生命圈中的生命系统

1、第三章第三章 生命圈中的生命系统生命圈中的生命系统种群种群群落群落种群特征种群动态种群关系（第二章中已经介绍）群落的形态特征群落的动态特征群落的分类生命界的组织水平生命界的组织水平生生 物物 圈圈生生 态态 系系 统统群群 落落种种 群群个个 体体器器 官官组组 织织细细 胞胞细细 胞胞 器器生物大分子生物大分子第一节第一节 生命系统的层次性生命系统的层次性一、分子生态学一、分子生态学分子、基因分子、基因 分子生态学分子生态学研究生物活性分子研究生物活性分子特别是核酸分子与其分子环境关系的生特别是核酸分子与其分子环境关系的生态学。态学。 分子生态学中的研究对象分子生态学中的研究对象分子，分子，

2、是指生物活性分子。包括是指生物活性分子。包括DNADNA、蛋白酶、蛋白酶类、类、RNARNA、激素等。、激素等。 基因也隶属于分子生态学的研究范基因也隶属于分子生态学的研究范畴。基因存在于核苷酸序列中，是生物畴。基因存在于核苷酸序列中，是生物重要的遗传结构。重要的遗传结构。二、微生态学二、微生态学细胞、组织、器官细胞、组织、器官 微生态学微生态学研究生物微观结构与研究生物微观结构与环境关系的生态学。环境关系的生态学。 细胞是构成生物体的基本单位。细胞是构成生物体的基本单位。 有机体除了少数类型（病毒等）外，有机体除了少数类型（病毒等）外，都是由细胞构成的。都是由细胞构成的。 具有相同来源的（即

3、由同一个或同具有相同来源的（即由同一个或同一群分生细胞生长、分化而来的）同一一群分生细胞生长、分化而来的）同一类型，或不同类型的细胞群组成的结构类型，或不同类型的细胞群组成的结构和功能单位，称为和功能单位，称为组织组织。组织是具有功。组织是具有功能分工的细胞集合体。不同的相互联系能分工的细胞集合体。不同的相互联系的组织构成了的组织构成了器官器官。三、宏观生态学三、宏观生态学个体、种群、生物个体、种群、生物群落、生态系统群落、生态系统 宏观生态学宏观生态学研究个体和群体与研究个体和群体与环境间相互关系的生态学。环境间相互关系的生态学。 1 1个体个体生存和繁殖的单元。生存和繁殖的单元。 2 2种

4、群种群 种群是指在一定空间中同种个体的组种群是指在一定空间中同种个体的组合。种群是由相同种的个体组成的，具有合。种群是由相同种的个体组成的，具有共同的基因库。共同的基因库。 3 3生物群落生物群落 群落是种群的集合体。一个自然群群落是种群的集合体。一个自然群落是在一定空间内生活在一起的各种动落是在一定空间内生活在一起的各种动物、植物和微生物种群的集合体。物、植物和微生物种群的集合体。 为了研究方便，生物群落可以从植为了研究方便，生物群落可以从植物群落、动物群落和微生物群落这三个物群落、动物群落和微生物群落这三个不同的角度来研究。不同的角度来研究。 4 4生态系统生态系统 生态系统生物群落非生物

5、环境。生态系统生物群落非生物环境。 生态系统中的生物与环境通过物质、生态系统中的生物与环境通过物质、能量和信息等方面的交换关系，构成了能量和信息等方面的交换关系，构成了一个功能上的单位。一个功能上的单位。第二节第二节 生物种群的特征及动态生物种群的特征及动态一、种群概念及特征一、种群概念及特征 1 1种群的概念种群的概念 种群种群在特定空间和时间里生活在特定空间和时间里生活着的同种生物的个体群。着的同种生物的个体群。 种群的分界线是人为划定的，所谓种群的分界线是人为划定的，所谓的的“特定特定” ” 往往是研究者根据研究的方往往是研究者根据研究的方便来划定的。便来划定的。 种群的划分的原则：凡是

