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1、学习目标学习目标一、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细菌无处不在细菌在繁殖过程中,种群数量是如何变化的呢?在在营养和生存营养和生存空间没有限制空间没有限制的情况下,某的情况下,某种种细菌每细菌每2020分分钟钟就通过分裂就通过分裂繁殖一代繁殖一代。任务任务1:请计算出请计算出一个一个细菌产生的后代在细菌产生的后代在不同时间不同时间(单位为(单位为min)的数量,并填入下表(的数量,并填入下表(教材教材P66)任务任务2:用公式表示出
2、用公式表示出第第n代代的细菌数量的细菌数量Nn (20min时为第一代)时为第一代)时间时间分钟分钟2020406080100120140160180细菌细菌数量数量2 4 8 16 32 64 128 256 512N Nn n=1=12 2n n (N N表示细菌数量,表示细菌数量,n n表示繁殖代数)表示繁殖代数)任务任务3:利用表格中的数据画出细菌种群的增长曲线(利用表格中的数据画出细菌种群的增长曲线(教材教材P66)曲线图与数学方程式曲线图与数学方程式比较,优缺点?比较,优缺点?曲线图曲线图曲线图曲线图:直观,但不够精确。直观,但不够精确。方程式方程式方程式方程式:精确:精确,但不够
3、直观。,但不够直观。一、研究种群数量变化的方法一、研究种群数量变化的方法构建数学模型构建数学模型1、概念:用来描述一个系统或它的性质的数学形式、概念:用来描述一个系统或它的性质的数学形式2、类型:、类型:数据分析表格式数据分析表格式时时 间间20406080100 120 140 160 180细菌数量细菌数量数学方程式数学方程式Nn=2n坐标式(曲线图、柱状图)坐标式(曲线图、柱状图)7一、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、观察研究对象,、观察研究对象,提出提出 问题问题细菌每细菌每2020分钟分裂一次,分钟分裂一次,问题:细菌数量怎样变化的?问题:细菌数量怎样变化的?
4、2 2、提出提出合理的合理的假设假设在资源和空间无限多的环境中,在资源和空间无限多的环境中,细菌种群的增长不受种群密度增细菌种群的增长不受种群密度增加的影响加的影响3 3、根据实验数据,用适、根据实验数据,用适当的当的数学形式数学形式对事物的性对事物的性质进行质进行表达表达4 4、通过进一步实验或观、通过进一步实验或观察等,对模型进行察等,对模型进行检验或检验或修正修正观察、统计细菌的数量,对自己观察、统计细菌的数量,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建立数学模型一般包括以下步骤:建立数学模型一般包括以下步骤:NnNn1 1n n试一试试一试(用公式表示,不必计算具体结
5、果)(用公式表示,不必计算具体结果)(用公式表示,不必计算具体结果)(用公式表示,不必计算具体结果)以上讨论的是在实验条件下,种群的数量变化,自然界中的种群其数量变化有没有类似的情况呢?实例一:澳大利例一:澳大利亚野野兔兔18591859年,一个英格兰年,一个英格兰的农民带着的农民带着2424只只野兔,野兔,登陆澳大利亚并定居登陆澳大利亚并定居下来,但谁也没想到,下来,但谁也没想到,之后的之后的一个世纪一个世纪里,里,这个澳洲这个澳洲“客人客人”的的数量呈指数增长,达数量呈指数增长,达到到6 6亿只亿只之多。之多。实例二例二:2020世世纪3030年代年代,人人们将将环颈雉雉引入美引入美国的一
