種群數(shù)量的變化優(yōu)質(zhì)課比賽

種群數(shù)量的變化優(yōu)質(zhì)課比賽第1頁/共37頁細(xì)菌無處不在第2頁/共37頁細(xì)菌在繁殖過程中，種群數(shù)量是如何變化的呢？第3頁/共37頁問題探討在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細(xì)菌每20分鐘就通過分裂繁殖一代。

第4頁/共37頁任務(wù)1：請(qǐng)計(jì)算出一個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí)間（單位為min）的數(shù)量，并填入下表（教材P66）任務(wù)2：用公式表示出第n代的細(xì)菌數(shù)量Nn（20min時(shí)為第一代）時(shí)間分鐘20406080100120140160180細(xì)菌數(shù)量248163264128256512Nn=1×2n（N表示細(xì)菌數(shù)量，n表示繁殖代數(shù)）任務(wù)3：利用表格中的數(shù)據(jù)畫出細(xì)菌種群的增長曲線（教材P66）曲線圖與數(shù)學(xué)方程式比較，優(yōu)缺點(diǎn)？曲線圖：直觀，但不夠精確。方程式：精確，但不夠直觀。第5頁/共37頁一、研究種群數(shù)量變化的方法——構(gòu)建數(shù)學(xué)模型1、概念：用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式．2、類型：⑴數(shù)據(jù)分析表格式時(shí)間20406080100120140160180細(xì)菌數(shù)量⑵數(shù)學(xué)方程式Nn=2n⑶坐標(biāo)式（曲線圖、柱狀圖）第6頁/共37頁7一、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、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)4、通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌的數(shù)量，對(duì)自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟：Nn＝1×２n第7頁/共37頁試一試（用公式表示，不必計(jì)算具體結(jié)果）第8頁/共37頁第9頁/共37頁以上討論的是在實(shí)驗(yàn)條件下，種群的數(shù)量變化，自然界中的種群其數(shù)量變化有沒有類似的情況呢？第10頁/共37頁實(shí)例一：澳大利亞野兔1859年，一個(gè)英格蘭的農(nóng)民帶著24只野兔，登陸澳大利亞并定居下來，但誰也沒想到，之后的一個(gè)世紀(jì)里，這個(gè)澳洲“客人”的數(shù)量呈指數(shù)增長，達(dá)到6億只之多。第11頁/共37頁

實(shí)例二:

20世紀(jì)30年代,人們將環(huán)頸雉引入美國的一個(gè)島嶼，此后環(huán)頸雉的增長如上圖。第12頁/共37頁實(shí)例三：鳳眼蓮（水葫蘆）鳳眼蓮原產(chǎn)于南美，1901年作為花卉引入中國.由于繁殖迅速，又幾乎沒有競爭對(duì)手和天敵，我國目前有184萬噸.它對(duì)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.鳳眼蓮成為我國淡水水體中主要的外來入侵物種之一。第13頁/共37頁實(shí)例四：世界人口增長曲線第14頁/共37頁自然界確有類似細(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，曲線大致呈“J”型。第15頁/共37頁（2）數(shù)量變化特點(diǎn)：種群每年以一定的倍數(shù)增長(3)適用范圍：①實(shí)驗(yàn)室營養(yǎng)充分的條件下當(dāng)種群剛遷入到一個(gè)新的、適宜環(huán)境的早期階段（1）形成原因：理想狀態(tài)——食物充足，空間不限，氣候適宜，沒有天敵等（不存在環(huán)境阻力）二、種群增長的“J”型曲線第16頁/共37頁(4)數(shù)學(xué)方程式模型：Nt=N0λt模型假設(shè)：假設(shè)1：理想狀態(tài)假設(shè)2：后一年的數(shù)量始終是前一年的λ倍。二、種群增長的“J”型曲線Nt表示t年后該種群的數(shù)量N0為種群的起始數(shù)量λ表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)t為時(shí)間第17頁/共37頁（5）種群增長率：指單位時(shí)間內(nèi)凈增加的個(gè)體數(shù)占原個(gè)體數(shù)的比率計(jì)算公式:種群第t年的增長率:Nt－Nt－1Nt－1=λ－1種群年增長率隨時(shí)間變化的曲線：λ－1種群增長率時(shí)間增長率=（現(xiàn)有個(gè)體數(shù)－原有個(gè)體數(shù)）/原有個(gè)體數(shù)二、種群增長的“J”型曲線第18頁/共37頁19（6）種群增長速率：指單位時(shí)間內(nèi)新增加的個(gè)體數(shù)計(jì)算公式:種群第t年的平均增長速率Nt－Nt－1t－（t－1）個(gè)/年=N0λt－1（λ－1）個(gè)/年種群年均增長速率隨時(shí)間變化的曲線：時(shí)間種群增長速率增長速率=（現(xiàn)有個(gè)體數(shù)－原有個(gè)體數(shù)）/增長時(shí)間二、種群增長的“J”型曲線第19頁/共37頁20思考：當(dāng)λ>1,λ=1,0<λ<1,λ=0時(shí)，種群的數(shù)量變化分別會(huì)怎樣？(λ表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù))λ>1：種群數(shù)量呈“J”型增長λ=1：種群數(shù)量不增長0<λ<1：種群數(shù)量下降λ=0：種群滅亡二、種群增長的“J”型曲線注意：λ只表示種群增長的倍數(shù)（λ=）

