42《種群數(shù)量的變化》

1、第2節(jié) 種群數(shù)量的變化一、建構(gòu)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(xì)菌每20min就通過分裂繁殖一代。一、建構(gòu)種群增長模型的方法時間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)數(shù)量（個）2481632641282565121234567891、填寫下表：計算一個細(xì)菌在不同時間（單位為min）產(chǎn)生后代的數(shù)量。2n代細(xì)菌數(shù)量Nn的計算公式是： Nn372小時后，由一個細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？1n解：n min xhminNn1n 細(xì)菌數(shù)量一、建構(gòu)種群增長模型的方法4、以時間為橫坐標(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。曲線圖與數(shù)學(xué)方程式

2、比較，有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？曲線圖：直觀，但不夠精確。數(shù)學(xué)方程式：精確，但不夠直觀。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、圖表等形式。一、建構(gòu)種群增長模型的方法 描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化，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1、觀察研究對象，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、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)Nn=2nN表示細(xì)菌數(shù)量，n表示第幾代4、通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正觀察、統(tǒng)計細(xì)菌的數(shù)量，對自

3、己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟：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。 實(shí)例二：鳳眼蓮原產(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”。自此以后鳳眼蓮被作為觀賞植物引種栽培，現(xiàn)已在亞、非、歐、北美洲等數(shù)十個國家造成危害。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

4、植物推廣種植，后逃逸為野生。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，成為我國淡水水體中主要的外來入侵物種之一。 實(shí)例三：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？二、種群增長的“J”型曲線1、產(chǎn)生條件： 理想狀態(tài)食物和空間條件充裕， 氣候適宜，沒有天敵等；2、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。3、量的計算：t年后種群的數(shù)量為 Nt=N0 t （N0為起始數(shù)量， t為時

5、間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，為年均增長率） 4、例子：實(shí)驗(yàn)室條件下、外來物種入侵、 遷移入新環(huán)境。問題探討在一個培養(yǎng)基中，細(xì)菌的數(shù)量會一直按照這個公式增長嗎？為什么？如何驗(yàn)證這個觀點(diǎn)？不會。原因是資源和空間是有限的。生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過這樣一個實(shí)驗(yàn)：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(shí)驗(yàn)，得出了如圖所示的結(jié)果。思考：1、曲線形狀象什么？其種群達(dá)到基本穩(wěn)定的數(shù)量值稱為什么？“S”型曲線2、大草履蟲數(shù)量增長過程如何？三、種群增長的“S”型曲線K值種群增長速率不斷減小種群數(shù)量K/2 K值時，三、種群增長的“S”型曲線種群數(shù)量達(dá)到K值時，種群增長速

6、率為零,但種群數(shù)量達(dá)到最大，且種內(nèi)斗爭最劇烈。種群數(shù)量在 K/2值時，種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/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K/2abcdghfe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e點(diǎn)。甲乙三、種群增長的“S”型曲線1、產(chǎn)生條件： 自然條件(現(xiàn)實(shí)狀態(tài))食物等資

7、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，死亡率升高。2、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），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、為了保護(hù)魚類資源不受破壞，并能持續(xù)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?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。這是因?yàn)樵谶@個水平上種群增長量最大 。2、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？從環(huán)境容納量的角度思考，可以采取措施降低環(huán)境容納量，如將食物儲藏在安全處，斷絕或減少它

8、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。比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別J型曲線S型曲線條件有無K值曲線環(huán)境資源無限環(huán)境資源有限無，持續(xù)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用達(dá)爾文的觀點(diǎn)分析“J”、“S”曲線時間種群數(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度繁殖的特性。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體數(shù)量，也即代表自然選擇的作用?！癑”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(shù)量的波動和下降 大多

9、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。在Faroe Islands上， 捕鯨現(xiàn)場成了血的海洋四、種群數(shù)量的波動和下降 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)量的變化氣候、食物、天敵、傳染病、人為等增或減增長、波動、穩(wěn)定、下降等影響種群數(shù)量變化的因素蒼鷺的保護(hù)云豹的保護(hù)野豬的保護(hù)救護(hù)被困的鯨魚全力防蝗減災(zāi)五、研究種群數(shù)量變化的意義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、

10、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、適時捕撈、采伐等提供理論指導(dǎo)。3、通過研究種群數(shù)量變動規(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構(gòu)成對原來物種的危害，即是否會構(gòu)成生物入侵。六、探究：培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1、酵母菌的繁殖方式主要是:2、酵母菌的呼吸方式是:兼性厭氧(可進(jìn)行有氧呼吸和無氧呼吸)回顧思考:出芽生殖3、酵母菌的培養(yǎng)條件要注意那些問題? 比如要用適宜的溫度培養(yǎng),

11、調(diào)節(jié)好PH值,溶氧量的控制等。 釀酒和做面包都需要酵母菌。這些酵母菌可以用液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)液）來培養(yǎng)。培養(yǎng)液中酵母菌種群的增長情況，與發(fā)酵食品的制作有密切關(guān)系。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。六、探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”例如：酵母菌的種群數(shù)量在營養(yǎng)條件有限的情況下呈“S” 型增長。溫度、資源會影響酵母菌的生長。問題 培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時間變化的？溫度會影響酵母菌的生長嗎？營養(yǎng)成分會影響酵母菌的生長嗎？

12、 作出假設(shè) 根據(jù)前面所學(xué)的知識，針對這一問題作出假設(shè)：討論探究思路 探究所需要的菌種和無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液、試管、血球計數(shù)板、滴管、顯微鏡等，都由老師提供。 在制訂計劃前，你需要思考以下問題，并與同學(xué)討論。1、怎樣進(jìn)行酵母菌的計數(shù)？ 提示：對一支試管中的培養(yǎng)液(可定為10ml)中的酵母菌逐個計數(shù)是非常困難的，可以采用抽樣檢測的方法：先將蓋玻片放在計數(shù)室上，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，多余培養(yǎng)液用濾紙吸去，稍待片刻，待酵母菌細(xì)胞全部沉降到計數(shù)室底部，將計數(shù)板放在載物臺的中央，計數(shù)一個小方格內(nèi)的酵母菌數(shù) 量，再以此為根據(jù)，估算試管中的酵母菌總數(shù)。 介紹:血球計數(shù)板的構(gòu)造血球計數(shù)板：是顯微鏡上的外掛物件，可用來測量細(xì)胞，細(xì)菌等一些微小物體的長度，還有就是測量數(shù)量，如單位體積細(xì)胞的數(shù)量。血球計數(shù)板是由一塊比普通載玻片厚的特制玻片制成的。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)。使酵母菌混合均勻。不需要，因不同時間取樣已形成對照。 需要。盡量減少誤差。對每個樣品計數(shù)三次,取其平均值。2、從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計數(shù)之前，建議你將試管輕輕振蕩幾次。這是為什么？ 3、本探究需要設(shè)置對照嗎？如果需要,請討論對照組應(yīng)怎樣設(shè)計和操作，如果不需要，請說明理由。 4、需要做重復(fù)實(shí)驗(yàn)嗎？ 時間（d）