第三章7课时：生物圈的生命系统

第三章第三章 生物圈中的生命系统生物圈中的生命系统第一节第一节 生命系统的层次生命系统的层次第二节第二节 生物种群的特征及动态生物种群的特征及动态第三节第三节 种群关系种群关系第四节第四节 生物群落及其动态生物群落及其动态第三章第三章 生物圈中的生命系统生物圈中的生命系统第五节第五节 群落的分类与排序群落的分类与排序第三节第三节种群关系种群关系一、种内关系一、种内关系1集群集群集群是同一种生物的不同个体，或多或集群是同一种生物的不同个体，或多或少都会在一定的时期内生活在一起，从少都会在一定的时期内生活在一起，从而保证种群的生存和正常繁殖，是一种而保证种群的生存和正常繁殖，是一种重要的适应性特征。重要的适应性特征。根据集群后群体持续的时间长短，集群根据集群后群体持续的时间长短，集群分为临时性和永久性两种类型。分为临时性和永久性两种类型。分类分类集群生活动物数量低于集群的临界下限，则种群不能正常的生活。 （非洲象， 5；北方鹿群， 300）同一种动物在一起生活所产生的有利作用同一种动物在一起生活所产生的有利作用意义意义最小种群原则最小种群原则（ 1）集群有利于提高捕食效率 (狼群） ；（ 2）可以共同防御敌害 （麝牛群） ；（ 3）有利于改变小生境 （蜂巢维持在 35 ） ；（4）有利于某些动物种类提高学习效率；（ 5）能够促进繁殖；（ 6）有利于分工提高工作效率等等。集群集群效应效应在一定条件下，在一定条件下， 当种群密度（数量）处于适度当种群密度（数量）处于适度的情况时，种群的增长最快；密度太低或太高的情况时，种群的增长最快；密度太低或太高都会对种群的增长起着限制作用都会对种群的增长起着限制作用 ，这就叫做阿，这就叫做阿利规律（利规律（ Alices principle）。种群的适度密）。种群的适度密度在生态学上也称为繁殖适度（度在生态学上也称为繁殖适度（ bonitation）。阿利规律阿利规律随着个体数的增加，密度过高、繁殖过随着个体数的增加，密度过高、繁殖过剩时产生的有害效应。剩时产生的有害效应。拥挤拥挤效应效应密度密度 密度密度存活存活率率 存活存活率率A BA某些物种的种群数量较小时，存活率最高；某些物种的种群数量较小时，存活率最高；B另一些存活率在中等密度大小时最高另一些存活率在中等密度大小时最高 . 种群密度与存活率的相互关系种群密度与存活率的相互关系2种内竞争种内竞争生物为了利用有限的共同资源，相互生物为了利用有限的共同资源，相互之间所产生的不利或有害的影响，这之间所产生的不利或有害的影响，这种现象称为竞争。种现象称为竞争。概念概念方式方式 竞争的主要方式有两类：竞争的主要方式有两类： 资源利用性资源利用性竞争竞争 和和 相互干涉性竞争相互干涉性竞争 ，前者又称为，前者又称为间接竞争间接竞争 ，后者又称为，后者又称为 直接竞争直接竞争 。竞。竞争可以分为种内竞争和种间竞争。争可以分为种内竞争和种间竞争。种内竞争特点种内竞争特点竞争作用竞争作用l竞争效应的不对称性是种内竞争和种间竞争的共同特竞争效应的不对称性是种内竞争和种间竞争的共同特点。点。不对称性不对称性 是指竞争者各方受竞争影响所产生的不等同是指竞争者各方受竞争影响所产生的不等同后果。后果。 （一方付出的代价远高与另一方）（一方付出的代价远高与另一方）在自然界，不对称性竞争的实例远远多于对称性竞争在自然界，不对称性竞争的实例远远多于对称性竞争。竞争具有调节种群大小的作用（竞争具有调节种群大小的作用（ 对整个种群有对整个种群有利）利） ，也可以导致物种分化和新物种形成。，也可以导致物种分化和新物种形成。二、种间关系二、种间关系1种间竞争种间竞争当两个物种利用同一种资源和空间当两个物种利用同一种资源和空间时产生的种间竞争现象。两个物种时产生的种间竞争现象。两个物种越相似，它们的生态位重叠就越多越相似，它们的生态位重叠就越多，竞争也就越激烈。，竞争也就越激烈。