第27讲种群的特征与数量变化

1、第第27讲讲 种群的特征和数量变化种群的特征和数量变化考点一考点一 种群的数量特征及其关系种群的数量特征及其关系种群密度是种群种群密度是种群最基本最基本的数量特征的数量特征种群密度种群密度种群的个体数量种群的个体数量空间大小（面积或体积）空间大小（面积或体积）1 1、概念：种群在、概念：种群在单位面积或单位体积中单位面积或单位体积中的的 个体数。个体数。一、种群密度：一、种群密度：（步骤：（步骤：取样取样 计数求种群密度求平均值计数求种群密度求平均值） （1 1）样方法：）样方法： 在被调查种群的分布范围内，在被调查种群的分布范围内，随机随机选取选取若干若干个个样方样方，然后，然后计数计数每个

2、样方内的每个样方内的个体个体数，求得数，求得每个样方的每个样方的种群密度种群密度，再求出所有样方种群密，再求出所有样方种群密度的度的平均值平均值，作为该种群的种群密度的估计值，作为该种群的种群密度的估计值2、调查种群密度的方法：、调查种群密度的方法：常用的取样方法常用的取样方法 五点取样法五点取样法 当调查的总体为当调查的总体为非长条形非长条形时时, ,可用此可用此法取样。在总体中法取样。在总体中按按梅花形取梅花形取5 5个样方个样方, ,每个样方的长和宽每个样方的长和宽要求一致。这种方要求一致。这种方法法适用于调查植物适用于调查植物个体分布比较均匀个体分布比较均匀的情况。的情况。 五点取样法

3、示意图五点取样法示意图等距取样法等距取样法 当调查的总体为当调查的总体为长条形长条形时时, ,可用此法。先将调可用此法。先将调查总体分成若干等份查总体分成若干等份, ,由抽样比率决定距离或间隔由抽样比率决定距离或间隔, ,然后按这一相等的距离或间隔抽取样方的方法。然后按这一相等的距离或间隔抽取样方的方法。样方大小：乔木样方大小：乔木100m100m2 2、灌木、灌木16m16m2 2、草本、草本1m1m2 2样方法适用范围：样方法适用范围：P62植物种群、动物幼虫、虫卵、活动范围小的植物种群、动物幼虫、虫卵、活动范围小的动物种群的调查。动物种群的调查。随机取样随机取样 ：取样的关键是要做到：取

4、样的关键是要做到随机取样随机取样, ,不能参入主观因素不能参入主观因素计数时边框上的个体数：计数时边框上的个体数：计上计上不计下，不计下，计左计左不计右不计右（2 2）标志重捕法）标志重捕法：（适用于（适用于活动能力强、活动范围大活动能力强、活动范围大的动物的种的动物的种群密度的调查）群密度的调查）标志技术操作标志技术操作注意注意: : 1. 1.标志物和标志方法必须对动物的身体不会产标志物和标志方法必须对动物的身体不会产生对于寿命和行为的伤害。生对于寿命和行为的伤害。2.2.标志不能过分醒目。标志不能过分醒目。 3. 3.标志符号必须能够维持一定的时间标志符号必须能够维持一定的时间, ,在调

5、在调查研究期间不能消失。查研究期间不能消失。 前提：标志个体与未标志个体在前提：标志个体与未标志个体在重捕时被捕重捕时被捕的几率相等。的几率相等。 假定在调查区域中动物的总数为假定在调查区域中动物的总数为N N，第一，第一次捕获次捕获N N1 1个个体进行标记，然后放回原来的自个个体进行标记，然后放回原来的自然环境，经过一段时间后进行重捕，重捕的个然环境，经过一段时间后进行重捕，重捕的个体数为体数为N N2 2，其中已标记的个体数为，其中已标记的个体数为N N0 0，根据总根据总数数N N中标记比例与重捕取样中标记比例相等的中标记比例与重捕取样中标记比例相等的原则：原则：即即NNNN1 1=

6、N= N2 2 N N0 0 ，可得调查区域种群数量可得调查区域种群数量N=NN=N1 1N N2 2/N/N0 0。计算方法：计算方法： 在对某种鼠的调查中，调查范围为一公在对某种鼠的调查中，调查范围为一公顷，第一次捕获并标记顷，第一次捕获并标记3939只鼠，第二次捕获只鼠，第二次捕获3030只鼠，其中有标记的鼠是只鼠，其中有标记的鼠是1515只。请估算这只。请估算这个种群的密度。个种群的密度。N N：39=3039=30：1515 N=78 N=78例：例：19831983年，我国平均每年，我国平均每1010万人中出生万人中出生18621862个个孩子，我国人口在这一年的出生率为孩子，我国

