个体生态学生物与环境

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大环境与小环境大环境（macroenvironment）：地区环境、地球环境、宇宙环境；如西双版纳的环境，昆明黑龙潭环境等小环境（microenvironment）：直接影响生物生命活动的近邻环境。如洞穴环境，树荫下环境等环境中的气候（climate）大气候（macroclimate）：大环境(地区以上范围)的气候条件小气候（microclimate）：小环境的气候条件第2页/共58页

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大环境（全球大气环流和洋流）第3页/共58页

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小气候（小环境）第4页/共58页

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-生态因子及相关名词生态因子的分类生态因子作用特征2.1.2生态因子第5页/共58页

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生态因子：环境要素中对生物起作用的因子。生存条件：生态因子中生物生存不能缺少的生态因子的总称。生态环境：一定区域所有生态因子的总和。生境（habitat）：特定生物个体或群体的栖息地的生态环境。（1）相关概念

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描述自然环境的手段：气候图解气候图解第7页/共58页

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（2）生态因子的分类

根据性质划分为：气候因子：如温度、水分、光照、风、气压和雷电等土壤因子：如土壤结构、土壤成分的理化性质及土壤生物等地形因子：如陆地、海洋、海拔高度、山脉的走向与坡度等生物因子：包括动物、植物和微生物之间的各种相互作用人为因子：人类活动对自然的破坏及对环境的污染第8页/共58页

牛牛文库文档分享第8页/共59页地形因子对气候的影响

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（2）生态因子的分类有无生命特征：生物因子和非生物因子对生物种群数量变动的作用密度制约因子：食物、天敌等生物因子非密度制约因子：温度、降水等气候因子稳定性及其作用特点稳定因子：终年恒定的因子，决定生物的分布，如地心引力、地磁等变动因子：周期性变动因子：一年四季变化和潮汐涨落非周期性变动因子：如风、降雨、捕食等第10页/共58页

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密度制约因子和非密度制约因子密度制约因子环境因子中，对生物作用的强度随生物的密度而变化的因子类型有正负两类，在密度增加的状态下，正者作用导致生物的密度进一步增长；负者导致密度的反馈性降低，有调节种群密度的作用。一般生物因子常为密度制约因子。非密度制约因子

环境因子中，对生物作用的强度与生物密度变化无关的因子。第11页/共58页

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种群死亡率变化种群密度梯度密度制约非密度制约逆密度制约导致种群死亡率变化的环境因子作用于种群的强度，随种群密度梯度变化而改变密度制约因子与非密度制约性因子比较第12页/共58页

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种群出生率变化种群密度梯度密度制约非密度制约逆密度制约导致种群出生率变化的环境因子作用于种群的强度随种群密度梯度变化而改变；具有调节种群密度作用密度制约因子与非密度制约性因子比较第13页/共58页

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（3）生态因子的作用特征综合作用：生态因子间相互联系、相互影响、相互制约主导因子作用：生态因子的非等价作用的阶段性：生物发育的不同阶段，需要不同不可替代性和补偿性：生态因子间不可替代，但在一定程度上可以补偿直接作用和间接作用：直接因子：直接对生物发生影响的生态因子间接因子：通过影响直接因子而对生物发生影响生态因子第14页/共58页

牛牛文库文档分享第14页/共59页生态因子的空间分布特征纬度地带性：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。太阳辐射量差异太阳辐射－－热量带－－水分差异－－植被分带－－土壤分带自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带植被地带性分布垂直地带性：因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,-1℃/100m;湿润空气,-0.6℃/100m)。经度地带性：地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。第15页/共58页

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2.2生物与环境的相互作用2.2.1环境对生物的作用环境对生物的决定作用环境对生物的塑造作用2.2.2生物对环境的反作用生物对环境的适应生物对环境因子的改变

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2.2.1环境对生物的作用对生物存活的影响对生物生长、发育的影响对生殖、繁衍的影响对生物的数量和分布的影响对生物的种内、种间关系的影响

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2.2.2生物对环境的反作用（1）生物对环境的适应方式形态的适应生理的适应行为的适应

各种适应都有相应的遗传基础第18页/共58页

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生物对生物环境的响应与适应物种间的相互作用

＋得利；—表示受损；0无明显影响物种间的协同进化一个物种在进化上的变化同时改变了与该物种相关的其它物种所承受的选择压力，导致相关物种的改变，反过来又对该物种的变化施以影响的过程。二个或更多的相互作用的物种，其各自的进化是相互影响的，从而形成了一个相互作用的进化系统，这一机制称为协同进化。相互作用类型互利共生偏利作用捕食/牧食/寄生种间竞争偏害作用中性作用A＋＋＋——０B＋０——００第19页/共58页

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胡椒蛾黑化胡椒蛾个体案例1.胡椒蛾黑化现象第20页/共58页

