種群數(shù)量變化課件

1、第二節(jié) 種群的數(shù)量變化,,,,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,細菌的分裂生殖,分裂過程,你知道2小時后有多少細菌嗎？用什么辦法描述細菌數(shù)量變化？,一、建構(gòu)種群增長模型的方法,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：①n代細菌數(shù)

2、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,,,,,,,,,,,,,,,,,,20,40,60,80,100,120,140,160,180,分鐘,細菌種

3、群增長曲線,細菌數(shù)量/個,,,,,,,,,,,,,分鐘,細菌種群增長曲線,細菌個數(shù),橫坐標(biāo)是自變量，縱坐標(biāo)是因變量，注意標(biāo)明單位。,“增長率”和“增長速率”一樣嗎？,增長率與增長速率是不同的。增長率是指新增加的個體數(shù)占原來個體數(shù)的比例，是一個百分比，無單位；增長速率是指新增加的個體數(shù)與時間的比值，即dN／dt，有單位（如個/年等）。 例如，某一種群的數(shù)量在某一單位時間t（如一年）內(nèi)，由初數(shù)量No（個）增長到末數(shù)量Nt（個），

4、則這一單位時間內(nèi)種群的增長率和增長速率的計算分別為：,,＝出生率－死亡率,,,2,4,8,16,32,64,128,256,512,增長速率v(個/20min),4-2=2,4,8,16,32,64,128,256,增長速率越來越大,,,,增長速率越來越大,增長速率(個/20min),2,4,8,16,32,64,128,256,512,4-2=2,4,8,16,32,64,128,256,增長率(個/20min?個),增長率穩(wěn)定

5、,(4-2)/2 =1,1,1,1,1,1,1,1,0,思考：同數(shù)學(xué)公式相比，曲線圖表示的模型有什么優(yōu)點？有什么局限性？,Nn=2n,N代表細菌數(shù)量，n代表“代”。,優(yōu)點：能更直觀地反映出種群數(shù)量的增長趨勢。,局限性：曲線圖表示的數(shù)學(xué)模型不夠精確！,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。數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式可以為公式、圖表等。,,一、建構(gòu)種群增長模型的方法,描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化，常常需要建立數(shù)學(xué)模型。,一

6、、建構(gòu)種群增長模型的方法,1.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,4.數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的步驟,2.數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式:,,數(shù)學(xué)方程式,圖、表,3.建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的意義:,描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化。,一、建構(gòu)種群增長模型的方法,1、觀察研究對象，提出問題,細菌每20分鐘分裂一次，問題：細菌種群數(shù)量怎樣變化？,2、提出合理的假設(shè),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,3、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)

7、學(xué)形式對事物的性質(zhì)進行表達,列出表格，根據(jù)表格畫曲線，推導(dǎo)公式,4、通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正,觀察、統(tǒng)計細菌的數(shù)量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正,建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟：,,,,,,,,,,,,,,實例1：澳大利亞本來并沒有兔子。 1859年，24只歐洲野兔從英國被帶到了澳大利亞。這些野兔發(fā)現(xiàn)自己來到了天堂。因為這里有茂盛的牧草，卻沒有鷹等天敵。這里的土壤疏松，打洞做窩非常方便。于是，兔子開始了幾乎不受任何

8、限制的大量繁殖。不到100年，兔子的數(shù)量達到6 億只以上，遍布整個大陸。,鳳眼蓮（水葫蘆）,鳳眼蓮原產(chǎn)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，我國目前有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 。,實例三：在20世紀(jì)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)量的增長如下圖所示。,如果以時間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐

9、標(biāo)畫出曲線來表示，曲線大致呈什么型？,2000年世界人口增長曲線,我國1000~1990年人口數(shù)量變化,1、“J”型增長曲線,（1）適用范圍,實驗室條件下種群剛剛遷入一個適宜生存新環(huán)境時,（2）產(chǎn)生條件,食物和空間條件充裕，氣候適宜，沒有敵害等,（理想條件，不存在環(huán)境阻力）,（3）數(shù)學(xué)公式,Nt=N0 λt,種群起始數(shù)量,t年后種群數(shù)量,種群數(shù)量是前1年的倍數(shù),時間(年）,思考？種群的增長率隨時間如何變化？,,種群增長率=λ－1,思考

