种群与群落.pptx

学习目标：通过探究细菌种群数量变化，尝试建构种群增长的数学模型。用数学模型解释种群数量的增长。了解种群数量变化的影响因素及意义。可 可西里藏羚羊知知 识识 回回 顾顾 种群数量种群数量（种群密度）（种群密度）性别比例性别比例 影影 响响数量数量 变动变动出生率出生率迁入率迁入率决定大小决定大小死亡率死亡率迁出率迁出率决定大小决定大小年龄组成年龄组成 预预 测测变化变化 方向方向种种 群群个体个体同同 一物种一物种同一地点同一地点 假如现有一种细菌，在适宜的温度、湿度等环境下假如现有一种细菌，在适宜的温度、湿度等环境下,每每20分钟分钟左右通过分裂繁殖一代。左右通过分裂繁殖一代。讨论：讨论：1、2小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量 是多少？是多少？2、一个细菌、一个细菌 n代后种群数量的计算公式是什么？代后种群数量的计算公式是什么？问题问题N=26Nn=2n细菌繁殖产生的后代数量简图：细菌繁殖产生的后代数量简图：时间分时间分0204060 下面请你算出一个细菌产生的后代在不同时间下面请你算出一个细菌产生的后代在不同时间（单位为分钟）的数据，并填入下表，然后以时间为横（单位为分钟）的数据，并填入下表，然后以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的种群增长曲线坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的种群增长曲线时间时间（分钟）（分钟）2020404060608080100100 120120 140140 160160 180180细菌细菌数量数量 2 4 8 16 32 64 128 256 5122 4 8 16 32 64 128 256 512种群数量种群数量(个）个）时间时间(分钟分钟)一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法 1 1、数学方程式法、数学方程式法 2 2、坐标曲线法、坐标曲线法细菌种群数量增长，在什么情细菌种群数量增长，在什么情况下况下Nn=2Nn=2n n公式成立？公式成立？一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法数学模型是用来描述一个系统或它的性质数学模型是用来描述一个系统或它的性质的的 。建构数学模型一般包括以下。建构数学模型一般包括以下步骤：观察研究对象，提出问题步骤：观察研究对象，提出问题提出提出 根据实验数据，用适当的根据实验数据，用适当的 对事对事物的性质进行表达物的性质进行表达通过进一步实验或观察通过进一步实验或观察等，对模型进行等，对模型进行 。数学形式数学形式合理的假设合理的假设数学形式数学形式检验或修正检验或修正学点一建构种群增长模型的方法建构种群增长模型的方法（1 1）意义：数学模型是联系实际问题与数学规律的）意义：数学模型是联系实际问题与数学规律的桥梁，具有解释、判断、预测等重要功能。在科学研桥梁，具有解释、判断、预测等重要功能。在科学研究中，数学模型是发现问题、解决问题和探索新规律究中，数学模型是发现问题、解决问题和探索新规律的有效途径之一。的有效途径之一。（2 2）步骤：）步骤：观察研究对象是为了发现问题、探索观察研究对象是为了发现问题、探索规律，规律，“细菌每细菌每20 min20 min分裂一次分裂一次”便是通过大量观察便是通过大量观察和实验得出的结论；和实验得出的结论；合理提出假设是数学模型建立的前提条件，假设合理提出假设是数学模型建立的前提条件，假设不同，所建立的数学模型不同，不同，所建立的数学模型不同，“细菌以指数函数增细菌以指数函数增长长”便是合理的假设；便是合理的假设；运用数学语言进行表达，即数学模型的表达形式运用数学语言进行表达，即数学模型的表达形式“N Nt t=N=N0 0t t”，也可以用更直观的，也可以用更直观的“J”J”型曲线表示。型曲线表示。对模型进行检验和修正。对模型进行检验和修正。【说明说明】数学模型的建立一般包括以下步骤：数学模型的建立一般包括以下步骤：观察研究对象，提出问题观察研究对象，提出问题提出合理的假设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根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达质进行表达通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正修正【例例1 1】建立数学模型的一般步骤是建立数学模型的一般步骤是 ()()A.A.