生态学第三章种群生态学

生态学第三章种群生态学第1页，课件共77页，创作于2023年2月3.3种群内、外的相互作用3.3.1概述3.3.2种内关系3.3.3种间关系第2页，课件共77页，创作于2023年2月3.3.1概述种内关系：生物种群内部的个体间的相互作用；种间关系：生活于同一生境中的物种间的相互作用；种内、种间相互作用的种类：（1）竞争（2）捕食、自相残杀（3）互利共生（4）寄生第3页，课件共77页，创作于2023年2月种间相互作用的基本类型第4页，课件共77页，创作于2023年2月3.3.2种内关系（1）密度效应（2）性别生态学（3）领域性和社会等级（4）他感作用第5页，课件共77页，创作于2023年2月（1）密度效应

在一定时间内，当种群的个体数目增加时，就必定会出现邻接个体之间的相互影响。最后产量衡值法则-3/2自疏法则第6页，课件共77页，创作于2023年2月食物种群数量第7页，课件共77页，创作于2023年2月最后产量衡值法则：

在一定范围内，当条件相同时，不管一个种群的密度如何，最后产量差不多总是一样的。Y=Wad=Ki

Y单位面积产量，Wa植物个体平均重量，

d为密度，Ki常数原因：密度增加时，竞争加强，生长率下降，个体变小。第8页，课件共77页，创作于2023年2月密度效应第9页，课件共77页，创作于2023年2月-3/2自疏法则自疏现象：同一种植物因密度增高而引起部分个体死亡，从而维持一个相对稳定的密度。自疏导致的密度和个体重量的关系：

W=Cd-3/2

其中：W表示植物个体均重；d为密度；C为常数。

双对数曲线斜率为-3/2,故称为-3/2自疏法则。第10页，课件共77页，创作于2023年2月Self-thinningintheryegrass第11页，课件共77页，创作于2023年2月Regressionlinesfromself-thinningcurvesfor31standsofdifferentspeciesofplants每株植物平均干重（g）植物密度（株/m2）第12页，课件共77页，创作于2023年2月

（2）性别生态学内容：性别关系类型、动态及环境因素对性别的影响。两性细胞的结合与有性繁殖性比性选择植物的性别系统动物的婚配制度第13页，课件共77页，创作于2023年2月两性细胞的结合与有性繁殖有性繁殖的种类雌雄异体雌雄同体，异体受精

对于生活在密度很低和配偶相遇很少的边雌雄同体，同体受精

缘生境里的生物，可提高繁殖机率。

有性繁殖和无性繁殖的利弊无性生殖：迅速占领生境、保证遗传的稳定性；有性生殖：产生不同基因型的后代、适应变化的环境；红皇后效应：病原体-宿主的相互作用，促进两者有性生殖的共同进化。捕食和寄生攻击寄主，大量淘汰性状不变的个体，而进行有性生殖的基因型寄主得以延续。第14页，课件共77页，创作于2023年2月性比性比：通常以种群中雄性个体对雌性个的相对数量表示。♂：♀Fisher氏性比理论：性比趋于1:1稀少型有利：数量少的性别具有较高的适合度；两性相等投入：便宜的性别具有更多的后代数，例：：哺乳类出生时的性比一般♂性偏高，而与之相应的是♂性幼体的死亡率高于雌性；局域资源竞争：雄性后代一般离开母体的家区向外扩散，有利于提高生殖机遇。局域交配竞争：一些无脊椎动物产生较少的♂性后代，以满足同胞姊妹间交配竞争，并减少浪费。第15页，课件共77页，创作于2023年2月性选择概念：动物雌雄的行为、大小、形态等次生性征的差异而构成配偶及交配竞争，即性选择。性内选择(配偶竞争)：通过同性成员间的配偶竞争产生的性选择。性间选择(对异性的偏爱)：通过偏爱异性的某个独特特征产生的性选择。让步赛理论：拥有奢侈特征（如雄性大尾、艳丽等）的个体有较好的基础，能够忍受较大异性交往的能量消耗，从而得以延续。Fisher氏私奔模型：两性同时对选择特征编码，并共同遗传进化。

