資源簡介

(共33張PPT)
第1章種群及其動態
第2節 種群數量的變化 (第1課時)
1500
1000
500
0 193719381939194019411942
"S" 形增長
"J" 形增長
種群數量/只
年份
一、建構種群增長的模型
細菌的生殖方式：二分裂
向題探討 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 通過分裂繁殖一代。
1.第n代細菌數量的計算公式是什么
設細菌初始數量為N , 第一次分裂產生的細菌為第一代，數量為 N ×2, 第n代的數量為N ×2n(Nn=N ×2n)
時間(min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160
180
分裂次數 0 1 2 3 4 5 6 7 8
9
數量(個) 1 2 4 8 16 32 64 128 256
512
一、建構種群增長的模型
向題探討
2.7 2h后，由一個細菌分裂產生的細菌數量是多少
n=60min ×72h/20min=216
Nn=1X 2n=2216
3.在一個培養瓶中，細菌的數量會一直按照這個公式描述
的趨勢增長嗎 如何驗證你的觀點
不會。因為培養瓶中的營養物質和空間是有限的
問題1:回憶一下前面所學模型的類型
◆ 物理模型：以實物或圖畫形式直觀地表達認識 對象的特征。
◆ 概念模型：用線條和文字直觀而形象地表示出 某些概念之間的關系。
◆ 數 學 模 型 ：以 數學關系或坐標曲線圖表示生物 學規律。
描述、解釋和預測種群數量的變化，常常需要建立數學模型
一 .建構種群增長模型的方法
一、建構種群增長模型的方法
研究實例
細菌每20 min分裂一次，怎樣計算 細菌繁殖n代后的數量
資源和生存空間無限多，細菌種群 的增長不會受種群密度增加的影響
Nn=2 nN n代表繁殖n代后細菌數量， n代表繁殖代數
觀察、統計細菌數量，對自己所建 立的模型進行檢驗或修正
研究方法
觀察現象，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
通過進一步實驗或觀察等，對 模型進行檢驗 或 修正
n代細菌數量Nn的計算公式是： Nn=2n
以時間為橫坐標，細菌數量為縱坐標，畫出細菌種 群的增長曲線：
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
一 .建構種群增長模型的方法
細菌細胞數量(N)
時間/min
資料1:1859年， 一位來澳大
利亞定居的英國人在他的農場中 放生了24只野兔， 一個世紀后， 這24只野兔的后代竟超過6億只。 漫山遍野的野兔不僅與牛羊爭食 牧草，還啃噬樹皮，造成植被破 壞，導致水土流失。直到人們引 入了黏液瘤病毒才使野兔的數量 得到控制。
一 .建構種群增長模型的方法
思考 ·討論
討論：
1.這兩個資料中種群增長有什么共同點
種群數量增長迅猛，且呈無限增長趨勢。
2.種群出現這種增長的原因是什么
食物充足，缺少天敵等
3.這種種群增長的趨勢能不能一直持續 下去 為什么
不能，因資源和空間是有限的
資料2:20世紀30年代時，人們 將環頸雉引入到美國的一個島嶼上， 在最初的5年內，1937—1942年 期間該種群數量的增長如圖所示。
一 .建構種群增長模型的方法
思考 ·討論
種群數量/只
年份
二、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。
時 間
種群數量
1.概念：
自然界確有類似的細菌在理 想條件下種群數量增長的形式，如果以
時間為橫坐標，種群數量為縱坐標畫出曲線來表示，曲線大致呈"J
型。
2.模型假設：
①食物和空間條件充裕
②氣候適宜
③沒有天敵
④沒有其他競爭物種等
種群數量
理想條件
二 .種 群 的“J”形 增 長
時 間
II
3.建立模型 種群數量每年以一定的倍數增長，第二年是第一年的入倍。
若起始數量為N , 則 ：t年后種群的數量為 N =N ×λt N 為該種群的起始數量 ，t為時間，
Nt表 示t年后該種群的數量，
λ表示該種群數量是前一年種群數量的的倍數
4.特 點 ：
種群的數量每年以一定的倍數增長
思 考 ：
種群數量變化符合數學公式N =N ×At 時，種群增長曲線 一定是“J”形嗎