提出假设提出假设观察研究对象观察研究对象用数学形式对事物的性质进行用数学形式对事物的性质进行 表达表达检验和修正检验和修正 B.B.观察研究对象观察研究对象提出假设提出假设检验或修正检验或修正用数学形式对事用数学形式对事 物的性质进行表达物的性质进行表达 C.C.观察研究对象观察研究对象提出假设提出假设用数学形式对事物的性质进行用数学形式对事物的性质进行 表达表达检验或修正检验或修正 D.D.观察研究对象观察研究对象用数学形式对事物的性质进行表达用数学形式对事物的性质进行表达检验检验 或修正或修正提出合理假设提出合理假设C C【解析解析】建立数学模型的大致过程是以下几个步骤：首先建立数学模型的大致过程是以下几个步骤：首先要观察研究对象并且分析、研究实际问题的对象和特点，提要观察研究对象并且分析、研究实际问题的对象和特点，提出问题；其次选择具有关键性作用的基本数量关系并确定其出问题；其次选择具有关键性作用的基本数量关系并确定其间的相互关系，提出合理假设；接下来就要根据实验数据，间的相互关系，提出合理假设；接下来就要根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，建立数学模型；用适当的数学形式对事物的性质进行表达，建立数学模型；最后一般要通过进一步的实验或观察等，对模型进行检验和最后一般要通过进一步的实验或观察等，对模型进行检验和修正。修正。1.1.在建构种群的数学模型时，常用到的两种模型是在建构种群的数学模型时，常用到的两种模型是 和和 ，其中，其中 能更直观地反映出种群数量能更直观地反映出种群数量的增长趋势。的增长趋势。2.2.在理想状况下，某种细菌三十分钟繁殖一代，则第在理想状况下，某种细菌三十分钟繁殖一代，则第n n代代细菌数量的计算公式是细菌数量的计算公式是 ，该公式应是该细菌的数量，该公式应是该细菌的数量增长的数学模型。增长的数学模型。1.1.若某种群有成鼠若某种群有成鼠a a头（计算时作为亲代），每头雌鼠一生产仔头（计算时作为亲代），每头雌鼠一生产仔1616头，头，各代雌雄性别比例均为各代雌雄性别比例均为1111，子代幼鼠均发育为成鼠，所有个体的繁，子代幼鼠均发育为成鼠，所有个体的繁 殖力均相等，则从理论上计算，第殖力均相等，则从理论上计算，第n n代产生的子代数为多少头代产生的子代数为多少头()()A.a8 A.a8n-1n-1B.a8B.a8n+1n+1C.a8C.a8n nD.a8D.a8n-2n-22 2n n数学模型数学模型曲线图曲线图曲线图曲线图C C学点二种群增长的两种情况种群增长的两种情况1.1.在理想状态下的种群增长在理想状态下的种群增长“J”“J”型曲线。型曲线。（1 1）含义：种群在）含义：种群在“无限无限”环境中，即假定环境中空间、环境中，即假定环境中空间、食物等资源是无限的，因而其增长率不随种群本身的密度而变食物等资源是无限的，因而其增长率不随种群本身的密度而变化，这类增长常呈指数增长，又称为化，这类增长常呈指数增长，又称为“J”J”型增长。型增长。（2 2）说明：严格地说，与数学模型相同的种群，只限于）说明：严格地说，与数学模型相同的种群，只限于“世代不相重叠的离散型增长的生物种群（增长是不连续、分步世代不相重叠的离散型增长的生物种群（增长是不连续、分步的）的）”。例如，一年生植物和许多一年生殖一次的昆虫。例如，一年生植物和许多一年生殖一次的昆虫。2.2.在有限环境下的种群增长在有限环境下的种群增长“S”“S”型曲线。型曲线。（1 1）含义：种群迁入一个新环境后，在一定时期内种群的）含义：种群迁入一个新环境后，在一定时期内种群的增长大致符合增长大致符合“J”J”型曲线，随着生活时间的延续，环境条件型曲线，随着生活时间的延续，环境条件限制作用愈加明显，逐渐接近环境的负载量即限制作用愈加明显，逐渐接近环境的负载量即K K值，种群数量值，种群数量就会停止增长，呈现就会停止增长，呈现“S”S”型曲线。型曲线。种群增长的种群增长的“J”型曲线：型曲线：模型假设：模型假设：理想条件理想条件-在食物（养料）在食物（养料）和空间条件充裕、气候适宜、没和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等条件下有敌害等条件下.种群数量种群数量时间时间0 0以某种动物为例以某种动物为例,假定种群假定种群的起始数量为的起始数量为NN0 0,每年的每年的增长率都保持不变增长率都保持不变,第二年第二年的种群数量是第一年的的种群数量是第一年的倍倍,那么那么,t,t年后种群数量为年后种群数量为多少多少?