7、人口在这一年的出生率为1.8621.862二、出生率和死亡率：二、出生率和死亡率：是指单位时间内是指单位时间内新产生的个体数目新产生的个体数目占占该种群个体总数该种群个体总数的比率。的比率。是指单位时间内是指单位时间内死亡的个体数目死亡的个体数目占占该种群个体总数该种群个体总数的比率。的比率。出生率：出生率：死亡率：死亡率：出生率死亡率：出生率死亡率：种群密度增长种群密度增长出生率和死亡率出生率和死亡率直接决定种群密度的大小直接决定种群密度的大小三、迁入率和迁出率三、迁入率和迁出率 对一个种群来说单位时间内对一个种群来说单位时间内迁入迁入和和迁出迁出的的个体占该种群个体总数的比率个体占该种群个

8、体总数的比率, ,分别称为分别称为迁入迁入率率和和迁出率迁出率。迁入率迁出率：迁入率迁出率：种群密度增长种群密度增长迁入率和迁出率迁入率和迁出率直接决定种群密度的大小直接决定种群密度的大小年龄组成：种群中各年龄期的个体所占比例。年龄组成：种群中各年龄期的个体所占比例。幼年幼年( (尚无生殖能力尚无生殖能力) )成年成年( (有生殖能力有生殖能力) ) 老年老年( (丧失生殖能力丧失生殖能力) )四、年龄组成和性别比例四、年龄组成和性别比例年龄的三个阶段：年龄的三个阶段：越来越小越来越小一段时间一段时间内稳定内稳定越来越大越来越大种群密度种群密度变化趋势变化趋势小于小于1 1等于等于1 1大于大

9、于1 1幼少、老多幼少、老多比例适中比例适中幼多、老少幼多、老少年龄组成年龄组成衰退型衰退型稳定型稳定型增长型增长型出生率出生率死亡率死亡率年龄组成一般分三种类型：年龄组成一般分三种类型： 性别比例性别比例 一个自然种群的性别比例是由于一个自然种群的性别比例是由于长期自然长期自然选择的结果选择的结果。指雌雄个体数目在种群中所占的比例。指雌雄个体数目在种群中所占的比例。性别比例对种群密度有一定影响。性别比例对种群密度有一定影响。直接反映种群的繁荣程度的特征是什么？直接反映种群的繁荣程度的特征是什么？能够直接决定种群大小变化的特征是什么？能够直接决定种群大小变化的特征是什么？能够预测种群变化方向的

10、特征是什么？能够预测种群变化方向的特征是什么？能够间接影响种群个体数量变动的特征是什么？能够间接影响种群个体数量变动的特征是什么？思考：思考：种群密度种群密度出生率和死亡率；迁入率和迁出率出生率和死亡率；迁入率和迁出率年龄组成年龄组成性别比例性别比例年龄组成年龄组成种群密度种群密度种群数量种群数量出生率和死亡率出生率和死亡率性别比例性别比例年龄组成年龄组成预测变化预测变化趋势趋势直接影直接影响响 影响影响小结小结: :迁入率和迁出率迁入率和迁出率决定决定三、种群的空间特征三、种群的空间特征均匀分布随机分布均匀分布随机分布 集群分布集群分布考点二考点二 种群数量的变化种群数量的变化一、建构种群增

11、长模型的方法一、建构种群增长模型的方法 在在营养和生存空间没有限制营养和生存空间没有限制的情况下，某的情况下，某1 1个细菌每个细菌每2020分钟分裂繁殖一代讨论：分钟分裂繁殖一代讨论：n n代细菌数量的计算公式？代细菌数量的计算公式？7272小时后由一个细菌分裂产生的细菌数量是小时后由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？多少？在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公式增长吗？个公式增长吗？Nnn解：解：n n 60min /hx72h60min /hx72h20min20min216216N Nn nn n 2 2216216不会不会2 4 8 16 3

12、2 64 128 256 512将数学公式（将数学公式（N=2N=2n n) )变为曲线图变为曲线图曲线图与数学方程式比曲线图与数学方程式比较，有哪些优缺点？较，有哪些优缺点？直观，直观，但不够精确。但不够精确。数学模型：数学模型：用来描述一个系统或它的性质的用来描述一个系统或它的性质的数学形式数学形式，如，如表格、曲线图、柱形图、公式表格、曲线图、柱形图、公式等等几种生物学模型构建的介绍几种生物学模型构建的介绍物理模型：以物理模型：以实物或图画实物或图画的形式的形式直观直观地表达地表达认识对象的特征认识对象的特征概念模型概念模型：把各类对象的关系用概念与概念把各类对象的关系用概念与概念之间的

