種群數(shù)量的變化.pptVIP

決定種群的 大小和密度,種群密度,種群數(shù)量,出生率和死亡率,性別比例,年齡組成,預(yù)測(cè)變 化方向,直接影響,遷入率和遷出率,影響數(shù) 量變動(dòng),知識(shí)回顧,第2節(jié) 種群數(shù)量的變化,一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法 二、種群增長(zhǎng)的“J”型曲線 三、種群增長(zhǎng)的“S”型曲線 四、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降 五、研究種群數(shù)量變化的意義,問題的提出,中國(guó)水利網(wǎng)：寧波、昆明、武漢等地，人躺在鋪滿鳳眼蓮的湖面上，可以不沉；上海去年3萬(wàn)噸的鳳眼蓮打撈量，今年已翻了3倍有余，上升至10萬(wàn)噸；鳳眼蓮所帶來(lái)的水體富營(yíng)養(yǎng)化，讓越來(lái)越多的水中生物痛失“家園”。,問題的提出,國(guó)家地理：在幾百年前，金絲猴在許多地區(qū)廣泛分布，人口的增加和山林的破壞使金絲猴的分布區(qū)越來(lái)越小。現(xiàn)在，黔金絲猴的數(shù)量只有500600只，處于瀕危狀態(tài)，只在貴州省的梵凈山區(qū)生存。滇金絲猴生活在云南西北部、西藏東南端及四川西部長(zhǎng)江上端金沙江上游的高山中，數(shù)量不到2000只，也處境瀕危。,假設(shè)你父親承包了一個(gè)水庫(kù)養(yǎng)魚蝦，如果一次投放的幼苗過多或延遲捕撈，由于環(huán)境的負(fù)載能力限制，都不能達(dá)到效益的最優(yōu)化；相反，如果大量捕撈，使魚蝦數(shù)量大大減少，其種群往往要經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)的延滯期才能進(jìn)入指數(shù)增長(zhǎng)期，對(duì)生產(chǎn)極為不利。那什么時(shí)候是捕撈的最佳數(shù)量期？ 問題：如何合理利用和保護(hù)生物資源？ 問題：種群的數(shù)量變化有怎樣的規(guī)律？,問題的提出,數(shù)學(xué)模型： 是用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。 數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式可以為公式、圖表等形式。,一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法,描述、解釋和預(yù)測(cè)種群數(shù)量的變化，常常需要建立數(shù)學(xué)模型。,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。,一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1、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。,2n代細(xì)菌數(shù)量Nn的計(jì)算公式是： Nn 372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？,1n,解：n 60min x72h20min216,Nn12n 2 216,一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法,4、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。,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(wú)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,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：,Nn1n,類型：,坐標(biāo)式（曲線圖、柱狀圖）,數(shù)據(jù)分析表格式,數(shù)學(xué)方程式,Nn=2n,一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法,曲線圖與數(shù)學(xué)方程式比較，有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？,曲線圖：直觀，但不夠精確。 數(shù)學(xué)公式：精確，但不夠直觀。,理想條件下細(xì)菌數(shù)量增長(zhǎng)的推測(cè)：自然界中有此類型嗎？,“J”型曲線,實(shí)例1：澳大利亞本來(lái)并沒有兔子。 1859年，24只歐洲野兔從英國(guó)被帶到了澳大利亞。這些野兔發(fā)現(xiàn)自己來(lái)到了天堂。因?yàn)檫@里有茂盛的牧草，卻沒有鷹等天敵。這里的土壤疏松，打洞做窩非常方便。于是，兔子開始了幾乎不受任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子的數(shù)量達(dá)到6 億只以上，遍布整個(gè)大陸。,二、種群增長(zhǎng)的“J”型曲線:,實(shí)例2、20世紀(jì)30年代,人們將環(huán)頸雉引入美國(guó)的一個(gè)島嶼,在1937-1942年期間，這個(gè)種群數(shù)量的增長(zhǎng)如圖所示。