第七章种内和种间关系

1、7.1 概述概述7.2 种内关系种内关系7.3 种间关系种间关系7.4 他感作用他感作用 7.1 概述概述1 种内关系：种内关系：生物种群内部的个体间的相互作生物种群内部的个体间的相互作用用 2 种间关系：种间关系：生活于同一生境中的物种间的相生活于同一生境中的物种间的相互互 作用作用 3 种内、种间相互作用的种类种内、种间相互作用的种类 n竞争竞争 n捕食、自相残杀捕食、自相残杀 n互利共生互利共生 n寄生寄生种间相互作用的基本类型种间相互作用的基本类型相互作用型 物种 1 物种 2 相关作用的一般特征 中性作用 两个物种彼此不受影响 竞争：直接干扰型 - - 每一种群直接抑制另一个 竞争：

2、资源利用型 - - 资源缺乏时的间接抑制 偏害作用 - 种群 1 受抑制，种群 2 无影响 寄生作用 + - 种群 1 寄生者，通常较宿主 2 的个体小 捕食作用 + - 种群 1 捕食者，通常较猎物 2 的个体大 偏利作用 + 种群 1 偏利者，而宿主 2 无影响 原始合作 + + 相互作用对两种都有利，但不是必然的 互利共生 + + 相互作用对两种都必然有利 得利；得利； 表示受损；表示受损；0 0 无明显影响无明显影响7.2.1 密度效应密度效应7.2.2 性别关系性别关系7.2.3 领域性和社会领域性和社会 等级等级食物和种群大小的关系食物和种群大小的关系最后产量衡值法则最后产量衡值法

3、则 在一定范围内，当条件相同时，不管一在一定范围内，当条件相同时，不管一个种群的密度如何，最后产量差不多总个种群的密度如何，最后产量差不多总是一样的是一样的 Y=Wad=Ki Y单位面积产量，单位面积产量，Wa植物个体平均重量，植物个体平均重量，d为密度，为密度，Ki常数常数 原因：一定环境下的资源承载力是一定原因：一定环境下的资源承载力是一定的；密度增加时，竞争加强，生长率下的；密度增加时，竞争加强，生长率下降，个体变小降，个体变小密度效应-3/2自疏法则自疏法则 自疏现象：同一种植物因密度引起的个自疏现象：同一种植物因密度引起的个体死亡体死亡 自疏导致的密度和个体重量的关系：自疏导致的密度

4、和个体重量的关系： W = C d -3/2 双对数曲线斜率为双对数曲线斜率为 -3/2,故称为故称为-3/2自疏自疏法则。法则。Self-thinning in the rye grassRegression lines from self-thinning curves for 31 stands of different species of plants7.2.2 性别生态学性别生态学 研究内容：性别关系类型、动态研究内容：性别关系类型、动态及环境因素对性别的影响及环境因素对性别的影响 两性细胞的结合与有性繁殖两性细胞的结合与有性繁殖 性比性比 性选择性选择 植物的性别系统植物的性别系

5、统 动物的婚配制度动物的婚配制度两性细胞的结合与有性繁殖两性细胞的结合与有性繁殖 有性繁殖的种类有性繁殖的种类 雌雄异体雌雄异体 雌雄同体，异体受精雌雄同体，异体受精 雌雄同体，同体受精雌雄同体，同体受精 有性繁殖和无性繁殖的利弊有性繁殖和无性繁殖的利弊 无性生殖：迅速占领生境、保证遗传的无性生殖：迅速占领生境、保证遗传的稳定性稳定性 有性生殖：产生不同基因型的后代、适有性生殖：产生不同基因型的后代、适应变化的环境应变化的环境 红皇后效应：病原体红皇后效应：病原体-宿主的相互作用宿主的相互作用性性 比比 雄体雄体:雌体雌体 Fisher氏性比理论：性比趋于氏性比理论：性比趋于1:1 稀少型有利

