公开课种群数量变化课件

1、怎怎样建构种群数量增长的模型？样建构种群数量增长的模型？种种群的数量是怎样变化的？群的数量是怎样变化的？什什么是环境容纳量？么是环境容纳量？影影响种群数量变化的因素有哪些？响种群数量变化的因素有哪些？时间min020406080细菌数量12481620211003222232425N代2代数亲本1代2代3代4代5代思考思考种群的研究核心就是种群的数量变动种群的研究核心就是种群的数量变动为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，数学模型建构数学模型建构是常用的方法之一。是常用的方法之一。建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法 用用来描述一个系统或它

2、的性质的数学形式：来描述一个系统或它的性质的数学形式： 1、 数学方程式法数学方程式法 2、坐、坐标曲线法标曲线法 是联系实际问题与数学的桥梁，具有解释、是联系实际问题与数学的桥梁，具有解释、 判断、预测等重要功能判断、预测等重要功能一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法时间时间（min)min)2020404060608080100100120120140140160160180180分裂次数分裂次数数量数量（个）（个）2 24 48 81616323264641281282562565125121 12 23 34 45 56 67 78 89 9填写下表：计算一个细菌在不同

3、时间（单位为填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为minmin）产生后产生后代的数量代的数量以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的数量以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的数量增长曲线。增长曲线。20406080100120140160时间时间/ /分钟分钟细菌数量细菌数量/ /个个曲线图：曲线图：直观，但不够精确直观，但不够精确数学公式：数学公式：精确，但不够直观精确，但不够直观曲线图与数学方程式比较，有曲线图与数学方程式比较，有哪些优缺点？哪些优缺点？第第1小时的增长率：小时的增长率：第第2小时的增长率：小时的增长率：第第3小时的增长率：小时的增长率：（8-1）/1100%=

4、700%（64-8）/8100%=700%（512-54）/64100%=700%种群的增长率：单位时种群的增长率：单位时间内种群数量增加的量间内种群数量增加的量占初始数量的比例。是占初始数量的比例。是个百分比，无单位个百分比，无单位时间时间（min)min)2020404060608080100100120120140140160160180180分裂次数分裂次数1 12 23 34 45 56 67 78 89 9数量数量（个）（个）2 24 48 8161632326464128128256256512512第第1小时的增长速率：小时的增长速率：第第2小时的增长速率：小时的增长速率：第第

5、3小时的增长速率：小时的增长速率：（8-1）=7/小时小时（64-8）=56/小时小时（512-64）=448/小时小时种群的增长速率：在单位时间内种群数量的改变数值。有单位，如个/年等时间时间（min)min)2020404060608080100100120120140140160160180180分裂次数分裂次数1 12 23 34 45 56 67 78 89 9数量数量（个）（个）2 24 48 8161632326464128128256256512512实例一：实例一：18591859年，一位英国人来到澳大利亚定居，他带来了年，一位英国人来到澳大利亚定居，他带来了2424只野只野

6、兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，这兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，这2424只野兔的后代竟达到只野兔的后代竟达到6 6亿只以上。漫山遍野的野兔与牛羊争食牧草，啃啮树皮，造成植亿只以上。漫山遍野的野兔与牛羊争食牧草，啃啮树皮，造成植被破坏，导致水土流失。被破坏，导致水土流失。后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。数量得到控制。 理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型种群迁入一个新环境后，常常在种群迁入一个新环境后，常常在一定时期内一定时期内出现出现“J”型增长。型增长。例例如，在如，在20世纪世纪30年代时，人们将年代时，人们将环

7、颈雉引入到美国的一个岛屿，环颈雉引入到美国的一个岛屿，在在19371942年期间，这个环颈年期间，这个环颈雉种群的增长大致符合雉种群的增长大致符合“J”型曲型曲线（右图）。线（右图）。 实例二实例二理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型自然界确有类似的细菌，自然界确有类似的细菌，在在理想条件下理想条件下种群数量的种群数量的增长会如图中增长会如图中J型曲线型曲线增长增长。其其理想条件是什么？理想条件是什么？气候适宜气候适宜食物充足食物充足空间充裕空间充裕外无天敌外无天敌二种群增长的二种群增长的“”型曲线型曲线J J型增长的数学模型型增长的数学模型模型中各参数的意义：模型中各参数的意义：

