第1章種群及其動態溫故知新種群密度死亡率性別比例年齡結構預測變化方向間接影響遷入率遷出率直接決定直接決定調查方法標記重捕法樣方法影響出生率第2節種群數量的變化主講教師：zeg聚焦1怎樣建構種群增長的模型？2種群的數量是怎樣變化的？問題探討我們的手上難免沾染細菌。細菌的繁殖速率很快，因而我們要常洗手。假設在營養和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌每20min就通過分裂繁殖一次。討論：細菌的生殖方式是怎樣的？二分裂大腸桿菌的增殖討論：計算一個細菌產生的后代在不同時間（單位為min）的數量，并填入下表。問題探討時間（min)020406080100120140160180分裂次數0123456789數量（個）1指數形式248163264128256512212223242526272829討論：第n代細菌數量的計算公式是什么？Nn=1×2n討論：72h后，由一個細菌分裂產生的細菌數量是多少？1×2216問題探討時間（min)020406080100120140160180分裂次數0123456789數量（個）1指數形式248163264128256512212223242526272829討論：初始數量為N0個細菌，第n代細菌數量(Nn)的計算公式是什么？Nn=N0×2n1建構種群增長模型的方法科學方法建立數學模型研究方法研究實例觀察研究對象，提出問題細菌每20min分裂一次，怎樣計算細菌繁殖n代后的數量？數學模型：用來描述一個系統或它的性質的數學形式。建立數學模型一般步驟：研究方法研究實例觀察研究對象，提出問題細菌每20min分裂一次，怎樣計算細菌繁殖n代后的數量？提出合理的假設在資源和生存空間沒有限制的條件下，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響科學方法研究方法研究實例觀察研究對象，提出問題細菌每20min分裂一次，怎樣計算細菌繁殖n代后的數量？提出合理的假設在資源和生存空間沒有限制的條件下，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響建立數學模型Nn=2nN代表細菌數量，n表示第幾代可為公式、坐標圖等。科學方法研究方法研究實例觀察研究對象，提出問題細菌每20min分裂一次，怎樣計算細菌繁殖n代后的數量？提出合理的假設在資源和生存空間沒有限制的條件下，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響建立數學模型Nn=2nN代表細菌數量，n表示第幾代對模型進行檢驗或修正通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正可為公式、坐標圖等。科學方法1.建構種群增長模型的方法計算一個細菌產生的后代在不同時間（單位為min）的數量，并填入下表。然后以時間為橫坐標，細菌數量為縱坐標，畫出細菌種群的增長曲線。時間（min)020406080100120140160180分裂次數0123456789數量（個）1指數形式248163264128256512212223242526272829Nn=1×2n數學公式一建構種群增長模型的方法0時間/min細菌數量/個10020030040050020406080100120140160180曲線圖曲線圖1.建構種群增長模型的方法Nn=1×2n數學公式教材P8一建構種群增長模型的方法數學公式0時間/min細菌數量/個10020030040050020406080100120140160180曲線圖曲線圖精確，但不夠直觀。直觀，但不夠精確。該公式和增長曲線，只是對理想條件下細菌數量增長的推測。在自然界中，種群的數量變化情況是怎樣的呢？Nn=1×2n數學公式一建構種群增長模型的方法1.建構種群增長模型的方法這兩種數學模型，各自有什么優缺點？思考·討論教材P8閱讀思考討論“分析自然界種群增長的實例”并思考相應問題。思考·討論分析自然界種群增長的實例資料1