13、关系来表述，用之间的关系来表述，用文字和符号文字和符号突出表达突出表达对象的主要特征和联系。例如：用对象的主要特征和联系。例如：用光合作用光合作用图解描述光合作用的主要反应过程图解描述光合作用的主要反应过程，甲状腺甲状腺激素的分级调节等激素的分级调节等 建立数学模型一般包括以下步骤：建立数学模型一般包括以下步骤：观察研究对象，观察研究对象，提出问题提出问题提出合理的假设提出合理的假设通过进一步的实验或观察等，通过进一步的实验或观察等，对模型进行检验或修正对模型进行检验或修正根据实验数据，用适根据实验数据，用适当的当的数学形式数学形式对事物对事物的性质进行表达的性质进行表达细胞每细胞每20min

14、20min分裂一次分裂一次资源空间无限多，细菌资源空间无限多，细菌种群的增长不受种群密种群的增长不受种群密度增加的影响度增加的影响观察、统计细菌数量，观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型对自己所建立的模型进行检验或修正进行检验或修正细菌的数量个理想条件下细菌数量增长理想条件下细菌数量增长的推测，自然界中有此类的推测，自然界中有此类型吗？型吗？某海岛上环颈雉种群数量的变化某海岛上环颈雉种群数量的变化种群迁入一个种群迁入一个新环境后新环境后，常常在，常常在一定时期一定时期内出内出现现“J”J”型增长型增长18591859年，一个英格年，一个英格兰的人带着兰的人带着2424只野只野兔，登陆澳大利亚

15、兔，登陆澳大利亚并定居下来，但谁并定居下来，但谁也没想到，一个世也没想到，一个世纪之后，这个澳洲纪之后，这个澳洲“客人客人”的数量呈的数量呈指数增长，达到指数增长，达到6 6亿亿只之巨。只之巨。 种群增长的种群增长的“J”J”型曲线实例型曲线实例世界人口的指数增长曲线世界人口的指数增长曲线种群增长的种群增长的“J”J”型曲线实例型曲线实例自然界确有类自然界确有类似的细菌在理想条似的细菌在理想条件下种群数量增长件下种群数量增长的形式，如果以的形式，如果以时时间为横坐标，种群间为横坐标，种群数量为纵坐标数量为纵坐标画出画出曲线来表示，曲线曲线来表示，曲线大致呈大致呈“”型型种群数量时间二、种群增长

16、的二、种群增长的“J”型曲线型曲线“J”型增长的数学模型型增长的数学模型 1 1、模型假设：、模型假设： 理想状态理想状态食物充足，空间不限，气候适食物充足，空间不限，气候适 宜，没有敌害宜，没有敌害等；等；（N N0 0为起始数量，为起始数量， t t为时间，为时间，N Nt t表示表示t t年后该种群的年后该种群的数量，数量，为增长倍数）为增长倍数） 2 2、种群、种群 “ “J”J”型增长的数学模型公式：型增长的数学模型公式：Nt=N0 t 种群的数量每年以一定的倍数增长，第种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的二年是第一年的倍。倍。存在环境阻力存在环境阻力自然条件（现实状态）

17、自然条件（现实状态）食物等资源和食物等资源和空间总是有限的，种内竞争不断加剧，捕食者空间总是有限的，种内竞争不断加剧，捕食者数量不断增加。导致该种群的出生率降低，死数量不断增加。导致该种群的出生率降低，死亡率增高亡率增高当出生率与出生率相等时，种群的增长就会当出生率与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平停止，有时会稳定在一定的水平 例例 生态学家高斯的实验：生态学家高斯的实验：P67P67种群数量达到环境所能维种群数量达到环境所能维持的最大值（持的最大值（K K值值）后，将）后，将停止增长并在停止增长并在K K值值左右保持左右保持相对稳定。相对稳定。 K K值值：在环境条件

18、不受破坏：在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所的情况下，一定空间中所能能维持维持的种群的种群最大最大数量称数量称为为环境容纳量环境容纳量。种群增长的种群增长的“J”型曲线型曲线种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线 在食物（养在食物（养料）和空间条件料）和空间条件充裕、气候适宜、充裕、气候适宜、没有敌害等理想没有敌害等理想条件下，种群的条件下，种群的数量往往会连续数量往往会连续快速增长快速增长. . 在食物（养在食物（养料）和空间等有料）和空间等有限的条件下，种限的条件下，种群数量呈现群数量呈现S型增型增长趋势长趋势. .N0:该种群的起始该种群的起始 数量数量:种群数量是一种群数量是一

