第三章(7课时)：生物圈的生命系统

,第三章 生物圈中的生命系统,第一节 生命系统的层次,第二节 生物种群的特征及动态,第三节 种群关系,第四节 生物群落及其动态,第三章 生物圈中的生命系统,第五节 群落的分类与排序,第三节,种群关系,一、种内关系,1,集群,集群是同一种生物的不同个体，或多或少都会在一定的时期内生活在一起，从而保证种群的生存和正常繁殖，是一种重要的适应性特征。,根据集群后群体持续的时间长短，集群分为临时性和永久性两种类型。,分类,集群生活动物数量低于集群的临界下限，则种群不能正常的生活。,（非洲象，,5,；北方鹿群，,300,）,同一种动物在一起生活所产生的有利作用,意义,最小种群原则,（,1,）集群有利于提高捕食效率,(,狼群）,；（,2,）可以共同防御敌害,（麝牛群）,；（,3,）有利于改变小生境,（蜂巢维持在,35,）,；（,4,）有利于某些动物种类提高学习效率；（,5,）能够促进繁殖；（,6,）有利于分工提高工作效率等等。,集群效应,在一定条件下，,当种群密度（数量）处于适度的情况时，种群的增长最快；密度太低或太高都会对种群的增长起着限制作用,，这就叫做阿利规律（,Alices principle,）。种群的适度密度在生态学上也称为繁殖适度（,bonitation,）。,阿利规律,随着个体数的增加，密度过高、繁殖过剩时产生的有害效应。,拥挤效应,密度,密度,存活率,存活率,A,B,A,某些物种的种群数量较小时，存活率最高；,B,另一些存活率在中等密度大小时最高,.,种群密度与存活率的相互关系,2,种内竞争,生物为了利用有限的共同资源，相互之间所产生的不利或有害的影响，这种现象称为竞争。,概念,方式,竞争的主要方式有两类：,资源利用性竞争,和,相互干涉性竞争,，前者又称为,间接竞争,，后者又称为,直接竞争,。竞争可以分为种内竞争和种间竞争。,种内竞争特点,竞争作用,竞争效应的不对称性是种内竞争和种间竞争的共同特点。,不对称性,是指竞争者各方受竞争影响所产生的不等同后果。,（一方付出的代价远高与另一方）,在自然界，不对称性竞争的实例远远多于对称性竞争。,竞争具有调节种群大小的作用（,对整个种群有利）,，也可以导致物种分化和新物种形成。,二、种间关系,1,种间竞争,当两个物种利用同一种资源和空间时产生的种间竞争现象。两个物种越相似，它们的生态位重叠就越多，竞争也就越激烈。,高斯假说,两种草履虫单独和混合培养时的种群动态,（引自李博等，,1993,）,混合培养时大草履虫,单独培养时双小核草履虫,时间,混合培养时双小核草履虫,单独培养时大草履虫,时间,个体数,种间竞争模型,式中：,N,1,、,N,2,两个物种的种群数量；,K,1,、,K,2,两个物种种群的环境容纳量；,r,1,、,r,2,两个物种种群增长率。,两个物种单独生长时其增长方程是：,物种,1,：,d,N,1,/d,t,r,1,N,1,（,K,1,N,1,/,K,1,）,物种,2,：,dN,2,/d,t,r,2,N,2,（,K,1,N,2,/,K,2,）,Lotka Volterra,模型,物种,1,：,d,N,1,/ d,t,= r,1,N,1,（,K,1,N,1,N,2,）,/,K,1,物种,2,：,d,N,2,/ d,t,= r,2,N,2,（,K,2,N,2, ,N,1,）,/,K,2,两个物种放在一起时其增长方程分别是：,其中：物种,1,和,2,的竞争系数为,和,，并假设两种竞争者之间的竞争系数保持稳定。,（物种,1,）：,N1,种群中每个个体对自身种群的增长抑制作用为,1/K1,（环境容纳量为,K1,）；,（物种,1,）：,N2,种群中每个个体对自身种群的增长抑制作用为,1/K2,。