第16页，课件共77页，创作于2023年2月植物的性别系统雌雄同花(两性花)：具有授粉成功的双保险。

同株异花(单性花)：如玉米、南瓜等；雌雄异花

雌雄异株(单性花)：如银杏等。

能减少同系交配的机率，具有异型杂交的优越性。原因：是适应环境和进化策略。

雌雄异株实际上是回避两性竞争的对策，增加了两性利用不同资源的能力，也减少了食种子动物的压力。

藤露兜树实例：沙蒙狐蝠摄食藤露兜树花序的肉质苞片，对雄花序、两性花序和雌花序的破坏机率分别是96%、69%和6%，食雄花虽被破坏的同时，已完成了传粉功能，单性雌花由于特殊结构少受伤害得以完成繁衍。即雌雄异株个体成为适者而生存进化。第17页，课件共77页，创作于2023年2月动物的婚配制度婚配制度

包括群体内婚配的类型，异性的相互识别，配偶数目，持续时间以及对后代的抚育等。婚配制度的类型单配制：如天鹅、丹顶鹤、鸳鸯、狐、鼬等；一雌多雄制：很普遍，例：一雄多雌制：较少，如距翅水雉，由雄鸟孵卵和育雏。决定婚配制度的生态因素环境资源的质量和分布：如食物和营巢地第18页，课件共77页，创作于2023年2月（3）领域性和社会等级领域性(territoriality)领域：指由个体、家庭或其他社群单位所占据的，并积极保卫不让同种其他成员侵入的空间；领域行为：鸣叫、气味标志、威胁、直接进攻入侵者。领域面积与动物及环境的关系：体重、食物品质、季节社会等级(socialhierarchy)社会等级现象：动物种群中个体的地位具有一定顺序的现象社会等级的形成：支配行为社会等级的意义：优胜劣汰第19页，课件共77页，创作于2023年2月第20页，课件共77页，创作于2023年2月（4）他感作用他感作用(allelopathy)

植物体、微生物通过向体外分泌代谢过程中的化学物质（克生物质），对其他植物产生直接或间接影响的现象。存在于种内和种间。例如：（1）早稻就是不宜连作的农作物，它的根系分泌的对－羟基肉桂酸，对早稻的幼苗起强烈的抑制作用，连作时则长势不好，产量降低。（2）红三叶草（Trifoliumpraterse）是繁殖力很强的牧草植物，它常形成较纯的群落，排挤其他的杂草植物。红三叶草含有多种异黄酮类物质，这些异黄酮类物质及其在土壤中被微生物分解而成的衍生物对其他植物的发芽起抑制作用，因而成为不宜连作的原因。

克生物质：乙烯、香精油、酚及其衍生物，不饱和内脂、生物碱、配糖体等。生态意义对农林业生产的影响：歇地形象；影响植物群落的种类组成；植物群落演替的重要内在因素。第21页，课件共77页，创作于2023年2月3.3.3种间关系种间关系

指两个或多个不同物种在共同的时间和空间环境中生活，由于不同物种相互成为环境因子，形成了不同物种之间的相互作用。主要研究方向：相互动态：相互作用的不同物种的种群动态协同进化：物种在进化上的相互作用种间关系类型：1、种间竞争2、捕食作用3、寄生和共生次生代谢产物在种间关系中的作用种群的生态对策

第22页，课件共77页，创作于2023年2月1、种间竞争高斯假说竞争的类型和特征Lotka-Volterra模型生态位理论竞争释放和性状替换概念：

两种或多种生物因利用共同资源而产生的使其受到不良影响的相互关系称为种间竞争。竞争结果：一方获胜，另一方被抑制或消灭。竞争能力：生态习性生活型生态幅度第23页，课件共77页，创作于2023年2月高斯假说(竞争排斥原理)在一个稳定的环境中，生态位相同的物种不能长期共存在一起。将高斯原理推广，在一个稳定的群落中，占据相同生态位的两个物种，其中必有一个物种最终被消灭；在一个稳定的群落中，没有任何两个种是直接的竞争者；群落是个生态位分化了的系统，种群之间趋于相互补充，而不是直接的竞争者。

要求相同资源的两个物种不共存于一个空间。长期共存在同一地区的两个物种，由于剧烈竞争，他们必然会出现栖息地、食物、活动时间或其他特征上的生态位分化。第24页，课件共77页，创作于2023年2月高斯假说

Growthcurvesfor

ParameciumaureliaandP.caudatuminseparateandmixedcultures分别在各自的空间相处在同一个空间第25页，课件共77页，创作于2023年2月星杆藻(Asterionella)和针秆藻(Yynedra)种群密度针杆藻

