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4-2 种群数量的变化


知 识 回 顾 同 一物种 个体 同一地点

种 群

出生率 决定大小 种群数量 (种群密度) 迁入率
预 测 变化 方向
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决定大小死亡率

迁出率

影响 数量 变动

年龄组成 性别比例
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/>1

本节聚焦
1、怎样建构种群数量增长的模型? 2、种群的数量是怎样变化的? 3、什么是环境容纳量?
2
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2

在营养和生存空间没 有限制的情况下,某 1个细菌每20分钟分 裂繁殖一代。
3
18:55 广东惠来实中黄泽颖 3

时间(min) 0

细胞数
20

分裂
20
40 60 80 21

22
23 24 25
4

100 4
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细菌繁殖产生的后代数量
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一、建构种群增长模型的方法
在营养和生存空间没有限制的情况下,某 1个细菌每20分钟分裂繁殖一代。讨论:
①n代细菌数量的计算公式? Nn=2n ②72小时后,由一个细菌分裂产生的细菌数 量是多少? 解: n= 60min x72h/20min=216 ③细菌数量不会永远按这个公式增 长。可以用实验计数法来验证。 Nn=2n =2216 ③在一个培养基中,细菌的数量会一直按照这 个公式增长吗?如何验证你的观点?
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5

数学模型
观察研究对象, 提出问题

用来描述一个系统或它的性质的数学形式.建立数学模 型一般包括以下步骤:

细胞每20min分裂一次
资源空间无限多,细 菌种群的增长不受种 群密度增加的影响 Nn=2n

提出合理的假设
根据实验数据,用适 当的数学形式对事物 的性质进行表达 通过进一步的实验 或观察等,对模型 进行检验或修正 18:55

观察、统计细菌数量, 对自己所建立的模型 进行检验或修正 6 广东惠来实中黄泽颖

将数学公式(Nn=2n)变为曲线图
时间 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分钟

2

4

8

16 32

64 128 256 512

细菌 曲线图与数学方程 数量

式比较,优缺点? 直观, 但不够精确。
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7

细菌的数量/个

理想条件下细菌 数量增长的推测, 自然界中有此类 型吗?

8
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8

二、种群增长的“J”型曲线:

实例1:澳大利亚本来并没有兔子。 1859年,24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,兔子开始了几乎不 受任何限制的大量繁殖。不到100年,兔子的数量达到6 9 18:55 广东惠来实中黄泽颖 亿只以上,遍布整个大陆。

[思考1]:

澳大利亚野兔能指数增长的特 殊原因是什么呢? 。
①没有天敌。
②充足的食物。 ③广阔的生活空间

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10

实例2、20世纪30
年代,人们将环颈 雉引入美国的一个 岛屿,在1937-1942 年期间数量变化的 曲线
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11

自然界确有类 似的细菌在理想条 件下种群数量增长 的形式,如果以时 间为横坐标,种群 数量为纵坐标画出 曲线来表示,曲线 大致呈“J”型.

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“ J ”型增长的数学模型
1、产生条件: 理想状态——食物充足,空间不限,气候 适宜,没有敌害等; 种群的数量每年以一定的倍数增长,第二 年是第一年的λ倍。 2、种群 “ J ”型增长的数学模型公式:

Nt=N0 λ
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t

( N0为起始数量, t为时间,Nt表示t年后该种群的数量, λ为该种群数量是一年前种群数量的倍数。)
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存在环境阻力———
自然条件(现实状态)——食物等资源 和空间总是有限的,种内斗争不断加剧,捕 食者数量不断增加。导致该种群的出生率降 低,死亡率增高. 当出生率与死亡率相等时,种群的增长 就会停止,有时会稳定在一定的水平.
14
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P67

高斯实验:生态学家曾经做过这样一个实验:在0.5 mL培 养液中放入5个大草履虫,然后每隔24 h统计一次大草履 虫的数量。经过反复实验,得出了如上图所示的结果。从 上图可以看出,大草履虫在这个实验环境条件下的最大种 群数量是375个,这就是该实验种群的K值。
18:55 广东惠来实中黄泽颖 15

