第1章

種群及其動態第2節

種群的數量變化本節聚焦1、怎樣構建種群增長的模型？2、種群的數量是怎樣變化的？問題探討完成P8表格，試以時間為橫坐標，細菌數量為縱坐標，畫出1個細菌種群的增長曲線2216

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就通過分裂繁殖一代。計算一個細菌在不同時間（單位為min）產生后代的數量。討論：1.第n代細菌數量的計算公式是什么？設細菌n代后數量為Nn，第n代的數量為：Nn=2n。2.72h后，由一個細菌分裂產生的細菌數量是多少？n＝60min×72h／20min＝216（代）時間（min)20406080100120140160180分裂次數123456789數量（個）248163264128216512指數形式2122232425262728290時間/min細菌數量/個10020030040050020406080100120140160180數學公式曲線圖Nn＝N0×2n科學、精確、不夠直觀直觀、不夠精確數學模型是用來描述一個系統或它的性質的數學形式建構數學模型的意義:描述、解釋和預測種群數量的變化。一、構建種群增長模型的方法建立數學模型科學方法研究實例

研究方法細菌每20min分裂一次，細菌數量是怎樣變化的？在資源和空間無限的環境中，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響Nn=2nN代表細菌數量，n表示第幾代觀察、統計細菌的數量，對自己建立的模型進行檢驗或修正研究對象，提出問題推出合理的假設根據實驗數據，用適當的數學形式對事物的性質進行表達通過進一步實驗或觀察等對模型進行檢驗或修正模型準備模型假設模型建立模型修正數學模型是用來描述一個系統或它的性質的數學形式。資料11859年一位來到澳大利亞定居的英國人在他的農場中放生了24只野兔。讓他沒有想到的是，一個世紀之后，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，還啃嚙樹皮，造成植被破壞，導致水土流失。后來，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數量得到控制。資料220世紀30年代人們將環頸雉引入某地一個島嶼。1937-1942年，這個種群數量的增長如右圖所示。P8思考討論:分析自然界種群增長的實例討論:1.這兩個資料中的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?4.野兔和環頸雉增長曲線是否類似于細菌種群的增長曲線？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。類似，均形成“J”形閱讀教材P8-10，回答以下問題：1.什么是“J”形增長？理想條件是？Nt、t、N0、λ分別是什么？2.什么是“S”形增長？為什么大草履蟲的種群數量是“S”形增長？3.什么是環境容納量？種群數量與其相等嗎？4.K值是不是固定不變的？5.保護大熊貓的根本措施是什么？6.種群數量一定維持相對穩定嗎？特定條件會出現什么情況？長久處于不利條件下呢？7.種群的延續需要有什么基礎？自主探究1.概念：在

條件下，以

為橫坐標，

為縱坐標，畫出的種群增長曲線大致呈“

”形。理想時間種群數量J理想條件是什么樣的條件？①食物和空間條件充裕②氣候適宜③沒有天敵(捕食和寄生天敵)④沒有其他競爭物種等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。“J”形增長的數學模型（公式）是怎樣的呢？二、種群的“J”形增長二、種群的“J”形增長假設:種群數量每年以一定的倍數(λ)增長。種群起始數量為N0N1=N0λN2=N1λ=N0

λ2

N3=N2λ=N0λ3

Nt=N0λtt年后該種群的數量種群的起始數量每年增長倍數時間λ=當年種群數量前一年種群數量曲線圖：時間(t)種群數量Nt數學模型：2.“J”形增長的數學模型公式：二、種群的“J”形增長3.“J”形增長的特點：Nt＝N0λt

表達式中，λ表示種群數量是前一年種群數量的倍數，不是增長率。項目種群數量變化年齡結構λ>1

λ＝1

λ<1

增加增長型相對穩定穩定型減少衰退型只有λ＞1且為定值時，種群增長才為“J”形增長。【思考】當λ＞1時，種群一定呈“J”形增長嗎？二、種群的“J”形增長【例1】①a段：“λ”＞1且恒定——種群數量

