种内和种间关系.ppt

1、第五章、种内与种间关系,1,基本内容： 第一节、种内关系 第二节、种间关系 重点内容： 密度效应 竞争与生态位理论、他感作用、捕食作用,1,种内和种间的关系：生物在自然界长期发育和进化的过程中，出现了以食物、资源和空间关系为主的种内和种间关系。,1,种内关系：生物种群内部的个体间的相互作用关系。 种间关系：生活于同一生境中的不同物种间的相互作用关系。,1,种内关系,种间关系,动植物性行为,互利共生 原始合作 竞争 寄生 捕食,密度效应,1,第一节、种内关系,在种内关系方面，动物种群和植物种群的表现有很大区别： 动物的种内关系主要表现为领域性、集群、分散、婚配制度、等级制、利他行为、通讯等。 植

2、物的种内关系主要表现为密度效应、集群等。,一、密度效应 二、动植物的性行为,植物的性别系统 动物的婚配制度 领域性 社会等级,1,一、密度效应,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。 种群的密度效应是由出生和死亡、迁入和迁出两对矛盾引起的。凡是影响出生率、死亡率、迁入和迁出的理化因子、生物因子都对种群密度起着调节作用,1,影响密度效应的因素划分,根据影响因素的种类，可以将其划分为密度制约和非密度制约。 根据影响因素作用类型，还可以将其划分为：内源性因素和外源性因素,捕食、寄生食物、竞争,气候因素 CO2浓度,遗传效应、病理效应、领域性效应,种间竞争

3、 食物和气候,1,植物的密度效应规律,最后产量恒值法则 -3/2自疏法则,1,最后产量恒值法则,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。 Donald研究了三叶草的密度与产量的关系（植株干重）。,1,1,2,3-最适密度,3-最适密度,4,5,1,开花后的三叶草,不同发育阶段的三叶草,1,最后产量恒值法则： Y=Wd=Ki 式中：W植物个体平均干重； d密度； Y单位面积产量； Ki常数。,原因：高密度条件下，竞争加强，生长率下降，个体变小。,1,-3/2自疏法则,自疏现象：在高密度样方中，植物出现死亡使得密度得以稀疏的现象。 自疏过程中存活个体的平均株干

4、重W与种群密度d之间的关系为： W = C d -a 两边取对数： lgW=lgc -algd 其中：a = 3/2,1,1,1,二、领域性,领域：是指由个体、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。 以鸣叫、气味标志或特异的姿势向入侵者宣告具领主的领域范围；以威胁或直接进攻驱赶入侵者等称领域行为。,鸟类；海豹、吼喉、长臂猿和猩猩的叫声可以传播的很远；青蛙和蜥蜴也能凭声音认出各自的领域,哺乳动物：群狼、小鼠和狐狸都用尿标记物质；犬科、猫科、犀牛、猿猴、啮齿动物常用唾液标记领域.,1,夏威夷蜜鸟:当领域内的食物丰富时几乎全天都在领域内活动，但当领域内的食物贫乏时，他便离

5、开领域，在领域附近结成小群漂泊觅食，但即使是这时，它也不完全放弃自己的领域，每天总要花一定时间在领域内活动并不断驱赶侵入领域的其他个体，此时的能量亏损在不久后当领域条件变好时会得到加倍的补偿，这种着眼于未来的行为就是长期权衡利弊的一个事例，也就是说从客观上讲，动物的领域行为常常不光是为了眼前利益，同时也会照顾到长远的利益。,1,褐色蜂鸟：他们每天约有75%的时间是停歇在栖枝上，只有25%的时间用于觅食。在迁飞时间常常改变取食地点以便适应资源迅速变化，一块草地今天可能一只蜂鸟也没有，正在开放的花朵也很少，但一周之后当成千上万朵花竟相开放时，就可能出现10多个被蜂鸟占有的领域，以占有领域的蜂鸟每天

6、都在调整自己领域的大小，当领域内的花朵密度增大时,它们就会缩小自己的领域，反之则扩大。因此，褐色蜂鸟领域的大小虽然可以相差100倍，但受它保卫的花朵却只有5倍之差。当花果数目被人为减少时。蜂鸟就会扩大自己的领域。以便使领域的产量能恢复到原来水平,1,动物领域性特点,领域面积随领域占有者的体重而扩大。 领域面积受食物品质的影响，食肉性种类的领域面积比同样体重的食草性种类大 领域行为和面积往往随生活史，尤其是繁殖节律而变化。,1,领域行为在生物学的意义,减少个体或群体之间的冲突，即攻击行为的发生 当资源有限时，能够保证占有者有足够的食物等 在繁殖季节，可以避免其他同种个体的干扰，有利于求偶交配育幼

