第1章

種群及其動態第2節種群數量的變化你真的會洗手嗎？手越白意味著越臟，越黑意味著越干凈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。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？3.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？Nn=N0×2n問題探討思考用實驗驗證2216個不會。因為培養瓶中的營養物質和空間是有限的。時間（min)20406080100120140160180分裂次數123456789數量（個）248163264128216512指數形式212223242526272829Nn=N0×2n【思考】曲線圖與數學公式比較，有哪些優缺點？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:直觀，但不夠精確。數學公式:精確，但不夠直觀。123建構種群增長模型的方法種群的”J”形增長

種群的”S”形增長目錄4種群的“J”形和“S”形增長比較1.建構種群增長模型的方法數學模型:用來描述一個系統或它的性質的數學形式。細菌每20min分裂一次，怎樣計算細菌繁殖n代后的數量？資源和生存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Nn=2n或繪制曲線圖N代表細菌數量，n表示第幾代觀察、統計細菌數量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正觀察研究對象，提出問題提出合理的假設根據實驗數據，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研究方法研究實例123建構種群增長模型的方法種群的”J”形增長種群的”S”形增長目錄4種群的“J”形和“S”形增長比較1859年英國殖民者托馬斯.奧斯汀，此公在英國時就是狂熱的狩獵愛好者，于是他就委托自己的侄子從英國郵寄了一些野兔，放生了24只野兔以滿足狩獵的需求。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。資料1：澳大利亞野兔20世紀30年代，人們將環頸雉引入某地一個島嶼。1937-1942年，這個種群增長如右圖所示。資料2：環頸雉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？3.這種種群增長的趨勢能不能一直持續下去？為什么？分析自然界種群增長的實例種群數量增長迅猛，且呈無限增長趨勢食物充足、缺少天敵不能，因為資源和空間是有限的思考種群的”J“形增長由以上實例可得，自然界有類似細菌在理想條件下種群增長的形式，如果以時間為橫坐標，種群數量為縱坐標，畫出曲線來，曲線則大致呈“J”形，這種類型的種群增長稱為“J”形增長。（1）食物和空間條件充裕（2）氣候適宜（3）沒有天敵（4）沒有其他競爭物種什么情況下會出現“J”形增長？在這些條件下，種群的數量每年以一定的倍數增長，第二年是第一年的倍*注意：該曲線的起點不是原點種群的”J“形增長建立模型.......一年后種群的數量為:N1=N0λ1二年后種群的數量為:N2=N1·λ=N0λ2t年后種群的數量為:Nt=N0λt(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。)λ當年種群數量前一年種群數量=Nt=N0λt

種群的”J“形增長種群數量變化符合數學公式時，種群增長曲線一定是“J”形嗎？①當λ=1時，種群數量如何變化？②當λ＞1時，種群數量如何變化？③當λ＜1時，種群數量如何變化？種群數量不變(相對穩定)種群數量增長種群數量下降【思考】當λ＞1時，種群一定呈“J”形增長嗎？只有λ＞1且為定值時，種群增長才為“J”形增長；λ＞1且為定值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5,6,7,8,912【現學現用】據圖說出種群數量如何變化種群的”J“形增長——增長率&增長速率增長率：在單位時間內種群數量增加量占初始數量的比例。計算公式：如某種群現有數量為1000，一年后，該種群數為1100，那么該種群在當年的增長率為無單位（1100-1000）/1000=10%有單位（1100-1000）/1年=100只/年增長速率：是指單位時間內增長的數量。種群的”J“形增長——增長率&增長速率λ-1初始數量1，一個小時后8個，兩個小時后64個，三個小時后大腸桿菌數量為512個。λ=？增長率和增長速率怎么變化？第一小時增長率為（8-1）/1=700%第二小時增長率為（64-8）/8=700%第三小時增長率為（512-64）/64=700%Ｊ形增長增長率曲線Ｊ形增長增長速率曲線第一小時增長速率為（8-1）/小時第二小時增長速率為（64-8）/小時第三小時增長速率為（512-64）/小時思考：哪些情況下可能出現“J”形增長的條件？實驗室條件下、遷移入新環境（如物種入侵）種群的”J“形增長——實例福壽螺(原產中美洲的熱帶和亞熱帶地區)加拿大一枝黃花克氏原螯蝦（又名小龍蝦）