1859年，一位來澳大利亞定居的英國人在他的農場中放生了24只野兔，一個世紀后，這24只野兔的后代竟超過6億只。漫山遍野的野兔不僅與牛羊爭食牧草，還啃噬樹皮，造成植被破壞，導致水土流失。直到人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數量得到控制。24只思考·討論資料220世紀30年代時，人們將環頸雉引入到美國的一個島嶼上，在最初的5年內，1937—1942年期間該種群數量的增長如右圖所示。討論：1.這兩個資料中種群增長有什么共同點?2.種群出現這種增長的原因是什么？3.這種種群增長的趨勢能不能一直持續下去？為什么？種群數量增長迅猛，且呈無限增長趨勢。食物充足，缺少天敵等。不能，因為資源和空間是有限的。問題探討我們的手上難免沾染細菌。細菌的繁殖速率很快，因而我們要常洗手。假設在營養和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌每20min就通過分裂繁殖一次。討論：初始數量為N0個細菌，第n代細菌數量(Nn)的計算公式是什么？Nn=N0×2n討論：在一個培養瓶中，細菌的數量會一直按照這個公式描述的趨勢增長嗎？不會，因為培養瓶中的營養物質和空間是有限的。思考·討論討論：4.環頸雉種群的增長曲線是否類似于細菌種群的增長曲線？類似，均成“J”形。2種群的“J”形增長2.種群的“J”形增長“J”形增長：自然界確有類似細菌在理想條件下種群數量增長的形式，如果以時間為橫坐標，種群數量為縱坐標畫出曲線來表示，曲線大致呈“J”形。0時間/min細菌數量/個10020030040050020406080100120140160180什么是理想條件？“J”形增長的數學模型（以數學公式表示）是怎樣的？模型假設“J”形增長的數學模型2.種群的“J”形增長食物和空間條件充裕氣候適宜沒有天敵(捕食和寄生天敵)沒有其他競爭物種等某種群理想狀態每年以一定的倍數增長第二年的數量是第一年的λ倍什么情況會出現理想狀態？①實驗室條件下；②當一個種群剛遷入到一個新的適宜環境時。問：第一年是N0，一年后是多少？t年后呢？二種群的“J”形增長某種群理想狀態每年以一定的倍數增長建立模型數學公式：Nt=N0

λtN0：為起始數量t：為時間Nt：表示t年后該種群的數量λ：表示該種群數量是一年前種群數量的倍數

曲線圖：時間(t)種群數量Nt模型假設“J”形增長的數學模型2.種群的“J”形增長二種群的“J”形增長λ=NtNt-1Nt-1Nt-1+增加的個體數=Nt-1Nt-1+新出生個體數-新死亡個體數==1+出生率-死亡率1+增長率=在一段時間內種群數量增加的量占初始數量的比例，是一個百分比，無單位對公式中“λ”的理解：“J”形增長的數學模型2.種群的“J”形增長對公式中“λ”的理解：“J”形增長的數學模型2.種群的“J”形增長增長率一段時間內凈增加的個體數占原來個體數的比例增長速率增長率=（現有個體數-原有個體數）/種群原有個體數單位時間內增加的個體數量增長速率=（現有個體數-原有個體數）/增長時間一個種群有1000個個體，一年后增加到1100，則該種群的增長率:×100%=10%1100-10001000增長速率為:=100個/年1100-10001年種群“J”形增長的增長率和增長速率曲線2.種群的“J”形增長增長率=（現有個體數-原有個體數）/種群原有個體數Nt=N0

λt時間（t）種群數量種群數量曲線NtN0＝×100％Nt－Nt-1Nt-1增長率＝末數－初數初數＝λ-1增長率曲線時間增長率增長特點：

種群的增長率是一定的，種群數量沒有上限。2.種群的“J”形增長只有λ＞1且為定值時，種群增長才為“J”形增長。增長率＝λ-1項目種群數量變化年齡結構λ>1

λ＝1

0<λ<1

λ＝0增加增長型相對穩定穩定型減少衰退型種群無繁殖，下一代將滅亡λ=1.1λ=1.2λ=0.8λ=1.0種群數量時間0λ值的生物學意義圖解Nt=N0

λt種群“J”形增長的增長率和增長速率曲線2.種群的“J”形增長Nt=N0

λt時間（t）種群數量種群數量曲線NtN0實質就是“J”形曲線的斜率＝增長速率＝末數－初數單位時間Nt－Nt-1(個)1(年)時間（t）增長速率增長速率曲線=（λ-1）N0λt-1增長速率呈指數函數增長特點：種群的增長率是一定的，種群數量持續增長，沒有上限。意義：反映了種群增長的潛力或者趨勢。種群“J”形增長特點和意義2.種群的“J”形增長2.種群的“J”形增長二種群的“J”形增長中國人口數據增長曲線世界人口數據增長曲線2.種群的“J”形增長如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會呈“J”形增長嗎？二種群的“J”形增長人口在20世紀大部分時期呈現出“J”形增長中國人口數據增長曲線世界人口數據增長曲線2.種群的“J”形增長3種群的“S”形增長3.種群的“S”形增長資料

