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第四章第二节_种群的数量变化.ppt

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第四章第二节_种群的数量变化.ppt
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1,第二节 种群的数量变化,2,假设在营养和生存空间没有限制的情况下,某种细菌每20分钟就通过分裂繁殖一代。,一、建构种群增长模型的方法,3,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? ②72小时后,由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少?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?,Nn=2n,解:n= 60min x72h/20min=216Nn=2n =2216,不会。可以用实验计数法来验证。,4,,以时间为横坐标,细菌数量为纵坐标,将数学公式(Nn=2n)变为曲线图,曲线图与数学方程式比较,优缺点?,,直观, 但不够精确。,2,4,1,2,5,观察研究对象,提出问题,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 N代表细菌数量,n表示第几代,观察、统计细菌数量,对自己所建立的模型进行检验或修正,,,,,数学模型: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:,6,自然界中有这种类型吗?,理想条件(实验室条件)下细菌数量增长曲线,细菌的数量/个,7,在20世纪30年代时,人们将环颈雉引入到美国的一个岛屿。在1937—1942年期间,环颈雉种群快速增长。,8,某海岛上环颈雉种群增长曲线,9,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,曲线大致呈“J”型。,二、种群增长的“J”型曲线,出现这种增长曲线的种群有哪些条件?,10,1、产生条件,——理想状态,( N0为起始数量, t为时间,Nt表示t年后该种群的数量,λ为年均增长率。),2、种群 “ J ”型增长的数学模型公式:,Nt=N0 λt,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。,食物和空间充裕,气候适宜,没有敌害等;,11,“J”型增长实例:澳大利亚兔灾,兔子并不是澳大利亚土生的。1859年,有一个农民从英格兰带来了24只野兔。他完全没有料到,他的这一举动将要引起一次农业灾害。 野兔的繁殖非常快,一只雌兔一年以产25只兔仔。 在澳大利亚,兔子几乎没有什么天敌,所以经过十几年它们已成为一个大问题。它们吃庄稼,毁坏新播下的种子,啃嫩树皮和芽,并且打地洞损坏田地和河堤。篱笆也不能阻止它们侵和农民的田地。,12,思考与讨论:,如果你是生态学家,面对澳大利亚兔灾,你有什么对策?,,1950年,人们尝试一种控制野兔的新方法。兔的一种病毒性传染病,即粘液瘤病,被引入澳大利亚。1952年,一个法国农庄主释放了两只感染了粘液瘤病的兔子,该病便传入欧洲。几个月内它已在欧洲各地扩散,甚至横跨大海传到英国。到1953年末,在欧洲每千只兔子仅剩两个还活着。,能否盲目引种?,13,大草履虫数量增长过程如何?,高斯(Gause,1934)把5个大草履虫置于0.5mL的培养液中,每隔24小时统计一次数据,经过反复实验,结果如下:,[例] 生态学家高斯的实验:,14,,大草履虫种群的增长曲线,大草履虫的增长呈“S”型曲线的原因有哪些?,15,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,种内竞争不断加剧,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。,三、种群增长的“S”型曲线,16,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。,K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。,17,渔场中鱼群的最大养殖量为k吨。为保证鱼群的生长空间,实际养殖量不能达到最大养殖量,必须留出适当的空闲量。已知鱼群的年增长量为y吨和实际养殖量x吨与空闲率的乘积成正比,比例系数为 m ( m 0 )。 (1)写出y关于x的函数关系式,并指出这个函数的定义域。 (2)求鱼群年增长量的最大值。