【生物課件】基礎生態(tài)學(文字版).ppt

基礎生態(tài)學 0緒論 0 1生態(tài)學的定義1869年 德國動物學家Haeckel最早提出生態(tài)學 Ecology 的定義 生態(tài)學就是研究生命有機體和周圍環(huán)境之間相互關系的科學 1 英國生態(tài)學家Elton的定義2 前蘇聯(lián)生態(tài)學家的定義3 澳大利亞生態(tài)學家Andrewartha的定義4 植物生態(tài)學家Warming的定義5 美國生態(tài)學家E P Odum的定義 0 2生態(tài)學的研究對象 1 生態(tài)學是研究生物與環(huán)境 生物與生物之間相互關系的一門基礎學科 2 生態(tài)學是研究以種群 群落和生態(tài)系統(tǒng)為中心的宏觀生物學 3 生態(tài)學研究的重點在于生態(tài)系統(tǒng)和生物圈中各組成成分之間 尤其是生物與環(huán)境 生物與生物之間的相互作用 生物圈 biosphere 指地球上的全部生物和一切適合于生物棲息的場所 包括巖石圈的上層 全部水圈和大氣圈的下層 0 3生態(tài)學的發(fā)展簡史與展望 1 生態(tài)學建立前期 2 生態(tài)學的建立和成長期 英美學派 以Clements 美 Tansley 英 為代表 法瑞學派 代表人物為法國Braun Blanquet和瑞士的Rubel 北歐學派 以瑞典的Du Rietz為代表 蘇聯(lián)學派 以蘇卡喬夫為代表 3 現(xiàn)代生態(tài)學發(fā)展期 經(jīng)濟和技術的發(fā)展在帶來繁榮和物質生活水平提高的同時 也帶來了環(huán)境 人口 資源和氣候異常等問題 學科之間的相互滲透和計算機 高精度分析測定技術 衛(wèi)星遙感等技術的發(fā)展為生態(tài)學的發(fā)展提供了條件 現(xiàn)代生態(tài)學的發(fā)展趨勢 A 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學的研究是生態(tài)學發(fā)展的主流 B 系統(tǒng)分析和生態(tài)學的結合是系統(tǒng)生態(tài)學發(fā)展的動力 C 群落生態(tài)學由定性描述發(fā)展到定量研究 數(shù)量分類 排序 結構機理等 D 向宏觀和微觀兩級發(fā)展 由宏觀為主流到兩者并重 E 應用生態(tài)學得到發(fā)展 F 景觀生態(tài)學和全球生態(tài)學的發(fā)展 現(xiàn)代生態(tài)學的特點 A 從野外轉向室內(nèi) B 從定性走向定量 C 研究重點從個體轉移到種群和群落 進而發(fā)展到以生態(tài)系統(tǒng)研究為中心 D 從自然生態(tài)轉向污染生態(tài) 或半自然生態(tài) 進而發(fā)展到對社會生態(tài)系統(tǒng)的研究 E 從理論走向應用 0 4生態(tài)學的分支學科 1 按研究對象的組織層次劃分 2 按研究對象的生物分類劃分 3 按棲息地類型劃分 4 按交叉的學科劃分 0 5生態(tài)學的研究方法 野外調(diào)查研究的常用方法樣方法 樣線法 無樣地抽樣技術等實驗生態(tài)學的研究方法自然生態(tài)現(xiàn)象的實驗室模擬數(shù)學分析方法利用數(shù)學手段研究生態(tài)學現(xiàn)象 第一部分有機體與環(huán)境 我們把自然界分為兩大類 生物與非生物 生物依賴于環(huán)境生物又影響環(huán)境 環(huán)境的變化決定了生物的分布與多度 生物的生存又影響了環(huán)境 生物與環(huán)境是相互作用 相互依存的 1生物與環(huán)境 1 1生態(tài)因子1 1 1環(huán)境 環(huán)境 指某一特定生物或群體以外的空間 及直接 間接影響生物體或群體生存的一切事物的總和 生境 生物個體 種群和群落 在其生長 發(fā)育和分布的具體地段上各種具體環(huán)境因子的綜合作用 生物環(huán)境一般分為大環(huán)境和小環(huán)境 大環(huán)境 指地區(qū)環(huán)境 地球環(huán)境和宇宙環(huán)境 小環(huán)境 指對生物有直接影響的鄰接環(huán)境 即指小范圍內(nèi)的特定棲息地 環(huán)境類型 自然環(huán)境 包括大氣圈 水圈 巖石圈 土壤圈等 人工環(huán)境 包括所有的植物栽培 引種馴化 人為管理和人工控制下的環(huán)境 1 1 2生態(tài)因子 定義 環(huán)境中對生物的生長 發(fā)育 繁殖 行為和分布有直接或間接影響的環(huán)境要素 如 光照 溫度 水分 O2 CO2 食物和其他生物 1 生態(tài)因子的分類 1 按其性質劃分 氣候因子 如光 溫度 濕度 降水 風 氣壓和雷電等 土壤因子 包括土壤結構 土壤有機和無機成分的理化性質及土壤生物等 地形因子 