7、等 熟悉该地区有利于回避敌害，有利于寻找食物,1,三、社会等级,定义：指动物种群中个体的地位具有一定顺序的现象。 社会等级现象形成的基础是支配行为，即支配-从属关系。 等级高的个体在食物、栖所、配偶选择中具有优先权。,1,思考：领域性、社会等级和种群调节,1,第二节、种间关系,种间关系是指不同物种种群之间的相互作用所形成的关系。两个种群的相互关系可以是间接的，也可以是直接的相互影响。,1,种间相互作用的基本类型,“+”得利；“-”受损；“0”无明显影响,正相互作用,1,本节重难点,重点内容： 竞争排斥原理 洛特卡-沃尔泰勒模型 生态位理论。 难点内容： 洛特卡-沃尔泰勒模型,1,一、种间竞争,

8、概念：具有相似要求的不同物种，为了争夺空间和资源，而产生的一种直接或间接抑制对方的现象。 竞争结果【两个（淘汰；习性变化）】： 一个种群被另一个种群完全排挤掉； 一个种群迫使另一种群占有不同的空间（空间分隔）；食性特化；其他生态习性分化，如时间分隔等。 竞争能力决定因素 生态习性、生活型、生态幅度,1,1、高斯假说（竞争排斥原理）,苏联生态学家，Gause，1934 生态位相近（如：相同资源利用方式）的两个物种不能在同一地区长期共存 草履虫为实验对象,1,草 履 虫,草履虫是一种身体很小，圆筒形的原生动物，它只有一个细胞构成，是单细胞动物，雌雄同体。最常见的是尾草履虫。体长只有180-280微

9、米。它和变形虫的寿命最短，以小时来计算，寿命时间为一昼夜左右。因为它身体形状从平面角度看上去像一只倒放的草鞋底而叫做草履虫。,1,双核小草履虫,大草履虫,1,物种越相似，它们的生态位重叠就越多，竞争就越激烈高斯假说 竞争排斥原理：在一个稳定的环境内，两个以上受资源限制的、但具有相同资源利用方式的物种会产生种间竞争现象，不能长期共存在一起。即完全的竞争者不能共存。,1,与密度无关的增长模型：dN/dt=rN 与密度有关的增长模型：逻辑斯蒂曲线 有一个环境容纳量(通常以K表示)，当Nt=K时，种群为零增长； 增长率随密度上升而降低的变化，是按比例的。 每增加一个个体，就产生1K的抑制影响。例如K=

10、100，每增加一个个体，产生0.01影响，或者说，每一个体利用了1K的“空间”，N个体利用了NK“空间”，而可供种群继续增长的“剩余空间”只有(1-NK)。 dN/dt=rN(1-N/K),2、Lotka-Volterra模型（洛特卡-沃尔泰勒模型）,复习,1,dN1 /dt = r1N1 (1-N1/K1) dN2 /dt = r2N2 (1-N2/K2),2、Lotka-Volterra模型（洛特卡-沃尔泰勒模型）,假设两个物种，当它们单独生长时增长曲线符合逻辑斯谛模型。,如果将这两个种放在一起时，它们之间会出现竞争,资源、食物、空间,1,假设两个参数：、 表示在物种1的环境中，每存在一个

11、物种2的个体，对于物种1产生的效应（物种2对1的竞争系数） 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产生的效应（物种1对2的竞争系数） 则有逻辑斯谛方程：,dN1 /dt = r1N1 (1-N1/K1) dN2 /dt = r2N2 (1-N2/K2),dN1 /dt = r1N1 (1-N1/K1-N2/K1) dN2 /dt = r2N2 (1-N2/K2-N1/K2),为什么？,1,各参数的含义,N1、N2：分别为两个物种的种群数量 K1、K2：分别为两个物种的环境容纳量 r1、r2 ： 分别为两个物种的种群增长率 、：物种2对物种1的竞争系数，物种1 对物种2的竞争系

12、数,1,K1/K2和K2/K1 ，物种2被排斥，物种1取胜 K1/K2或K2/K1，不稳定平衡点，均可能获胜 K1/K2和K2/K1 ，稳定的平衡点，两种共存,决定物种取胜的因素,从理论上看，物种1和物种2的竞争结果是由两个物种的竞争系数、和环境容量K1、K2共同决定的,1,K1/K2和K2/K1 物种1被排斥，物种2 取胜,K1/K2,物种2中的每个个体对物种1的影响物种2中每个个体对自身的影响,2对1的影响2自身的影响,K2/K1,物种1中每个个体对物种2的影响物种1中每个个体对自身的影响,1对2的影响1自身的影响,1,2对1的影响2自身的影响,1对2的影响1自身的影响,产生一个物种1,物

