临床医学生理生态学课程讲义

临床医学生理生态学课程讲义1、生态学：研究有机体及其周围环境相互关系的科学。（环境包括非生物环境和生物环境。强调的是相互作用。）2、生态因子（ecologicalfactor）:环境要素中对生物起作用的因子，如光照、温度、水分、氧气，二氧化碳和其他生物。3、生境（habitat）：所有生态因子构成生物的生态环境，特定生物体或群体的栖息地的生态环境称为生境。4、耐受性定律：任何一个生态因子在数量上或质量上的不足或过多，即当其接近或达到某种生物的耐受限度时会使该种生物衰退或不能生存。5、生态幅：每一种生物对任何一种生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上的最低点和最高点，在最低点和最高点（或称耐受下限和上限）之间范围，称为生态幅或生态价。6、光补偿点：绿色植物光合作用吸收二氧化碳量与呼吸作用释放的二氧化碳量，处于动态平衡时的光照强度。7、光饱和点：在一定的光强范围内，植物的光合强度随光照度的上升而增加，当光照度上升到某一数值之后，光合强度不再继续提高时的光照度值。8、短日照植物：日照超过某一数值或黑夜小于某一数值时才能开花的植物。这类植物在全年日照较长时间里开花。起源和分布在温带和寒温带地区。9、长日照植物：日照小于某一数值或黑夜长于某一数值时才能开花的植物。这类植物通常在早春和深秋开花。起源和分布在日带和亚热带地区，在中等纬度也有分布。10、冷害：喜温动物在0℃以上的温度条件下受害或死亡，这可能是通过降低了生物的生理活动及破坏生理平衡造成的，它是喜温生物向北方引种和扩张分布区的主要障碍。11、冻害：当温度低于-1℃时，很多物种被冻死，这是由于细胞内冰晶形成的损伤效应，使原生质膜发生破裂，蛋白质失活或变性。12、驯化：如果一个种长期生活中最适范围的一侧，将逐渐导致该种耐性限度的改变，适宜生存的上下限会发生移动，并形成一个新的最适点，这一过程叫驯化。应用：品种移植，实验室试验等1、什么是生态因子，其作用特点有哪些？生态因子（ecologicalfactor）:环境要素中对生物起作用的因子。生态因子作用的基本特征：（1）综合作用：每一个生态因子都不是孤立的、单独的存在，总是与其他因子相互联系、相互影响、相互制约。如作物生长受水，光，营养物的综合作用。（2）主导因子作用：对生物起作用的众多因子并非等价的，其中有一个是起主导作用的，它的改变会其他生态因子作用的变化，是生物的生长发育发生变化，称之为主导因子，如植物春化阶段的低温因子。（3）阶段性作用：在生物发育的不同阶段，需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。如水是蝌蚪期青蛙生存的必要条件，而成体青蛙对水的依赖性就大大减弱。（4）不可替代性和补偿作用：一种因子的作用不能完全由另一因子来替代，但是如果一个因子数量不足，可部分由另一因子的加强来补偿。如植物生长需要土壤中N，P，K，Ca，Mg等多种元素，缺一不可，光照不足导致的光合作用效率下降可部分有二氧化碳的浓度的提高来补偿。（5）直接作用和间接作用：生态因子对生物生长，发育，繁殖和分布等的影响可以是直接的，也可以是间接的。如温度，光照，水分等直接影响植物生长；山脉坡向，高度等通过影响光照，风，温度等因素间接的对植物生长发生作用。2、动物对低温的适应：形态，生理，行为？形态：贝格曼规律、阿仑规律、毛、皮结构、脂肪层生理：基础代谢和非颤抖性产热（褐色脂肪），身体异温，水生哺乳动物的乳汁构成、热交换器等行为：迁徙、冬眠、冬睡、滞育、集群、活动位置3、生物的光周期现象植物，动物1、植物的光周期现象植物的光周期：长日照、短日照、中日照和日中性植物。植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植（调控光周期）。2、动物的光周期现象动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物。昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期。4、淡水鱼类和海洋鱼类对水盐平衡时如何进行调节适应的？