,討論1：出現(xiàn)這種增長(zhǎng)的原因有哪些？,“J”型增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型,理想狀態(tài)：食物充足，空間充裕，氣候適宜，沒有敵害等；,設(shè)（N0為起始數(shù)量， t為時(shí)間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，為年均增長(zhǎng)倍數(shù)）,數(shù)學(xué)模型公式：,Nt=N0 t,種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)，第二年是第一年的倍。,產(chǎn)生條件：,增長(zhǎng)特點(diǎn)：,曲線圖：,“J”型曲線,“J”型曲線的增長(zhǎng)率與增長(zhǎng)速率,增長(zhǎng)率：種群在單位時(shí)間內(nèi)凈增加的個(gè)體數(shù)占原有個(gè)體總數(shù)的比率。,增長(zhǎng)速率：增長(zhǎng)速率是指單位時(shí)間種群增長(zhǎng)數(shù)量。,問題探討,“J”型曲線能一直持續(xù)下去嗎？ 如何驗(yàn)證這個(gè)觀點(diǎn)？,不會(huì)。原因是資源和空間是有限的；種群密度增大，種內(nèi)斗爭(zhēng)，種間競(jìng)爭(zhēng)，天敵捕食等加劇。即存在環(huán)境阻力,生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在0.5ml培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲，然后每隔24h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出了如圖所示的結(jié)果。,大草履蟲種群的增長(zhǎng)曲線,思考： 1、曲線形狀象什么？其種群達(dá)到基本穩(wěn)定的數(shù)量值稱為什么？,“S”型曲線,2、大草履蟲數(shù)量增長(zhǎng)過程特點(diǎn)如何？,三、種群增長(zhǎng)的“S”型曲線,K值,種群數(shù)量達(dá)到K值后，將停止增長(zhǎng)并在K值左右保持相對(duì)穩(wěn)定。,三、種群增長(zhǎng)的“S”型曲線,種群數(shù)量為K：,種群增長(zhǎng)速率為零,種 群數(shù)量最大，種內(nèi)斗 爭(zhēng)最劇烈。,種群數(shù)量為K/2：,種群增長(zhǎng)速率最大,環(huán)境容納量：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，又稱K值。,K/2,增長(zhǎng)速率最快,K值：環(huán)境容納量,a,b,c,1. 乙圖0g相當(dāng)甲圖b點(diǎn)之前，種群數(shù)量增長(zhǎng)速率逐漸增加。,c,g,h,f,乙,（K/2）,K,K/2,a,b,c,甲,種 群 數(shù) 量 增 長(zhǎng) 速 率,時(shí)間,0,g,（K/2）,h,（K）,乙,2. g 點(diǎn)相當(dāng)甲中K/2，種群數(shù)量增長(zhǎng)速率最大。,3. 乙圖g-h相當(dāng)甲圖b-c，種群數(shù)量增長(zhǎng)速率逐漸減少。,4. h 點(diǎn)相當(dāng)甲中K，種群數(shù)量增長(zhǎng)速率為0。,環(huán)境條件有限,增長(zhǎng)率隨著種群密度的增加而按一定的比例下降,增長(zhǎng)率=0,（2）“S”型增長(zhǎng)曲線,三、種群增長(zhǎng)的“S”型曲線,產(chǎn)生條件：,自然條件(現(xiàn)實(shí)狀態(tài))食物等資源和空間總是有限的，當(dāng)種群密度增大時(shí)，種內(nèi)斗爭(zhēng)不斷加劇，天敵數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致該種群的出生率降低，死亡率增高。,增長(zhǎng)特點(diǎn)：,種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境所允許的最大值（K值），將停止增長(zhǎng)并在K值左右保持相對(duì)穩(wěn)定。,存在環(huán)境阻力,種群密度越大 環(huán)境阻力越大,思考討論,1、同一種群的K值是固定不變的嗎？,2、對(duì)保護(hù)大熊貓應(yīng)采取什么措施才會(huì)事半功倍？,環(huán)境條件改變，K值也隨之發(fā)生改變，即改善環(huán)境條件可使K值增大；如環(huán)境條件受到破壞，則K值將會(huì)減小。,建立自然保護(hù)區(qū)，改善大熊貓棲息環(huán)境，提高K值。,思考討論,4、為保護(hù)魚類資源不受破壞，并持續(xù)獲得最大捕魚量，被捕魚群種群數(shù)量保持在什么水平?,3、對(duì)家鼠等有害動(dòng)物的控制，從環(huán)境容納量的角度看，應(yīng)當(dāng)采取什么措施？,增大環(huán)境阻力，降低環(huán)境容納量（如封儲(chǔ)糧食，清除生活垃圾，養(yǎng)殖它們天敵）；嚴(yán)防達(dá)到K/2。,種群數(shù)量達(dá)到K/2時(shí)，種群增長(zhǎng)速率最大，再生能力最強(qiáng)； 對(duì)養(yǎng)殖的生物進(jìn)行捕撈(捕獲)時(shí)，捕撈后的種群數(shù)量要維 持在K/2處，以保證持續(xù)獲取高產(chǎn)量。