河南大学生命科学学院普通生物学9-生态与环境动物行为

河南大学生命科学学院普通生物学9—生态与环境动物行为第1页/共119页生物分布和多样性环境特征决定影响

§32生物与环境生态学（Ecology）：

研究生物与环境相互依赖、制约和协调关系的科学。

1869年，

德国进化论者海克尔创立

1950s后，数学的引入发展成定量科学第2页/共119页第3页/共119页32.1生态学的层次和生态因子32.1.1生态学研究的层次

生命科学研究的对象和范围，由小到大，由微观到宏观，可以区分为若干层次。第4页/共119页分子水平亚细胞水平细胞水平种群水平群落水平整体水平生态系统生物圈第5页/共119页第6页/共119页32.1.2环境与生态因子生物（生长、繁殖、代谢、分布）环境变化制约、影响引起生态因子：环境中对生物的生长、发育、生殖行为和分布有着直接影响的环境因素。生态因子的概念及类型第7页/共119页

气候因子：温度、湿度、光、降雨、风等；

土壤因子：土壤结构、土壤有机和无机成分的理化性质，土壤生物；

地形因子：地面的起伏、山脉的坡度、阴坡阳坡等；

生物因子：生物之间的各种相互关系，如捕食、寄生、竞争和共生等；

人为因子第8页/共119页生物对生态因子的耐受性

每种生物对环境因子的耐受范围，称生态幅（ecologicalamplitude）生态幅对环境的适应能力第9页/共119页32.２种群生态32.2.1种群的概念和特征

概念：同一物种在一定空间和一定时间的个体的集合体。是具有潜在互配能力的个体.第10页/共119页种群的基本特征：种群的出生率和死亡率：决定种群动态变化环境因素出生率死亡率年龄组配种群增长率或下降率第11页/共119页Ⅰ、人：出生时死亡率低，一定年龄后死亡率增加Ⅱ、松鼠：终身死亡率恒定Ⅲ、蠔：出生时死亡率特高，然后死亡率剧减第12页/共119页种群的年龄结构：种群增长趋势性比：多数生物的自然种群内♀♂个体比率常为1:1。第13页/共119页

种群的密度：与生物的大小及所处的营养级有关。通过样方调查法和标记－再捕捉方法统计种群密度第14页/共119页

种群的分布型：全部个体在种群界定范围内的空间分布类型。第15页/共119页32.2.2种群的增长

指数增长模式——J曲线第16页/共119页建立模型：Nt

＝

N0λt参数意义：N0

－种群初始数量；

Nt

－t年后种群的数量；

λ－种群每年增长倍数；模型假设：食物、空间充裕气候适宜没有敌害Ｇ＝dN/dt=rN第17页/共119页种群增长的“J”型曲线时间种群数量理想条件下种群数量增长的形式指数增长特点：

增长不受资源限制不受空间和其它生物限制增长速度慢—

快Ｇ＝dN/dt=rN第18页/共119页种群爆炸第19页/共119页

逻辑斯蒂增长模型—S曲线

高斯的草履虫实验：0.5mL培养液

5个草履虫24h

统计一次第20页/共119页种群增长的“S”型曲线Ｇ＝rN(K-N)/KA特点：种群数量达到环境所允许的最大值（K值）后，将停止增长并在K值左右保持相对稳定。

第21页/共119页种群数量的变化AB时间种群数量图中阴影部分表示环境阻力，也就是通过生存斗争被淘汰的个体数量。K（环境所允许的最大值）第22页/共119页1、有利于野生生物资源的合理利用及保护。

2、为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。

3、通过研究种群数量变动规律，为害虫的预测及防治提供科学依据。

研究种群数量变化的意义第23页/共119页32.2.3种群增长的调节环境承载力营养、食物、天敌、竞争者种群增长的速度种群密度高低第24页/共119页第25页/共119页

美国：圣马太岛的驯鹿数量在1944-1964年间的变化

29（1944）—6000（1963）—

全部死亡（1964）

这一例子说明了什么问题？

澳大利亚的野兔成灾：

24（1859奥斯汀）——6亿只（1世纪）

野兔成灾的原因？人们该采取哪些措施？第26页/共119页32.2.4人口的结构和增长1650

5x108

人1650-18501x109人1850-1930

2x109人1930-19754x109人1975-19996x109人第27页/共119页

人口增长一直很慢，直到工业革命(18世纪)后剧烈增长。第28页/共119页1990年时两个不同国家的人口年龄/性别

结构第29页/共119页人口的J增长人口危机人类生存面临挑战第30页/共119页32.3生物群落32.3.1群落的基本特征与结构群落：占有一定空间和时间的多种生物种群的集合体和功能单位。群落的基本特征群落物种的多样性：一个群落总是包含很多生物，其中有植物、动物和微生物

