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第30讲 种群及其动态
种群
任何物种都不可能以单一个体生存和繁衍。
在一定的空间范围内，同种生物所有个体形成的集合就是种群。
一、种群的数量特征
种群密度
出生率和死亡率
迁入率和迁出率
年龄结构
性别比例
（一）种群密度及其调查方法
1、种群密度
2、种群密度的调查方法
3、样方法
4、标记重捕法
1、种群密度
概念
种群在单位面积或单位体积中的个体数，就是种群密度。
研究种群密度的意义
濒危动物保护、农田杂草状况调查、农林害虫的监测和预报、渔业上捕捞强度的确定等，都需要对种群密度进行调查研究。
种群密度
种群的个体数量
空间大小（面积或体积）
=
种群密度是种群最基本的数量特征。
2、种群密度的调查方法
逐个计数法
估算法
样方法
标记重捕法
黑光灯诱捕法
有趋光性的昆虫
其他方法
（P6：生物科技进展）
---调查分布范围较小、个
体较大的种群
3、样方法
调查过程
在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个样方，通过计数每个样方的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估算值。
应用范围
一般适用于植物, 也可以用于昆虫卵的数量调查及一些活动范围较小的动物, 如作物植株上的蚜虫、跳蝻等。
5、标记重捕法
调查过程
这种方法是在被调查种群的活动范围内,捕获一部分个体,做上标记后再放回原来的环境，经过一段时间后进行重捕，根据重捕到的动物中标记个体数占总个体数的比例,来估算种群密度。
初次捕获并标记数(M)
个体总数(N)
重捕获的标记个体数(m)
再次捕获的个体总数(n)
=
计算方法
4、标记重捕法
应用范围
活动能力强，活动范围大的动物。
种群密度反映了种群在一定时期的数量，但是仅靠这一特征还不能反映种群数量的变化趋势；要想知道种群数量的消长，还需要研究种群的其他数量特征。
（二）出生率和死亡率
1、概念
2、与种群密度的关系
1、概念
出生率
出生率是指在单位时间内出生的新个体数目占该种群个体总数的比值。
死亡率是指在单位时间内死亡的个体数目占该种群个体总数的比值。
死亡率
出生率
新出生个体数
起始时的个体总数
=
死亡率
死亡个体数
起始时的个体总数
=
2、与种群密度的关系
直接决定种群密度的大小。
出生率＞死亡率，种群数量增长。
出生率＜死亡率，种群数量下降。
出生率＝死亡率，种群数量保持稳定。
（二）迁入率和迁出率
1、概念
2、与种群密度的关系
1、概念
对一个种群来说,单位时间内迁入或迁出的个体占该种群个体总数的比值, 分别称为迁入率或迁出率。
迁入率和迁出率也决定了种群密度的大小，直接影响种群大小和种群密度。
迁入（出）率
迁入（出）个体数
起始时的个体总数
=
2、与种群密度的关系
（三）年龄结构
1、概念与类型
2、与种群密度的关系
1、概念与类型
年龄结构是指一个种群中各年龄期的个体数目的比例。
概念
类型
通过影响出生率和死亡率，间接影响种群密度，可预测种群密度和种群数量的变化趋势。
2、与种群密度的关系
（四）性别比例
1、概念
2、与种群密度的关系
1、概念
性别比例，又称性比，是指种群中雌雄个体数目的比例。
性别比例通过影响出生率，间接影响种群密度。
2、与种群密度的关系
各种群数量特征之间的关系
种群密度
出生率
直接决定
（+）
（-）
（+）
（-）
死亡率
迁入率
迁出率
影响
（预测）
年龄结构
影响
性别比例
（五）探究实践
1、单子叶植物和双子叶植物的形态区别
单子叶草本植物常常是丛生或蔓生的，从地上部分难以辨别是一株还是多株。
单子叶植物的叶片一般呈条形或披针形，叶脉一般是平行脉。
双子叶草本植物则易于辨别个体数目。
双子叶植物的叶脉一般是网状脉。
2、调查计划
样方大小一般以1平方米的正方形为宜。如果个体较少可以适当扩大样方。
取样的关键是做到随机取样。
取样方法有：五点取样法和等距取样法。
计算各个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估计值。
