第一章種群及其動(dòng)態(tài)第2節(jié)

種群的數(shù)量變化（第一課時(shí)）問(wèn)題探討2.72h后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？2216個(gè)。1.n代細(xì)菌數(shù)量Nn的計(jì)算公式是：Nn=2n可以用實(shí)驗(yàn)計(jì)數(shù)法來(lái)驗(yàn)證。我們的手上難免沾染細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快，因而我們要常洗手。假設(shè)在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒(méi)有限制的情況下，某種細(xì)菌20min就通過(guò)分裂繁殖一代。3.在一個(gè)培養(yǎng)瓶中，細(xì)菌的數(shù)量會(huì)一直按照這個(gè)公式描述的趨勢(shì)增長(zhǎng)嗎？如何驗(yàn)證你的觀點(diǎn)？不會(huì)，因?yàn)榕囵B(yǎng)瓶中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和空間是有限的。模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)化的概括性描述。物理模型數(shù)學(xué)模型概念模型注意：描述、解釋和預(yù)測(cè)種群數(shù)量的變化，常常需要建立數(shù)學(xué)模型溫故知新觀察分析提出問(wèn)題作出假設(shè)建立數(shù)學(xué)模型對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)修正研究方法研究實(shí)例細(xì)菌每20min分裂一次，怎樣計(jì)算繁殖n代的數(shù)量？在資源和生存空間沒(méi)有限制的條件下，細(xì)菌種群的增長(zhǎng)不會(huì)受種群密度增加的影響Nn=2nN代表細(xì)菌數(shù)量，n表示第幾代觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正1.定義：建立數(shù)學(xué)模型用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。2.步驟：一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法3.類型及優(yōu)缺點(diǎn)：建立數(shù)學(xué)模型一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法Nn=2n數(shù)學(xué)公式曲線圖優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：科學(xué)、精確不夠直觀直觀不夠精確時(shí)間/min020406080100120140160180繁殖代數(shù)0123456789細(xì)菌數(shù)量/個(gè)20248163264128256512請(qǐng)你算出一個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí)間數(shù)量，并填入下表，畫(huà)出細(xì)菌種群數(shù)量的增長(zhǎng)曲線。自然界中有類似細(xì)菌在理想條件下種群（呈J型）增長(zhǎng)的形式嗎？【資料一】1859年，一位來(lái)澳大利亞定居的英國(guó)人在他的農(nóng)場(chǎng)中放生了24只野兔，一個(gè)世紀(jì)后，這24只野兔的后代竟超過(guò)6億只。漫山遍野的野兔不僅與牛羊爭(zhēng)食牧草，還啃噬樹(shù)皮，造成植被破壞，導(dǎo)致水土流失。直到人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。24只一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法思考·討論：分析自然界種群增長(zhǎng)的實(shí)例【資料二】20世紀(jì)30年代時(shí)，人們將環(huán)頸雉引入到美國(guó)的一個(gè)島嶼上，在最初的5年內(nèi)，1937—1942年期間該種群數(shù)量的增長(zhǎng)如左圖所示。一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法思考·討論：分析自然界種群增長(zhǎng)的實(shí)例1.這兩個(gè)資料中的種群增長(zhǎng)有什么共同點(diǎn)？種群數(shù)量增長(zhǎng)迅猛，且呈無(wú)限增長(zhǎng)趨勢(shì)。2.種群出現(xiàn)這種增長(zhǎng)的原因是什么？食物充足、缺少天敵等。3.這種種群增長(zhǎng)的趨勢(shì)能不能一直持續(xù)下去？為什么？不能，因?yàn)橘Y源和空間是有限的。4.野兔和環(huán)頸雉種群的增長(zhǎng)曲線是否類似于細(xì)菌種群的增長(zhǎng)曲線？一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法思考·討論：分析自然界種群增長(zhǎng)的實(shí)例1.含義：二、種群的“J”形增長(zhǎng)在

條件下，以

為橫坐標(biāo)，

為縱坐標(biāo)，畫(huà)出的種群增長(zhǎng)曲線大致呈“

”形。理想時(shí)間種群數(shù)量J2.適用對(duì)象：①實(shí)驗(yàn)室條件下；②當(dāng)一個(gè)種群剛遷入到一個(gè)新的適宜環(huán)境時(shí)?！癑”形增長(zhǎng)需滿足哪些條件呢，數(shù)學(xué)模型（公式）是怎樣的呢？二、種群的“J”形增長(zhǎng)（2）建立模型(數(shù)學(xué)公式)

N1=N0λN2=N1λ=λ2N0N3=N2λ=λ3N0

食物和空間條件充裕氣候適宜沒(méi)有天敵(捕食和寄生天敵)沒(méi)有其他競(jìng)爭(zhēng)物種等3.“J”形增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型（1）模型假設(shè)（3）各參數(shù)的意義假設(shè):種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)(λ)增長(zhǎng)。種群起始數(shù)量為N0N1=N0λN2=N1λ=N0

