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在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下 某種細(xì)菌每20min就通過分裂繁殖一代 2 72小時(shí)后 由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少 1 n代細(xì)菌數(shù)量的數(shù)學(xué)方程式 Nn 2n Nn 2216 計(jì)算一個(gè)細(xì)菌在不同時(shí)間產(chǎn)生后代的數(shù)量 并填入下表 然后畫出細(xì)菌種群數(shù)量增長(zhǎng)的曲線 2 4 8 16 32 64 128 256 512 細(xì)菌數(shù)量 個(gè) 時(shí)間 min 20 40 80 100 140 160 180 60 0 曲線圖與數(shù)學(xué)方程式比較 有哪些優(yōu)缺點(diǎn) 100 200 300 400 500 數(shù)學(xué)模型是用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)模式 為了直觀 簡(jiǎn)便地研究種群的數(shù)量變動(dòng)的規(guī)律 數(shù)學(xué)模型建構(gòu)是常用的方法之一 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的一般步驟 對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正 建立數(shù)學(xué)模型 提出合理的假設(shè) 觀察對(duì)象 提出問題 數(shù)學(xué)方程式 坐標(biāo)曲線圖 能準(zhǔn)確的反應(yīng)出種群數(shù)量的變化 能直觀的反應(yīng)出種群數(shù)量增長(zhǎng)趨勢(shì) 種群數(shù)量以什么樣的規(guī)律在增長(zhǎng) 如 細(xì)菌每20min分裂一次 在資源和空間無(wú)限的環(huán)境中 細(xì)菌種群的增長(zhǎng)不會(huì)受種群密度增加的影響 列出表格 根據(jù)表格畫曲線 推導(dǎo)公式 Nn 2n 觀察 統(tǒng)計(jì)細(xì)菌的數(shù)量 對(duì)自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正 通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)或觀察等 對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá) 提出合理的假設(shè) 觀察研究對(duì)象 提出問題 建構(gòu)細(xì)菌種群增長(zhǎng)模型 二 種群增長(zhǎng)的 J 型曲線 實(shí)例一 1859年 一位英國(guó)人來(lái)到澳大利亞定居 他帶來(lái)了24只野兔 讓他沒有想到的是 一個(gè)世紀(jì)之后 這24只野兔的后代竟達(dá)到6億只以上 漫山遍野的野兔與牛羊爭(zhēng)食牧草 啃嚙樹皮 造成植被破壞 導(dǎo)致水土流失 后來(lái) 人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制 實(shí)例二 在20世紀(jì)30年代時(shí) 人們將環(huán)頸雉引入到美國(guó)的一個(gè)島嶼 在1937 1942年期間 這個(gè)環(huán)頸雉種群數(shù)量的增長(zhǎng)如下圖所示 種群數(shù)量 個(gè) 37 38 40 41 42 39 0 500 1000 年份 某島嶼環(huán)頸雉種群數(shù)量的增長(zhǎng) 1500 種群遷入一個(gè)新環(huán)境后 常常在一定時(shí)期內(nèi)出現(xiàn) J 型曲線 實(shí)例三 世界人口的指數(shù)增長(zhǎng)曲線 J 型增長(zhǎng)曲線的含義 種群在理想條件下 即食物和空間充裕 氣候適宜 沒有天敵等 其增長(zhǎng)率不隨種群密度變化而變化 這類增長(zhǎng)通常呈指數(shù)增長(zhǎng) 如果以時(shí)間為橫坐標(biāo) 種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線來(lái)表示 曲線大致呈 J 型 種群數(shù)量 個(gè) 0 時(shí)間 min 1 模型假設(shè) 理想狀態(tài) 食物充足 空間不限 氣候適宜 沒有天敵等 2 增長(zhǎng)特點(diǎn) 種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng) 第二年是第一年的 倍 J 型增長(zhǎng)曲線的數(shù)學(xué)模型 種群數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng) 增長(zhǎng)率保持不變 1 增長(zhǎng)速率越來(lái)越快 