第4章种群和群落

1、第4章 种群和群落必修1：生命系统的结构层次必修2：现代生物进化理论第第1节节 种群的特征种群的特征：在一定：在一定时间时间和和空间空间内的内的同种同种生物个体的总和。生物个体的总和。下列叙述中属于下列叙述中属于的是：的是：1一个池塘中的全部鱼一个池塘中的全部鱼2一片草地上的全部蒲公英一片草地上的全部蒲公英3世界上的全部鸟世界上的全部鸟4一个岛上的全部老绵羊一个岛上的全部老绵羊5一个池塘里所有的雄性鲤鱼一个池塘里所有的雄性鲤鱼注：注：时间和空间的范围时间和空间的范围同一物种（物种限定）同一物种（物种限定）个体总和包括不同性别、不同发育阶个体总和包括不同性别、不同发育阶段的个体的集合段的个体的集

2、合个体之间相互联系（如种内互助，种个体之间相互联系（如种内互助，种内斗争）内斗争）种群有而个体没有的特征种群有而个体没有的特征：种群最基本的数量特征种群最基本的数量特征种群密度种群密度=种群的个体数量种群的个体数量空间大小（面积或体积）空间大小（面积或体积）种群密度很高种群密度很高种群密度一般种群密度一般种群密度较高种群密度较高指种群在单位面积或者单位体积中的个体数。指种群在单位面积或者单位体积中的个体数。如何估算种群的密度？如何估算种群的密度？（1）样方法：）样方法：适用于植物和活动能力弱的适用于植物和活动能力弱的种群种群 在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个在被调查种群的分布范围内，随

3、机选取若干个样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方的密度，以所有样方种群密度的平均值个样方的密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估计值。作为该种群的种群密度估计值。五点取样法等距取样法一般步骤：一般步骤：设定取样面积，每个样方的形状和面积必设定取样面积，每个样方的形状和面积必须须一致一致。（应适用于所选生物及其环境；正方形、长（应适用于所选生物及其环境；正方形、长方形或六角形均可）方形或六角形均可）随机随机取多个样方取多个样方（不能掺入主观因素；应有足够多的样本以（不能掺入主观因素；应有足够多的样本以保证抽样的结果能代表总体。）保

4、证抽样的结果能代表总体。）算出每个样方的种群密度，求算出每个样方的种群密度，求平均数平均数即得即得种群密度种群密度若有正好长在边界线若有正好长在边界线上的，只计样方相邻上的，只计样方相邻两条边上的个体两条边上的个体原则：计上不计下，计左不计右。原则：计上不计下，计左不计右。 样方法样方法适合于调查适合于调查植物植物密度、某种密度、某种昆虫卵昆虫卵密度、密度、 作物植株上作物植株上蚜虫蚜虫密度、密度、跳蝻跳蝻的密度等的密度等样方的数量：样方的数量： 大小：大小： 方法：方法： 草本草本1m2、灌木、灌木16 m2、乔木、乔木100 m2根据样地总面积的大小而定根据样地总面积的大小而定有代表性的样

5、方：有代表性的样方：随机取样随机取样； 样本数量足够大样本数量足够大； 取样过程没有主观偏见取样过程没有主观偏见五点取样法、等距取样法等五点取样法、等距取样法等（2）标志重捕法： 在种群的活动范围内，捕获一部分个体，做在种群的活动范围内，捕获一部分个体，做上标记后再放回原处，一段时间后再重捕，上标记后再放回原处，一段时间后再重捕，根据重捕的动物中标记个体数占总个体数的根据重捕的动物中标记个体数占总个体数的比例，来估计种群密度。比例，来估计种群密度。适用范围：适合于活动能力强、活动范围大的动物适用范围：适合于活动能力强、活动范围大的动物P63练习的第练习的第1题题如何估算种群的密度？如何估算种群

