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1、第第1 1章章 种群及其动态种群及其动态第第2 2节节 种群数量的变化种群数量的变化问题探讨 我们的手上难免沾染细菌。细我们的手上难免沾染细菌。细菌的繁殖速率很快，因而我们要常菌的繁殖速率很快，因而我们要常洗手。假设在洗手。假设在营养营养和和生存空间生存空间没有没有限制限制的情况下，某种细菌的情况下，某种细菌每每20min20min就通过分裂就通过分裂繁殖一代繁殖一代。1 1、第第n n代细菌数量的计算公式是什么？代细菌数量的计算公式是什么？N Nn n=2 2n n2 2、72h72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？n n 60min 72h60
2、min 72h20min20min216216（代）（代）N N2162161 X 1 X n n 2 22162160 0时间时间/min/min细菌数量细菌数量/个个1001002002003003004004005005002020404060608080100100120120 140140 160160 180180合作探究：合作探究：请根据表格信息，请根据表格信息，将数学公式（将数学公式（N Nn n2 2n n）变为曲线图）变为曲线图。时间时间(min)(min)0 02020404060608080100100120120140140160160180180分裂次数分裂次数0
3、01 12 23 34 45 56 67 78 89 9数量（个）数量（个）1 12 24 48 81616323264641281282562565125123.类型及优缺点：类型及优缺点：(1)(1)数学公式数学公式(2)(2)曲线图曲线图科学、科学、精确、不够直观精确、不够直观直观、不够精确直观、不够精确观察分析观察分析提出问题提出问题做出假设做出假设建立建立数学模型数学模型对模型进行对模型进行检验修正检验修正研究研究方法方法研究研究实例实例细细菌菌每每20min20min分分裂裂一一次次，怎怎样样计计算算繁殖繁殖n n代的数量？代的数量？在在资资源源和和生生存存空空间间没没有有限限制制
4、的的条条件件下下，细细菌菌种种群群的的增增长长不不会会受受种群密度增加的影响种群密度增加的影响N Nn n=2=2n nN N代代表表细细菌菌数数量量，n n表表示示第第几代几代观观察察、统统计计细细菌菌数数量量，对对模模型型进进行检验或修正行检验或修正1.定义：定义：一、建构种群增长模型的方法 建立数学模型建立数学模型用来描述一个系统或它的性质的用来描述一个系统或它的性质的数学形式数学形式,可以是公可以是公式也可以是坐标图等。式也可以是坐标图等。2.步骤：步骤：1859 1859年，一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了年，一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了2424只只野兔，
5、野兔，一个世纪后，这一个世纪后，这2424只野兔的后代竟超过只野兔的后代竟超过6 6亿只亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃噬树皮，造成植被破坏，导致水土流失。直到人们引入了争食牧草，还啃噬树皮，造成植被破坏，导致水土流失。直到人们引入了黏黏液瘤病毒液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。才使野兔的数量得到控制。资料资料资料资料1 1 1 1二、种群的“J”形增长资料资料资料资料2 2 2 2 20 20世纪世纪3030年代时，人们将环颈雉引入到美年代时，人们将环颈雉引入到美国的一个岛屿上，在最初的国的一个岛屿上，在最初的5 5年内，年内，1937 193719421
