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1、种群数量的变化种群数量的变化种群数量的变化种群数量的变化第二节第二节商丘市第一高级中学商丘市第一高级中学商丘市第一高级中学商丘市第一高级中学 杨钊杨钊杨钊杨钊 制作制作制作制作第四章第四章 种群和群落种群和群落 在营养和生存空在营养和生存空间没有限制的情况下，间没有限制的情况下，某种细菌每某种细菌每20min20min就就通过分裂繁殖一代。通过分裂繁殖一代。2 2、7272小时后，由一小时后，由一个细菌分裂产生的个细菌分裂产生的细菌数量是多少？细菌数量是多少？1 1、n n代细菌数量的代细菌数量的数学方程式？数学方程式？ N Nn n 2 2n nNNn n 2 2216216计算一个细菌在不
2、同时间产生后代的数量，并计算一个细菌在不同时间产生后代的数量，并填入下表，然后画出细菌种群数量增长的曲线。填入下表，然后画出细菌种群数量增长的曲线。时间时间（minmin）2020 4040 6060 8080 100100 120120 140140 160160 180180细菌数量细菌数量（个）（个）2 24 48 8161632326464 128128 256256 512512细菌数量细菌数量/ /个个时间时间/min/min2020 40408080 100100 140140 160160 18018060600 0曲线图与数学曲线图与数学方程式比较，方程式比较，有哪些优缺点有
3、哪些优缺点？100100200200300300400400500500数学模型数学模型是用来描述一个系统或它的性质是用来描述一个系统或它的性质的数学模式。的数学模式。为了直观、简便地研究种群为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，数学模型建构是常用的数量变动的规律，数学模型建构是常用的方法之一。的方法之一。构建数学模型的一般步骤：构建数学模型的一般步骤：对模型进行对模型进行检验或修正检验或修正建立数建立数学模型学模型提出合理提出合理的假设的假设观察对象，观察对象，提出问题提出问题数学方程式数学方程式坐标曲线图坐标曲线图：能：能准确准确的反应出种群数量的变化。的反应出种群数量的变化。：能：能
4、直观直观的反应出种群数量增长趋势。的反应出种群数量增长趋势。种群数量以什么样的规律种群数量以什么样的规律在增长？如：细菌每在增长？如：细菌每20min20min分裂一次。分裂一次。在资源和空间无限的环境在资源和空间无限的环境中，细菌种群的增长不会中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响。受种群密度增加的影响。列出表格，根据表格画曲列出表格，根据表格画曲线，推导公式。线，推导公式。 N Nn n2 2n n观察、统计细菌的数量，观察、统计细菌的数量，对自己所建立的模型进行对自己所建立的模型进行检验或修正。检验或修正。通过进一步的实验或通过进一步的实验或观察等，对模型进行观察等，对模型进行检验或
5、修正检验或修正根据实验数据，用适根据实验数据，用适当的数学形式对事物当的数学形式对事物的性质进行表达的性质进行表达提出合理的假设提出合理的假设观察研究对象，观察研究对象，提出问题提出问题建构细菌种群增长模型：建构细菌种群增长模型：二、种群增长的二、种群增长的二、种群增长的二、种群增长的“ “J J” ”型曲线型曲线型曲线型曲线实例一：实例一：18591859年，一位英国人来到澳大利亚年，一位英国人来到澳大利亚定居。他带来了定居。他带来了2424只只野兔。让他没有想到的野兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，这是，一个世纪之后，这2424只野兔的后代竟达只野兔的后代竟达到到6 6亿只以上亿只以上。
6、漫山遍野的野兔与牛羊争食。漫山遍野的野兔与牛羊争食牧草，啃啮树皮，造成植被破坏，导致水土牧草，啃啮树皮，造成植被破坏，导致水土流失。后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野流失。后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。兔的数量得到控制。 实例二：实例二：在在2020世纪世纪3030年代时，人们将环颈年代时，人们将环颈雉引入到美国的一个岛屿。在雉引入到美国的一个岛屿。在1937193719421942年期间，这个环颈雉种群数量的增长如下年期间，这个环颈雉种群数量的增长如下图所示。图所示。种群数量种群数量/ /个个3737 383840404141424239390 05005001000100
