普通生物学第6章生物与环境

1、普通生物学第6章生物与环境 卧龙 鼎湖山二，生物与无机环境（一）光1光对植物的影响 是绿色植物进行光合作用的能量来源；光同时影响植物的形态建成和地理分布 （1）植物与光照度的关系。 阳性植物、阴性植物和耐阴植物（2）植物对光周期的反应 长日照植物、短日照植物和中间型植物 （3）光对植物形态建成的影响 通常将光控制植物生长、发育、分化的过程称为光形态建成 肉桂 人参 2光对动物的影响（1）光对动物繁殖的影响。 光（光周期）是启动动物复杂繁殖生理机制的“触发器”（trigger），通过眼和脑影响到脑下垂体的机能，刺激其前叶分泌促性腺激素，而使生殖功能活跃起来 长日照动物：鼬和许多鸟类等。 短日照动

2、物：山羊、绵羊和鹿类等。 鼬鹿（2）光对动物迁徙（migration）的影响。（3）光对动物换羽、换毛的影响。（4）光对昆虫滞育的影响。临界光周期（critical photoperiod）（5）光对动物昼夜节律的影响。 日出性(趋光性)和夜出性(避光性)角马 雷鸟（二）温度1最适温度2极端温度对生物的影响（1）低温对生物的影响。 （2）高温对生物的影响 3温度对生物发育的影响 生物在整个生长发育期或某一发育阶段内，高于一定温度度数以上的昼夜温度总和，称为某生物或某发育阶段的积温。 K=(xxo)Y 4温度对生物分布的影响 南极鳕（三）水1水与植物的关系 （1）水生植物。是指植物体或多或少沉没

3、于水中的植物。 沉水植物：例如眼子菜(Potamogeton distinctus)、苦草(Vallisneria spiralis)等。 浮水植物：例如浮萍(Lemna)、满江红(Azolla)等。 挺水植物：例如睡莲(Nymphaea)、芦苇(Phragmites communis) 等。 （2）陆生植物。包括湿生、中生和旱生植物三种类型。 苦草满江红2水与动物的关系（1）陆生动物。 对生长发育和生殖力的影响： 对分布的影响：（2）水生动物。水对水生动物的影响主要体现在以下三个方面： 溶解于水中的气体对水生动物的影响： 溶解盐类对水生动物的影响： pH对水生动物的影响：鱼感鱼 （四）空气

4、1空气的化学成分 空气主要由N2 (78)、O2(21)和C02(0.032)及其他气体所组成。2空气运动。空气运动产生风。风对生物的作用，益害参半。（1）风对植物的影响。（2）风对动物的影响。旗形树亚洲飞蝗 （五）土壤1土壤质地和结构对生物的影响 土壤由固体、液体和气体组成，土壤的质地和结构直接影响土壤的水分、温度、空气和养分状况，因而间接地影响动、植物的生活。根据其质地和结构可分为沙土、壤土和粘土三大类。 （1）沙土。 （2）壤土。具团粒结构，通气透水性能好，保肥能力强，为植物生命活动提供了良好的生活条件，适合于绝大多数植物生活。 （3）粘土。只适于浅根性植物生长。 土壤的质地和结构影响土

5、壤动物的运动形式。 2土壤酸碱度对生物的影响 pH67的微酸性土壤最有利于植物的生长。酸性土植物、碱性土植物和中性土植物。 土壤的酸碱度对于土栖动物及其分布有很大影响。 此外，土壤还是微生物生活最适宜的场所，土壤里微生物的数量最大，类型最多，是人类利用微生物资源的主要来源。沙拐枣碱蓬蜗牛（六）火（七）地形 地形对生物的影响通常是与其他因子一起发生作用的，地形的综合作用对生物分布的影响是极其显著的。因为地表形态及海拔高度的变化，常常引起光、温度、水、土壤等相应地发生变化。三、生物与有机环境（一）种内关系1.种内斗争(intraspecific competition)2.种内协作(intrasp

6、ecific cooperation)。争夺配偶种内协作（二）种间关系1中性作用（neutralism）。2竞争(competition)。3偏害作用（amensalism）。例如异种抑制作用或他感作用（allelopathy）、抗生作用等。4捕食作用（predation）。5寄生作用（parasitism）。 例如人体内的绦虫，植物中的菟丝子。6偏利作用（sommensalism）。也称共栖(commensalism)，即对一个种有利，对另一个种无影响。例如绿毛龟是丝状绿藻与乌龟共栖的结果。7互利共生(mutualism)。即相互作用对两种都有利。例如地衣第二节 种群生态一、种群概念* 种群

