第2章 1生物与环境.ppt

1、赤峰学院生命科学系,1,2020/7/21,第一节 生物种的概念,一、生物种的概念： 分类学家常把自然界中同形生物个体归为一种 注：但对于什么是物种？存在着不同的认识。 通常采用CLinna对种的定义。,赤峰学院生命科学系,2,2020/7/21,17世纪，J. Ray植物志：种是“形态相似的个体之集合”，具有通过繁殖而永远延续的特点。 1753年，C. Linna植物种志：种是形态相似的个体的集合，同种个体可以自由交配，能产生可育的后代，不同种之间的杂交则不育。 1963年，美国现代生物学家迈尔（E. Mayr）认为“能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合构成一个种”，而“种群是某一地区具有实

2、际或潜在杂交能力的个体的集群”。 不同物种存在明显的形态上的不连续性和不同形式的生殖隔离。物种是由内在因素（生殖、遗传、生理、生态、行为）联系起来的个体的集合，是自然界中的一个基本进化单位和功能单位。例：水稻和玉米，马和驴。,赤峰学院生命科学系,3,2020/7/21,生物种的分类方法: 1）形态特征为依据:由于大多数物种在形态上易于识别和区分,后来的多数分类学家主要以形态特征作为识别和区分物种的依据。 二、生态适应 生物有机体或其各部分在与环境的长期相互作用中可形成一系列具有生存价值的特征；依靠这些特征能免受各种环境的侵害，并能有效从其生境获得所需要的物质和能量，使个体的发育不致异常或中断，

3、此现象称为生态适应。,赤峰学院生命科学系,4,2020/7/21,2）数量分类方法：把种的特征数量化，即根据表型相似性或表型距离进行聚类分析，并得出一系列不同等级的聚类群。但把种划在哪个等级上只能人为决定，不同的人可以有不同的归类标准，模糊了物种存在的客观性。表型分类法只强调形态的相似性。,赤峰学院生命科学系,5,2020/7/21,3）美国现代生物学家E.Mayr(1963)从种群遗传角 度把种定义为“能实际的或潜在的彼此杂交的种群 的集合”，而“种群是某一地区具有实地或杂交能力 的个体的集群”。但有人指出，以可杂交性对种进 行分类在理论上是十分重要的，但应用于野外操作 的可能性较差，因为在

4、野外识别其可杂交性有很大 困难。此外，生物间的杂交能力很少达100%。如 两个种群杂交能力达55%，哪两个种群算不算一个 种？可见，这种划分也有一定局限性。,赤峰学院生命科学系,6,2020/7/21,基因型(genotype)和表型(phenotype) 基因型：种的遗传本质，是生物性状表现所必须具备的内在因素。 表型：是与环境结合后实际表现出的可见性状。 可塑性：一个物种的性状随环境条件而改变（一种非遗传性变化）的程度称做该种的可塑性，或称表现型的可塑性。 即：一定的基因型在某一环境里可能支配着一组性状，呈现出一种表现型；而在另一环境里则呈现出另一种表现型（植物生态学、祝廷成、P175）。

5、,种的性状： 分两类：基因型与表型,赤峰学院生命科学系,7,2020/7/21,变异：包括非遗传性变异和遗传性变异。 非遗传性变异：植株的高低、叶子的大小、分支 的多少等。 遗传性变异：来自基因型的改变，主要是通过 “突变”与基因的重组实现，这类变异是可以遗传的 一个种内的所有个体并非是完全同质的，存在 着各种各样的变异。如果变异幅度朝一个方向继续 变化，则可导致种的分化。,赤峰学院生命科学系,8,2020/7/21,趋同适应：在自然界不同种的生物在相同的生境条件下，往往能沿着同一生态适应的方向发展形成趋同适应，可能在生理、行为和形态等方面会表现出相似性。典型例子：生活型，如旱生植物。 趋异适

