人教版高中生物必修三《种群数量的变化》课件.ppt
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1、第四章 种群和群落第第2节节 种群数量的变化种群数量的变化2004年年11月月29日,成群的蝗虫日,成群的蝗虫在西班牙加那利群岛的富埃特在西班牙加那利群岛的富埃特文图拉岛上飞舞。文图拉岛上飞舞。已有大约已有大约1亿只蝗虫飞亿只蝗虫飞到加那利群岛,当地政到加那利群岛,当地政府已经发出蝗灾警报。府已经发出蝗灾警报。问题探究问题探究湖南洞庭湖人鼠大战灭鼠以吨计算湖南洞庭湖人鼠大战灭鼠以吨计算 鼠类繁殖次数多,鼠类繁殖次数多,孕期短,产仔率高孕期短,产仔率高,性成熟快,数量,性成熟快,数量能在短期内急剧增能在短期内急剧增加。加。问题探究问题探究 在营养和生存空间没有限制在营养和生存空间没有限制的情况下
2、,某种细菌每的情况下,某种细菌每20min就通过分裂繁殖一代。就通过分裂繁殖一代。讨论:讨论:1、填写下表:计算、填写下表:计算1个细菌个细菌在不同时间(单位为在不同时间(单位为min)产)产生后代的数量。生后代的数量。问题探究问题探究2481632641282565121234567891.1个细菌在不同时间(单位为个细菌在不同时间(单位为min)产生后代的数量)产生后代的数量2.第第n代细菌数量的计算公式?代细菌数量的计算公式?N1=12=2 N2=122=4 N3=123=8N4=124=16 N5=125=32 N6=126=64 Nn12n问题探究问题探究3.72小时后由一个细菌分裂
3、产生的细菌数量是多少?小时后由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少?n 60min x72h20min216Nn2n 22164.以时间为横坐标,以时间为横坐标,细菌数量为纵坐标,细菌数量为纵坐标,画出细菌的数量增长画出细菌的数量增长曲线。曲线。0100200300400500600020 40 60 80 100120140160180200时间时间数量数量问题探究问题探究问题探究问题探究5.在一个培养基中,细菌的数量会一直按照这个公在一个培养基中,细菌的数量会一直按照这个公式增长吗?式增长吗?不会,因为营养和空间有限;可用实验计数法来不会,因为营养和空间有限;可用实验计数法来验证。验证。数学模
4、型数学模型定义:定义:是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。表现形式表现形式:(1)数学方程式:)数学方程式:(2)曲线图:)曲线图:精确精确直观直观建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法1 1、观察研究对象,、观察研究对象,提出提出问题问题细菌每细菌每2020分钟分裂一次,分钟分裂一次,问题:细菌数量怎样变化的?问题:细菌数量怎样变化的?2 2、提出提出合理的合理的假设假设在资源和空间无限多的环境中,在资源和空间无限多的环境中,细菌种群的增长不受种群密度增细菌种群的增长不受种群密度增加的影响加的影响3 3、根据实验数据,用适、根据实验数据,用适
5、当的当的数学形式数学形式对事物的性对事物的性质进行质进行表达表达列出表格,根据表格画曲线,推列出表格,根据表格画曲线,推导公式导公式4 4、通过进一步实验或观、通过进一步实验或观察等,对模型进行察等,对模型进行检验或检验或修正修正观察、统计细菌的数量,对自己观察、统计细菌的数量,对自己所建立的模型进行检验或修正所建立的模型进行检验或修正建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法实例一实例一:1859年,一位英国人年,一位英国人来到澳大利亚定居,他带来了来到澳大利亚定居,他带来了24只野兔。让他没有想到的是只野兔。让他没有想到的是,一个世纪之后,这,一个世纪之后,这24只野兔只野兔的后代竟达到
6、的后代竟达到6亿只以上。漫亿只以上。漫山遍野的野兔与牛羊争食牧草山遍野的野兔与牛羊争食牧草,啃啮树皮,造成植被破坏,啃啮树皮,造成植被破坏,导致水土流失。导致水土流失。后来,人们引后来,人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。量得到控制。建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法 实例实例二二:20世纪世纪30年代年代,人人们将环颈雉引入美国的一个们将环颈雉引入美国的一个岛屿岛屿,在在1937-1942年期间数年期间数量变化的曲线如右图。量变化的曲线如右图。建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法实例三实例三:凤眼莲原产于南美,:凤眼莲原产于南美,1901年