13、种1 （影响）,物种2 （影响）,大,小,存在竞争的物种1，物种2生活在同一环境下，将会出现以下情况,产生一个物种2,物种1 （影响）,物种2 （影响）,大,小,使得物种1处于劣势，物种1被排斥，物种2 取胜,1,K2/K1 物种2被排斥，物种1取胜,K1/K2,物种2中的每个个体对物种1的影响物种2中每个个体对自身的影响,2对1的影响2自身的影响,K2/K1,物种1中每个个体对物种2的影响物种1中每个个体对自身的影响,1对2的影响1自身的影响,1,2对1的影响2自身的影响,1对2的影响1自身的影响,产生一个物种1,物种1 （影响）,物种2 （影响）,小,大,存在竞争的物种1，物种2生活在同一

14、环境下，将会出现以下情况,产生一个物种2,物种1 （影响）,物种2 （影响）,小,大,使得物种2处于劣势，物种2被排斥，物种1取胜,1,K1/K2或K2/K1 不稳定的平衡点，两种可能获胜,K2/K1,物种1中每个个体对物种2的影响物种1中每个个体对自身的影响,1对2的影响1自身的影响,K1/K2,物种2中的每个个体对物种1的影响物种2中每个个体对自身的影响,2对1的影响2自身的影响,1,2对1的影响2自身的影响,1对2的影响1自身的影响,产生一个物种1,物种1 （影响）,物种2 （影响）,小,大,存在竞争的物种1，物种2生活在同一环境下，将会出现以下情况,产生一个物种2,物种1 （影响）,物

15、种2 （影响）,大,小,种间竞争种内竞争。不稳定的平衡点，两种可能获胜,或,1,K1/K2和K2/K1 稳定的平衡点，两种共存,K1/K2,物种2中的每个个体对物种1的影响物种2中每个个体对自身的影响,2对1的影响2自身的影响,K2/K1,物种1中每个个体对物种2的影响物种1中每个个体对自身的影响,1对2的影响1自身的影响,1,2对1的影响2自身的影响,1对2的影响1自身的影响,产生一个物种1,物种1 （影响）,物种2 （影响）,大,小,存在竞争的物种1，物种2生活在同一环境下，将会出现以下情况,产生一个物种2,物种1 （影响）,物种2 （影响）,小,大,种间竞争种内竞争。稳定的平衡点，两种共

16、存,和,1,K1/K2和K2/K1 ，物种2被排斥，物种1取胜 K1/K2或K2/K1，不稳定平衡点，均可能获胜 K1/K2和K2/K1 ，稳定的平衡点，两种共存,决定物种取胜的因素,从理论上看，物种1和物种2的竞争结果是由两个物种的竞争系数、和环境容量K1、K2共同决定的,1,洛特卡-沃尔泰勒模型的应用,通过分析一年生植物的竞争关系，可以提出一年生植物的竞争模型。 根据播种时及收获时种子数的比例进行分析：,1,大麦和燕麦竞争试验结果,大麦的输出比例输入比例,1,大麦和燕麦竞争试验结果,燕麦的输出比例输入比例,1,输入比率,输出比率,大麦和燕麦竞争试验输入-输出图,第1年年初,第1年年末,第2

17、年年初,第2年年末,第3年年初,第3年年末,1,输出比率,输入比率,第1年年初,第1年年末,第2年年初,第2年年末,第3年年初,第3年年末,大麦和燕麦竞争试验输入-输出图,1,输出比率,输入比率,第1年年初,第1年年末,第2年年初,第2年年末,其他情况-稳定平衡,平衡点,第1年年初,第1年年末,第2年年初,第2年年末,1,输出比率,输入比率,其他情况-稳定不平衡,平衡点,1,3、生态位理论,生态位：是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群之间的功能关系。 定义中的关键词时空上的位置、功能关系 通俗点说：它不仅说明生物居住的场所，而且也要说明它要吃什么、被什么动物所吃、它们的活

18、动时间、与其它生物的关系，以及它对生物群落发生的影响等所有方面。也就是说生态位是某一物种的个体与环境（包括非生物的和生物的环境）之间特定关系的总和。,1,生态位理论形成与发展,格里内尔（Grinell1917）: 定义为物种栖息地再划分的空间单位（具体的居住区域）空间生态位。 埃尔顿（Elton1927）：生态位是指物种在其群落中的地位和角色。强调与其他物种间的营养关系营养生态位。 哈钦森（Hutchinson1957）: 生态位指在N维空间中的一个物种能够存活和增殖的范围超体积和多维生态位。 奥德姆（Odum1971）: 生态位不仅包括生物占有的物理空间，还包括了它在生物群落中的地位和角色，