6、应：同一种生物在不同的生境条件下，由于环境的作用，在生理、行为和形态等方面可能发生改变，并且此改变能通过遗传被固定下来形成不同的类群。典型例子：棕熊-北极熊。,赤峰学院生命科学系,9,2020/7/21,第二节 环境的概念及其类型,一 环境的概念 环境(environment)：是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。 环境的相对意义：环境总是针对某一特定主体或中心而言。生物科学中，生物是主体；而环境科学中，人类是主体。太阳和地球是生物生存最根本的环境基础。现今的地球环境是已经被生物强烈改造过的环境。,赤峰学院生命科学系,10,2020

7、/7/21,理解环境概念的要点： 相对的概念，针对某一主体而言的，主体不同，环境的范围大小不同。 环境是某一主体周围一切事物的总和。 太阳和地球是生物生存最根本的环境基础。 现今的地球环境是已经被生物强烈改造过的环境,赤峰学院生命科学系,11,2020/7/21,二 环境的类型 按环境的主体分为:人类环境和生物环境。 按环境的性质分为：自然环境、半自然环境和社会环境。 按环境的范围分为： 宇宙环境(space environment):大气层以外的宇宙空间。 地球环境(global environment)：5个圈层：大气圈（对流层），水圈，土壤圈，岩石圈，生物圈。 区域环境(regional

8、 environment)：由地球表面5个圈层相互配合而形成。 微环境(micro-environment)：某一个（或几个）圈层的细微变化而产生的环境差异所形成的小环境。如巢穴，粪堆等。 内环境(inner envrionment)：生物体内组织或细胞间的环境。如叶片内部直接和叶肉细胞接触的气腔、气室和通气系统。,赤峰学院生命科学系,12,2020/7/21,3、按环境的范围大小可将环境分为五类： 宇宙环境(space environment 或称星际环境、空间环境)：指大气层以外的宇宙空间，是人 类活动进人大气层以外的空间和地球邻近天体的过 程中提出的新概念。对太阳系中的地球而言，整个 太

9、阳系就是地球生存和运动的宇宙环境。,赤峰学院生命科学系,13,2020/7/21,地球环境(global environment或称地理环境 geoenvironment、全球环境)指大气圈中的对流 层、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈包括人。 地球环境与人类及生物的关系尤为密切。其中 生物圈中的生物把地球上各个圈层的关系密切地联 系在一起，并推动各种物质循环和能量转换。对栖 息于地球表面的动植物而言，整个地球表面就是它 们生存和发展的环境。,赤峰学院生命科学系,14,2020/7/21,区域环境(regional environment)指占有某一特定地域空间的自然环境，它是由地球表面不同地区的

10、5个自然因层相互配合而形成的。 不同地区，形成各不相同的区域环境特点，分 布着不同的生物群落。,赤峰学院生命科学系,15,2020/7/21,微环境(microenvironment)指区域环境中，由 于某一个(或几个)圈层的细微变化而产生的环境差 异所形成的小环境。 生物群落的镶嵌性就是微环境作用的结果。,赤峰学院生命科学系,16,2020/7/21,内环境(inner environment)指生物体内组织或细胞间的环境。对生物体的生长和繁育具有直接的影响。 例如，叶片内部，直接和叶肉细胞接触的气腔、气室、通气系统，都是形成内环境的场所。内环境对植物有直接的影响，且不能为外环境所代替。,赤

11、峰学院生命科学系,17,2020/7/21,三 、环境因子分类 R.F.Daubenmire（道本迈尔）分为3类：气候类、土壤类和生物类。7个并列项目为：水分、温度、光照、大气、火、土壤和生物因子。 Dajoz（达若）按生物有机体对环境的反应和适应性分为： 第一性周期因子：宇宙天体的周期性运动所产生，如光、大气温度、潮汐因子周期等； 次生性周期因子：由第一性因子周期变化决定，如大气湿度、土壤湿度、风、土壤温度等； 非周期性因子：包括相对稳定不变的因子，如大气成分和某些土壤养分等；和间断发生作用的环境因子，如火山爆发、地震、雪崩、滑坡及人类干挠活动等。,赤峰学院生命科学系,18,2020/7/2

