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1、第四章种群和群落第第2 2节节 种群数量的变化种群数量的变化1.细菌是真核生物细菌是真核生物还是原核生物？还是原核生物？ 思考回答思考回答2细菌的繁殖的细菌的繁殖的方式是什么？方式是什么？3细菌繁殖了细菌繁殖了n n代后的数量是多代后的数量是多少？少？细菌增长的数学模型研究细菌增长的数学模型研究4请在作业纸上绘制细菌增长的曲线图。请在作业纸上绘制细菌增长的曲线图。时间时间（min)min)2020 4040 6060 8080100100120120140140 160160 180180分裂次数分裂次数数量数量（个）（个）2 24 48 8161632326464128128 256256
2、5125121 12 23 34 45 56 67 78 89 91 1、填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为、填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为minmin）产生后代的数量。产生后代的数量。2 2n n代细菌数量代细菌数量的计算公式是：的计算公式是：3 37272小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？多少？解：解：n n min xmin xh hminminNnNn1 1 细菌数量4 4、以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细、以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的数量增长曲线。菌的数量增长曲线。曲线图与数学方程式比较，曲线图与
3、数学方程式比较，有哪些优缺点？有哪些优缺点？曲线图：曲线图：直观，但不够精确。直观，但不够精确。数学公式：数学公式：精确，但不够直观。精确，但不够直观。一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法1.1.数学模型：数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式是用来描述一个系统或它的性质的数学形式4.4.数学模型建构的步骤数学模型建构的步骤2.2.数学模型的表现形式数学模型的表现形式: :数学方程式数学方程式曲线图曲线图3.3.建构数学模型的意义建构数学模型的意义: :描述、解释和预测种描述、解释和预测种群数量的变化。群数量的变化。数学模型的建构步骤：数学模型的建构步骤： 研究实例研
4、究实例 研究方法研究方法 细菌每细菌每20min分裂一次分裂一次在资源和空间在资源和空间无限多无限多的环的环境中，细菌种群的增长不境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响会受种群密度增加的影响Nn=2nN代表细菌数量，代表细菌数量，n表示第几代表示第几代观察、统计细菌数量，对自己观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正所建立的模型进行检验或修正提出合理的假设提出合理的假设观察研究对象，提出问题观察研究对象，提出问题根据实验数据，用适当的数学根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达形式对事物的性质进行表达通过进一步实验或观察等通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正
5、，对模型进行检验或修正实例实例1：澳大利亚本来并没有兔子。澳大利亚本来并没有兔子。 1859年，年，24只欧只欧洲野兔从英国被带到了澳大利亚。这些野兔发现自己来到洲野兔从英国被带到了澳大利亚。这些野兔发现自己来到了天堂。因为这里有茂盛的牧草，却没有鹰等天敌。这里了天堂。因为这里有茂盛的牧草，却没有鹰等天敌。这里的土壤疏松，打洞做窝非常方便。于是，兔子开始了几乎的土壤疏松，打洞做窝非常方便。于是，兔子开始了几乎不受任何限制的大量繁殖。不到不受任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子的数量达到年，兔子的数量达到6 亿只以上，遍布整个大陆。亿只以上，遍布整个大陆。二、二、种群增长的种群增长的“J”J”