边线个体的计数原则：计上不计下，计左不计右。
二、种群数量的变化
（一）构建种群增长模型的方法
1、数学模型的概念
2、数学模型构建的步骤
3、数学模型的表示方法
4、两种方法的优缺点
1、数学模型的概念
数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
2、数学模型构建的步骤
细菌每20min分裂一次
在资源和空间无限多的环境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响
Nn=2n ， N代表细菌数量，n表示第几代
观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正
研究实例
研究方法
观察研究对象，提出问题
提出合理的假设
根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达
通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正
提出问题
作出假设
建构模型
检验、修正模型
3、数学模型的表示方法
数学公式和坐标曲线图。
4、两种方法的优缺点
（1）数学公式能准确反映种群数量，但不够直观。
(2)坐标曲线图能直观地反映种群数量的变化趋势,但不够准确。
（二）种群的“J”形增长
1、“J”形增长的概念
2、“J”形增长模型的构建
3、“J”形增长的增长率和增长速率曲线
4、实例
1、“J”形增长的概念
在理想条件下，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线则大致呈“J”形。这种类型的种群增长称为“J”形增长。
2、“J”形增长模型的构建
模型假设
在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等，种群的数量每年以一定的倍数增长,第二年的数量是第一年的λ倍。
建立模型
t 年后种群数量表达式为：
Nt＝N0 λt
（N0为起始数量， t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数。）
2、 “J”形增长模型的构建
“J”形增长曲线图
注意：
该曲线的起点不是原点。
3、“J”形增长的增长率和增长速率曲线
增长率
增长率=(末数一初数)/初数= (λ-1)
时间/t
增长率
λ-1
种群的增长率保持不变。
3、“J”形增长的增长率和增长速率曲线
增长率
增长率=(末数一初数)/初数= (λ-1)
增长率=0，种群数量相对稳定
增长率>0，种群数量增长
增长率< 0，种群数量下降
①当λ=1时
②当λ＞1时
③当0＜ λ＜1时
④当λ=0时
种群灭亡
3、“J”形增长的增长率和增长速率曲线
增长速率
时间
增长速率
种群的增长速率一直增大。
4、实例
①实验室中培养的微生物种群。
②外来物种刚引入适宜环境后的一段时间(如资料1和资料2中的种群)
J形增长能一直持续下去吗？
（三）种群的“S”形增长
1、高斯实验和“S”形增长的概念
2、“S”形增长模型构建的过程
3、K值
4、“S”形增长的增长率和增长速率曲线
5、K值的应用
1、高斯实验和“S”形增长的概念
生态学家高斯曾经做过这样一个实验：在0.5ml培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24h统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如图所示的结果。　
高斯实验
1、高斯实验和“S”形增长的概念
种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“S”形。这种类型的种群增长称为“S”形增长。
“S”形增长的概念
2、“S”形增长模型构建的过程
模型假设
自然条件下，资源和空间有限，存在天敌和其他竞争的物种。
建立模型
K/2
时间
K
种群数量
d
e
b
a
c
t/2
t
ab段：种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢
bc段：资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速
cd段：资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加
剧，出生率降低，死亡率升高，种群增长减缓
de段：出生率等于死亡率，种群增长速率为0，故种群
达到K值，且维持相对稳定
一定环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K值。
3、K值
概念
同一种群K值变动及其原因
K值不是固定不变的，K值受环境因素发生变化，生存空间增大和资源增多，K值会增大，否则K值会减小，甚至灭绝。
4、“S”形增长的增长速率和增长率曲线
增长速率
t0 t/2 t 时间
0 K/2 K 数量
增长速率
g
h
增长速率变化:
0~K/2时逐渐增大
K/2 ~ K时逐渐减小
在K/2时达到最大
在K时增长速率为0
4、“S”形增长的增长速率和增长率曲线
增长率
增长率受种群密度制约,密度越大，增长率越小。
①人类对生物资源开发利用时，如渔业捕捞、放牧等，必须保证环境中的种群数量不低于K/2，以保证最大持续捕获量。
5、K值的应用
②在有害生物防治方面，可通过降低K值，从根本上限制有害生物种群数量的快速增长。例如：可通过封闭粮食、清除生活垃圾、室内地面硬化等方法防治鼠害。
③保护濒危生物，要建立自然保护区，改善栖息环境，增大K值，提高环境容纳量，这是保护濒危动物的根本措施。
小结：比较种群增长两种曲线的联系与区别
J 型曲线 S 型曲线
条件
种群增长率
种群增长速率
有无K值
曲线
环境资源无限
环境资源有限
保持稳定
一直减小
无
有K值
环境阻力
K值：环境容纳量
食物不足
空间有限
种内斗争
天敌捕食
气候不适
寄生虫
传染病等
先增后减
一直增大
（四）种群数量的波动
1、种群数量的稳定
2、种群数量的波动
3、种群数量的爆发
4、种群数量的下降
5、种群数量的消亡
1、种群数量的稳定
在自然界中，有的种群能够在一段时间内维持数量稳定。
2、种群数量的波动
大多数生物种群，种群数量总是在波动之中。
在K值不变的情况下，种群的波动总是围绕着K值上下波动。
想一想，种群波动的原因是什么？
3、种群数量的爆发
处于波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发。蝗灾、鼠灾、赤潮等就是种群数量暴发增长的结果。
4、种群数量的下降
长久处于不利的条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。
想一想，有哪些条件可以促进爆发？
想一想，长期处于不利条件意味这什么？
5、种群数量的消亡
种群的延续需要有一定的个体数量为基础。
当一个种群数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。
对于那些已经低于种群延续所需的最小种群数量的物种，需要采取有效保护措施进行保护。
（五）探究实践
1、计数方法
2、对照与重复
3、结果与结论
1、计数方法
（1）取样方法：抽样检测法。
（2）计数方法：显微镜血细胞计数板计数法，应用该法特别注意，一定要先盖后滴。
（3）振荡的目的是使菌液浓度均匀。
2、对照与重复
（1）不需要设计对照，本实验前后形成对照。
（2）本实验需要设计重复实验，目的是使结果更准确。
计数室
1mm
大方格的长和宽各为1mm，深度为0.1mm，即1mm×1mm×0.1mm，其容积为0.1mm3
计数室
血细胞计数板：专门用于计数单细胞微生物的一种仪器
1个计数室的面积为1mm2 ，1个计数
室内有400个小方格。每个小方格的面积1/400mm2
② 1/400mm2的含义
① 0.10mm的含义
计数室的深度为0.1mm
计数室通常有两种规格：
25×16型：即大方格内分为25中格，每一中格又分为16小格
16×25型：即大方格内分为16中格，每一中格又分为25小格
不管计数室是哪一种构造，其每一大方格都是由16×25=25×16=400个小方格组成
取样方法：如图B四个顶角及中央5个中格 图C:四个顶角