7、(poulation)是指在一定时间内占据一定空间的同一物种(或有机体)的集合体，即种群由同种个体组成，它占有一定的领域空间，它是同种个体通过种内关系有机地组成的一个统一体或系统（system） 二、种群的基本特征*（一）数量特征1出生率（natality） 为单位时间内种群新出生的个体数。2死亡率（motality） 为单位时间内种群死亡的个体数。3迁入和迁出 种群迁移率就是指一定时间内种群迁出数量与迁入数量之差占总体的百分率。（二）空间特征 1随机型分布(random distribution) 2均匀型分布(uniform distribution) 3成群型分布(aggregated

8、distribution)种群的空间分布A随机型分布；B成群随机型分布；C均匀型分布；D成群均匀型分布（自Whittaker）（三）遗传特征 遗传特征是指种群具有一定的基因组成，是一个基因库。 （四）系统特征 种群由同种个体通过种内关系有机地组成的一个系统，它以特定的生物种群为中心，以作用于该种群的全部环境因子为空间边界。三、种群年龄结构(age structure, age distribution） 是指种群各年龄级个体生物数目在种群个体总数中所占的比例。四、性别比例(sex ratio) (sexual structure) 性别比例是指种群中雄性和雌性个体数目的比例。 种群年龄结构的三

9、种基本类型A增长型种群；B稳定型种群；C衰退型种群五、存活曲线(survival curve) 表示种群存活率随时间变化的过程，是以生物的相对年龄（由绝对年龄除以平均寿命而得到）为横坐标，再以各年龄的存活率为纵坐标所画的曲线。I型：几乎所有的个体都能达到生理寿命； 型：表示各年龄期的死亡率是相等的。 型：表示幼体的死亡率很高，只有极少数的个体能活到生理寿命。 第三节 生物群落(biotic community) 生物群落是指在特定时间聚集在一定地域或生境中所有生物种群的集合。根据物种的属性，生物群落可以分为植物群落、动物群落和微生物群落。一、生物群落基本特征*（一）物种多样性(species

10、diversity)（二）群落中的各个成员在决定群落的结构和生态功能上作用不同。 优势种的变化将直接导致群落发生变化。 物种在群落中的地位，以及它与食物和天敌的关系称为生态位（niche）。 （三）群落与其环境的不可分割性（四）群落的时间、空间格局(spatial and temporal patterns) 分层现象，昼夜相和季节相等。（五）群落结构的松散性和边界的模糊性 群落的结构一般指群落的分层结构和物种组成，随环境 变化而变化，不是致密的实体，也不具有清晰的边界，而表 现出结构的松散性和 边界的模糊性。（六）群落的演替(succession)特征 指群落的组成结构会随着时间的变化而发生

11、变化。二、群落的组成与结构（一）群落的组成 群落的组成是指群落由哪些生物种类所构成。群落的不同组成成分，在决定整个群落的性质和功能上并不具有相同. 1优势种(dominant species) 一般来说，群落中常有一个或几个生物种群大量控制能流，其数量、大小以及在食物链中的地位，强烈影响着其他生物种类的栖息环境，这样的生物种称为群落的优势种。2从属种(subordinate) 群落中除优势种外的其他物种称为从属种。3关键种(key-stone species) 一些珍稀、特有、庞大的对其他物种具有与生物量不成比例影响的物种，它们在维护生物多样性和生态系统稳定方面起着重要的作用。如果它们消失或消

12、弱，整个生态系统就可能要发生根本性的变化，这样的物种称为关键种。（二）群落的结构 群落的结构指生物在环境中分布及其与周围环境之间相互作用形成的结构，又称为群落的格局(pattern)。 1群落的外貌和生长型 群落的形态与结构一般称为群落的外貌(physiognomy) ；生长型(growth form)反映了植物生活的环境条件 2空间结构 （1）垂直结构。 （2）水平结构。 3时间结构 （1）周期变化 日节律： 季节节律： （2）演替，即群落在长期历史发展过程中，由一种群落类型转变为另一种群落类型的过程。 垂直结构水平结构4营养结构（1）食物链 (food chain)。 食物链指群落中不同生

