种群生态学特征

关于种群生态学特征YanZhong-cheng第1页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Wewillfocuson….

概论§1种群的基本特征§2生命表的特征和应用§3种群增长§4种群调节§5种群进化对策数量特征第2页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态1.种群的概念

Apopulationisagroupoforganismsofthe

samespecieslivinginonegeographicalareaatthesametime.

种群：一定的时空尺度内所有同种个体的集合。

物种存在的单元进化单元思考：

种群的边界？种群间关系？研究尺度？第3页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Population诠释

Inhumandemographyapopulationisasetofhumansinagivenarea.Ingeneticsapopulationisagroupofinterbreedingindividualsofthesamespecies,whichisisolatedfromothergroups.Inecologyapopulationisagroupofindividualsofthesamespeciesinhabitingthesamearea.第4页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态空间特征：spatialdistributionandabundance数量特征:individualdensity,populationsizeanddynamics遗传特征:geneticdiversity,inter-generationvariationandevolution2.种群的特征第5页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Differentattributes

betweenindividualandpopulation第6页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态3.集合种群metapopulation种群边界的客观性和主观性种群间的联系：个体流

基因流生境萎缩和破碎对种群的影响种群大小和稳定性？种群间关系和动态？第7页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态定义1：Populationofpopulations（Levins1970）.定义2：局域小（地理）种群通过一定程度的个体交流而连接在一起所组成的区域范围内的小种群集合（Hanski1994）。集合种群局域种群Metapopulation

集合种群第8页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态适宜的生境(suitablehabitat)以离散斑块形式存在。这些斑块均可为目标物种所占据(occupied);所有斑块内的局域种群(localpopulation)都有灭绝的风险。不存在永恒的大陆斑块；离散斑块间不可过于隔离而阻碍了重新侵占（re-colonization)的发生；各个局域种群的兴-灭动态不能完全同步。否则整个集合种群续存时间不会长于灭绝风险最小的局域种群。何时为集合种群？第9页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态4.种群生态学

种群生态学是研究种群与环境相互作用关系的科学。Populationecologyisthebranchofecologythatstudiesthestructureanddynamicsofpopulations.DensityanddistributionPopulationdynamicLifetables,Agepyramid,SurvivorshipcurvesPopulationgrowthEvolutionarystrategiesPopulationregulation第10页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态研究方法：理论模型野外调查实验研究第11页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态发展现状：种群动态的机理；分子生态学（种群遗传学、进化生态学）；空间生态学；保护生物学；行为生态学.水环境及水域生态学（aquaticecology)第12页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态第一节种群的基本特征

密度及调查方法：种群动态的基本参数：出生率；死亡率；迁移；性比；年龄结构；空间分布型；种群的遗传结构.第13页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态1.PopulationDensity（种群密度）原始密度与生态密度：Crudedensity:No.ofindividualsperunitspace(areaorvolume).

Ecologicaldensity:No.ofindividualsperunitareaofappropriatehabitat.第14页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态草食动物种群密度反比于其个体大小种群密度与个体大小的一般关系第15页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态

无脊椎动物种群密度高；水生无脊椎动物高于陆生无脊椎动物；外温动物种群密度高于内温动物；哺乳动物高于鸟类。主要类群种群大小的一般规律第16页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态绝对密度Absolutedensity相对密度Relativedensity种群数量（密度）的调查方法第17页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Absolutedensity

Totalcount(全计数)：Samplingmethods(取样调查)：

Useofquadrates(样方法)实验课

Mark-recapturemethods(标志重捕法）实验课

Removalsampling(去除取样法）第18页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态mark-recapturemethod

N:M=n:

morN=M*n/m

N=estimateofabundance

待估种群大小M=markedindividuals标志个体数n=individualscaptured重捕个体数

m=capturedindividualswithmark

重捕到的标志个体数第19页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态假设前提MarkinghasnoeffectonthemortalityofmarkedindividualsMarkinghasnoeffectontheprobabilityofmarkedindividualsbeingrecapturedClosepopulation(nonetimmigrationoremigration,mortalityorreproductionintheintervaloft1andt2)Fullymixed.第20页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Forexample第21页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态捕捉努力量相等时，每次捕捉个体数正比于当时种群大小（捕捉比例恒定）；随着残留个体减少，累计移除个体数增加；但单位捕捉努力所获得个体数减少；Removalsamplingmethod