6、的密度？样地中该种群的个体总数样地中该种群的个体总数N初次捕获并标记个体数初次捕获并标记个体数再次捕获的个体数再次捕获的个体数再次捕获中被标记的个体数再次捕获中被标记的个体数标志的操作中要注意：标志的操作中要注意： 1.标志物和标志方法必须标志物和标志方法必须对动物的身体不会产生对对动物的身体不会产生对于寿命和行为的伤害于寿命和行为的伤害。如选用着色标志时，要注意色。如选用着色标志时，要注意色素无害而溶剂可能有毒。如果用切趾、剪翅等方法标素无害而溶剂可能有毒。如果用切趾、剪翅等方法标志动物时，不能影响被标志动物正常的活动或者导致志动物时，不能影响被标志动物正常的活动或者导致疾病、感染等。疾病、

7、感染等。 2.标志标志不能过分醒目不能过分醒目。因为过分醒目的个体。因为过分醒目的个体,在自在自然界中有可能改变与捕食者之间的关系，最终有可能然界中有可能改变与捕食者之间的关系，最终有可能改变样本中标志个体的比例而导致结果失真。改变样本中标志个体的比例而导致结果失真。 3.标志符号必须能够维持一定的时间，标志符号必须能够维持一定的时间，在调查研究在调查研究期间不能消失期间不能消失。标志重捕法标志重捕法可能的误差来自：可能的误差来自：1、本地生物随机或者节律性的迁出迁入。、本地生物随机或者节律性的迁出迁入。 2、标记个体与自然个体的混合所需时间估计错误。、标记个体与自然个体的混合所需时间估计错误

8、。 3、捕捉所在空间有特殊因素造成个体分布的特殊。、捕捉所在空间有特殊因素造成个体分布的特殊。4、被标记个体的死亡、标记遗失等。、被标记个体的死亡、标记遗失等。标志重捕法标志重捕法当当标记个体死亡标记个体死亡时，估算出的种群密度偏时，估算出的种群密度偏 。当当标记物脱落标记物脱落时，估算出的种群密度偏时，估算出的种群密度偏 。大大大大黑光灯诱捕法黑光灯诱捕法适用于适用于有趋光性的昆虫有趋光性的昆虫黑光灯黑光灯：单位时间内新产生的个体数目占该单位时间内新产生的个体数目占该种群个体总数的比例称为种群个体总数的比例称为出生率出生率。单位时间内死亡的个体数目占该种群单位时间内死亡的个体数目占该种群个体

9、总数的比例称为个体总数的比例称为死亡率死亡率。a.出生率出生率死亡率死亡率种群密度种群密度增加增加b.出生率出生率死亡率死亡率种群密度种群密度降低降低意义：出生率和死亡率是意义：出生率和死亡率是决定种群数量和种群密度大小的重要因素。决定种群数量和种群密度大小的重要因素。：单位时间内，迁入或者迁出的个体占单位时间内，迁入或者迁出的个体占该种群个体总数的比率，分别称为该种群个体总数的比率，分别称为迁入率迁入率，或者，或者迁出率迁出率。如鸟类，城市人口等：种群中各年龄期个体所占比例。种群中各年龄期个体所占比例。一般分为幼年、成年和老年三个阶段。一般分为幼年、成年和老年三个阶段。年龄组成一般分年龄组成

10、一般分三种三种类型：类型：增长型增长型稳定型稳定型衰退型衰退型幼年幼年(尚无生殖能力尚无生殖能力)成年成年(有生殖能力有生殖能力) 老年老年(丧失生殖能力丧失生殖能力)年龄的三个阶段：年龄的三个阶段：发展时期稳定时期衰退时期时间种群数量意义：意义：预测种群数量的预测种群数量的变化趋势变化趋势增长型增长型稳定型稳定型衰退型衰退型： 种群中雌雄个体数目的比例。种群中雌雄个体数目的比例。a.a.雌雄相当型：雌雄相当型：特点特点是雌性和雄性个体数目是雌性和雄性个体数目大体相等。大体相等。这种类型多见于高这种类型多见于高等动物等动物。意义：在一定程度上影响着种群密度。意义：在一定程度上影响着种群密度。b