高斯假说高斯假说两种草履虫单独和混合培养时的种群动态两种草履虫单独和混合培养时的种群动态（引自李博等，（引自李博等， 1993）混合培养时大草履虫混合培养时大草履虫单独培养时双小核草履虫单独培养时双小核草履虫时间时间混合培养时双小核草履虫混合培养时双小核草履虫单独培养时大草履虫单独培养时大草履虫时间时间个体数个体数种间竞争模型种间竞争模型式中：式中： N1、 N2 两个物种的种群数量；两个物种的种群数量；K1、 K2 两个物种种群的环境容纳量；两个物种种群的环境容纳量；r1、 r2 两个物种种群增长率。两个物种种群增长率。两个物种单独生长时其增长方程是：两个物种单独生长时其增长方程是：物种物种 1： dN1/dt r1N1（ K1 N1/K1）物种物种 2： dN2/dt r2N2（ K1 N2/K2）Lotka Volterra模型模型物种物种 1： dN1 / dt = r1 N1（ K1 N1 N2） / K1 物种物种 2： dN2 / dt = r2 N2（ K2 N2 N1） / K2 两个物种放在一起时其增长方程分别是：两个物种放在一起时其增长方程分别是：其中：物种其中：物种 1和和 2的的 竞竞 争系数争系数 为为 和和 ，并假，并假 设设 两两种种 竞竞 争者之争者之 间间 的的 竞竞 争系数保持争系数保持 稳稳 定。定。（物种 1）： N1种群中每个个体对自身种群的增长抑制作用为 1/K1（环境容纳量为 K1）； （物种 1）： N2种群中每个个体对自身种群的增长抑制作用为 1/K2。 物种 1能抑制物种 2 （ K1 K2/）物种 1不能抑制物种 2 （ K1 K1/）两物种都有可能得胜 （结果 3）物种 2总是得胜 （结果 2）物种 2不能抑制物种 1 （ K2 物种 2对自身的影响，即 /K1 1/K2。 物种物种 1： dN1 / dt = r1 N1（ K1 N1 N2） / K1 物种物种 2： dN2 / dt = r2 N2（ K2 N2 N1） / K2 两个物种放在一起时其增长方程分别是：两个物种放在一起时其增长方程分别是：其中：物种其中：物种 1和和 2的的 竞竞 争系数争系数 为为 和和 ，并假，并假 设设 两两种种 竞竞 争者之争者之 间间 的的 竞竞 争系数保持争系数保持 稳稳 定。定。两个种的 竞 争 结 果有以下 4种： K1/ K2或 K2/ K1，两个种都可能 获胜 。 K1/ K2或 K2/ K1，物种 获胜 。 K1/ K2或 K2/ K1，两个种共存，平衡。主要指自然生态系统中一个种群在主要指自然生态系统中一个种群在时间、空间上的位置及其与相关种时间、空间上的位置及其与相关种群之间的功能关系。群之间的功能关系。生态位发展过程生态位发展过程C. Elton(1927)G. E. Hutchinson(1957)最早在生态学中使用生态位概最早在生态学中使用生态位概念，表示划分环境的空间单位念，表示划分环境的空间单位和一个物种在环境中的和一个物种在环境中的 地位地位 。物种在生物群落中的物种在生物群落中的 地位与功地位与功能能 作用。作用。J. Grinell(1917)提出提出 n维生态位维生态位 。生态位是每个种在一定生境的群落中都生态位是每个种在一定生境的群落中都有不同于其他种的自己的有不同于其他种的自己的 时间、空间位置时间、空间位置 ，也包括在生物群落中的也包括在生物群落中的 功能功能 地位。地位。R. H. Whittaker(1970)E. P. Odum(1971)生态位概念不仅包括生物占有的物理空生态位概念不仅包括生物占有的物理空间，还包括它在群落中的功能作用以及它们间，还包括它在群落中的功能作用以及它们在温度、湿度、土壤和其他生存条件的环境在温度、湿度、土壤和其他生存条件的环境变化梯度中的位置。变化梯度中的位置。w w物物种种1物物种种2物物种种3d d资源状态资源状态w w物物种种1物物种种2物物种种3d d资源状态资源状态（ a）生态位狭，重叠少，）生态位狭，重叠少， d W，种间竞争小，种间竞争小（ b）生态位宽，重叠多，）生态位宽，重叠多， d W，种间竞争大，种间竞争大（ a） （ b）资源利用曲线资源利用曲线2捕食捕食一种生物吃掉另一种生物的这种对抗性关系称为捕食。吃的一方称为捕食者，被吃掉的一方称为猎物或被食者。这种捕食者与猎物的关系对 猎物种群的数量和质量的调节 上具有重要的生态学意义。