CPUE累积移除量单位努力捕获量与累计移除量呈线性关系。每个个体被捕几率相等；封闭的稳定种群。第22页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Individualscapturedperdayper(100)trap(陷阱)，Catchperuniteffort,CPUE.Fecalpelletgroupcount(粪堆记数)birdnests,callcounts(鸟巢,鸣叫记数)Peltrecords(毛皮收购记录)Trace(痕迹)Feedingdamage(食害程度)Percentagegroundcover(遮敝度)Relativedensity第23页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Nt+1=Nt+B+

I

–D

-E

IfB+I

=D+EPopulationisstable.IfB+I

>D+EPopulationincreases.IfB+I

<D+EPopulationdecreases.2.Basicparametersonpopulationdynamics

PopulationdensityNatalityMortalityImmigrationEmigrationLossesGains第24页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Natalityisthebirthofnewindividuals.Realizednatalityistheactualsuccessfulreproductionperfemaleoveraperiodoftime.Age-specificbirthrateisthenumberofoffspringproducedperunittimebyfemalesinspecificageclasses.Physiologicalnatality（生理出生率）

Ecologicalnatalityorrealizednatality

Natality第25页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Factorsaffectingnatality性成熟速度每次产仔数量每年生殖次数生殖频率和生殖年限生殖季节类型，如连续、不连续或季节性的妊娠或孵化期长短其它因素，如环境条件、营养状况、种群密度等。第26页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Deathrate,ormortalityrate,isthenumberofindividualsdyingduringagiventimeintervaldividedbytheaveragepopulationsizeoverthattimeinterval.Thisisaninstantaneousrateandbeestimatedforthepopulationasawholeorforspecificageclassestogivetheagespecificmortalityrate.PhysiologicalmortalityEcologicalmortalityorrealizedmortality（生态死亡率或实际死亡率）Mortality第27页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Immigration;Emigration.Frequency;Spatialscale;Openvs.closepopulation;Landscaperesistance;Individualflowvs.geneflow;Populationdynamics,geographicalpatternandevolutionarilyspeciation.比较：

MigrationDispersalLocomotion

Migration第28页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态3.性比Sexualratio

Thesexratiousuallybe1:1.ButthereexistedsomeExceptions:Monogamous(一雄一雌):EachindividualhasonematePolygynous(一雄多雌):Onemalemateswithmultiplefemales,Femalesmustcarefortheyoung,Mammalstendtobepolygynous

Polyandrous(一雌多雄):Onefemalemateswithmultiplemales,Practicedbyafewspeciesofbirds.

第29页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态人、猿等高等动物的性比为1:1；鸭类等一些鸟类以及许多昆虫的性比大于1；蜜蜂、蚂蚁等社会性昆虫的性比小于1。种群的性比值会随着其个体发育阶段的变化而发生改变。根据不同发育阶段，即配子、出生和性成熟三个时期，性比可相应再分为初级性比、次级性比和三级性比。第30页，共58页，2023年，2月20日，星期五4.年龄结构AgedistributionTheagestructureofapopulationisthenumberofindividualsineachageclassexpressedasaratio,andisusuallydisplayedasastationaryagedistribution.Agrowingpopulationwillhavemoreyoung.Whileadecliningpopulationwillbedominatedbyolderageclasses.Whereorganismspassthroughdiscretegrowthstages(e.g.insectlarvalinstars),thenumberofindividualsateachstage(the‘stagestructure’)mayprovideausefuldescriptionofthepopulation.第31页，共58页，2023年，2月20日，星期五YanZhong-cheng繁殖前期（pre-reproductiveperiod）繁殖期(reproductiveperiod)繁殖后期(post-reproductiveperiod)Agestructure(年龄结构)ExpandingpopulationStablepopulationDeclinepopulationAgepyramids（年龄金字塔）第32页，共58页，2023年，2月20日，星期五YanZhong-cheng第33页，共58页，2023年，2月20日，星期五YanZhong-cheng1990PopulationCensusofChina第34页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态5.空间分布型Distributionpattern

Howorganismsarespacedinthearea

随机分布

均匀分布

集群分布

第35页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态(uniform)

Exhibitionandprocesses

ofthethreepatterns第36页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Intensityandgrain

ofpopulationclumps集群强度：集群间密度变化幅度。高则强度大。集群粒性：集群大小及彼此间距离。粗粒型：集群大且群间距离远；细粒型:（相反）第37页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Characteristics

ofthe3spatialpatternsRandomUniformClumpedHabitatcondition均一均一异质性Intra-specific中性激烈竞争趋向Example驼鹿、林底无脊椎动物海鸥普遍第38页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Distinguishthe3patterns(1)扩散系数法（DI）：Poisson分布中方差等于均值。