N0 t 1 3 建立模型 N0為起始數(shù)量 t為時(shí)間 Nt表示t年后該種群的數(shù)量 表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù) 4 模型中各參數(shù)的意義 實(shí)驗(yàn)室條件下 外來(lái)種群入侵遷入新環(huán)境 N1 N0 一年后種群的數(shù)量為 5 適用情形 N2 N1 N0 2 兩年后種群的數(shù)量為 Nt N0 t t年后種群的數(shù)量為 6 決定 J 型曲線的兩個(gè)因素 N0 起始數(shù)量 根據(jù) 值可以判斷種群數(shù)量 Nt N0 t 值取決于每年的自然出生率與死亡率 當(dāng) 1時(shí) 種群呈 J 型增長(zhǎng) 增長(zhǎng)型 當(dāng) 1時(shí) 種群數(shù)量穩(wěn)定 穩(wěn)定型 當(dāng)0 1時(shí) 種群數(shù)量下降 衰退型 當(dāng) 0時(shí) 種群無(wú)繁殖現(xiàn)象 且下一代滅亡 細(xì)菌數(shù)量 個(gè) 時(shí)間 min 20 40 80 100 140 160 180 60 0 100 200 300 400 500 Nt N0 t 種群數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng) 種群密度 種群在單位面積或單位體積中的個(gè)體數(shù) 種群增長(zhǎng)速率 時(shí)間 min 0 增長(zhǎng)速度越來(lái)越快 現(xiàn)有個(gè)體數(shù) 原有個(gè)體數(shù) 增長(zhǎng)時(shí)間 增長(zhǎng)速率 2 4 8 16 32 64 128 256 種群增長(zhǎng)速率 指種群在單位時(shí)間內(nèi)變化的量 增長(zhǎng)率保持不變 種群增長(zhǎng)率 時(shí)間 min 0 現(xiàn)有個(gè)體數(shù) 原有個(gè)體數(shù) 原有個(gè)體數(shù) 增長(zhǎng)率 出生率 死亡率 1 1 1 1 1 1 1 1 1 種群增長(zhǎng)率 指單位時(shí)間內(nèi)種群數(shù)量增加的量占初始數(shù)量的比例 三 種群增長(zhǎng)的 S 型曲線 資源和空間有限 若種群密度上升 種內(nèi)斗爭(zhēng)加劇 捕食者增加 出生率降低 死亡率增加 種群增長(zhǎng)率下降 種群保持穩(wěn)定 條件有限的情況下 種群在一個(gè)現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中時(shí) 環(huán)境阻力 高斯實(shí)驗(yàn) 生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn) 在0 5mL培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲 然后每隔24h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲的數(shù)量 經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn) 得出下圖所示的結(jié)果 從圖中可以看出 大草履蟲的數(shù)量在第二天和第三天增長(zhǎng)較快 第五天以后基本維持在375個(gè)左右 種群數(shù)量 個(gè) 2 4 5 6 3 0 100 200 時(shí)間 天 大腸桿菌種群的增長(zhǎng)曲線 300 1 400 K 375 種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長(zhǎng)后 數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長(zhǎng)曲線 稱為 S 型曲線 K值 在環(huán)境條件不受破壞的情況下 一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量 種群數(shù)量 個(gè) 2 4 5 6 3 0 100 200 時(shí)間 天 大腸桿菌種群的增長(zhǎng)曲線 300 1 400 K 375 種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長(zhǎng)后 數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長(zhǎng)曲線 稱為 S 型曲線 出生率 死亡率 種群數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定 種群增長(zhǎng)率為零 K值特點(diǎn) 達(dá)到最大值后 保持相對(duì)穩(wěn)定 0 時(shí)間 天 K 2 轉(zhuǎn)折期 增長(zhǎng)速率最快 調(diào)整期 個(gè)體數(shù)量較少 增長(zhǎng)緩慢 減速期 