,思考討論,K值的應(yīng)用 a.野生生物資源保護(hù)：保護(hù)野生生物生活環(huán)境，減小環(huán)境阻力，增大K值。 b.有害生物的防治：增大環(huán)境阻力(如為防鼠害而封儲(chǔ)糧食、清除生活垃圾、保護(hù)鼠的天敵等)，降低K值。,K/2的應(yīng)用 a.資源開發(fā)與利用：種群數(shù)量達(dá)到K/2時(shí)，種群增長(zhǎng)速率最大，再生能力最強(qiáng)；對(duì)養(yǎng)殖的生物進(jìn)行捕撈(捕獲)時(shí)，捕撈后的種群數(shù)量要維持在K/2處，以保證持續(xù)獲取高產(chǎn)量。 b.有害生物防治：務(wù)必及時(shí)控制種群數(shù)量，嚴(yán)防達(dá)到K/2處，甚至在a點(diǎn)以前就應(yīng)采取相應(yīng)措施。,資源空間不限,資源有限,有K值,無(wú)K值,保持不變,逐漸減小,不斷增大,先增大，后減小，種群數(shù)量在K/2值處增長(zhǎng)速率最大,J型曲線和S型曲線比較,種群數(shù)量連續(xù)增長(zhǎng)，第二年是第一年的“”倍,種群增長(zhǎng)到一定數(shù)量保持相對(duì)穩(wěn)定,用達(dá)爾文的觀點(diǎn)分析“J”、“S”曲線,1、“J”型曲線用達(dá)爾文的觀點(diǎn)分析表明生物具有過度繁殖的特性。 2、圖中陰影部分表示：環(huán)境阻力； 用達(dá)爾文的觀點(diǎn)分析指：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。,“J”型曲線表明生物具有什么特性？圖中陰影部分表示什么？,四、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降,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,種群的數(shù)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(huì)引起種群數(shù)量的變化。,環(huán)境因素,種群的出生率、死亡率、遷出和遷入率,種群數(shù)量的變化,影響種群數(shù)量變化的因素,五、研究種群數(shù)量變化的意義,1、為野生生物資源的合理利用及保護(hù)提供理論指導(dǎo) 。 既要使生物資源的產(chǎn)量達(dá)到最大，又不危害生物資源的可持續(xù)發(fā)展，砍伐、捕撈、狩獵后，保證種群的增長(zhǎng)速率為最大值。 2、為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理控制種群數(shù)量、適時(shí)捕撈、采伐等提供理論指導(dǎo)。 3、通過研究種群數(shù)量變動(dòng)規(guī)律，為有害生物的預(yù)測(cè)及防治提供科學(xué)依據(jù)。 降低環(huán)境的負(fù)荷量（K值）。如鼠害防治可通過嚴(yán)密封存糧食、清除生活垃圾、保護(hù)老鼠的天敵等措施來(lái)降低K值。 4、為引進(jìn)外來(lái)物種提供理性的思考。 必須考慮所引入的外來(lái)物種是否會(huì)構(gòu)成對(duì)原來(lái)物種的危害，即是否會(huì)構(gòu)成生物入侵。,培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化,探究：,基 礎(chǔ) 回 顧 1、酵母菌 酵母菌是單細(xì)胞真核生物。 生長(zhǎng)周期短，增殖速度快， 還可以用酵母菌作為實(shí)驗(yàn)材料研究（探究酵母菌的呼吸方式，判斷細(xì)胞的死活探究膜的透性）,完成實(shí)驗(yàn),提出問題,作出假設(shè),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),分析結(jié)果，得出結(jié)論,探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量 的動(dòng)態(tài)變化,該探究活動(dòng)中涉及4個(gè)科學(xué)方法： （1）數(shù)學(xué)模型法； （2）抽樣檢測(cè)法； （3）顯微觀察法； （4）微生物培養(yǎng)法。,3設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：,將10mL無(wú)菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中； 將酵母菌接種入試管中的培養(yǎng)液中混合均勻； 將試管在28條件下連續(xù)培養(yǎng)5d； 每天取樣計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量； 分析結(jié)果，得出結(jié)論。,是否設(shè)置對(duì)照組和多組重復(fù)實(shí)驗(yàn)？,為什么要連續(xù)培養(yǎng)？,如何取樣計(jì)數(shù)？記錄表怎樣設(shè)計(jì)？計(jì)數(shù)時(shí)有哪些注意事項(xiàng)？,本實(shí)驗(yàn)自變量是時(shí)間，接種前就是初始狀態(tài)，也就是對(duì)照組。