；②b段：“λ”盡管下降，但仍大于1，此段種群出生率大于死亡率—種群

數量

；③c段：“λ”＝1——種群數量

；④d段：“λ”＜1——種群數量

；⑤e段：盡管“λ”呈上升趨勢，但仍未達到1——種群數量

;

⑥至A點（或此前一年）時種群數量達到

。呈“J”形增長一直增長維持相對穩定逐年下降逐年下降最少二、種群的“J”形增長增長率增長速率含義計算公式舉例某種群有1000個個體,2年后增加到1100,則該種群的增長速率為:一個種群有1000個個體，2年后增加到1100，則該種群的增長率為:×100%=10%1100-10001000=50個/年1100-10002年單位時間內凈增加的個體數占原來個體數的比例單位時間內增加的個體數量現有個體數—原有個體數增長時間現有個體數—原有個體數種群原有個體數增長率=增長速率=4.辨析：“J”形增長的增長率和增長速率6.“J”形增長的增長率和增長速率二、種群的“J”形增長＝×100％增長率＝現有個體數-原有個體數Nt－Nt-1Nt-1原有個體數＝增長速率＝現有個體數-原有個體數時間Nt－Nt-1(個)t(年)時間（t）種群數量Ntλ-1（λ>1，且不變）時間（t）種群增長率實質：“J”形曲線的斜率時間/d增長速率（1）實驗室條件下。（2）種群剛剛遷入一個適宜生存新環境時。物種入侵二、種群的“J”形增長福壽螺原產中美洲的熱帶和亞熱帶地區，如阿根廷、玻利維亞、巴西、巴拉圭及烏拉圭等。廣泛分布于北美、亞洲、非洲等十多個國家，已成為世界性的外來入侵生物。也叫鳳眼蓮原產于南美，1901年作為花卉引入中國。由于繁殖迅速，又幾乎沒有競爭對手和天敵，在我國迅速繁殖，它對其生活的水面采取了野蠻的封鎖策略，擋住陽光，導致水下植物得不到足夠光照而死亡。5.“J”形增長模型實例：

如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會呈“J”形增長嗎？【實例分析】生態學家高斯的實驗：把5個大草履蟲置于0.5mL的培養液中，不更換到更大容器中，不添加新的培養液，連續觀察、記錄，第5天后基本維持375個左右，結果如下表：時間0123456數量520137319369375373請繪制大草履蟲的種群增長曲線時間/d種群數量/個K=375373.3369.020.4319.0137.2375.0三、種群的“S”形增長大草履蟲的數量在第二天和第三天增長較快第五天以后基本維持在375個左右。隨著大草履蟲數量增多，對食物和空間的競爭逐漸激烈，導致出生率下降，死亡率升高。三、種群的“S”形增長1.概念：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。2.“S”形增長形成原因：現實狀態①資源和空間有限②種群密度增大時③種內競爭加劇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此時種群達到的最大數量稱為什么？三、種群的“S”形增長3.K值：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。(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.(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。環境沒有改變的時候，種群數量在K值附近波動4.“S”形增長曲線分析AB段：種群基數小，需要適應新環境，出生率大于死亡率，增長較緩慢。BC段：資源和空間相對豐富，出生率升高，種群數量增長迅速。C點：種群數量為K/2，出生速率與死亡速率差值最大，種群增長速率達到最大。K種群數量時間0BCDEt1t2AK/2CD段：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。DE段：出生率等于死亡率，種群增長速率為0，種群數量達到K值，且維持相對穩定。調整期加速期轉折期減速期飽和期三、種群的“S”形增長三、種群的“S”形增長增長率＝現有個體數-原有個體數原有個體數增長速率＝現有個體數-原有個體數時間S形曲線增長率曲線增長率時間增長速率時間t1t2K/2KS形曲線增長速率曲線實質是“S”形曲線的斜率BC：出生率仍大于死亡率，但差值在減小，增長速率下降C點：出生率等于死亡率，種群增長速率為0AB:出生率大于死亡率，種群增長速率增加B點：出生率與死亡率差值最大，增長速率最大ABC4.“S”形增長曲線分析①增長速率先增大后減小，最后為0。②當種群數量為k/2時，增長速率達到最大。【對K值的應用】野生大熊貓種群數量銳減的關鍵原因是什么？保護大熊貓的根本措施是什么？