星杆藻种间竞争第26页，课件共77页，创作于2023年2月生态位的分化Resourcepartitioning第27页，课件共77页，创作于2023年2月ResourcepartitioningResourcepartitioningisdemonstratedbythefeedinghabitsoffivespeciesofNorthAmericanwarblers.Eachoftheseinsect-eatingspeciessearchesforfoodindifferentregionsofsprucetrees.莺资源分化第28页，课件共77页，创作于2023年2月竞争的类型和特征种间竞争的类型利用性竞争：通过损耗资源；干扰性竞争：竞争个体间直接相互作用。种间竞争的特征不对称性；对不同资源竞争的结果相互影响。第29页，课件共77页，创作于2023年2月Lotka-Volterra模型假设两个物种，单独生长时增长曲线为逻辑斯蒂模型若将两个物种放在一起，他们发生竞争，从而影响其他种群增长：假设α表示在物种1的环境中，每存在一个物种2的个体，对于物种1的效应。β表示在物种2的环境中，每存在一个物种1的个体，对于物种2的效应，则有逻辑斯蒂方程：dN1/dt=r1N1(1-N1/K1

–αN2/K1)dN2/dt=r2N2(1-N2/K2

–βN1/K2）第30页，课件共77页，创作于2023年2月种间竞争示意图βα/β第31页，课件共77页，创作于2023年2月种间竞争示意图αβ第32页，课件共77页，创作于2023年2月种间竞争结果K1>K2/β，K1/α>K2：

物种2被排斥，物种1取胜K1<K2/β，K1/α<K2：

物种1被排斥，物种2取胜K1<K2/β，K1/α>K2：稳定的平衡点，两种共存K1>K2/β，K1/α<K2：

不稳定的平衡点，两种均可能获胜

第33页，课件共77页，创作于2023年2月生态位理论生态位(niche)

指物种在生物群落或生态系统中的地位和角色；在自然生态系统中一个种群在时间、空间上的位置及其在相关种群之间的功能关系(n-维生态位)。

生物生长发育的不同时期生态位不同。基础生态位和实际生态位基础生态位：物种能栖息的、理论上最大的空间；实际生态位：物种实际占有的空间。生态位分化资源利用曲线生态位重叠导致中间竞争加剧，导致物种灭亡或

生态位分离极限相似性第34页，课件共77页，创作于2023年2月Threedimensionsoftheniche水的溶氧水的盐度被食者数量3维—生态位第35页，课件共77页，创作于2023年2月种的生态位第36页，课件共77页，创作于2023年2月Fig.Theprocessofcharacterdisplacement

(a)individualsofonespeciesthatuseresourcesinregionsthatdonotoverlapwiththeotherspecieshaveaselectiveadvantage.第37页，课件共77页，创作于2023年2月第38页，课件共77页，创作于2023年2月竞争释放和性状替换竞争释放(competitiverelease)缺乏竞争者时，物种扩张其实际生态位的现象.例：新几内亚的3种地鸽，同在一地域时，各自处于不同的生境——灌木、次生林和雨林；而只有其中一种地鸽在某一地域时，它们同时使用3种生境。即，3种地鸽的竞争导致生态位分化，而单一地鸽的存在发生竞争释放。性状替换(characterdisplacement)竞争产生的生态位收缩导致形态、行为和生理性状变化的现象。例：收获蚁的下的大小与其他争食（种子）的蚂蚁的数量呈负相关。

即，当来自其他种类的蚂蚁竞争加剧时，收获蚁的下颚变得更小，以适应摄食体积更小的种子。第39页，课件共77页，创作于2023年2月2、捕食作用相关概念捕食者和猎物食草作用第40页，课件共77页，创作于2023年2月捕食的相关概念捕食(predation)：生物摄取其他生物个体（猎物）的全部或部分为食的现象。广义的捕食概念：典型的捕食：袭击猎物后迅速杀死而食之。食草作用：仅摄食被猎生物的部分身体，并不一定杀死它。寄生和拟寄生：生活与被食者身体上或组织中。同类相食：同种个体间的蚕食。食肉动物、食草动物和杂食动物；特化种、泛化种；单食者、寡食者、广食者。第41页，课件共77页，创作于2023年2月捕食者和猎物捕食者和猎物的协同进化Lotka-Volterra捕食者－猎物模型自然界中捕食者对猎物种群数量的影响第42页，课件共77页，创作于2023年2月捕食者和猎物的协同进化捕食者适于捕食的特征：