,物种,1,能抑制物种,2,（,K1 K2/,）,物种,1,不能抑制物种,2,（,K1 K1/,）,两物种都有可能得胜 （结果,3,）,物种,2,总是得胜 （结果,2,）,物种,2,不能抑制物种,1,（,K2 ,物种,2,对自身的影响，即,/K1 1/K2,。,物种,1,：,d,N,1,/ d,t,= r,1,N,1,（,K,1,N,1,N,2,）,/,K,1,物种,2,：,d,N,2,/ d,t,= r,2,N,2,（,K,2,N,2, ,N,1,）,/,K,2,两个物种放在一起时其增长方程分别是：,其中：物种,1,和,2,的竞争系数为,和,，并假设两种竞争者之间的竞争系数保持稳定。,两个种的竞争结果有以下,4,种：,K,1,/,K,2,或,K,2,/,K,1,，两个种都可能获胜。,K,1,/,K,2,或,K,2,/,K,1,，物种获胜。,K,2,/,K,1,，物种获胜。,K,1,/,K,2,或,K,2,/,K,1,，两个种共存，平衡。,生态位理论,主要指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。,生态位发展过程,C. Elton(1927),G. E. Hutchinson(1957),最早在生态学中使用生态位概念，表示划分环境的空间单位和一个物种在环境中的,地位,。,物种在生物群落中的,地位与功能,作用。,J. Grinell(1917),提出,n,维生态位,。,生态位是每个种在一定生境的群落中都有不同于其他种的自己的,时间、空间位置,，也包括在生物群落中的,功能,地位。,R. H. Whittaker(1970),E. P. Odum(1971),生态位概念不仅包括生物占有的物理空间，还包括它在群落中的功能作用以及它们在温度、湿度、土壤和其他生存条件的环境变化梯度中的位置。,w,w,物种,1,物种,2,物种,3,d,d,资源状态,w,w,物种,1,物种,2,物种,3,d,d,资源状态,（,a,）生态位狭，重叠少，,d,W,，种间竞争小,（,b,）生态位宽，重叠多，,d,W,，种间竞争大,（,a,）,（,b,）,资源利用曲线,2,捕食,一种生物吃掉另一种生物的这种对抗性关系称为捕食。吃的一方称为捕食者，被吃掉的一方称为猎物或被食者。,这种捕食者与猎物的关系对,猎物种群的数量和质量的调节,上具有重要的生态学意义。（,1905,年美国政府为保护草原的黑尾鹿群猎杀美洲狮和狼的案例，鹿过度增长,草场极度退化,鹿数量猛降）,3,寄生与共生,（,1,）寄生,指一个种（寄生者）寄居于另一个种（寄主）的体内或体表、从而摄取寄主养分以维持生活的现象。,寄生物对寄生植物的生长有抑制作用，而寄主植物对寄生物则有加速其生长的作用。,两物种的共生仅对一方有利，对另一方也无害的共生现象。,（ 属鱼类）,（,2,）共生,偏利共生,互利共生,互利共生是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、相互依存、双方获利。,（根瘤、清洁鱼）,三、种群的遗传和生活史对策,1,基因库和基因频率,基因： 编码蛋白质或,RNA,等具有特定功能产物的遗传信息的基本单位，是染色体或基因组的一段,DNA,序列,(,对以,RNA,作为遗传信息载体的,RNA,病毒而言则是,RNA,序列,),基因库,基因库： 种群中全部个体的所有基因的总和。在种群数量变动的过程中，基因库的组成只有微小的变化。,三、种群的遗传和生活史对策,基因频率：指在种群中不同基因,(A/a),所占的比例。,基因频率,基因型频率是指种群内每个基因型,(AA/Aa),所占的比例。