先将盖玻片放在血细胞计数板的计数室上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。多余的培养液用滤纸吸去。稍待片刻，待酵母菌全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央，计数一个小方格内的酵母菌数量，在以此为根据，估算酵母菌数量。
如果先加培养液再盖盖玻片，那么盖玻片可能由于已加入液滴的表面张力而不能严密地盖到计数板表面，使计数室内部液体增多，导致计数结果偏高。
注：先盖后滴
采用抽样检测的方法：
说明：1ml=1000mm3，大方格体积=0.1mm3(10-4ml)，每个大方格共分为25个中方格，共有25×16=400个小方格
1mL培养液中细胞数＝每小方格中细胞数量平均值×400 ×104×稀释倍数
＝中方格中细胞数量的平均值×25×104 ×稀释倍数
3、结果与结论
结果
结论
酵母菌的种群增长符合“S”形增长。
注意事项
（1）取样时间需一致，且应做到随机取样（每天同一时间取样，或者每隔相同一段时间取样）
（2）抽取样液之前，需要振荡，使酵母菌均匀分布，如果未振荡试管就吸出培养液，可能出现两种情况：一是从试管下部吸取的培养液浓度偏大；二是从试管上部吸出的培养液浓度偏小。因为酵母菌会沉降在瓶底。
（3）若保持培养条件，酵母菌种群数量不会一直保持稳定，将会下降，因为营养物质减少、代谢废物增多、空间有限、pH降低等。
（4）血细胞计数板使用完毕后，用水冲洗干净或浸泡在酒精溶液中，切勿用硬物洗刷或抹擦，以免损坏网格刻度。
三、影响种群数量变化的因素
就像“离离原上草”一样，自然界的种群总是有盛有衰，数量处于不断变动中。
非生物因素
生物因素
阳光
温度
水
种内
种内竞争
种间
种间竞争
捕食
寄生
凡是影响种群重要特征的因素，都会影响种群的数量变化。
在自然界，种群的数量变化受到阳光、温度、水等非生物因素的影响。
一、非生物因素
类型
非生物因素影响的特点
（1）同一非生物因素对不同动植物种群的影响是不同的。
（2）各种非生物因素的影响往往是综合性的，同时存在主次之分。
例如，春夏时节动植物种群普遍迅速增长，除气温升高外，日照延长、降水增多也是重要因素，而对于动物来说，食物日益充足也是导致种群增长的重要因素，这就涉及生物因素了。
种内因素主要是种内竞争。
二、生物因素
种内因素
随着种群的增长，种内竞争会加剧，从而使种群的增长受到抑制，这说明种群数量的变化受到种群内部生物因素的影响。
影响种群数量的种间因素有竞争关系、捕食关系、寄生关系等。
二、生物因素
种间因素
非生物因素和生物因素，在一般情况下，使种群数量控制在一定范围，处于动态平衡之中，即处于种群数量稳态之中，这种动态平衡是围绕着K 值上下波动的。
概念
3、密度制约与非密度制约
密度制约因素
一般来说，食物和天敌等生物因素对种群数量的作用强度与该种群的密度是相关的，称为密度制约因素。
同样是缺少食物，种群密度越高，该种群受食物短缺的影响就越大。
实例
概念
3、密度制约与非密度制约
非密度制约因素
气温和干旱等气候因素以及地震、火灾等自然灾害，对种群的作用强度与该种群的密度无关，称为密度制约因素。
在遭遇寒流时，有些昆虫种群不论其种群密度高低，所有个体都会死亡。
实例
4、种群研究的应用
研究种群的特征和数量变化的规律，在野生生物资源的合理利用和保护、有害生物的防治等方面都有重要意义。
在濒危动物的保护方面，只有调查获知种群密度、出生率和死亡率、性别比例、年龄结构等特征，以及影响该种群数量变化的因素，才能准确了解该种群生存状态，预测种群的数量变化趋势，进而采取合理的保护措施。
保护濒危动物的根本措施是提高K 值(环境容纳量)。
4、种群研究的应用
从理论上说，“S”形增长的种群在种群数量达到K值时，出生率和死亡率相等，这时即使不捕捞，种群数量也不会增加。
研究表明中等强度的捕捞(捕捞量在K/2左右)，有利于持续获得较大的鱼产量。
在有害生物防治方面，根本措施是，多措并举，通过降低K值，从根本上限制有害生物种群数量。
帮范儿
再会

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