資源簡介

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第2節 種群的數量變化
第1章 種群及其動態
本節聚焦
1、怎樣構建種群增長的模型？
2、種群的數量是怎樣變化的？
討論:
1.第n代細菌數量的計算公式是什么？
2. 72h后，由一個細菌分裂產生的細菌數量是多少？
在一個培養瓶中，細菌數量會一直按這個公式描述的趨勢增長嗎 如何驗證你的觀點？
我們的手上難免沾染細菌。細菌的繁殖速率很快，因而我們要常洗手。假設在營養和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌每20min就通過分裂繁殖一次。
Nn=N0×2n
2216個
不會。因為培養瓶中的營養物質和空間是有限的。
用實驗驗證。
以時間為橫坐標，細菌數量為縱坐標，畫出細菌的數量增長曲線。
思考：曲線圖與數學方程式比較，有哪些優缺點？
曲線圖: 直觀，但不夠精確。
數學方程式: 精確，但不夠直觀。
時間（min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180
分裂次數 1 2 3 4 5 6 7 8 9
數量（個） 2 4 8 16 32 64 128 216 512
指數形式
21
22
23
24
25
26
27
28
29
Nn=N0×2n
一、建構種群增長模型的方法
2、表現形式及優缺點
數學公式
曲線圖
3、建構數學模型的意義:
描述、解釋和預測種群數量的變化。
1、數學模型：是用來描述一個系統或它的性質的數學形式。
Nn＝ 1×2n
精確，但不夠直觀
直觀，但不夠精確
細菌每20 min分裂一次，怎樣計算細菌繁殖n代后的數量？
在資源和空間沒有限制的條件下，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響
觀察研究對象，提出問題
提出合理的假設
Nn=N0×2n，Nn代表繁殖n代后細菌數量，N0為細菌起始數量，n代表繁殖代數
觀察、統計細菌數量，對所建立的模型進行檢驗或修正
根據實驗數據，用適當的數學形式對事物的性質進行表達，即建立數學模型
通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正
4. 建立數學模型的步驟
（1）1859年，澳大利亞某農場中放生了24 只野兔。
一個世紀之后，澳大利亞野兔超過6 億只。
后來，黏液瘤病毒控制了野兔的種群數量。
思考 討論： 分析自然界種群增長的實例
（2）20世紀30年代，
環頸雉引入某地小島。
5年間增長如圖所示。
思考 討論： 分析自然界種群增長的實例
討論:
3.這種種群增長的趨勢能不能一直持續下去？
種群數量增長迅猛, 且呈無限增長趨勢。
食物充足，缺少天敵等
不能，因食物和空間有限
分析自然界種群增長的實例
1.這兩個資料中種群增長有什么共同點
2.種群出現這種增長的原因是什么？
二、種群的“J”形增長
理想條件——食物和空間條件充裕，氣候適宜、沒有天敵和其他競爭物種等
（無環境阻力）
1.模型假設（產生條件）:
2.建立模型（數學公式） :
①實驗室條件下
②當一個種群剛遷入到一個新的適宜環境時
適用情境：
Nt=N0 λt
N0 ：為起始數量
t ：為時間
Nt ：表示t年后該種群的數量
λ ：表示該種群數量是一年前種群數量的倍數
3.增長特點:
種群數量每年以一定的倍數增長，第二年是第一年的λ倍。
項目 種群數量變化 年齡結構
λ > 1
λ＝1
λ < 1
02