查一查歷年來世界和我國人口增長的數據，分析人口是否呈“J”形增長？近代以來，世界人口呈現出近似“J”形增長；我國人口在20世紀大部分時間呈現出“J”形增長，在1979年之后則基本穩定在較低的增長率水平上。如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會呈“J”形增長嗎？不會種群的”J“形增長123建構種群增長模型的方法種群的”J”形增長

種群的”S”形增長目錄4種群的“J”形和“S”形增長比較種群的”S“形增長K=375生態學家高斯（G.F.Gause,1910-1986）曾經做過單獨培養大草履蟲的實驗：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。從圖中可以看出，大草履蟲的數量在第二天和第三天增長較快，第五天以后基本維持在375個左右像這樣，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，這種類型的種群增長稱為“S”形增長種群的”S“形增長1.模型假設:資源和空間有限，天敵的制約等（即存在環境阻力）種群的”S“形增長2.建立模型:一定環境條件下，所能維持的種群最大數量稱為環境容納量，又稱K值。曲線圖分析:ab段:bc段:cd段:de段: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；資源和空間有限，種群密度增大，種內競爭加劇，出生率降低，死亡率升高，種群增長減緩；出生率約等于死亡率，種群增長速率幾乎為0，種群數量達到K值，且維持相對穩定。種群的”S“形增長出生率死亡率

,此時種群增長速率最大

,種群數量達到K/2出生率死亡率

,此時種群的增長速率為零，種群數量趨于穩定，種群數量達到環境容納量(即K值)。出生率死亡率種群的”S“形增長ABCOOC段(不包括C):B點:C點:曲線圖分析:大于大于等于（1）圖中陰影部分表示什么？（2）環境阻力如何用自然選擇學說內容解釋？（3）“S”形曲線中，有一段時期近似于“J”形曲線，這一段是否等同于“J”形曲線？為什么？環境阻力。環境阻力下被淘汰的個體數。不等同，已經存在環境阻力。“J”型曲線無K值，無種內斗爭，無天敵。種群的”S“形增長(5)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。(4)同一種生物的K值不是固定不變的:K值會隨著環境的改變而發生變化,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_____。同一種群的K值是固定不變的嗎？下降上升種群數量到達K值后就不再變化了嗎？K值附近負反饋種群的”S“形增長K值是不是種群數量的最大值？(6)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會超過K值。實際數量在K值上下波動。種群的”S“形增長K值、K/2的四種不同表示方法：速率種群的”S“形增長K值和K/2值的應用（1）野生生物的保護建立自然保護區，提供更寬廣的生存空間，改善它們的棲息環境，減小環境阻力，從而提高環境容納量，是保護它們的根本措施①從環境容納量考慮：②從1/2K值考慮：（2）有害生物的防治增大環境阻力，降低環境容納量；如滅鼠時及時控制種群數量，嚴防達到____值，若達到該值，會導致該有害生物成災。例如可利用將食物儲藏在安全處，斷絕或減少食物來源，養殖或釋放天敵等措施來降低老鼠的環境容納量。種群的”S“形增長K值和K/2值的應用K/2（3）資源的合理利用種群的”S“形增長K值和K/2值的應用a.漁業捕撈應在

;b.捕撈后魚的種群數量維持在

。因為捕魚后保留在K/2值處，種群增長速率最大，可實現“既有較大收獲量又可保持種群高速增長”，符合可持續發展的原則。K/2以后K/2123建構種群增長模型的方法種群的”J”形增長

種群的”S”形增長目錄4種群的“J”形和“S”形增長比較思考：S形曲線對應的增長速率圖像應該怎么畫？S形曲線的增長速率先變大，在種群數量為K/2時達到最大，后逐漸減小，在K值時直至為0“S”形曲線種群的“J”形和“S”形增長比較⑴圖乙的fg段相當于圖甲的