13、物种群通过取食与被取食的关系而形成的营养链锁结构 食草食物链(grazing food chain)： 是以绿色植物为起始环节，经植食动物、肉食动物等取食关系组成的食物链； 残渣食物链(detritus food chain)： 是以死的有机体(植物的枯枝落叶、动物尸体和排泄物)为起始环节，经过腐生动物或微生物逐级分解所构成的食物链。（2）食物网(food web)。 食物网指群落中的食物链，通过营养联系，相互交叉，形成的错综复杂的网状结构。（3）生态金字塔(ecological pyramid) 依据物种在食物网中所处的营养等级的不同，可将生物种分为生产者、初级消费者、次级消费者、三级消费者

14、等。5群落交错区和边缘效应 群落交错区(ecotone)是指两个或多个不同群落的交界区域，它是一个过渡地带，例如在森林和草原之间出现互相镶嵌的过渡地带。由于群落交错区有两个相邻生物群落的渗透，因而在群落交错区中既可有相隔群落的生物种类，又可有交错区特有的生物种类。在群落交错区中生物种类和密度增加的现象，叫做边缘效应(edge effect)。 边缘效应（三）物种多样性 群落结构的简单或复杂，还决定于组成群落生物种类的多少、数量是否均匀、各个物种的重要性等。物种多样性有多种表示方法。1物种丰富性（species richness） 物种丰富性是指群落 中物种的数目。2多度（abundance）

15、多度是指群落中生物个体数目的多少，是一个数量上的比例。3密度(density) 密度指单位面积上的个体数，用公式表示为： D=N/S RD=N/N式中：D为密度；N为样地内某种物种的个体数目；S为样地面积；RD为相对密度；N为全部物种的个体数目。4重要值(importance value) 重要值是用来表示某种植物在群落中作用和地位大小，重要值越大的种在群落结构中越重要。用公式表示： 重要值=（相对密度+相对频率+相对基部盖度）/300 其中，频率指群落中某种植物出现的样方的百分率；基部盖度指植物基部茎的横截面积。 s5Shannon-Wiener指数 H=PilnPi。式中：S为物种数；Pi

16、为第i种的个体比例。 i=16均匀度指数 EH/lnS。式中：H为多样性指数；S为物种数。三、生物群落的演替（community succession） 群落演替又称生态演替（ecological succession），是指群落随时间和空间而发生变化，由一种类型转变为另一种类型的生态过程。 原生演替（primary succession） 次生演替（secondary succession） （一）群落演替的一般过程 裸地形成生物侵移、定居及繁殖环境变化物种竞争群落水平上的相对稳定和平衡顶极群落(climax community) （二）群落演替机制 群落演替机制有以下三种模型： 1促进性模

17、型(facilitation model) 2. 抑制性模型(inhibition model) 3忍耐性模型(tolerance model) （三）群落演替实例 1水生演替系列 常开始于水域和陆地环境的交接处。 其演替阶段包括： 沉水植物期（例如金鱼藻、狐尾藻等）浮水植物期（例如睡莲、菱角、莲等浮叶根生植物）挺水植物期（例如芦苇、香蒲、水葱等直立水生植物）湿地草本 植物期（例如禾本科、莎草科、灯芯草科等湿生草本植 物）陆生植物群落。 2旱生演替系列 从环境恶劣的岩石表面或沙地开始，其演替阶段包括：地衣植物阶段苔藓植物阶段草本植物阶段灌木植物阶段乔木植物阶段。 （二）草地 草地出现在降水量介

18、于荒漠和森林之间的区域。优势植物为各类禾草，高、中、低种类均有，形成丛生或草皮。1热带草地（稀树草原） 2温带草原 热带草地温带草原 （三）荒漠 此区域降雨量极少，且不稳定，年降雨量少于500 mm，土质极贫瘠。 （四）冻原 此区域主要分布在北冰洋和极地冰盖南部与北方针叶林之间，称北极冻原；此外，在高山树线以上也有分布，称高山冻原 高山冻原 （五）水生群落 淡水生物群落海洋生物群落 淡水生物群落海洋生物群落（六）湿地三江国家城市湿地公园 湿地是介于陆地和水域之间的过渡带； 湿地具有调节水循环和作为栖息地养育丰富生物多样性的基本生态功能。 国家级洪泽湖湿地自然保护区 第四节 生态系统 生态系统(

19、ecosystem)是指在一定时间和空间内，生物群落与其环境之间由于不断地进行物种流动、能量流动、物质循环、信息传递和价值流动而形成的相互联系、相互制约并具有自我调节功能的统一整体。 一、生态系统的组成成分 生态系统是由生物和非生物组成的，二者缺一不可（一）生产者（producer） （二）消费者（consumer） 1植食性动物 2肉食性动物 （三）分解者（四）非生物成分二、生态系统的功能（一）物种流动 物种流动（species flow）是指物种在空间位置上的流动。这种变动可以是个体的，也可以是种群、群落等多种形式。 1物种流动对生态系统的影响 生态系统内某一物种的增加或去除，可以造成系统

