第3節(jié)種群數(shù)量的變化

觀察研究對象，提出問題提出合理假設(shè)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(jìn)行表達(dá)通過進(jìn)一步實驗，對模型進(jìn)行檢驗或修正第3節(jié)種群數(shù)量的變化一、建構(gòu)種群增長模型的方法細(xì)菌每20分鐘分裂一次在理想條件下細(xì)菌種群的增長不受種群密度增加的影響Nn=2nN：細(xì)菌數(shù)量，n：第幾代觀察統(tǒng)計細(xì)菌數(shù)量，對所建模型進(jìn)行檢驗修正【數(shù)學(xué)模型】描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。1例1在營養(yǎng)和生存空間無限的條件下，某種細(xì)菌每20min通過分裂繁殖一代，現(xiàn)設(shè)細(xì)菌的分裂是同步的，計算一個細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時間、世代的數(shù)量，填表并畫出種群的增長曲線。時間(min)20406080100120140160180世代t123456789細(xì)菌數(shù)量Nt212223242526272829236343230282624222018161412108642時間/min種群數(shù)量/個20406080100120140160180NtNt=2t123456789世代/tN:細(xì)菌數(shù)量t:第幾代數(shù)學(xué)方程式：Nt=N0·2tN0：為初始時細(xì)菌數(shù)量3Nt=N0·λt=1×2tN0：種群的起始數(shù)量Nt：第t世代該種群的數(shù)量t：世代數(shù)分析：在理想條件下，細(xì)菌種群的增長不受種群密度增加的影響，種群的世代凈繁殖率（某世代為上一世代的倍數(shù))λ將世代保持不變：λ=1+r＝1＋（B－D）r：種群增長率（r=B-D)B：種群出生率D：種群死亡率4時間種群數(shù)量Nt=N0·λt當(dāng)λ＞1時：當(dāng)λ＝1時：時間種群數(shù)量當(dāng)1＞λ＞0時：時間種群數(shù)量當(dāng)λ＝0時：時間種群數(shù)量雌體未繁殖λ＝0種群在下一代滅亡——在食物、空間充裕，氣候適宜，無敵害的理想條件下，種群世代不重疊，呈離散增長的種群數(shù)量模型。如：一年生植物和昆蟲。λ=1+r=1+(B-D)出生率(B)=死亡率(D)r=0λ=1種群數(shù)量穩(wěn)定出生率(B)＞死亡率(D)r>0λ>1種群數(shù)量不斷上升出生率(B)<死亡率(D)r<00<λ<1種群數(shù)量不斷下降5如圖所示，分析比較曲線1－4的λ、r、及B、D之間的數(shù)量關(guān)系、種群的數(shù)量變化趨勢：Nt=N0·λt種群數(shù)量時間λ1λ2λ3λ4Nt（t）λ=1+r=1+(B-D)（1）B1＞D1r1>0λ1＞1種群上升

B2＞D2r2>0λ2＞1種群上升B1-D1>B2-D2r1>r2λ1>λ2>1種群1上升較快（2）B3＝D3r3=0λ3＝1種群穩(wěn)定（3）B4＜D4r4<01＞λ4＞0種群下降6時間(t)種群數(shù)量Nt例21859年，24只野兔由英國帶到澳大利亞，100年后，其后代竟達(dá)到6億只以上，造成植被破壞，水土流失。引入黏液病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。分析：與上例比較，本例中野兔的世代是重疊的，種群的增長是連續(xù)的，在時間—種群數(shù)量坐標(biāo)系中繪出曲線。dNdt=(b-d)N=rN在食物、空間充裕，氣候適宜，無敵害的理想條件下，一個連續(xù)增長的種群其瞬時增長率與種群密度無關(guān)，將保持不變。假定在很短時間dt內(nèi)種群的瞬時出生率為b,瞬時死亡率為d，種群大小為N，則種群的瞬時增長率r=b-d，即：積分式：Nt=N0ert以種群大小Nt對時間t作圖，得上圖——“J”型曲線。