6、942年期间该种群数量的增长如左图所示年期间该种群数量的增长如左图所示年份种群数量/只1937春1937秋1938春1938秋1939春1939秋1940春1940秋1941春1941秋1942春1942秋0500100015002000250030003500840 3010081426282844705154013251898食物和空间条件充裕，没有天敌，气候适宜等食物和空间条件充裕，没有天敌，气候适宜等理想状态：食物充足，空间不限，气候适宜，没有敌害等。理想状态：食物充足，空间不限，气候适宜，没有敌害等。实验室条件下；实验室条件下；当一个种群当一个种群刚迁入刚迁入到一个新的适宜环境时到一
7、个新的适宜环境时 。二、种群的“J”形增长1.1.模型假设：模型假设：2.2.适用对象：适用对象：3.3.数学公式：数学公式：N Nt t=N=N0 0 t t 曲线式：曲线式：N N0 0：为起始数量为起始数量 t t：为时间为时间N Nt t：表示表示t t年后该种群的数量年后该种群的数量：该种群数量是一年前种群数量的该种群数量是一年前种群数量的倍数倍数 时间时间(t)种种群群数数量量Nt4.“J”4.“J”形增长的特点：形增长的特点：种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的倍。项目项目种群数量变化种群数量变化年龄结构年龄结构111 111 1=1种群数量时间0只有只有1且为且为定值
8、定值时，种群增长才为时，种群增长才为“J”形增长。形增长。中国中国人口数据增长曲线人口数据增长曲线世界世界人口数据增长曲线人口数据增长曲线二、种群的“J”形增长人口在人口在2020世纪大部分时期呈现出世纪大部分时期呈现出“J”“J”形形增长增长探究：探究：如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J J”形增长吗？形增长吗？【实例实例】生态学家高斯的实验：生态学家高斯的实验：在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，每隔24h统计一次大草履虫的数量。经反复实验，结果如下图所示。（1）为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？由于随着大草履虫由于随着大草履
9、虫数量的增多数量的增多，对，对食食物和空间物和空间的竞争趋于激烈，导致的竞争趋于激烈，导致出生出生率率下降下降，死亡率死亡率升高升高。（2）这种类型的种群增长称为什么？种群的种群的“S”“S”形增长形增长种群经过一定时间的种群经过一定时间的增长增长后，数量趋于后，数量趋于稳定稳定，增长曲线呈，增长曲线呈“S S”形。形。资源和空间有限资源和空间有限种群密度增大时种群密度增大时出生率出生率降降低低死亡率死亡率升升高高1.“S”1.“S”形增长的含义：形增长的含义：2.“S”2.“S”形增长形成原因：形增长形成原因：种内竞争加剧种内竞争加剧出生率死亡率时，出生率死亡率时，种群稳定在一定的种群稳定在
10、一定的水平水平3.3.适用对象：适用对象：一般自然种群的增长一般自然种群的增长4.4.环境容纳量：环境容纳量：一定一定的环境条件所能的环境条件所能维持维持的种群的种群最大数量最大数量，又称，又称K K 值值。三、种群的“S”形增长5.“S”5.“S”曲线的分析：曲线的分析：BCDEA种群基数小，需要种群基数小，需要适应适应新环境，增新环境，增长长较缓慢较缓慢。(1)AB(1)AB段：段：(2)BC(2)BC段：段：(3)C(3)C点：点：(4)CD(4)CD段：段：资源和空间资源和空间丰富丰富，出生率升高，种，出生率升高，种群数量群数量增长迅速增长迅速。种群数量为种群数量为K/2K/2，增长速