6、称得上种群的划分的原则：凡是称得上同一种群的个体都必须同时生活在特定同一种群的个体都必须同时生活在特定的空间内；凡是称得上同一种群的个的空间内；凡是称得上同一种群的个体都必须是同一个种的生物；应当尽体都必须是同一个种的生物；应当尽量使用自然界当中的天然分界线作为种量使用自然界当中的天然分界线作为种群的分界线；在同一研究中划分种群群的分界线；在同一研究中划分种群的标准应当一致。（有人认为种群应当的标准应当一致。（有人认为种群应当以繁殖体传播能够到达的距离为界）以繁殖体传播能够到达的距离为界） 2 2种群的特征种群的特征 目前从三个方面获取种群的主要目前从三个方面获取种群的主要特征：特征： 数量特

7、征数量特征种群的数量越多、种群的数量越多、密度越高，种群就越大，种群对生态密度越高，种群就越大，种群对生态系统功能的作用也就越大。是种群的系统功能的作用也就越大。是种群的基本特征。基本特征。 空间分布特征空间分布特征。它包括内分布格。它包括内分布格局即种群内部的个体是聚群分布、随机局即种群内部的个体是聚群分布、随机分布还是均匀分布和地理分布格局。分布还是均匀分布和地理分布格局。 遗传特征遗传特征。种群具有一定的遗传。种群具有一定的遗传组成，是一个基因库。组成，是一个基因库。 二、种群的数量特征二、种群的数量特征 种群数量特征分三类：种群数量特征分三类： （1 1）种群密度。）种群密度。 （2

8、2）初级种群参数，包括出生率、）初级种群参数，包括出生率、死亡率、迁入和迁出率。死亡率、迁入和迁出率。 （3 3）次级种群参数。包括性比、年）次级种群参数。包括性比、年龄分布和种群增长率等。龄分布和种群增长率等。（一）种群密度（种群大小）（一）种群密度（种群大小） 1.1.种群密度种群密度单位面积（或空间）单位面积（或空间）内的个体数目。内的个体数目。 2.2.绝对密度绝对密度单位面积或空间的单位面积或空间的实有个体数。实有个体数。 3.3.相对密度相对密度表示种群内个体数表示种群内个体数量多少的对比度。实际测量时，往往不量多少的对比度。实际测量时，往往不使用精确的数据，只使用估计的比值。使用

9、精确的数据，只使用估计的比值。 （二）初级种群参数（二）初级种群参数 1.1.出生率出生率单位时间内种群内新生单位时间内种群内新生个体数与种群个体总数的比值。个体数与种群个体总数的比值。 最大出生率最大出生率理想状态下（无任何理想状态下（无任何生态因子限制，仅受生理因素限制）的出生态因子限制，仅受生理因素限制）的出生率。（生理出生率）生率。（生理出生率） 实际出生率实际出生率具体的生境中最终实具体的生境中最终实现的出生率。（生态出生率）现的出生率。（生态出生率） 2. 2.死亡率死亡率单位时间内种群内单位时间内种群内死亡个体数与种群个体数的比值。死亡个体数与种群个体数的比值。 最低死亡率最低死

10、亡率在理想条件下种在理想条件下种群中个体达到生理寿命才死亡的死亡群中个体达到生理寿命才死亡的死亡率。率。 生态死亡率生态死亡率具体生境中表现具体生境中表现出来的死亡率。出来的死亡率。 3. 3.迁入率迁入率种群中外来个体占有种群中外来个体占有的比率。的比率。 4.4.迁出率迁出率种群中迁出个体占有种群中迁出个体占有的比率。的比率。（三）次级种群参数（三）次级种群参数 1 1年龄结构年龄结构 （1 1）增长种群（新兴种群）：幼年）增长种群（新兴种群）：幼年个体多，补充率大于死亡率，种群呈扩个体多，补充率大于死亡率，种群呈扩大趋势。大趋势。 （2 2）稳定种群（繁盛种群）：补充）稳定种群（繁盛种群