6、：数量少的性别具有较稀少型有利：数量少的性别具有较高的适合度高的适合度 两性相等投入：便宜的性别具有更两性相等投入：便宜的性别具有更多的个体数多的个体数 局域资源竞争和局域交配竞争局域资源竞争和局域交配竞争性选择性选择 概念：动物行为、大小、形态等概念：动物行为、大小、形态等次生性征的差异次生性征的差异 性选择可以通过性内选择性选择可以通过性内选择(配偶配偶竞争竞争)和性间选择和性间选择(对异性的偏爱对异性的偏爱)两条途径或兼之产生两条途径或兼之产生 让步赛理论：拥有奢侈特征的个让步赛理论：拥有奢侈特征的个体有好的基础体有好的基础 Fisher氏私奔模型：两性同时对氏私奔模型：两性同时对选择特

7、征编码，遗传选择特征编码，遗传植物的性别系统植物的性别系统 雌雄同花雌雄同花(两性花两性花) 同株异花同株异花(单性花单性花) 雌雄异株雌雄异株 原因环境因素和原因环境因素和进化策略进化策略(藤露兜树藤露兜树实例实例)动物的婚配制度动物的婚配制度n婚配制度婚配制度 n指群体内婚配制度类型，异性的相互识别，配指群体内婚配制度类型，异性的相互识别，配偶数目，持续时间，对后代的照顾偶数目，持续时间，对后代的照顾 n婚配制度的类型婚配制度的类型 n单配制单配制 n一雌多雄制一雌多雄制 n一雄多雌制一雄多雌制 n环境影响环境影响 n环境的资源质量和分布环境的资源质量和分布7.2.3 领域性和社会等级领域

8、性和社会等级n领域性领域性 (territoriality) q领域：指由个体、家庭或其他社群单位所占据的，并积极保领域：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卫不让同种其他成员侵入的空间 q领域行为：鸣叫、气味标志、威胁、直接进攻入侵者领域行为：鸣叫、气味标志、威胁、直接进攻入侵者 q领域面积与动物及环境的关系领域面积与动物及环境的关系：体重、食物品质、季节：体重、食物品质、季节 n社会等级社会等级 (social hierarchy) q社会等级现象：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：动物种群中个体的地位具有一定顺序的现象 q社会等级的

9、形成：支配行为社会等级的形成：支配行为 q社会等级的意义：优胜劣汰社会等级的意义：优胜劣汰 n领域性、社会等级和种群调节领域性、社会等级和种群调节 q种群数量调节种群数量调节 q物种进化物种进化图片：领域性和资源的关系7.3 种间关系种间关系n种间关系种间关系 n指两个或多个不同物种在共同的时间和空间环境中指两个或多个不同物种在共同的时间和空间环境中生活，由于不同物种相互成为环境因子，形成了不生活，由于不同物种相互成为环境因子，形成了不同物种之间的相互作用同物种之间的相互作用 n主要研究方向主要研究方向 n相互动态：相互作用的不同物种的种群动态相互动态：相互作用的不同物种的种群动态 n协同进化

10、：物种在进化上的相互作用协同进化：物种在进化上的相互作用 n关系类型关系类型 n种间竞争种间竞争n捕食作用捕食作用n寄生和共生寄生和共生7.3.1 种间竞争种间竞争 高斯假说高斯假说 竞争的类型和特征竞争的类型和特征 Lotka-Volterra模型模型 生态位理论生态位理论 竞争释放和性状替换竞争释放和性状替换 种间竞争与时空异质性种间竞争与时空异质性 概念概念 两种或多种生物因利用两种或多种生物因利用共同资源而产生的使其共同资源而产生的使其受到不良影响的相互关受到不良影响的相互关系称为种间竞争系称为种间竞争 竞争结果竞争结果 一方获胜，另一方被抑一方获胜，另一方被抑制或消灭制或消灭 竞争能

11、力竞争能力 生态习性生态习性 生活型生活型 生态幅度生态幅度高斯假说高斯假说(竞争排斥原理竞争排斥原理) 在一个稳定的环境内，两个以上受资源限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，制的、但具有相同资源利用方式的物种，不能长期共存在一起不能长期共存在一起 要求相同资源的两个物种不共存于一个空要求相同资源的两个物种不共存于一个空间间 长期共存在同一地区的两个物种，由于剧长期共存在同一地区的两个物种，由于剧烈竞争，他们必然会出现栖息地、食物、烈竞争，他们必然会出现栖息地、食物、活动时间或其他特征上的活动时间或其他特征上的生态位分化生态位分化高斯假说Growth cu

