《生物学生态学》PPT课件.ppt

1、1,青海大学生物科学系,普通生态学,2,第二章 生物与环境,2.1生态因子(Ecological Factor) 2.2 生物与环境的相互作用 2.3 最小因子、限制因子与耐受限度,3,2.1 生态因子,2.1.1 环境（environment） 概念：某一特定生物体或生物群体周围一切因素的总和，包括空间及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的各种因素。 大环境与小环境 2.1. 2 生态因子 (ecological factor) 概念 生态因子的分类 生态因子作用特征,校服、工作服、保安服、医务服装、职业装 定制 ,4,大环境与小环境,大环境（macroenvironment）：地区环境、

2、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,5,小气候（小环境）,6,蜂鸟巢小气候黎明前时的温度， 巢上方的树枝减少了孵卵雌鸟的热量损失（Calder,1973）,小气候（小环境）,一根腐木上的 小环境分布格局 （Schimitschek, 1931）,7,生态因子的相关概念,生态因子(Ecological Factor) ：环

3、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环境要素。 生态环境：一定区域所有生态因子的总和。 生境（Habitat）：特定生物体或群体的栖息地的生态环境。,8,生态因子的分类,根据性质分： 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,9,生态因子的分类（续）,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

4、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,10,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。,11,种群死亡率变化,种群密度梯度,密度制约,非密度制约,逆密

5、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,12,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,13,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：生态因子非等价 阶段性作用： 生物发育的不同阶段，需要不同 不可替代性和补偿性作用：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

6、因子：通过影响直接因子而对生物发生影响生态因子,14,2.2 生物与环境的相互作用,2. 2.1 环境对生物的作用 环境对生物的作用 生物对环境的适应 2.2.2 生物对环境的反作用 生物对环境因子的改变 生物与生物之间的相互作用,15,环境对生物的作用,对生物生存的影响 对生物生长的影响 对生物发育的影响 对形态结构的影响 对生物遗传的影响 对生物繁殖的影响 对生物分布的影响 对生物种群数量的影响 对生物的种内关系的影响 对生物的种间关系的影响,校服、工作服、保安服、医务服装、职业装 定制 ,16,生物对环境的适应,形态的适应 生理的适应 行为的适应,17,胡椒蛾,黑化胡椒蛾个体,胡椒蛾黑化

7、,18,100,80,60,300,200,100,Winter smoke, ug/m3,Percent frequency of melanic peppered moths,1960 1970 1980,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,19,夜间降低代谢率,有花蜜供给，没有休眠，要消耗大量能量,食物与代谢,20,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 ,21,生物与生物之间的相互作用,物种间的相互作用 得利； 表

8、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。,22,2. 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 耐受性定律 生态幅 耐受限度的调整,23,2. 3. 1利比希最小因子定律 (Liebigs law of minimum),基本内容 低于某种生物需要的最小量的任何特定因

9、子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。 应用注意 稳定状态 生态因子间的替代作用,24,2. 3. 2限制因子和限制因子定律,限制因子 (limiting factor) 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 (Law of limiting factor) 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 实用价值,25,南北较高纬度地区的低温是影响非洲蜂进一

10、步向高纬度范围扩散的限制因子。,高纬度地区低温对生物分布的限制,26,2. 3. 3Shelford耐受性定律,耐受性定律 (Law of tolerance) 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，1913,27,Shelford耐受性定律,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

11、受限度也下降,28,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,Shelford 耐受性定律,29,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,Shelford 耐受性定律,30,生态幅,生态幅 (ecological amplitude）的概念 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 生态幅度 广温性(eurythermal 狭温性(stenot

12、hermal) 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) ,31,广生态幅度,狭生态幅度,生命活动或数量,环境因子变化梯度,生态幅度的宽狭比较,32,广温性生物,狭温喜热生物,生命活动或数量,温度变化梯度 低高,狭温喜冷生物,生物对温度的耐受,33,耐受限度的调整,驯化:指在实验条件下诱发的生理补偿机制，这种生理适应短时间即可完成。 自然驯化和人工驯化 生理变化和遗传变化 驯化可能：

13、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 如金龟在24和37.5两种温度条件下长期驯化后，对温度的耐受范围分别为：5-36和15-41 。,34,不同温度下驯化导致耗氧量的差异,200 160 120 80 40 0,10 20 30,温度 ,耗氧量 （mlg-1h-1 ）,5 驯化,25 驯化,35,休眠（dormancy） 休眠是生物抵御暂时不利环境条件的一种非常有效的生理机制。在休眠期，生物对环境条件的耐受范围就会比正常活动时宽的多。 如动物学中学习过的动物冬眠、夏眠和日眠。植物种子休眠时代谢率几乎下降到零。,36,周期性变化 动物的补偿能力表现出明显的周期性变化，如季节

14、性、昼夜变化和热带的干旱、雨季的周期性变化。 耐受性的节律变化或对最适条件选择的节律变化大多是由外在因素决定的，少数是由生物本身的内在节律引起的。,37,2.3.4内稳态和非内稳态生物,内稳态和非内稳态生物 内稳态（homeostasis）是指生物控制自身体内环境，使其保持相对恒定。 根据生物对非生物因子的反应或者依据外部条件对生物体内状态的影响，将生物分为： 内稳态生物（homeostatic organism） 非内稳态生物（non-homeostatic organism）,38,内稳态生物是广生态幅、广适应性物种。对于温度因子，内稳态生物保持体内恒温，对于湿度因子，表现为广湿性。非内稳

15、态生物则表现为体内环境随外界环境而变化。 内稳态机制是生物进化、发展过程中形成的一种更进步的机制，它使生物减少了对外界条件的依赖性，提高了生物对生态因子的耐受范围。,39,生物保持内稳态的行为机制 生物为保持内稳态，发展了很多复杂的形态和生理适应，如动物的羽和毛起保温隔热作用，高代谢率增加体内产热。但动物最普遍的方法是行为适应。 高等植物：叶子和花瓣的昼夜运动和变化。如豆叶的昼挺夜垂，向日葵的花序随太阳的方向转动等。 动物：爬行类改变姿势接受太阳辐射。洄游、迁徙、迁移；建造巢穴等。,40,2.3.5适应组合（adaptive suites）,适应组合（adaptive suites） 生物对一组特定环境条件的适应表现出彼此之间的相互关联性，这一整套协同的适应特性就称为适应组合。,41,1.植物的适应组合（以沙漠环境为例） 常绿植物表皮增厚、减少气孔数目、形成卷叶等适应干旱环境，对于沙漠环境是不够的，最耐旱的肉质植物将雨季吸收的（大量水分储存在根、茎、叶中，同时它仅在晚间打开气孔，并吸收环