11、）：补充率大致等于死亡率，种群趋于稳定。率大致等于死亡率，种群趋于稳定。 （3 3）衰退种群（衰亡种群）：大多）衰退种群（衰亡种群）：大多数个体已过生殖年龄，补充率小而死亡数个体已过生殖年龄，补充率小而死亡率大，种群趋于衰退。率大，种群趋于衰退。 2 2性比性比 性比是种群中雄性个体和雌性个性比是种群中雄性个体和雌性个体数目的比例。体数目的比例。 第一性比第一性比受精卵的性别比例；受精卵的性别比例；第二性比第二性比到个体成熟为止，雄性到个体成熟为止，雄性/ /雌性的比例叫第二性比；第三性比雌性的比例叫第二性比；第三性比充分成熟后的个体性比。充分成熟后的个体性比。 3. 3.种群增长种群增长 （

12、1 1）与密度无关的种群增长模型）与密度无关的种群增长模型 种群增长与密度无关，假设环境中种群增长与密度无关，假设环境中空间、食物等资源与条件充足，没有任空间、食物等资源与条件充足，没有任何限制因素存在，种群按指数式增长。何限制因素存在，种群按指数式增长。 （2 2）与密度有关的种群增长模型）与密度有关的种群增长模型（S S型增长）型增长） 环境阻力随着种群的增长而增大，环境阻力随着种群的增长而增大，种群的增长速度随着种群密度本身的提种群的增长速度随着种群密度本身的提高而降低高而降低，种群按逻辑斯谛曲线增长。，种群按逻辑斯谛曲线增长。 K K环境能够容环境能够容纳的个体数，纳的个体数，rr平平

13、均每个个体的增长率，均每个个体的增长率，tt延续时间，延续时间，NN个体数量。个体数量。 逻辑斯谛假设：逻辑斯谛假设： 环境条件允许种群有一个最大值环境条件允许种群有一个最大值，即环境容量，用，即环境容量，用K K来表示。当种群达到来表示。当种群达到K K值时，种群则不再增长。值时，种群则不再增长。 种群增长率随着密度的上升而逐种群增长率随着密度的上升而逐渐地按比例降低。如种群每增加一个个体渐地按比例降低。如种群每增加一个个体就对增长率产生就对增长率产生1/K1/K的抑制影响。的抑制影响。每个个体用了每个个体用了1/K1/K的空间，的空间，N N个个体用了个个体用了N/KN/K的空间，剩余空间

14、为（的空间，剩余空间为（1 1N/KN/K）。）。 种群中密度的增加对其增长率的种群中密度的增加对其增长率的降低作用是立即发生的，没有时间上的降低作用是立即发生的，没有时间上的停滞现象。停滞现象。 种群无年龄结构及迁出和迁入的种群无年龄结构及迁出和迁入的现象。现象。 r r表示物种的潜在增殖能力，表示物种的潜在增殖能力，k k表示表示环境容量。环境容量。 以高产仔率取胜的为以高产仔率取胜的为r r选择；以占选择；以占据稳定环境取胜、个体数经常达到据稳定环境取胜、个体数经常达到k k值的值的是是k k选择。选择。 k k值可以随环境（资源量）的改变而值可以随环境（资源量）的改变而改变。改变。 逻

15、辑斯谛曲线可划分为逻辑斯谛曲线可划分为5 5个时期：个时期：开始期，由于种群个体数很少，密度开始期，由于种群个体数很少，密度增长缓慢；加速期，随个体数增加，增长缓慢；加速期，随个体数增加，密度增长逐渐加快；转折期，当个体密度增长逐渐加快；转折期，当个体数达到数达到K/2K/2时，密度增长最快；减速时，密度增长最快；减速期，个体数超过期，个体数超过K/2K/2以后，密度增长逐以后，密度增长逐渐变慢；饱和期，种群个体数渐变慢；饱和期，种群个体数N NK K时时，种群停止增长。，种群停止增长。三、种群的数量变动三、种群的数量变动 1 1种群数量变动的方向种群数量变动的方向 种群平衡种群平衡种群较长时