7、0年份年份某岛屿环颈雉种群数量的增长某岛屿环颈雉种群数量的增长15001500种群迁入一个新环境种群迁入一个新环境后，常常在一定时期后，常常在一定时期内出现内出现“J J”型曲线型曲线。实例三：实例三：世界人口的指数增长曲线世界人口的指数增长曲线“J J”型增长曲线的含义：型增长曲线的含义： 种群在理想条件下，即食物和空间充裕、种群在理想条件下，即食物和空间充裕、气候适宜、没有天敌等，其增长率不随种群气候适宜、没有天敌等，其增长率不随种群密度变化而变化，这类增长通常呈指数增长，密度变化而变化，这类增长通常呈指数增长，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出
8、曲线来表示，曲线大致呈出曲线来表示，曲线大致呈“ J J ”型。型。种群数量种群数量/ /个个0 0时间时间/min/min1 1、模型假设：模型假设： 理理想想状状态态食食物物充充足足，空空间间不不限限，气候适宜，没有天敌等。气候适宜，没有天敌等。2 2、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。“J J”型增长曲线的数学模型：型增长曲线的数学模型： 种群数量持续增长种群数量持续增长增长率保持不变：（增长率保持不变：（ 1 1 ）增长速率越来越快：增长速率越来越快：NN0 0 t t（ 1 1 ）3 3、建立模型
9、：建立模型：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年后年后该种群的数量，该种群的数量，表示该种群数量是一表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。年前种群数量的倍数。4 4、模型中各参数的意义：模型中各参数的意义： 实验室条件下实验室条件下外来种群入侵迁入新环境外来种群入侵迁入新环境NN1 1=N=N0 0 一年后种群的数量为：一年后种群的数量为： 5 5、适用情形：适用情形： NN2 2=N=N1 1=N=N0 02 2 两年后种群的数量为：两年后种群的数量为： NNt t=N=N0 0 t t t t年后种群的数量为：年后种群的数量为： 6 6、决定
10、决定“J J”型曲线的两个因素：型曲线的两个因素： NN0 0（起始数量）（起始数量）（根据（根据值可以判断种群数量）值可以判断种群数量）NNt t=N=N0 0 t t （值取决于每年的自然出生率与死亡率值取决于每年的自然出生率与死亡率）当当1 1时，种群呈时，种群呈“J J”型增长；（型增长；（增长型增长型）当当1 1时，种群数量稳定；（时，种群数量稳定；（稳定型稳定型）当当0 01 1时，种群数量下降；（时，种群数量下降；（衰退型衰退型）当当0 0时，种群无繁殖现象，且下一代灭亡。时，种群无繁殖现象，且下一代灭亡。细菌数量细菌数量/ /个个时间时间/min/min2020 4040808
11、0 100100 140140 160160 18018060600 0100100200200300300400400500500时间时间（minmin）2020 4040 6060 8080 100100 120120 140140 160160180180细菌数量细菌数量（个）（个）2 24 48 8161632326464128128 256256 512512NNt t NN0 0 t t 种群数量持续增长种群数量持续增长种群密度：种群密度：种群在单位面积或单位体积中的个体数。种群在单位面积或单位体积中的个体数。种群增长速率种群增长速率时间时间/min/min0 0时间时间（minm
12、in）2020 4040 6060 8080 100100 120120 140140 160160180180细菌数量细菌数量（个）（个）2 24 48 8161632326464128128 256256 512512增长速率增长速率v v（个（个/20min/20min）增长速度越来越快增长速度越来越快现有个体数现有个体数原有个体数原有个体数增长时间增长时间增长速率增长速率2 24 48 8161632326464128128256256种群增长速率：种群增长速率：指种群在单位时间内变化的量。指种群在单位时间内变化的量。时间时间（minmin）2020 4040 6060 8080 10
