峰時(shí)，植被因遭到過(guò)度啃食而被 ，引起 和 條件惡化，此時(shí)K值 ，因此會(huì)有更多的旅鼠餓死、 或 。當(dāng)旅鼠數(shù)量因 增加而下降到低谷時(shí)，植被又重新恢復(fù)， 和 條件又得到改善，K值 ，于是旅鼠數(shù)量又開(kāi)始上升。 2.在有害動(dòng)物的控制上，除采用 、 等措施外，還可以采取 或 它們的食物來(lái)源的措施，從而降低有害動(dòng)物種群的 ；在瀕危動(dòng)物的保護(hù)上，注重改善它們的 ，從而提高它們的 ，有利于種群的復(fù)蘇。,環(huán)境容納量,不是固定不變的,破壞,食物短缺,隱蔽,變小,外遷,被捕食,死亡率,食物,隱蔽,增大,器械捕殺,藥物捕殺,斷絕,減少,環(huán)境容納量,棲息環(huán)境,Content,2.某生態(tài)系統(tǒng)中生活著多種植食性動(dòng)物，其中某一植 物食性動(dòng)物種群個(gè)體數(shù)量的變化如圖所示。若不考 慮該系統(tǒng)內(nèi)生物個(gè)體的遷入與遷出，下列關(guān)于該種 群個(gè)體數(shù)量變化的敘述，錯(cuò)誤的是 （ ）,A.若a點(diǎn)時(shí)環(huán)境因素發(fā)生變化，但食物量不變，則a點(diǎn)以后個(gè)體數(shù)量 變化不符合邏輯斯諦增長(zhǎng) B.若該種群出生率提高，個(gè)體數(shù)量的增加也不會(huì)大幅超過(guò)b點(diǎn) C.天敵的大量捕食會(huì)導(dǎo)致該種群個(gè)體數(shù)量下降，下降趨勢(shì)與bc段 相似 D.年齡結(jié)構(gòu)變動(dòng)會(huì)導(dǎo)致該種群個(gè)體數(shù)量發(fā)生波動(dòng)，波動(dòng)趨勢(shì)與cd 段相似,A,即學(xué)即練,Content,三、探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”,1.實(shí)驗(yàn)原理 （1）酵母菌屬兼性厭氧型微生物，有氧時(shí)產(chǎn)生二氧化碳和水，無(wú)氧時(shí)產(chǎn)生二氧化碳和酒精。 （2）用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌，種群的增長(zhǎng)受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響。 （3）在理想的無(wú)限環(huán)境中，酵母菌種群的增長(zhǎng)呈“J”型曲線；在資源有限的環(huán)境中，酵母菌種群的增長(zhǎng)呈“S”型曲線。,2.設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn),Content,3.實(shí)驗(yàn)步驟 （1）將10 mL無(wú)菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中。 （2）將酵母菌接種到試管的培養(yǎng)液中并混合均勻。 （3）將試管在28條件下連續(xù)培養(yǎng)7天。 （4）每天取樣計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量，采用抽樣檢測(cè)的方法：將蓋玻片放在計(jì)數(shù)板上，用吸管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入計(jì)數(shù)板小方格內(nèi)，顯微觀察計(jì)數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)的菌種數(shù)，已知小方格的培養(yǎng)液厚度為0.1 mm，計(jì)算出培養(yǎng)液體積，換算出10 mL培養(yǎng)液中的酵母菌總數(shù)。 （5）分析結(jié)果、得出結(jié)論：將所得數(shù)值用曲線圖表示出來(lái)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出酵母菌種群數(shù)量變化的規(guī)律。嘗試?yán)L出酵母菌種群數(shù)量變化曲線。,Content,4.注意事項(xiàng) （）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)只計(jì)數(shù)相鄰兩邊及其頂角的酵母菌。 （）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，減少誤差。 （）結(jié)果的記錄最好用記錄表，表格如下：,（）每天計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量的時(shí)間要固定。 （5）培養(yǎng)和記錄過(guò)程要尊重事實(shí)，不能主觀臆造，應(yīng)真實(shí)記錄。,Content,5.表達(dá)和交流 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得如圖所示的增長(zhǎng)曲線。 （2）增長(zhǎng)曲線的總趨勢(shì)是先增加再降低。原因是在開(kāi)始時(shí)培養(yǎng)液的營(yíng)養(yǎng)充足，空間充裕，條件適宜，因此酵母菌大量繁殖，種群數(shù)量劇增，隨著酵母菌數(shù)量的不斷增多，營(yíng)養(yǎng)消耗，pH變化等，使酵母菌死亡率高于出生率，種群數(shù)量下降。 （3）影響酵母菌種群數(shù)量的因素可能有養(yǎng)料、有害代謝廢物等。,【例3】影響一片稻田里螟蟲(chóng)種群密度的直接因素中不包括（ ） A.水稻的長(zhǎng)勢(shì) B.季節(jié)的變化 C.青蛙的數(shù)量 D.土壤理化特性,D,【解析】土壤理化特性（包括含水量）直接影響水稻的長(zhǎng)勢(shì)，但不直接影響螟蟲(chóng)的種群密度。,Content,1.影響種群數(shù)量變化的內(nèi)因是 、 、 、 、 和 等特征，它們是種群統(tǒng)計(jì)學(xué)的重要特征。影響種群數(shù)量變化的外因是 、 和 等。其中， 對(duì)種群的生育力和死亡率有著 或 的影響。 2.研究生物種群數(shù)量變動(dòng)的規(guī)律和影響數(shù)量變動(dòng)的因素，特別是種群數(shù)量的 ，就有可能制訂控制種群數(shù)量的措施，對(duì)種群數(shù)量進(jìn)行 、 ，為生產(chǎn)服務(wù)。,預(yù)報(bào),出生率,死亡率,遷入率,遷出率,年齡結(jié)構(gòu),性別比例,食物,天敵,氣候,食物,直接,間接,自我調(diào)節(jié)能力,預(yù)測(cè),Content,3.某小組進(jìn)行“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化”實(shí)驗(yàn)時(shí)，同 樣實(shí)驗(yàn)條件下分別在4個(gè)試管中進(jìn)行培養(yǎng)（見(jiàn)下表），均獲得了“S” 型增長(zhǎng)曲線。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 （ ）,A.4個(gè)試管內(nèi)的種群初始階段都經(jīng)歷了“J”型增長(zhǎng) B.4個(gè)試管內(nèi)的種群同時(shí)達(dá)到K值 C.試管內(nèi)種群的K值與試管不同 D.試管內(nèi)的種群數(shù)量先于試管開(kāi)始下降,B,即學(xué)即練,Content,1.自然界中生存的生物，其種群數(shù)量是怎樣變化的？,（）自然界中，影響種群數(shù)量的因素有很多，如氣候、食物、天敵、傳染病等。因此，大多數(shù)種群的數(shù)量總是處于波動(dòng)中。 （）在不利的條件下，種群數(shù)量還會(huì)急劇下降甚至滅絕。如第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，捕鯨業(yè)停了下來(lái)，