12、1,Gill(1975年)将非生物环境因子分为三个层次： 植物生长所必需的环境因子，如温、光、水、空气、营养、能量等。 不以植被是否存而发生的对植物有影响的环境因子，如风暴、火山爆发、洪涝等。 存在与发生受植被影响，反过来又直接或间接影响植被的环境因子，如放牧、火烧等。,赤峰学院生命科学系,19,2020/7/21,第三节 生态因子作用分析,一 生态因子的概念 生态因子(ecological factors)：是指环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。如温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳等。 环境因子(environmental factors)：生物有机体以外

13、所有的环境要素。 二者区别：生态因子是环境因子中对生物起作用的因子，而环境因子则是指生物体外部的全部要素。,赤峰学院生命科学系,20,2020/7/21,生存条件（existence condition ）：生物生长发育所必需的生态因子被称为生存条件。 生态环境(ecological environment)所有生态因子构成生物的生态环境。 生境(habitat)：具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境称为生境，其中包括生物本身对环境的影响。,赤峰学院生命科学系,21,2020/7/21,二 生态因子的类型 通常分为生物因子和非生物因子两大类 生物因子（biOtic factors）：有机体

14、（同种和异种） 非生物因子（abiotic factors）：温度、光、湿度、pH、氧气等 道本迈尔将生态因子分为五类： 气候因子(climatic factors)、土壤因子(edaphic factors) 、地形因子(topographic factors) 、生物因子、人为因子(anthropogenic factors) Begon等将非生物因子分为条件和资源两类 条件（不可消耗）：温度、湿度、 pH等 资源（可消耗）：营养物质、水等。,赤峰学院生命科学系,22,2020/7/21,Simith(1935)：根据因子的变化对生物数量的影响状况分为： 密度制约因素：因子的变化程度不同，

15、生物数量也发生变化。主要是生物因子。 非密度制约因素：因子的作用强度不随种群密度而变化，对种群数量无调节作用，这类因子主要是非生物因子，如温度、降水等。 蒙恰斯基,1953年：分为稳定因子和变动因子 稳定因子(steady factors)：地心引力、地磁、太阳辐射常数等长年恒定的因子 变动因子(variable factors)：周期性变动(春夏秋冬、潮夕涨落)；非周期性变动(风、降水、捕食),赤峰学院生命科学系,23,2020/7/21,三 生态因子作用的一般特征 综合作用：环境中各种生态因子不是孤立存在的，而是彼此联系、互相促进、互相制约，任何一个单因子的变化，都必将引起其他因子不同程度

16、的变化及其反作用。如光强度变化引起大气、土壤温度的变化。 主导因子作用（非等价性）：在诸多环境因子中，有一个对生物起决定性作用的生态因子，称为主导因。主导因子发生变化会引起其他因子也发生变化。如光合作用，春化作用 。,赤峰学院生命科学系,24,2020/7/21,直接作用和间接作用：区分生态因子的直接作用和间接作用对认识生物的生长、发育、繁殖及分布都很重要。环境中的地形因子，其起伏程度、坡向、坡度、海拔高度及经纬度等对生物的作用不是直接的，但它们能影响光照、温度、雨水等因子的分布，因而对生物产生间接作用，这些地方的光照、温度、水分状况则对生物类型、生长和分布起直接的作用。,赤峰学院生命科学系,

17、25,2020/7/21,阶段性作用：由于生物生长发育不同阶段对生态因子的需求不同，因此，生态因子对生物的作用也具阶段性，这种阶段性是由生态环境的规律性变化所造成的。光照长短(春化阶段和光周期阶段)，大马哈鱼、鳗鲡的洄游。 不可代替性和补偿作用：环境中各种生态因子对生物的作用虽然不尽相同，但都各具有重要性，尤其是作为主导作用的因子，如果缺少，便会影响生物的正常生长发育，甚至造成其生病或死亡。所以从总体上说生态因子是不可代替的，但是局部是能补偿的 。如软体动物钙和锶。 生态因子的补偿作用只能在一定范围内作部分补偿，而不能以一个因子代替另一个因子，且因子之间的补偿作用也不是经常存在的。,赤峰学院生