,基因频率是决定一个种群性质的基本因素，当环境条件和遗传组成不变时，基因频率也不会改变。,（举例：,AAaa,的随机交配）,2,变异、自然选择和遗传漂变,变异： 处于生命科学研究的核心地位，变异既是进化的产物，又是进化的依据。 遗传物质的变异可分为：,染色体突变和基因突变,。 变异的新性状一经出现，就可能遗传下来，形成新种。,遗传漂变： 对于有限大小的种群来说，由于小样本抽样的基因数量有限而导致种群的等位基因频率在世代间发生变化的现象。,（举例、,a,为,1%,，数量为,100,万或,100,的种群）,3,种群的生活史对策,生活史： 从一个世代的合子形成到下一个世代合子形成所经历的时段中，个体所经历的生长、发育、繁殖等过程为生活史。,MacArthur,提出了,rK,选择的理论，是生活史对策研究的重大进展。,r,对策者和,K,对策者具有不同的生物学特征，因此它们的种群增长曲线也有差别。,虚线表示平衡状态；,R,对策者的数量变化幅度较大；,K,对策者有一个灭绝点。,R,选择和,K,选择在生产实际中的意义,:,有害动物的防治（一两次灭杀只能暂时控制）；,珍稀动物的保护（种群数量不能低于灭绝点）,三、种群生态学研究的基本方法,种群生态学研究的目的是要发现分布与数量的格局或模式，以及决定格局或模式的生态学过程。,1.,野外观察法：,动物世界、,Discovery,频道,植物种群的样地调查；大型昼行性动物的活动规律。,直接观察法,间接观察法,对于小型、移动快的动物，通过足迹、粪便、羽毛、巢穴等识别其种类、行为和运动方式。,技术手段,无线电遥测技术、卫星定位遥测技术已成为动物种群生态学研究的常规技术。,2.,实验研究法：实验室实验和野外实验,种间竞争实验研究（,Gause,（,1932,）室内的草履虫竞争实验）,。,宏观,微观,采用分子生物学技术研究生物种群遗传结构、遗传多样性等。,Tansley,首次开展了猪殃殃属种间竞争的野外实验研究，对自然群落。,Connell(1961),对不同藤壶的种间竞争研究是野外实验研究的经典范例之一。,实验室实验,野外实验,与实验室研究相比，设计和实施良好的野外实验，对自然群落产生的干扰最小，能较真实的揭示自然界中复杂因素的相互作用的结果。,3.,理论研究法,利用模型说明种群模式或格局的特征。,通过改变模型的参数，对参数的灵敏度进行探讨，或用计算机模拟方法探讨种群、群落的模式或格局，以及决定模式或格局的生态学过程。,理论研究法：使用抽象的方法（数学方法）分析和描述或拟合研究对象的生态过程或结果，其目的是阐明实验室或野外观察到的事实，揭示其生态学含义。,描述性研究,数学实验研究,模型研究的目的,理解各种生物和非生物因素是如何影响种群动态或生态过程。,进行动态预报，加深对生态观察的认识,课堂复习,2.,同种或不同种生物因争夺食物、空间等资源而发生的负面影响被称为 ，它,具有调节 大小的作用，也可以导致物种分化和新物种形成。,竞争,1.,对种群整体是有益的，它可以提高捕食效率和防御能力，促进繁殖和增加彼此学习效率。只有满足,原则才能产生该效应。,集群效应,最小种群,种群,课堂复习,4.,从一个世代的合子形成到下一个世代合子形成所经历的时段中，个体所经历的生长、发育、繁殖等过程称为,。 是生活史对策研究的重大进展。,生活史,r-K,选择理论,3.,既是进化的产物，又是进化的依据。对于有限大小的种群来说，由于小样本抽样的基因数量有限而导致种群的等位基因频率在世代间发生变化的现象称为 。,变异,遗传漂变,课后重点复习题,一、,r-K,选择理论的意义，,r-,对策者和,K-,对策者各自的种群变化特征，该理论对种群生态学实际工作的指导意义？,