19、以及它们在各种环境变化梯度中的位置。,1,基础生态位与实际生态位,基础生态位(fundamental niche)：生物群落中，某一物种所栖息的理论上最大空间，即没有种间竞争的种的生态位。 实际生态位(realized niche)：当有竞争者时，必定使该物种只占据基础生态位的一部分，这一部分实际占有的生态空间称为实际生态位。 竞争种类越多，某物种占有的实际生态位越小。,实际生态位是生物之间的相互影响和物种自己对某些环境条件所具有选择性的共同结果,1,生态位与种内、种间关系,资源利用曲线 生态位重叠与种内关系 生态位分离与种间关系,种内竞争使得两物种的生态位接近 种间竞争又促使两物种的生态位分

20、离，或者一个种的灭亡,1,资源利用曲线,(a) 图生态位狭，相互重叠少； (b) 图生态位宽，相互重叠多。 d 为曲线峰值间的距离，w 为曲线的标准差,三个共存物种的资源利用曲线,dw，种间竞争较弱，种内竞争大 dw，种间竞争加强，种内竞争较弱,1,生态位重叠与种内关系,当两个物种的资源利用曲线完全分开时，则说明有些资源未被利用，那么扩展利用范围的物种将获得好处。 同时，对于生态位狭窄的物种，其激烈的种内竞争将进一步促使其扩展资源利用范围。,上述两个原因使得这两个物种的生态位越来越靠近，重叠部分增加，种间竞争也进一步加剧,1,生态位分离与种间关系,根据竞争排斥原理，生态位的重叠将导致某一物种的

21、灭亡，或者通过生态位的分化得以共存。 生态位分化的方式： 栖息地的分化(habitat differentiation) 领域的分化(territorial differentiation) 食性的分化 (feeding differentiation) 生理的分化(physiological differentiation) 体型的分化(body-size differentiation),1,生态位小结,同一稳定的群落中，占据了相同生态位的两个物种，其中一个种终究将被消灭（或被迫改变生态位） 同一稳定的群落中，没有任何两个种是直接的竞争者，因为这些种类的生态位有差别，所以减少了它们之间的竞

22、争，使自然界形形色色的生物物种各就各位，达到有序的平衡 一个相互起作用的、生态位分化的种群系统，各种群有其一定的生态位，在它们对群落的空间、时间、资源等的利用方面，以及相互作用的类型，都趋向于互相补充，而不是直接竞争。因此，由多个种群组成的群落就要比单一种群更能有效地利用环境资源，维持长期较高的生产力、具有更大的稳定性。,1,二、他感作用,指一种植物通过向体外分泌代谢过程中的化学物质，对其它植物产生直接或间接的影响。 他感作用的主要物质：克生物质 他感作用物质的分泌方式或途径：挥发、淋溶、根的直接分泌等。,1,他感作用的生态学意义,歇地现象 影响植物群落中的种类组成 影响植物群落的演替,1,歇

23、地现象,有些农作物不宜连作，否则会影响作物长势，降低产量。 早稻的根系会分泌对-羟基肉桂酸，对早稻的幼苗起到强烈的抑制作用，连作时长势不好。 红三叶草分泌的多种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。,1,影响植物群落中的种类组成,伯德 （H.B.Bode） 1985年研究了黑核桃树下几乎没有草本植物的原因：黑核桃树的树皮和果实含有氢化核桃酮（1-4-5-三羟基萘），当这种物质被雨水冲洗到土中，即被氧化成核桃酮，会对其他植物的生长产生抑制作用。,1,影响植物群落的演替,他感作用是植物群落演替的内在因素。 穆勒（Muller）1964,1966研究：北美加利福

24、尼亚草原原来由针茅和早熟禾构成，放牧和火烧后变成野燕麦和毛雀麦构成的一年生草本植物群落，后来由于生长在附近的芳香性鼠尾草灌木和蒿的叶子分泌樟脑和桉树脑等萜烯类物质，从而取代了一年生草本群落。,1,三、捕食作用,捕食：一种生物摄取其它种生物个体的全部或部分为食。前者称为捕食者，后者称为猎物或被食者。 狭义：肉食动物捕食其它动物 广义：还包括食草动物的食草作用、拟寄生（寄生蜂将卵产于其它动物卵中，在幼虫体内生长）、同类相食。,1,1,捕食者与被食者的关系,被食者是捕食者的食物资源 捕食者对被食者种群有调节作用： 捕食者动物的数量减少，可能破坏捕食者-被捕食者系统的平衡，引起被食者种群的过度增殖而最终出现“崩溃”的局面； 捕食者有利于提高被食者种群的素质。 被食者的种群数量变化对捕食者产生影响； 捕食者与被食者协同进化。,协同进化：两个相互作用的物种在进化过程中发展的相互适应的共同进化。 例如：一种植物由于食草昆虫所施加的压力而发生遗传变化，这种变化又导致昆虫发生遗传性变化。,1,1,捕食者与被食者的相互适应,捕食者动物的适应 形态结构适应：感觉