種群數(shù)量的變化ppt課件.pptx

1、4.2 種群數(shù)量的變化,一、建構(gòu)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(shù)量的波動和下降 五、研究種群數(shù)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(shù)學(xué)模型研究,0 20 40 60 80 100,20 21 22 23 24 25,分裂,細菌繁殖產(chǎn)生的后代數(shù)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(shù)量的計算公式？ 72小時后由一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少,問題探討,Nnn,解：n 60min x72h20min216 Nnn 2216,1 2,2 4,3 8,

2、4 16,5 32,6 64,7 128,8 256,9 512,22,21,23,24,25,26,27,28,29,一、建構(gòu)種群增長模型的方法,一、建構(gòu)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(shù)量的計算公式是什么？ 72小時后，由一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少？ 在一個培養(yǎng)基中，細菌的數(shù)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(shù)量，n代表“代,細菌數(shù)量不會永遠按這個公式增長。可以用實驗計數(shù)法來驗

3、證,將數(shù)學(xué)公式（Nn2n）變?yōu)榍€圖,曲線圖與數(shù)學(xué)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(chǎn)生后代的數(shù)量,并填入下表,然后以時間為橫坐標(biāo),細菌數(shù)量為縱坐標(biāo),畫出細菌的種群增長曲線,曲線圖：直觀,但不夠精確。 數(shù)學(xué)公式：精確,但不夠直觀,8,數(shù)學(xué)模型：是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式可以為公式、圖表等,在描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化時，常常需要建立數(shù)學(xué)模型,一、建構(gòu)種群增長模型的方法,表現(xiàn)形式:數(shù)據(jù)分析表格式: 數(shù)學(xué)方程式: Nn=2n 坐標(biāo)式（曲線圖、柱狀圖,9,數(shù)學(xué)模型：是用來描述一個

4、系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式可以為公式、圖表等,在描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化時，常常需要建立數(shù)學(xué)模型,一、建構(gòu)種群增長模型的方法,表現(xiàn)形式:數(shù)據(jù)分析表格式: 數(shù)學(xué)方程式: Nn=2n 坐標(biāo)式（曲線圖、柱狀圖,討論：還有哪些生物學(xué)問題可以用數(shù)學(xué)模型來表示,孟德爾遺傳定律、DNA半保留復(fù)制,模型類型,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、真核生物三維結(jié)構(gòu)模型等,人體細胞與外界環(huán)境的物質(zhì)交換模型、血糖調(diào)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(shè),通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進行表達,細菌每20mi

5、n分裂一次，問題：細菌數(shù)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(shù)量，n表示第幾代,觀察、統(tǒng)計細菌數(shù)量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正,數(shù)學(xué)模型,建立數(shù)學(xué)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(shù)量增長的推測。在自然界中，種群的數(shù)量變化情況是怎樣的呢,二、種群數(shù)量的變化,種群數(shù)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(jié)果在一個世紀(jì)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,啃嚙樹皮,造成植被破壞,水土流失。直到引入了

6、黏液瘤病毒才使野兔數(shù)量得到控制,12,實例2：鳳眼蓮(水葫蘆)原產(chǎn)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(nèi)地各省，并作為觀賞和凈化水質(zhì)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(dǎo)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(jì)30年代，人們將環(huán)頸雉引入美國的一個島嶼。在19371942年期間，這個種群數(shù)量的增長如下

7、圖所示,如果以時間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線來表示，曲線大致呈什么型,美國某島嶼環(huán)頸雉種群數(shù)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(shù)量增長的形式，如果以時間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線來表示，曲線大致呈“”型,2.產(chǎn)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(chǎn)生的條件和時期怎樣,3.產(chǎn)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(shù)量 t：時間 Nt：t年后該種群的數(shù)量 ：增長的倍數(shù),表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù),1)模型假設(shè)：在食物和空間條件充裕、氣候適宜、

8、沒有敵害等理想條件下，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)建立模型： (3)模型中各參數(shù)的意義,t年后種群的數(shù)量為：Nt=N0 t,4. “J”型增長的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)可以判斷某種群動態(tài)：1種群數(shù)量上升，呈“J”型增長； =1種群數(shù)量穩(wěn)定不變；01，種群數(shù)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(shù)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(shù)量占初始數(shù)量的比例。計算公式：增長率=出生率-死亡率=（現(xiàn)有個體數(shù)-原有個體數(shù)）/種群原有個體數(shù),增長速率=（現(xiàn)有個體數(shù)-原有個體數(shù)）/增長時間,存在環(huán)境阻力,自然條

9、件（現(xiàn)實狀態(tài)）食物等資源和空間總是有限的，種內(nèi)斗爭不斷加劇，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)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(xué)家高斯曾經(jīng)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(shù)量。經(jīng)過反復(fù)實驗，得出了如圖所示的結(jié)果,1) S”型曲線:種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長曲線，稱為“S”型曲線,2)環(huán)境容納量(K值)：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(K值,1.概念,思考以下問題： (1)為什

10、么大草履蟲第二天、第三天增長較快，而第五天以后數(shù)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(chǎn)生條件,自然條件(現(xiàn)實狀態(tài))食物等資源和空間總是有限的，當(dāng)種群密度增大時，種內(nèi)斗爭不斷加劇，天敵數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致該種群的出生率降低，死亡率增高,2.特點,種群數(shù)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(shù)量K/2 K值時,種群數(shù)量達到K值時,種群增長速率為零,但種群數(shù)量達到最大,且種內(nèi)斗爭最劇烈,種群數(shù)量在 K/2值時,種

