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第1章 种群及其动态
第2节 种群数量的变化
第1课时 种群数量的变化
导入新课（导入一）
模型一般分为概念模型、物理模型和数学模型三大类。
1.概念模型:以图示、文字、符号等组成的流程图形式对事物的规律和机理进行描述、阐明。
2.物理模型:根据相似原理,把真实事物按比例放大或缩小制成的模型,其状态变化和原事物基本相同,可以模拟客观事物的某些功能和性质。
3.数学模型:用来定性或定量表述生命活动规律的计算式、函数式、曲线图以及由实验数据绘制成的柱形图、饼状图等。
导入新课（导入二）
某实验室技术员在她八岁的儿子从外面玩耍回来之后,让他用右手在固体培养基上按了一下。接着,她将这个培养皿放在恒温箱中培养了48 h,得到如图所示的微生物菌落分布,她在微生物课上展示了结果。
导入新课（导入二）
照片上显示的微生物实在让人震惊,这些惊人的照片给我的第一感觉就是:我手上有多少种细菌、真菌 它们的种群数量大致是多少 它们的种群数量变化有什么规律 我要勤洗手,以减少细菌的种群数量。
研究种群的核心问题是种群数量的变化规律。不同条件下种群的增长方式不同,可通过建立数学模型对种群数量的变动进行研究。那么,种群是如何增长的 研究种群的数量变化有何意义
环节一：建构种群增长模型的方法
第n代细菌数量的计算公式是:Nn=1×2n 。(N 代表细菌数量,n表示第几代)
环节一：建构种群增长模型的方法
2216大约是1.053×1065,若每1万亿个该细菌质量为1 g,则1个细菌72 h后分裂产生的细菌质量约为1.053×1050 kg,约为地球质量的1.765×1025倍。在一个培养瓶中,细菌的数量会一直按照这个公式描述的趋势增长吗 如何验证你的观点
不会,因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。可以用实验计数法来验证。
环节一：建构种群增长模型的方法
归纳建立数学模型的一般步骤:
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,即建立数学模型→通过进一步实验或观察等,对模型进行检验或修正。
环节一：建构种群增长模型的方法
环节一：建构种群增长模型的方法
将数学公式Nn=1×2n 变为曲线图。
环节一：建构种群增长模型的方法
对细菌种群数量的公式进行修订。
一定数量(N0)的细菌繁殖t代后,种群的数量(Nt)可表示为:Nt=N0·2t。
环节一：建构种群增长模型的方法
资料1 1859年,一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔,一个世纪后,这24只野兔的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草,还啃啮树皮,造成植被破坏,导致水土流失。直到人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。
环节一：建构种群增长模型的方法
资料2 20世纪30年代,人们将环颈雉引入某地的一个岛屿上,在最初的5年(1937—1942)内,该种群数量的增长如图所示。
环节一：建构种群增长模型的方法
1.这两个资料中的种群增长有什么共同点
2.种群出现这种增长的原因是什么
3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去 为什么
种群数量增长迅猛,且呈无限增长趋势。
食物充足、缺少天敌、气候适宜等。
不能,因为资源和空间是有限的。
环节一：建构种群增长模型的方法
以时间为横坐标、种群数量为纵坐标作图,细菌种群的增长曲线像字母J,称为“J”形增长曲线。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路一）
1.种群的“J”形增长
(1)模型假设:在食物充足、空间充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等条件下,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。
(2)建立模型:t年后种群数量为Nt=N0λt。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路一）
N0为该种群的起始数量,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。
O
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路一）
(3)对公式中λ(周限增长率)的理解
①只有λ>1且为定值时,种群增长才为“J”形增长。
O
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路一）
②种群增长率=λ-1。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路一）
③种群增长速率。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路一）
下图中 A、B、C、D 四点时的种群数量相比,最多的是 点;最少的是 点。
B
D
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路一）
我国历年人口增长曲线:
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路一）
世界人口增长曲线:
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路一）
2.种群的“S”形增长
生态学家高斯曾经做过单独培养大草履虫的实验:在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫,然后每隔24 h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。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路一）
