種群數(shù)量的變化

1、4.2 種群數(shù)量的變化,一、建構(gòu)種群增長模型的方法二、種群增長的“J”型曲線三、種群增長的“S”型曲線四、種群數(shù)量的波動和下降五、研究種群數(shù)量變化的意義,1.細菌是真核生物還是原核生物？,2．細菌的繁殖的方式是什么？,細菌增長的數(shù)學(xué)模型研究,,020406080100,202122232425,分裂,細菌繁殖產(chǎn)生的后代數(shù)量,在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某1個細菌每20分鐘分裂繁殖一代,討論：

2、①n代細菌數(shù)量的計算公式？②72小時后由一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少？,問題探討,Nn＝２n,解：n＝ 60min x72h／20min＝216　　Nn＝２n ＝2216,12,24,38,416,532,664,7128,8256,9512,22,21,23,24,25,26,27,28,29,一、建構(gòu)種群增長模型的方法,一、建構(gòu)種群增長模型的方法,細菌的分裂生殖,問題探討: 在營養(yǎng)

3、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。,討論： ①n代細菌數(shù)量的計算公式是什么？②72小時后，由一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少？③在一個培養(yǎng)基中，細菌的數(shù)量會一直按照這個公式增長嗎？如何驗證你的觀點？,解：n＝ 60min x72h／20min＝216　 Nn ＝２n ＝2216,Nn＝２n , Nn 代表細菌數(shù)量，n代表“代”,細菌數(shù)量不會永遠按這個公式增長。可以用實驗計數(shù)法來驗證。,,將數(shù)

4、學(xué)公式（Nn＝2n）變?yōu)榍€圖,曲線圖與數(shù)學(xué)方程式相比，有哪些優(yōu)缺點？,2 4 8 16 32 64 128 256 512,請計算一個細菌在不同時間（單位為min）產(chǎn)生后代的數(shù)量,并填入下表,然后以時間為橫坐標,細菌數(shù)量為縱坐標,畫出細菌的種群增長曲線。,曲線圖：直觀,但不夠精確。數(shù)學(xué)公式：精確,但不夠直觀。,8,數(shù)學(xué)模型：是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式可以為公式

5、、圖表等。,在描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化時，常常需要建立數(shù)學(xué)模型。,一、建構(gòu)種群增長模型的方法,表現(xiàn)形式:⑴數(shù)據(jù)分析表格式: ⑵ 數(shù)學(xué)方程式: Nn=2n ⑶坐標式（曲線圖、柱狀圖）,9,數(shù)學(xué)模型：是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式可以為公式、圖表等。,在描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化時，常常需要建立數(shù)學(xué)模型。,一、建構(gòu)種群增長模型的方法,表現(xiàn)形式:⑴數(shù)據(jù)分析表

6、格式: ⑵ 數(shù)學(xué)方程式: Nn=2n ⑶坐標式（曲線圖、柱狀圖）,討論：還有哪些生物學(xué)問題可以用數(shù)學(xué)模型來表示？,孟德爾遺傳定律、DNA半保留復(fù)制,,模型類型,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、真核生物三維結(jié)構(gòu)模型等,人體細胞與外界環(huán)境的物質(zhì)交換模型、血糖調(diào)節(jié)的模型等,孟德爾遺傳定律 種群增長模型等,觀察研究對象，提出問題,提出合理的假設(shè),通過進一步實驗或觀察等，

7、對模型進行檢驗或修正,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進行表達,,細菌每20min分裂一次，問題：細菌數(shù)量怎樣變化的？,在資源和空間無限多的環(huán)境中，細菌種群的增長不受種群密度增加的影響,,Nn＝２n， Nn 代表細菌數(shù)量，n表示第幾代,觀察、統(tǒng)計細菌數(shù)量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正,,,數(shù)學(xué)模型,建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟：,,,,思考：以上討論的只是對理想條件下細菌數(shù)量增長的推測。在自然界中，種群的數(shù)量變化情況是怎樣

8、的呢？,二、種群數(shù)量的變化,種群數(shù)量的變化包括增長、波動、穩(wěn)定和下降等，但主要分析種群的增長。,實例1：1859年,一位英國人來澳大利亞時帶來了24只野兔,結(jié)果在一個世紀之后,它們的后代竟達到6億只以上。大量的野兔與牛羊爭食牧草,啃嚙樹皮,造成植被破壞,水土流失。直到引入了黏液瘤病毒才使野兔數(shù)量得到控制。,12,實例2：鳳眼蓮(水葫蘆)原產(chǎn)于南美，僅以一種觀賞性植物零散分布，1844年在美國的博覽會上曾被喻為“美化世界的淡紫色花冠”。1