6、型曲线型曲线: :澳大利亚野兔能指数增长的特澳大利亚野兔能指数增长的特殊原因是什么呢？殊原因是什么呢？ 。 没有天敌。没有天敌。充足的食物。充足的食物。广阔的生活空间广阔的生活空间思考思考1： 实例二：实例二：凤眼莲原产于南美，仅以一种观赏性植物零散分凤眼莲原产于南美，仅以一种观赏性植物零散分布，布，18441844年在美国的博览会上曾被喻为年在美国的博览会上曾被喻为“美化世界的淡紫美化世界的淡紫色花冠色花冠”。自此以后凤眼莲被作为观赏植物引种栽培。自此以后凤眼莲被作为观赏植物引种栽培。19011901年作为花卉引入中国，年作为花卉引入中国，3030年代作为畜禽饲料引入中国年代作为畜禽饲料引入
7、中国内地各省，并作为观赏和净化水质的植物推广种植，后逃内地各省，并作为观赏和净化水质的植物推广种植，后逃逸为野生。由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌逸为野生。由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌 ，在我国南方江河湖泊中发展迅速，目前我国有这种凤眼莲在我国南方江河湖泊中发展迅速，目前我国有这种凤眼莲184184万吨，成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。万吨，成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。 20世纪世纪30年代，人们将环颈雉引入美年代，人们将环颈雉引入美国华盛顿州的一个海国华盛顿州的一个海岛。岛。19371942年间年间数量增长：数量增长：来自来自生物生物（必修本）第二册（
8、必修本）第二册2000年世界人口年世界人口增长曲线增长曲线我国我国10001990年年人口数量变化人口数量变化三、三、“J”J”型增长的数学模型型增长的数学模型模型假设：模型假设： 理想状态理想状态食物充足，空间不限，食物充足，空间不限， 气候适宜，没有天敌等；气候适宜，没有天敌等；增长特点：增长特点： 种群数量每年以一定的倍数增长，种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的第二年是第一年的倍。倍。建立模型：建立模型：t t年后种群的数量为年后种群的数量为 NNt t=N=N0 0 t t （NN0 0为起始数量，为起始数量， t t为时间，为时间，NNt t表示表示t t年后该种群的数量
9、，年后该种群的数量，为年均增长率）为年均增长率） 例子：实验室条件下、外来物种入侵、例子：实验室条件下、外来物种入侵、 迁移入新环境。迁移入新环境。问题探讨问题探讨 在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公式增长吗？为什么？公式增长吗？为什么？如何验证这个观点？如何验证这个观点？ 不会。原因是资源和空间是有限的。不会。原因是资源和空间是有限的。生态学家高斯曾经做过生态学家高斯曾经做过这样一个实验：在这样一个实验：在0.5ml0.5ml培培养液中放入养液中放入5 5个大草履虫，个大草履虫，然后每隔然后每隔24h24h统计一次大草统计一次大草履虫的数量。经
10、过反复实验，履虫的数量。经过反复实验，得出了如图所示的结果。得出了如图所示的结果。思考：思考：1 1、曲线形状象什么？其种、曲线形状象什么？其种群达到基本稳定的数量值群达到基本稳定的数量值称为什么？称为什么？“S S”型曲型曲线线2 2、大草履虫数量增长过程、大草履虫数量增长过程如何？如何？三、种群增长的三、种群增长的“S”S”型曲线型曲线K K值值K K值值种群增长逐渐减慢种群增长逐渐减慢种群数量大于种群数量大于K/2K/2值时，值时，K K值值种群数量达到种群数量达到K K值时，值时，种群增长停止种群增长停止种群数量在种群数量在 K/2K/2值时，值时，种群增长最快种群增长最快种群数量小于