6、个国的一个岛屿,此后,此后环颈雉的增雉的增长如如上上图。实例三:实例三:凤眼莲(水葫芦)凤眼莲(水葫芦)凤眼莲原产于凤眼莲原产于凤眼莲原产于凤眼莲原产于南美南美南美南美,1901190119011901年作为花卉年作为花卉年作为花卉年作为花卉引入中引入中引入中引入中国国国国.由于繁殖迅速,又由于繁殖迅速,又由于繁殖迅速,又由于繁殖迅速,又几乎几乎几乎几乎没有竞争对手和天没有竞争对手和天没有竞争对手和天没有竞争对手和天敌敌敌敌,我国目前有,我国目前有,我国目前有,我国目前有184184184184万万万万吨吨吨吨.它对其生活的水面它对其生活的水面它对其生活的水面它对其生活的水面采取了野蛮的封锁策
7、略,采取了野蛮的封锁策略,采取了野蛮的封锁策略,采取了野蛮的封锁策略,挡住阳光,导致水下植挡住阳光,导致水下植挡住阳光,导致水下植挡住阳光,导致水下植物得不到足够光照而死物得不到足够光照而死物得不到足够光照而死物得不到足够光照而死亡亡亡亡.凤眼莲成为我国淡凤眼莲成为我国淡凤眼莲成为我国淡凤眼莲成为我国淡水水体中主要的水水体中主要的水水体中主要的水水体中主要的外来入外来入外来入外来入侵物种之一侵物种之一侵物种之一侵物种之一。实例四:世界人口增长曲线实例四:世界人口增长曲线自然界确有类似细菌自然界确有类似细菌在在理想条件下理想条件下种群数种群数量增长的形式,如果量增长的形式,如果以以时间为横坐标时
8、间为横坐标,种种群数量为纵坐标群数量为纵坐标画出画出曲线来表示,曲线曲线来表示,曲线大大致呈致呈“J”型型。(2 2)数量变化特点:)数量变化特点:种群每年以一定的倍数增长种群每年以一定的倍数增长种群每年以一定的倍数增长种群每年以一定的倍数增长(3)(3)适用范围适用范围:实验室营养充分的条件下实验室营养充分的条件下实验室营养充分的条件下实验室营养充分的条件下当种群刚迁入到一个新的、适当种群刚迁入到一个新的、适当种群刚迁入到一个新的、适当种群刚迁入到一个新的、适宜环境的早期阶段宜环境的早期阶段宜环境的早期阶段宜环境的早期阶段(1 1)形成原因:)形成原因:理想状态理想状态理想状态理想状态食物充
9、足食物充足食物充足食物充足 ,空间不限,气候适宜,空间不限,气候适宜,空间不限,气候适宜,空间不限,气候适宜,没有天敌等没有天敌等没有天敌等没有天敌等(不存在环境阻力)(不存在环境阻力)(不存在环境阻力)(不存在环境阻力)二、种群增长的二、种群增长的“J J”型曲线型曲线(4)(4)数学方程式模型数学方程式模型:Nt=N0 t模型假设:模型假设:假设假设1:理想状态:理想状态 假设假设2:后一年的数量始终是前一年的后一年的数量始终是前一年的倍。倍。二、种群增长的二、种群增长的“J J”型曲线型曲线NtNtNtNt表示表示表示表示t t t t年后该种群的数量年后该种群的数量年后该种群的数量年后
10、该种群的数量N N N N0 0 0 0为种群的起始数量为种群的起始数量为种群的起始数量为种群的起始数量表示该种群数量是一年前种群表示该种群数量是一年前种群表示该种群数量是一年前种群表示该种群数量是一年前种群数量的倍数数量的倍数数量的倍数数量的倍数t t t t为时间为时间为时间为时间(5 5)种群增长率:)种群增长率:指单位时间内净增加的个体数占指单位时间内净增加的个体数占指单位时间内净增加的个体数占指单位时间内净增加的个体数占原个体数的比率原个体数的比率原个体数的比率原个体数的比率计算公式计算公式:种群第种群第种群第种群第t t t t年的增长率年的增长率年的增长率年的增长率:N Nt t
11、N Nt t1 1N Nt t1 1=1 1种群年增长率随时间变化的曲线种群年增长率随时间变化的曲线种群年增长率随时间变化的曲线种群年增长率随时间变化的曲线:1 1 1 1种种种种群群群群增增增增长长长长率率率率时间时间时间时间增长率增长率=(现有个体数原有个体数)(现有个体数原有个体数)/原有个体数原有个体数二、种群增长的二、种群增长的“J J”型曲线型曲线19(6 6)种群增长速率:)种群增长速率:指单位时间内新增加的个体数指单位时间内新增加的个体数指单位时间内新增加的个体数指单位时间内新增加的个体数计算公式计算公式:种群第种群第种群第种群第t t t t年的平均增长速率年的平均增长速率年