通过丰富度、密度、盖度、频度等指标来反映生物的多样性第31页/共119页群落的优势现象：对群落性质起这决定性作用第32页/共119页

群落的稳定性：经受干扰的内在潜力。

植物生长性和群落层次性：体现了群落中各物种对太阳能和垂直空间的最大程度利用。第33页/共119页麻雀煤山雀、黄腰柳莺和橙红翁血雉和棕尾虹第34页/共119页营养结构：群落中各种生物之间的取食关系和各自所处位置，这种取食关系决定着物质和能量的流动方向：植物植食动物肉食动物顶位肉食动物第35页/共119页群落的主要类型

全球陆地，主要在气候和水分供应影响下，形成7－15种典型群落特征，称之谓“生境”（biomes）第36页/共119页

七种主要生境：

冻土带：即苔原，带状环北冰洋严寒区。我国没有。

针叶林带：又称泰加林，冻土带以南，温带北缘以及高山。我国东北。

落叶阔叶林带：温带多雨地区，我国东北南部，西南，东南沿海。第37页/共119页

草原：温带少雨地区。我国东北南部，西南，东南沿海。

稀树草原：又称萨瓦纳，高原少雨地区。我国未定。

沙漠：又称荒漠，温带、热带干旱地区。我国西北。

热带雨林：热带，少数温带，沿海或多雨潮湿区。我国海南、台湾、西双版纳。

第38页/共119页冻土带的短暂夏天第39页/共119页冻土带夏天也有色彩第40页/共119页极地冰原第41页/共119页林海雪原中的针叶林第42页/共119页四季分明的落叶阔叶林第43页/共119页肥美的澳州大草原第44页/共119页非洲稀树草原第45页/共119页仙人掌是沙漠的特征第46页/共119页热带雨林是地球的宝贵资源第47页/共119页置身热带雨林中间第48页/共119页群落内生物之间的相互关系方式种群1种群2竞争有害有害捕食/被捕食

有益有害寄生

有益有害互利共生

有益有益偏利共生

有益无益、害合作

有益有益植化相克有益有害第49页/共119页

竞争：各个种群生活在同一个空间，分享同样资源，在资源不足的情况下，表现出竞争关系。第50页/共119页第51页/共119页

生长在同一空间的种群，在长期共同进化中，对资源加以适当分配，避免竞争。

生态位（niche）描述各种生物种群在空间和时间上的特定地位，包含生活方式：食物、气候、需求等等。第52页/共119页

五种北美莺同以云杉为生，分处不同的位置，达到避开竞争的效果。第53页/共119页两种藤壶分处海岸不同高度第54页/共119页

捕食/被捕食（包括食草动物）最为常见。

加拿大一家出产皮毛公司的销售记录反映了捕食者/被捕食者数量消长的相互关系。第55页/共119页第56页/共119页

捕食者/被捕食关系使双方发展出多种适应性策略。拟态第57页/共119页变色第58页/共119页冬天白色夏天黑色第59页/共119页

西番莲是热带藤本植物，展足蛾产卵于叶面，西番莲的蜜腺象卵，起到保护叶子的作用第60页/共119页

不同种群的个体之间，存在着长时间的紧密的相互关系，称为共生。

共生又可按对双方的利害区分为：

寄生：一方的生长带来对另一方的损害。

没有一种生物身上不长寄生生物。第61页/共119页第62页/共119页第63页/共119页

食用未煮透的带虫卵的猪肉，可感染旋毛虫病。轻则恶心、呕吐，重则致死。第64页/共119页一只鸟里里外外寄生物约20多种第65页/共119页

互利共生：则是双方都从共同栖居中得益。豆科植物和菌瘤根第66页/共119页

白蚁消化道中蚜虫帮助白蚁消化木屑这是一种互利共生。第67页/共119页

合作：亦是双方互利的，但是两种生物体居住关系上已疏远一点。牛尾鸟帮助犀牛清除寄生小虫第68页/共119页

介于共生和互利共生之间:

偏利共生，对一方有利，另一方无利、害。

植化相剋，一方（通常是植物）释放出化学物质，抑制、驱赶、乃至杀死对方。第69页/共119页引来各种分享者。海边一种软虫打洞捕获食物，第70页/共119页

一种鼠尾草分泌化学物质，使周围成为不毛之地。第71页/共119页

群落特征的描述是群落生态学的重要内容。

除了种群—

种群间相互关系影响群落状况，外界因素也可能给群落面目带来巨大改变。

洪水、大火、冰河期、火山爆发，

在一阵突变消除某一地区几乎所有生物种群之后，我们可以观察到群落组成的变化——

生态更替。第72页/共119页地衣—先锋植物灌木植物乔木植物苔藓植物草本植物第73页/共119页32.4生态系统32.4.1概念:

