種群數(shù)量的變化專家課1第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一常用研究方法：建立數(shù)學(xué)模型，來描述、解釋和預(yù)測(cè)種群數(shù)量的變化種群研究的核心問題------種群數(shù)量的變化。

數(shù)學(xué)模型1、概念：是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。 2、表現(xiàn)形式：公式、圖表、折線圖等形式。3、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法2第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法問題探討

在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過分裂繁殖一代。二分裂3第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法1、觀察研究對(duì)象，提出問題細(xì)菌每20分鐘分裂一次，問題：細(xì)菌數(shù)量怎樣變化的？2、提出合理的假設(shè)在資源和空間無限多的環(huán)境中，細(xì)菌種群的增長(zhǎng)不受種群密度增加的影響3、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)4、通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟：列出表格，根據(jù)表格畫曲線，推導(dǎo)公式4第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法時(shí)間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)數(shù)量（個(gè)）2481632641282565121234567891、圖表法：填寫下表：計(jì)算一個(gè)細(xì)菌在不同時(shí)間（單位為min）產(chǎn)生后代的數(shù)量。2．公式法：n代細(xì)菌數(shù)量Nn的計(jì)算公式是：

Nn3．72小時(shí)后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？

＝1×２n解：n＝６０minx７２h／２０min＝２１６Nn＝1×２n

＝２２１６5第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法4、曲線圖以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出細(xì)菌的數(shù)量增長(zhǎng)曲線。曲線圖與數(shù)學(xué)公式比較， 有哪些優(yōu)點(diǎn)？曲線圖：直觀數(shù)學(xué)公式：精確理想條件下6第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一二、種群增長(zhǎng)的“J”型曲線1859年，一個(gè)英格蘭的農(nóng)民帶著24只野兔，登陸澳大利亞并定居下來，但誰也沒想到，一個(gè)世紀(jì)之后，這個(gè)澳洲“客人”的數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)，達(dá)到6億只之巨。實(shí)例17第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一實(shí)例2150050010000373839404142年份某海島上環(huán)頸雉種群的增長(zhǎng)種群數(shù)量/個(gè)自然界確有類似的細(xì)菌在理想條件下種群數(shù)量增長(zhǎng)的形式，如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線來表示，曲線大致呈“Ｊ”型。在20世紀(jì)30年代時(shí)，人們將環(huán)頸雉引入到美國的一個(gè)島嶼，在1937～1942年期間，這個(gè)環(huán)頸雉種群的增長(zhǎng)大致符合“J”型曲線（右圖）。8第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一二、種群增長(zhǎng)的“J”型曲線①產(chǎn)生條件：

理想狀態(tài)：食物充足，空間不限，氣候適宜，沒有天敵等；（沒有環(huán)境阻力）③增長(zhǎng)特點(diǎn)：

種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)(第二年是第一年的λ倍λ﹥1）④量的計(jì)算：Nt=N0

λt

N0為起始數(shù)量t為時(shí)間λ為年均增長(zhǎng)倍數(shù)Nt表示t年后該種群的數(shù)量②例子：實(shí)驗(yàn)室條件下、遷移入新環(huán)境（外來物種入侵）9第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一⑤理想條件下的種群增長(zhǎng)模型Ｊ型曲線Nt=N0

λt

環(huán)境資源無限指數(shù)生長(zhǎng)10第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一Ｊ型曲線種群數(shù)量曲線種群增長(zhǎng)率曲線種群增長(zhǎng)速率曲線=增加個(gè)體數(shù)前一年個(gè)體總數(shù)=λ-1增加個(gè)體數(shù)量時(shí)間=圖像斜率=增長(zhǎng)特點(diǎn)：

連續(xù)增長(zhǎng)

增長(zhǎng)率不變11第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一實(shí)驗(yàn)2：高斯（Gause，1934）把5個(gè)大草履蟲置于0.5mL的培養(yǎng)液中，每隔24小時(shí)統(tǒng)計(jì)一次數(shù)據(jù)，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下：三、種群增長(zhǎng)的“S”型曲線S型曲線條件：存在環(huán)境阻力：食物有限空間有限種內(nèi)斗爭(zhēng)種間競(jìng)爭(zhēng)天敵捕食12第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一（1）適用范圍（2）數(shù)量變化特點(diǎn)種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定 （穩(wěn)定于“K值”）資源和空間有限的種群（自然種群）（3）“K”值在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量。思考：

K值是否固定不變呢？

否，易受環(huán)境因素的影響13第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一種群數(shù)量曲線K/2----------------種群增長(zhǎng)率曲線=出生率-死亡率KK/2KK/2種群增長(zhǎng)速率曲線(4)種群增長(zhǎng)模型14第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一4、種群數(shù)量K/2→K值時(shí)，5、種群數(shù)量達(dá)到K值時(shí)，種群增長(zhǎng)率為零,但種群數(shù)量達(dá)到最大，且種內(nèi)斗爭(zhēng)最劇烈。3、種群數(shù)量在K/2值時(shí)，種群增長(zhǎng)率最大2、種群數(shù)量由0→K/2值時(shí)，K/2K值A(chǔ)1、一開始OA段數(shù)量增長(zhǎng)慢的原因是：環(huán)境條件較適宜，但種群個(gè)體基數(shù)小