11、种群数量小于K/2K/2值时，值时，种群增长逐渐加快种群增长逐渐加快K K值：在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中值：在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量称为环境容纳量。所能维持的种群最大数量称为环境容纳量。K/2K/2（2 2）种群的）种群的“S S”型增长到型增长到K K值后不再继续值后不再继续增加的原因增加的原因：内因是：内因是： 外因是：外因是： 三、种群增长的三、种群增长的“S”S”型曲线型曲线产生条件：产生条件： 自然条件自然条件( (现实状态现实状态) )食物等资源和空间总是食物等资源和空间总是有限的，当种群密度增大时，种内竞争不断加剧，有限的，当种群密
12、度增大时，种内竞争不断加剧，天敌数量不断增加，导致该种群的出生率降低，死天敌数量不断增加，导致该种群的出生率降低，死亡率增高。亡率增高。增长特点：增长特点： 种群数量达到环境所允许的最大值（种群数量达到环境所允许的最大值（K K值），值），将停止增长并在将停止增长并在K K值左右保持相对稳定。值左右保持相对稳定。 存在环境阻力存在环境阻力 种群密度越大种群密度越大 环境阻力越大环境阻力越大思考讨论思考讨论1 1、为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续获得最大、为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群种群数量保持在什么水平捕鱼量，应使被捕鱼群种群数量保持在什么水平? ? 根据种
13、群增长的S型曲线，应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平。这是因为在这个水平上种群增长量最大 。2 2、对家鼠等有害动物的控制，从环境容纳量的角、对家鼠等有害动物的控制，从环境容纳量的角度看，应当采取什么措施？度看，应当采取什么措施？ 从环境容纳量的角度思考，可以采取措施降低环境容纳量，如将食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌，等等。家鼠繁殖力极强，善于打洞，偷家鼠繁殖力极强，善于打洞，偷吃粮食，传播疾病危害极大，应该采吃粮食，传播疾病危害极大，应该采取哪些措施控制家鼠数量？取哪些措施控制家鼠数量？有害生物的控制有害生
14、物的控制老鼠老鼠机械捕杀机械捕杀施用激素施用激素药物捕杀药物捕杀施用避孕药施用避孕药养殖或释放养殖或释放天敌天敌将食物储存将食物储存在安全处在安全处降低降低繁殖率繁殖率减少减少数量数量增大环境阻力增大环境阻力降低环境容纳量降低环境容纳量打扫卫生打扫卫生硬化地面硬化地面1.1.减少数量：机械捕杀、药物捕杀减少数量：机械捕杀、药物捕杀哪种措施较能从实质上解决问题哪种措施较能从实质上解决问题? ?2.2.增大环境阻力降低环境容纳量：增大环境阻力降低环境容纳量： 养殖或释放天敌、打扫卫生、养殖或释放天敌、打扫卫生、 硬化地面、将食物储存在安全处硬化地面、将食物储存在安全处3.3.降低繁殖率等降低繁殖率
15、等课堂讨论课堂讨论A. 大熊猫食性单一、繁殖率低、大熊猫食性单一、繁殖率低、生活在海拔较高的山岭里，活动范围生活在海拔较高的山岭里，活动范围需求广。需求广。试分析大熊猫数量日益减少的原试分析大熊猫数量日益减少的原因因?你能提出保护大熊猫措施吗？你能提出保护大熊猫措施吗？大熊猫数量日益减少的原因大熊猫数量日益减少的原因？自身繁殖率低自身繁殖率低食性单一食性单一气候变迁气候变迁栖息地的丧失等栖息地的丧失等保护大熊猫的措施？保护大熊猫的措施？提高繁殖率提高繁殖率, ,建立自然保护区，给大熊猫更宽广的建立自然保护区，给大熊猫更宽广的 生活空间，保护环境，改善她们的栖生活空间，保护环境，改善她们的栖 息
16、环境，帮助减少其环息环境，帮助减少其环 境阻力从而提高环境容境阻力从而提高环境容 纳量，是保护大熊猫的纳量，是保护大熊猫的 根本措施。根本措施。C.在渔业捕捞问题上，人们总是希在渔业捕捞问题上，人们总是希望捕到更多的鱼。如果捕捞量长期过高望捕到更多的鱼。如果捕捞量长期过高,种群的数量会发生什么样的变化呢种群的数量会发生什么样的变化呢? 我我们应该怎样来确定们应该怎样来确定合适的捕捞量才能合适的捕捞量才能即不危及鱼类种群即不危及鱼类种群的持续发展的持续发展,又能获又能获得较高的鱼产量得较高的鱼产量?课堂讨论课堂讨论时间时间种种群群数数量量K环境阻力环境阻力J型型S型型种群数量的恢复需较长时间。种