16、期地维持种群较长时期地维持在同一水平上；在同一水平上； 种群波动种群波动规则或不规则的可恢规则或不规则的可恢复的数量变化；复的数量变化； 种群渐增种群渐增种群缓慢地增长；种群缓慢地增长； 种群爆发种群爆发在短时期内数量迅在短时期内数量迅速增长；速增长； 种群衰退种群衰退长期处于不利条件长期处于不利条件下，数量持久性下降，直到灭亡；下，数量持久性下降，直到灭亡； 种群崩溃种群崩溃种群大批死亡，数种群大批死亡，数量急剧下降；量急剧下降； 生态入侵生态入侵进入新地区后得到进入新地区后得到迅速扩展蔓延。迅速扩展蔓延。 2 2、种群数量波动的类型、种群数量波动的类型 （1 1）年际波动）年际波动 种群在

17、不同年份之间的数量变动。种群在不同年份之间的数量变动。有周期性的和不规则的波动两种情况：有周期性的和不规则的波动两种情况： 不规则波动不规则波动 种群的数量变动不规则，不具有周种群的数量变动不规则，不具有周期性。如马世骏发现，东亚飞蝗在我国期性。如马世骏发现，东亚飞蝗在我国的大发生没有周期性现象。的大发生没有周期性现象。 周期性波动周期性波动 种群数量变动随时间呈现出有规律种群数量变动随时间呈现出有规律的、周而复始的波动现象。种群周期性的、周而复始的波动现象。种群周期性波动现象与种群自身的遗传特性有关。波动现象与种群自身的遗传特性有关。 （2 2）季节波动）季节波动 季节波动（消长）是指种群数

18、量在季节波动（消长）是指种群数量在一年当中不同季节中的数量变化，属于一年当中不同季节中的数量变化，属于周期性波动。周期性波动。 四、种群数量理论四、种群数量理论 1 1、最小生存种群、最小生存种群 一个种群的存在需要保持一定的个一个种群的存在需要保持一定的个体数量，小种群更易遭到灭绝。体数量，小种群更易遭到灭绝。 一个种群个体数量降低到对其他种一个种群个体数量降低到对其他种群的作用很微小时，可视为生态灭绝。群的作用很微小时，可视为生态灭绝。 最小生存种群最小生存种群种群为免遭灭绝种群为免遭灭绝所必须维持的最低个体数量。所必须维持的最低个体数量。 2 2、玛他、玛他（MetaMeta）种群理论种

19、群理论 玛他种群是指生活在栖息地已破碎，玛他种群是指生活在栖息地已破碎，呈斑块状分布的种群。呈斑块状分布的种群。 玛他种群是指由一组空间隔离、相玛他种群是指由一组空间隔离、相互有联系的局部种群所组成。互有联系的局部种群所组成。 一个玛他种群要长期生存，组成的一个玛他种群要长期生存，组成的各局部种群之间的迁入率必须大于各自的各局部种群之间的迁入率必须大于各自的灭绝率。灭绝率。 组成该玛他种群的局部种群越多，组成该玛他种群的局部种群越多，种群能生存的时间越长。种群能生存的时间越长。 局部种群之间的迁移率越高，玛局部种群之间的迁移率越高，玛他种群的稳定性越高。他种群的稳定性越高。 局部种群所生存的栖

20、息环境的不局部种群所生存的栖息环境的不同，对玛他种群的生存有重要作用。同，对玛他种群的生存有重要作用。 局部种群之间的距离、动物的扩局部种群之间的距离、动物的扩散能力对玛他种群的维持有重要作用。散能力对玛他种群的维持有重要作用。 有一个大种群和许多小的卫星种有一个大种群和许多小的卫星种群所组成的玛他种群，如大种群的数量群所组成的玛他种群，如大种群的数量足够大或互相之间有一定的扩散率，那足够大或互相之间有一定的扩散率，那么对物种的保护十分有利。么对物种的保护十分有利。 3 3、阿利氏、阿利氏（Allees Allees ）规律规律 种群密度过低和过高都不利于种群种群密度过低和过高都不利于种群的生