11、率增长速率达到达到最大最大资源和空间资源和空间有限有限，种群密度增大，种群密度增大，种种内竞争内竞争加剧加剧，出生率降低，死亡率升，出生率降低，死亡率升高，种群高，种群增长增长减缓减缓；调整期调整期加速期加速期转折期转折期减速期减速期(5)DE(5)DE段：段：出生率约等于死亡率，种群出生率约等于死亡率，种群增长速率增长速率几乎为几乎为0，种群数量达到，种群数量达到K值值，且维持，且维持相对稳定相对稳定。饱和期饱和期BCDEA合作探究：合作探究：请请以时间为横坐标，种群增长速率为纵坐标，画出以时间为横坐标，种群增长速率为纵坐标，画出种群种群“S“S”形增长的增长速率曲线形增长的增长速率曲线。S
12、 S型曲线增长速率曲线型曲线增长速率曲线增长速率时间t1t2增长速率先增大后减小，最后为增长速率先增大后减小，最后为0 0。当种群数量为当种群数量为k/2k/2时，增长速率达到最大。时，增长速率达到最大。K/2KABCDEBCDEA合作探究：合作探究：同一种群的同一种群的K K值是固定不变的吗？值是固定不变的吗？不不是是，生生物物自自身身的的遗遗传传特特性性和和食食物物、栖栖息息场场所所、天天敌敌及及其其他他生生存存条条件件均均会会影影响响动物的环境容纳量。动物的环境容纳量。在环境条件没有变化的情况下，在环境条件没有变化的情况下，种群数种群数量在量在K K值上下波动，动态平衡值上下波动，动态平
13、衡。三、种群的“S”形增长野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？保护大熊猫的根本措施是什么？保护大熊猫的根本措施是什么？建立自然保护区，改善栖息环境，从而建立自然保护区，改善栖息环境，从而提高环境容纳量提高环境容纳量。野生大熊猫的栖息地遭到破坏，食物和野生大熊猫的栖息地遭到破坏，食物和活动范围缩小，活动范围缩小，K K值降低值降低。6.K6.K值和值和K/2K/2值的运用：值的运用：场景场景场景场景1 1 1 1三、种群的“S”形增长怎样做才能最有效的灭鼠？怎样做才能最有效的灭鼠？K种群数量时间0BCDEt1t2AK/2增大环境阻力降低K值防治老鼠如断
14、绝或减少它们的食物来源；如断绝或减少它们的食物来源；养殖或释放它们的天敌，等等。养殖或释放它们的天敌，等等。降低环境容纳量降低环境容纳量在在K/2K/2前前捕杀捕杀防治有害生物的根本措施。防治有害生物的根本措施。场景场景场景场景2 2 2 2为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平？为什么？量保持在什么水平？为什么？应使被捕鱼群的种群数量应使被捕鱼群的种群数量保持在保持在K/2K/2水平水平，因为在这个水平上种群增长率最大因为在这个水平上种群增长率最大。场景场景场景场景3 3
15、 3 3K种群数量时间0BCDEt1t2AK/2“黄金开发点”“J”J”形增长形增长“S”S”形增长形增长产生产生条件条件增长增长特点特点K K值值曲线曲线食物和空间条件充裕、气候适宜、没食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和有天敌和其他竞争其他竞争物种等物种等理想条件理想条件。资源和空间有限资源和空间有限、受气候变化影响、受、受气候变化影响、受其他生物其他生物制约。制约。每种群数量以每种群数量以一定倍数增长一定倍数增长，种群增，种群增长速率越来越快。长速率越来越快。种群增长速率先逐渐增大，种群增长速率先逐渐增大，K/2时增长最时增长最快，此后增长减缓，到快，此后增长减缓，到K值值时停止增长
16、。时停止增长。温故知新：温故知新：“J”“J”与与“S”“S”增长的比较增长的比较时间时间(t)(t)种种群群数数量量 t t0 0 t t1 1 t t2 2时间时间增增长长速速率率时间时间种种群群数数量量t/2t/2t t无无有有K K值值练 习1.20201.2020山东滨州期末山东滨州期末 下面两种曲线是同一生物在同样条件下面两种曲线是同一生物在同样条件下的培养结果。以下分析错误的是下的培养结果。以下分析错误的是()()A.A.图图1 1、图、图2 2都可以表示该种群在有限环境条件下的增长规律都可以表示该种群在有限环境条件下的增长规律B.B.图图1 1中中A A点与图点与图2 2中的中