利用锐齿、利爪、尖喙、毒牙等工具，诱饵追击、集体围猎等；猎物逃避捕食的对策：

保护色、警戒色、拟态、假死、集体抵御等。自然选择对捕食者和猎物的对立选择：对于捕食者的选择：提高发现、捕获和取食的效率；对于被食者的选择：提高逃避和降低被食的效率。

精明的捕食者：一般捕食老、弱、病、残和非繁殖年龄的个体。人类应该对野生动物的捕猎行为怎样做？第43页，课件共77页，创作于2023年2月捕食者和猎物第44页，课件共77页，创作于2023年2月.Fig.TheAmericanbittenareexamplesofcrypticcoloration第45页，课件共77页，创作于2023年2月Fig.awhite-tailedptarmigan.Preyadaptations第46页，课件共77页，创作于2023年2月保护色第47页，课件共77页，创作于2023年2月警戒色第48页，课件共77页，创作于2023年2月警戒色第49页，课件共77页，创作于2023年2月第50页，课件共77页，创作于2023年2月Lotka-Volterra捕食者－猎物模型条件：一种捕食者和一种猎物；捕食者和猎物数量相关；无捕食者时猎物指数增长、无猎物时捕食者指数减少。模型dN/dt=r1N-εPNdP/dt=r2P-θPN猎物零增长:

r1N=εPN

或P=r1/ε捕食者零增长：

r2P=θPN或

N=r2/θ

不论种群起始数量如何，都出现猎物和捕食者数量交替升降的循环。第51页，课件共77页，创作于2023年2月PREDATOR-PREYRELATIONSHIPSPopulationcyclesofsnowshoeharesandtheirlynxpredatorsbasedonthenumbersofpeltsreceivedbytheHudsonBayCompany第52页，课件共77页，创作于2023年2月PREDATOR-PREYRELATIONSHIPSOut-of-phasefluctuationsinlaboratorypopulationsoftheazulibeanbeetleanditsbraconidwasppredator.第53页，课件共77页，创作于2023年2月Predator-PreyRelationships第54页，课件共77页，创作于2023年2月自然界中捕食者对猎物种群数量的影响两种主要观点任一捕食者的作用，只占猎物种群死亡率的一小部分，捕食者仅对猎物种群有微弱影响。例：蛇和田鼠捕食者只是利用了猎物种群中超出环境容量的部分个体，对猎物种群大小没有影响。例：雀鹰和大山雀捕食者对猎物数量有明显影响的证据热带岛屿引入捕食者后猎物种群的灭绝原因：无反捕食对策第55页，课件共77页，创作于2023年2月食草作用食草对植物的危害和植物的补偿作用危害：随受损部位、发育阶段的不同而异；补偿：自然落叶减少、单位光和面积提高、增加种子重量。植物的防卫反应毒性与差的味道；防御结构：钩、倒钩、刺植物与食草动物的相互动态放牧系统：植物-食草动物相互作用系统牧场依靠放牧维持较高的生产力；过度放牧引起草场退化。植物和草食动物的协同进化协同进化是指在进化过程中，一个物种的性状作为另一物种性状的反应而进化，而后一物种的性状本身又作为前一物种性状的反应而进化的现象。例：第56页，课件共77页，创作于2023年2月植物的防卫措施第57页，课件共77页，创作于2023年2月3、寄生与共生寄生偏利共生互利共生第58页，课件共77页，创作于2023年2月寄生(parasitism)寄生的相关概念寄生物与寄主的相互适应与协同进化寄生物与寄主种群的相互动态社会性寄生物第59页，课件共77页，创作于2023年2月寄生的相关概念寄生的概念：一个物种寄居于另一个物种（寄主）体内或体表、靠寄主体液、组织或已消化物质获取营养而生存。寄生蠕虫（寄主为动物，如蛔虫）和昆虫（植物寄主，如蚜虫）专性寄生（单一寄主）和兼性寄生（两个以上寄主）：拟寄生物：如寄生蜂和蝇，在寄主体内产卵，通常致寄主死亡。食尸动物：第60页，课件共77页，创作于2023年2月Deformedfrog–resultingfromaparasiticinfectionMicroparasiteMacroparasiteParasitism第61页，课件共77页，创作于2023年2月寄生物与寄主的相互适应与协同进化寄生物对寄生生活的适应感官和神经系统退化超强的繁殖能力复杂的生活史：转换寄主寄主对疾病的反应免疫反应：细胞免疫反应和B-细胞免疫反应行为对策：整理毛、羽，逃离病区植物和低等动物的反应：非特异性免疫、局部细胞死亡、提前落叶寄生物与寄主的协同进化负作用→→减弱→→互利共生第62页，课件共77页，创作于2023年2月Myxoma病毒和欧洲兔——抗毒性