17、群数量的恢复需较长时间。如果外界的环境发生剧烈变化，种群还如果外界的环境发生剧烈变化，种群还有可能绝灭有可能绝灭. .1.1.如果长期过度捕捞如果长期过度捕捞: :2.2.捕捞量的确定捕捞量的确定: :K/2捕捞量捕捞量K/2K/2值。值。这样既有利于种群的可这样既有利于种群的可持续发展，又可获得较持续发展，又可获得较大收益。大收益。比较种群增长两种曲线的联系与区别比较种群增长两种曲线的联系与区别J J型曲线型曲线S S型曲线型曲线条件条件种群增长率种群增长率有无有无K K值值曲线曲线环境资源无限环境资源无限环境资源有限环境资源有限保持稳定保持稳定先升后降先升后降无，无，持续保持增长持续保持增
18、长有有K K值值01002003004001234567时间时间/ /天天酵母数酵母数环境阻力环境阻力食物不足食物不足空间有限空间有限种内斗争种内斗争天敌捕食天敌捕食气候不适气候不适寄生虫寄生虫传染病等传染病等K值值:环境容纳量环境容纳量四、种群数量的波动和下降四、种群数量的波动和下降 大多数种群的数量总是在波动之中的，在不利条大多数种群的数量总是在波动之中的，在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。东亚飞蝗种群数量的波动东亚飞蝗种群数量的波动 种群的数量是由出生率和死亡率、迁入率和迁种群的数量是由出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定的，因此，凡是影响上述种群特征
19、的因出率决定的，因此，凡是影响上述种群特征的因素，都会引起种群数量的变化。素，都会引起种群数量的变化。环境因素环境因素种群的出生率、死亡率、迁出和迁入率种群的出生率、死亡率、迁出和迁入率种群数量的变化种群数量的变化气候、食物、被捕食、传染病等气候、食物、被捕食、传染病等增或减增或减增长、波动、稳定、下降等增长、波动、稳定、下降等影响种群数量变化的因素影响种群数量变化的因素培养液中酵母菌种群数量的变化培养液中酵母菌种群数量的变化 问题：培养液中酵母菌种群的数量随时间如何问题：培养液中酵母菌种群的数量随时间如何 变化？变化？ 假设：假设：探究：探究：实验步骤：实验步骤： 1、配制马铃薯培养液，分装
20、到、配制马铃薯培养液，分装到7只试管，消毒只试管，消毒 灭菌灭菌 2、分别接种酵母菌，恒温培养、分别接种酵母菌，恒温培养 3、每隔、每隔24小时取样统计酵母菌数量，连续小时取样统计酵母菌数量，连续7天天 4、记录数据并绘制曲线、记录数据并绘制曲线培养液中酵母菌种群的数量先连续增培养液中酵母菌种群的数量先连续增加，后来逐渐下降加，后来逐渐下降有关问题：有关问题： 怎样对酵母菌计数？怎样对酵母菌计数？ 若一个小方格中酵母菌过多，难以数清，该怎若一个小方格中酵母菌过多，难以数清，该怎么办？么办？ 对于压在小方格界线上的酵母菌该如何处理？对于压在小方格界线上的酵母菌该如何处理？ 该如何设计记录表格？该
21、如何设计记录表格？ 从试管中吸出培养液前为什么需震荡试管？从试管中吸出培养液前为什么需震荡试管？ 是否需要重复实验？是否需要重复实验？先将培养液稀释，然后再取样计数先将培养液稀释，然后再取样计数需要，提高准确率需要，提高准确率只记相邻两条边及夹角处个体只记相邻两条边及夹角处个体使酵母菌分布均匀，取样准确使酵母菌分布均匀，取样准确（1 1）有利于野生生物资源的合理利用及保护。）有利于野生生物资源的合理利用及保护。 （2 2）为人工养殖及种植业中合理控制种群）为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。 （3 3）通过研究种群数量变动规律
22、，为害虫的）通过研究种群数量变动规律，为害虫的预测及防治提供科学依据。预测及防治提供科学依据。五研究种群数量变化有何意义？五研究种群数量变化有何意义？（4 4）有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。）有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。云豹的保护云豹的保护苍鹭的保护苍鹭的保护野猪的保护野猪的保护救护被困的鲸鱼救护被困的鲸鱼全力防蝗减灾全力防蝗减灾课堂小结课堂小结一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法二、种群增长的二、种群增长的“J”J”型曲线型曲线三、种群增长的三、种群增长的“S”S”型曲线型曲线四、种群数量的波动和下降四、种群数量的波动和下降五、研究种群数量变化有何意义五、研究种群数