λ2

N3=N2λ=N0λ3

Nt=N0λtt年后該種群的數(shù)量種群的起始數(shù)量每年增長(zhǎng)倍數(shù)時(shí)間λ=當(dāng)年種群數(shù)量前一年種群數(shù)量曲線圖：時(shí)間(t)種群數(shù)量Nt數(shù)學(xué)模型：二、種群的“J”形增長(zhǎng)二、種群的“J”形增長(zhǎng)（4）對(duì)“λ”的理解：Nt＝N0λt

表達(dá)式中，λ表示種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)，不是增長(zhǎng)率。項(xiàng)目種群數(shù)量變化年齡結(jié)構(gòu)λ>1

λ＝1

λ<1

增加增長(zhǎng)型相對(duì)穩(wěn)定穩(wěn)定型減少衰退型只有λ＞1且為定值時(shí)，種群增長(zhǎng)才為“J”形增長(zhǎng)。【思考】當(dāng)λ＞1時(shí)，種群一定呈“J”形增長(zhǎng)嗎？1-4年，種群數(shù)量呈___形增長(zhǎng)4-5年，種群數(shù)量__________5-9年，種群數(shù)量__________9-10年，種群數(shù)量_______10-11年，種群數(shù)量_____________11-13年，種群數(shù)量____________________________前9年，種群數(shù)量第_______年最高9-13年，種群數(shù)量第______年最低“J”增長(zhǎng)相對(duì)穩(wěn)定下降下降11-12年下降，12-13年增長(zhǎng)512【現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用】據(jù)圖說(shuō)出種群數(shù)量如何變化二、種群的“J”形增長(zhǎng)增長(zhǎng)率＝λ-1（λ>1，且不變）＝×100％增長(zhǎng)率

＝末數(shù)－初數(shù)Nt－Nt-1Nt-1初數(shù)（增長(zhǎng)率>0，且不變）種群增長(zhǎng)率不受種群密度制約，增長(zhǎng)率保持不變。=（λ-1）×100％Nt＝N0λt

（5）增長(zhǎng)率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)凈增加的個(gè)體數(shù)占原來(lái)個(gè)體數(shù)的比例二、種群的“J”形增長(zhǎng)（6）增長(zhǎng)速率：（λ>1，且不變）單位時(shí)間內(nèi)增加的個(gè)體數(shù)量。＝增長(zhǎng)速率＝末數(shù)－初數(shù)單位時(shí)間Nt－Nt-1(個(gè))t(年)實(shí)質(zhì)就是“J”型曲線的斜率（λ-1）N0λt-1Nt＝N0λt

4.“J”形增長(zhǎng)模型實(shí)例：實(shí)例一：鳳眼蓮（俗稱水葫蘆）原產(chǎn)于南美，1901年作為花卉引入中國(guó)。由于繁殖迅速，又幾乎沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和天敵，我國(guó)目前有184萬(wàn)噸。它對(duì)其生活的水面采取了野蠻的封鎖策略，擋住陽(yáng)光，導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照而死亡。二、種群的“J”形增長(zhǎng)4.“J”形增長(zhǎng)模型實(shí)例：臍眼大幾乎無(wú)臍眼圓錐形圓盤(pán)形卵胎生福壽螺的卵卵生實(shí)例二：福壽螺，原產(chǎn)于南美洲亞馬遜河流域，1981年作為食用螺引入中國(guó)，其適應(yīng)性強(qiáng)，繁殖迅速，食量大且食物種類繁多能破壞糧食作物、蔬菜和水生農(nóng)作物的生長(zhǎng)，成為危害巨大的外來(lái)入侵物種。二、種群的“J”形增長(zhǎng)【實(shí)例】生態(tài)學(xué)家高斯的實(shí)驗(yàn)：在0.5mL培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲(chóng)，每隔24h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲(chóng)的數(shù)量。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下圖所示。第二天和第三天第五天2.第幾天以后基本維持在375個(gè)左右？思考討論：1.大草履蟲(chóng)的數(shù)量在第幾天增長(zhǎng)較快？3.為什么大草履蟲(chóng)種群沒(méi)有出現(xiàn)J形增長(zhǎng)？三、種群的“S”形增長(zhǎng)由于隨著大草履蟲(chóng)數(shù)量的增多，對(duì)食物和空間的競(jìng)爭(zhēng)趨于激烈，導(dǎo)致出生率下降，死亡率升高。種群的“S”形增長(zhǎng)1.概念：種群經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長(zhǎng)曲線呈“S”形。2.“S”形增長(zhǎng)形成原因：①資源和空間有限②種群密度增大時(shí)③種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇出生率下降死亡率升高出生率=死亡率種群穩(wěn)定在一定的水平此時(shí)種群達(dá)到的最大數(shù)量稱為什么？三、種群的“S”形增長(zhǎng)3.環(huán)境容納量：一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量，又稱K值。1.K值是不是種群數(shù)量的最大值？不是；K值是種群在一定環(huán)境條件下所能維持（允許達(dá)到）的種群最大數(shù)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(huì)隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化，當(dāng)環(huán)境遭到破壞時(shí)，K值會(huì)下降；當(dāng)環(huán)境條件狀況改善時(shí)，K值會(huì)上升。三、種群的“S”形增長(zhǎng)4.“S”曲線的分析：BCDEA種群基數(shù)小，需適應(yīng)新環(huán)境，增長(zhǎng)較緩慢(1)AB段：(2)BC段：(3)C點(diǎn)：(4)CD段：資源和空間豐富，出生率升高，種群數(shù)量增長(zhǎng)迅速種群數(shù)量為K/2，種群增長(zhǎng)速率達(dá)到最大資源和空間有限，種群密度增大，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇，出生率降低，死亡率升高，種群增長(zhǎng)減緩調(diào)整期加速期轉(zhuǎn)折期減速期(5)DE段：出生率≈死亡率，種群增長(zhǎng)速率幾乎為0，種群數(shù)量達(dá)到K值，且維持相對(duì)穩(wěn)定飽和期三、種群的“S”形增長(zhǎng)4.“S”曲線的分析：BCDEA三、種群的“S”形增長(zhǎng)(3)曲線的斜率代表增長(zhǎng)率還是增長(zhǎng)速率？(4)種群增長(zhǎng)速率是如何變化的？