21、存与发展。的生存与发展。 密度过高，个体间竞争增强，相互密度过高，个体间竞争增强，相互排斥，导致出生率下降、死亡率上升，排斥，导致出生率下降、死亡率上升，产生产生拥挤效应拥挤效应。 密度过低，雌雄个体相遇机会太少，密度过低，雌雄个体相遇机会太少，导致出生率下降。导致出生率下降。 五、种间关系与生态位五、种间关系与生态位 生活于同一生境中的所有不同物种生活于同一生境中的所有不同物种之间的关系称为种间关系。之间的关系称为种间关系。（一）种间竞争（一）种间竞争 1 1Lotka-VolterraLotka-Volterra模型（逻辑斯模型（逻辑斯谛模型的扩展）谛模型的扩展） 两个有竞争关系的物种在一

22、起时，两个有竞争关系的物种在一起时，种群增长表达为：种群增长表达为：物种物种1 1：物种物种2 2： 物种物种2 2对物种对物种1 1的竞争系数，的竞争系数，即每个即每个N2N2个体所占用的空间相当于个体所占用的空间相当于个个N1N1个体所占用空间。个体所占用空间。大于大于1 1，则，则N2N2个体个体占据的空间比占据的空间比N1N1个体占据的大。个体占据的大。 物种物种1 1： 物种物种1 1对物种对物种2 2的竞争系数，的竞争系数，即每个即每个N1N1个体所占用的空间相当于个体所占用的空间相当于个个N2N2个体所占用空间。个体所占用空间。 物种物种2 2： 从逻辑斯谛增长模型得知：从逻辑斯

23、谛增长模型得知：N1N1种群种群中每个个体对自身种群的增长抑制作用中每个个体对自身种群的增长抑制作用为为1/K1/K1 1；同理，；同理，N2N2种群中每个个体对自身种群中每个个体对自身种群的增长抑制作用为种群的增长抑制作用为1/K1/K2 2。 从竞争系数的定义得知：从竞争系数的定义得知：N2N2种群中种群中每个个体对每个个体对N1N1种群的影响为种群的影响为/K/K1 1；N1N1种种群中每个个体对群中每个个体对N2N2种群的影响为种群的影响为/K/K2 2 。 当物种当物种2 2可以抑制物种可以抑制物种1 1时，可以认时，可以认为，物种为，物种2 2对物种对物种1 1的影响的影响 物种物

24、种2 2对自对自身的影响，即身的影响，即 /K/K1 1 1/K 1/K2 2。 整理后得：整理后得： K K1 1/ K/ K2 2 ，同理有：，同理有：物种物种2 2不能抑制物种不能抑制物种1 1： K K K2 2/ K/ K1 1 物种物种1 1不能抑制物种不能抑制物种2 2： K K2 2/ K/ K1 1经推断，得到四种情况：经推断，得到四种情况： 当当K K1/K/K2，K K2/K/K1，两个种，两个种都有可能获胜。都有可能获胜。（种（种2 2抑制种抑制种1 1，种，种1 1也可也可抑制种抑制种2 2） 当当K K1/K/K2，K K2/K/K1 ，物种，物种1 1将被淘汰，物种将被淘汰，物种2 2获胜。获胜。（种（种2 2抑制种抑制种1 1，种种1 1不抑制种不抑制种2 2） 当当K K1/K/K2，K K2/K/K1 ，物，物种种2 2将被淘汰，物种将被淘汰，物种1 1获胜。获胜。（种（种2 2不抑不抑制种制种1 1，种，种1 1抑制种抑制种2 2） 当当K K1/K/K2，K K2/K/K1 ，两，两个种共存，达到某种平衡。个种共存，达到某种平衡。（种（种2 2不抑不抑制种制种1 1，种，种1 1不抑制种不抑制种2 2） （二）生态位（二）生态位 1.1.基本概念：自然生态系统中一个基本概念：自然生