11、.b.雌多雄少型：雌多雄少型：特点是雌性个体显著多特点是雌性个体显著多于雄性个体。于雄性个体。这种类型常见于人工控这种类型常见于人工控制的种群。制的种群。c.c.雌少雄多型：雌少雄多型：特点是雄性个体明显特点是雄性个体明显多于雌性个体。多于雌性个体。 这种这种类型较为罕见。类型较为罕见。如蚂蚁等昆虫。如蚂蚁等昆虫。种群密度种群密度（+）（）（）（+）（）（）出生率出生率死亡率死亡率迁入率迁入率迁出率迁出率年龄组成年龄组成性别比例性别比例预测预测影响影响种群的数量特征种群的数量特征种群的空间特征集群分布集群分布 均匀分布均匀分布 随机分布随机分布例1. 种群是构成群落的基本单位。种群研究的核心问

12、题是种群数量的变化规律。（1）研究种群数量变化的规律有着重要意义。试举一例_。（2）下图示某小组的同学在进行双子叶草本植物苦荬菜种群密度调查时确定的小样方之一，圆圈表示个体。请将应该计数的圆圈涂黑。害虫防治一个调查小组对苦荬菜调查的结果统计： 组别 12345678910株数 02334124233（3）上表是该班级10个小组的调查结果。则该块地苦荬菜的种群密度为_。 3株/m2例例2：“标志标志(记记)重捕法重捕法”是动物种群密度调查中的一种是动物种群密度调查中的一种常用取样调查法：在被调查种群的生存环境中，捕获一常用取样调查法：在被调查种群的生存环境中，捕获一部分个体（部分个体（M）全部进

13、行标记后释放，经过一段时间后）全部进行标记后释放，经过一段时间后进行重捕，根据重捕中标记个体数（进行重捕，根据重捕中标记个体数（m）占总捕获数（）占总捕获数（n）的比例，估计该种群的数量（的比例，估计该种群的数量（N）。某研究机构对我国）。某研究机构对我国北方草原一种主要害鼠北方草原一种主要害鼠布氏田鼠进行了调查。调查布氏田鼠进行了调查。调查样方总面积为样方总面积为2 hm2（1 hm2=10000 m2），随机布），随机布设设100个鼠笼，设置一夜后，统计所捕获鼠的数量、性个鼠笼，设置一夜后，统计所捕获鼠的数量、性别等，进行标记后放归；别等，进行标记后放归；3日后进行重捕与调查。所得到日后进

14、行重捕与调查。所得到的调查数据如下表。的调查数据如下表。 (单位：只单位：只)捕获数捕获数标记数标记数雌性个体数雌性个体数雄性个体数雄性个体数初捕初捕32321418重捕重捕3641818捕获数标记数雌性个体数雄性个体数初捕32321418重捕3641818(1)假定重捕取样中标记比例与样方总数中标记比例相等，写出样方中种群总数（N）的计算公式_。(2)该草地布氏田鼠的平均种群密度为_只/hm2。事实上田鼠在被捕捉过一次后更难捕捉，上述计算所得的平均种群密度与实际种群密度相比可能会偏_。(3)综合两次捕获情况，该田鼠种群的性别比例（/）为_。(4)在上述调查的同时，还对样方中布氏田鼠的洞口数进

15、行了调查(假设样方中只有这一种鼠)，平均每100 m2有3.6个洞口，洞口数与田鼠数的比例关系为_。N=Mn/m144高高8/92.5：1第第2节节 种群数量的变化种群数量的变化一、建构种群增长模型的方法72小时后由一个细菌分小时后由一个细菌分裂产生的细菌数量是多裂产生的细菌数量是多少？少？n n 60min x72h60min x72h20min20min216216N Nn nn n 2 2216216建构种群增长模型（数学模型）的方法建构种群增长模型（数学模型）的方法研究实例研究实例研究方法研究方法观察研究对象，提出问题观察研究对象，提出问题细菌每细菌每20min分裂一次分裂一次提出合理