8、 N N0 0为某种动物种群的起始数量，为某种动物种群的起始数量，t t为时间，为时间， NtNt表示表示t t年后该种群的数量，年后该种群的数量， 表示该种群数量是一年前种群数量的表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。倍数。模型假设：在食物和空间条件充裕、模型假设：在食物和空间条件充裕、气候适宜、敌害等条件下，种群的数气候适宜、敌害等条件下，种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的数量是第一年的倍。倍。建立模型：建立模型：t t年后种群数量为：年后种群数量为： Nt = N0 t思考：思考：J型增长型增长模型中种群增长模型中种群增长率与率与 的关

9、系的关系是是？实实例三例三理想条件下的种群增长模型理想条件下的种群增长模型在大自然中在大自然中食物有限食物有限空间有限空间有限种内斗争种内斗争种间竞争种间竞争天敌捕食天敌捕食环境阻力环境阻力种群密度越大环境阻力越大种群密度越大环境阻力越大、高斯（高斯（19341934）把）把5 5个大草履虫置于个大草履虫置于0.5mL0.5mL的培养液中，每的培养液中，每隔隔2424小时统计一次数据，经过反复实验，结果如下：小时统计一次数据，经过反复实验，结果如下： 高斯对大草履虫种群研究的实验高斯对大草履虫种群研究的实验请绘制大草履虫的种群增长曲线请绘制大草履虫的种群增长曲线时间时间123456种群数量种群

10、数量30130340375370375第第1天的增长率：天的增长率：第第2天的增长率：天的增长率：第第3天的增长率：天的增长率：第第4天的增长率：天的增长率：（30-5）/5100%=500%（130-30）/30100%=333%（340-130）/130100%=161%（375-340）/340100%=4.44%时间时间123456种群数量种群数量30130340375370375第第1天的增长速率：天的增长速率：第第2天的增长速率：天的增长速率：第第3天的增长速率：天的增长速率：第第4天的增长速率：天的增长速率：（30-5）=25/天天（130-30）=100/天天（340-130）

11、=210/天天（375-340）=35/天天时间时间123456种群数量种群数量30130340375370375三三 种群增长的种群增长的“S S”型曲线型曲线在资源有限条件下的在资源有限条件下的情况下，情况下，种群经过一种群经过一定时间的增长后，数定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲量趋于稳定的增长曲线，线，K/2转折期，增转折期，增长速率最快长速率最快K K值：值：环境容纳量环境容纳量加速期，个体数量增加，增长加速加速期，个体数量增加，增长加速调整期，个体数量较少增长缓慢调整期，个体数量较少增长缓慢减速期，增长缓慢减速期，增长缓慢稳定期，增稳定期，增长速率为零长速率为零环境容纳量环境容纳

12、量: :在在环境条件不受破坏环境条件不受破坏的情况的情况下，一定空间中所能维持的下，一定空间中所能维持的种群最大数量种群最大数量称为环境容纳称为环境容纳量，又称量，又称K K值。值。1. 1.同一种群的同一种群的K K值不是固定不变的，会值不是固定不变的，会受到环境的影响受到环境的影响。 2.NK2.NK2 2，此时，此时种群增长速度种群增长速度最快，可最快，可提供的资源提供的资源数量也最多数量也最多 ，而又不影响而又不影响资源的再生资源的再生。 产生条件：产生条件：存在环境阻力：存在环境阻力：自然条件（现实状态）自然条件（现实状态）食物等资源和空间总是有限食物等资源和空间总是有限的，种内竞争

13、不断加剧，捕食者数量不断增加。导致该种的，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，死亡率增高群的出生率降低，死亡率增高当出生率与死亡率相等时，种群的增长就会停止，当出生率与死亡率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平有时会稳定在一定的水平增长特点：增长特点： 种群数量达到环境所允许的最大值（种群数量达到环境所允许的最大值（K K值）后，将停止增长并值）后，将停止增长并在在K K值左右保持相对稳定。值左右保持相对稳定。 20种群数量变化曲线与种群增长速率曲线的关系种群数量变化曲线与种群增长速率曲线的关系图乙的图乙的fgfg段相当于图甲的段相当于图甲的acac段段