（1）淡水硬骨鱼类的水平衡：属于高渗性，其血液浓度高于（周围环境）水调节机制：保盐排水肾脏发达，肾小球滤过性高，可以大量过滤水，而且速度快，也就是主要靠大量排尿（低渗尿，其实就是大量向外排水）来维持水平衡；由于在大量排尿的过程中，体内的高浓度的盐类可能也被排出，所以还需要摄入盐类来维持平衡，一方面从食物中摄入，另一方面靠鳃从周围环境中摄取盐离子。（2）海洋硬骨鱼类的水平衡：与淡水鱼类相反，与海水中3.5%的盐浓度相比，海水鱼属于低渗性的。容易失水，同时环境中的盐类也会渗透到体内。调节机制：保水排盐主要靠大量吞海水来补充水分，其肾小球退化排除极少的低渗尿，主要是二价离子Mg2+等，随吞海水进入体内多余盐靠鳃排出体外。（3）海洋软骨鱼类的水平衡这类鱼其血液和体液的渗透压与海水的渗透压大致相等，属于等渗性的，如鲨鱼。其体内的无机盐类浓度与硬骨鱼类似，需要主动调节。机制：①主要靠血液中储存大量尿素和氧化三甲胺来维持高度渗透压。尿素是体内的代谢废物，对蛋白质和酶有毒性。但在软骨鱼进化过程中被充分利用，原因是氧化三甲胺可以抵抗尿素对蛋白质的危害。尿素与氧化三甲胺的比例正好是2：1。②离子调节，血液中的Na+大约是海水的一半，主要靠直肠腺和肾脏来排除体内多余的Na+和其他盐类。5、陆生动物如何适应干热环境？陆生动物的渗透压调节对于陆生动物来讲：连续的失水（皮肤蒸发，呼吸失水，排泄失水）。其调节机制就是如何减少失水和保水。想法维持得水与失水之间的平衡。动物减少失水的方式1）减少蒸发失水：节肢动物，昆虫等体表的角质膜及其上面的蜡膜；爬行动物的鳞片，鸟兽的皮肤等都有防止水蒸发的作用。龟的失水率：池龟，沙龟比较，干燥地区的龟皮肤失水少。靠体温的大幅度变动来维持体温并散热，减少蒸发水。2）减少呼吸失水：昆虫可以调节气孔的开闭，使失水量相差很大，如果面临失水，他们就基本上不换气。兽类的鼻腔，有逆流交换机制，迂回盘旋，绒毛等，可以使肺部排出的气体包含的水分留在体内。鼻孔呼出气体温度越低，说明越能适应干旱的环境。3）减少排泄失水和粪便失水：哺乳动物肾脏中的亨利氏畔（髓质部），该部位越发达，肾脏对水的回收能力越强。一般甚至髓质越厚，越能适应干燥的环境；鸟类直肠腺（可对水重吸收）可以减少粪便水分的丢失。4）通过排泄尿素尿酸来减少失水：排泄尿素尿酸需要的水分较少，鱼类可以排泄氨类，因为其水分充足。排1g氨，需要300-500ml水，两栖类，兽类排尿素需要的稍多一点，尿素50ml水，鸟类排泄尿酸只需要10ml左右。5）行为适应：昼伏夜出：夜间活动，穴居，夏眠等。有一种沙漠鼠类，一生都不需要喝水，只有靠代谢水（90%）就基本可以了，另外10%的水可以从食物中获得，这种方式也可以维持水平衡。沙漠地区夏季昼夜地表温度相差很大，因此地面和地下的相对湿度和蒸发力相差很大。迁徙：在水分和食物不足时，迁移到别处。动物对高温的适应（P30）：形态适应：毛皮性质和颜色生理适应：体温过热行为适应：栖居地点、活动时间第二部分种群生态学1、种群：是指在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。也就是说由同种个体所组成的，占有一定空间的，具有潜在杂交能力和自己独立的特征、结构和机能的整体，是物种在自然界存在的基本单位。2、构件生物（modularorganism）：受精卵先发育成构件，再发育成更多的构件，形态、发育不可预测的生物。由一套构件组成的生物，如树枝分叉、分蘖等。3、生命表：种群统计中，建立以反映种群全生活史的各年龄组或生活态及出生率、死亡率为核心的，甚至包括迁移率在内的信息综合表。4、增长率：种群的实际增长率称为自然增长率，用r表示，可由出生率-死亡率算出。-lnR0/TRo-世代净增值率T―世代时间内禀增长率：具有稳定年龄结构的种群，在食物不受限制、同种其他个体的密度维持在最适水平，环境中没有天敌，并在并在某一特定的温度湿度光照和食物等的环境条件组配下，种群的最大瞬时增长率。5、生态入侵：人类有意识或无意识的把某种生物带入适宜其栖息和繁衍的地区，其种群不断扩大，分布区逐步稳定地扩展的过程。6、集合种群：集合种群的概念是指生境斑块中局域种群的集合，这些局域种群在空间上存在隔离，彼此通过个体扩散相互联系。7、多态现象（p99）：因在种群中许多等位基因的存在而导致一个种群中一种以上的表型的这种现象。8、遗传瓶颈：若一个种群中某一时期由于环境灾难或过捕等原因导致数量急剧下降，就称其经过了瓶颈。