7——在食物、空間充裕，氣候適宜，無敵害的理想條件下，連續(xù)增長的種群數(shù)量模型。出生率(b)=死亡率(d)r=0λ=1種群數(shù)量穩(wěn)定Nt=N0ert出生率(b)＞死亡率(d)r>0λ>1種群數(shù)量不斷上升時間(t)種群數(shù)量NtN0r<0時：出生率(b)<死亡率(d)r<00<λ<1種群數(shù)量不斷下降時間(t)種群數(shù)量NtN0r＝0時：瞬時增長率r=b-dλ=er時間(t)種群數(shù)量NtN0r>0時：8如圖所示，分析比較曲線1－4的λ、r、及B、D之間的數(shù)量關(guān)系、種群的數(shù)量變化趨勢：種群數(shù)量時間λ1λ2λ3λ4Nt（t）Nt=N0ert瞬時增長率r=b-dλ=er（1）B1＞D1r1>0λ1＞1種群上升

B2＞D2r2>0λ2＞1種群上升B1-D1>B2-D2r1>r2λ1>λ2>1種群1上升較快（2）B3＝D3r3=0λ3＝1種群穩(wěn)定（3）B4＜D4r4<01＞λ4＞0種群下降9二、“J”型增長的數(shù)學(xué)模型（P66）【模型假設(shè)】【建立模型】Nt=N0·λt時間(t)種群數(shù)量NtN0食物、空間條件充裕，氣候適宜，無敵害等理想條件下，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λ倍。t年后種群數(shù)量：λ=1+r=1+(B-D)【分析】同數(shù)學(xué)方程式相比，曲線圖表示的數(shù)學(xué)模型有什么局限性？出生率(B)＞死亡率(D)r>0λ>1種群數(shù)量不斷上升10環(huán)境容納量減速期開始期加速期轉(zhuǎn)折點飽和期時間種群數(shù)量K【高斯實驗分析】P67——漁、牧、林業(yè)資源利用最適期N0（K/2)三、種群增長的“S”型曲線(有限環(huán)境條件)（種群個體數(shù)少，密度增長緩慢）（隨個體數(shù)增加，密度增長加快）（密度增長最快）（密度增長變慢）（種群個體數(shù)達(dá)到K值而飽和Nt=K，種群增長為零，種群斗爭最劇烈）在有限資源環(huán)境下，隨著種群密度的增加，資源的缺乏，種群的數(shù)量能一直保持“J”型增長嗎？11在有限資源環(huán)境下，隨著種群密度的增加，資源缺乏，種群的出生率降低、死亡率升高，將使種群增長率降低。dNdt=r·N＝r=rm·(1-N/k)時間種群數(shù)量K環(huán)境容納量rm·(1-N/k)·N積分式：Nt=K/(1+ea-rt)式中a值取決于N0rm:種群在理想條件下的瞬時增長率r:種群在有限條件下的瞬時增長率每增加一個個體，就產(chǎn)生1/K的抑制影響：N/K為環(huán)境阻力【“S”型增長的數(shù)學(xué)模型】以種群數(shù)量Nt對時間t作圖，得下圖“S”型曲線。12dNdt=r·N＝rm·(1-N/k)·N當(dāng)K＞N時，種群正增長當(dāng)K＜N時，種群負(fù)增長當(dāng)K＝N時，種群呈穩(wěn)定平衡r和K參數(shù)的意義：r：物種潛在的增長能力（生殖潛能）K：環(huán)境容納量，在特定環(huán)境中種群密度可能的最大值。130N0K/2KN最大持續(xù)產(chǎn)量dN/dt種群的增長量種群數(shù)量魚類的最大捕獲量種群增長的“S”型曲線的另一種表現(xiàn)方式：14時間種群數(shù)量K環(huán)境容納量【分析】下圖為理想條件下和自然環(huán)境下的某生物種群數(shù)量變化曲線。圖中的陰影部分的含義？1、環(huán)境中影響種群增長的阻力：2、數(shù)量表示通過生存斗爭被淘汰的個體數(shù)量15【分析】同一種群的K值是否固定不變？