12、的平均增长速率年的平均增长速率N Nt tN Nt t1 1t t(t t1 1)个个个个/年年年年=N=N0 0 t t1 1(1 1)个)个)个)个/年年年年种群年均增长速率随时间种群年均增长速率随时间种群年均增长速率随时间种群年均增长速率随时间变化的曲线变化的曲线变化的曲线变化的曲线:时间时间时间时间种种种种群群群群增增增增长长长长速速速速率率率率增长速率增长速率增长速率增长速率=(现有个体数原有个体数)(现有个体数原有个体数)(现有个体数原有个体数)(现有个体数原有个体数)/增长时间增长时间增长时间增长时间二、种群增长的二、种群增长的“J J”型曲线型曲线20思思思思考考考考:当当当当
13、1,=1,01,=1,01,=1,01,=1,01111:种群数量呈种群数量呈种群数量呈种群数量呈“J J J J”型增长型增长型增长型增长=1=1=1=1:种群数量不增长种群数量不增长种群数量不增长种群数量不增长01010101:种群数量下降种群数量下降种群数量下降种群数量下降=0=0=0=0:种群灭亡种群灭亡种群灭亡种群灭亡二、种群增长的二、种群增长的“J J”型曲线型曲线注注注注意意意意:只只只只表表表表示示示示种种种种群群群群增增增增长长长长的的的的倍倍倍倍数数数数(=)而而而而不不不不是是是是种群种群种群种群增长率,也不是增长率,也不是增长率,也不是增长率,也不是种群种群种群种群增长
14、速率增长速率增长速率增长速率。N Nt tN Nt-1t-121问题探讨问题探讨“J”型曲线能一直持续下去吗?如何验证这个观点?生态学家高斯曾经做过这生态学家高斯曾经做过这样一个实验:在样一个实验:在0.5ml0.5ml培养液中培养液中放入放入5 5个大草履虫,然后每隔个大草履虫,然后每隔24h24h统计一次大草履虫的数量。统计一次大草履虫的数量。经过反复实验,得出了如图所经过反复实验,得出了如图所示的结果。示的结果。(2 2 2 2)数量变化特点:)数量变化特点:)数量变化特点:)数量变化特点:种群经过一定时间的种群经过一定时间的种群经过一定时间的种群经过一定时间的增长后,数量趋于稳增长后,
15、数量趋于稳增长后,数量趋于稳增长后,数量趋于稳定(定(定(定(稳定于稳定于稳定于稳定于“K K K K值值值值”)(3 3 3 3)适用范围:)适用范围:)适用范围:)适用范围:资源和空间有限的种群资源和空间有限的种群资源和空间有限的种群资源和空间有限的种群(自然种群自然种群自然种群自然种群)(1 1 1 1)形成原因:)形成原因:)形成原因:)形成原因:资源和空间有限等资源和空间有限等资源和空间有限等资源和空间有限等(存在环境阻力)存在环境阻力)存在环境阻力)存在环境阻力)三、种群增长的三、种群增长的“S S”型曲线型曲线环境阻力环境阻力自自然然条条件件(现现实实状状态态)食食物物等等资资源
16、源和和空空间间总总是是有有限限的的,种种群群密密度度越越大大,种种内内斗斗争争和和种种间间竞竞争争越越剧剧烈烈,捕捕食食者者数数量量越越多多,导导致致该该种种群群的的出出生生率率降降低低,死亡率增高。死亡率增高。当当出生率与死亡率相等出生率与死亡率相等时,种群的时,种群的增长就会停增长就会停止止,有时会稳定在一定的水平。,有时会稳定在一定的水平。出生率出生率出生率出生率死亡率死亡率死亡率死亡率种群密度种群密度种群密度种群密度出出出出生生生生率率率率或或或或死死死死亡亡亡亡率率率率N N N N0 0 0 0K K K K24三、种群增长的三、种群增长的“S S”型曲线型曲线K K值:值:在环境