DI＝

DI<1uniform

DI=1random

DI>1clumped(2)最近邻体距离法：（实验课）第39页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态1).Hardy-Weinbergequilibrium哈迪-温伯格平衡ForapairofallelesA&aifp=frequencyofalleleAq=frequencyofalleleap+q=1,(p+q)2=1

p2+2pq+q2=1(equilibriumstate)ifonlylawofprobabilityaffectsthefrequencywithwhichgametes（接合体）

combinetoformnewindividuals.

AND6.遗传特征Pop.Geneticsandevolution

指在一个巨大的、随机交配和没有干扰基因平衡因素的种群中，基因型频率将世代保持稳定不变。第40页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Underfollowing

conditions:BisexualpopulationLargepopulationRandommatingNomutationMigration~0Naturalselectiondoesnotaffectthelocus（选择中性）

ApopulationthatisinHardy-Weinbergequilibriumwillexperiencenochangeineithergenotypefrequencyorallelefrequency.Ifoneormoreoftheconditionsareviolated,genotypefrequencyandallelefrequencywillchange.第41页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态ExampleIfonly6%ofthepopulationdisplayspaleeyes(recessivegenee).WhatisthefrequencyofgenotypeEeinthispopulation?q2=0.06q=0.24p+q=1p=0.76Ee=2pq=2(0.76)(0.24)=0.36第42页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态2).Geneticvariation,diversityorpolymorphism变异（variation）是指个体或群体之间的形态、生理、行为和生态特征上的差别和区别，通常指遗传变异。遗传多样性（或多态现象）为遗传变异水平高低的表现，可表现在种群、个体、组织和细胞、分子水平。检测：形态学技术、染色体技术、等位酶技术、核酸技术。Cline（新变群）

–ameasurable,gradualchangeoverageographicalregionintheaverageofsomephenotypecharacter.Ecotype–abruptchanges（剧变）inthephenotypecharacterswithinaspecies,whichoftenreflectabruptchangesinlocalenvironment.第43页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Maintenanceofbalancedpolymorphism(vs.transitionalordirectionalpolymorphism)Heterosis（杂种优势）diversifyingevolutionfrequency-dependentselectionselectiveforcesoperatingindifferentdirectionswithindifferentpatchesofafinemosaicinthepopulation第44页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态3).

Variation,differentiationandspeciation(种形成)

种是一个分类阶元，为互配可育的个体组成。种间生殖隔离——Ecologicalspeciesconcept。*一个物种有许多种群；*种群间的长期隔离（地理的或时间的）有可能分化为不同亚种,进而可能分化出新的物种。广布种的形态、生理、行为和生态特征往往在不同地区有显著的差异，称地理变异。地理变异反映了物种种群对于环境选择压力空间变化的反应。环境压力的变化有时是连续的，有时是不连续的，生物的适应性反应也可分两类，形成渐变群和地理亚种。第45页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Differentevolutionmodes:

Stabilizing（稳定选择）Directional（定向选择）Diversifyingordisruptiveevolution（分裂选择）第46页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态稳定选择定向选择分裂选择第47页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Speciation

Allopatricspeciation（异域种形成）

Process：3steps①地理隔离；②独立进化；③生殖隔离机制的建立Sympatricspeciation（同域种形成）Parapatricspeciation

（邻域种形成）

第48页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态物种形成的三类方式地理隔离独立进化生殖隔离异域A异域B邻域同域第49页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态IsolationmechanismPre-zygotic:habitat,temporal,ethological,mechanical

Geographicisolates–semi-isolatedpopulationspreventedbysomeextrinsicbarriersfromafreeflowofgenes.BreedingisolatesPost-zygotic

hybridinviabilityorweaknesshybridsterilityF2breakdown第50页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态4).ReductioninvariationInbreedingBottlenecksFoundereffectGeneticdrift-randomshiftsinallelefrequencies第51页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态5).Effectofsmallpopulations

Moredemographicvariation,inbreedingdepression,geneticdrift→higherriskofextinction.Minimumviablepopulationsize(MVP）

thethreshold#ofindividualsthatwillensurethepersistenceofsubpopulationinaviablestateforagiventimeinterval.第52页，共58页，2023年，2月20日，星期五种群生态Effectivepopulationsize(Ne)