19、年前的倍数年前的倍数Nt = N0tK值：环境容纳量值：环境容纳量k/2处：种群增长处：种群增长 速度最快速度最快种群增长的种群增长的“J”型曲线型曲线 种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线 1 1、同一种群的、同一种群的K K值是固定不变的吗？值是固定不变的吗？2 2、对大熊猫应采取什么保护措施？、对大熊猫应采取什么保护措施？3 3、对家鼠等有害动物的控制，应采取什么措、对家鼠等有害动物的控制，应采取什么措施？从环境容纳量的角度看，能得到什么启发？施？从环境容纳量的角度看，能得到什么启发？4 4、种群数量达到、种群数量达到K K值时，都能在值时，都能在K K值维持稳定值维持稳定吗？受那些因

20、素的影响吗？受那些因素的影响? ? 大约在大约在18001800年，年，人们把绵人们把绵羊引入澳羊引入澳大利亚塔大利亚塔斯马尼亚斯马尼亚岛以后的岛以后的种群增长种群增长曲线。增曲线。增长初期显长初期显出出“S”S”型型曲线。曲线。资源有限条件下的种群增长资源有限条件下的种群增长18501850年后在年后在170170万头上下作不规律的波动。万头上下作不规律的波动。 大多数种群的数量总是在大多数种群的数量总是在波动之中波动之中的，在的，在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡四、种群数量的波动和下降四、种群数量的波动和下降 影响种群数量的因素：影响种群数量的因素

21、：气候、食物、天敌气候、食物、天敌、传染病等传染病等疑点、难点疑点、难点增长率（增长率（NtNtNoNo）/No/No100100（无单位）（无单位）增长速度（增长速度（NtNtNoNo）/t/t（有单位，如个（有单位，如个/ /年）年）增长速度是增长急缓的一种体现，增长速度是增长急缓的一种体现，而增长率则是增长速度升高或降低的一种体现。而增长率则是增长速度升高或降低的一种体现。 增长速度增长速度= =斜率斜率 增长率增长率= =增长数量变化量增长数量变化量/ /增长前数量增长前数量 增长速度越来越快增长速度越来越快增长速增长速度度v v( (个个/min)/min)248163264128

22、256512增长增长率率增长率不变增长率不变00.05 0.1 0.2 0.4 0.8 1.6 3.2 6.4 12.80.05 0.1 0.2 0.4 0.8 1.6 3.2 6.4 12.8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 时间时间种群增长率种群增长率J J型型 请绘出种群数量增长的请绘出种群数量增长的“J”J”型曲线型曲线和和“S”S”型曲线的型曲线的种群增长率种群增长率曲线？曲线？S S型型时间时间种群增长率种群增长率J J型型时间时间种群增长速度种群增长速度S S型型种群增长速度种群增长速度J J型型S S型型时间时间种群数量种群数量J J型型

23、时间时间种群增长率种群增长率J J型型时间时间种群数量种群数量KS S型型时间时间种群增长速度种群增长速度S S型型种群增长的两种曲线比较种群增长的两种曲线比较阴影部分代表环境阻力阴影部分代表环境阻力，也可表示达尔，也可表示达尔文自然选择学说中文自然选择学说中被淘汰的个体数被淘汰的个体数。K值的不同表示方法值的不同表示方法图中图中A A、B B、C C、D D时间所对应的种群数量为时间所对应的种群数量为K K值值，AA、CC、DD时间所对应的种群数量为时间所对应的种群数量为K/2K/2值。值。培养液中培养液中酵母菌酵母菌种群数量的变化种群数量的变化一般步骤一般步骤: :(1)(1)提出问题：培养液中酵母菌种群是怎样随时提出问题：培养液中酵母菌种群是怎样随时 间变化的？间变化的？(2)(2)作出假设：作出假设： (3)(3)讨论探究思路：讨论探究思路： (4)(4)制定计划：制定计划：(5)(5)实施计划：实施计划：(6)(6)分析结果，得出结论：分析结果，得出结论：(7)(7)表达和交流：表达和交流：(8)(8)进一步探究：进一步探究：血球计数板的结构：血球计数板的结构：1 1、四条纵沟槽隔出三个平台、四条纵沟槽隔出三个平台2 2、一条横槽将