9、901年作為花卉引入中國，30年代作為畜禽飼料引入中國內(nèi)地各省，并作為觀賞和凈化水質(zhì)的植物推廣種植。由于繁殖迅速，又幾乎沒有競爭對手和天敵 ，在我國南方江河湖泊中發(fā)展迅速，目前我國有這種鳳眼蓮184萬噸，它對其生活的水面采取了野蠻的封鎖策略，擋住陽光，導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照而死亡，成為我國淡水水體中主要的外來入侵物種之一。,實例3：在20世紀30年代，人們將環(huán)頸雉引入美國的一個島嶼。在1937－1942年期間，這個種群數(shù)量的增長如下

10、圖所示。,如果以時間為橫坐標，種群數(shù)量為縱坐標畫出曲線來表示，曲線大致呈什么型？,美國某島嶼環(huán)頸雉種群數(shù)量的增長,,（一)種群增長的“J”型曲線,1.概念：自然界確有類似細菌在理想條件下種群數(shù)量增長的形式，如果以時間為橫坐標，種群數(shù)量為縱坐標畫出曲線來表示，曲線大致呈“Ｊ”型。,2.產(chǎn)生條件：理想狀態(tài)——食物充足，空間廣闊， 氣候適宜，沒有天敵等,“J”型曲線產(chǎn)生的條件和時期怎樣？,3.產(chǎn)生時期：實驗

11、室條件下、 某物種最初遷入一適宜的新環(huán)境時、外來物種入侵。,N0：該種群的起始數(shù)量 t：時間 Nt：t年后該種群的數(shù)量 λ：增長的倍數(shù),表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù),(1)模型假設(shè)：在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等理想條件下，種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年的數(shù)量是第一年的λ倍。,,(2)建立模型： (3)模型中各參數(shù)的意義：,t年后種群的數(shù)量為

12、：Nt=N0 λt,4. “J”型增長的數(shù)學(xué)模型：,根據(jù)λ可以判斷某種群動態(tài)：λ＞1種群數(shù)量上升，呈“J”型增長； λ=1種群數(shù)量穩(wěn)定不變；0＜λ＜1，種群數(shù)量下降；λ=0，種群沒有繁殖，且在下一代滅亡。,5. “J”型增長的特點：種群數(shù)量連續(xù)增長， 增長率保持不變(λ－1),增長速率越來越大。,（λ－1）,增長率:種群增長的數(shù)量占初始數(shù)量的比例。計算公式：增長率=出生率-死亡率=（現(xiàn)有個體數(shù)-原有個體數(shù)）/種群原有個體數(shù),增長

13、速率=（現(xiàn)有個體數(shù)-原有個體數(shù)）/增長時間,存在環(huán)境阻力———,自然條件（現(xiàn)實狀態(tài)）——食物等資源和空間總是有限的，種內(nèi)斗爭不斷加劇，捕食者數(shù)量不斷增加。導(dǎo)致該種群的出生率降低，死亡率增高．,當死亡率與出生率相等時，種群的增長就會停止，有時會穩(wěn)定在一定的水平。,“J”型增長能一直持續(xù)下去嗎？,有實例證明嗎？,生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過這樣一個實驗：在0.5ml培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，然后每隔24h統(tǒng)計一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復(fù)實驗，得出了

14、如圖所示的結(jié)果。,(1) S”型曲線:種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長曲線，稱為“S”型曲線。,(2)環(huán)境容納量(K值)：在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量(K值)。,1.概念：,思考以下問題： (1)為什么大草履蟲第二天、第三天增長較快，而第五天以后數(shù)量基本穩(wěn)定？(2)高斯的實驗條件與“問題探討”中的條件有何區(qū)別？,（二)種群增長的“S”型曲線,3.產(chǎn)生條件：,自然條件(現(xiàn)實狀態(tài)