23、量变化有何意义随堂练习随堂练习1 1、在一个相对封闭的小型牧场内，迁入一小群绵羊，、在一个相对封闭的小型牧场内，迁入一小群绵羊，8 8年后发展到年后发展到500500只左右，这个羊群数量会只左右，这个羊群数量会 A A、维持在一个水平上、维持在一个水平上 B B、不断下降、不断下降C C、缓慢上升、缓慢上升 D D、迅速上升、迅速上升2 2、“食人鱼食人鱼”是一种肉食鱼，一旦进入自然生态水域，是一种肉食鱼，一旦进入自然生态水域，就会造成严重的生态灾难。假如该物种进入湖泊生态系统，就会造成严重的生态灾难。假如该物种进入湖泊生态系统，以下哪种曲线能准确表达其种群数量变化的特点以下哪种曲线能准确表达
24、其种群数量变化的特点 B C D B C D 1 1、在下列图中，表示种群在无环境阻力、在下列图中，表示种群在无环境阻力状况下增长的是状况下增长的是 ( )( )D D巩固练巩固练习习培养液中培养液中酵母菌酵母菌种群数量的变化种群数量的变化一般步骤一般步骤: :(1)(1)提出问题：培养液中酵母菌种群是怎样随时间变化的？提出问题：培养液中酵母菌种群是怎样随时间变化的？(2)(2)作出假设：作出假设： 。(3)(3)讨论探究思路：讨论探究思路：问题问题(4)(4)制定计划：制定计划：(5)(5)实施计划：实施计划：(6)(6)分析结果，得出结论：分析结果，得出结论：(7)(7)表达和交流：表达和
25、交流：(8)(8)进一步探究：进一步探究：酵母菌出芽生殖酵母菌的新陈代谢类型酵母菌的新陈代谢类型: :兼性厌氧型兼性厌氧型C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量能量酶酶无氧呼吸无氧呼吸C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量能量酶酶有氧呼吸有氧呼吸1 1 怎样进行酵母菌的计数？怎样进行酵母菌的计数？2 2 从试管中吸出培养液进行计数之前，建议你将试管轻从试管中吸出培养液进行计数之前，建议你将试管轻轻振荡几次。这是为什么？轻振荡几次。这是为什么？3 3 本探究需要设置对照吗？如果需要请讨论对照组应怎本探究需要设置对照吗？如果需要请讨论对照组应怎样设计和操作；如果不需要
26、，请说明理由。样设计和操作；如果不需要，请说明理由。4 4 需要做重复实验吗？需要做重复实验吗？5 5 怎样记录结果？记录表怎样设计？怎样记录结果？记录表怎样设计？6 6 如果一个小方格内酵母菌过多，难以计数，应采取怎如果一个小方格内酵母菌过多，难以计数，应采取怎样的措施？样的措施？7 7 对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数？对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数？实验步骤：实验步骤：（1 1）取培养液）取培养液1010毫升加入到试管中，先通过显毫升加入到试管中，先通过显微镜观察，估算出微镜观察，估算出1010毫升培养液中酵母菌的初毫升培养液中酵母菌的初始数量（始数量（N N。）。
27、）。注意，从试管中吸取培养液进行计数之前，先注意，从试管中吸取培养液进行计数之前，先将试管振荡几次，这样求得的培养液中的酵母将试管振荡几次，这样求得的培养液中的酵母菌数量误差菌数量误差 。（2 2）每天定时观察记录数值，对于观察时压在）每天定时观察记录数值，对于观察时压在小方格界限上的酵母菌应取小方格界限上的酵母菌应取 记数。记数。（3 3）以）以 为横坐标，酵母菌的数量为纵为横坐标，酵母菌的数量为纵坐标，绘制坐标，绘制 结果分析：酵母菌在培养液中开始呈结果分析：酵母菌在培养液中开始呈 增长，经增长，经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，呈过一定时间的增长后，数量趋于稳定，呈 增长。增长。 最小最小 平均值平均值 时间时间 种群增长曲线种群增长曲线 “J”型型 “S”型型