7、凤眼莲被作为观年凤眼莲被作为观赏植物引入中国栽培,赏植物引入中国栽培,30年代作为畜禽饲料引入中国年代作为畜禽饲料引入中国内地各省,并作为观赏和净化水质的植物推广种植。内地各省,并作为观赏和净化水质的植物推广种植。由于繁殖迅速,又几乎由于繁殖迅速,又几乎没有竞争对手和天敌没有竞争对手和天敌,在我国南方江河湖泊中在我国南方江河湖泊中发展迅速,目前我国有发展迅速,目前我国有这种凤眼莲这种凤眼莲184万吨,成万吨,成为我国淡水水体中主要为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。的外来入侵物种之一。建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法实例四实例四:2000年来世界人口增长曲线年来世界人口增长曲线
8、建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法自然界确有类似细菌在理自然界确有类似细菌在理想条件下种群数量增长的想条件下种群数量增长的形式,如果形式,如果以时间为横坐以时间为横坐标,种群数量为纵坐标画标,种群数量为纵坐标画出曲线来表示,曲线大致出曲线来表示,曲线大致呈呈“”型型种群增长的种群增长的“”型曲线型曲线种群增长的种群增长的“”型曲线型曲线1 1、产生条件、产生条件(模型假设模型假设):理想状态理想状态(食物和空间条件充裕;气候适宜,没有食物和空间条件充裕;气候适宜,没有敌害等敌害等)N Nt t=N=N0 0 t t(N N0 0为起始数量,为起始数量,t t为时间,为时间,N Nt
9、t表示表示t t年后该种群的数年后该种群的数量,量,为年均增长率(第二年数量为年均增长率(第二年数量/第一年数量)第一年数量)2 2、种群增长模型:、种群增长模型:若若 1 1,种群密度增大,为增长型种群;,种群密度增大,为增长型种群;若若 1 1,种群密度减小,为衰退型种群;,种群密度减小,为衰退型种群;若若1 1,数量不变,为稳定型种群。,数量不变,为稳定型种群。种群增长的种群增长的“”型曲线型曲线3、增长特点:、增长特点:种群数量连续的指数增长,呈种群数量连续的指数增长,呈“J”型,无最大值型,无最大值种群增长的种群增长的“”型曲线型曲线4、产生情形:、产生情形:在实验室的在实验室的理想
10、状理想状态态下,如细菌培养下,如细菌培养当一个种群刚迁入新当一个种群刚迁入新的适宜环境时,如的适宜环境时,如外来外来物种入侵物种入侵种群增长的种群增长的“”型曲线型曲线不会。原因是资源和空间是有限的。不会。原因是资源和空间是有限的。如何验证这个观点?如何验证这个观点?在一个培养基中,细菌的数量会一直按照这个公式增在一个培养基中,细菌的数量会一直按照这个公式增长吗?为什么?长吗?为什么?种群增长的种群增长的“”型曲线型曲线生态学家高斯曾经做过这样一个实验:在生态学家高斯曾经做过这样一个实验:在0.5ml培养培养液中放入液中放入5个大草履虫,然后每隔个大草履虫,然后每隔24h统计一次大草履统计一次
11、大草履虫的数量。经过反复实验,得出了如图所示的结果。虫的数量。经过反复实验,得出了如图所示的结果。种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线种群经过一定时间的增长后,数量趋于稳定的增长种群经过一定时间的增长后,数量趋于稳定的增长曲线,称为曲线,称为“S”型曲线。型曲线。在环境条件不受破坏在环境条件不受破坏的情况下,一定空间的情况下,一定空间中所能维持的种群最中所能维持的种群最大数量称为大数量称为环境容纳环境容纳量,又称量,又称K值值。种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线1、产生条件:、产生条件:存在环境阻力存在环境阻力 自然条件(现实状态)下,食物、空间等资源总是有限自然条件(现实状态)下,食物
12、、空间等资源总是有限的,当种群密度增大时,种内斗争不断加剧,天敌数量的,当种群密度增大时,种内斗争不断加剧,天敌数量不断增加,导致该种群的出生率降低,死亡率增长。不断增加,导致该种群的出生率降低,死亡率增长。种群密度越大,环境阻力越大。种群密度越大,环境阻力越大。种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线2、增长特点:、增长特点:种群数量达到环境所允许的最大值(种群数量达到环境所允许的最大值(K值),将停止值),将停止增长并在增长并在K值左右保持相对稳定。值左右保持相对稳定。种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线3、数学模型:、数学模型:kNKNrdtdNN为种群个体总数,为种群个体总数,N0为起
13、始个体数,为起始个体数,t为时间,为时间,r为为种群增长潜力指数,种群增长潜力指数,K为环境最大容纳量为环境最大容纳量。rteNNKKN001或或种群密度越大,环境阻力越大。种群密度越大,环境阻力越大。种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线K/2K/2转折期,增长速率最快转折期,增长速率最快K K值:环境容纳量值:环境容纳量加速期,个体数量增加,增长加速加速期,个体数量增加,增长加速潜伏期,个体数量较少增长缓慢潜伏期,个体数量较少增长缓慢减速期,增长缓慢减速期,增长缓慢饱和期,增长速率为零饱和期,增长速率为零4、“S”型曲线分析:型曲线分析:种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线g gh hf