15、)——食物等資源和空間總是有限的，當種群密度增大時，種內(nèi)斗爭不斷加劇，天敵數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致該種群的出生率降低，死亡率增高。,2.特點：,種群數(shù)量達到環(huán)境所允許的最大值（K值）后，將停止增長并在K值左右保持相對穩(wěn)定。,存在環(huán)境阻力,種群密度越大 環(huán)境阻力越大,（二)種群增長的“S”型曲線,種群增長速率不斷降低,種群數(shù)量K/2 →K值時，,種群數(shù)量達到K值時，,種群增長速率為零,但種群數(shù)量達到最大,且種內(nèi)斗爭最劇烈。,種群數(shù)量在 K

16、/2值時，,種群增長速率最大,種群數(shù)量由0→K/2值時，,種群增長速率增大,K/2,,,轉(zhuǎn)折期，增長速率最快,K值：環(huán)境容納量,加速期，個體數(shù)量增加，增長加速,潛伏期，個體數(shù)量較少增長緩慢,減速期，增長緩慢,飽和期，增長速率為零,,,,,（二)種群增長的“S”型曲線,K/2,增長率逐漸減小,增長速率先增大后減小。（ K/2 值時增長速率最大， K 值時增長速率為0）。,,食物充足，空間不限，氣候適宜，沒有敵害等環(huán)境阻力,食物等資源和空間

17、有限，種內(nèi)斗爭不斷加劇，捕食者數(shù)量不斷增加,,增長率穩(wěn)定不變增長速率變大,,增長率減小增長速率先上升后下降，在K/2值達最大,無,有,23,思考與討論1、為了保護魚類資源不受破壞，并能持續(xù)獲得最大捕魚量，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在什么水平?為什么？,根據(jù)種群增長的S型曲線,應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在K/2水平。因為在此水平上種群增長速率最大.,右圖為魚塘中魚的數(shù)量增長曲線，為了使魚塘的總產(chǎn)量達到最大值，應(yīng)該做到適時捕撈。下列做

18、法中正確的是A．超過T4時捕撈，使剩余量保持在KB．超過T3時捕撈，使剩余量保持在3K/4C．超過T2時捕撈，使剩余量保持在K/2D．超過T4時捕撈，使剩余量保持在K/4,答案： C,從環(huán)境容納量的角度思考，可以采取措施降低有害動物種群的環(huán)境容納量。 如① 將食物儲藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源； ②室內(nèi)采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場所；

19、 ③養(yǎng)殖或釋放它們的天敵。,建立自然保護區(qū)，給大熊貓更寬廣的生存空間，改善它們的棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量，是保護大熊貓的根本措施。,4.對家鼠等有害動物的控制，從環(huán)境容納量的角度看，應(yīng)當采取什么措施？,2.同一種群的K值是固定不變的嗎？3.對大熊貓應(yīng)采取什么保護措施？,不是固定不變的,會受環(huán)境的影響。,1.“J”型曲線用達爾文的觀點分析表明生物具有過度繁殖的特性。2.圖中陰影部分表示：環(huán)境阻力，代表自然選擇的作

20、用。用達爾文的觀點分析指：通過生存斗爭被淘汰的個體數(shù)量。,用達爾文的觀點分析“J”、“S”型曲線,“J”型曲線表明生物具有什么特性？圖中陰影部分表示什么？,環(huán)境阻力,在現(xiàn)實的生態(tài)系統(tǒng)中，種群數(shù)量除增長外，還有沒有其他變化？,,1.影響種群數(shù)量變化的因素有哪些呢？,出生率、死亡率、遷入率、遷出率,食物、氣候、傳染病、天敵（環(huán)境因素）,人類的活動,種群的數(shù)量是由出生率和死亡率、遷入率和遷出率決定的，因此，凡是影響上述種群特征的因素，都會引

21、起種群數(shù)量的變化。,（三)種群數(shù)量的波動和下降,直接因素：間接因素：重要因素：,,2.影響結(jié)果：大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動之中的，在不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡。,東亞飛蝗種群數(shù)量的波動,,1.為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理控制種群數(shù)量、適時捕撈、采伐等提供理論指導(dǎo)。2.有利于野生生物資源的合理利用和保護——魚類的捕撈3.有害動物的防治——鼠、蝗蟲的防治(降低環(huán)境容納量)4.有利于拯救和恢復(fù)瀕危動物種群：提高環(huán)境容納量,三、研究