一定地区内的所有生物和环境物理因素的总和称生态系统。

研究生态系统着重于宏观方面。

能流、物质循环、生态系统的稳定性等等。第74页/共119页32.4.2生态系统的基本特征

生物群落是生态系统的组成核心；

生态系统具有一定的地区特点和空间结构；

生态系统是一个动态系统，必须经历一个从

简单到复杂、从不成熟到成熟的发育过程，每

一的阶段都有不同的特性。第75页/共119页

生态系统的代谢活动是通过物流与能流过程实现的；

生态系统在结构和功能方面具有复杂的动态平衡特征；

生态系统具有不同程度的开放性，不断地与外界进行物质和能量交换及信息传递，从而维持系统的有序状态。

生态系统内部具有自我调节能力。第76页/共119页32.4.3生态系统的组成成份：

无机物质:氧、氮、二氧化碳、水和各种无机盐类。有机物质:蛋白质、醣类、脂类和腐植质等。气候因素:温度、湿度、风和雨雪等。

生产者:

自营性生物（绿色植物、蓝绿藻和光合作用细菌）

消费者:

异营性生物，包括植食性、肉食性、杂食性和寄生性生物。

分解者:

异营性生物，细菌、真菌和腐食性动物。第77页/共119页

生态系统中的能源和能流（energyflow）32.4.4生态系统中能量流动和物质循环能流和营养水平（trophiclevels）

地球上依赖于绿色植物和各种藻类利用日光进行光合作用，每年生产约1700亿吨有机物。各类生物以地球生态系统初级生产者的总生产量/年为起点，能量按食物链顺序的流动，即能流能流过程中，各类生物所处的地位称为营养水平。营养水平和食物链的环节是有限的（通常4~5个）第78页/共119页第79页/共119页能量转化效率和生态金字塔能量转化效率：指某一营养级所固定的能量与上一营养级所携有的能量之比。十分之一定律：营养水平每上升一级所得能量只有原来营养水平的10%。生态金字塔（ecologicalpyramid）

生态系统中，当能量传递其营养级由低向高推进时，每级的个体数目、生物量或所含能量呈递减式塔型分布，称生态金字塔。第80页/共119页

从106千卡太阳光照开始,生态系统中能量传递的效率大约为10%。第81页/共119页素食者比肉食者节约能源第82页/共119页

生态系统中的物质循环生物地球化学循环（biogeochemicalcycle）

在生态系统乃至生物圈内，各种化学元素沿特定途径，从环境到生物体，又从生物体再回归到环境，这种不断流动和循环过程。水循环、气体循环（碳、氧、氮的循环）、沉淀循环（钙、钾、纳、镁、磷等盐类的循环）生物富集作用（biologicalenrichment）

生态系统中同一营养级上众多种群或个体，从环境中积蓄某种元素或难于分解的化合物，致使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象。例：DDT的富集第83页/共119页

地球表面，海洋面积占70％，淡水面积占3－4％。但是人类正面临淡水缺乏的威胁。第84页/共119页

光合作用和呼吸作用在二氧化碳循环中起重要作用。第85页/共119页细菌在氮气循环中起重要作用第86页/共119页岩石分化和水土流失是沉淀物循环中重要因素第87页/共119页生态平衡（ecologicalequilibrium）概念：

一个生态系统在长时间内，其结构和功能相对稳定，物质与能量的输入、输出接近平衡，在外来干扰下，通过自然调节（或人为调控）能恢复原初的稳定状态。生态平衡是动态的平衡过程。自然界生态系统的发展过程与各类群落的演替过程是一致的，因此生态平衡是长期生态适应的结果。生态平衡失调

当外来干扰超过生态系统自我调节能力，而不能恢复到原初的稳定状态。第88页/共119页课外科普读物夏勒：《最后的熊猫》蕾切尔·卡逊：《寂静的春天》第89页/共119页第36章动物的行为

一、行为概念1、行为概念：是动物感受外来信息之后，通过神经中枢及内分泌系统的调节后而表现出来的有规律的适应性活动。2、行为特点：

a、规律性，灵活性

b、每一活动有着其适应性意义：有利于保护个体或有益于保存种族。第90页/共119页

生态环境是动物行为发生的舞台；进化是一种过程；在进化中选择保留下来的行为，将为动物体在生存竞争中得到最大的成功。因此，行为、进化和生态环境三者之间是一辩证的关系。

达尔文自然选择学说认为，动物的行为是经过长期的自然选择而得到的进化产物，凡是被选择的而生存下来的个体，都具有了觅食、配偶和逃避捕食者的最佳行为，都能很好的适应当时的环境，并留下最多的后代。有着一定的遗传基础。3、行为是进化的产物第91页/共119页

4、行为的分类根据适应性意义，动物行为分为：

1、求生行为：保存个体，包括各种防御与逃避敌害的行为

2、索食行为：

3、传种行为：筑巢、求偶、婚配、抚育幼仔

4、反应性行为：

5、生物钟行为：第92页/共119页第93页/共119页第94页/共119页织布鸟编织鸟第95页/共119页第96页/共