16、的假设提出合理的假设在资源和空间无限多的在资源和空间无限多的环境中，细菌种群的增环境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加长不会受种群密度增加的影响的影响根据实验数据，用适当根据实验数据，用适当数学数学形式形式对事物的性质进行表达对事物的性质进行表达Nn = 2n通过进一步实验或观察，通过进一步实验或观察，对模型进行检验或修正对模型进行检验或修正观察、统计细菌数量，观察、统计细菌数量，对模型进行检验或修整对模型进行检验或修整一、建构种群增长模型的方法72小时后由一个细菌分小时后由一个细菌分裂产生的细菌数量是多裂产生的细菌数量是多少？少？n n 60min x72h60min x72h20min2

17、0min216216N Nn nn n 2 2216216思考：思考：在一个培养基中在一个培养基中，细菌的数量会一直按照细菌的数量会一直按照这个公式增长吗？这个公式增长吗？世代世代细细菌菌数数量量（个）（个）0 1 2 3 4 5 6604020与数学公式相比：直观 不够精确二、种群增长曲线种群增长的种群增长的“J”型曲线型曲线条件：条件：理想状态下理想状态下 食物、空间充裕食物、空间充裕气候适宜，无敌害气候适宜，无敌害无其它生物与之剧烈竞争无其它生物与之剧烈竞争生殖不受限制生殖不受限制个体都能存活至生理寿命个体都能存活至生理寿命自然界中是否有这样的例子？ 实例一：澳大利亚的兔子实例一：澳大利

18、亚的兔子24只欧洲野兔只欧洲野兔不到不到100年年数量达到数量达到6亿只以上亿只以上遍布整个大陆遍布整个大陆天堂天堂实例二：环颈雉实例二：环颈雉“J”型增长曲线的数学模型型增长曲线的数学模型“J”型曲线的数学模型公式：型曲线的数学模型公式：t年后种群的数量为Nt=N0 t 种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的倍。倍。增长率增长率= -1种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线高斯的实验“S”型曲线出现的原因：型曲线出现的原因：自然环境中，种群增长到自然环境中，种群增长到一定程度一定程度后，后，食物、空间有限，食物、空间有限，种内斗争剧烈

19、，天敌、种内斗争剧烈，天敌、传染病增加传染病增加，出生率下降、死亡率上升出生率下降、死亡率上升而达到而达到平衡平衡。个个体体数数 N时间时间tK值值bKN时，时，种群增大；种群增大；N K时，时，种群负增长；种群负增长；KN时，时，种群动态平衡；种群动态平衡；达到达到b点后环境阻点后环境阻力增大，增长减速力增大，增长减速 J型型S型型条件条件 资源无限资源无限 资源有限资源有限增长速率增长速率 增大增大 先增加后减小最后为先增加后减小最后为0 有无有无K值值 无无 有有增长率增长率 不变不变 先增加后减小最后趋于先增加后减小最后趋于0 三、种群数量的波动和下降东亚飞蝗种群数量的变化曲线东亚飞蝗

20、种群数量的变化曲线 自然因素：自然因素：人为因素：人为因素：气候、食物、天敌、传染病等气候、食物、天敌、传染病等人类的各种活动人类的各种活动在自然界中，种群数量并不是只受单一因素影响的。在自然界中，种群数量并不是只受单一因素影响的。而是常常在多因素的共同作用下出现波动。而是常常在多因素的共同作用下出现波动。观察：将观察：将0. 1mL酵母菌加入装有酵母菌加入装有10 mL培养液的试管中，置于培养液的试管中，置于29的环境中培养，定期取样，酵母菌种群变化如下图所示。的环境中培养，定期取样，酵母菌种群变化如下图所示。1 2 3 4 5 6 7 8 96543210酵酵母母菌菌细细胞胞数数（106个