（1）欧洲兔于1859年引进澳洲，随后即快速扩散，过度啃

食，显著影响当地食草动物的草源；（2）澳洲于1950年使用Myxoma病毒来控制澳洲兔种群；（3）开始使用Myxoma病毒时的毒性极强，数天內即可杀

死宿主；（4）但是经过数年后，Myxoma病毒的毒性显著的下降。第63页，课件共77页，创作于2023年2月寄生物与寄主种群的相互动态与捕食者-猎物的相互作用类似寄主密度增加→寄生物广泛扩散和传播→寄主种群因流行病而急剧缩小→寄主提高免疫力→易感种群减小、疾病传染力下降→寄主密度增加→……与捕食者-猎物种群类似的寄主种群循环寄主密度增加→寄生物扩散和传播的机会增加→寄主种群因流行病而缩小→寄生物种群也随之减小→寄主种群上升→……第64页，课件共77页，创作于2023年2月社会性寄生物社会性寄生的概念寄生者不摄取寄主组织，而是让寄主为其提供食物或其他利益。鸟类的巢寄生种内巢寄生：鸭种间巢寄生：大杜鹃、褐头牛鹂蚂蚁的社会性寄生强迫其他种的工蚁为其饲育幼体。第65页，课件共77页，创作于2023年2月雌杜鹃通常把蛋下到别的鸟窝里——巢寄生

第66页，课件共77页，创作于2023年2月偏利共生共生对一方有利、对另一方无害的共生类型附生植物与被附生植物是一种典型的偏利共生，例如：地衣、苔藓、某些蕨类以及很多高等的附生植物（如兰花）附生在树皮上，借助于被附生植物支撑自己，获取更多的光照和空间资源。

吸附在鲨鱼腹上的鱼。

第67页，课件共77页，创作于2023年2月互利共生互利共生的概念：

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，相互依赖、相互储存、双方获利。互利共生的类型：共生性与非共生性互利共生：植物与菌根、根瘤菌，植物与昆虫、清洁鱼与顾客鱼专性与兼性互利共生：地衣、珊瑚，植物与固氮菌、有花植物与动物防御性互利共生：黑麦草与麦角真菌、植物与蚂蚁动物体内的共生性互利共生：肠道菌群互利共生和进化互利共生可能来源于寄生物-寄主、捕食者-猎物关系或其他共栖者真核细胞来源于原核共生体：叶绿体、线粒体来自原核生物第68页，课件共77页，创作于2023年2月互利共生的不同类型行为上互利共生：鼓虾与丝缎虎种植和饲养的互利共生：切叶蚁与真菌传粉、传播种子动物与植物的互利共生：蜜蜂采花蜜高等植物与真菌-菌根的互利共生：豆科植物的根瘤防御性互利共生：黑麦草与麦角真菌生活在动物组织或细胞内的共生体：白蚁与鞭毛虫第69页，课件共77页，创作于2023年2月针叶树的根瘤菌左边的沒有根瘤菌共生右边的有根瘤菌共生第70页，课件共77页，创作于2023年2月

Mutualism

TheplantsofthegenusYuccaareeachpollinatedexclusivelybyonespeciesofyuccamoth.Thisinsectcannotcompleteitslifecyclewithanyotherplant.Thereforeeachspeciesmutuallybenefitsoneanother.第71页，课件共77页，创作于2023年2月次生代谢产物在种间关系中的作用次生代谢物是一些非基本生命活动所必需的物质，与生物的基础代谢无直接的关系。主要是生物碱、萜类、黄酮类、醌类、酚酸类、脂族化合物、非蛋白质氨基酸、聚乙炔类、生氰糖甙、单宁、多环芳香族化合物等。

化学生态学（chemicalecology）是研究生物之间以及生物和非生物环境之间化学联系的科学。生物的次生代谢产物是生物之间建立化学联系的媒介——化感作用。第72页，课件共77页，创作于2023年2月化感作用

（allelopathy）化感作用：指植物（包括微生物）通过向周围环境中释放化学物质影响邻近植物生长发育的化感作用现象。化感途径：

淋溶、挥