22、種群數(shù)量變化的意義,蒼鷺的保護,救護被困的鯨魚,培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化,探究實驗,單細胞真核生物生長周期短，增殖速度快還可以用酵母菌作為實驗材料研究 探究酵母菌的呼吸方式,酵母菌,,酵母菌生長周期短，增殖速度快，在實驗室條件下，用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌，可以觀察酵母菌種群數(shù)量隨時間變化的情況。,種群的數(shù)量變化有一定的規(guī)律。在理想條件下，種群呈“J”型增長，在有限的環(huán)境下，種群呈“S”型增長。,知識回顧：,實驗

23、原理：(1)用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌，種群的增長受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響。(2)在理想的無限環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈“J”型曲線；在有限的環(huán)境下，酵母菌種群的增長呈“S”型曲線。1.提出問題：培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量隨時間呈現(xiàn)出怎樣的變化？2.作出假設(shè)：酵母菌種群的數(shù)量隨時間呈S型增長,培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化,3.討論探究思路、制定計劃、實施計劃培養(yǎng)酵母菌↓連續(xù)7天抽樣檢測↓取樣↓

24、用顯微鏡和血球計數(shù)板計數(shù)↓折算出總數(shù),培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化,血細胞計數(shù)板(血球計數(shù)板),方法名稱：使用范圍：,顯微計數(shù)(抽樣檢測),①調(diào)查細胞數(shù)量時； ②肉眼看不見的細菌、酵母菌等微生物,問題一：怎樣進行酵母菌的計數(shù)？,1、血球計數(shù)板的結(jié)構(gòu),血球計數(shù)板是一種專門用于計算較大單細胞微生物數(shù)量的儀器，由一塊比普通載玻片厚的特制玻片制成的，玻片中有四條下凹的槽，構(gòu)成三個平臺。中間的平臺較寬，其中間

25、又被一短橫槽隔為兩半，每半邊上面刻有一個方格網(wǎng)。,方格網(wǎng)上刻有9個大方格，其中只有中間的一個大方格為計數(shù)室，供微生物計數(shù)用。,,,大方格的長和寬各為1mm，深度為0.1mm，即1mm×1mm×0.1mm，其容積為0.1mm3；,,,,,,大方格,,,,,,,中方格,,小方格,,,,16 （中格）×25 （小格）,25（中格）×16（小格）,3、血球計數(shù)板的分區(qū)與分格,不管計數(shù)室是哪一種構(gòu)造，其每一

26、大方格都是由16×25=25×16=400個小方格組成。,2、計數(shù),,,,,16×25型： 一般取四角的四個中方格（100個小方格）計數(shù),,25×16型： 一般計數(shù)四個角和中央的五個中方格（80個小方格）的細胞數(shù)。,,,,,,3、計算,b表示培養(yǎng)液稀釋倍數(shù)；用所數(shù)小方格中細胞總數(shù)/所數(shù)小方格數(shù)是為求得每個小方格中的細胞平均（總）數(shù)。,以1mm×1mm×0.1

27、mm型為例,計數(shù)室容積為0.1mm3，則每個小方格的容積為1/4000mm3,,酵母細胞個數(shù)／1mL =100個小方格酵母菌細胞總數(shù)/100×400×10000×稀釋倍數(shù),例1 通常用血球計數(shù)板對培養(yǎng)液中酵母菌進行計數(shù)，若計數(shù)室為1mm×1mm×0.1mm方格，由400個小方格組成。若多次重復(fù)計數(shù)后，算得每個小方格中平均有5個酵母菌，則10mL該培養(yǎng)液中酵母菌總數(shù)有 

28、60;    個。,2×108,5×400×10000×10=,例2 檢測員將1 mL水樣稀釋10倍后，用抽樣檢測的方法檢測每毫升藍藻的數(shù)量；將蓋玻片放在計數(shù)室上，用吸管吸取少許培養(yǎng)液使其自行滲入計數(shù)室，并用濾紙吸去多余液體。已知每個計數(shù)室由25×16＝400個小格組成，容納液體的總體積為0．1 mm3。,現(xiàn)觀察到圖中該計數(shù)室所示a、b、c、d、e 5

29、個中格80個小格內(nèi)共有藍藻n個，則上述水樣中約有藍藻 個／mL。,5n×105,水樣中藍藻數(shù)量=80個小方格細胞總數(shù)/80×400×10000×稀釋倍數(shù)=n×5×10000×10=5n×105．,4、血球計數(shù)板的使用方法步驟,③ 計數(shù)： 稍待片刻（約5min），待酵母菌細胞全部沉降到計數(shù)室底部后，將計數(shù)板放