(1)问题探讨:

①“S”型曲线:种群经过一定时间的增长后,数量 趋于稳定 的曲线。 ②该实验中在第 2、3 天时增长率最快。

③环境容纳量(又称 K值 ):在环境条件 不受到破坏 的情况 下,一定空间中所能维持的种群的最大的数量称为环境容纳量。
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种群数量 小于K/2值时 种群— 增长逐渐加快 种群数量在 K/2值时, 种群— 增长最快 种群数量 大于K/2值时 种群— 增长逐渐减慢 种群数量达到K值时, 种群— 增长停止
17
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A

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17

种 群 的 个 体 数 量

指 数 增 长

种 群 的 个 体 数 量
时间

逻 辑 斯 蒂 增 长
时间

假若在理想的环境中生 活,即环境资源很充足 不受任何限制。

在自然的环境中环境资 源是有限的。种群不可 能无线增长。

种群增长的“J”型曲线 种群增长的“S”型曲线 种群的数量增长曲线 18
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种群数量增长的“J”型曲线与“S”型曲线的比较

J型曲线 存在条件 增长率
有无K值
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S型曲线
自然条件

理想条件

稳定不变 先上升后下降 无 出生率、 死亡率
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很多因素 (环境阻力)
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影响因素

种群增长的“J”型曲线 种群增长的“S”型曲线

在食物(养料) 和空间条件充裕、 在食物(养料) 气候适宜、没有敌 和空间等有限的条 害等理想条件下, 件下,种群数量呈 种群的数量往往会 现S型增长趋势. 连续快速增长.

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20

种群增长的“J”型曲线 种群增长的“S”型曲线

Nt = N0×λ

t

K值:环境容纳量 k/2处:种群增长 速度最快

N0:该种群的起始 数量 λ:种群数量是一 年前的倍数
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种群增长的 “J”型曲线

种群增长的 “S”型曲线

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1、同一种群的 K 值是固定不变的吗? 对家鼠等有害动物的控制,可以采取器械
捕杀、药物捕杀等措施。从环境容纳量的角度 2、对大熊猫应采取什么保护措施? 思考,可以采取措施降低有害动物种群的环境 3、对家鼠等有害动物的控制,应采取什 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, 么措施?从环境容纳量的角度看,能 减少它们挖造巢穴的场所;养殖或释放它们的 得到什么启发? 天敌,等等。

4、种群数量达到K值时,都能在K值维持
23
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稳定吗?
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23

四、种群数量的波动和下降
东亚飞蝗种群数量的变化

大多数种群的数量总是在波动之中的

24
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24

影响种群数量变化的因素
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的因素,都会引起种 群数量的变化。
环境因素

气候、食物、被捕食、传染病等

间接因素

重要因素:人类的活动
增或减

种群的出生率、死亡率、迁出和迁入
直接因素
种群数量的变化

增长、波动、稳定、下降等
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26
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在不利条件之下, 种群数量还会急剧 下降,甚至灭亡。
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26

五.研究种群数量变化有何意义?
(1)有利于野生生物资源的合理利用及保护。
(2)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。 (3)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。 (4)有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。
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27

苍鹭的保护

云豹的保护

野猪的保护

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救护被困的鲸鱼

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全力防蝗减灾28

培养液中酵母菌种群数量的变化
一般步骤:

(1)提出问题:培养液中酵母菌种群是怎样随时间变化的?
(2)作出假设: (3)讨论探究思路:问题 (4)制定计划: (5)实施计划: 。

(6)分析结果,得出结论:
(7)表达和交流: (8)进一步探究:
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酵母菌的新陈代谢类型:兼性厌氧型
有氧呼吸 C6H12O6+6H2O+6O2 无氧呼吸 C6H12O6 酶