增長(zhǎng)速率緩慢 穩(wěn)定期 增長(zhǎng)速率為零 K值 環(huán)境容納量 種群數(shù)量 個(gè) S 型種群增長(zhǎng)速率的變化特點(diǎn) 加速期 個(gè)體數(shù)量增加 增長(zhǎng)加速 消滅害蟲的最佳時(shí)機(jī) 種群數(shù)量 0 時(shí)間 種群增長(zhǎng)速率 0 時(shí)間 a k 2 b c b a c k k 2 k 可持續(xù)發(fā)展 種群再生能力最強(qiáng) 種群增長(zhǎng)速率最大 K 2值特點(diǎn) A B 時(shí)間 種群數(shù)量 圖中陰影部分表示環(huán)境阻力 也就是通過生存斗爭(zhēng)被淘汰的個(gè)體數(shù)量 K值 種群增長(zhǎng)曲線的比較 食物不足空間有限種內(nèi)斗爭(zhēng)種間競(jìng)爭(zhēng)天敵捕食氣候不適寄生蟲傳染病等 種群密度越大環(huán)境阻力越大 環(huán)境阻力 0 1 同一種群的K值是否固定不變 環(huán)境條件改變 K值也隨之發(fā)生改變 即改善環(huán)境條件可使K值增大 如環(huán)境條件受到破壞 則K值將會(huì)減小 不同物種在同一環(huán)境中K值不同 2 對(duì)保護(hù)大熊貓應(yīng)采取什么措施才會(huì)事半功倍 野生生物資源如何保護(hù) 建立自然保護(hù)區(qū) 改善大熊貓棲息環(huán)境 減少環(huán)境阻力 提高K值 S 型曲線在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用 3 對(duì)家鼠等有害動(dòng)物的控制 應(yīng)當(dāng)采取什么措施 有害生物如何防治 增大環(huán)境阻力 降低環(huán)境容納量 如封儲(chǔ)糧食 清除生活垃圾 養(yǎng)殖它們天敵 嚴(yán)防達(dá)到K 2 甚至在K 2以前就應(yīng)采取相應(yīng)措施 4 為保護(hù)魚類資源不受破壞 并持續(xù)獲得最大捕魚量 被捕魚群種群數(shù)量保持在什么水平 如何開發(fā)與利用資源 種群數(shù)量達(dá)到K 2時(shí) 種群增長(zhǎng)速率最大 再生能力最強(qiáng) 對(duì)養(yǎng)殖的生物進(jìn)行捕撈時(shí) 捕撈后的種群數(shù)量要維持在K 2處 以保證持續(xù)獲取高產(chǎn)量 四 種群數(shù)量的波動(dòng)和下降 東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng) 2 特點(diǎn) 大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)之中 在不利條件之下 還會(huì)急劇下降 甚至滅亡 1 種群數(shù)量變化的類型 增長(zhǎng) 穩(wěn)定 波動(dòng) 下降等 3 影響種群數(shù)量變化的因素 內(nèi)部因素 出生率和死亡率 遷入率和遷出率 年齡組成和性別比例等 外界因素 種間因素和其他非生物因素 如食物 天敵 氣候 傳染病等 人為因素 對(duì)野生生物的亂捕濫獵 對(duì)種群數(shù)量的人工控制等 4 研究種群數(shù)量變化的意義 野生動(dòng)物資源的保護(hù)和利用 有害動(dòng)物的防治 瀕危動(dòng)物種群的拯救和恢復(fù) 1 建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法 2 種群增長(zhǎng)的 J 型曲線 3 種群增長(zhǎng)的 S 型曲線 4 種群數(shù)量的波動(dòng)和下降 總結(jié) 課下作業(yè) 1 總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容 2 完成P69的課后練習(xí)題 3 完成本節(jié)課的導(dǎo)學(xué)案和課時(shí)作業(yè) 4 預(yù)習(xí)第四章第三節(jié) 群落的結(jié)構(gòu) 本章總概念圖 本節(jié)概念圖 本節(jié)概念圖 重要提示 在 J 型曲線中增長(zhǎng)率是不變的 增長(zhǎng)率 第二代個(gè)體數(shù) 第一代個(gè)體數(shù) 第一代個(gè)體數(shù) 增長(zhǎng)速率 增加的個(gè)體數(shù) 單位時(shí)間 顯然 J 型曲線的增長(zhǎng)速率是不斷增大的 而在 S 型曲線中的增長(zhǎng)率隨著種群密度的增大不斷減小 種群增長(zhǎng)速率由小變大 到曲線中點(diǎn) K 2 最大 以后又逐漸縮小 所以種群數(shù)量處在K 2時(shí)種群適合捕獲 而對(duì)種群數(shù)量變化影響很小 種群增長(zhǎng)逐漸減慢 種群數(shù)量大于K 2值時(shí) K值 種群數(shù)量達(dá)到K值時(shí) 種群增長(zhǎng)停止 種群數(shù)量在K 2值時(shí) 種群增長(zhǎng)最快 種群數(shù)量小于K 2值時(shí) 種群增長(zhǎng)逐漸加快 K 2