,解:(1)由题意,空闲率为 1-x/ k , ∴y=mx(1-x/k ),定义域为(0, k );,(2)由(1)得 y=mx(1- x/k)=-m/k(x- k /2)²+km/4 ,因为 x∈(0, k ),m>0;所以当 x =k/2时,y(max)=km/4,解数学题,18,种群数量达到K值时, 种群—,增长停止,种群数量在 K/2值时, 种群—,增长最快,种群数量小于K/2值时 种群—,增长逐渐加快,种群数量大于K/2值时 种群—,增长逐渐减慢,19,种群数量的波动和下降,种群的数量达到K值时,都能长时间维持稳定吗,为什么?哪些因素会影响K值的大小?,20,曲线说明什么?,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。,21,思考与讨论,1、影响种群数量变化的因素有哪些?,直接因素:出生率和死亡率,迁出率和迁入率,间接因素:食物、气候、空间、传染病、天敌,重要因素:人类的活动 (如:捕杀野生动物、乱砍滥伐、破坏环境),22,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量保持在什么水平?为什么?,23,为了保护鱼类资源不受破坏,并能持续地获得最大捕鱼量,根据种群增长的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 。,24,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。,思考,,怎样做才是最有效的灭鼠措施?,使鼠的种群数量保持在K/2值以下水平。,25,思考,怎样做才是保护大熊猫的根本措施?,,建立自然保护区,改善大熊猫的栖息环境,提高环境容纳量。,26,思考 我国自1393-1990年以来人口统计数据如下: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?,,“J”型增长曲线。能一直持续下去吗?,27,(1)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)预测及防治害虫。,2、研究种群数量变化有何意义?,(4)拯救和恢复濒危动物种群。,28,云豹的保护,苍鹭的保护,野猪的保护,救护被困的鲸鱼,全力防蝗减灾,29,K值是环境最大容纳量。环境阻力代表自然选择的作用。农、林、牧业生产就是在这个范围内谋求产量的提高,其潜力有一定限制。,总结,,30,两种曲线的比较,种群在没有环境阻力的条件下呈现“J”型增长,实际上 是“S”型增长的最初阶段,“J”型增长是一定时间内的 增长方式,最终是以”S”型增长结束,这是生态因素 和物种本身相互影响的结果。,31,1.在下列图中,表示种群在无环境阻力状况下增长的是,B,2、种群的指数增长(J型)是有条件的,条件之一是 A.在该环境中只有一个种群 B.该种群对环境的适应比其他种群优越得多 C.环境资源是无限的 D.环境资源是有限的,C,课堂练习,32,3.下图表示接种到一定容积培养液中的酵母菌生长曲线图,曲线中哪段表示由于有限空间资源的限制使种内斗争增加,A.CD段(增长速度慢) B.DE段(速度加快) C.EF段(变化速率加快) D.FG段(速度逐渐变慢),D,33,A,34,A,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、维持在一个水平上 B、不断下降C、缓慢上升 D、迅速上升,6、下列因素能引起种群密度增大的有 ( )。 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.,ACF,35,,7、下图是某一资源动物种群迁入一个适宜环境后增长曲线图,请回答: (1)图中表示种群数量最大的点是___________。 (2)图中表示种群增长速度最快的点是___________。 (3)该种群增长速度由缓慢逐渐加快是在迁入____年后开始的,环境阻力明显增大是在迁入后_____年开始的。 (4)既要获得最大的捕获量,又要使该动物资源的更新能力不受破坏,应该使该动物中群体的数量保持在图中哪一点所代表的水平上? ___________。,d,2,4,b,b,36,单细胞真核生物 生长周期短,增殖速度快,五、探究培养液中酵母种群数量的变化,37,种群数量的变化包括增长、波动、稳定、下降等 “S”型曲线有一个K值,即环境容纳量。 种群数量的增长也受到许多环境因素(如温度、培养液的pH、培养液的养分种类和浓度、代谢产物等)的影响。,38,实验原理:种群的数量变化有一定的规律。在理想条件下,种群呈“J”型增长,在有限的环境下,种群呈“S”型增长。酵母菌生长周期短,增殖速度快且世代间不重叠,在实验室条件下,用液体培养基培养酵母菌,可以观察酵母菌种群数量随时间变化的情况。