大草履虫的数量在第二天和第三天增长较快,为什么实验进行到第五天以后,草履虫的数量基本维持在375个左右,而不再增加呢
由于随着大草履虫数量的增多,对食物和空间的竞争趋于激烈,导致出生率下降,死亡率升高。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路一）
“S”形增长: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。
K值:一定的环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路一）
讨论:
(1)K值是不是种群数量的最大值
(2)同一种群的K值是不是固定不变的呢
(3)在环境条件没有变化的情况下,种群数量达到K 值后就不再变化了吗
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路一）
开始期(a),种群的个体数很少,种群密度增长缓慢;
加速期(b),随着个体数的增加,种群密度增长逐渐加快;
转折点(c),种群个体数达到K/2时,种群密度增长最快;
减速期(d),种群个体数超过K/2以后,种群密度增长逐渐变慢;
饱和期(e),种群个体数接近或达到K值后,种群不再继续增长或在K值上下波动。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
在环境资源不受限制的理想条件下,如食物充裕、空间充足、气候适宜且没有敌害和其他竞争物种,种群数量的变化主要取决于出生率、死亡率和种群的起始个体数量等。
Nt=N0λt
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
建模活动1:
以一年生植物为例,如果用N0表示某种群的起始数量,t表示时间,λ表示该种群数量相对于前一年种群数量的倍数,用数学模型表示t年后种群数量(Nt)。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
建模活动2:
如果在理想环境中,种群数量年复一年地增长(λ大于1),以时间为横坐标、种群数量为纵坐标,将种群数量的连续增长在坐标图中表示出来。
1.种群数量增长的“J”形曲线
(1)数学公式:Nt=N0λt
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
注：λ代表某时段结束时种群数量为初始数量的倍数。λ等于1时种群数量不变,λ小于1时种群数量下降。
①λ>1时,种群密度增大,如图中 AB段(不包括B点)。
②λ=1时,种群密度保持稳定,如图中B、D点。
③λ<1时,种群密度减小,如图中BD段(不包括B、D点)。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
种群增长率=(末数-初数)÷初数×100%
=(N0λt+1-N0λt)÷N0λt ×100%
=(λ-1)×100%
(2)曲线
2.种群数量增长的“S”形曲线
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
K值:一定环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量,即K值。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
资料 朱鹮是世界珍稀濒危鸟类之一,1981年我国科学家在陕西汉中市洋县发现野生朱鹮种群时,仅有7只。森林采伐、湿地破坏、农药和化肥的使用、人为猎捕、天敌威胁等,使其栖息地缩小、食物减少,导致其K值下降,这是朱鹮成为濒危物种的重要原因。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
1983年建立陕西汉中朱鹮自然保护区后,朱鹮获得更加广阔的生存空间和更好的栖息环境,K值得以提高。截至2018年1月,国内朱鹮种群数量已增加到2 600余只,其中野生及放飞朱鹮突破了1 800只
同一种生物的K值是固定不变的吗
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
同一种生物的K值不是固定不变的。当生存环境遭受破坏时,K值下降;当环境改善时,K值上升。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
(1)K值并不是种群数量的最大值:K值是环境容纳量,即在保证环境不被破坏的前提下所能维持的种群最大数量;种群数量所达到的最大值会超过K值,但这个值存在的时间很短,因为环境会遭到破坏。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
(2)K值不是一成不变的:K值会随着环境的改变而发生变化,当环境遭到破坏时,K值会下降;当环境条件改善时,K值会上升。
(3)在环境不遭受破坏的情况下,种群数量会在K值附近上下波动。当种群数量偏离K值的时候,会通过负反馈调节使种群数量回到K值。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
在一个有限的环境中,种群个体数量的增加将导致资源匮乏、代谢产物积累、种内斗争加剧、天敌增加等,这些环境阻力势必影响种群增长的速率,使种群增长曲线像一个倾斜伸展的字母S,称为“S”形曲线。
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
K
环节二：群的“J”形增长和“S”形增长（思路二）
环节三：概念辨析
1.“J”形增长和“S”形增长对比
种群在理想环境中,呈“J”形曲线增长(如图中甲);在有环境阻力条件下,呈“S”形曲线增长(如图中乙)。
环节三：概念辨析
(1)当种群数量不变时,增长速率是多少
(2)种群数量增长最快的是什么时期 防治害虫应在什么时期
(3)环境容纳量受不受环境影响
种群数量不变时,增长速率是0。
种群数量达到环境容纳量的一半时,种群增长速率最大。防治害虫应在种群数量达到环境容纳量的一半之前。