段⑵圖乙的g點相當于圖甲的

點⑶圖乙的gh段相當于圖甲的

段⑷圖乙的h點相當于圖甲的

段K/2

t0t1t2

時間種群數量Kabcde甲乙t0t1t2

時間0K/2K數量增長速率fghdecdcac種群的“J”形和“S”形增長比較“J”形和“S”形曲線增長率的變化增長率＝(現有個體數－原有個體數)／原有個體數×100％因為t年后種群的數量為:

Nt=N0λt增長率=(Nt－Nt－1)/Nt－1=N0λt－N0λt－1N0λt－1=λ-1種群的“J”形和“S”形增長比較種群的“J”形和“S”形增長比較“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。

東亞飛蝗種群數量的波動①在自然界，有的種群能夠在一段時間內維持數量的相對穩定。④當一個種群數量過少，種群可能會由于近親繁殖等原因而衰退、消亡。種群數量的波動②但大多數生物的種群來說，種群數量總是在波動中。處在波動狀態的種群，在特定條件下可能出現種群爆發。如蝗災、赤潮等。③當種群長久處于不利條件下，種群數量會持續性的或急劇的下降。123建構種群增長模型的方法種群的”J”形增長

種群的”S”形增長目錄4種群的“J”形和“S”形增長比較5培養液中酵母菌種群數量的變化釀酒、制作面包都要用到酵母菌；那么如何估算酵母菌種群數量的變化？隨著時間推移，由于營養物質的______、有害代謝產物的______、pH的_________，酵母菌數量呈_________形增長。在理想的條件下，酵母菌種群的增長呈“J”形曲線；在各種資源有限或者存在環境阻力的情況下，酵母菌種群增長呈“S”形曲線。實驗:探究培養液中酵母菌種群數量的變化一.實驗原理:二.提出問題:培養液中酵母菌的數量是怎樣隨時間變化的?三.作出假設:

在環境資源有限的條件下，酵母菌的數量變化隨時間呈“S”形增長曲線改變S消耗積累計數室1mm大方格的長和寬各為1mm，深度為0.1mm，即1mm×1mm×0.1mm，其容積為0.1mm3；

酵母菌菌種，無菌馬鈴薯培養液或者肉湯培養液，血細胞計數板，顯微鏡等。四.材料用具:計數室通常有兩種規格：25×16型：

即大方格內分為25中格，每一中格又分為16小格16×25型：

即大方格內分為16中格，每一中格又分為25小格兩種計數室的取樣方法不同不管計數室是哪一種構造，每一個大方格都是由400個小方格組成可以采用抽樣檢測的方法五.顯微鏡計數操作步驟:1.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，讓培養液自行滲入到計數室內；3.待酵母菌細胞全部沉降到計數室底部，將計數板放在在載物臺中央4.計數一個小方格內酵母菌數量，再以此為依據估計試管中酵母菌總數。如果先加培養液再蓋蓋玻片，那么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，使計數室內部液體增多，導致計數結果偏高。思考：為什么要先放蓋玻片再滴培養液？（3）怎么計算酵母及數量？每毫升（1cm3）中酵母菌數量=A×400×10×1000×B練習:為監測酵母細胞密度，將發酵液稀釋1000倍后，用25x16型血細胞計數板計數5個小格中的細胞數為30，則酵母細胞的預期密度為？假設小方格酵母菌數量的平均值是A個，稀釋倍數為B，求每毫升培養液中酵母菌的數量：說明：大方格體積=0.1mm3，每個大方格共分為25個中方格，共有25×16=400個小方格（4）從試管中吸出培養液進行計數之前，建議你將試管輕輕振蕩幾次這是為什么？使培養液中酵母菌分布均勻,以減少誤差（5）如果一個小方格內酵母菌數量過多，難以數清，應當采取什么措施稀釋適當倍數（6）對于壓在小方格界線上的酵母菌應當怎樣計數?只計相鄰兩邊及其頂角上的酵母菌,遵循“計上不計下,計左不計右”（7）本實驗需要設置對照嗎?不需要對照，自身前后