6CO2+12H2O+能量

2C2H5OH+2CO2+能量

酵 母 菌 出 芽 生 殖

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30

探究
培养液中酵母菌种群数量的变化

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31

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32

? 单细胞真核生物 ? 属于兼性厌氧型微生物,有氧时产生二氧化碳和水; 无氧时产生二氧化碳和酒精。 ? 用液体培养基培养酵母菌,种群的增长受培养基的 成分,空气,温度,酸碱度等因素的影响。 ? 在理想的环境中,酵母菌种群的增长呈“J”型曲线; ? 在有限的环境下,酵母菌的种群呈“S”型曲线。

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第1天

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第4天

第6天
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死亡

第7天
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活菌数

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试管 编号

培养液 /mL

无菌水 /mL

酵母菌母 液/mL

温度 (℃)

A B C
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10 10 —

— — 10
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0.1 0.1 0.1

28 5 28
38

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39

对于压在小方格界线上的酵母菌应取相邻 两边及顶角计数。

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40

1

怎样进行酵母菌的计数?

2 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?
3 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,请说明理由。 4 需要做重复实验吗?

5

怎样记录结果?记录表怎样设计?

6 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? 7 对于压在小方格界线上的酵母菌,应当怎样计数?

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41

3、实验目的:研究培养液中酵母菌种群数量的变化。 实验材料:酵母菌菌种(市场出售的干酵母),无菌 马铃薯培养液或肉汤培养液,试管,血球计数板( 2mm×2mm方格),滴管,显微镜。 实验原理: (1)酵母菌的异化作用类型是兼性厌氧型 ,在有氧条 酒精和较少的 CO 件 下 能 产 生 较 多 的 CO2 , 在 无 氧 条 件下产 生 2 。 (2)在理想的无限环境中,即资源和空间十分充足, “J”型 没有天敌和其他灾害等,酵母菌种群呈 增长。自 “S”型 然界中资源和空间总是有限的,酵母菌种群呈 增 抽样检测 长。
(3)计算酵母菌数量可用
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培养液体积×(酵母菌数量/样液溶液体积)
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的方法,计算公式是
42

实验步骤: (1)取培养液10毫升加入到试管中,先通过显 微镜观察,估算出 10 毫升培养液中酵母菌的初 始数量(N。)。 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 菌数量误差 最小 。 (2)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 平均值 记数。 (3 )以 时间 为横坐标,酵母菌的数量为纵 坐标,绘制 种群增长曲线
结果分析:酵母菌在培养液中开始呈 “J”型 增长,经
“S”型增长。 过一定时间的增长后,数量趋于稳定,呈 18:55 43 广东惠来实中黄泽颖

家鼠的繁殖力很强,种 群数量每天可增加 1.47%。
①理论上,在某一区域,10只家鼠在100天后 的数量将会达到多少?

10×(1+1.47%)100
②你考虑应当采取什么措施来控制家鼠的数 量才是最有效的?
18:55 广东惠来实中黄泽颖 44

思考
怎样做才是最有效的灭鼠措施?
同一种群的K值会受到环境的影响。

提示:从环境容纳量的角度思考,可以采取 措施降低有害动物种群的环境容纳量,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。
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有害生物的控制
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 取哪些措施控制家鼠数量?

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减少 数量

降低 繁殖率

施用避孕药 施用激素 养殖或释放 天敌 将食物储存 在安全处
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机械捕杀

老鼠
药物捕杀
打扫卫生 硬化地面

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增大环境阻力 降低环境容纳量
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基础题:1. 在食物充足、空间广阔、气候 适宜、没有天敌等优越条件下,种群可能会呈 “J”型增长。 例如,澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马 种群进行过长达14年的研究,发现在环境条件 较好的年份,种群数量增长迅速,表现出季节 性的“J”型增长。在有限的环境中,如果种群 的初始密度很低,种群数量可能会出现迅速增 长。随着种群密度的增加,种内竞争就会加剧, 因此,种群数量增加到一定程度就会停止增长, 这就是“S”型增长。 例如,栅列藻、小球藻等低等植物的种群 增长,常常具有“S”型增长的特点。
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2.提示: (1)以年份为横坐标,种群数量为纵坐 标,根据表中数字画曲线。 (2)食物充足,没有天敌,气候适宜等。 (3)作为食物的植物被大量吃掉,导致 食物匮乏;自然灾害等。 拓展题 这是涉及最大持续产量的问题。关于最大 持续产量,可以查阅生态学专著。还可以请教 有经验的人或访问相关网站,了解单位面积水 面应放养的鱼的数量。
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课堂讨论
A. 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
需求广。 试分析大熊猫数量日益减少的原 因?你能提出保护大熊猫措施吗?
18:55