,39,提出问题:,培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的?,作出假设:,10ml的酵母菌培养液中呈“S”型曲线增长,如何设计?是否需要设置对照?,40,步骤:,,,1、将10ml无菌马铃薯培养液加入试管中。,3、将试管在28℃ 条件下连续培养。,2、将酵母菌接入试管培养液中并混合均匀。,4、每天取样计数酵母菌的数量。(采用抽样检测方法),41,血球计数板是一种专门用于计算较大单细胞微生物的一种仪器。 计数时,常采用样方法。,,42,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,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。,计数方法:,43,,,44,第 1 天,取样之前应如何操作?,试管轻轻振荡几次。,45,第 4 天,第 6 天,,数量太多难以计数如何操作?,稀释,46,第 7 天,死亡,47,活菌数,酵母菌的种群数量变化曲线图:,是否需要重复实验?,48,提出问题:,影响酵母菌种群的数量增长的因素有哪些?,作出假设:,会影响酵母菌种群数量的增长,如何设计?是否需要设置对照?,温度,,,氧气的有无,,不同浓度的葡萄糖,49,,针对“培养液中酵母菌种群数量的动态变化”,有人提出了新的问题,某同学按下表完成了有关实验。,50,温度、营养物质对酵母菌生长的影响,51,,温度、营养物质对酵母菌生长的影响,52,种群数量,种群增长的“J”型曲线 (在理想状态下的种群增长),种群增长的“S”型曲线 (在有限环境下的种群增长),六、“J”型曲线和“S”型曲线的比较,53,阴影部分代表环境阻力(资源有限、天敌等), 根据达尔文自然选择学说,可表示为_____________。,1、综合比较,被淘汰的部分,54,2、种群的“J”型曲线,以时间为横坐标、种群数量为纵坐标,以时间为横坐标、 种群增长率为纵坐标,55,3、种群的“S”型曲线,以时间为横坐标、种群数量为纵坐标,以时间为横坐标、 种群增长率为纵坐标,56,例:下图表示某种鱼迁入一生态系统后,种群数量增长速率随时间变化的曲线,下列叙述正确的是 ( )A.在t0~t2时间内,种群数量呈“J”型增长B.若在t2时种群的数量为K,则在t1时种群的数量为K/2C.捕获该鱼的最佳时期为t2时D.在t0~t2时间内,该鱼的种群数量呈下降趋势,B,57,4、种群数量其他曲线图图甲:幼年个体多,老年个体少,出生率>死亡 率,种群数量增加,属增长型; 而图乙相反,应为衰退型。,58,图A中幼年个体少,老年个体多,为衰退型。图B中幼年个体多,老年个体少,为增长型。图C中各年龄段比例适中,应为稳定型。,59,例: 如图为某地一个生物种群的年龄组 成曲线图。如果有一外来物种入侵,并 以该种群的幼体为食,这将使该种群的 年龄组成发生变化。则这种变化为( ),A,60,课堂练习 1、下图表示某物种迁入新环境后,种群增长速率随时间的变化关系。在第10年时经调查该种群数量为200只,估算该种群在此环境中的环境负荷量约为 ( )A.100只 B.200只 C.300只 D.400只,D,61,2.下图曲线表示在南海某岛上迁入一些农户,那里土地肥沃,气候宜人,若干年后,岛上人口增长的情况。相关表述错误的是 ( )A.该岛在m年内,人口增长呈“J”型曲线B.当人口数量接近n线时,环境阻力越来越大,n线是该环 境允许的最大值C.由O点降至P点的主要原因是缺乏淡水资源D.由P点升到Q点并稳定在n线上,说明该岛上生态环境具 有一定的自我调节能力,C,62,3.下图为种群在不同生态系统中的增长曲线模式图,回答: (1)如果生活在一个理想的环境中,种群数量按 曲线增长。这是因为种群具有 的特征。但实际上,在自然环境中 和 都是有限的,种群达到一定数量后势必加剧 ,使种群数量增长受到影响,不能按该曲线方式增长。,a,食物,空间,种内斗争,(2)曲线a和b之间的部分可 以表示为_______________或。,通过生存斗争被淘汰的个体数量,环境阻力,过度繁殖,63,(2)除上述影响外,在一定环境中,种群数量还受其他环境因素的限制,如无机环境方面主要是 的影响,生物因素有 和 等。因此,种群数量增长按b曲线方式增长,最多达到K值为止,此时种群增长速率为 。 (3)此外,还有直接影响种群兴衰的两对变量, 即该种群的 和 、 和 。年龄组成是通过影响 而间接对种群动态变化起作用的。,阳光、温度、水分,捕食,竞争,0,出生率,死亡率,迁入率,迁出率,出生率和死亡率,
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