建立模型：建立模型：t t年后种群数量为：年后种群数量为：N Nt t=N=N0 0t t模型特点模型特点:种群数量连续增长，种群数量连续增长，增长率保持不变，增长率保持不变，（参数意义（参数意义:N N0 0为起始数量，为起始数量，t t为时间，为时间，N Nt t表示表示t t年后该种群的数量年后该种群的数量,为年均增为年均增长率）长率）提供素材：光明日报消息提供素材：光明日报消息 澳大利亚野兔成灾。估计在这片国土上生长着澳大利亚野兔成灾。估计在这片国土上生长着6 6亿只野兔，它们与牛羊争牧草，啃树皮，造成大亿只野兔，它们与牛羊争牧草，啃树皮，造成大批树木死亡，破坏植被导致水土流失，专家计算，批树木死亡，破坏植被导致水土流失，专家计算，这些野兔每年至少造成这些野兔每年至少造成1 1亿美元的财产损失。兔群亿美元的财产损失。兔群繁殖之快，数量之多足以对澳洲的生态平衡产生繁殖之快，数量之多足以对澳洲的生态平衡产生威胁。威胁。澳洲本来没有兔子，澳洲本来没有兔子，18591859年，一个叫托马年，一个叫托马斯斯奥斯汀的英国人来澳定居，带来了奥斯汀的英国人来澳定居，带来了2424只野兔，只野兔，放养在他的庄园里，供他打猎取乐。奥斯汀绝对放养在他的庄园里，供他打猎取乐。奥斯汀绝对没有想到，一个世纪之后，这没有想到，一个世纪之后，这2424只野兔的后代达只野兔的后代达到到6 6亿只之多。亿只之多。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0.50.5mLmL培培养液中放入养液中放入5 5个大草履虫，然后每隔个大草履虫，然后每隔2424h h统计一次大草统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如图履虫的数量。经过反复实验，得出了如图8-108-10所示的所示的结果。结果。高斯实验环境容纳量（环境容纳量（K K值）值）在环境条件不受破坏的在环境条件不受破坏的情况下，一定空间所能维持情况下，一定空间所能维持的种群最大数量称为环境容的种群最大数量称为环境容纳量纳量(carrying capacity),carrying capacity),又称又称K K值值 。t/dt/d种群数量种群数量/个个1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6100100200200300300400400K=375K=375大草履虫种群的增长曲线大草履虫种群的增长曲线0 0讨论：讨论：1 1、增长率最大的是、增长率最大的是_点点,即即_ _ 时时,种种群增长速度最快群增长速度最快.2 2、在此在此“S S”型曲线中型曲线中增长率的变化是增长率的变化是_3 3、在、在_段食物最可能段食物最可能成为种群繁殖速度的限成为种群繁殖速度的限制因素制因素.B B先上升后下降先上升后下降CDCDK/2K/2t/dt/dB BA AC CD D种群数量种群数量/个个 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 100100200200300300400400K=375K=375大草履虫种群的增长曲线大草履虫种群的增长曲线K/2K/2种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线模型假设：模型假设：自然条件自然条件-环境资源有限环境资源有限模型特点：模型特点：种群数量先上升后趋于稳定种群数量先上升后趋于稳定增长率先上升后下降增长率先上升后下降逻逻辑辑斯斯蒂蒂增增长长时间时间种群数量种群数量K0K/2“S”型曲线说明种群实际增长受到环境阻力的限制，因此环境所能容纳的最大种群数量不是无限的，在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K值。种群数量由0K/2时，增长率增大；种群数量为K/2时，增长率最大，种群数量由K/2K时，增长率不断降低。当N=K/2时，种群增长率最高；当N=K时，种群增长率为零。3.3.种群增长的两种曲线的比较种群增长的两种曲线的比较（）相同点（）相同点它们都表示种群数量随时间变化而变化的关系，且它们都表示种群数量随时间变化而变化的关系，且都只研究种群数量变化中的增长问题。都只研究种群数量变化中的增长问题。（）不同点（）不同点曲线比较曲线比较(如图所示如图所示)列表比较列表比较项目项目“”型曲线型曲线“”型曲线型曲线前提条件前提条件环境资源无限环境资源无限环境资源有限环境资源有限种群增长率种群增长率保持稳定保持稳定先升后降先升后降值的有无值的有无无值无值有值有值曲线形成原因曲线形成原因无种内斗争，无种内斗争，缺少天敌缺少天敌种内斗争加剧，种内斗争加剧，捕食者数量增多捕食者数量增多特别提醒：特别提醒：两种增长方式的差异主要在于环境阻力对种群数两种增长方式的差异主要在于环境阻力对种群数量增长的影响，即：量增长的影响，即：“”型增长曲线环境阻力型增长曲线环境阻力“”型增长曲线型增长曲线注：环境阻力是指在种群生长环境中存在着的限制注：环境阻力是指在种群生长环境中存在着的限制种群增长的因素。