30、在載物臺的中央，先在低倍鏡下找到計數(shù)室所在位置后，再轉(zhuǎn)換高倍鏡觀察、計數(shù)并記錄。,① 鏡檢計數(shù)室： 在加樣前，先對計數(shù)板的計數(shù)室進行鏡檢。若有污物，則需清洗，吹干后才能進行計數(shù)。,② 加樣品： 將清潔干燥的血球計數(shù)板的計數(shù)室上加蓋專用的蓋玻片，用吸管吸取稀釋后的酵母菌懸液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行緩緩滲入，一次性充滿計數(shù)室，防止產(chǎn)生氣泡，充入細胞懸液的量以不超過計數(shù)室臺面與蓋玻片之間的矩形邊緣為宜。多余培養(yǎng)液可用濾紙

31、吸去。,——從試管中吸出培養(yǎng)液進行計數(shù)之前，要將試管輕輕震蕩幾下，這樣使酵母菌分布均勻，防止酵母凝聚沉淀，提高計數(shù)的代表性和準確性，求得的培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量誤差小。,問題二：從試管中吸出培養(yǎng)液進行計數(shù)之前，應(yīng)該將試管輕輕震蕩幾次，為什么？,一個小方格內(nèi)酵母菌過多，難以數(shù)清,應(yīng)當對培養(yǎng)液進行稀釋以便于酵母菌的計數(shù)。 具體方法是：搖勻試管，取1mL酵母菌培養(yǎng)液，加入成倍的無菌水稀釋，稀釋n倍后，再用血球計數(shù)板計數(shù)，所得數(shù)值乘以稀釋

32、倍數(shù)。以每小方格內(nèi)含有4～5個酵母細胞為宜。特別是在培養(yǎng)后期的樣液需要稀釋后計數(shù)。,問題三：如果一個小方格內(nèi)酵母菌過多，難以計數(shù)，應(yīng)當采取怎樣的措施？,——對于壓在方格界線上的酵母菌應(yīng)當計數(shù)同側(cè)相鄰兩邊上的菌體數(shù)，一般可采取“數(shù)上線不數(shù)下線，數(shù)左線不數(shù)右線”的原則處理，另兩邊不計數(shù)。,,問題四：對于壓在小方格界限上的酵母菌，應(yīng)當怎樣計數(shù)？,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1、從試管中吸取培養(yǎng)液進行計數(shù)之

33、前，要先將試管輕輕振蕩幾次，是什么原因？,讓培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布，保證估算的準確性，減少實驗誤差,2、本探究需要設(shè)置空白對照組嗎？如果需要，怎樣設(shè)計和操作，不需要請說明理由。,不需要，因為探究的是培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量隨時間的變化情況,3、需要做重復(fù)實驗嗎？,不需要，但是在每次測量酵母菌數(shù)量時，要多次取樣然后求平均值,4、如果一個小方格內(nèi)酵母菌過多，不能數(shù)清，采取什么措施？,可以用稀釋的方法，將培養(yǎng)液稀釋n倍，再用血球計數(shù)板計數(shù)注

34、意：實際值=結(jié)果值×稀釋倍數(shù),5、對于壓在小方格界線上的酵母菌，應(yīng)當怎樣計數(shù)？,只計數(shù)相鄰的兩邊及其夾角，避免重復(fù)計數(shù)使結(jié)果偏大,培養(yǎng)液成分、空間、PH、溫度、細胞代謝物等因素的影響,探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化,1.培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量變化曲線。2.影響酵母菌種群增長的因素(營養(yǎng)、空間、pH、溫度）3.酵母菌計數(shù)方法---抽樣檢測法。4.從試管吸取培養(yǎng)液計數(shù)前，要將試管振蕩幾次，目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布,減小

35、誤差。5.每天計數(shù)酵母菌的時間要固定。,1．在下列圖中，表示種群在無環(huán)境阻力狀況下增長的是（ ）,B,課 堂 練 習(xí),2．下圖表示接種到一定容積培養(yǎng)液中的酵母菌生長曲線圖，曲線中哪段表示由于有限空間資源的限制使種內(nèi)斗爭更加劇烈（ ）,A．CD段（增長速度慢） B．DE段（增長速度加快）C．EF段（增長速度變慢）D．FG段（不增長）,D,3、自然界中生物種群增長常表現(xiàn)為“S”型增長曲線。下列有關(guān)種群“S”型增長的正確說