12、rves for Paramecium aurelia and P. caudatumin separate and mixed cultures星杆藻(Asterionella)和针秆藻(Yynedra)Resource partitioningResource partitioningResource partitioning is demonstrated by the feeding habits of five species of North American warblers. Each of these insect-eating species searches for fo

13、od in different regions of spruce trees. 竞争的类型和特征竞争的类型和特征 种间竞争的类型种间竞争的类型 利用性竞争：通过损耗资源利用性竞争：通过损耗资源 干扰性竞争：竞争个体间直接干扰性竞争：竞争个体间直接相互作用相互作用 种间竞争的特征种间竞争的特征 不对称性不对称性 对不同资源竞争的结果相互影对不同资源竞争的结果相互影响响Lotka-Volterra模型模型 假设两个物种，单独生长时增长曲线为逻辑斯假设两个物种，单独生长时增长曲线为逻辑斯蒂模型蒂模型 若将两个物种放在一起，他们发生竞争，从而若将两个物种放在一起，他们发生竞争，从而影响其他种群增长：

14、影响其他种群增长： 假设假设表示在物种表示在物种1的环境中，每存在一个物种的环境中，每存在一个物种2的的个体，对于物种个体，对于物种1的效应。的效应。 表示在物种表示在物种2的环境中，的环境中，每存在一个物种每存在一个物种1的个体，对于物种的个体，对于物种2的效应，则有的效应，则有逻辑斯蒂方程逻辑斯蒂方程： CdN1 /dt = r1N1 (1-N1/K1 N2/K1) CdN2 /dt = r2N2 (1-N2/K2 N1/K2）种间竞争示意图种间竞争示意图种间竞争结果种间竞争结果 K1K2/，K1/ K2，物种，物种2被排斥，物种被排斥，物种1取胜取胜 K1K2/，K1/K2/，K1/K2

15、，不稳定的平衡点，两，不稳定的平衡点，两种可能获胜种可能获胜 K1K2， 稳定的平衡点，两种稳定的平衡点，两种共存共存生态位理论生态位理论 生态位生态位 (niche) 指物种在生物群落或生态系统中的地位和角色；在自指物种在生物群落或生态系统中的地位和角色；在自然生态系统中一个种群在时间、空间上的位置及其然生态系统中一个种群在时间、空间上的位置及其在相关种群之间的功能关系在相关种群之间的功能关系(n-维生态位维生态位) 生物生长发育的不同时期生态位不同生物生长发育的不同时期生态位不同 基础生态位和实际生态位基础生态位和实际生态位 基础生态位：物种能栖息的、理论上最大的空间基础生态位：物种能栖息

16、的、理论上最大的空间 实际生态位：物种实际占有的空间实际生态位：物种实际占有的空间 生态位分化生态位分化 资源利用曲线资源利用曲线生态位重叠导致种间竞争加剧，导致物种灭亡或生态位重叠导致种间竞争加剧，导致物种灭亡或生态生态位分离位分离极限相似性极限相似性Three dimensions of the niche种的生态位Fig. The process of character displacement(a) individuals of one species that use resources in regions that do not overlap with the other s

17、pecies have a selective advantage.生态位不重叠生态位不重叠竞争释放和性状替换竞争释放和性状替换 竞争释放竞争释放 (competitive release) 缺乏竞争者时，物种实际生态位扩张的现缺乏竞争者时，物种实际生态位扩张的现象象 以色列沙鼠以色列沙鼠 性状替换性状替换 (character displacement) 竞争产生的生态位收缩导致形态变化的现竞争产生的生态位收缩导致形态变化的现象象 收获蚁、达尔文雀收获蚁、达尔文雀种间竞争与时空异质性种间竞争与时空异质性 环境的空间异质性和时环境的空间异质性和时间异质性间异质性 环境的时空变化对种间、环境的时