20、内其他物种的大量灭绝或猛增。物种的变化可以改变生态系统的发展方向、影响物质循环，甚至改变整个生态系统的结构和功能。 2物种流动的方式 植物借助风、水、动物等将母株上的种子向环境传播。动物是靠主动和自身的习性进行扩散和移动，称为迁徙（migration） 3生物入侵（biological invasion） 是指一种生物有机体进入以往未曾分布过的地区，并能不断繁衍自己种群的过程。（二）能量流动 能量流动(energy flow)是指能量在生态系统中不断传递、转换的过程。能量流动以食物链为主线，并在生态系统中形成错综复杂的营养关系。1初级生产（primary production） 总初级生产量的

21、一部分(占50以上)用于自身生命活动，另一部分形成净初级生产量。净初级生产量向三个方面转移： 一部分被采食; 另一部分以凋落物形式存在; 增长自身的重量。2次级生产（secondary production）（1）植物被食草动物采食，贮存在食草动物体内，成为次级生产量。（2）食草动物被食肉动物捕食后，大部分能量消耗在呼吸作用中，只有一小部分能量传给分解者。3生态效率（ecological efficiencies） 是指生态系统能量流动过程中不同营养级上能量之比值，又称传递效率。其效率大约为10，此规律又称Lindeman十分之一定律。 （三）物质循环 各种元素在生态系统中间传递，在各营养级间

22、传递并联结起来，就构成了物质流动。在生态系统中，物质即是储存能量的载体，又是维持生命的基础，物质循环和能量流动总是相伴相随，形影不离的。但能量流动是单向流动，最后变成无用的热量而消耗掉；而物质流动则是循环不息的。 1水循环 水循环是最基本的物质循环，它强烈地影响着其他物质的循环。 地球上水的运动包括水平运动和垂直运动。 水循环主要在地球表面和大气之间通过降水量和蒸发量间的相互变化而不断循环的(图6-5)。 在水循环中，生物（特别是植物）发挥了巨大的作用，例如植物每生产1g初级生产量，差不多要蒸腾500g水，据估算，陆地植物每年蒸腾大约551018g的水。2碳循环 有机体干重的49都是由碳元素构

23、成的。 地球上最大量的碳是被固定在岩石圈中的，其次是在石油和煤（化石燃料）中。 碳循环是从绿色植物(生产者)光合作用固定大气中的C02开始的(图6-6)。 进入生产者、消费者和分解者体内的碳: 一部分通过呼吸作用以CO2的形式释放到大气中； 另一部分构成生产者和消费者的有机体，待有机体死亡后尸体被分解者分解成CO2、水和无机盐，其中CO2重新返回大气； 尸体长期埋在地层中形成化石燃料石油和煤，这些化石燃烧时，产生的CO2，再被释放到大气中. 在自然状态下，这些化石中的碳要经过很长年代，才能重新进入循环，但人类的开发利用促进了它的循环。在含碳分子中，CO2、CH4（甲烷）、CO是最重要的温室气体

24、，而CO2循环是地球物质循环的最重要核心之一。 目前，由于人类活动把大量的各种氧化氮输入大气造成空气污染，并将硝酸盐排入水中，引起水域富氧化形成水华和赤潮，这些都是严重的生态环境问题。（四）信息传递 在生态系统中，除了物质循环和能量流动外，还有机体之间的信息传递，这些信息流把 系统中各个组成部分联成一个整体。信息的产 生过程是一种自然过程，物质运动的状态和方式的变化就是生态系统中的信息。 从生态系统中信息传递的角度来说，可分为以下四种类型： (1)营养信息。 通过营养交换的形式，把信息从一个个体或种群传递给另一个个体或种群，称为营养信息。生态系统中的食物链就是一个典型的营养信息。(2)物理信息

25、。 物理信息指以物理过程为传递形式的信息。在生态系统中能够为生物所接受，并引起行为反应的信息，绝大部分是物理信息，例如光信息、热信息、声信息等。 (4)行为信息。 行为信息指有些动物可以通过行为方式向其他个体发出某种信息，以表达识别、求偶、威吓、挑战等信息。 (3)化学信息。 生物在某些特定条件或某个生长发育阶段，分泌或排泄出某些特殊的化学物质（例如酶、抗菌素、性诱激素等），这些化学物质对生物不是提供营养，而是在生物的个体或种群之间起着某种信息的传递作用，例如提供领域信息、性信息、食物信息、报警信息、集合信息等，即构成了化学信息。三、生态系统的平衡 （一）生态系统平衡的内涵 生态系统的平衡表现