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1008060300200100Wintersmoke,ug/m3Percentfrequencyofmelanicpepperedmoths196019701980烟尘实测值烟尘变化趋势黑化蛾变化趋势随着污染减轻，黑化蛾在群体中的频率逐渐下降第21页/共58页

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夜间降低代谢率有花蜜供给，没有休眠，要消耗大量能量案例2.食物与代谢第22页/共58页

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（2）生物对环境因子的改变森林吸收太阳辐射、降低风速、保持水分、防治土壤冻结土壤微生物和土壤动物改变土壤的结构和性质过度放牧导致草场退化人类活动导致全球环境变化……第23页/共58页

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2.3最小因子、限制因子与耐受限度2.3.1利比希最小因子定律2.3.2限制因子2.3.3耐受限度和生态幅（1）耐受性定律（2）生态幅（3）耐受限度的调整第24页/共58页

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2.3.1利比希最小因子定律

(Liebig’slawofminimum)基本内容低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。应用中应注意的问题定律成立条件：生物的内环境和外环境处于稳定状态注意：生态因子间的替代作用第25页/共58页

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2.3.2限制因子和限制因子定律限制因子(limitingfactor)限制因子是对生物的生存、生长、繁殖或扩散等起限制作用的因子当生态因子接近或超过生物的耐受性极限而影响其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因子成为该生物限制因子限制因子定律(Lawoflimitingfactor)

生态因子处于低于生物正常生长所需的最小量和高于生物正常生长所需的最大量时，都对生物具有限制性影响Blackman，1905，基于利比希最小因子定律该定律的应用价值第26页/共58页

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南北较高纬度地区的低温是影响非洲蜂进一步向高纬度范围扩散的限制因子。案例：低温对非洲蜂分布的限制第27页/共58页

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2.3.3耐受限度与生态幅（1）Shelford耐受性定律(Lawoftolerance)任何一个生态因子在数量或质量上的不足或过多时会使该种生物衰退或不能生存Shelford，1913第28页/共58页

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（2）Shelford耐受性定律的发展

生物对不同生态因子的耐受范围不同，不同年龄、季节、栖息地等同种生物对生态因子的耐受性不同对很多生态因子耐受范围都很宽的生物，其分布区一般很广个体发育的不同阶段，对生态因子的耐受限度不同不同的生物种，对同一生态因子的耐受性不同某一生态因子处于非最适状态下时，生物对其他生态因子的耐受限度也下降

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最适范围亚适范围

亚适范围

不适范围

不适范围

不能生存

因子梯度

渐增

生命活动或数量

生物对环境因子的耐受曲线耐受曲线（1）第30页/共58页

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最适范围

不适范围

不能生存

因子梯度

渐增

生命活动强度或数量

生物对环境因子耐受曲线的实际表现亚适范围

亚适范围

不适范围

耐受曲线（2）第31页/共58页

牛牛文库文档分享第31页/共59页种群数量数量很低种群消失种群消失数量很低数量最高不能耐受区生理受抑制生理受抑制不能耐受区最适区

环境梯度高低耐受性下限耐受性上限生物种的耐受性限度图解（仿Smith,1980）第32页/共58页

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（3）生态幅(ecologicalamplitude）概念每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上的最低点和最高点。在最低点和最高点(或称耐受性的上限和下限)之间的范围类型划分广温性(eurythermal狭温性(stenothermal)广水性(euryhydric) 狭水性(stenohydric)广盐性(euryhaline) 狭盐性(stenohaline)广食性(euryphagic) 狭食性(stenophagic)广光性(euryphotic) 狭光性(stenophotic)…………

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牛牛文库文档分享第33页/共59页生物对各生态因子耐受性之间的相互关系对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响：如温湿的关系；湿度和溶氧的关系；温度和盐的协同作用生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：物种之间的竞争产生的生态位分离第34页/共58页

牛牛文库文档分享第34页/共59页当生物对环境中某一生态因子的适应范围较宽，而对另一种因子的适应范围较窄时，生态幅往往受到后一个生态因子的限制。生物在不同发育时期对生态因子的耐受限度不同，物种的生态幅往往取决于它临界期的耐受限度。通常生物繁殖期的生态幅成为其物种的生态幅。第35页/共58页

牛牛文库文档分享第35页/共59页在生态幅中有一最适区，在这个区内生物生理状态最佳，繁殖率最高，数量最多。应当指出的是，自然界中的动物和植物很少能够生活在对它们来说是最适宜的地方，常常由于其他生物的竞争而把它们从最适宜的生境中排挤出去，结果只能生活在它们占有更大竞争优势的地方。例如，很多沙漠植物在潮湿的气候条件下能够生长得更茂盛，但是它们却只分布在沙漠中，因为只有在那里它们才占有最大的竞争优势。

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牛牛文库文档分享第36页/共59页生物对生态因子耐受限度的调整驯化内稳态适应第37页/共58页