17、条件不受破坏的情况下,一定空间中在环境条件不受破坏的情况下,一定空间中所能维持的所能维持的种群最大数量种群最大数量称为称为环境容纳量环境容纳量。K/2增长速率最快增长速率最快增长速率最快增长速率最快K K值:值:环境容纳量环境容纳量增长速率为零增长速率为零增长速率为零增长速率为零适应期:个体数量较少,增长缓慢适应期:个体数量较少,增长缓慢增长期:个体数量增加,增长加速增长期:个体数量增加,增长加速稳定期:增长减慢稳定期:增长减慢a ab bc c(4)(4)(4)(4)数学模型数学模型数学模型数学模型(曲线图):(曲线图):(曲线图):(曲线图):25三、种群增长的三、种群增长的“S S”型曲
18、线型曲线(5 5 5 5)种群增长率随时间变化的曲线:)种群增长率随时间变化的曲线:)种群增长率随时间变化的曲线:)种群增长率随时间变化的曲线:增长率增长率增长率增长率=(现有个体数原有个体数)(现有个体数原有个体数)(现有个体数原有个体数)(现有个体数原有个体数)/原有个体数原有个体数原有个体数原有个体数时间时间时间时间种种种种群群群群增增增增长长长长率率率率增长速率增长速率增长速率增长速率=(现有个体数原有个体数)(现有个体数原有个体数)(现有个体数原有个体数)(现有个体数原有个体数)/增长时间增长时间增长时间增长时间时间时间时间时间种种种种群群群群增增增增长长长长速速速速率率率率(6 6
19、 6 6)种群增长速率随时间变化的曲线)种群增长速率随时间变化的曲线)种群增长速率随时间变化的曲线)种群增长速率随时间变化的曲线:三、种群增长的三、种群增长的“S S”型曲线型曲线271.1.1.1.乙图乙图乙图乙图0g0g0g0g相当甲图相当甲图相当甲图相当甲图b b b b点之前,种群数量增长速率逐渐增加。点之前,种群数量增长速率逐渐增加。点之前,种群数量增长速率逐渐增加。点之前,种群数量增长速率逐渐增加。g gh hK KK/2K/2a a a ab b b bc c c c甲甲甲甲h h h h(K K K K)种种群群数数量量增增长长速速率率0 0 0 0g g g g(K/2K/2
20、K/2K/2)乙乙乙乙2.g 2.g 2.g 2.g 点相当甲中点相当甲中点相当甲中点相当甲中b b b b,种群数量增长速率最大。,种群数量增长速率最大。,种群数量增长速率最大。,种群数量增长速率最大。3.3.3.3.乙图乙图乙图乙图g-hg-hg-hg-h相当甲图相当甲图相当甲图相当甲图b-cb-cb-cb-c,种群数量增加,但增长速率逐渐,种群数量增加,但增长速率逐渐,种群数量增加,但增长速率逐渐,种群数量增加,但增长速率逐渐减少。减少。减少。减少。4.h 4.h 4.h 4.h 点相当甲中点相当甲中点相当甲中点相当甲中K K K K,种群数量增长速率为,种群数量增长速率为,种群数量增长
21、速率为,种群数量增长速率为0 0 0 0,种内斗争最激烈。,种内斗争最激烈。,种内斗争最激烈。,种内斗争最激烈。时间时间28思考讨论思考讨论K K值的应用值的应用a.a.野生生物资源保护野生生物资源保护野生生物资源保护野生生物资源保护:保护野生生物生活环境,减小环境:保护野生生物生活环境,减小环境阻力,增大阻力,增大K K值。值。b.b.有害生物的防治有害生物的防治有害生物的防治有害生物的防治:增大环境阻力:增大环境阻力(如为防鼠害而封储粮如为防鼠害而封储粮食、清除生活垃圾、保护鼠的天敌等食、清除生活垃圾、保护鼠的天敌等),降低,降低K K值。值。1 1、对保护大熊猫应采取什么措施才会事半功倍
22、?、对保护大熊猫应采取什么措施才会事半功倍?建立自然保护区,改善大熊猫栖息环境,提高建立自然保护区,改善大熊猫栖息环境,提高K K值。值。29K/2K/2的应用的应用a.a.资源开发与利用资源开发与利用:种群数量达到种群数量达到K/2K/2时,种群增长时,种群增长速率最大,再生能力最强;对养殖的生物进行捕捞速率最大,再生能力最强;对养殖的生物进行捕捞(捕获捕获)时,捕捞后的种群数量要维持在时,捕捞后的种群数量要维持在K/2K/2处,以保处,以保证持续获取高产量。证持续获取高产量。b.b.有害生物防治有害生物防治:务必及时控制种群数量,严防达务必及时控制种群数量,严防达到到K/2K/2处,甚至在