而不是種群增長率，也不是種群增長速率。NtNt-1第20頁/共37頁21問題探討“J”型曲線能一直持續(xù)下去嗎？如何驗(yàn)證這個(gè)觀點(diǎn)？生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在0.5ml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。第21頁/共37頁（2）數(shù)量變化特點(diǎn)：種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定（穩(wěn)定于“K值”）（3）適用范圍：資源和空間有限的種群（自然種群）（1）形成原因：資源和空間有限等(存在環(huán)境阻力）三、種群增長的“S”型曲線第22頁/共37頁環(huán)境阻力

自然條件（現(xiàn)實(shí)狀態(tài)）——食物等資源和空間總是有限的，種群密度越大，種內(nèi)斗爭和種間競爭越劇烈，捕食者數(shù)量越多，導(dǎo)致該種群的出生率降低，死亡率增高。

當(dāng)出生率與死亡率相等時(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。出生率死亡率種群密度出生率或死亡率N0K第23頁/共37頁24三、種群增長的“S”型曲線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增長速率最快K值：環(huán)境容納量增長速率為零適應(yīng)期：個(gè)體數(shù)量較少，增長緩慢增長期：個(gè)體數(shù)量增加，增長加速穩(wěn)定期：增長減慢abc(4)數(shù)學(xué)模型（曲線圖）：第24頁/共37頁25三、種群增長的“S”型曲線（5）種群增長率隨時(shí)間變化的曲線：增長率=（現(xiàn)有個(gè)體數(shù)－原有個(gè)體數(shù)）/原有個(gè)體數(shù)時(shí)間種群增長率第25頁/共37頁增長速率=（現(xiàn)有個(gè)體數(shù)－原有個(gè)體數(shù)）/增長時(shí)間時(shí)間種群增長速率（6）種群增長速率隨時(shí)間變化的曲線：三、種群增長的“S”型曲線第26頁/共37頁271.乙圖0—g相當(dāng)甲圖b點(diǎn)之前，種群數(shù)量增長速率逐漸增加。ghKK/2abc甲h（K）種群數(shù)量增長速率0g（K/2）乙2.g點(diǎn)相當(dāng)甲中b，種群數(shù)量增長速率最大。3.乙圖g--h相當(dāng)甲圖b--c，種群數(shù)量增加，但增長速率逐漸減少。4.h點(diǎn)相當(dāng)甲中K，種群數(shù)量增長速率為0，種內(nèi)斗爭最激烈。時(shí)間第27頁/共37頁28思考討論①K值的應(yīng)用a.野生生物資源保護(hù)：保護(hù)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(chǔ)糧食、清除生活垃圾、保護(hù)鼠的天敵等)，降低K值。1、對(duì)保護(hù)大熊貓應(yīng)采取什么措施才會(huì)事半功倍？建立自然保護(hù)區(qū)，改善大熊貓棲息環(huán)境，提高K值。第28頁/共37頁29②K/2的應(yīng)用a.資源開發(fā)與利用：種群數(shù)量達(dá)到K/2時(shí)，種群增長速率最大，再生能力最強(qiáng)；對(duì)養(yǎng)殖的生物進(jìn)行捕撈(捕獲)時(shí)，捕撈后的種群數(shù)量要維持在K/2處，以保證持續(xù)獲取高產(chǎn)量。b.有害生物防治：務(wù)必及時(shí)控制種群數(shù)量，嚴(yán)防達(dá)到K/2處，甚至在a點(diǎn)以前就應(yīng)采取相應(yīng)措施。2、對(duì)家鼠等有害動(dòng)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？增大環(huán)境阻力，降低環(huán)境容納量（如封儲(chǔ)糧食，清除生活垃圾，養(yǎng)殖它們天敵）；降低K值。第29頁/共37頁四比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別J型曲線S型曲線前提條件種群增長率種群增長速率有無K值曲線環(huán)境資源無限環(huán)境資源有限保持穩(wěn)定不斷下降無，持續(xù)保持增長有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不斷增大先增大后減小直至0第30頁/共37頁31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度繁殖的特性。2、圖中陰影部分表示：環(huán)境阻力，種群密度越大環(huán)境阻力越大3、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?！癑”型曲線表明生物具有什么特性？圖中陰影部分表示什么？第31頁/共37頁答案是否定的，這個(gè)問題可以從兩個(gè)方面來理解：

①“S”型增長曲線的種群增長率是下降，而“J”型增長曲線的種群增長率始終保持不變。②“J”型增長曲線是一種理想條件下的種群數(shù)量增長曲線，如有些種群遷入一個(gè)食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害的理想環(huán)境，遷入后種群數(shù)量馬上就會(huì)呈指數(shù)形式增長，不存在適應(yīng)過程；而“S”型增長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。思考：“S”型增長曲線的開始部分是不是“J”型增長曲線？

時(shí)間種群數(shù)量J型曲線S型曲線K值第32頁/共37頁33

大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)之中的;在不利條件之下，還會(huì)急劇下降，甚至滅亡五種群數(shù)量的波動(dòng)和下降自然因素：食物、氣候、空間、傳染病、天敵等人為因素：人類的活動(dòng)人為控制（家禽，畜牧）捕殺野生動(dòng)物濫砍亂閥環(huán)境破壞影響生物生存第33頁/共37頁34六、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)。

（合理利用和保護(hù)野生生物資源）

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、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(shí)捕撈、采伐等提供理論指導(dǎo)。3、通過研究種群數(shù)量變動(dòng)規(guī)律，為有害生物的預(yù)測及防治提供科學(xué)依據(jù)。（為防治有害生物提供科學(xué)依據(jù)）

降低環(huán)境的負(fù)荷量（K值）。如