Nt＝N0 λt 表達式中，λ表示種群數量是前一年種群數量的倍數
增加
增長型
相對穩定
穩定型
減少
衰退型
只有λ＞1且為定值時，種群增長才為“J”形增長。
【思考】當λ＞1時，種群一定呈“J”形增長嗎？
二、種群的 “ J ” 形增長
λ >1
λ <1
λ =1
種群數量
時間
0
1-4年，種群數量呈___ 形增長
4-5年，種群數量__________
5-9年，種群數量__________
9-10年，種群數量_______
10-11年，種群數量_____________
11-13年，種群數量____________________________
前9年，種群數量第_______年最高
9-13年，種群數量第______年最低
“J”
增長
相對穩定
下降
下降
11-12年下降，12-13年增長
5
12
練習：據圖說出種群數量如何變化
3.增長率：
增長率＝λ-1
單位時間內凈增加的個體數占原來個體數的比率，無單位。
增長率=
增長個體數
原有個體數
=(λ-1)
末數-初數
初數
=
Nt-Nt-1
Nt-1
=
種群增長率和增長速率的辨析
二、種群的 “ J ” 形增長
“J”形
ⅹ100%
種群增長率和增長速率的辨析
二、種群的 “ J ” 形增長
4.增長速率：
單位時間內增加的個體數量，有單位（如：個/年等）。
實質就是“J”形曲線的斜率
“J”形
【實例分析】生態學家高斯的實驗：在0.5 mL培養液中放入5個大草履蟲，每隔24h統計一次大草履蟲的數量。經反復實驗，結果如下圖所示。　
三、種群的“S”型增長
時間/d
種群數量/個
K=375
一定的環境條件所能維持的種群最大數量稱為
環境容納量，又稱K 值。
1.含義：
①資源和空間有限，天敵的制約等（即存在環境阻力）
2.形成條件:
種群經過一定時間的增長后，數量趨于穩定，增長曲線呈“S”形。
種內競爭 加劇
種群密度
增大
死亡率
出生率
捕食者數量增加
當出生率 死亡率時，
種群就會穩定在一定水平
升高
降低
等于
3.形成原因:
4. 曲線圖分析
三、種群的“S”型增長
(3)曲線圖分析:
ab段:
bc段:
c點：
cd段:
de段:
e點：
種群基數小，需要適應新環境，增長較緩慢；
資源和空間豐富，出生率升高，種群數量增長迅速；
K/2時種群增長速率最大；
出生率_______死亡率，此時種群的增長速率為_____，種群數量趨于穩定，且種內競爭最劇烈。
資源和空間有限，種群密度 ， 加劇，
死亡率 ，出生率 ，種群增長 ；
增大
種內競爭
減緩
上升
下降
≈
種群數量達到最大,也就是環境容納量(即K值)
零
出生率 死亡率
＞
出生率 死亡率
≈
（1）K 值 （是/不是）種群數量的最大值。
不是
K值是種群在一定環境條件下所能維持（允許達到）的種群最大數量。種群所達到的最大值可能會超過K值,如過度繁殖。
①在環境不遭受破壞的情況下，種群數量在K值上下波動，動態平衡。
（2） 同一個種群的環境容納量（K）值是恒定不變的嗎？
② 當環境遭受破壞時，K值變化是_____；
當環境條件狀況改善時,K值會_____。
下降
上升
同一個種群的K值不是固定不變的,K值會隨著環境的改變而發生變化,
請據圖分析：該種群的K 值為 。
K2
（1）K值并不是種群數量的最大值
K值是環境容納量,即在保證環境不被破壞的前提下所能容納的最大值;種群所達到的最大值可能會超過K值,如過度繁殖。
4. 關于K值
（1）K 值 （是/不是）種群數量的最大值。
不是
（2） 同一個種群的K值是固定不變的嗎？
(2)同一種群的K值不是固定不變的