23、处,甚至在a a点以前就应采取相应措施。点以前就应采取相应措施。2 2、对家鼠等有害动物的控制,从环境容纳量的角度看,、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?应当采取什么措施?增大环境阻力,降低环境容纳量(如封储粮食,清除生增大环境阻力,降低环境容纳量(如封储粮食,清除生活垃圾,养殖它们天敌);降低活垃圾,养殖它们天敌);降低K K值。值。四比较种群增长两种曲线的联系与区别四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型曲线型曲线前提条件前提条件种群增长率种群增长率种种群增群增长速率速率有无有无K K值值曲线曲线环境资源无限环境资源无限环境资源无限环境资源
24、无限环境资源有限环境资源有限环境资源有限环境资源有限保持稳定保持稳定保持稳定保持稳定不断下降不断下降不断下降不断下降无,持续保持增长无,持续保持增长无,持续保持增长无,持续保持增长有有有有K K K K值值值值环境阻力环境阻力环境阻力环境阻力K K K K值:值:值:值:环境容纳量环境容纳量环境容纳量环境容纳量食物不足食物不足食物不足食物不足空间有限空间有限空间有限空间有限种内斗争种内斗争种内斗争种内斗争天敌捕食天敌捕食天敌捕食天敌捕食气候不适气候不适气候不适气候不适寄生虫寄生虫寄生虫寄生虫传染病等传染病等传染病等传染病等不断增大不断增大不断增大不断增大先增大后减小直至先增大后减小直至先增大后
25、减小直至先增大后减小直至0 0 0 03131用达尔文的观点分析用达尔文的观点分析“J J”、“S S”曲线曲线时间时间时间时间种种种种群群群群数数数数量量量量J J J J型曲型曲型曲型曲线线线线S S S S型型型型曲线曲线曲线曲线K K K K值值值值1 1、“J J”型曲线用达尔文的观点分析表明生物型曲线用达尔文的观点分析表明生物具有具有过度繁殖过度繁殖的特性。的特性。2 2、图中阴影部分表示:、图中阴影部分表示:环境阻力,环境阻力,种群密度种群密度越大越大 环境阻力越大环境阻力越大3 3、用达尔文的观点分析指:通过、用达尔文的观点分析指:通过生存斗争生存斗争被被淘汰淘汰的个体数量,也
26、即代表自然选择的作用。的个体数量,也即代表自然选择的作用。“J J”型曲线表明生物型曲线表明生物具有什么特性?图中具有什么特性?图中阴影部分表示什么?阴影部分表示什么?答案是答案是答案是答案是否定否定否定否定的,这个问题可以从两个方面来的,这个问题可以从两个方面来的,这个问题可以从两个方面来的,这个问题可以从两个方面来理解:理解:理解:理解:“S S S S”型增长曲线的种群增长率是下降,型增长曲线的种群增长率是下降,型增长曲线的种群增长率是下降,型增长曲线的种群增长率是下降,而而而而“J J J J”型增长曲线的种群增长率始终保持型增长曲线的种群增长率始终保持型增长曲线的种群增长率始终保持型
27、增长曲线的种群增长率始终保持不变。不变。不变。不变。“J J J J”型增长曲线是一种理想条件下的种型增长曲线是一种理想条件下的种型增长曲线是一种理想条件下的种型增长曲线是一种理想条件下的种群数量增长曲线,如有些种群迁入一个食物群数量增长曲线,如有些种群迁入一个食物群数量增长曲线,如有些种群迁入一个食物群数量增长曲线,如有些种群迁入一个食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害的理和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害的理和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害的理和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害的理想环境,迁入后种群数量马上就会呈想环境,迁入后种群数量马上就会呈想环境,迁入后种群数量马上就会呈想环境,迁