18、空变化对种间、种内竞争的影响种内竞争的影响 占有者优势占有者优势7.3.2 捕食作用捕食作用 相关概念相关概念 捕食者和猎物捕食者和猎物 食草作用食草作用捕食的相关概念捕食的相关概念n捕食捕食 (predation)：生物摄取其他生物个体生物摄取其他生物个体（猎物）的全部或部分为食的现象（猎物）的全部或部分为食的现象 n广义的捕食概念：广义的捕食概念： n典型的捕食典型的捕食 n食草作用食草作用 n寄生和拟寄生寄生和拟寄生 n同类相食同类相食 n食肉动物、食草动物和杂食动物食肉动物、食草动物和杂食动物 n特化种、泛化种；单食者、寡食者特化种、泛化种；单食者、寡食者捕食者和猎物捕食者和猎物 捕食

19、者和猎物的协同进化捕食者和猎物的协同进化 Lotka-Volterra 捕食者猎物模捕食者猎物模型型 自然界中捕食者对猎物种群数自然界中捕食者对猎物种群数量的影响量的影响捕食者和猎物的协同进化捕食者和猎物的协同进化 捕食者捕食者适于捕食的特征适于捕食的特征：锐齿、利锐齿、利爪、尖喙、毒牙等工具，诱饵追击、集爪、尖喙、毒牙等工具，诱饵追击、集体围猎体围猎 猎物逃避捕食的对策：猎物逃避捕食的对策：保护色保护色、警警戒色戒色、拟态、假死、集体抵御、拟态、假死、集体抵御 自然选择对捕食者和猎物的对立选自然选择对捕食者和猎物的对立选择择 精明的捕食者。精明的捕食者。人？人？捕食者和猎物.Fig. The

20、 American bitten are examples of cryptic colorationFig. a white-tailed ptarmigan.Prey adaptations保护色警戒色警戒色Lotka-Volterra 捕食者猎物模型捕食者猎物模型 条件：条件： 一种捕食者和一种猎物一种捕食者和一种猎物 捕食者和猎物数量相关捕食者和猎物数量相关 无捕食者时猎物指数增长、无猎物时捕食者指数减少无捕食者时猎物指数增长、无猎物时捕食者指数减少 模型模型：dN/dt = r1N- PN；dP/dt = r2P- PN 猎物零增长猎物零增长: r1 N = PN 或或 P = r1

21、 / 捕食者零增长：捕食者零增长： r2P = PN 或或 N = r2 / 不论种群起始数量如何，都出现不论种群起始数量如何，都出现猎物和捕食者猎物和捕食者数量数量交替升降交替升降的循环的循环PREDATOR-PREY RELATIONSHIPSPopulation cycles of snowshoe hares and their lynx predators based on the numbers of pelts received by the Hudson Bay CompanyPREDATOR-PREY RELATIONSHIPS Out-of-phase fluctuatio

22、ns in laboratory populations of the azuli bean beetle and its braconid wasp predator.PREDATOR-PREY RELATIONSHIPS自然界中捕食者对猎物种群数量的影响自然界中捕食者对猎物种群数量的影响 两种主要观点两种主要观点 任一捕食者的作用，只占猎物种群死亡率的一小部任一捕食者的作用，只占猎物种群死亡率的一小部分，捕食者仅对猎物种群有微弱影响。分，捕食者仅对猎物种群有微弱影响。 蛇和田鼠蛇和田鼠 捕食者只是利用了猎物种群中超出环境容量的部分捕食者只是利用了猎物种群中超出环境容量的部分个体，对猎物种群

23、大小没有影响。雀鹰和大山雀个体，对猎物种群大小没有影响。雀鹰和大山雀 捕食者对猎物数量有明显影响的证据捕食者对猎物数量有明显影响的证据 热带岛屿引入捕食者后猎物种群的灭绝热带岛屿引入捕食者后猎物种群的灭绝 原因：无反捕食对策原因：无反捕食对策食草作用食草作用 食草对植物的危害和植物的补偿作用食草对植物的危害和植物的补偿作用 危害：随受损部位、发育阶段的不同而危害：随受损部位、发育阶段的不同而异异 补偿：自然落叶减少、单位光和面积提补偿：自然落叶减少、单位光和面积提高、增加种子重量高、增加种子重量 植物的防卫反应植物的防卫反应 毒性与差的味道；毒性与差的味道；防御结构防御结构：钩、倒钩、：钩、倒