17、的C C点对应点对应C.C.图图1 1中中B B点与图点与图2 2中的中的D D点对应点对应D.D.图图1 1、2 2中的中的B B、C C点都可以表点都可以表示种群达到了环境容纳量示种群达到了环境容纳量D01002003004001234567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21（生存斗争中被淘汰的个体数）（生存斗争中被淘汰的个体数）“J”形曲线与“S”形曲线的比较练 习B在自然界，在自然界，有的种群有的种群能够在一段时期内维持数量的能够在
18、一段时期内维持数量的相对稳定相对稳定。四、种群数量的波动对于对于大多数生物种群大多数生物种群来说，种群数量总是在来说，种群数量总是在波动波动中中某地区东亚飞蝗种群数量的波动某地区东亚飞蝗种群数量的波动处在处在波动状态波动状态的种群，在某些的种群，在某些特定条件特定条件下可能出现下可能出现种群爆发种群爆发。如蝗。如蝗灾、鼠灾、赤潮等。灾、鼠灾、赤潮等。东亚飞蝗在我国的大发生没有周期性规律，干旱是大发生的主要原因。在黄河三角洲上的湿生草地，若遇到连年干旱，土壤中的蝗卵成活率就会提高，这是造成蝗虫大发生的主要原因。在淮河流域，前一年大涝，第二年飞蝗大发生的概率最大。故河北蝗区常出现“先涝后旱，蚂蚱成
19、片”，“大水之后，必闹蝗灾”的情况。种群数量的爆发：种群数量的爆发：种群数量的下降：种群数量的下降：当种群长久处于不利条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏。种群的延续需要有一定的个体数量为基础。当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。对于那些对于那些已经已经低于低于种群延续所需要的最小种群数量种群延续所需要的最小种群数量的物种，需要采取有的物种，需要采取有效的效的措施措施进行保护。进行保护。探究培养液中酵母菌种群数量的变化探究培养液中酵母菌种群数量的变化实验原理实验原理提出问题提出问题作出假设作出假设 在理想条件下在理想条件下，种群
20、的增长种群的增长呈呈“J”J”形形曲线；曲线；在各种资源有限或者存在环境阻力的情况下，种群增长在各种资源有限或者存在环境阻力的情况下，种群增长呈呈“S”“S”形形曲线。曲线。通过细胞计数可以测定封闭容器内的酵母菌种群随时间通过细胞计数可以测定封闭容器内的酵母菌种群随时间而发生的数量变化。而发生的数量变化。培养液中酵母菌的数量是怎样随时间变化的培养液中酵母菌的数量是怎样随时间变化的?培培养养液液中中的的酵酵母母菌菌数数量量一一开开始始呈呈“”形形增增长长；随着时间的推移，随着时间的推移，酵母菌数量呈酵母菌数量呈“”形增长。形增长。S探究培养液中酵母菌种群数量的变化探究培养液中酵母菌种群数量的变化
21、J J对培养液中酵母菌数量定时检测并记录。将试管放在将试管放在2828的恒温箱中培养的恒温箱中培养7 7天天培养培养将酵母菌接种到将酵母菌接种到支试管中支试管中接种接种每天取样计数酵每天取样计数酵母菌的数量，连母菌的数量，连续观察续观察7 7天并记录天并记录这这7 7天的数值。天的数值。计数计数将将10ml10ml马铃薯培马铃薯培养液或肉汤培养养液或肉汤培养液加入试管中液加入试管中准备准备方法步骤方法步骤探究培养液中酵母菌种群数量的变化探究培养液中酵母菌种群数量的变化血细胞计数板血细胞计数板（4 4）酵母菌计数）酵母菌计数血细胞血细胞血细胞血细胞计数板正面计数板正面计数区计数区计数室计数室25
22、162516型型A1A2A3A4A516251625型型A1A3A2A4计数室：计数室：共共400400小格小格，容积为容积为0.1mm0.1mm3 3。即110-4mLmL。计数板正面计数板正面血细胞计数板血细胞计数板抽样检测法抽样检测法A1A2A3A4A5=小方格小方格中细胞数量的平均值中细胞数量的平均值400 400 10104 4稀释倍数稀释倍数每个计数室共有每个计数室共有400400小格，总容积为小格，总容积为0.1mm0.1mm3 3=1 110-4mLmL酵母菌的计数酵母菌的计数:每毫升培养液中的酵母菌细胞数是多少？每毫升培养液中的酵母菌细胞数是多少？酵母细胞个数酵母细胞个数/m