（ 1905年美国政府为保护草原的黑尾鹿群猎杀美洲狮和狼的案例，鹿过度增长 草场极度退化 鹿数量猛降）3寄生与共生寄生与共生（ 1）寄生）寄生指一个种（寄生者）寄居于另一个指一个种（寄生者）寄居于另一个种（寄主）的体内或体表、从而摄种（寄主）的体内或体表、从而摄取寄主养分以维持生活的现象。取寄主养分以维持生活的现象。寄生物对寄生植物的生长有抑制作寄生物对寄生植物的生长有抑制作用，而寄主植物对寄生物则有加速用，而寄主植物对寄生物则有加速其生长的作用。其生长的作用。两物种的共生仅对一方有利，对另一方也两物种的共生仅对一方有利，对另一方也无害的共生现象。无害的共生现象。 （ 属鱼类）属鱼类）（ 2）共生）共生偏利共生偏利共生互利共生互利共生 互利共生是两物种相互有利的共居关系，互利共生是两物种相互有利的共居关系，彼此间有直接的营养物质的交流，相互依彼此间有直接的营养物质的交流，相互依赖、相互依存、双方获利。赖、相互依存、双方获利。 （根瘤、清洁（根瘤、清洁鱼）鱼）三、种群的遗传和生活史对策三、种群的遗传和生活史对策1基因库和基因频率基因库和基因频率基因： 编码蛋白质或 RNA等具有特定功能产物的遗传信息的基本单位，是染色体或基因组的一段 DNA序列 (对以 RNA作为遗传信息载体的 RNA病毒而言则是 RNA序列 )基因库基因库基因库： 种群中全部个体的所有基因的总和。在种群数量变动的过程中，基因库的组成只有微小的变化。三、种群的遗传和生活史对策三、种群的遗传和生活史对策基因频率：指在种群中不同基因基因频率：指在种群中不同基因 (A/a)所占的比例。所占的比例。基因频率基因频率基因型频率是指种群内每个基因型 (AA/Aa)所占的比例。基因频率是决定一个种群性质的基本因素，当环境条件和遗传组成不变时，基因频率也不会改变。 （举例： AAaa 的随机交配）2变异、自然选择和遗传漂变变异、自然选择和遗传漂变变异： 处于生命科学研究的核心地位，变异既是进化的产物，又是进化的依据。 遗传物质的变异可分为： 染色体突变和基因突变 。 变异的新性状一经出现，就可能遗传下来，形成新种。遗传漂变： 对于有限大小的种群来说，由于小样本抽样的基因数量有限而导致种群的等位基因频率在世代间发生变化的现象。 （举例、 a 为 1%，数量为 100万或 100的种群）3种群的生活史对策种群的生活史对策生活史： 从一个世代的合子形成到下一个世代合子形成所经历的时段中，个体所经历的生长、发育、繁殖等过程为生活史。MacArthur提出了提出了 rK 选择的理论，是生活史对策研究的重大进选择的理论，是生活史对策研究的重大进展。展。 r对策者和对策者和 K对策者具有不同的生物学特征，因此它们的种群对策者具有不同的生物学特征，因此它们的种群增长曲线也有差别。增长曲线也有差别。虚线表示平衡状态；R对策者的数量变化幅度较大；K对策者有一个灭绝点。uR选择和 K选择在生产实际中的意义 : 有害动物的防治（一两次灭杀只能暂时控制）；珍稀动物的保护（种群数量不能低于灭绝点）三、种群生态学研究的基本方法三、种群生态学研究的基本方法种群生态学研究的目的是要发现分布与数量的格局或模式种群生态学研究的目的是要发现分布与数量的格局或模式，以及决定格局或模式的生态学过程。，以及决定格局或模式的生态学过程。1.野外观察法：野外观察法： 动物世界、动物世界、 Discovery频道频道植物种群的样地调查；大型昼行性动物植物种群的样地调查；大型昼行性动物的活动规律。的活动规律。直接观察法直接观察法间接观察法间接观察法对于小型、移动快的动物，通过足迹、对于小型、移动快的动物，通过足迹、粪便、羽毛、巢穴等识别其种类、行为粪便、羽毛、巢穴等识别其种类、行为和运动方式。和运动方式。技术手段技术手段 无线电遥测技术、卫星定位遥测技术已无线电遥测技术、卫星定位遥测技术已成为动物种群生态学研究的常规技术。成为动物种群生态学研究的常规技术。2. 实验研究法：实验室实验和野外实验实验研究法：实验室实验和野外实验种间竞争实验研究（种间竞争实验研究（ Gause（ 1932）室）室内的草履虫竞争实验）内的草履虫竞争实验） 。宏观宏观微观微观 采用分子生物学技术研究生物种群遗传采用分子生物学技术研究生物种群遗传结构、遗传多样性