11、群增長速率最大,種群數(shù)量由0K/2值時,種群增長速率增大,K/2,轉(zhuǎn)折期，增長速率最快,K值：環(huán)境容納量,加速期，個體數(shù)量增加，增長加速,潛伏期，個體數(shù)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(nèi)斗爭不斷加劇，捕食者數(shù)量不斷增加,增長率穩(wěn)定不變 增長速率變大,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

12、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,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(shù)量增長曲線，為了使魚塘的總產(chǎn)量達到最大值，應(yīng)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(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

13、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(yīng)當(dāng)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(yīng)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(shù)量,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(xiàn)實的生態(tài)系統(tǒng)中，種群數(shù)量除增長外，還有

14、沒有其他變化,1.影響種群數(shù)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(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，都會引起種群數(shù)量的變化,三)種群數(shù)量的波動和下降,直接因素：間接因素：重要因素,2.影響結(jié)果：大多數(shù)種群的數(shù)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(shù)量的波動,1.為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理控制種群數(shù)量、適時捕撈、采伐等提供理論指導(dǎo)。 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

15、恢復(fù)瀕危動物種群：提高環(huán)境容納量,三、研究種群數(shù)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(shù)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(shù)量隨時間變化的情況,種群的數(shù)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

16、”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(shù)量隨時間呈現(xiàn)出怎樣的變化？ 2.作出假設(shè)： 酵母菌種群的數(shù)量隨時間呈S型增長,培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)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(shù)板計數(shù) 折算出總數(shù),培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化,血細胞計數(shù)板(血球計數(shù)板,方法名稱： 使用范圍,顯微計數(shù)(抽樣檢測,調(diào)查細胞數(shù)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(shù),1、血球計數(shù)板的結(jié)構(gòu),血球計數(shù)板是一種專門用于計算較大單細胞微生物數(shù)量的儀器，由一塊比普通載玻片厚的

17、特制玻片制成的，玻片中有四條下凹的槽，構(gòu)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(wǎng),方格網(wǎng)上刻有9個大方格，其中只有中間的一個大方格為計數(shù)室，供微生物計數(shù)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(shù)板的分區(qū)與分格,不管計數(shù)室是哪一種構(gòu)造，其每一大方格都是由1625=2516=400個小方格組成,2、計數(shù),1625型： 一般取四角的四個中方格（100個小方格）計數(shù),2516型： 一般計數(shù)四個角和中央的五個中方格（80個小

18、方格）的細胞數(shù),3、計算,b表示培養(yǎng)液稀釋倍數(shù)；用所數(shù)小方格中細胞總數(shù)/所數(shù)小方格數(shù)是為求得每個小方格中的細胞平均（總）數(shù),以1mm1mm0.1mm型為例,計數(shù)室容積為0.1mm3，則每個小方格的容積為1/4000mm3,酵母細胞個數(shù)1mL =100個小方格酵母菌細胞總數(shù)/10040010000稀釋倍數(shù),例1 通常用血球計數(shù)板對培養(yǎng)液中酵母菌進行計數(shù)，若計數(shù)室為1mm1mm0.1mm方格，由400個小方格組成。若多次重復(fù)計數(shù)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(shù)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

19、毫升藍藻的數(shù)量；將蓋玻片放在計數(shù)室上，用吸管吸取少許培養(yǎng)液使其自行滲入計數(shù)室，并用濾紙吸去多余液體。已知每個計數(shù)室由2516400個小格組成，容納液體的總體積為01 mm3,現(xiàn)觀察到圖中該計數(shù)室所示a、b、c、d、e 5個中格80個小格內(nèi)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(shù)量= 80個小方格細胞總數(shù)/8040010000稀釋倍數(shù)=n51000010=5n105,4、血球計數(shù)板的使用方法步驟,計數(shù)： 稍待片刻（約5min），待酵母菌細胞全部沉降到計數(shù)室底部后，將計數(shù)板放在載物臺的中央，先在低倍鏡下找到計數(shù)室所在位置后，再轉(zhuǎn)換高倍鏡觀察、計數(shù)并記錄,鏡檢計數(shù)室： 在

20、加樣前，先對計數(shù)板的計數(shù)室進行鏡檢。若有污物，則需清洗，吹干后才能進行計數(shù),加樣品： 將清潔干燥的血球計數(shù)板的計數(shù)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(shù)室，防止產(chǎn)生氣泡，充入細胞懸液的量以不超過計數(shù)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(shù)之前，要將試管輕輕震蕩幾下，這樣使酵母菌分布均勻，防止酵母凝聚沉淀，提高計數(shù)的代表性和準(zhǔn)確性，求得的培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量誤差小,問題二：從試管中吸出培養(yǎng)液進行計數(shù)之前，應(yīng)該將試管輕輕震蕩幾次，為什么,一個小方格內(nèi)酵母菌過多，難以數(shù)清,應(yīng)當(dāng)對培養(yǎng)液進行稀釋以便于酵母菌的計數(shù)。 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(shù)板計數(shù)，所得數(shù)值乘以稀釋倍數(shù)。以每小方格內(nèi)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(shù),問題三：如果一個小方格內(nèi)酵母菌過多，難以計數(shù)，應(yīng)當(dāng)采取怎樣的措施,對于壓在方格界線上的酵母菌應(yīng)當(dāng)計數(shù)同側(cè)相鄰兩邊上的菌體數(shù)，一般可采取“數(shù)上線不數(shù)下線，數(shù)左線不數(shù)右線”的原則處理，另兩邊不計數(shù),問題四：對于壓在小方格界限上的酵母菌，應(yīng)當(dāng)怎樣計數(shù),1、從試管中吸取培養(yǎng)液進行計數(shù)之前，要先將試管輕輕振蕩幾次，是什