14、图乙的图乙的g g点相当于图甲的点相当于图甲的c c点点图乙的图乙的ghgh段相当于图甲的段相当于图甲的cdcd段段图乙的图乙的h h点相当于图甲的点相当于图甲的dede段段K/2abcdghfe甲甲乙乙0K/2时逐渐增大时逐渐增大K/2 K时逐渐减小时逐渐减小在在 K/2时达到最大时达到最大在在K时增长速率为时增长速率为0增长速率变化：增长速率变化：种群数量变化：种群数量变化：在在K值时达到最大值时达到最大t0t1t2种种群群数数量量“S”型型增增长长曲曲线线（种群数量）（种群数量）K/2K种种群群数数量量增增长长速速率率时间时间D: 出生率死亡率，即出生率死亡率，即种群数量处于种群数量处于

15、K值。值。B: 出生率与死亡率之差出生率与死亡率之差最大，即种群数量处于最大，即种群数量处于K/2值。值。在生产中的应用在生产中的应用K/2 种群增长曲线的生产生活中的应用：种群增长曲线的生产生活中的应用： 有害动物的防治，应通过有害动物的防治，应通过降低降低其环境容纳量其环境容纳量 受保护动物的拯救和恢复，应通过改善其栖受保护动物的拯救和恢复，应通过改善其栖 息环境，息环境，提高提高K K值值。 生产上的捕获期应确定在种群数量略比生产上的捕获期应确定在种群数量略比K/2K/2多多 时最好；而杀虫时最好；而杀虫效果最好的时期在潜伏期（效果最好的时期在潜伏期（ K/2K/2以下以下）。）。K/2

16、K/2的应用的应用资源开发与利用资源开发与利用：种群数量达环境容纳量的一半时：种群数量达环境容纳量的一半时种群增长速率种群增长速率最大最大，再生能力最强，再生能力最强把握把握K/2K/2值处黄金开发点，维持被开发资源的种值处黄金开发点，维持被开发资源的种群数量在群数量在K/2K/2值处，可实现值处，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长既有较大收获量又可保持种群高速增长”，从而不影响种群再生，符合可持续发展的原则。从而不影响种群再生，符合可持续发展的原则。K/2 为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在

17、什么水平量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平? ?为什么？为什么？ 为了保护鱼类资源不受破坏，并能为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地持续地获得最大捕鱼量，根据种群获得最大捕鱼量，根据种群增长的增长的S S型曲线，型曲线，应使被捕鱼群的应使被捕鱼群的种群数量保持在种群数量保持在K K2 2水平。这是因水平。这是因为在这个水平上为在这个水平上种群增长量种群增长量最大最大 。有害生物防治：务必及时控制种群数量，有害生物防治：务必及时控制种群数量，严防达严防达K/2值处值处(若达若达K/2值处，可导致该有害生物值处，可导致该有害生物成灾，如蝗虫的防控成灾，如蝗虫的防控)K/2的应用的应用K/2提

18、示：提示：从环境容纳量的角度思考，可以采取措施从环境容纳量的角度思考，可以采取措施降低降低有害动物有害动物种群的种群的环境容纳量环境容纳量，如将食物储藏在安全处，断绝或减少它们的，如将食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；食物来源；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌等养殖或释放它们的天敌等同一种群的同一种群的K K值不是固定不变的，会受到环境的影响值不是固定不变的，会受到环境的影响思考思考怎样做才是最有效的灭鼠措施？怎样做才是最有效的灭鼠措施？ 思考思考怎样做才是保护大熊猫的根本措施？怎样做才是保护大熊猫的

19、根本措施？ 建立自然保护区，建立自然保护区，改善大熊猫的栖息改善大熊猫的栖息环境，环境，提高环境容提高环境容纳量纳量。K值是环境最大容纳值是环境最大容纳量。量。环境阻力代表自环境阻力代表自然选择的作用。然选择的作用。农、农、林、牧业生产就是在林、牧业生产就是在这个范围内谋求产量这个范围内谋求产量的提高的提高,其潜力有一定其潜力有一定限制。限制。总结总结比较种群增长两种曲线的联系与区别比较种群增长两种曲线的联系与区别J J型曲线型曲线S S型曲线型曲线前提条件前提条件种群增长率种群增长率有无有无K K值值曲线曲线环境资源无限环境资源无限环境资源有限环境资源有限保持稳定保持稳定先升后降先升后降无，