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50

大熊猫数量日益减少的原因? ?自身繁殖率低

?食性单一
?气候变迁 ?栖息地的丧失等

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保护大熊猫的措施?
?提高繁殖率, ?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 息环境,帮助减少其环 境阻力从而提高环境容 纳量,是保护大熊猫的 根本措施。
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1.在一个相对封闭的小型牧场内,迁入一 小群绵羊,8年后发展到500只左右,这个 羊群数量会 A A、维持在一个水平上 B、不断下降 C、缓慢上升 D、迅速上升

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2.下列因素能引起种群密度增大的 有





F

。 A、种群中幼年个体增多 B、种群性别比例改变 C、环境中温度条件适宜 D、种群中幼年个体减少 E、环境中天敌增多 F、寄生生物减少
18:55 广东惠来实中黄泽颖 54

3.“食人鱼”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,以下哪种曲线能准 确表达其种群数量变化的特点 A


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B
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C

D
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4.下列因素能引起种群密度增大的 有





F

。 A、种群中幼年个体增多 B、种群性别比例改变 C、环境中温度条件适宜 D、种群中幼年个体减少 E、环境中天敌增多 F、寄生生物减少
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56
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5.在一个相对封闭的小型牧场内,迁入一 小群绵羊,8年后发展到500只左右,这个 羊群数量会 A A、维持在一个水平上 B、不断下降 C、缓慢上升 D、迅速上升

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57

6.如果种群处在一个理想的环境中,没有资源 A , 和空间的限制,种群内个体的增长曲线是 用达尔文进化的观点分析,这是由于生物具有
过度繁殖 的特征。如果将该种群置于 有限的环境中,种群的数量增长曲线是 B , 用达尔文进化观点分析,图中阴影部分表 示 通过生存斗争被淘汰的个体数量 。 影响种群密度的因素
出生率、死亡率、迁入、 有 迁出、性别比、年龄组 成、气候、食物、天敌、 。 58 人类活动等
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种 群 数 量

A

B
时间
58

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提高题: 1.叶蜂产卵于叶上;泥蜂储存其他昆虫的幼 虫为子代的食物;蜜蜂的幼虫由工蜂直接喂 A ) 养。这三种蜂的生存曲线依次是( A.甲乙丙 B.乙丙甲 C.乙甲丙 D.甲丙乙
生 100 存 率(%) 50 丙 乙 甲


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成虫
59

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1种群数量的最大点在 d ; 2种群数量增长最快的在 b ; 3该种群的增长率由缓慢到逐 100 渐加快是在 2 年后开始的; 环境阻力增长是在 5 年开始 4既要获得最大的捕获量,又 50 要使该动物资源的更新能力 不受到破坏,应该使该动物 种群数量保持在图中 b 点所 代表的水平上;

d

c
b a
1 2 3 4 5 6 7

因为在这个水平上( B ) A.种群数量相对稳定 B.种群增长率最大 C.种群数量最大 D.环境条件所允许的种群数量最大
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再见,谢谢!

61
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例:我国自1393-1990年以来人口 统计数据如下:
年份 亿 1393 0.6 1578 0.6 1764 2.0 1849 4.1 1928 4.7 1982 10.3 1990 11.6

以上人口增长曲线符合哪种类型?
按照此曲线发展下去将会出现什么 状况,鉴于我国人口的现状应当采取什 么措施?
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三、种群增长的“S”型曲线
种群数量达到环境所允许的最大值(K值)后, 将停止增长并在K值左右保持相对稳定。

A
66
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