二 .種 群 的“J”形 增 長
①當λ=1時，種群數量 不變(相對穩定);
②當λ> 1 時，種群數量 增長 ;
③當0< λ<1時，種群數量下降 ；
④當λ>1時，種群一定呈"J" 形增長嗎
不一定；只有λ>1且為定值時，種群 增長才為"J" 形增長；
800
λ=1.2
600
λ=1.1
400
λ=1.0
λ=0.8
15 20
5. λ與J形種群增長的數量關系：
現有個體數
原有個體數
二 .種 群 的“J”形增長
λ值的生物學意義圖解
種群數量/個
λ=
5 10
時間/d
200
0
增長率
增長速率
含義 單位時間內凈增加的個體數占原來 個體數的比例
單位時間內增加的個體數量
計算 公式 增長率=(現有個體數-原有個體數) 種群原有個體數
增長速率=(現有個體數-原有個體數)
增長時間
舉例 一個種群有1000個個體， 則該種群的增長率為：
一年后增加到1100
則該種群的增長速率為：
1100-1000 =100個/年
1年
11000000×100%=10%
二.種群的 “J” 型增長
6.特 點 ： 增長率不能等同于增長速率
種群的增長速率就 是曲線的斜率(即過 每一點的切線)
二.種群的“J”型增長
增長個體數
增長個數所用
的時間
增長個體數
原有個體數
增長速率
增長率
“J”形圖
種個群增長率
增長速率=
種群增長速率
增長率=
種群數量
=λ-1
7.適應對象：
(1)實 驗 室條 件 下 ；
(2)一個種群剛 遷 入到 一 個新的適宜環境時(外來入侵物種)。
福壽螺
(原產中美洲的熱帶和亞熱帶地區)
紫莖澤蘭
(原產美洲的墨西哥)
二 .種 群 的“J” 形 增 長
水葫蘆
(原產于南美)
三、種群的"S"形增長
思考：如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會呈 “J” 形增長嗎
出生率降 低
死亡率升高
當出生率=死亡率
時，種群增長停止。
種內競爭 就會加劇
種群密度增大
思考 ：
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
三 .種群的“S”形增長
400 K=375
300-
200-
100-
0 1 2 3 4 5 6
時間/d
第五天以后基本維持在375個左右。
隨著大草履蟲數量的增多，對食物和空
間的競爭趨于激烈，導致出生率下降， 死亡率升高。
在0.5mL 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。
二 .種 群 的“S”形 增 長
大草履蟲的數量在第二天和第三天增長較快；
生態學家高斯的實驗
大草履蟲種群的增長曲線
種群數量個
2.形成條件： ①資源和空間有限 ②種內競爭加劇 ③存在天敵 ④其他競爭的物種。 出生率下降， 死亡率升高
時間
1."S" 形增長的概念：
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。
二 .種 群 的“S”形 增 長
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 是下 降；當環境條件狀況改善時， K 值 會上 升
在環境條件沒有遭受破壞的情況下，種群數量會
在 K值 附近上下波動。當種群數量偏離K值的時 候，會通過負 反 饋調節使種群數量回到K值。
3.環境容納量：
一 定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。
思考1:同一種群的K值是不是固定不變的呢
原來的環境容納量 新的環境容納量
二 .種 群 的“S”形 增 長
種群數量
個種群數量
2 3
時 間
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，但這個值 存在的時間很短，因為環境已遭到破壞。
二.種群的“S”形增長
思考2:K 值 不是 (是/不是)種群數量的最大值
請據圖分析：該種群的K 值為 K O
K K, K,
0
4
3.曲線圖分析：
ab 段：種群基數小，需要適應新環
境，增長較緩慢；
出生率>死亡率
bc 段：資源和空間豐富，種群數量增 長迅速；
三.種群的"S" 形增長
出生率>死亡率，此時c種群增長速率最大；