建立自然保護區，改善棲息環境，從而提高環境容納量。

野生大熊貓的棲息地遭到破壞，食物和活動范圍縮小，K值降低。場景1三、種群的“S”形增長【對K值的應用】三、種群的“S”形增長機械捕殺藥物捕殺施用避孕藥養殖、放養天敵斷絕或減少食物來源增大死亡率降低環境容納量控制家鼠數量的思路和相應具體措施有哪些？降低出生率是防治有害生物的根本措施。場景2硬化地面三、種群的“S”形增長【對K/2值的應用】

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—“黃金開發點”a.漁業捕撈應在

;捕撈后魚的種群數量維持在

。K/2以后K/2b.而殺蟲效果最好的時期在

。K/2以前場景3三、種群的“S”形增長“S”形“J”形環境阻力淘汰食物不足空間有限種內斗爭天敵捕食氣候、傳染病等環境阻力增大減小（1）某種群生活在一個較理想的環境中，則此種群數量增長的曲線是

。（2）如果此種群生活在一個有限制的環境中，種群數量增長的曲線是

。（3）圖中兩曲線間的陰影部分代表

，按自然選擇學說，就表示在生存斗爭中被

的個體數量。（4）環境阻力減小，K值

。環境阻力增大，K值

。【總結】三、種群的“S”形增長【總結】“J”形增長“S”形增長產生條件增長特點曲線聯系食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵和其他競爭物種等理想條件。資源和空間有限、受氣候變化影響、受其他生物制約。每種群數量以一定倍數增長，種群增長速率越來越快。種群增長速率先逐漸增大，K/2時增長最快，此后增長減緩，到K值時停止增長。“S”形增長是“J”形增長在自然界環境阻力作用下發展的必然結果。1.有人說目前全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?你有哪些證據支持你的觀點?世界范圍內存在的資源危機和能源緊缺等問題，說明地球上的人口可能已經接近或達到環境容納量，因此應當控制人口增長；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。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?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：①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；②室內采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場所；③養殖或釋放它們的天敵；④搞好環境衛生。思考討論：環境容納量與現實生活四、種群數量的波動1.在自然界，有的種群能夠在一段時間內維持數量的相對穩定某地草原上的野牛、獅種群數量相對穩定2.大多數生物的種群數量總是在波動中時間種群數量/相對值某地區東亞飛蝗種群數量的波動種群爆發：蝗災、鼠災、赤潮等下降:人類亂捕濫殺和棲息地破壞衰退和消亡：種群的數量過少，

近親繁殖說明：對于低于種群延續所需最小種群數量的物種，需要采取有效保護措施四、種群數量的波動東亞飛蝗在我國的大爆發沒有周期性規律，干旱是大爆發的主要原因。在黃河三角洲上的濕地草地，若遇到連年干旱，土壤中的蝗卵成活率就會提高，這是造成蝗蟲大爆發的主要原因。在淮河流域，前一年大澇，第二年飛蝗大發生的概率最大。故河北蝗區常出現“先澇后旱，螞蚱成片”，“大水之后，必鬧蝗災”的情況。拓展：種群數量的爆發四、種群數量的波動拓展：周期性波動和不規則波動四、種群數量的波動（1）有利于野生生物資源的合理利用及保護。