13、0100 120120 140140 160160180180细菌数量细菌数量（个）（个）2 24 48 8161632326464128128 256256 512512增长率增长率r r（个（个/20min/20min 个）个）增长率保持不变增长率保持不变种群增长率种群增长率时间时间/min/min0 0现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增长率增长率出生率出生率死亡率死亡率1 11 11 11 11 11 11 11 11 1种群增长率：种群增长率：指单位时间内种群指单位时间内种群数量增加的量占初始数量的比例。数量增加的量占初始数量的比例。三、种群增长的三、种群增
14、长的三、种群增长的三、种群增长的“ “S S” ”型曲线型曲线型曲线型曲线资源和空间资源和空间有限有限，若种群密度，若种群密度上升上升种内斗争种内斗争加剧加剧，捕食者，捕食者增加增加出生率出生率降低降低，死亡率，死亡率增加增加种群增长率种群增长率下降下降种群保持种群保持稳定稳定（条条件件有有限限的的情情况况下下）种种群群在在一一个个现现实实的的环环境境中中时时: :环境阻力环境阻力高斯实验：高斯实验：生态学家高斯曾经做过这样一个实生态学家高斯曾经做过这样一个实验：在验：在0.5 mL0.5 mL培养液中放入培养液中放入5 5个大草履虫，然个大草履虫，然后每隔后每隔24 h24 h统计一次大草履
15、虫的数量。经过反统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出下图所示的结果。从图中可以看复实验，得出下图所示的结果。从图中可以看出，大草履虫的数量在第二天和第三天增长较出，大草履虫的数量在第二天和第三天增长较快。第五天以后基本维持在快。第五天以后基本维持在375375个左右。个左右。种群数量种群数量/ /个个2 24 45 56 63 30 0100100200200时间时间/ /天天大肠杆菌种群的增长曲线大肠杆菌种群的增长曲线300300 1 1400400K=375K=375种群经过一定时种群经过一定时间的增长后，数间的增长后，数量趋于稳定的增量趋于稳定的增长曲线，称为长曲线，称为“S S”
16、型曲线型曲线。K K值：值：在环境条件不受破坏的情况下，一定空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间中所能维持的种群最大数量称为环境容纳量环境容纳量。种群数量种群数量/ /个个2 24 45 56 63 30 0100100200200时间时间/ /天天大肠杆菌种群的增长曲线大肠杆菌种群的增长曲线300300 1 1400400K=375K=375种群经过一定时种群经过一定时间的增长后，数间的增长后，数量趋于稳定的增量趋于稳定的增长曲线，称为长曲线，称为“S S”型曲线型曲线。出生率出生率=死亡率死亡率种群数量相对稳定种群数量相对稳定种群增长率为零种群增长率为零K
17、K值特点值特点达到最大值后，达到最大值后，保持相对稳定保持相对稳定0 0时间时间/ /天天K/2K/2转折期转折期，增长速率最快，增长速率最快调整期调整期，个体数量较少，增长缓慢，个体数量较少，增长缓慢减速期减速期，增长速率缓慢，增长速率缓慢稳定期稳定期，增长速率为零，增长速率为零K K值值（环境容纳量环境容纳量）种种群群数数量量/ /个个“S S”型种群型种群增长速率增长速率的变化特点：的变化特点：加速期加速期，个体数量增加，增长加速，个体数量增加，增长加速（消灭害虫的最佳时机消灭害虫的最佳时机）种群数量种群数量0 0时间时间种群增长速率种群增长速率0 0时间时间a ak/2k/2b bc
18、cb ba ac ck kk/2k/2k k可持续发展可持续发展种群再生能力最强种群再生能力最强种群增长速率最大种群增长速率最大K/2K/2值特点值特点A AB B时间时间种种群群数数量量图中阴影部分表示环境阻力，也就图中阴影部分表示环境阻力，也就是通过生存斗争是通过生存斗争被淘汰的个体被淘汰的个体数量。数量。K K值值种群增长曲线的比较：种群增长曲线的比较：食物不足食物不足空间有限空间有限种内斗争种内斗争种间竞争种间竞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种群密度越大种群密度越大环境阻力越大环境阻力越大环境阻力环境阻力0 0（1 1）同一种群的同一种群的K K值是否固
