【种群增长曲线内涵的理解】种群增长曲线
时间：2020-08-13 07:26:34 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:现代生物进化理论在高中生物教材中所占篇幅并不大,但是却起着极其重要的承上启下的作用。 关键词:种群;进化论;曲线 中图分类号:G630文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2010)09-0072-01
通过本章的学习,生物教学内容由个体水平进入群体水平。本章内容比较抽象,学生很难理解生物进化的实质内涵,导致学生的学习流于表面化,毕竟对生物进化的研究属于假说。因此,无论对于学生还是老师来说,生物进化的内容都是教学的难点。如何用科学而合理地解读本章,采用行之有效的方法来组织本章的教学,以期提高学生对生物进化内容的深刻理解,成为摆在师生面前的一个急需解决的问题。本文作者欲从种群增长曲线出发对生物进化中的某些问题赋以新的认识,以期对老师的教和学生的学有所帮助。
下图即是种群的两种增长典线,其中J型典线为理想状态下的增长典线,S型增长典线为自然条件下的种群增长曲线。
图中体现的是在不同环境条件下种群数量随时间的变化规律。J型增长曲线
和S型增长曲线直接体现的差异至少反映了生物进化理论中的两个观点:即过度繁殖和生存斗争。
图中可见,J型增长曲线的种群数量始终多于S型增长曲线,说明生物的繁殖能力是超强的,产生的后代数量是超过环境的承载量的。生存斗争在种群数量达到最大值之前已经发生了,且随着种群数量的增加逐渐加剧。正是生存斗争的存在导致种群数量的减少,从出生量减到存活量,即从J型曲线减为S曲线。从这个意义上说,我们可以把J型曲线称作出生曲线,把S曲线称作存活曲线。两者的差异(即A)即是生存斗争中遭到淘汰的个体。注意生存斗争并不等同于自然选择,生存斗争肯定会使种群数量减少,但不一定会发生选择性的淘汰。而自然选择一定能体现出优胜劣汰的特征。
在发生自然选择的前提下,我们带着以下问题对图中A和B的特点进行分析。
1、A与B中个体的基因型频率是否相同?
2、A与B中个体的基因频率是否相同?
3、A与B中的基因型频率是否都符合哈代―温伯尔定律(p+q)2?
4、A与B中个体的平均寿命是否相同?
只要有环境选择的存在,A与B中的种群基因型频率一定是不同的。
假设在种群中存在S和s等位基因,其中S所控制的显性性状是适应环境的性状,s控制的隐性性状是不适应环境的性状,由于自然选择会更多淘汰ss基因型,因此在A中的ss基因型频率要比B中的高,s基因频率也比B中的高。如果没有发生环境选择,则SS、Ss、ss三种个体的淘汰率是相同的,那么A和B中的基因型频率和基因频率都是相同的。
尽管环境是通过选择生物性状(表现型)来影响种群基因频率的,但自然选择的结果一定要体现于基因频率是否改变上。种群的基因频率改变,基因型频率
一定改变,而种群的基因型频率改变,基因频率未必改变,生物不一定进化。
例:某种群中CC、Cc、cc个体各占1/3,如果Cc个体被选择性淘汰,则Cc频率势必会下降,但种群的基因频率并没有改变,该种群也没有进化。
对于这种现象我们可以这样来理解:环境虽然较多淘汰了Cc,但对于C和c并没表现出偏爱和歧视,因此C和c的基因频率是不变的,生物没有进化。
对于第三个问题的解释,我们仍然看这个例子:某种群中CC、Cc、cc个体各占1/3,求该种群中C和c的基因频率。很显然C和c各占1/2。然后再以此基因频率计算基因型频率。我们可以用哈代―温伯尔定律来计算。
(1/2 C+1/2 c)2=1/4 CC+1/2 Cc+1/4 cc
结果与题目中CC、Cc、cc个体各占1/3是不一致的,这又是什么原因呢?原因是题中所给的CC、Cc、cc个体各占1/3是种群现存个体的基因型频率,而我们由哈代―温伯尔定律计算出来的1/4 CC+1/2 Cc+1/4 cc是产生后代中各基因型的理论值(A+B),而产生的这些后代是要受环境的选择的,环境对各基因型的选择度不同,将会导致后代中各基因型的理论比值有所变化,变化为实际值(B),因此种群中基因型频率的理论值和实际值是有差异的,而产生这个差异的原因正是自然选择。
对于第四个问题,实际上是对第三个问题的补充,很显然保留下来的群体(B)的平均寿命要比淘汰的群体(A)的平均寿命要长,从第四个问题也可以增强我们对前三个问题的感性认识。
为了避免冲淡本文主题,对于大家都非常迷惑的“增长率”和“增长速率” 的问题特作分析如下,
1. “增长率”和“增长速率”是否相同。增长率与增长速率是不同的。增长率是指新增加的个体数占原来种群个体
数的比例,是一个无单位百分比例,;增长速率是指单位时间内新增加的个体数,特别是有个时间单位,如(个/年)等。
2. “增长率”就是相应曲线的斜率吗?教材中明确指出:“J”型增长曲线种群的增长率不变。一些资料和教师在讲解“S”型增长曲线时都指出:种群的增长率是先增后减的,且种群数量达到K/2时增长率最大。这样出现了这种情况:呈“S”型增长曲线的种群增长率与“S”型曲线的斜率变化同步,而呈“J”型增长曲线的种群增长率与“J”型曲线的斜率变化不同步,因此许多同学对此迷惑不解。
其实,在种群增长曲线中,增长率不等于曲线的斜率,只有增长速率才等于曲线的斜率。“J”型增长曲线的增长率不变,但其增长速率(曲线的斜率)却在逐渐增大。 “S”型增长曲线的增长率是先增后减(或一直减小)的,且其增长速率(曲线斜率)也是先增后减的。
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