这会导致基因频率的变化和总遗传变异的下降。9、最后产量衡值法则：在一定范围内，当条件相同时，不管一个种群的密度如何，最后产量差不多总是一样的。10、利他行为：牺牲自身生存和生殖而增加其他个体生存和生殖的行为。11、他感作用：也叫异株克生，通常指一种植物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。12、生态位(niche)(p134)：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、空间上的位置及其在相关种群之间的功能关系。13、捕食(predation)：一种生物(捕食者)摄取其他种生物个体(猎物或被食者)的全部或部分为食的现象1、初级种群参数和次级种群参数种群的统计学指标大之分三类：①种群密度：是种群的最基本的特征；②初级种群参数：包括出生率，死亡率，迁入迁出，这些参数与种群密度变化密切相关。迁入迁出考虑的比较少，生态学中最关注的参数是出生率和死亡率。也是影响种群变化密切的参数。③次级种群特征：年龄结构；性别比例；种群增长率；分布型，分布模式等。2、几种常见的种群增长模型(1)与密度无关的种群增长模型①离散型增长模型世代不重叠，种群增长不连续，资源不受限制，种群没有年龄结构，如一年生的植物，香鱼。Nt+1=入NtNt：t世代种群大小入：周限增长率，是离散种群的重要参数：入>1,种群上升;入=1,种群稳定；入<1,种群下降；人=0,雌体没有繁殖，种群在下一代灭亡。②连续增长模型有世代重叠(种群中存在不同年龄的个体),种群增长是连续的,资源不受限制。微分式：dN/dt=rN积分式：N=Nertr：瞬时增长率t=b-d：0r>0:种群上升r=0:种群稳定r<0:种群下降(2)与密度有关的种群增长模型：受自身密度影响的种群增长,也分离散和连续两种。逻辑斯谛方程(logisticequation)两点假设(前提)：环境容纳量(K)：环境条件所容纳的种群最大值增长率随密度上升而降低的变化,是成比例的。逻辑斯谛方程：种群增长量(微分式)：dN/dt=rN(1-N/K)(在种群增长早期阶段，种群大小N很小，N/K值也很小，因此1-N/K接近于1,所抑制效应可忽略不计，种群增长实质上为rN,呈几何增长。)当N=1/2K时，种群密度增长最快。当N变大时，抑制效应增高，直到当N=K时，（1-（N/K））变成Y（1-（K/K））等于0,这时种群的增长为零，种群达到了一个稳定的大小不变的平衡状态。S型增长曲线：5个时期：开始期；加速期；转折期；减速期；饱和期。r是增长率，表明了种群的增长能力，K是环境容纳量，并非完全常数，不同的环境，不同的时间也是会发生改变的,受到环境的调节。逻辑斯谛方程的意义体现：①模型中两个参数r和K是种群生态对策中的两个重要参数。r选择，K选择（pill）。②是两个和两个以上种群相互作用模型的基础。种间竞争等模型。③指导生物资源的合理利用，在实践中获得生物资源的最大持续产量（MSY），可以指导渔业,林业,牧业等确定最大持续产量。3、什么是最大可持续产量（MSY）？（p336）MSY也就是最佳收获量的计算。让其始终处于拐点处，就可以持续收获。拐点处，出生率与死亡率差值最大，把该差值收获掉，种群就可以持续增长。拐点处的密度正好是K/2,见S型曲线。确定MSY的前提：一个恒定不变的环境，只受到资源的限制。相当于K是一个比较恒定的常数。N=K/2MSY=rK/4收获MSY一般有两种简单方法：配额限制和努力限制。4、竞争类型及其一般特征种间竞争定义：两种或多种生物因共同利用有限资源而产生的,使其受到不良影响的相互关系称为种间竞争种间竞争的类型：利用性竞争：通过损耗有限的资源,个体间不相互作用。干扰性竞争：通过竞争个体间直接相互作用开展竞争。种间竞争的特征：①竞争结果的不对称性，一个个体的竞争代价长高于另一个个体；②对一种资源的竞争，能影响对另一种资源的竞争结果。第三部分群落生态学1、群落（bioticcommunity）：一定时间内居住在一定空间范围内的生物种群的集合。包括植物、动物和微生物等各个物种的种群,共同组成生态系统中有生命的部分。2、生物群落：为在特定空间或特定生境下,具有一定的生物种类组成及其与环境之间彼此影响、相互作用,具有一定的外貌及结构,包括形态结构与营养结构,并具特定的功能的生物集合体。