24、钩、刺刺食草作用食草作用 植物与食草动物的相互动态植物与食草动物的相互动态 放牧系统：植物放牧系统：植物-食草动物相互作用系统食草动物相互作用系统 牧场依靠放牧维持较高的生产力；过度放牧牧场依靠放牧维持较高的生产力；过度放牧引起草场退化引起草场退化 植物和草食动物的协同进化植物和草食动物的协同进化 协同进化是指在进化过程中，一个物种的性协同进化是指在进化过程中，一个物种的性状作为另一物种性状的反应而进化，而后一状作为另一物种性状的反应而进化，而后一物种的性状本身又作为前一物种性状的反应物种的性状本身又作为前一物种性状的反应而进化的现象而进化的现象植物的防卫措施 寄生寄生 偏利共生偏利共生 互利

25、共生互利共生寄生寄生 (parasitism) 寄生的相关概念寄生的相关概念 寄生物与寄主的相互寄生物与寄主的相互适应与协同进化适应与协同进化 寄生物与寄主种群的寄生物与寄主种群的相互动态相互动态 社会性寄生物社会性寄生物寄生的相关概念寄生的相关概念 寄生的概念寄生的概念 微寄生物和大寄生物、主要的寄微寄生物和大寄生物、主要的寄生物生物 寄生蠕虫寄生蠕虫和昆虫和昆虫 专性寄生和兼性寄生专性寄生和兼性寄生 拟寄生物拟寄生物 食生物者和食尸动物食生物者和食尸动物Parasitism寄生物与寄主的相互适应与协同进化寄生物与寄主的相互适应与协同进化 寄生物对寄生生活的适应寄生物对寄生生活的适应 感官和

26、神经系统退化感官和神经系统退化 超强的繁殖能力超强的繁殖能力 复杂的生活史：转换寄主复杂的生活史：转换寄主 寄主对疾病的反应寄主对疾病的反应 免疫反应：细胞免疫反应和免疫反应：细胞免疫反应和B-细胞免疫反应细胞免疫反应 行为对策：整理毛、羽，逃离病区行为对策：整理毛、羽，逃离病区 植物和低等动物的反应：非特异性免疫、局植物和低等动物的反应：非特异性免疫、局部细胞死亡、提前落叶部细胞死亡、提前落叶 寄生物与寄主的协同进化寄生物与寄主的协同进化 负作用负作用 减弱减弱 互利共生互利共生Myxoma 和和 欧洲兔欧洲兔n欧洲兔欧洲兔于于1859年引年引进澳洲进澳洲，随后随后即快速即快速扩散扩散，过度

27、过度啃食，啃食，显著影响当显著影响当地食草地食草动物动物的草源的草源 n澳洲澳洲于于1950年年使用使用Myxoma病毒病毒来控制澳洲兔来控制澳洲兔种群种群n开始使开始使用，用，Myxoma病毒的毒性病毒的毒性极强极强，数天內即可数天內即可杀杀死宿主死宿主 n但是但是经过数经过数年年后，后，Myxoma病毒的毒性病毒的毒性显著显著的下降的下降寄生物与寄主种群的相互动态寄生物与寄主种群的相互动态 与捕食者与捕食者-猎物的相互作用类似猎物的相互作用类似 寄主密度增加寄主密度增加寄生物广泛扩散和传播寄生物广泛扩散和传播寄主种寄主种群因流行病而急剧缩小群因流行病而急剧缩小寄主提高免疫力寄主提高免疫力易

28、感易感种群减小、疾病传染力下降种群减小、疾病传染力下降寄主密度增加寄主密度增加 与捕食者与捕食者-猎物种群类似的寄主种群循环猎物种群类似的寄主种群循环 寄主密度增加寄主密度增加寄生物扩散和传播的机会增加寄生物扩散和传播的机会增加寄主种群因流行病而缩小寄主种群因流行病而缩小寄生物种群也随之减寄生物种群也随之减小小寄主种群上升寄主种群上升社会性寄生物社会性寄生物 社会性寄生的概念社会性寄生的概念 寄生者不摄取寄主组织，而是让寄主为其提寄生者不摄取寄主组织，而是让寄主为其提供食物或其他利益供食物或其他利益 鸟类的窝寄生鸟类的窝寄生 种内窝寄生：鸭种内窝寄生：鸭 种间窝寄生：种间窝寄生：大杜鹃大杜鹃、