28、入后种群数量马上就会呈指数形指数形指数形指数形式增长,不存在适应过程;而式增长,不存在适应过程;而式增长,不存在适应过程;而式增长,不存在适应过程;而“S S S S”型增长型增长型增长型增长曲线的前段是种群对新环境的一个适应阶段,曲线的前段是种群对新环境的一个适应阶段,曲线的前段是种群对新环境的一个适应阶段,曲线的前段是种群对新环境的一个适应阶段,始终存在环境阻力始终存在环境阻力始终存在环境阻力始终存在环境阻力。思考:思考:“S S S S”型增长曲线的开始部分是不是型增长曲线的开始部分是不是型增长曲线的开始部分是不是型增长曲线的开始部分是不是“J J J J”型型型型增长曲线?增长曲线?增
29、长曲线?增长曲线?时间时间时间时间种种种种群群群群数数数数量量量量J J J J型型型型曲曲曲曲线线线线S S S S型型型型曲曲曲曲线线线线K K K K值值值值33 大多数种群的数量总是在大多数种群的数量总是在波动波动之中的之中的;在在不利条件不利条件之之下,还会急剧下,还会急剧下降下降,甚至,甚至灭亡灭亡五五 种群数量的波动和下降种群数量的波动和下降自然因素:食物、气候、空间、传染病、天敌等自然因素:食物、气候、空间、传染病、天敌等自然因素:食物、气候、空间、传染病、天敌等自然因素:食物、气候、空间、传染病、天敌等人为因素:人类的活动人为因素:人类的活动人为因素:人类的活动人为因素:人类
30、的活动人为控制(家禽,畜牧)人为控制(家禽,畜牧)人为控制(家禽,畜牧)人为控制(家禽,畜牧)捕杀野生动物捕杀野生动物捕杀野生动物捕杀野生动物滥砍乱阀滥砍乱阀滥砍乱阀滥砍乱阀环境破坏影响生物生存环境破坏影响生物生存环境破坏影响生物生存环境破坏影响生物生存3434六、研究种群数量变化的意义六、研究种群数量变化的意义1 1、为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导 。(合理利用和保护野生生物资源)(合理利用和保护野生生物资源)既要使生物资源的产量达到最大,又不危害生物资源的可持续发既要使生物资源的产量达到最大,又不危害生物资源的可持续发展,砍伐、捕捞、狩
31、猎后,保证种群的增长速率为最大值。展,砍伐、捕捞、狩猎后,保证种群的增长速率为最大值。2 2、为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、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采伐等提供理论指导。3 3、通过研究种群数量变动规律,为有害生物的预测及防通过研究种群数量变动规律,为有害生物的预测及防治提供科学依据。治提供科学依据。(为防治有害生物提供科学依据)为防治有害生物提供科学依据)降低环境的负荷量(降低环境的负荷量(K K值值)。如鼠害防治可通过严密封存粮食、)。如鼠害防治可通过严密封存粮食、清除生活垃圾、保护老鼠的天敌等措施来降低清除生活垃圾、保护老鼠的天敌等措施来降低K K值。值。4 4、为引进外来物种提供理性的思考为引进外来物种提供理性的思考。必须考虑所引入的外来物种是否会构成对原来物种的危害,即是必须考虑所引入的外来物种是否会构成对原来物种的危害,即是否会构成生物入侵。否会构成生物入侵。5 5、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。(拯救和恢复濒危动物种群)拯救和恢复濒危动物种群)35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