这些因素可以是有限的食物、废物种群增长的因素。这些因素可以是有限的食物、废物的积累、环境条件的变化或是生物之间的相互作用的积累、环境条件的变化或是生物之间的相互作用（种内或种间）。（种内或种间）。有限环境中种群增长率的变化有限环境中种群增长率的变化曲线曲线(如图所示如图所示)。点时种群数量为点时种群数量为/，此时增，此时增长率最大；点时种群数量为长率最大；点时种群数量为K,K,此此时增长率为零。时增长率为零。(1)(1)如果种群处在一个理想的环境中，没有资源和空间的如果种群处在一个理想的环境中，没有资源和空间的限制，种群内个体的增长曲线是限制，种群内个体的增长曲线是_，用达尔文进化，用达尔文进化的观点分析，这是由于生物具有的观点分析，这是由于生物具有_特性。特性。(2)(2)如果将该种群置于有限制的自然环境中，种群内个体如果将该种群置于有限制的自然环境中，种群内个体数量的增长曲线是数量的增长曲线是_，用达尔文的进化观点分析，用达尔文的进化观点分析图中的阴影部分表示图中的阴影部分表示_a a过度繁殖过度繁殖b b在生存斗争中被淘汰的个体在生存斗争中被淘汰的个体下图为某种群在不同生态环境中的增长曲线，请仔细分析下图为某种群在不同生态环境中的增长曲线，请仔细分析图中曲线后回答下列问题：图中曲线后回答下列问题：过度繁殖过度繁殖适者生存适者生存环境阻力环境阻力2 2、影响种群数量变化的因素影响种群数量变化的因素、野生生物资源合理利用和保护、野生生物资源合理利用和保护鱼类的捕捞鱼类的捕捞（捕捞狩猎后，保证种群的增长速率为最大值，即捕捞狩猎后，保证种群的增长速率为最大值，即K/2K/2）。）。、害虫的防治、害虫的防治蝗虫的防治蝗虫的防治3 3、研究种群数量变化有何意义？、研究种群数量变化有何意义？出生率、死亡率、迁入、迁出食物、气候、出生率、死亡率、迁入、迁出食物、气候、传染病、天敌、人类的活动传染病、天敌、人类的活动蝗蝗 灾灾“改治结合，除去蝗害改治结合，除去蝗害”即一方面通过化学防治和生物防治降低蝗虫密度；即一方面通过化学防治和生物防治降低蝗虫密度；一方面改造飞蝗发生地。如修筑堤坝、控制水位耕一方面改造飞蝗发生地。如修筑堤坝、控制水位耕垦沽滩荒地等。垦沽滩荒地等。对家鼠控制应当采取什么措施？从环境容纳量对家鼠控制应当采取什么措施？从环境容纳量的角度思考，能得到什么启发吗？的角度思考，能得到什么启发吗？注意，家鼠的注意，家鼠的繁殖能力很强，种群数量每天可增加繁殖能力很强，种群数量每天可增加1.47%1.47%。一方面采用器械、化学和生物灭鼠等措施。一方面采用器械、化学和生物灭鼠等措施。另一方面降低环境容纳量（另一方面降低环境容纳量（K值）。可通过严密值）。可通过严密封存粮食、清除生活垃圾、保护老鼠的天敌等措封存粮食、清除生活垃圾、保护老鼠的天敌等措施来增加环境阻力，从而降低施来增加环境阻力，从而降低K值。值。给校长的一封建议书给校长的一封建议书如何提高灵石中学荷花塘红鲤鱼的产量如何提高灵石中学荷花塘红鲤鱼的产量死亡率死亡率迁出率迁出率 种群数量种群数量（种群密度）（种群密度）出生率出生率迁入率迁入率性别比例性别比例 年龄组成年龄组成 预预 测测变化变化 方向方向 影影 响响数量数量 变动变动决定大小决定大小决定大小决定大小种群种群个体个体同同 一物种一物种群落群落所有种群所有种群同一地点同一地点同一地点同一地点增长增长“J”型型“S”型型总结：总结：巩固练习巩固练习1 1、自自然然界界中中生生物物种种群群增增长长常常表表现现为为“S S”型型增增长长曲曲线线。下下列有关种群列有关种群“S S”型增长的正确说法是型增长的正确说法是()()A A “S S”型增长曲线表示了种群数量和食物的关系型增长曲线表示了种群数量和食物的关系B B 种群增长率在各阶段是不相同的种群增长率在各阶段是不相同的C C “S S”型增长曲线表示了种群数量和时间无关型增长曲线表示了种群数量和时间无关D D 种群增长不受种群密度制约种群增长不受种群密度制约B B2、在在一一个个玻玻璃璃容容器器内内，装装入入一一定定量量的的符符合合小小球球藻藻生生活活的的营营养养液液，接接种种少少量量的的小小球球藻藻，每每隔隔一一段段时时间间测测定定小小球球藻藻的的个个体体数数量量，绘绘制制成成曲曲线线，如如左左图图所所示示。下下列列四四图图中中能能正正确确表表示示小小球球藻种群数量增长率随时间变化趋势的曲线是（藻种群数量增长率随时间变化趋势的曲线是（）D种种群群增增长长率率种种群群增增长长率率种种群群增增长长率率种种群群增增长长率率小小球球藻藻个个体体数数