種群增長的

1、種群數(shù)量的變化,問題探討,,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。,任務(wù)一：計算1個細菌在不同時間內(nèi)產(chǎn)生的后代數(shù)量,任務(wù)二：用公式表示出第n代的細菌數(shù)量Nn(20分鐘時為第一代）,Nn＝2n,任務(wù)三：利用表格中數(shù)據(jù)繪制出細菌的種群增長曲 線,4,1.數(shù)學(xué)模型的概念：是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。,一、研究種群數(shù)量變化的方法—— 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,為了直觀

2、、簡便地研究種群的數(shù)量變動的規(guī)律，數(shù)學(xué)模型建構(gòu)是常用的方法之一。,,,,2.建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟：,3.構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的意義： 4.、數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式：,6,2、坐標式（曲線圖、柱狀圖）,1、數(shù)學(xué)方程式,——精確,——直觀,描述、解釋和預(yù)測事物的發(fā)展趨勢。,細菌的數(shù)量／個,我們所得的公式和增長曲線，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)量變化情況是怎么樣的呢？,8,澳大利亞本來并沒有兔子。 1

3、859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。,實例一,實例二：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，

4、導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照而死亡 。,實例3:20世紀30年代,人們將環(huán)頸雉引入美國的一個島嶼,實例四：16世紀以來，世界人口表現(xiàn)為指數(shù)增長，所以一些學(xué)者稱為人口爆炸。,,通過以上事例可以看出：自然界確有類似細菌理想條件下種群數(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，曲線則大致成“J”型,“J”型增長的數(shù)學(xué)模型,1、模型假設(shè)（前提條件）,理想條件——食物、空間條件充裕； 氣候適宜，沒有敵害等；,N1=N0

5、 λ,N2=N1 λ =N0 λ2,起始數(shù)量為No，種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年是第一年的λ倍。,Nt=N0?t,……,（N0為起始數(shù)量， t為時間， Nt表示t年后該種群的數(shù)量，λ為該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)）,2、公式：,Nt=N0 λt,“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／d

6、t，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），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：,增長速率＝,末數(shù)－初數(shù),單位時間,,＝,Nt－No(個),T(年),,×100％,增長率＝,末數(shù)－初數(shù),,＝,Nt－No,,No,No,＝出生率－死亡率,3 增長特點：,種群的增長率是一定的；增長速率不斷上升種群數(shù)量沒有上限；,,在一個培養(yǎng)

7、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．,高斯（1934）把5個大草履蟲置于0.5mL的培養(yǎng)液中，每隔24小時統(tǒng)計一次數(shù)據(jù)，經(jīng)過反復(fù)實驗，結(jié)果如下：,高斯對大草履蟲種群研究的實驗,請繪制大草履蟲的種群增長曲線,大草履蟲數(shù)

8、量增長過程如何？其種群達到基本穩(wěn)定的數(shù)量值稱為什么？,大草履蟲種群的增長,環(huán)境容納量: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，又稱K值。,環(huán)境容納量或者說K值都是針對特定的環(huán)境而言的，如果環(huán)境破壞或改變，K值也會發(fā)生改變。例如，人類的家園——地球現(xiàn)在能夠容納一定數(shù)量的人口，但是由于人類對環(huán)境的破壞越來越嚴重，如果再不改善的話，在地球上能存活的人越來越少，還可能有一天人類會在地球上滅絕。就像

9、恐龍的滅絕也很可能是由于生存環(huán)境發(fā)生了改變，使得K值就發(fā)生了改變。,種群增長的“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．,①產(chǎn)生條件：自然條件（現(xiàn)實狀態(tài)）空間和資源是有限的，有種內(nèi)斗爭，有天敵存在等。,,種群增長的“Ｓ”型曲線,②增長特點：,,種群的增長率不斷降低；增長速率先增加后減少種群數(shù)量有上限；,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，

10、增長加速,調(diào)整期，個體數(shù)量較少增長緩慢,減速期，增長緩慢,穩(wěn)定期，增長速率為零,,,,,環(huán)境容納量: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，又稱K值。,1.同一種群的K值不是固定不變的，會受到環(huán)境的影響。,2.N≈K／2，此時種群增長速度最快，可提供的資源數(shù)量也最多 ，而又不影響資源的再生。,下列是某動物種群遷入一個適宜環(huán)境后的增長曲線圖，據(jù)圖回答下列問題．,（1）圖中表示種群數(shù)量最大的一點

11、 是______．?（2）圖中表示種群增長速度最快的 一點是______．,（3）該種群的增長速率由緩慢到增大是在遷入______ 年后開始的．環(huán)境阻力增大是遷入第_______年后開始的。 （4）此動物種群增長的曲線呈______  型．?（5）既要獲得最大的捕獲量，又要使動物資源的更新不受破壞，應(yīng)該使該動物種群的數(shù)量保持在______ 點上．,,K/2,a,b

12、,c,d,g,h,f,,e,種群數(shù)量變化曲線與種群增長率曲線的關(guān)系,⑴圖乙的fg段相當于圖甲的 段。⑵圖乙的g點相當于圖甲的 點。⑶圖乙的gh段相當于圖甲的 段。⑷圖乙的h點相當于圖甲的 段。,甲,乙,,,,,de,c,cd,ac,種群數(shù)量“S”型增長曲線,,,（種群數(shù)量）,,K/2,,K,,,種群數(shù)量增長率,時間,,,,D: 出生率＝死亡率，即種群數(shù)量處于K值。,