在環境不遭受破壞的情況下, 種群數量會在 上下波動。當種群數量偏離K值的時候,會通過 調節使種群數量回到K值。
K值會隨著環境的改變而發生變化，如季節性變化、過度放牧、環境污染等。 當環境遭受破壞時，K值變化是_____；當環境條件狀況改善時,K值會_____。
負反饋
下降
上升
K值附近
三、種群的 “ S ” 形增長
野生大熊貓種群數量銳減的關鍵原因是什么？
保護大熊貓的根本措施是什么？
建立自然保護區，改善棲息環境，從而提高環境容納量。
野生大熊貓的棲息地遭到破壞，食物和活動范圍縮小，K值降低。
場景1
【對K值的應用】
三、種群的 “ S ” 形增長
【對K值的應用】
機械捕殺
藥物捕殺
施用避孕藥
養殖、放養天敵
斷絕或減少食物來源
增大
死亡率
降低環境
容納量
控制家鼠數量的思路和相應具體措施有哪些？
降低
出生率
是防治有害生物的根本措施。
場景2
硬化地面
為了保護魚類資源不受破壞，并能持續地獲得最大捕魚量，應使被捕魚群的種群數量保持在什么水平？為什么？
K
種群數量
時間
0
B
C
D
E
t1
t2
A
K/2
—“黃金開發點”
a.漁業捕撈應在 ;
捕撈后魚的種群數量維持在 。
K/2以后
K/2
b.而殺蟲效果最好的時期在 。
K/2以前
場景3
三、種群的 “ S ” 形增長
【對K/2值的應用】
K值
減小環境阻力 → 增大K值 → 保護野生生物資源
增大環境阻力 → 降低K值 → 防治有害生物
草原最大載畜量不超過K值 → 合理確定載畜量
K/2值
漁業捕撈后的種群數量要在K/2值處
K/2值前防治有害生物，嚴防達到K/2值處
歸納總結：K值和K/2值的運用
三、種群的 “ S ” 形增長
“J”形增長 “S”形增長
產生條件
增長特點
曲線
聯系 食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵和其他競爭物種等理想條件。
資源和空間有限、受氣候變化影響、受其他生物制約。
每種群數量以一定倍數增長，種群增長速率越來越快。
種群增長速率先逐漸增大，K/2時增長最快，此后增長減緩，到K值時停止增長。
“S”形增長是“J”形增長在自然界環境阻力作用下發展的必然結果。
種群“J”形和“S”形增長曲線之間的關系
（1）某種群生活在一個較理想的環境中，則此種群數量增長的曲線是 。
（2）如果此種群生活在一個有限制的自然環境中，種群的個體數量增長的曲線可能是 。
（3）圖中兩曲線間的陰影部分代表 ，按自然選擇學說，就表示在生存斗爭中被 的個體數量。
“S”形曲線
“J”形曲線
環境阻力
淘汰
食物不足
空間有限
種內競爭
天敵捕食
氣候、傳染病等
環境阻力
1.某種群生活在一個較理想的環境中，則此種群數量增長的曲線是 。
2.如果種群生活在一個有限制的環境中，增長的曲線可能是 。
3.圖中兩曲線間的陰影部分代表 ，按達爾文自然選擇學說，表示在生存斗爭中被 的個體數量。
“S”形
“J”形
環境阻力
淘汰
歸納總結：“J”形增長和“S”形增長的比較
0
K
時間
環境阻力
環境容納量
S形
J形
種群數量
種群數量的相對穩定
在自然界，有的種群能夠在一段時期內維持數量的相對穩定。
種群數量的波動
對于大多數生物種群來說，種群數量總是在波動中。
在K值不變的情況下，種群的數量總是圍繞著K值上下波動。
某地區東亞飛蝗種群數量的波動
處在波動狀態的種群，在某些特定條件下可能出現種群爆發。
如蝗災、鼠災、赤潮等。