23、L/mL 1 1、检测员将、检测员将1mL1mL水样稀释水样稀释1010倍后，用抽样检测的方法检测每毫升蓝藻的倍后，用抽样检测的方法检测每毫升蓝藻的数量；将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取少许培养液使其自行渗入计数量；将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取少许培养液使其自行渗入计数室，并用滤纸吸去多余液体。已知每个计数室由数室，并用滤纸吸去多余液体。已知每个计数室由25162516400400个小格个小格组成，容纳液体的总体积为组成，容纳液体的总体积为0 01 mm1 mm3 3。现观察到图中该计数室所示现观察到图中该计数室所示a a、b b、c c、d d、e 5e 5个中格个中格8080个小格内共
24、有蓝个小格内共有蓝藻藻n n个，则上述水样中约有蓝藻个，则上述水样中约有蓝藻 个个mLmL。5n105=小方格小方格中细胞数量的平均值中细胞数量的平均值400 10400 104 4稀释倍数稀释倍数酵母细胞个数酵母细胞个数/mL/mL稀释：稀释：将酵母菌培养液进行适当的稀释；若菌液不浓，可不必稀释。将酵母菌培养液进行适当的稀释；若菌液不浓，可不必稀释。镜检计数室：镜检计数室：在加样前，先对计数板的计数室进行镜检在加样前，先对计数板的计数室进行镜检 。若有污物，则需清洗后才能进行计数。若有污物，则需清洗后才能进行计数。加样品：加样品：在清洁干燥的血球计数板在清洁干燥的血球计数板盖上盖玻片盖上盖玻
25、片，再用，再用无菌细口滴管无菌细口滴管将稀释的酵母菌液由将稀释的酵母菌液由盖玻片边缘盖玻片边缘滴入一小滴（将计数室充满即可），滴入一小滴（将计数室充满即可），让菌液沿缝隙让菌液沿缝隙自行渗入自行渗入计数室。计数室。注意不可有气泡产生注意不可有气泡产生。探究培养液中酵母菌种群数量的变化探究培养液中酵母菌种群数量的变化（4 4）酵母菌计数的操作）酵母菌计数的操作注意事项：注意事项：l进行计数前，应先将试管进行计数前，应先将试管摇匀摇匀，目的是使，目的是使酵母菌在培养液中混合酵母菌在培养液中混合均匀均匀，以减少计数误差。，以减少计数误差。l显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应取显微镜计数时
26、，对于压在小方格界线上的酵母菌，应取相邻两边相邻两边及顶角及顶角计数。计数。l若一个小方格内酵母菌数量过多，难以数清时，则可将培养液若一个小方格内酵母菌数量过多，难以数清时，则可将培养液稀稀释释一定倍数后再计数。一定倍数后再计数。l本实验本实验无无对照实验，酵母菌每天的数量变化可形成对照实验，酵母菌每天的数量变化可形成前后对照前后对照。l血球计数板使用后，切勿用硬物洗刷，可采用血球计数板使用后，切勿用硬物洗刷，可采用浸泡和冲洗浸泡和冲洗的方法的方法清洗。清洗。典例追踪典例追踪2 2 为了探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，某同学进行了如下操为了探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，某同学进行了如下操作，其中正确的是作，其中正确的是()()A.A.将适量干酵母放入装有一定浓度葡萄糖溶液的锥形瓶中，在适宜条件将适量干酵母放入装有一定浓度葡萄糖溶液的锥形瓶中，在适宜条件下培养下培养B.B.将培养液静置一段时间后，用滴管从锥形瓶中吸取一定量的培养液将培养液静置一段时间后，用滴管从锥形瓶中吸取一定量的培养液C.C.在血细胞计数板中央滴一滴培养液，盖上盖玻片，并用滤纸吸去边缘在血细胞计数板中央滴一滴培养液，盖上盖玻片，并用滤纸吸去边缘多余培养液多余培养液D.D.将计数板放在载物台中央，立即在显微镜下观察、计数将计数板放在载物台中央，立即在显微镜下观察、计数A