13、B: 出生率與死亡率之差最大，即種群數(shù)量處于K/2值。,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”型曲線表明生物具有什么特性？圖中陰影部分表示什么？,/ 在生存斗爭過程中淘汰的個體（達爾文進化理論）,30,比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別,,環(huán)

14、境資源無限,環(huán)境資源有限,保持穩(wěn)定,逐漸下降,無，持續(xù)保持增長,有K值,,環(huán)境阻力,K值：環(huán)境容納量,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,,指數(shù)增長,先升再減,例如：大熊貓棲息地遭破壞后，由于食物的減少和活動范圍的縮小，其K值就變小。,1、同一種群的K值是固定不變的嗎？,問題探討3,不是，受環(huán)境的影響而變化。,2、從環(huán)境容納量的角度看，怎樣做才是保護大熊貓的根本措施？,建立自然保護區(qū)，改善大熊貓的棲息環(huán)

15、境，提高環(huán)境容納量。,32,問題探討3,3、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?,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。這是因為在這個水平上種群增長量最大 。,老鼠,,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？,問題探討3,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,,打掃衛(wèi)生,,硬化地面,,將食物儲存在安

16、全處,,,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,,,,,減少數(shù)量,打掃衛(wèi)生,硬化地面,,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,,,,,,,降低繁殖率,減少數(shù)量,打掃衛(wèi)生,硬化地面,,,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,,,,,,,,,降低繁殖率,減少數(shù)量,增

17、大環(huán)境阻力降低環(huán)境容納量,打掃衛(wèi)生,硬化地面,,,,38,問題探討3,4、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？,從環(huán)境容納量的角度思考，可以采取措施降低環(huán)境容納量，如將食物儲藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源；室內(nèi)采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場所；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵等等。,4、“S”型增長曲線在生產(chǎn)中的應(yīng)用：,①資源開發(fā)與利用：保持或捕魚期在K/2時；②瀕危動物的拯救和恢復(fù)：

18、 通過改善其棲息環(huán)境，提高K值；③有害動物的防治： 通過降低其環(huán)境容納量，將種群數(shù)量控制在K/2以下。,K/2,K/2的應(yīng)用①資源開發(fā)與利用：種群數(shù)量達環(huán)境容納量的一半時種群增長速率最大，再生能力最強——把握K/2值處黃金開發(fā)點，維持被開發(fā)資源的種群數(shù)量在K/2值處，可實現(xiàn)“既有較大收獲量又可保持種群高速增長”，從而不影響種群再生，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。,K/2,大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動之中的，,四、種群數(shù)量

19、的波動和下降,東亞飛蝗種群數(shù)量的波動,在不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡,在Faroe Islands上， 捕鯨現(xiàn)場成了血的海洋,大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動之中的，,,,東亞飛蝗種群數(shù)量的波動,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、遷入（出）率、年齡組成、性別比例。B.自然/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

20、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。,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)

21、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。,研究種群數(shù)量變化的意義,在下列圖中，表示種群在無環(huán)境阻力狀況下增長的是,B,建構(gòu)種群增長數(shù)學(xué)模型的方法包括以下步驟：,1.提出合理的假設(shè)2.對模型進行檢

22、驗或修正3.用適當?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進行表達4.觀察研究對象，提出問題A.1234 B.2314C.4132 D.4123,C,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)斗爭增加（ ）,A．CD段 B．DE段 C．EF段 D．FG段,c,下列對陰影部分的解釋正確的是（

23、 ）,①環(huán)境中影響種群增長的阻力②環(huán)境中允許種群增長的最大值③其數(shù)量表示種群內(nèi)遷出的個體數(shù)④其數(shù)量表示通過生存斗爭被淘汰的個體數(shù) A. ①③ B. ②③ C. ①④ D. ②④,C,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”型增長的正確說法是( )A “S”型增長曲線表示了種群數(shù)量和食物的關(guān)系B 種群增長速率在各階段是不相同的C “S”型

24、增長曲線表示了種群數(shù)量和時間無關(guān)D 種群增長不受種群密度制約,B,\q,某種魚遷入一生態(tài)系統(tǒng)后，種群數(shù)量增長速率隨時間變化的曲線，下列敘述正確的是（ ）A.在T0-T2時，種群數(shù)量呈“J”型增長B.若在T2時種群的數(shù)量為N，則在T1時種群的數(shù)量為N/2；C.捕獲該魚的最佳時期為T2時D.在TI-T2時，該魚種群數(shù)量呈下降趨勢。,B,下圖表示出生率、死亡率和種群密度的關(guān)系，據(jù)此分析得出的正確表述是(　　),A．在K/2

25、時控制有害動物最有效B．圖示規(guī)律可作為控制人口增長的依據(jù)C．該圖可用于實踐中估算種群最大凈補充量D．在K/2時捕撈魚類最易得到最大日捕獲量,C,,⑴如果種群處在一個理想的環(huán)境中，沒有自然和空間的限制，種群內(nèi)個體數(shù)量的增長曲線是____,用達爾文的進化理論解釋，這是由于生物具有__________特性。 ⑵如果將該種群置入有限制的自然環(huán)境中，種群內(nèi)個體數(shù)量的增長曲線是_____，用達爾文進化理論分析圖中的