21、个/mL）时间时间/d实验的前实验的前2天，酵母菌种群增长曲线是什么？前天，酵母菌种群增长曲线是什么？前4天的增长曲线天的增长曲线又是什么？又是什么？该种群的该种群的K值是多少？如果将培养液为值是多少？如果将培养液为20 mL，K值有变化吗？值有变化吗？如果实验持续，第如果实验持续，第5至至9天，种群增长曲线将会是怎样的？天，种群增长曲线将会是怎样的？“食人鱼食人鱼”是一种肉食鱼，一旦进入自然是一种肉食鱼，一旦进入自然生态水域，就会造成严重的生态灾难。假生态水域，就会造成严重的生态灾难。假如该物种进入湖泊生态系统，以下哪种曲如该物种进入湖泊生态系统，以下哪种曲线能准确表达其种群数量变化的特点线

22、能准确表达其种群数量变化的特点 B C D B C D A第第3节节 群落的结构群落的结构下图展示了在池塘水面、水中、水底生活的多种生物。下图展示了在池塘水面、水中、水底生活的多种生物。 1、这个池塘中有哪些生物？、这个池塘中有哪些生物？浮游植物、浮游动物、浮游植物、浮游动物、水草、植食性鱼、肉食水草、植食性鱼、肉食性鱼、微生物等性鱼、微生物等2、假如池塘中、假如池塘中的肉食性鱼大的肉食性鱼大量减少，池塘量减少，池塘中其他种群的中其他种群的数量将会出现数量将会出现什么变化？什么变化？肉食性鱼肉食性鱼植食性鱼植食性鱼浮游动物浮游动物浮游植物浮游植物一、群落的定义同一时间同一时间内聚集在内聚集在一

23、定区域一定区域中中各种生物种群各种生物种群的集合，叫做的集合，叫做群落群落。注：注：（1）囊括了该区域内）囊括了该区域内所有所有种群；种群；（2）其中的各种生物）其中的各种生物相互制约、相互依存相互制约、相互依存，并，并不是种群的简单相加。不是种群的简单相加。 二、群落水平的研究种群种类、种群种类、优势种群优势种群种间关系种间关系种群位置种群位置群落的空群落的空间结构间结构群落演替群落演替群落的范围群落的范围和边界和边界研究池塘群落研究池塘群落群落特征：群落特征：物种的多样性、群落结构、种间关系、优势种等。物种的多样性、群落结构、种间关系、优势种等。三、群落的物种组成常绿针叶林常绿针叶林常绿阔

24、叶林常绿阔叶林物种组成物种组成是区别不同群落的是区别不同群落的重要特征。重要特征。群落中物种的数目的群落中物种的数目的多少称为多少称为丰富度丰富度。 （1）。（2）。 例如，在热带森林的生物群落中，植物种群以万计，无脊椎动物以10万计，脊椎动物种群以千计；但在冻原和荒漠的生物种群中，种群数量要少得多。（3）群落中物种的数目的多少。 两种草履虫单独两种草履虫单独培养和混合培养培养和混合培养时种群个体数量时种群个体数量发生动态变化的发生动态变化的原因是什么？原因是什么？ 这两个物种都没有分泌杀死对方的物质。 调查研究表明，猞猁和雪兔种群数量之间存调查研究表明，猞猁和雪兔种群数量之间存在在相关性相关

25、性。 例如，从例如，从1845年到年到1855年间，猞猁数量年间，猞猁数量的增加导致雪兔减少；而雪兔的减少，又会的增加导致雪兔减少；而雪兔的减少，又会造成猞猁减少，之后雪兔又大量增加。造成猞猁减少，之后雪兔又大量增加。四、种间关系捕食捕食：一种生物以另一种生物为食的现象。一种生物以另一种生物为食的现象。生物数量生物数量时间时间生物生物A生物生物BAB竞争竞争：两种或两种以上生物相互争夺两种或两种以上生物相互争夺资源资源和和空间空间等。等。 竞争的结果常表竞争的结果常表现为现为相互抑制相互抑制，有时表现为有时表现为一方一方占优势，另一方占优势，另一方处于劣势甚至灭处于劣势甚至灭亡亡。CAB生物数