種群增長(zhǎng)率增大:因?yàn)槭澄锖涂臻g充足種群增長(zhǎng)率降低:食物和空間有限，種內(nèi)、種間斗爭(zhēng)加劇，環(huán)境惡化15第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一（5）與生活的聯(lián)系思考：在池塘中養(yǎng)魚，漁民總是希望自己捕的魚越多越好，但是為了考慮池塘的魚可持續(xù)發(fā)展，捕魚應(yīng)該選擇在種群數(shù)量是多少時(shí)最好？K/2K超過種群的數(shù)量K/2時(shí)開始捕魚捕到數(shù)量下降到K/2時(shí)停止此時(shí)種群增長(zhǎng)率最快，可提供資源數(shù)量也最多，而且不影響資源再生。16第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一思考：從環(huán)境容納量（K值）的角度思考：（1）對(duì)瀕危動(dòng)物如大熊貓應(yīng)采取什么保護(hù)措施？（2）對(duì)家鼠等有害動(dòng)物的控制，應(yīng)當(dāng)采取什么措施？建立自然保護(hù)區(qū)，改善大熊貓的棲息環(huán)境，提高環(huán)境容納量。如將食物儲(chǔ)藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源；室內(nèi)采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場(chǎng)所；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵，等等?？梢圆扇〈胧┙档陀泻?dòng)物種群的環(huán)境容納量，17第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一比較種群增長(zhǎng)兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別J型曲線S型曲線條件種群增長(zhǎng)率有無K值曲線環(huán)境資源無限環(huán)境資源有限保持穩(wěn)定先升后降無，持續(xù)保持增長(zhǎng)有K值環(huán)境阻力K值：環(huán)境容納量通過生存斗爭(zhēng)被淘汰的個(gè)體數(shù)量，也即代表自然選擇的作用。18第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)之中的，在不利條件之下，還會(huì)急劇下降，甚至滅亡。四、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降（1）影響種群數(shù)量變化的因素：間接因素：食物、氣候、傳染病、天敵人類的活動(dòng)直接因素：出生率、死亡率、遷入、遷出數(shù)量變化特點(diǎn)種群數(shù)量在“K”值附近波動(dòng)19第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一種群數(shù)量時(shí)間理想有限自然氣候、食物、天敵、傳染病、人為因素等K20第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一1、觀察研究對(duì)象，提出問題細(xì)菌每20分鐘分裂一次，問題：細(xì)菌數(shù)量怎樣變化的？2、提出合理的假設(shè)在資源和空間無限多的環(huán)境中，細(xì)菌種群的增長(zhǎng)不受種群密度增加的影響3、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)列出表格，根據(jù)表格畫曲線，推導(dǎo)公式4、通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌的數(shù)量，對(duì)自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟：21第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一五、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1．實(shí)驗(yàn)原理：（1）酵母菌是_____________，在有氧條件下能產(chǎn)生較多的___________，在無氧條件下產(chǎn)生_______和_________。（2）在理想的無限環(huán)境中，沒有天敵和其他災(zāi)害，酵母菌種群呈_____增長(zhǎng)，自然界中資源和空間總是有限的，酵母菌種群呈______型增長(zhǎng)。（3）計(jì)算酵母菌數(shù)量可用_________的方法。兼性厭氧微生物CO2和H2OCO2酒精“J”型“S”型抽樣檢測(cè)（4）繁殖方式：出芽生殖22第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一23第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一(1).取相同試管3，分別分別標(biāo)號(hào)1、2、3。各加入10mL肉湯培養(yǎng)液(或馬鈴薯培養(yǎng)液)，塞上棉塞。(2).用高壓鍋進(jìn)行高壓蒸氣滅菌后，冷卻至室溫。(3).將等量酵母菌母液分別加入試管，搖勻后用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)起始酵母菌個(gè)數(shù)，做好記錄。(4).將各試管送進(jìn)恒溫箱28℃下培養(yǎng)7天。(5).每天同一時(shí)間取出本組的試管，用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)酵母菌個(gè)數(shù)，并作記錄，連續(xù)觀察7天。3、實(shí)驗(yàn)過程

2、探究問題

培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時(shí)間變化的？

24第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一第1天25第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一第4

天第6天26第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一第7

天死亡27第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一血細(xì)胞計(jì)數(shù)板是一塊特制的厚型載玻片，載玻片上有4條槽而構(gòu)成3個(gè)平臺(tái)。中間的平臺(tái)較寬，其中間又被一短橫槽分隔成兩半，每個(gè)半邊上面各有一個(gè)計(jì)數(shù)室。28第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一抽樣檢測(cè)法：先將蓋玻片放在計(jì)數(shù)室上，用吸管吸取培養(yǎng)液，低于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入。多余培養(yǎng)液用濾紙吸出。稍待片刻，待酵母菌細(xì)胞全部沉降到計(jì)數(shù)室底部，將計(jì)數(shù)板放在載物臺(tái)中央，計(jì)數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量，再以此為根據(jù)，估算試管內(nèi)的酵母菌總數(shù)。29第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)16×2525×1630第30頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一思考：一個(gè)小方格的體積是多少？0.1÷1000000÷

16ml1/4000mm3計(jì)數(shù)：數(shù)出每個(gè)小格種酵母菌數(shù)量，結(jié)合每小格體積換算出10ml培養(yǎng)液中酵母菌的數(shù)目31第31頁，共32