大熊貓食物、活動范圍減少K值下降棲息地被破壞1珍稀野生動物的保護(hù)：大熊貓建自然保護(hù)區(qū)，改善棲息環(huán)境，擴大其生存空間，提高K值【應(yīng)用】【保護(hù)大熊貓的根本措施】2、有害動物的控制：家鼠斷食、切斷巢穴、養(yǎng)殖并釋放天敵——降低K值器械捕殺、藥物捕殺16四、種群數(shù)量的波動和下降【影響種群數(shù)量的因素】食物、天敵、傳染病、棲息空間、氣候、人類活動【分析】上述哪些因素的作用隨著種群的密度的變化而改變？種群數(shù)量Nt時間tKNt(種群數(shù)量)171、密度制約因素食物、天敵（捕食、寄生、競爭）、傳染病、棲息空間、【密度制約因素的反饋調(diào)節(jié)】時間/年種群數(shù)量例1：草（食物）對旅鼠的反饋調(diào)節(jié)作用例2：抑制物的分泌蝌蚪在種群密度高時分泌毒素桉樹在種群密度高時自毒現(xiàn)象例3：傳染病、寄生物對種群密度大的種群影響更大——①使種群數(shù)量相對穩(wěn)定或有規(guī)則的波動。②具反饋調(diào)節(jié)機制【分析】密度制約因素對種群數(shù)量影響的特點？18（減少）羊狼草（增加）（增加）（－）（減少）種群數(shù)量Nt時間tK羊Nt食物（草）天敵（狼）密度制約因素密度制約因素對種群數(shù)量的反饋調(diào)節(jié)192、非密度制約因素氣候、人類活動（如使用殺蟲劑）【分析】非密度制約因素對種群數(shù)量影響的特點？例：干旱導(dǎo)致蝗蟲的大發(fā)生人類使用殺蟲劑導(dǎo)致某害蟲種群數(shù)量驟減①引起種群數(shù)量不規(guī)則變動②作用本身沒有反饋調(diào)節(jié)，對種群數(shù)量的影響多為猛烈的、災(zāi)難性的。③其作用可被密度制約因素所調(diào)節(jié)。20五、研究種群數(shù)量變化規(guī)律及影響因素的意義1、有害動物的防治2、野生生物資源的保護(hù)和合理利用3、瀕危動植物種群的拯救和恢復(fù)21【探究】培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1【問題】培養(yǎng)液中酵母菌的數(shù)量是怎樣隨時間變化的？①在不同溫度下酵母菌的數(shù)量隨時間變化？②在不同通氣條件（通O2與通CO2）下酵母菌的數(shù)量隨時間變化？③在理想條件下酵母菌的數(shù)量隨時間變化？④在有限條件下酵母菌的數(shù)量隨時間變化？222【作出假設(shè)】圍繞具體問題，合理提出符合邏輯的假設(shè)時間種群數(shù)量K1K2233【討論探究思路】①材料用具：菌種、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、恒溫培養(yǎng)箱、充氣泵、顯微鏡等。②對酵母菌計數(shù)的方法——血球計數(shù)板直接計數(shù)法微生物計數(shù)室24微生物計數(shù)室（16×25）每小格長、寬都是0.05mm，深度為0.1mm，體積為：0.05×0.05×0.1=0.00025mm3整個計數(shù)室的的體積：0.00025mm3×16×25＝0.1mm3相當(dāng)于1/10000mL每mL菌數(shù)＝×400×10000×稀釋倍數(shù)80個小方格的菌數(shù)8025【操作步驟】2滴加已知稀釋濃度的菌懸液1蓋片從一側(cè)滴加，不要產(chǎn)生氣泡3鏡檢計數(shù)：靜置數(shù)分鐘，待全部細(xì)胞沉降到玻片表面，再鏡檢。計數(shù)時數(shù)上不數(shù)下，數(shù)左不數(shù)右稀釋度以每小方格內(nèi)有5－10個菌體為宜調(diào)整細(xì)準(zhǔn)焦螺旋，找到計數(shù)室內(nèi)上、下全部菌體。計數(shù)應(yīng)重復(fù)3次，取平均值從試管中吸取菌體培養(yǎng)液時，將試管輕震蕩幾次26實驗結(jié)果記錄表【分析】本實驗是否需要設(shè)計對照組？如何設(shè)計？274【制訂計劃】5【實施計劃】286【分析結(jié)果，得出結(jié)論】7【表達(dá)與交流】8【進(jìn)一步探究】種群數(shù)量時間Nt（D）291.美國某島上的環(huán)頸