第四章·第二節

種群的數量變化1901年，水葫蘆被引入中國，現在被稱為世界百大外來入侵種之一。許多河道和湖泊被水葫蘆覆蓋水面，導致大量水生生物死亡，它為什么能生長的如此迅猛？水葫蘆的危害激趣導學1.通過探究培養液中酵母菌種群數量的變化和細菌數量的變化，嘗試建構種群增長的數學模型。2.通過資料分析、師生交流，能夠闡明種群的“J”型增長和“S”型增長。3.通過查閱資料、小組討論，關注人類活動對種群數量變化的影響。目標導學導思點撥數學模型：是用來描述一個系統或它的性質的數學形式。數學模型的表現形式可以為公式、圖表等形式。關聯知識描述、解釋和預測種群數量的變化，常常需要建立數學模型。新課講授在營養和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌每20min就通過分裂繁殖一代。問題探討新課講授時間（min)20406080100120140160180分裂次數數量（個）2481632641282565121234567891、填寫下表：計算一個細菌在不同時間（單位為min）產生后代的數量。2．n代細菌數量Nn的計算公式是：

Nn3．72小時后，由一個細菌分裂產生的細菌數量是多少？＝1×2n解：n＝60minx72h／20min＝216Nn＝1×2n

＝2216新課講授細菌數量4、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。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。數學公式：精確但不夠直觀。新課講授建立數學模型一般包括以下步驟：建構種群增長模型的方法1新課講授1、觀察研究對象提出問題細菌每20分鐘分裂一次，問題：細菌數量怎樣變化的？2、提出合理的假設在資源和空間無限多的環境中，細菌種群的增長不受種群密度增加的影響3、根據實驗數據，用適當的數學形式對事物的性質進行表達列出表格，根據表格畫曲線，推導公式4、通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正觀察、統計細菌的數量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正新課講授例1：1859年，一位英國人來到澳大利亞定居，他帶來了24只野兔。一個世紀之后，這24只野兔的后代竟達到6億只以上。漫山遍野的野兔與牛羊爭食牧草，啃嚙樹皮，造成植被破壞，導致水土流失。后來，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數量得到控制。新課講授例2：鳳眼蓮原產于南美，現已在亞、非、歐、北美洲等數十個國家造成危害。1901年作為花卉引入中國，30年代作為畜禽飼料引入中國內地各省，并作為觀賞和凈化水質的植物推廣種植，后逃逸為野生。新課講授例3：在20世紀30年代，人們將環頸雉引入美國的一個島嶼。在1937－1942年期間，這個種群數量的增長如下圖所示。

如果以時間為橫坐標，種群數量為縱坐標畫出曲線來表示，曲線大致呈什么型？新課講授①產生條件：理想狀態——食物充足，空間不限，氣候適宜，沒有天敵等；②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。種群增長的“J”型曲線2新課講授③種群“J”型增長的數學模型公式：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為年均增長率．）④例子：實驗室條件下、外來物種入侵、遷移入新環境。新課講授在一個培養基中，細菌的數量會一直按照這個公式增長嗎？為什么？如何驗證這個觀點？不會。原因是資源和空間是有限的。生態學家高斯曾經做過這樣一個實驗：在0.5ml培養液中放入5個大草履蟲，然后每隔24h統計一次大草履蟲的數量。經過反復實驗，得出了如圖所示的結果。問題探討新課講授思考：1、曲線形狀象什么？其種群達到基本穩定的數量值稱為什么？“S”型曲線2、大草履蟲數量增長過程如何？K值種群增長的“S”型曲線3新課講授種群增長率不斷降低種群數量K/2→K值時，種群數量達到K值時，種群增長率為零，但種群數量達到最大，且種內斗爭最劇烈。種群數量在K/2值時，種群增長率最大種群數量由0→K/2值時，種群增長率增大K/2轉折期，增長速率最快K值：環境容納量加速期，個體數量增加，增長加速潛伏期，個體數量較少增長緩慢減速期，增長緩慢飽和期，增長速率為零新課講授①產生條件：自然條件(現實狀態)——食物等資源和空間總是有限的，當種群密度增大時，種內斗爭不斷加劇，天敵數量不斷增加，導致該種群的出生率降低，死亡率增高。②增長特點：種群數量達到環境所允許的最大值（K值），將停止增長并在K值左右保持相對穩定。存在環境阻力種群密度越大環境阻力越大新課講授J型曲線S型曲線條件種群增長率有無K值曲線環境資源無限環境資源有限保持穩定先升后降無，持續保持增長有K值環境阻力K值：環境容納量食物不足空間有限種內斗爭天敵捕食氣候不適寄生蟲傳染病等新課講授種群數量變化曲線與種群增長率曲線的關系⑴圖乙的fg段相當于圖甲的ac段。⑵圖乙的g點相當于圖甲的c點。⑶圖乙的gh段相當于圖甲的cd段。⑷圖乙的h點相當于圖甲的de段。K/2abcde甲ghf乙新課講授種群增長曲線的生產生活中的應用：①有害動物的防治，應通過降低其環境容納量（K值）②受保護動物的拯救和恢復，應通過改善其棲息環境，提高K值。③生產上的捕獲期應確定在種群數量為K/2時最好；而殺蟲效果最好的時期在潛伏期。新課講授大多數種群的數量總是在波動之中的，在不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡。種群數量的波動和下降4新課講授