生態學家高斯（G.F.Gause，1910—1986）曾經做過單獨培養大草履蟲的實驗：在0.5

mL培養液中放入5個大草履蟲，然后每隔24

h統計一次大草履蟲的數量。經過反復實驗，得出了如圖所示的結果。時間（天）0123456種群數量（個）520137319369375365K=375第5天后大草履蟲的數量在第幾天增長較快？第二天和第三天3.種群的“S”形增長K=375第5天后為什么大草履蟲種群沒有出現“J”形增長？由于隨著大草履蟲數量的增多，對食物和空間的競爭趨于激烈，導致出生率下降，死亡率升高。這種類型的種群增長稱為什么？種群的“S”形增長3.種群的“S”形增長“S”形增長：種群經過一定時間的增長后，數量趨于穩定，增長曲線呈“S”形。資源和空間有限；種群密度增大時；種內競爭加劇。“S”形增長原因：K=375出生率下降，死亡率升高出生率＝死亡率，種群穩定在一定的水平3.種群的“S”形增長環境容納量：一定的環境條件所能維持的種群最大數量稱為環境容納量，又稱K值。K值分析：K=375（1）K值是不是種群數量的最大值？不是；K值是種群在一定環境條件下所能維持（允許達到）的種群最大數量。這個值存在的時間很短，種群數量可能會超過K值。3.種群的“S”形增長K值分析：K=375（3）在環境條件沒有變化的情況下，種群數量到達K值后就不再變化了嗎？不是；在K值上下波動，動態平衡。（2）同一種群的K值是固定不變的嗎？不是一成不變的。K值會隨著環境的改變而發生變化，當環境遭到破壞時，K值會下降；當環境條件狀況改善時，K值會上升。3.種群的“S”形增長“S”形增長曲線圖分析：AB段：種群基數小，需要適應新環境，增長較緩慢；適應期資源和空間豐富，出生率升高，種群數量增長迅速；快速增長期資源和空間有限，種群密度增大，種內競爭加劇，出生率降低，死亡率升高，種群增長減緩；緩慢增長期出生率約等于死亡率，種群增長速率幾乎為0，種群數量達到K值，且維持相對穩定。飽和期種群數量為K/2，種群增長速率達到最大；BC段：C點：DE段：CD段：K種群數量時間0BCDEt1t2AK/23.種群的“S”形增長種群“S”形增長的增長率和增長速率曲線E點：對應的種群增長速率為0，數量最大，為K值C點：對應的種群增長速率最大,為K/2值。S型曲線增長速率曲線增長速率時間ABCDEt1t2S型曲線增長率曲線增長率0t1t2時間K種群數量時間0BCDEt1t2AK/2KK/2個體百分比時間t0K出生率死亡率3.種群的“S”形增長出生速率或死亡速率時間t0t1t2出生速率死亡速率K/2KK種群數量時間t0t1t2K/2K/2增長速率時間t0t1t2K②t1之前，種群數量小于K/2值，由于資源和空間相對充裕，種群增長速率逐漸增大；③當種群數量為K/2值時，出生率遠大于死亡率，種群增長速率達到最大值；④t1～t2，由于資源和空間有限，當種群密度增大時，種內斗爭加劇，天敵

數量增加，種群增長速率逐漸下降；⑤t2時，種群數量達到K值，此時出生率等于死亡率，種群增長速率為0。①t0時，種群數量N0，種群增長速率為0；K值的表示方法和K值的變化K/2增長速率時間t0t1t2K出生速率或死亡速率時間t0t1t2出生速率死亡速率K/2KK種群數量時間t0t1t2K/2個體百分比時間t0K出生率死亡率種群數量達到K值時，種群—增長停止種群數量在K/2值時，種群—增長最快3.種群的“S”形增長種群“J”形和“S”形增長曲線之間的關系兩種增長曲線的主要差異是：環境阻力的不同環境阻力(按自然選擇學說，它就是在生存斗爭中被淘汰的個體數量)。“J”形曲線無K值,無種內斗爭,無天敵。3.種群的“S”形增長K值與K/2值在實踐中的應用：實踐1：為了保護魚類資源不受破壞，并能持續地獲得最大捕魚量，應使被捕魚群的種群數量保持在什么水平？為什么？K種群數量時間0BCDEt1t2AK/2應使被捕魚群的種群數量保持在K/2水平，因為在這個水平上種群增長速率最大漁業捕撈應在

。K/2以后——“黃金開發點”3.種群的“S”形增長實踐2：怎樣做才能最有效的滅鼠？K種群數量時間0BCDEt1t2AK/2增大環境阻力→降低K值→防治老鼠如斷絕或減少它們的食物來源；養殖或釋放它們的天敵，等等。①降低環境容納量;②在