20、无，持续保持增长持续保持增长有有K K值值K K值：值：环境容纳量环境容纳量食物不足食物不足空间有限空间有限种内斗争种内斗争天敌捕食天敌捕食气候不适气候不适寄生虫寄生虫传染病等传染病等比较种群增长两种曲线的联系与区别比较种群增长两种曲线的联系与区别J J型曲线型曲线S S型曲线型曲线前提条件前提条件种群增长率种群增长率有无有无K K值值曲线曲线环境资源无限环境资源无限环境资源有限环境资源有限保持稳定保持稳定先升后降先升后降无，无，持续保持增长持续保持增长有有K K值值K K值：值：环境容纳量环境容纳量食物不足食物不足空间有限空间有限种内斗争种内斗争天敌捕食天敌捕食气候不适气候不适寄生虫寄生虫传

21、染病等传染病等比较种群增长两种曲线的联系与区别比较种群增长两种曲线的联系与区别种群在种群在没有环境阻力没有环境阻力的条件下呈现的条件下呈现“J J”型增长，实际上型增长，实际上是是“S S”型增长的最初阶段型增长的最初阶段，“J J”型增型增长是一定时间内的长是一定时间内的增长方式，增长方式，最终是以最终是以”S S”型增长结束型增长结束，这是这是生态因素生态因素和物种本身相互影响的结果和物种本身相互影响的结果时间时间种群种群数量数量J J型曲型曲线线S S型曲型曲线线K K值值比较种群增长两种曲线的联系与区别比较种群增长两种曲线的联系与区别33用达尔文的观点分析用达尔文的观点分析“J J”、

22、“S S”曲线曲线时间时间种群种群数量数量J J型曲型曲线线S S型曲型曲线线K K值值1 1、“J J”型曲线用达尔文的观点分析表明生物具有型曲线用达尔文的观点分析表明生物具有过度繁殖过度繁殖的特的特性。性。2 2、图中阴影部分表示：、图中阴影部分表示：环境阻力，环境阻力，种群密度越大种群密度越大 环境阻力越环境阻力越大大3 3、用达尔文的观点分析指：通过、用达尔文的观点分析指：通过生存斗争生存斗争被被淘汰淘汰的个体数量，的个体数量，也即代表自然选择的作用。也即代表自然选择的作用。“J J”型曲线表明生物具有型曲线表明生物具有什么特性？图中什么特性？图中阴影部阴影部分分表示什么？表示什么？大

23、多数种群的数量总是在波动之中的，大多数种群的数量总是在波动之中的， 东亚飞蝗种群数量的波动东亚飞蝗种群数量的波动（1 1）影响种群数量变化的因素：）影响种群数量变化的因素：A.A.内部内部/ /直接因素：直接因素：出生（死亡）率、迁入（出）率、年龄组成、性别比例。出生（死亡）率、迁入（出）率、年龄组成、性别比例。B.B.自然自然/ /间接因素：间接因素：空间、气候、食物、天敌、传染病、自然灾害等。空间、气候、食物、天敌、传染病、自然灾害等。C.C.人为人为/ /重重要因素：要因素：对野生生物的乱捕滥猎、对种群数量的人工控制等。对野生生物的乱捕滥猎、对种群数量的人工控制等。（2 2）种群数量变化

24、的类型：）种群数量变化的类型：增长，稳定，波动、下降等。增长，稳定，波动、下降等。（3 3）影响结果：）影响结果：大多数种群的数量总是在波动之中，在不利条件之下，还会急大多数种群的数量总是在波动之中，在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。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 种群的数量是由出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定的，因此，种群的数量是由出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定的，因此，凡是影响上述种群特征的因素，都会引起种群数量的变化凡是影响上述种群特征的因素，都会引起种群数量的变化环境因素环境因素种群的出生率、死亡率、迁出和迁入率种群的出生率、死亡率、迁出

25、和迁入率种群数量的变化种群数量的变化气候、食物、天敌、传染病等气候、食物、天敌、传染病等增或减增或减增长、波动、稳定、下降等增长、波动、稳定、下降等影响种群数量变化的因素影响种群数量变化的因素1 1、为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导、为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导 。 既要使生物资源的产量达到最大，又不危害生物资源的可持续发展，砍伐、捕捞、狩猎既要使生物资源的产量达到最大，又不危害生物资源的可持续发展，砍伐、捕捞、狩猎后，保证种群的增长速率为最大值。后，保证种群的增长速率为最大值。2 2、为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、采伐等提供理论指、为人工养殖及种植业