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耐受限度的调整驯化自然驯化和人工驯化生理变化和遗传变化驯化可能：生物特性差异，诱导条件差异生物学意义：适应环境变化能力内稳态生物通过控制体内环境(体温、糖、氧浓度、体液等)，使其保持相对稳定性扩大了生物的生态幅与适应范围，但并不能完全摆脱环境的限制第39页/共58页

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案例：不同温度下驯化导致耗氧量的差异20016012080400102030温度℃耗氧量（ml·g-1·h-1

）5℃驯化25℃驯化第40页/共58页

牛牛文库文档分享第40页/共59页不同的植物有不同的驯化能力

图中的A是生活于美国西部的内地荒漠的一种灌木，在冬夏均保持光合作用活力。

B是生活于加里福尼亚沿海凉爽地区（那里的气温很少超过20℃）的一种灌木。

C是生活于炎热环境种的一种灌木。它们对于热环境的驯化过程有如右图的反应曲线。请你思考该图反映了什么？第41页/共58页

牛牛文库文档分享第41页/共59页内稳态内稳态(homeostasis):生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。如体温、酸碱度、渗透压、生理节律和其他周期性补偿变化.调节的目的是使体内生理生化反应达到平衡，而抵抗恶劣环境。内稳态通过形态、行为和生理适应实现。大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组成成份：接受器；控制中心；效应器。第42页/共58页

牛牛文库文档分享第42页/共59页负反馈过程（维持哺乳动物血液渗透性）接受器（下丘脑）控制中心（下丘脑）效应器（肾脏）血液太浓饮水血液渗透性上升口渴反应血液太稀失水反应血液渗透性下降失水(仿A.Mackenzieet.Al.,1999)第43页/共58页

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生物为保持内稳态发展了很多复杂的形态和生理适应，但是最简单最普通的方法是借助于行为的适应，例如借助于行为回避不利的环境条件。在外界条件的一定范围内，动物和植物都能利用各种行为机制使体内保持恒定性。虽然高等植物一般都不能移动位置，但许多植物的叶子和花瓣有昼夜的运动和变化。例如豆叶的昼挺夜垂的变化或睡眠运动、向日葵花序随太阳的方向而徐徐转动等。动物也常利用各种行为使自己保持一个稳定的体温。

在清晨温度比较低时，沙漠蜥常使身体的侧面迎向太阳，并把身体紧贴在温暖的岩石上，这样就能尽快地使体温上升到最适于活动的水平。随着白天温度逐渐升高，沙漠蜥会改变身体的姿势，抬起头对着太阳使身体迎热面最小，同时趾尖着地把身体抬高使空气能在身体周围流动散热。

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牛牛文库文档分享第44页/共59页适应适应(adapatation)：生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类，后者又包括可逆适应和不可逆适应。如桦尺蠖在污染地区的色型变化。适应方式（形态、生理、行为的适应）：形态适应：保护、保护色、警戒色与拟态行为适应：运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌生理适应：生物钟、休眠、生理生化变化营养适应：食性的泛化与特化适应组合(adaptivesuites):生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性，称适应组合。如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的适应。趋同适应和趋异适应胁迫适应第45页/共58页

牛牛文库文档分享第45页/共59页动物的保护色、警戒色与拟态A

树皮纺织娘(Barkkatydid)B

枭蝶(Owlbutterfly)C枯叶蝶

(Leaflikeinsect(Anaea))D

捕食花螳螂

(Predatoryflowermantis)E

蛙鱼(Frogfish)ABDEC第46页/共58页

牛牛文库文档分享第46页/共59页(自M.C.Molles,Jr,1999)仙仁掌和骆驼对高温干旱环境的适应第47页/共58页

牛牛文库文档分享第47页/共59页趋同适应和趋异适应

生活型生态型第48页/共58页

牛牛文库文档分享第48页/共59页第49页/共58页

牛牛文库文档分享第49页/共59页生活型和趋同适应趋同(convergence)适应：生活关系很远甚至完全不同的两个类群，长期生活于相似的环境中，表现相似的外部特征，据哟一相同或相近的生态位。由这种方式形成的生物适应类型称生活型。

如植物中的仙人掌科和大戟科植物；动物中海兽的鳍和鱼鳍；蝙蝠的前肢和鸟的翅膀。

生活型：生物对生活条件长期适应而在外貌上反映出来的植物或动物的生态类型。同一生活型的种类，不仅形态相似，适应特点也相似。第50页/共58页

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牛牛文库文档分享第51页/共59页辐射适应（趋异适应）和生态型

辐射(radiation)适应：同一生物长期生活在不同条件下，可能适应各自的环境而出现不同的形态结构和生理特性。由这种方式形成的生物适应类型称生态型。

生态型与分类学中亚种的联系与区别：亚种是分类学上的概念，是在长期的历史进化进程中的，具有不同的地理分布，由形态学上的明显差异；生态型则是生态学上的概念，是适应生态环境的结果，在形态上可能有区别，也可能没有。一个亚种可能只包含一个生态型，也可能包含几个生态型。

故生态型(ecotype)定义为：一个遗传上没有区别，局