捕殺。K/2前滅鼠時及時控制種群數量，嚴防達到K/2值，若達到該值，會導致該有害生物成災。防治有害生物的根本措施。3.種群的“S”形增長實踐3：怎樣做才是保護大熊貓的根本措施？K種群數量時間0BCDEt1t2AK/2建立自然保護區，改善大熊貓的棲息環境，提高環境容納量。野生大熊貓種群數量銳減的最根本原因是野生大熊貓的棲息地遭到破壞，由于食物的減少和活動范圍的縮小，K值就會變小。3.種群的“S”形增長【總結】K值與K/2值的應用：K值減小環境阻力→增大K值→保護野生生物資源草原最大載畜量不超過K值→合理確定載畜量增大環境阻力→降低K值→防治有害生物K/2值漁業捕撈后的種群數量要在K/2值處K/2值前防治有害生物，嚴防達到K/2值處思考·討論環境容納量與現實生活討論：1.有人說目前世界人口數量已經達到地球的環境容納量，必須采取更加嚴格的措施控制人口出生率；有人卻認為科技進步能提高地球對人類的環境容納量，例如，育種和種植技術的進步，能提高作物產量，從而養活更多人口。對此你持什么觀點？有哪些證據支持你的觀點？由于世界范圍內存在的資源危機和能源緊缺等，目前世界人口數量已經達到地球的環境容納量，必須采取更加嚴格的措施控制人口出生率。隨著科技進步，農作物產量不斷提高，人類開發、利用和保護資源的能力不斷加強，因而可以養活更多的人口。思考·討論討論：2.鼠害導致作物減產，蚊、蠅會傳播疾病。從環境容納量的角度思考，對家鼠等有害動物的控制，應當采取什么措施？對鼠等有害動物的控制，可以采取器械捕殺、藥物防治等措施。從環境容納量的角度思考，還可以采取措施降低有害動物種群的環境容納量，如將糧食和其他食物儲藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源；室內采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場所；養殖或釋放它們的天敵；搞好環境衛生；等等。自然環境中，種群增長的J形和S形曲線均可見到，但不像數學模型所預測的那樣光滑、典型。種群實際增長的變型是很多的!4種群數量的波動二種群的“J”形增長4.種群數量的波動在自然界，有的種群能夠在一段時期內維持數量的相對穩定。野牛獅群二種群的“J”形增長4.種群數量的波動但對于大多數生物，種群數量總是在波動中。種群數量波動周期性波動任何波動只要在兩個相鄰波峰之間相隔的時間基本相等就可稱之為周期性波動。非周期性波動反之則為非周期性波動。二種群的“J”形增長4.種群數量的波動周期性波動任何波動只要在兩個相鄰波峰之間相隔的時間基本相等就可稱之為周期性波動。了解季節性波動年間波動二種群的“J”形增長4.種群數量的波動非周期性波動反之則為非周期性波動。了解1913191719211925192919331937194119451949195319571961年份種群數量/相對值2468100某地區東亞飛蝗種群數量的波動該東亞飛蝗的種群數量在1913—1961年一直處于不規則的波動狀態二種群的“J”形增長4.種群數量的波動處在波動狀態的種群，在某些特定條件下可能出現種群爆發。蝗災鼠災赤潮二種群的“J”形增長4.種群數量的波動當種群長久處于不利條件下，如遭遇人類亂捕濫殺和棲息地破壞，種群數量會出現持續性的或急劇的下降。種群的延續需要有一定的個體數量為基礎。當一個種群的數量過少，種群可能會由于近親繁殖等而衰退、消亡。.視頻見U盤該課件文件夾探究·實踐培養液中酵母菌種群數量的變化探究·實踐實驗目的探究培養液中酵母菌種群數量的變化并總結影響種群數量變化的因素。實驗原理酵母菌是單細胞真核生物，屬于兼性厭氧菌。生長周期短，增殖速度快，可以用含糖的液體培養基來培養，通過細胞計數可以測定封閉容器內的酵母菌種群隨時間而發生的數量變化。其中，養分、氧氣、溫度和代謝廢物等是影響種群數量持續增長的限制因素。培養液探究·實踐材料用具實驗材料：酵母菌，無菌馬鈴薯培養液或肉湯培養液，實驗儀器：試管，血細胞計數板，滴管，顯微鏡等。提出問題：作出假設：培養液中酵母菌種群的數量是怎樣隨時間變化的？實驗思路：變量分析：自變量：時間；因變量：酵母菌數量；無關變量：培養液的體積等。酵母菌數量呈“S”形增長。探究·實踐實驗思路：將試管放在28℃的恒溫箱中培養7天培養將酵母菌接種到支試管中接種每天同一時間取樣計數酵母菌的數量，連續觀察7天并記錄這7天的數值。計數將10ml馬鈴薯培養液或肉湯培養液加入試管中準備探究·實踐實驗思路：如何求酵母菌種群數量？能不能用逐個計數法？不能，酵母菌增長速度太快，數量太多，應該用估算法計數方法：抽樣檢測法計數工具：血球計數板；顯微鏡探究·實踐血細胞計數板探究·實踐探究·實踐計數室探究·實踐紅框代表一個大格大格一個大格（計數室）分為25個中格（雙線邊）黃框代表一個中格一個中格分為16個小格1mm面積1mm21/25mm21/400mm2厚度（高度）0.1mm每個計數室（大方格）共有400小格，總容積為0.1mm3。探究·實踐9個大方格規格一：25×16型25個中方格每個中方格有16個小方格共有400個小方格A1A2A3A4A5探究·實踐A1A2A3A4A5計數一個小方格內酵母菌數量，再以此為依據估計培養液中酵母菌總數。探究·實踐對于壓在小方格界線上的酵母菌，應當怎么計數？只計數相鄰兩邊(記上不記下、記左不記右)及其夾角上的個體。如果小方格內酵母菌數量過多，難以數清，怎么辦？進行稀釋，重新制片，觀察計數。1mL培養液中細胞個數?1mL=103mm3X1mL=0.1mm3(10-4mL)小方格中細胞數量的平均值×400X=小方格中細胞數量的平均值×400×104×稀釋倍數探究·實踐規格二：16×25型A1A2A4A3計四角的4個中方格，共100個小方格中的酵母菌數量，記為a計四角和正中間的5個中方格，共80個小方格中的酵母菌數量，記為a酵母菌細胞個數/ml=(a/100)×400×104×稀釋倍數酵母菌細胞個數/ml=(a/80)×400×104×稀釋倍數A1A2A3A4A5規格一：25×16型探究·實踐實驗步驟：酵母菌培養液體培養基，無菌條件取樣取樣時，要振蕩培養基，目的是使酵母菌均勻分布于培養基中將含有酵母菌的培養液滴在蓋有載玻片的血細胞計數板上，在顯微鏡下觀察和計數，測定1mL培養液中的酵母菌個數。觀察并計數探究·實踐顯微鏡計數操作步驟：將蓋玻片放在計數室上用吸管吸取培養液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養液自行滲入到計數室內靜置數分鐘，待酵母菌細胞全部沉降到計數室底部，將計數板放在在載物臺中央，計數一個小方格內酵母菌數量蓋片加酵母菌培養液鏡檢計數探究·實踐實驗結果：第1天第3天第6天第7天怎么分辨死亡細胞和有活性的細胞？死亡細胞多集結成團，可以借助臺盼藍染色（死亡細胞呈藍色）。探究·實踐實驗結果：時間次數