10、？種群的增長速率隨時間如何變化？,種群的增長速率不斷增大,在一個培養(yǎng)基中，細菌的數(shù)量會一直持續(xù)按照這個公式增長嗎？為什么？,不會.,當(dāng)出生率與死亡率相等時，種群的增長就會停止，有時會穩(wěn)定在一定的水平．,自然條件（現(xiàn)實狀態(tài)）——食物和空間等資源總是有限的，種群數(shù)量達到一定值后，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，增長減緩．,,生態(tài)學(xué)家曾經(jīng)做過這樣一個實驗：在0.5 mL培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，然后每

11、隔24 h統(tǒng)計一次大草履蟲的數(shù)量。,高斯對大草履蟲種群研究的實驗,經(jīng)過反復(fù)實驗，結(jié)果如下：,思考：1、曲線形狀象什么？,“S”型曲線,2、大草履蟲數(shù)量增長過程如何？,三、種群增長的“S”型曲線,①產(chǎn)生條件：,自然條件(現(xiàn)實狀態(tài))——食物等資源和空間總是有限的，當(dāng)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增長特點：,種群數(shù)量達到環(huán)境所允許的最大值（K值），將停止增長并在K值左右保持相對穩(wěn)

12、定。,存在環(huán)境阻力,種群密度越大 環(huán)境阻力越大,種群增長速率不斷降低,種群數(shù)量K/2 →K值時，,三、種群增長的“S”型曲線,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/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/2,,K值：環(huán)境容納量,27,③種群數(shù)量變化曲線與種群

13、增長速率曲線的關(guān)系,⑴圖乙fg段相當(dāng)于圖甲ac段⑵圖乙g點相當(dāng)于圖甲c點⑶圖乙gh段相當(dāng)于圖甲cd段⑷圖乙h點相當(dāng)于圖甲de段,種群增長的“Ｓ”型曲線,為了保護魚類資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚量，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在什么水平?為什么？,魚群數(shù)量超過K／2后才能捕撈，但要保證被捕后數(shù)量保持在K／2水平以上，因為在這個水平上種群增長率最大 。,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

14、。下列做法中正確的是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,,,（2004江蘇）某海灘黃泥螺種群現(xiàn)存量約3000噸，正常狀況下，每年該種群最多可增加300噸，為充足利用黃泥螺資源，又不影響可持續(xù)發(fā)展，理論上每年最多捕撈黃泥螺的量為（）A、3000噸 B、1650噸C、150

15、0噸 D、不超過300噸,D,保護大熊貓的措施？,提高繁殖率建立自然保護區(qū)，給大熊貓更寬廣的 生活空間，保護環(huán)境，改善它們的棲 息環(huán)境，幫助減少其環(huán) 境阻力從而提高環(huán)境容 納量，是保護大熊貓的 根本措施。,家鼠繁殖力極強，善于打洞，偷吃糧食，傳播疾病危害極大，應(yīng)該采取哪些措施控制家鼠數(shù)量？,有害生物的控制,老鼠,,機械捕殺,,施用激素,藥物捕殺,,施用避孕藥,,養(yǎng)殖或釋放天敵,,,將食物儲存在安全處,,,,