26、中合理控制种群数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。导。3 3、通过研究种群数量变动规律，为有害生物的预测及防治提供科学依据。、通过研究种群数量变动规律，为有害生物的预测及防治提供科学依据。 降低环境的负荷量（降低环境的负荷量（K K值值）。如鼠害防治可通过严密封存粮食、清除生活垃圾、保护老）。如鼠害防治可通过严密封存粮食、清除生活垃圾、保护老鼠的天敌等措施来降低鼠的天敌等措施来降低K K值。值。4 4、为引进外来物种提供理性的思考。、为引进外来物种提供理性的思考。 必须考虑所引入的外来物种是否会构成对原来物种的危害，即是否会构成生物入侵。必须考虑所引入的外来物种是否会构成对原来物种的危害，即是

27、否会构成生物入侵。五、研究种群数量变化的意义五、研究种群数量变化的意义1 1实验原理实验原理(1)(1)用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受培养液的用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受培养液的成分、空间、成分、空间、pHpH、温度等因素的影响。、温度等因素的影响。(2)(2)在理想的无限环境中，酵母菌种群的增长呈在理想的无限环境中，酵母菌种群的增长呈“J J”型型曲线；在有限的环境下，酵母菌种群的增长呈曲线；在有限的环境下，酵母菌种群的增长呈“S S”型曲线。型曲线。探究探究“培养液中酵母菌种群数量的变化培养液中酵母菌种群数量的变化”1 1显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，显微镜计数

28、时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应遵循应遵循“数上线不数下线，数左线不数右线数上线不数下线，数左线不数右线”的原则计的原则计数。数。2 2从试管中吸出培养液进行计数前，需将试管轻轻从试管中吸出培养液进行计数前，需将试管轻轻振荡几次，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减小振荡几次，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减小误差。误差。C2下图表示接种到一定容积培养液中的酵母菌生长曲线图，曲线下图表示接种到一定容积培养液中的酵母菌生长曲线图，曲线中哪段表示由于有限空间资源的限制使种内斗争增加（中哪段表示由于有限空间资源的限制使种内斗争增加（ ） ACD段（增长速度慢）段（增长速度慢） BDE段（速度

29、加快）段（速度加快） CEF段（变化速率加快）段（变化速率加快） DFG段（速度逐渐变慢）段（速度逐渐变慢）D3.（广东广西河南（广东广西河南2002）在一个玻璃容器内，）在一个玻璃容器内，装入一定量的符合小球藻生活的管养液，接装入一定量的符合小球藻生活的管养液，接种少量的小球藻，每隔一段时间测定小球藻种少量的小球藻，每隔一段时间测定小球藻的个体数量，绘制成曲线，如右图所示。下的个体数量，绘制成曲线，如右图所示。下列四图中能正确表示小球藻种群数量增长率列四图中能正确表示小球藻种群数量增长率随时间变化趋势的曲线是（随时间变化趋势的曲线是（ ）D4.池塘养鱼时，为保护池塘生态系统和长期保持较高的产

30、鱼量，应采取的最池塘养鱼时，为保护池塘生态系统和长期保持较高的产鱼量，应采取的最佳方案是（佳方案是（ ） A大量增加饵料的投入量大量增加饵料的投入量 B大量增加鱼苗的投入量大量增加鱼苗的投入量 C及时、适量的捕捞成鱼及时、适量的捕捞成鱼 D限制捕鱼限制捕鱼 C5 5、种群的指数增长（、种群的指数增长（J J型）是有条件的，条件之一是（）型）是有条件的，条件之一是（）A A在该环境中只有一个种群在该环境中只有一个种群B B该种群对环境的适应比其他种群优越得多该种群对环境的适应比其他种群优越得多C C环境资源是无限的环境资源是无限的D D环境资源是有限的环境资源是有限的C1.1.用牛奶瓶培养黑腹果蝇，观察成虫数量的变化，结果如下表：用牛奶瓶培养黑腹果蝇，观察成虫数量的变化，结果如下表：时间时间(天天)15913172125293337成虫数成虫数(只只)6102871131207270302327341根据表中数据分析，下列结论正确的是根据表中数据分析，下列结论正确的是( () )A A第第13132525天，成虫数量增长快的主要原因是个体生长加快天，成虫数量增长快的主要原因是个体生长加快B B