环境容纳量受环境影响,环境改变环境容纳量就改变。
环节三：概念辨析
环节三：概念辨析
环节三：概念辨析
“S”形增长曲线的开始部分不是“J”形增长曲线。
(1)“S”形增长曲线的种群增长率是一直下降的,而“J”形增长曲线的种群增长率始终保持不变。
环节三：概念辨析
(2)“J”形增长曲线是一种理想条件下的种群数量增长曲线空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等的理想环境,迁入后种群数量马上就会呈指数形式增长,不存在适应过程;而“S”形增长曲线的前段是种群对新环境的一个适应阶段,始终存在环境阻力。
环节三：概念辨析
2.对K值的理解
环节三：概念辨析
(1)图中K值所对应的是什么时间 K/2所对应的是什么时间
图中 A、B、C、D时间点所对应的种群数量为K值,A'、C'、D'时间点所对应的种群数量为K/2。
环节三：概念辨析
(2)K值是一成不变的吗
K值会随着环境的改变而发生变化。当环境遭到破坏时,K值会下降;当环境条件状况改善时,K值会上升。
环节三：概念辨析
(3)在 A'→A时段内,种群数量是不是会逐渐减少
在 A'→A时段内,增长速率仍大于零,种群数量仍然增加。
环节三：概念辨析
3.K值与K/2在实践中的应用
(1)假如大熊猫的栖息地遭到破坏,其K值会受到什么影响 有哪些措施可以保护大熊猫
(2)鼠害导致作物减产,蚊、蝇会传播疾病。从环境容纳量的物的控制,应当采取什么措施
(3)渔民希望每年既能捕捞较多的鱼,又不危及来年的鱼产量,也就是希望长期获得较高的捕捞量。那么,怎样确定合适的捕捞量呢
环节三：概念辨析
(1)K值的应用
①对野生生物资源的保护措施：保护野生生物生活的环境，减小环境阻力，增大K值。
②对有害生物的防治措施：增大环境阻力(如为防鼠害而封锁粮食、清除生活垃圾、保护鼠的天敌等)，降低K值。
环节三：概念辨析
(2)K/2的应用
①对资源开发与利用的措施：种群数量达到环境容纳量的一半时种群增长速率最大，再生能力最强，K/2为黄金开发点，维持被开发资源的种群数量在K/2可实现“既有较大收获量又可保持种群数量高速增长”，从而不影响种群再生，符合可持续发展的原则。
②对有害生物防治的措施：务必及时控制种群数量，严防达到K/2，若达K/2，会导致该有害生物成灾。
环节四:种群数量的波动
1.种群数量的波动
东亚飞蝗在我国的大发生没有周期性规律,干旱是大发生的主要原因。在黄河三角洲上的湿生草地,若遇到连年干旱,土壤中的蝗卵成活率就会提高,这是造成蝗虫大发生的主要原因。在淮河流域,前一年大涝,第二年飞蝗大发生的概率最大。河北蝗区常出现“先涝后旱,蚂蚱成片”“大水之后,必闹蝗灾”的情况。
环节四:种群数量的波动
环节四:种群数量的波动
(1)图中哪些年份发生了蝗灾
(2)除了东亚飞蝗以外,你还能举出哪些例子
该东亚飞蝗的种群数量在1913—1961年一直处于不规则的波动状态,1929年、1933年、1934年、1939年、1952年、1955年、1959年出现了爆发。
鼠灾、赤潮等,都是种群数量爆发增长的结果。
环节四:种群数量的波动
自然界,影响种群数量的因素有很多,如气候、食物、天敌、传染病等。大多数种群的数量总是在波动之中的。
环节四:种群数量的波动
2.种群数量的下降
种群长久处于不利条件下,如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏,种群数量会出现持续性的下降或急剧的下降。种群的延续需要有一定的个体数量为基础。当一个种群的数量过少,种群可能会由于近亲繁殖等原因衰退、消亡。
环节四:种群数量的波动
功能性灭绝指某个或某类生物在自然条件下,种群数量减少至无法维持繁衍的状态,如华南虎、儒艮等。导致物种功能性灭绝的因素包括但不限于:气候或环境变化,自然或人为灾害,食物资源缺失,外来物种入侵,自身遗传缺陷,疾病,人类捕杀,栖息地被侵占、割裂、干扰、破坏、污染等。因此,建立自然保护区,给它们更宽广的生存空间,改善它们的栖息环境,从而提高环境容纳量,是保护濒危动物的根本措施。
核心总结
1.建构种群增长模型的方法
核心总结
2.种群数量的增长
(1)种群的“J”形增长
核心总结
(2)种群的“S”形增长
核心总结
3.种群数量的波动
(1)大多数生物的种群数量总是在波动中。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。
(2)当种群长久处于不利条件下,种群数量会出现持续性的或急剧的下降。
(3)当一个种群的数量过少,种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。
课堂练习
1.研究人员根据某地主管部门提供的农田中田鼠种群数量13年的数据变化,绘制出的λ值变化曲线如图所示。下列分析错误的是 ( )
课堂练习
A.前4年间，田鼠种群年龄结构为增长型
B.第4年到第5年间，田鼠种群数量仍在增长
C.第5年到第9年间，田鼠种群数量达到K/2值
D.第10年到第11年间，田鼠种群死亡率大于出生率
√
课堂练习
2.大约在1800年,绵羊被引入到塔斯马尼亚岛,绵羊种群呈“S”形曲线增长,直到1860年才稳定在170万头左右。下列叙述正确的是 ( )
A.绵羊种群数量的变化与环境条件有关,而与出生率、死亡率变动无关
B.绵羊种群在达到环境容纳量之前,每单位时间内种群增长的倍数不变
C.若绵羊种群密度增大,相应病原微生物的致病力和传播速度减小
D.若草的生物量不变而种类发生改变,绵羊种群的环境容纳量可能发生
变化
D
课堂练习
3.种群增长率是出生率与死亡率之差，若某种水蚤种群密度与种群增长率的关系如图所示，下列相关说法错误的是 ( )
课堂练习
A.水蚤的出生率随种群密度增加而降低
B.水蚤种群密度为1个/cm3 时,种群数量增长最快
C.单位时间内水蚤种群的增加量随种群密度的增加而降低
D.若在水蚤种群密度为32个/cm3时进行培养,其种群的增长率会为负值
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谢谢观看
Thank you

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