18、命科学系,26,2020/7/21,四 生态因子的限制性作用 1 限制因子(limiting factors) 在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子。（例如，氧气是水生生物的限制因子）是影响生物生存和发展的关键性因子。 限制因子概念的意义 为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点； 有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。,赤峰学院生命科学系,27,2020/7/21,理解：限制生物生存和繁殖的关键性因子就是限制性因子 。 当某一因子不能满足生物一生或某一发展阶段的生存需要时，就可成为限制因子。 在繁殖期，最容易

19、阻挠和限制生物繁殖的因子可能成为限制因子。 限制因子的确定 ：通过观察、分析、实验相结合的途径。,赤峰学院生命科学系,28,2020/7/21,2、 Liebig最小因子定律(Liebigs law of minimum) 植物的生长取决于处在最小量状况的食物的 量，这些处于最低量的营养元素称最小因子（Justus von Liebig, 1840, 德国）。例子： N:250kg;P:500kg;K:350kg. 两个补充条件（Odum, 1983）：1）严格的稳 定状态；2）因子补偿作用(factor compensation)： 生物在一定程度和范围内，能够减少温度、光、水等生 态因子的

20、限制作用。如钙和锶。,赤峰学院生命科学系,29,2020/7/21,3、Shelford耐性定律(Shelfords law of tolerance 1913，美国) 生物的存在与繁殖，要依赖于某种综合环境因子的存在，只要其中一项因子的量(或质)不足或过多，超过了某种生物的耐性限度，则使该物种不能生存，甚至灭绝。这一概念被称为Shelford耐性定律。,赤峰学院生命科学系,30,2020/7/21,理解概念的要点： 该定律把最低量因子和最高量因子相结合，任何接近或超过耐性下限或耐性上限的因子都称做限制因子。 生物的耐性限度会因发育时期、季节、环境条件的不同而变化，当一个种生长旺盛时，会提高对

21、一些因子的耐性限度；相反，当遇到不利因子影响它的生长发育时，也会降低对其他因子的耐性限度。,赤峰学院生命科学系,31,2020/7/21,影响生物的各因子之间存在明显的相互关联 温度和湿度对生物适合度的影响,赤峰学院生命科学系,32,2020/7/21,4. 耐受限度（the limits of tolerance） 每一个种只能在环境条件的一定范围内生存和繁殖。生物种在其生存范围内，对任一生态因子的需求总有其上限和下限。二者间的幅度就是其对该因子的耐受限度（Ronald Good,1953）。,赤峰学院生命科学系,33,2020/7/21,种 群 数 量,数量很低,种群消失,种群消失,数量很

22、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）,赤峰学院生命科学系,34,2020/7/21,概念的理解要点： 生物对某些因子的耐受限度可能很宽，对另一些因子的可能很窄，该种的实际分布决定于各种因子的复合。一个种的生态幅即适应生境范围的大小是由其生境中的所有生态因子耐性限度的综合决定的。 生物的耐受限度会因发育时期、季节、环境条件的不同而变化。当生长旺盛时会提高对一些因子的耐受限度；相反，当遇到不利因子影响生物的生长和发育时，也会降低对其他因子的耐性限度。,赤峰学院生命科学系,35

23、,2020/7/21,在自然界生物的耐性限度的实际范围几乎都比潜在范围狭窄。可能是由于两个原因： 在不利因素影响下，提高了对基础代谢率的生理调节所付出的代价； 生态环境中的辅助因子降低了代谢强度的上限或下限水平。 生物的耐性限度是可以改变的，因为生物对环境的缓慢变化有一定的调整适应能力，甚至能逐渐适应于极端环境。,赤峰学院生命科学系,36,2020/7/21,5 、生态幅(ecological amplitude) ：物种适应于生境范围的大小。在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅 。它主要决定于每个种的遗传特性（物种适应于生境范围的大小）。 物种的生态幅常取决于它临界期的耐性，如繁殖期。自然界中生物种常常不处于最适生境中。 生态幅与分布区是生物适应环境的结果，生物的适应是建立在“生物与环境协同进化”这一基本原理上的。,赤峰学院生命科学系,37,2020/7/21,赤峰学院生命科学系,38,2020/7/21,6 生物内稳态及耐性限度的调整,（1 ）内稳态（ho