3.曲線圖分析：
cd段： 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>死亡率，但是差值逐漸減小，
增長速率逐漸減少 。
de 段： 種群數量達到K 值，且維持相對穩定。種群數量達到最
大，且種內斗爭最劇烈。
出生率約≈死亡率，增長率為為0,種群增長速率幾乎為0
三 . 種群的"S" 形 增 長
種群增長速率的變化
=N , 增長速率為0
=K/2 ,增長速率最大
>K/2, 增長速率逐漸減小 =K , 增長速率為0
—K
時 間
二 .種 群 的“S”形增長
K
K/2
N
0
5.增長特點：
種群數量
增長率
max
0 t1 t > 時間
增長速率=
增長個體數
增長個數所用 的時間
f
t 時間
0 K 數量
三 .種群的"S" 形增長
“S” 形增長 增長速率
增長個體數
增 長 率 = 原 有 個 體 數
增長率
5.特 點 ：
增長速率
個個體百分比 死亡率
出生率
0 C'C 時間
K/2 K
個個體百分比
死亡率
三.種群的"S" 形增長
出生率
時 間
K值”與"K/2 值"四種不同的表示方法
I
B
K
K/2 K
時 間
K/2
0
形增長曲線的聯系：
線
K(環境容納量)
-“S” 形 曲 線
時間
(1)圖中陰影部分表示什么 環境阻力。
(2)環境阻力如何用自然選擇學說內容解釋 生存斗爭中被淘汰的個體數。
(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 不等同，已經存在環境阻力。
理論上， “S”形增長，在 初始階段就開始受到資源
空間的限制作用，因此 “S” 形曲線的開始部分并非 “J” 形增長。
二.種群的“S”形增長
7."J" 形 曲 線 與 "S"
個“J” 形 曲
種群數量
8.K 值與K/2 值在實踐中的應用：
(1)對野生生物資源和瀕危物種的保護：
例如：建立自然保護區，給大熊貓更寬
廣的生存空間，改善它們的棲息環境， 從而提高環境容納量，是保護大熊貓的 根本措施。
三.種群的"S" 形增長
二 .種 群 的“S”形增長
8.K 值 和K/2 的 應 用 ：
(2)對野生資源的開發和利用：
①持續獲得最大捕魚量：
應在大 于K/2 時開始捕撈，捕撈后種群的剩 余量維持在_K/2 左右。此時種群具有最大增 長速率，可以在最短時間恢復種群數量，有 利于人類持續獲得較大收獲量。
②獲得最大日捕獲量：
應在K 值時捕撈，此時種群密度最大。
時間
8.K 值與K/2 值在實踐中的應用：
(3)對有害生物防治：
降低環境容納量
例如：蝗蟲，在b 點之前 捕殺。
例如：滅鼠，及時控制種群數量(養貓、儲存好食 物 等 ) , 嚴
防達到K/2 值，若達到該值，會導致該有害生物成災。
三.種群的"S" 形增長
三 .種群數量的波動
1.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。
2.對于大多數生物種群來說，種群數量總是在波動中。
(1)處于波動狀態的種群，在某些特定條件下可能出現種群爆發。如蝗災、
鼠災、赤潮等就是種群數量爆發增長的結果。
10 種群數量/級數
8
6
0
1913191719211925192919331937194119451949195319571961年優
影響因素：自然因素和人為因素(人類活動)
(3)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。
(2)當種群長期處于不利條件下，種群數量會出現持續性的或急劇的下降。
三.種群數量的波動
北極熊棲息地遭到破壞
捕鯨現場
時間
種群增長速率
J型曲線 S型曲線 前提條件 理想條件：①食物和空間 充裕；②氣候適宜；③沒 有天敵和其他競爭物種 自然環境：①食物和空間有限； 有種內競爭和種間競爭；③有天 增長模型 種群數量 "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。 種群增長率 保持穩定 逐漸下降 時間 種群增長速率 逐漸增加 無上限 先增加后下降 有最大值 種群增長速率
K/2值時
t t t 時 間

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