26、在三个方面： 1结构和功能相对稳定： 2物质与能量的输入和输出接近平衡。 3在外来干扰下，能通过自我调控恢复到原初的稳定状态。（二）生态系统的稳定性 对于特定的生态系统，其稳定性取决于以下条件： 系统自身特点： 例如进化历史的长短、物种数目及其相互作用的特征 和强度等。 系统受干扰的方式： 例如干扰的性质、大小和持续时间等。 估计稳定性的指标：抵抗力、恢复力等。 系统的稳定性一般分为两个成分： 抵抗力（resistance）和恢复力（resilience）。（三）生态系统的自我调节能力 生态系统是一种控制系统或反馈系统，它具有反馈机能，既当生态系统中某一部分发生变化时，它会引起其他成分出现一系

27、列相应的变化，这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分；也就是说，生态系统能够自动调节和维持自身稳定的结构和功能，以保持系统的稳定和平衡，生态系统的这种能力叫做自我调节能力。（四）影响生态平衡的因素1自然因素 包括火山喷发、地震、泥石流、山洪、海啸、雷击火烧等，它可使生态系统在短时间内受到严重破坏，甚至毁灭。2人为因素 包括毁林开荒、破坏草场、排放有毒物质、修建大型工程、喷洒大量农药、人为引入或消灭某些生物种等，当这些人为因素所造成的环境改变超过一定限度时，就会导致自然生态系统的强烈的变化，破坏生态平衡。第五节 人与环境 一、自然环境对人类的影响（一）人类是自然环境的产物 第三纪晚期是古

28、猿的繁盛时期，由于气候变冷，森林减少，草原植物向森林进逼，一部分森林古猿开始转为开阔地带的地面生活，促使了它们进行直立行走，直立行走又促进了手、足的分工，并在与自然环境的长期斗争中，学会了用自由的手使用工具和制造工具，并学会了劳动技巧，还在劳动过程中逐渐产生了语言。当古猿学会劳动和产生语言时，人类就诞生了。（二）自然环境对人种形成的影响 人类在生物学上同属一个物种，有着共同的祖先。原始的人类诞生后，在寻求各种适于生存的环境的过程中扩展到了世界各地，由于人类的各个群体在相当长的时期内各自生活在不同的自然地理区域中，彼此地里隔离，经过漫长时期的演化，于是便形成了具有不同体质特征和地理分布特点的各种

29、人种类型。(三）自然环境对人口分布的影响 自然环境和自然资源是人类生活和生产的物质基础。在生产力水平较低下的社，人类高度依赖着自然环境和自然资源，自然环境对人类的生活和人口的分布有着的极大制约作用。在自然条件的优越、自然资源丰富的地区往往人口分布较稠密；而在那些自然条件较差的地区，即使人类能够适应，但因劳动生产率低，人口也是难以增殖的，因此，这些地区人口较稀少。（四）自然环境对人类健康的影响 人类生存需要适宜的生存环境，自然环境及其变化可以影响到人体的正常生理机能，甚至可能造成对人体健康的影响而形成疾病。例如大气污染可以导致多种呼吸系统疾病；环境中缺碘，可以导致地方性甲状腺肿大的发生和流行；环

30、境中含氟量过多，可引起氟骨症等。 （五）自然环境对人类社会发展的影响 自然环境和自然资源的差异对人类社会的发展具有着重要影响。一般而言，优越的自然环境是社会加速发展的有利因素，恶劣的自然环境则阻碍着社会的发展。这种作用在社会发展的早期表现得尤为显著。 例如，古代的文明中心多形成于自然环境优良、自然资源丰富的地域，如东亚黄河流域的中国、南亚恒河流域的印度、北非尼罗河流域的埃及等。即使在人类社会高度发展的今天，恶劣的自然环境、贫乏自然资源仍是社会发展障碍。 总之，自然环境对人类的生存和发展起着重要的作用，然而，随着人类社会的发展，人类对于自然环境的影响亦逐渐加强。二、人类发展对环境的影响（一）人类对环境的主观能动作用 人类与动物的本质区别在于人类具有主观能动性。人类的发展史，也就是人类利用自然、控制自然、改造自然的斗争史。 在原始社会，人类是自然界的采集者和渔猎者 农业时代后，人类由采集者变成了种植者、由渔猎者变成了养殖者创造了农业