14、 fK/2K/2a ab bc cd de e5、种群数量变化曲线与种群增长率曲线的关系:、种群数量变化曲线与种群增长率曲线的关系:图乙的图乙的g g点相当于图甲的点相当于图甲的c c点点种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线D:出生率死亡率,即种群数量处于:出生率死亡率,即种群数量处于K值。值。B:出生率与死亡率之差最大,即种群数量处于:出生率与死亡率之差最大,即种群数量处于K/2值。值。5、种群数量变化曲线与种群增长率曲线的关系:、种群数量变化曲线与种群增长率曲线的关系:种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线6、应用:、应用:有害动物的防治,应通过降低其环境容纳量有害动物的防治,应通过降低
15、其环境容纳量K值。值。受保护动物的拯救和恢复,应通过改善其栖息环境,受保护动物的拯救和恢复,应通过改善其栖息环境,提高提高K值。值。种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线 同一种群的同一种群的K值不是固定值不是固定不变的,会受到环境的影响。不变的,会受到环境的影响。在环境不遭受破坏的情况下,在环境不遭受破坏的情况下,K值会在平均值附近上下波值会在平均值附近上下波动;当种群偏离平均值的时动;当种群偏离平均值的时候,会通过负反馈机制使种候,会通过负反馈机制使种群密度回到一定范围内。群密度回到一定范围内。种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线环境资源有限环境资源有限(自然条件下)(自然条件下)环境资
16、源无限环境资源无限(理想条件下)(理想条件下)随种群密度的上升随种群密度的上升而下降而下降保持稳定保持稳定有有K值值无无K值值 逐渐增大逐渐增大先增大,后减小先增大,后减小“J”型曲线与型曲线与“S”型曲线的比较与型曲线的比较与联系联系用达尔文的观点分析用达尔文的观点分析“J”型曲线表明生物具有什么型曲线表明生物具有什么特性?图中阴影部分表示什么?特性?图中阴影部分表示什么?1.“J”型曲线表明生物具有型曲线表明生物具有过度繁殖过度繁殖的特性。的特性。2.图中阴影部分表示:图中阴影部分表示:环境阻力环境阻力 环境阻力环境阻力用达尔文的观点分析:用达尔文的观点分析:通过生存斗争被淘汰的通过生存斗
17、争被淘汰的个体数量,也即代表自个体数量,也即代表自然选择的作用。然选择的作用。种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线概念辨析概念辨析在公式在公式NtN0t中,中,N1N0=N2N1=NkNk-11.表示相邻两次种群数量的倍数。表示相邻两次种群数量的倍数。概念辨析概念辨析2.增长率是新增加的个体数占原来个体数的比例。增长率是新增加的个体数占原来个体数的比例。其计算公式为:增长率其计算公式为:增长率=(Nk-Nk-1)/Nk-1*100%又因为又因为=NkNk-1,所以增长率,所以增长率=-1概念辨析概念辨析3.增长速率是指单位时间内增长的数量。增长速率是指单位时间内增长的数量。即种群增长曲线的斜
18、率。即种群增长曲线的斜率。其计算公式为:增长速率其计算公式为:增长速率=(Nk-Nk-1)/(tk-tk-1)=N/tNkNk-1时间时间个体数个体数N/t影响种群数量变化的因素:影响种群数量变化的因素:直接因素:直接因素:出生率、死亡率、迁入率、迁出率出生率、死亡率、迁入率、迁出率间接因素:间接因素:食物、气候、天敌、疾病、自然灾害食物、气候、天敌、疾病、自然灾害重要因素:重要因素:人类的活动人类的活动大多数种群的数量总是在波动之中,在不利条件之大多数种群的数量总是在波动之中,在不利条件之下还会急剧下降,甚至灭亡。下还会急剧下降,甚至灭亡。种群数量的波动和下降种群数量的波动和下降种群数量的波
19、动和下降种群数量的波动和下降 飞蝗喜欢栖息在地势低洼、易涝飞蝗喜欢栖息在地势低洼、易涝易旱或水位不稳定的海滩或湖滩及易旱或水位不稳定的海滩或湖滩及大面积荒滩或耕作粗放的夹荒地上、大面积荒滩或耕作粗放的夹荒地上、生有低矮芦苇、茅草或盐篙、莎草生有低矮芦苇、茅草或盐篙、莎草等嗜食的植物。遇有干旱年份,这等嗜食的植物。遇有干旱年份,这种荒地随天气干旱水面缩小而增大种荒地随天气干旱水面缩小而增大时,利于蝗虫生育,宜蝗面积增加,时,利于蝗虫生育,宜蝗面积增加,容易酿成蝗灾,因此每遇大旱年份,容易酿成蝗灾,因此每遇大旱年份,要注意防治蝗虫。要注意防治蝗虫。东亚飞蝗种群数量的波动人类活动对种群数量的影响:人
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