26、量生物数量时间时间生物生物A生物生物B寄生：寄生：一种生物（寄生者）寄居于另一种生物（寄主）的一种生物（寄生者）寄居于另一种生物（寄主）的体内或体表体内或体表，摄取寄主的养分以维持生活。，摄取寄主的养分以维持生活。表现为：一方获利，另一方受害表现为：一方获利，另一方受害寄生物通常不会杀死寄主寄生物通常不会杀死寄主 体表寄生体表寄生BA体内寄生体内寄生BA例如： 蛔虫、绦虫、血吸虫蛔虫、绦虫、血吸虫等寄生在其它动物的等寄生在其它动物的体内；虱和蚤寄生在体内；虱和蚤寄生在其它动物的体表；菟其它动物的体表；菟丝子寄生在豆科植物丝子寄生在豆科植物上；噬菌体寄生在细上；噬菌体寄生在细菌内部。菌内部。互利

27、共生：互利共生：两种生物共同生活在一起，互相依存，彼此有利；两种生物共同生活在一起，互相依存，彼此有利；如果彼此分开，则双方或者一方不能独立生存。如果彼此分开，则双方或者一方不能独立生存。 实例：实例： 根瘤菌与豆科植物根瘤菌与豆科植物白蚁与其体内的鞭毛虫白蚁与其体内的鞭毛虫传粉、传播种子动物与植物传粉、传播种子动物与植物生物A生物B生物数量时间地衣是真菌和藻类的共生体地衣是真菌和藻类的共生体 藻类藻类光合作用光合作用给真菌提供有机物给真菌提供有机物真菌真菌吸收水和无机盐吸收水和无机盐供给藻类供给藻类关系类型关系类型物种物种关系一般特征关系一般特征实例实例A B互利共生互利共生寄生寄生竞争竞争

28、捕食捕食（“”表示有利，表示有利，“”表示有害）表示有害）彼此有利彼此有利相互依存相互依存豆科植物和豆科植物和根瘤菌根瘤菌一方有利一方有利一方受害一方受害彼此抑制彼此抑制一方得利一方有害一方得利一方有害蛔虫和人蛔虫和人水稻和稗草水稻和稗草羊与草羊与草狼与羊狼与羊某水池有浮游动物和藻类两个种群，其种群密度随时间变化的趋势如右图，若向水池中投放大量专食浮游动物的某种鱼（丙），一段时期后，该水池甲、乙、丙三个种群中仅剩一个种群。下列关于该水池中上述三个种群关系及变化的叙述，正确的是A甲和丙既有竞争关系又有捕食关系，最终仅剩下甲种群B甲和乙既有竞争关系又有捕食关系，最终仅剩下丙种群C丙和乙既有竞争关系

29、又有捕食关系，最终仅剩下甲种群D丙和乙既有竞争关系又有捕食关系，最终仅剩下丙种群五、群落的空间结构垂直结构 在垂直方向上，在垂直方向上，生物群落具有明生物群落具有明显的分层现象。显的分层现象。光照光照食物和栖息空间食物和栖息空间森林中鸟类分层现象示意图森林中鸟类分层现象示意图林冠林冠杜鹃等杜鹃等中层中层啄木鸟等啄木鸟等下层下层画眉等画眉等 使生物群落在单位面积上能容纳更多的生物使生物群落在单位面积上能容纳更多的生物种类和数量，提高了群落利用环境资源（如种类和数量，提高了群落利用环境资源（如阳光、空间、营养物质等）的能力。阳光、空间、营养物质等）的能力。群落的垂直结构出现分层现象的意义是什么？群落的垂直结构出现分层现象的意义是什么？引起植物分层分布的主要原因是：引起植物分层分布的主要原因是：光照强度光照强度引起动物分层分布的主要原因是：引起动物分层分布的主要原因是：食物、栖息场所等食物、栖息场所等水平结构（1 1）水平结构的特点：）水平结构的特点：植物群落水平结构植物群落水平结构的主要特征就是它的的主要特