,酵母菌的計(jì)數(shù) （1）計(jì)數(shù)工具血球計(jì)數(shù)板,實(shí)物圖,正面圖,側(cè)面圖,計(jì)數(shù)室,滴液處,血球計(jì)數(shù)板是一種專門用于計(jì)算較大單細(xì)胞微生物的一種儀器。 計(jì)數(shù)時(shí)，常采用樣方法。,酵母菌的計(jì)數(shù) （1）計(jì)數(shù)工具血球計(jì)數(shù)板,放大后的計(jì)數(shù)池,每塊計(jì)數(shù)板由H形凹槽分為2個(gè)同樣的計(jì)數(shù)池。 每個(gè)計(jì)數(shù)池分為9個(gè)大方格。,計(jì)數(shù)室（中間大方格）的長(zhǎng)和寬各為1mm，深度為0.1mm，其體積為_mm3 ，合_mL。,0.1,110-4,16個(gè)小格,25個(gè)小格,25X16 = 400小格,16X25 = 400小格,每個(gè)計(jì)數(shù)室（大方格）共有400小格，總?cè)莘e為0.1mm3,抽樣檢測(cè)： 516=80個(gè)小格,抽樣檢測(cè)： 425=100個(gè)小格,樣方法,酵母菌的計(jì)數(shù) （2）計(jì)算： 每毫升培養(yǎng)液中的酵母菌細(xì)胞數(shù)是多少？,例2:酵母菌的計(jì)數(shù)通常用血球計(jì)數(shù)板進(jìn)行，血球計(jì)數(shù)板每個(gè)大方格容積為0.1mm3 ，由400個(gè)小方格組成?，F(xiàn)對(duì)某一樣液進(jìn)行檢測(cè)，如果一個(gè)小方格內(nèi)酵母菌過多，難以計(jì)數(shù)，應(yīng)先 后再計(jì)數(shù)。若多次重復(fù)計(jì)數(shù)后，算得每個(gè)小方格中平均有5個(gè)酵母菌，則10mL該培養(yǎng)液中酵母菌總數(shù)有 個(gè)。,例1 :在用血球計(jì)數(shù)板（2mm2mm方格）對(duì)某一稀釋50倍樣品進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在一個(gè)計(jì)數(shù)室內(nèi)（蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為0.1mm）酵母菌平均數(shù)為16，據(jù)此估算10mL培養(yǎng)液中有酵母菌 個(gè)。,2x107,2108,稀釋,例3 檢測(cè)員將1 mL水樣稀釋10倍后，用抽樣檢測(cè)的方法檢測(cè)每毫升藍(lán)藻的數(shù)量；將蓋玻片放在計(jì)數(shù)室上，用吸管吸取少許培養(yǎng)液使其自行滲入計(jì)數(shù)室，并用濾紙吸去多余液體。已知每個(gè)計(jì)數(shù)室由2516400個(gè)小格組成，容納液體的總體積為01 mm3。 現(xiàn)觀察到圖中該計(jì)數(shù)室所示a、b、c、d、e 5個(gè)中格80個(gè)小格內(nèi)共有藍(lán)藻n個(gè)，則上述水樣中約有藍(lán)藻 個(gè)mL。,5n105,酵母菌的計(jì)數(shù) （3）計(jì)數(shù)的操作 稀釋： 將酵母菌培養(yǎng)液進(jìn)行適當(dāng)?shù)南♂專蝗艟翰粷?，可不必稀釋?鏡檢計(jì)數(shù)室： 在加樣前，先對(duì)計(jì)數(shù)板的計(jì)數(shù)室進(jìn)行鏡檢.若有污物，則需清洗后才能進(jìn)行計(jì)數(shù)。 加樣品： 在清潔干燥的血球計(jì)數(shù)板蓋上蓋玻片，再用無(wú)菌細(xì)口滴管將稀釋的酵母菌液由蓋玻片邊緣滴入一小滴（將計(jì)數(shù)室充滿即可），讓菌液沿縫隙自行滲入計(jì)數(shù)室。注意不可有氣泡產(chǎn)生。,（3）計(jì)數(shù)的操作顯微計(jì)數(shù)：靜止5分鐘后，先用低倍鏡（1610）找到計(jì)數(shù)室所在的位置。然后根據(jù)血球計(jì)數(shù)板規(guī)格，每個(gè)計(jì)數(shù)室選取5個(gè)（或4個(gè)）中方格中的菌體進(jìn)行計(jì)數(shù)。每個(gè)小方格內(nèi)約有5-10個(gè)菌體為宜。對(duì)于壓在小方格界線上的酵母菌應(yīng)取相鄰兩邊及頂角計(jì)數(shù)。如遇酵母出芽，芽體大小達(dá)到母細(xì)胞的一半時(shí)，即作為兩個(gè)菌體計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)一個(gè)樣品要從兩個(gè)計(jì)數(shù)室中計(jì)得的值來(lái)計(jì)算樣品的含菌量。,關(guān)注本實(shí)驗(yàn)中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)： 酵母菌的計(jì)數(shù) 利用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)法在顯微鏡下直接計(jì)數(shù)，是一種常用的微生物計(jì)數(shù)法，也叫做顯微計(jì)數(shù)法。 優(yōu)點(diǎn)：直觀、快速。 適用于稀釋的菌懸液（或孢子懸液），即液體培養(yǎng)基中菌體的計(jì)數(shù)。 此法計(jì)得的是活菌體和死菌體的總和，又稱為總菌計(jì)數(shù)法。,酵母菌的計(jì)數(shù) 討論：計(jì)數(shù)前還應(yīng)有哪些步驟？需注意些什么？,酵母菌