（2）對有害動物的防治。（3）有利于對瀕危動物種群的拯救和恢復。（4）為人工養殖及種植業中合理控制種群數量、適時捕撈、采伐等提供理論

指導。

探究實踐：培養液中酵母菌種群數量的變化實驗原理①酵母菌是兼性厭氧型、單細胞真核生物，生長周期短，增殖速度快，以出芽的方式進行繁殖。②用液體培養基培養酵母菌，種群的增長受培養液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響。③采用抽樣檢測法，利用血細胞計數板可以測定酵母菌種群數量，繪制酵母菌種群數量變化曲線。酵母菌出芽生殖探究實踐：培養液中酵母菌種群數量的變化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?培養液中的酵母菌開始呈“J”形增長；隨著時間推移，由于營養物質的消耗、有害代謝產物的積累、pH的改變，呈“S”形增長，甚至下降。設計并進行實驗配制酵母菌培養液:將10ml無菌馬鈴薯培養液或肉湯培養液加入試管中。接種：將酵母菌接種到試管中。培養：計數：將試管放在28℃的恒溫箱中振蕩培養7天。每天取樣計數酵母菌的數量，連續觀察并記錄7天的數值。抽樣檢測法先將蓋玻片放在血細胞計數板的計數室上用吸管吸取培養液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養液自行滲入用濾紙吸去多余的培養液計數一個小方格內的酵母菌數量，估算試管中酵母菌的總數稍待片刻，酵母菌全部沉降到計數室底部，計數板放在載物臺中央計數室方格網上刻有9個大方格，其中只有中間的一個大方格為計數室，供微生物計數用。1mm1mm計數室（中間大方格）的邊長為1mm，蓋上蓋玻片后，深度為0.1mm，其體積為

mm3，合

_______mL。0.11×10-41mL=1cm3探究實踐：培養液中酵母菌種群數量的變化血細胞計數板25×16型：計四角和正中間，共5個中方格，80個小方格A1A2A3A4A516×25型：計四角，共4個中方格，100個小方格A1A3A2A4探究實踐：培養液中酵母菌種群數量的變化1mL樣品中酵母菌數==100×400×104×稀釋倍數A1+A2+A3+A4=80×400×104×稀釋倍數A1+A2+A3+A4+A51mL樣品中酵母菌數=25(中格)×16(小格)16(中格)×25(小格)不管計數室是哪一種,每一大方格都是由16×25=25×16=400個小方格組成。探究實踐：培養液中酵母菌種群數量的變化設計表格記錄實驗結果：第1天第2天第3天第4天第5天第6天第7天重復1重復2重復3平均值根據數據，繪制曲線分析結果，得出結論培養液中酵母菌種群的數量前期呈“S”形增長。

開始時培養液的營養充足、空間充裕、條件適宜，因此酵母菌大量繁殖。

隨著酵母菌數量的不斷增多，營養物質消耗、pH變化、代謝產物積累、空間不足等，酵母菌種群數量下降。培養液的成分、空間、pH、溫度、代謝產物等。影響酵母菌種群數量增長的因素:第1天第4天第6天第7天思考：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：培養液中酵母菌種群數量的變化思考討論1、從試管中吸出培養液進行計數之前，建議你將試管輕輕振蕩幾次這是為什么？酵母菌會沉降在瓶底，輕輕振蕩幾次使培養液中酵母菌分布均勻，以減少誤差。4、如果一個小方格內酵母菌數量過多，難以數清，應當采取什么措施？稀釋適當倍數，一般用無菌水稀釋至每小格細胞數目為5~10個菌體為適宜范圍。5、對于壓在小方格界線上的酵母菌應當怎樣計數?只計相鄰兩邊及其夾角上的酵母菌，一般遵循“計上不計下，計左不計右”的原則。6、本實驗需要設置對照嗎?需要做重復實驗嗎?不需要對照,

在時間上形成前后自身對照。需要重復實驗，對每個樣品可計數三次，再取平均值，保證實驗數據的準確性。2、蓋蓋玻片和滴加培養液哪個步驟在前？先蓋蓋玻片，再滴加培養液于蓋玻片邊緣，讓培養液自行滲入。①蓋玻片可能由于已加入液滴的表面張力而不能嚴密地蓋到計數板表面，使計數室內液體增多，導致結果偏高。②直接滴加培養液時，在計數室內會產生氣泡，導致計數室相對體積減少而造成誤差。3、

為什么要待酵母細胞全部沉到底部后再計數？如果酵母菌未能沉降到計數室底部，通過顯微鏡觀察時就可能出現以下現象：

能看清楚酵母菌但看不清方格線;能看清楚方格線但看不清酵母菌。(1)從試管中吸出培養液進行計數前，需將試管輕輕振蕩幾次，目的是使培養液中的酵母菌均勻分布，減小誤差。(2)制片時先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。(3)制好裝片后，稍待片刻，待酵母菌全部沉降到計數室底部，再用顯