種群的數量是由出生率和死亡率、遷入率和遷出率決定的，因此，凡是影響上述種群特征的因素，都會引起種群數量的變化。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、傳染病等增或減增長、波動、穩定、下降等影響種群數量變化的因素新課講授1、為野生生物資源的合理利用及保護提供理論指導。既要使生物資源的產量達到最大，又不危害生物資源的可持續發展，砍伐、捕撈、狩獵后，保證種群的增長速率為最大值。2、為人工養殖及種植業中合理控制種群數量、適時捕撈、采伐等提供理論指導。研究種群數量變化的意義5新課講授3、通過研究種群數量變動規律，為有害生物的預測及防治提供科學依據。

降低環境的負荷量（K值）。如鼠害防治可通過嚴密封存糧食、清除生活垃圾、保護老鼠的天敵等措施來降低K值。4、為引進外來物種提供理性的思考。

必須考慮所引入的外來物種是否會構成對原來物種的危害，即是否會構成生物入侵。新課講授1、為了保護魚類資源不受破壞，并能持續獲得最大捕魚量，應使被捕魚群的種群數量保持在什么水平?根據種群增長的S型曲線，應使被捕魚群的種群數量保持在K/2水平。這是因為在這個水平上種群增長量最大。設問尋疑2、對家鼠等有害動物的控制，從環境容納量的角度看，應當采取什么措施？從環境容納量的角度思考，可以采取措施降低環境容納量，如將食物儲藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源；室內采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場所；養殖或釋放它們的天敵，等等。設問尋疑1．在下列圖中，表示種群在無環境阻力狀況下增長的是（）B診斷反饋2、某海灘黃泥螺種群現存量約3000噸，正常狀況下，每年該種群最多可增加300噸，為充足利用黃泥螺資源，又不影響可持續發展，理論上每年最多捕撈黃泥螺的量為（）A、3000噸B、1650噸C、1500噸D、不超過300噸D診斷反饋3、下圖表示接種到一定容積培養液中的酵母菌生長曲線圖，曲線中哪段表示由于有限空間資源的限制使種內競爭增加（）A.CD段（增長速度慢）B.DE段（速度加快）C.EF段（變化速率加快）D.FG段（速度逐漸變慢）D診斷反饋4、以下關于“J”型曲線與“S”型曲線的說法中，錯誤的是（）A.“J”型曲線只適用于實驗室條件下或種群遷入新的適宜環境后B.兩種增長方式的差異主要在于有無環境阻力對種群數量增長的影響C.“S”型曲線和“J”型曲線一樣，增長率始終保持不變D.環境阻力主要有種內斗爭的加劇、種間關系的影響以及無機環境的影響D診斷反饋問題：培養液中酵母菌種群數量是怎樣隨時間變化的？