東亞飛蝗在我國的大發生沒有周期性規律，干旱是大發生的主要原因。在黃河三角洲上的濕生草地，若遇到連年干旱，土壤中的蝗卵成活率就會提高，這是造成蝗蟲大發生的主要原因。在淮河流域，前一年大澇，第二年飛蝗大發生的概率最大。故河北蝗區常出現“先澇后旱，螞蚱成片”，“大水之后，必鬧蝗災”的情況。
種群數量的下降
當種群長久處于不利條件下，種群數量會出現持續性的或急劇的下降。如遭遇人類亂捕濫殺和棲息地破壞。
種群的延續需要有一定的個體數量為基礎。當一個種群的數量過少，種群可能會由于近親繁殖等原因而衰退、消亡。
▲對于那些已經低于種群延續所需要的最小種群數量的物種，需要采取有效的措施進行保護。
環境因素
種群的出生率、死亡率、遷出和遷入
種群數量的變化
氣候、食物、被捕食、傳染病等
增長、波動、穩定、下降等
影響因素
人類活動對自然界種群變化的影響越來越大，甚至成為了決定性因素。
（1）有利于野生生物資源的合理利用及保護。
研究意義
（2）對有害動物的防治。
（3）有利于對瀕危動物種群的拯救和恢復。
五、培養液中酵母菌種群數量的變化
探究·實踐:培養液中酵母菌種群數量的變化
酵母菌是典型的真核生物，是兼性厭氧生物。釀酒和做面包都需要酵母菌，這些酵母菌可以用液體培養基（培養液）來培養。
培養液
酵母菌出芽生殖
1. 實驗材料
酵母菌
探究·實踐:培養液中酵母菌種群數量的變化
2. 探究思路
提出問題
作出假設
設計實驗
進行實驗
得出結論，交流討論
培養液中酵母菌種群的數量是怎樣隨時間變化的？
提出問題
時間
呈“J”形增長
開始
延長
呈“S”形增長
作出假設
試管放在28℃的恒溫箱中培養7天。
培養
將酵母菌接種到試管中，混合均勻。
接種
連續7天取樣計數并記錄這7天的數值。
計數
將10ml馬鈴薯培養液或肉湯培養液加入試管中。
準備
①自變量：____________________
②因變量：____________________
③無關變量：__________________
時間
酵母菌數量
每天取樣的時間等
用什么方法計數？
探究·實踐:培養液中酵母菌種群數量的變化
探究·實踐:培養液中酵母菌種群數量的變化
2. 探究思路
（1)計數方法
進行逐個計數是非常困難的，可以采用抽樣檢測的方法：
培養液
設計實驗
進行實驗
需要借用哪種計數工具？
取1mL稀釋
導流凹槽
兩個計數室
血細胞計數板用優質厚玻璃制成，由H形凹槽分為2個同樣的計數室，兩側各有一個支持柱，將特制的專用蓋玻片覆蓋其上，形成深0.1mm的計數室。
(2)計數用具——血細胞計數板
XB.K.25
0.10mm
1/400mm2
①大方格：方格網上刻有9個大方格，其中只有中間的一個大方格供計數用，稱為計數室。
（2）計數用具——血細胞計數板
1mm
1mm
計數室（中間大方格）的邊長為1mm，蓋上蓋玻片后，深度為0.1mm，其體積為 mm3 ，合 _______ mL。
0.1
1×10-4
1mL = 1cm3
1個大方格 = 25（或16）個中方格= 400個小方格
中方格
16(中格)×25(小格)型
小方格
25(中格)×16(小格)型
中方格
16(中格)×25(小格)型
小方格
25(中格)×16(小格)型
1mL樣品中酵母菌數（種群密度）：
四個頂角及中央5個中格
四個頂角中格
取樣方法：
規格二（25×16）：
＝中方格中酵母菌數量的平均值×25×104 ×稀釋倍數
規格一（16×25）：
＝中方格中酵母菌數量的平均值×16×104 ×稀釋倍數
中方格
16(中格)×25(小格)型
小方格
25(中格)×16(小格)型
1mL樣品中酵母菌數（種群密度）：
四個頂角及中央5個中格
四個頂角中格
取樣方法：
規格二（25×16）：