16、,,打掃衛(wèi)生,硬化地面,,種群增長的“Ｓ”型曲線,④在生產(chǎn)中的應(yīng)用,K/2,種群增長曲線的生產(chǎn)生活中的應(yīng)用： ①有害動物的防治，應(yīng)通過降低其環(huán)境容納量 ②受保護動物的拯救和恢復(fù)，應(yīng)通過改善其棲 息環(huán)境，提高K值。 ③在種群數(shù)量超過K/2后捕獲，應(yīng)留下超過的K/2個體數(shù)；而殺蟲效果最好的時期在種群數(shù)量 K/2以下。,,,,,,食物充足，空間不限，氣候適宜，沒有敵害等環(huán)境阻力,食物等資源和空間有限，種內(nèi)競爭不斷加劇，捕食者數(shù)量不斷

17、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,種群增長的兩種曲線比較,,食物不足空間有限種內(nèi)斗爭天敵捕食氣候不適寄生蟲傳染病等,,用達爾文的觀點分析“J”、“S”曲線,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； 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，也即代表自然選擇的作用。,“J”型曲線表明生

18、物具有什么特性？圖中陰影部分表示什么？,,,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？,,,,四、種群數(shù)量的波動和下降,,,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？,,,,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,探究：種群數(shù)量的波動和下降的原因是什么呢？,,,種群數(shù)量的波動和下降,（1）影響種群數(shù)量變化的因素：A.內(nèi)部/直接因素：出生（死亡）率、

19、遷入（出）率、年齡組成、性別比例。B.外因/間接因素：空間、氣候、食物、天敵、傳染病、自然災(zāi)害等。C.人為/重要因素：對野生生物的亂捕濫獵、對種群數(shù)量的人工控制等。（2）種群數(shù)量變化的類型：增長，穩(wěn)定，波動、下降等。（3）影響結(jié)果：大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動之中，在不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡。,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，都會引起種群數(shù)量的變化。,環(huán)境因素,種群

20、的出生率、死亡率、遷出率和遷入率,種群數(shù)量的變化,,,影響種群數(shù)量變化的因素,,,在Faroe Islands上， 捕鯨現(xiàn)場成了血的海洋,在不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡,,,亂伐森林,,五、研究種群數(shù)量變化的意義,1、為野生生物資源的合理利用及保護提供理論指導(dǎo) 。 既要使生物資源的產(chǎn)量達到最大，又不危害生物資源的可持續(xù)發(fā)展，砍伐、捕撈、狩獵后，保證種群的增長速率為最大值。2、為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理

21、控制種群數(shù)量、適時捕撈、采伐等提供理論指導(dǎo)。3、通過研究種群數(shù)量變動規(guī)律，為有害生物的預(yù)測及防治提供科學(xué)依據(jù)。 降低環(huán)境的負荷量（K值）。如鼠害防治可通過嚴密封存糧食、清除生活垃圾、保護老鼠的天敵等措施來降低K值。4、為引進外來物種提供理性的思考。 必須考慮所引入的外來物種是否會構(gòu)成對原來物種的危害，即是否會構(gòu)成生物入侵。,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

22、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：,,,一、提出問題：,培養(yǎng)液中酵母菌種群是怎樣隨時間變化的？,二、作出假設(shè)：,,酵母菌在培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)時，由于食物，空間資源等是有限的

23、，種群增長呈現(xiàn)“S”型曲線；后期因環(huán)境急劇惡化，種群逐漸消亡。,————————————————————————————————————————————————————————————,三、討論探究思路,,,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

24、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,,,,1

25、6 （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

26、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總數(shù)。,以1mm×1mm×0.1mm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)/100×400×1000×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

27、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      個。,2×108,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

28、為0．1 mm3。,現(xiàn)觀察到圖中該計數(shù)室所示a、b、c、d、e 5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×105,4、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

29、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

30、和準(zhǔn)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(dāng)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

31、，難以計數(shù)，應(yīng)當(dāng)采取怎樣的措施？,——對于壓在方格界線上的酵母菌應(yīng)當(dāng)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(dāng)怎樣計數(shù)？,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1、從試管中吸取培養(yǎng)液進行計數(shù)之前，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(zhǔn)確性，減少實驗誤差,2、本探究需

32、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(dāng)怎樣計數(shù)？,只計數(shù)相鄰的兩邊