3、盖度：是指植物体地上部分的垂直投影面积占样地面积的百分比,又称投影盖度。不仅反映了植物所占的水平空间大小,还反映了植物之间的相互关系。基部盖度：植物基部着生面积。草本植物的基部盖度以离地0.03米处的草丛断面积计算。显著度：乔木的基盖度特称。树种的基部盖度以胸高（离地1.3米）断面积与样地内全部断面积之比来计算。4、频度：是指群落中某种植物出现的样方数占整个样方数的百分比。Raunkiaer频度定律：按其所占比例的大小，五个频度级的关系是：A>B>CND<E说明：在一个种类分布比较均匀一致的群落中，属于A级频度的种类占大多数，B、C和D级频度的种类较少，E级频度的植物是群落中优势种和建群种，数目较多，所占比例也较高。Raunkiaer频度定律基本上适合于任何稳定性较高而种类分布比较均匀的群落。群落的均匀性与A级和E级的大小成正比。E级愈高，群落的均匀性愈大；如若B、C、D级的比例增高时，说明群落中种的分布不均匀。一般情况下，频度分布的变化能反映植被分化和演替的趋势。5、趋同适应不同种类的植物当生长在相同（或相似）的环境条件下，往往形成相同（或相似）的适应方式和途径趋异适应同种植物的不同个体群，由于分布地区的间隔，长期接受不同环境条件的综合影响，在不同个体群之间所产生的相应的生态变异。7、生活型：是生物对外界环境适应的外部表现形式，同一生活型的生物，不但体态相似，而且在适应特点上也是相似的。8、生态型：由于趋异适应的结果，形成了一些在生态学上互有差异的、异地性的个体群，它们具有稳定的形态、生理和生态特征，而且这些变异在遗传性上被固定了下来，这样，就在一个种内分化成为不同的个体群类型，这些不同的个体群就称为生态型。9、群落交错区：又称生态交错区或生态过渡带，是两个或多个群落之间（或生态地带之间）的过渡区域。是一个交叉地带或种群竞争的紧张地带，在这里，群落中种的数目及一些种群的密度比相邻的群落大。10、边缘效应群落交错区种的数目及一些种的密度增大的趋势。11、演替（succession）（p183）：是一个群落为另一个群落所取代的过程，它是群落动态的一个最重要的特征。由低级到高级、由简单到复杂、一个阶段接着一个阶段，一个群落代替另一个群落的自然演变现象。12、定居：植物繁殖体到达新地点后，开始发芽、生长和繁殖的过程。植物群落的基本特征.具有一定的种类组成。（首要特征）.群落中各物种之间是相互联系的。.群落具有自己的内部环境。.具有一定的群落结构。（包括形态结构、生态结构与营养结构。）.具有一定的动态特征。（如季节动态、年际动态、演替与演化等。）.具有一定的分布范围。.具有边界特征。.群落中各物种不具有同等的群落学重要性。群落演替的类型及控制群落演替的几种主要因素演替的类型：（1）、按演替发生的时间进程划分：①快速演替：在短时间（几年）内发生的演替；②长期演替：延续的时间较长，几十年或几百年内发生演替；③世纪演替：延续时间相当长久（一般以地质年代计算）内发生的演替。（2）、按演替发生的起始条件分：原生演替、次生演替。（3）、按基质的性质划分：①水生演替：黏土，砂土，石生，水生；②旱生演替：黏土，砂土，石生。(4)、按照引起演替的主导因素划分的演替类型(CyKaqeB,1942,1950,1954)①群落发生演替(群落发生)：这种演替在原生裸地上或次生裸地上。首先由先锋植物开始侵入，以后先锋植物又被其他植物所取代。②内因生态演替或内因动态演替：这种演替是环境变化所决定的，而这种环境的变化是植物群落种类成分(主要是建群种)生命活动的结果，植物群落改变了生态环境。③外因生态演替或外因动态演替：这种演替是由于环境条件的变化所造成的，但不是指植物群落种类成分的生命活动造成的，而是指外界环境因素。还有，按群落代谢特征分：自养性演替和异养性演替；我国植物生态学家刘慎谔：时间演替，空间演替，植被类型发生演替。控制演替的几种主要因素★(1)环境不断变化：这种变化由群落本身的生命活动所造成，群落内的物种往往把环境改造成不利于自身的居住环境，使原来的群落解体，为其他植物的生存提供了有利条件，从而引起演替。(2)植物繁殖体的散布：指植物繁殖体本身不断进行繁殖和迁移的过程。(3)种内和种间关系的改变：组成一个群落的物种在其内部以及物种之间都存在特定的相互关系，这种关系随着外部环境条件和群落内环境的改变而不断地加以调整。