19、定不变？值是否固定不变？环境条件改变，环境条件改变，K K值也随之发生改变，即值也随之发生改变，即改善环境条件可使改善环境条件可使K K值增大；如环境条件值增大；如环境条件受到破坏，则受到破坏，则K K值将会减小。不同物种在值将会减小。不同物种在同一环境中同一环境中K K值不同。值不同。（2 2）对保护大熊猫应采取什么措施才会对保护大熊猫应采取什么措施才会事半功倍？事半功倍？（野生生物资源如何保护？野生生物资源如何保护？）建立自然保护区，改善大熊猫栖息环境，建立自然保护区，改善大熊猫栖息环境，减少环境阻力，提高减少环境阻力，提高K K值。值。“S S”型曲线在生产实践中的应用：型曲线在生产实践
20、中的应用：（3 3）对家鼠等有害动物的控制，应当采取对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施？什么措施？（有害生物如何防治？有害生物如何防治？）增大环境阻力，降低环境容纳量（如封储粮食增大环境阻力，降低环境容纳量（如封储粮食，清除生活垃圾，养殖它们天敌）；严防达到，清除生活垃圾，养殖它们天敌）；严防达到K/2K/2，甚至在，甚至在K/2K/2以前就应采取相应措施。以前就应采取相应措施。（4 4）为保护鱼类资源不受破坏，并持续获得为保护鱼类资源不受破坏，并持续获得最大捕鱼量，被捕鱼群种群数量保持在什么最大捕鱼量，被捕鱼群种群数量保持在什么水平？水平？（如何开发与利用资源？如何开发与利用资源？）种
21、群数量达到种群数量达到K/2K/2时，种群增长速率最大，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时，再生能力最强；对养殖的生物进行捕捞时，捕捞后的种群数量要维持在捕捞后的种群数量要维持在K/2K/2处，以保证处，以保证持续获取高产量。持续获取高产量。四、种群数量的波动和下降四、种群数量的波动和下降四、种群数量的波动和下降四、种群数量的波动和下降东亚飞蝗种群数量的波动东亚飞蝗种群数量的波动2 2、特点：特点：大多数种群的数量总是在波大多数种群的数量总是在波动之中，在不利条件之下，还会急剧动之中，在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。下降，甚至灭亡。1 1、种群数量变化的类型：种
22、群数量变化的类型：增长，稳定，增长，稳定，波动、下降等。波动、下降等。3 3、影响种群数量变化的因素：影响种群数量变化的因素：内部因素：内部因素：出生率和死亡率、迁入率出生率和死亡率、迁入率和迁出率、年龄组成和性别比例等。和迁出率、年龄组成和性别比例等。外界因素：外界因素：种间因素和其他非生物因种间因素和其他非生物因素，如食物、天敌、气候、传染病等。素，如食物、天敌、气候、传染病等。人为因素：人为因素：对野生生物的乱捕滥猎、对野生生物的乱捕滥猎、对种群数量的人工控制等。对种群数量的人工控制等。4 4、研究种群数量变化的意义：研究种群数量变化的意义：野生动物资源的保护和利用。野生动物资源的保护和
23、利用。有害动物的防治。有害动物的防治。濒危动物种群的拯救和恢复。濒危动物种群的拯救和恢复。 1 1、建构种群增长模型的方法、建构种群增长模型的方法；2 2、种群增长的、种群增长的“J J”型曲线型曲线；3 3、种群增长的、种群增长的“S S”型曲线；型曲线；4 4、种群数量的波动和下降。、种群数量的波动和下降。总总 结结课下作业课下作业课下作业课下作业1 1、总结本节课的主要内容；、总结本节课的主要内容；2 2、完成、完成P P69696969的课后练习题；的课后练习题；3 3、完成本节课的导学案和课时作业；、完成本节课的导学案和课时作业；4 4、预习第四章第三节、预习第四章第三节群落的结构群
24、落的结构。本章总概念图本章总概念图本章总概念图本章总概念图本节概念图本节概念图本节概念图本节概念图本节概念图本节概念图本节概念图本节概念图重要提示：重要提示： 在在“J J”型曲线中增长率是不变的。型曲线中增长率是不变的。增长率增长率=（第二代个体数（第二代个体数- -第一代个体数）第一代个体数）/ /第一代个体数，第一代个体数，增长速率增长速率=增加的个体增加的个体数数/ /单位时间，显然单位时间，显然“J J”型曲线的增长速型曲线的增长速率是不断增大的，而在率是不断增大的，而在“S S”型曲线中的型曲线中的增长率随着种群密度的增大不断减小。种增长率随着种群密度的增大不断减小。种群增长速率由小变大，到曲线中点群增长速率由小变大，到曲线中点（K/2K/2）最大，以后又逐渐缩小。）最大，以后又逐渐缩小。 所以种群数量处在所以种群数量处在K/2K/2时种群适合时种群适合捕获，而对种群数量变化影响很小。捕获，而对种群数量变化影响很小。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/2K/2