什么時(shí)候增長(zhǎng)速率最大？(5)AB段增長(zhǎng)速率減慢的原因是什么？先增大后減小K/2時(shí)①種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)（種內(nèi)斗爭(zhēng)）加?、谔鞌吃黾映錾式档退劳雎试龈?1)整個(gè)階段出生率和死亡率的大小關(guān)系是怎樣的？(2)種內(nèi)斗爭(zhēng)最激烈的時(shí)刻是？在S型增長(zhǎng)曲線中，種群增長(zhǎng)受自身密度制約K時(shí)4.“S”曲線的分析：BCDEAS型曲線增長(zhǎng)速率曲線增長(zhǎng)速率時(shí)間t1t2①增長(zhǎng)速率先增大后減小，最后為0。②當(dāng)種群數(shù)量為K/2時(shí)，增長(zhǎng)速率達(dá)到最大。K/2KABCDE三、種群的“S”形增長(zhǎng)(1)增長(zhǎng)速率(dN/dt)實(shí)質(zhì)就是“S”型曲線的斜率4.“S”曲線的分析：三、種群的“S”形增長(zhǎng)（2）增長(zhǎng)率時(shí)間0123456數(shù)量520137319369375373(k-N)/KJ型曲線S型曲線前提條件增長(zhǎng)模型有無(wú)K值種群增長(zhǎng)率種群增長(zhǎng)速率理想條件（4點(diǎn)）存在環(huán)境阻力比較種群增長(zhǎng)兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別無(wú)，持續(xù)保持增長(zhǎng)有K值保持穩(wěn)定先增加后下降有最大值逐漸下降逐漸增加無(wú)上限【總結(jié)】種群“J”形和“S”形增長(zhǎng)曲線之間的聯(lián)系（1）某種群生活在一個(gè)較理想的環(huán)境中，則此種群數(shù)量增長(zhǎng)的曲線是

。（2）如果此種群生活在一個(gè)有限制的自然環(huán)境中，種群的個(gè)體數(shù)量增長(zhǎng)的曲線可能是

。（3）圖中兩曲線間的陰影部分代表

，按自然選擇學(xué)說(shuō)，就表示在生存斗爭(zhēng)中被

的個(gè)體數(shù)量?！癝”形“J”形環(huán)境阻力淘汰食物不足空間有限種內(nèi)斗爭(zhēng)天敵捕食氣候、傳染病等環(huán)境阻力K值的不同表示法圖中A、B、C、D時(shí)間所對(duì)應(yīng)的種群數(shù)量均為K值，A′、C′、D′時(shí)間所對(duì)應(yīng)的種群數(shù)量均為K/2值。資料一：野生大熊貓種群數(shù)量銳減的關(guān)鍵原因是什么？保護(hù)大熊貓的根本措施是什么？

建立自然保護(hù)區(qū)，改善棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量。

野生大熊貓的棲息地遭到破壞，食物和活動(dòng)范圍縮小，K值降低。5.K值和K/2值的運(yùn)用：三、種群的“S”形增長(zhǎng)資料二：怎樣做才能最有效的滅鼠？

K種群數(shù)量時(shí)間0BCDEt1t2AK/2增大環(huán)境阻力→降低K值→防治老鼠如斷絕或減少它們的食物來(lái)源；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵，等等。①降低環(huán)境容納量②在

捕殺K/2前防治有害生物的根本措施。5.K值和K/2值的運(yùn)用：防止老鼠種群數(shù)量達(dá)到K/2處三、種群的“S”形增長(zhǎng)資料三：為了保護(hù)魚(yú)類資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚(yú)量，應(yīng)使被捕魚(yú)群的種群數(shù)量保持在什么水平