1234567123平均重復組連續觀察7天，記錄每天的數值。記錄結果可設計成下面的記錄表：探究·實踐實驗結果：數學模型01234567時間/天種群數量出生率>死亡率出生率≈死亡率出生率<死亡率①營養物質消耗殆盡②有害代謝產物積累③pH改變酵母菌數量為何會下降？探究·實踐實驗結論：在適宜條件下，酵母菌種群呈“S”形增長；種群的增長速率是:先增加后減少，在K/2時增長速率最大。注意事項：先將蓋玻片放在計數室上，再用移液器或吸管將培養液滴在蓋玻片邊緣，讓培養液自行滲入的目的是？待酵母菌全部沉降到計數室底部再計數。探究·實踐避免因菌液過多頂起蓋玻片而使計數室體積改變，另外，也可防止氣泡產生。如果酵母菌未能全部沉降到計數室底部，要么能看清酵母菌但看不清格線，要么能看清格線但看不清酵母菌。注意事項：從試管中吸出培養液進行計數前要振蕩試管生物目的是？本探究需要設置對照嗎？如果需要，請討論對照組應怎樣設計和操作；如果不需要，請說明理由。探究·實踐使培養液中酵母菌分布均勻不需要，本實驗旨在探究培養液中酵母菌在一定條件下的種群數量變化，只要分組實驗，獲得平均數值即可。本實驗在連續培養并定時計數過程中形成自身對照。注意事項：本探究需要做重復實驗嗎？每個樣品應計數三次，取平均值有什么好處？探究·實踐需要。對每個樣品取樣3次，求平均值。減少誤差，使實驗數據更加準確探究·實踐影響酵母菌種群數量增長的因素:受培養液的成分、空間、pH、溫度、代謝產物等因素的影響拓展創新溫度對酵母菌種群數量增長有影響5、每天同一時間，各組取出試管，用血球計數板分別計數酵母個數，

并作記錄,連續觀察7天。實驗設計：1、取二支相同試管分別加入5ml無