(4)外部环境条件的改变：主要是气候、地貌、大规模的地壳运动(冰川、地震、火山等)、小范围的地貌变化(洪水、滑坡等)以及火灾等常可成为引起演替的重要条件。(5)人类的活动：人类活动的影响远远超过自然因子，特别是人类的放火烧山、砍伐森林、开垦土地等。第四部分生态系统1、生态系统：是指生物群落与其生存环境之间，以及生物种群相互之间密切联系、相互作用，通过物质交换、能量转换和信息传递，成为占据一定空间、具有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体。2、食物链：生产者所固定的能量和物质，通过一系列取食和被食的关系而在生态系统中传递，各种生物按其取食和被食的关系而排列的链状顺序称为食物链(Foodchain)。3、食物网：由于一种生物常常以多种食物为食，而同一种食物又常常为多种消费者取食，于是食物链交错起来，多条食物链相联，形成了食物网。4、生态金字塔：能量通过营养级逐级减少，如果把通过营养级的能流量，由低到高画成图，就成为一个金字塔形，称为能量金字塔。如果同样以生物量或个体数目来表示，就能得到生物量锥体和数量锥体。3类锥体合称为生态锥体。(1)能量金字塔：由能量构成，一般不会倒立。(2)生物量金字塔：以生物组织的干重来表示每个营养级中生物的总重量。(3)数量金字塔：一个生态系统中，生命成分的结构在每个营养级的有机体数量被排成一个金字塔形。5、生物量(biomass)：是指在某一时刻调查时，单位面积内动物、植物等生物的总数量(kg/m2)。生物量只指有生命的活体，以鲜重(FW)或干重(DW)表示。6、初级生产(primanyproduction)：生态系统中绿色植物通过光合作用，吸收和固定太阳能，由无机物合成、转化成复杂的有机物的过程称为初级生产，也称第一性生产初级生产量：绿色植物通过光合作用合成有机物质的数量7、温室效应（p285）：由于大气层的气体浓度变化引起的全球变暖。8、生物地球化学循环：各种化学元素在不同层次、不同大小的生态系统内，乃至生物圈里，沿着特定的途径从环境到生物体，又从生物体再回归到环境，不断地进行着流动和循环的过程。9、地质大循环：物质或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内，然后生物体以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，进入五大自然圈（大气圈，水圈，岩石圈，土壤圈，生物圈）的循环的过程。这是一种闭合式循环。10、生物小循环：环境中元素经生物吸收，在生态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用再为生产者吸收、利用。这是一种开放式循环11、影响生态系统初级净生产量的因素有哪些，初级生产量有哪些主要测定方法？影响初级生产力的主要因子有：阳光、水、营养元素、植物类型、环境污染等。（1）阳光太阳辐射的光质、光强、光量及光照时间都是重要的影响因素。由于大气层厚度的原因，地球上不同的地理位置，辐射的能量也有差异。（2）光合途径①C3-戊糖磷酸化途径：C3途径：卡尔文循环（C3植物：如：小麦、大麦、水稻、棉花、大豆等。）由于此类植物有较高的光呼吸率，因而CO2的固定量较低，光合效率低。②C4二羧酸途径：C4途径：哈奇-斯莱克途经（C4植物：如：玉米，甘蔗）C4植物的光合强度能随光照强度的增加而不断增加，C4植物又称为高光效植物。③景天酸代谢途径（CAM）：在荒漠日照强烈和干旱条件下生长的许多肉质植物属于这种代谢途径类型。白天由于蒸腾作用强烈，需要防止水分大量消耗。气孔可以完全关闭。夜间才开放气孔吸收CO2,先将它固定于四碳双羧酸中，白天在阳光下，再从四碳二羧酸中释放出来，供光合碳循环同化。（3）污染对初级生产量的影响工业污染物被大量排入大气、土壤和河流，进入生态系统后，引起初级生产的下降。严重的污染还使绿色植物生产衰减，使生态系统结构及作用发生变化。初级生产量的测定方法：（1）收割法：陆生定期收获植被，烘干至恒重（地下部分也要考虑）。（2）CO2同化法：用塑料罩将生物的一部分套住，测定进入和抽出空气中的CO2。透明罩：测定净初级生产量；暗罩：测定呼吸量。（3）黑白瓶法（氧气测定法）：从一定深度取自养生物