＝5個中方格內酵母菌數量/80×400×104 ×稀釋倍數
規格一（16×25）：
＝4個中方格內酵母菌數量/100×400×104 ×稀釋倍數
⑤計數一個小方格內的酵母菌數量。
①先將蓋玻片放在血細胞計數板的計數室上。
②用吸管吸取培養液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養液自行滲入。
③多余的培養液用濾紙吸去。
④待酵母菌全部沉降到計數室底部，將計數板放在載物臺的中央。
（3）顯微鏡計數操作過程
探究·實踐:培養液中酵母菌種群數量的變化
探究·實踐:培養液中酵母菌種群數量的變化
1. 從試管中吸出培養液進行計數前，建議將試管輕輕振蕩幾次，為什么？
目的是使培養液中的酵母菌均勻分布，以保證估算的準確性，減少誤差。
思考
2. 為什么不能先加培養液再蓋蓋玻片？
② 直接滴加培養液時，在計數室內會產生氣泡，導致計數室相對體積減少而
造成誤差。
① 蓋玻片可能由于已加入液滴的表面張力而不能嚴密地蓋到計數板表面，使
計數室內液體增多，導致結果偏高。
探究·實踐:培養液中酵母菌種群數量的變化
3. 為什么要待酵母細胞全部沉到底部后再計數？
如果酵母菌未能沉降到計數室底部，通過顯微鏡觀察時就可能出現以下現象：
① 能看清楚酵母菌但看不清方格線； ② 能看清楚方格線但看不清酵母菌。
思考
4. 如果一個小方格內酵母菌過多，難以數清，應采取什么措施？
稀釋一定倍數后，再用血球計數板計數
用無菌水稀釋至每小格細胞數目為5~10 個
稀釋
100倍
5.對于壓在小方格界線上的酵母菌，應當怎么計數？
應取相鄰兩邊及頂角計數。一般遵循“計上不計下，計左不計右”的原則。
探究·實踐:培養液中酵母菌種群數量的變化
思考
6.本探究實驗需要設置對照嗎？如果需要，請討論對照組應怎樣設計和操作；如果不需要，請說明理由。
酵母菌在不同時間內的數量可以形成自身前后對照，不需另設對照實驗。
7.需要做重復實驗嗎？
探究·實踐:培養液中酵母菌種群數量的變化
思考
需要重復實驗，以提高實驗數據的準確性；對每個樣品可計數三次，再取平均值。
第0天 第1天 第2天 第3天 第4天 第5天 第6天
第1組
第2組
第3組
------
第n組
平均值
8.怎樣記錄結果？記錄表怎樣設計？
探究·實踐:培養液中酵母菌種群數量的變化
第1天
第4天
第6天
第7天
死亡
首先通過顯微鏡觀察，估算出10mL培養液中酵母菌的初始數量（N0），在此之后連續觀察7天，分布記錄下這7天的數值
進行實驗
探究·實踐:培養液中酵母菌種群數量的變化
進行實驗
第1天
第4天
第6天
第7天
思考：怎么分辨死亡細胞和有活性的細胞？
死亡細胞多集結成團；
可以借助臺盼藍染色（死亡細胞呈藍色）。
探究·實踐:培養液中酵母菌種群數量的變化
分析結果，得出結論
培養液中酵母菌種群的數量前期呈“S”形增長，后期數量下降。
(1)開始培養時，營養充足、空間充裕，條件適宜，酵母菌大量繁殖，種群數量呈“S” 形增長；
(2)隨酵母菌數量不斷增加，營養不斷消耗，代謝
產物積累、pH變化，空間不足等，使生存條件惡化，死亡率高于出生率，種群數量下降。
小結04種群增長模型建構種群增長模型的方法種群的“S”形增長種群的“J”形增長條件：食物和空間充裕、氣候適宜、無天敵和其他競爭物種特點：種群數量每年以一定倍數增長條件：食物和空間有限特點：種群增長速率先增大后減小，最后為0K值：一定環境條件下所能維持的種群最大數量曲線：曲線：

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