29、褐头牛鹂、褐头牛鹂 蚂蚁的社会性寄生蚂蚁的社会性寄生 强迫其他种的工蚁为其饲育幼体强迫其他种的工蚁为其饲育幼体雌杜鹃通常把蛋下到别的鸟窝里雌杜鹃通常把蛋下到别的鸟窝里 图片：鸟类的寄生箭尾维达鸟箭尾维达鸟把蛋下到把蛋下到黒颊梅花雀黒颊梅花雀 偏利共生偏利共生 共生对一方有利、对另一方无害的共生类型共生对一方有利、对另一方无害的共生类型 附生植物与被附生植物是一种典型的偏利共生，附生植物与被附生植物是一种典型的偏利共生，如地衣、苔藓、某些蕨类以及很多高等的附生如地衣、苔藓、某些蕨类以及很多高等的附生植物（如兰花）附生在树皮上，借助于被附生植物（如兰花）附生在树皮上，借助于被附生植物支撑自己，获取

30、更多的光照和空间资源植物支撑自己，获取更多的光照和空间资源互利共生互利共生 互利共生的概念：互利共生的概念：两物种相互有利的共居关系，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、相彼此间有直接的营养物质的交流，相互依赖、相互储存、双方获利互储存、双方获利 互利共生的类型：互利共生的类型： 共生性与非共生性互利共生：植物与菌根、共生性与非共生性互利共生：植物与菌根、根根瘤菌瘤菌，植物与，植物与昆虫昆虫、清洁鱼与顾客鱼、清洁鱼与顾客鱼 专性与兼性互利共生：地衣、珊瑚，植物与固专性与兼性互利共生：地衣、珊瑚，植物与固氮菌、有花植物与动物氮菌、有花植物与动物 防御性互利共生：黑麦

31、草与麦角真菌、植物与防御性互利共生：黑麦草与麦角真菌、植物与蚂蚁蚂蚁 动物体内的共生性互利共生：肠道菌群动物体内的共生性互利共生：肠道菌群互利共生和进化互利共生和进化 互利共生可能来源于寄生互利共生可能来源于寄生物物-寄主、捕食者寄主、捕食者-猎物关猎物关系或其他共栖者系或其他共栖者 真核细胞来源于原核共生真核细胞来源于原核共生体：体： 叶绿体、线粒体来叶绿体、线粒体来自原核生物自原核生物 互利共生的不同类型互利共生的不同类型 行为上互利共生：鼓虾与丝缎虎行为上互利共生：鼓虾与丝缎虎 种植和饲养的互利共生：切叶蚁与真菌种植和饲养的互利共生：切叶蚁与真菌 传粉、传播种子动物与植物的互利共生传粉、

32、传播种子动物与植物的互利共生 高等植物与真菌高等植物与真菌-菌根的互利共生菌根的互利共生 防御性互利共生：黑麦草与麦角真菌防御性互利共生：黑麦草与麦角真菌 生活在动物组织或细胞内的共生体：白生活在动物组织或细胞内的共生体：白蚁与鞭毛虫蚁与鞭毛虫针叶树的根瘤菌左左边的沒有根瘤菌共生边的沒有根瘤菌共生 右右边的有根瘤菌共生边的有根瘤菌共生Mutualism The plants of the genus Yucca are each pollinated exclusively by one species of yucca moth. This insect cannot complete its life cycle with any other plant. Therefore each species mutually benefits one another7.4 他感作用他感作用 他感作用他感作用 (allelopathy) 植物体通过向体外分泌代谢过程中的化学物质，对其植物体通过向体外分泌代谢过程中的化学物质，对其他植物产生直接或间接影响的现象他植物产生直接或间接影响的现象 存在于种内和种间存在于种内和种间 克生物质克生物质 乙烯、香精油、酚及其衍生物，不饱和内脂、乙烯、香精油、