如地面的起伏 坡度和坡向 經(jīng)緯度和海拔高度等 生物因子 包括生物之間的各種相互關系 如捕食 寄生 競爭和互惠共生等 人為因子 人類對生物的改造 利用 引種馴化和破壞作用 以及環(huán)境污染 2 按有無生命的特征劃分 生物因子非生物因子 3 按生態(tài)因子對動物種群數(shù)量變動的作用劃分 密度制約因子非密度制約因子 1 綜合作用 生態(tài)環(huán)境是由許多生態(tài)因子組合起來的綜合體 對生物起著綜合作用 各個單因子之間互相聯(lián)系 互相促進 互相制約 任何一個單因子的變化必然在不同程度上引起其它因子的變化 如光強變化 溫度改變 濕度改變 蒸發(fā) 蒸騰改變 2 生態(tài)因子作用特征 2 主導因子作用 組成環(huán)境的所有生態(tài)因子不是等價的 在一定條件下 其中必然有一個或兩個是起著主導作用的 這種起主導作用的因子就稱為主導因子 主導因子的含義有二種 從因子本身來說 當所有因子的質和量相等時 其中某個因子的變化 能引起生物全部生態(tài)關系發(fā)生變化 如靜風 暴風 由于某類因子的存在與否和數(shù)量變化 從而使生物的生長發(fā)育發(fā)生明顯的改變 如植物春化階段的低溫因子 光周期中的日照長度等 3 階段性作用 生物在生長發(fā)育的不同階段 往往需要不同的生態(tài)因子 也即生物對生態(tài)因子的需要是分階段的 如低溫對某些作物的春化作用是必要的 但在后期是有害的 許多動物幼體和成體生活在完全不同的環(huán)境中 對生態(tài)因子的要求就差異很大 4 不可替代性和補償性作用 生態(tài)因子雖然不是等價的 但是不可缺少 而是同等重要的 某個因子的缺少 就會引起生物的正常生活失調(diào) 生長受阻 甚至死亡 而任何一個因子都不能由另一個因子來代替 這就是生態(tài)因子的不可替代性和同等重要性規(guī)律 在一定情況下 某一因子在量上的不足 可以由其它因子的加強而得到調(diào)劑和補償 如光強減弱所引起的光合作用下降 可通過CO2濃度的增加而得到補償 5 直接作用和間接作用 在對植物的生長發(fā)育狀況及其分布的分析研究中 必須區(qū)別生態(tài)因子的直接作用和間接作用 許多地形因子 如地形起伏 坡向 坡度 海拔 經(jīng)緯度等 都可以起間接作用 如四川二郎山的 焚風 現(xiàn)象 1 2 1環(huán)境對生物的作用A 影響生物的生長 發(fā)育 繁殖和行為 B 影響生物生育力和死亡率 導致種群數(shù)量的改變 C 限制生物的分布區(qū)域 1 2生物與環(huán)境的相互作用 1 2 2生物對環(huán)境的反作用 改變了生態(tài)因子的狀況 土壤微生物與土壤動物的活動 改變了土壤的結構和理化性質 動植物殘體的分解 改變了土壤養(yǎng)分 導致全球氣候變化 1 3最小因子 限制因子與耐受限度 1 3 1利比希最小因子定律1840年德國有機化學家J Liebig 李比希 在研究植物時發(fā)現(xiàn) 植物的生長取決于那些處于最少量狀態(tài)的營養(yǎng)元素 這就是利比希最小因子定律 基本內(nèi)容 低于某種生物需要的最小量的任何特定因子 是決定該種生物生存和分布的根本因素 E P Odum對Liebig定律的補充 Liebig定律只在極嚴格的穩(wěn)定條件下才能應用 如果一個生態(tài)系統(tǒng)中 物質和能量的輸入輸出不是處于平衡狀態(tài)時 就不能應用 各因子之間有替代作用 如果有一種營養(yǎng)物質的數(shù)量多或易于吸收 就會影響到數(shù)量少的那種物質的利用率 1 3 2限制因子 生物的生存和繁殖依賴于各種生態(tài)因子的綜合作用 但是其中必有一種因子是限制生物生存和繁殖的關鍵性因子 這些關鍵性因子就是所謂的限制因子 1 3 3耐受限度與生態(tài)幅 1 耐受性定律1913年美國生態(tài)學家V E Shelford認為 任何一個生態(tài)因子在數(shù)量上或質量上的不足或過多 即當其接近或達到某種生物的耐受限度時會使該種生物衰退或不能生存 對耐受性定律的補充 每一種生物對不同生態(tài)因子的耐受范圍存在差異 生物在整個個體發(fā)育過程中 對環(huán)境因子的耐受限度是不同的 不同的生物種 對同一生態(tài)因子的耐受性是不同的 生物對某一生態(tài)因子處于非最適狀態(tài)下時 對其他因子的耐受限度也下降 2 生態(tài)幅每種生物對每種環(huán)境因素都有一個耐受范圍 即有一個上限和一個下限 上限和下限之間的范圍稱為生態(tài)幅或生態(tài)價 各種生物對周圍環(huán)境各種變化的適應程度 稱為種的生態(tài)可塑性 生態(tài)可塑性可分為 廣生態(tài)型 和 狹生態(tài)型 生物對非生物因子的生理耐受范圍對動物和植物的分布顯然具有重要影響 分布區(qū)分為兩種情況 1 生理分布區(qū)和生理最適分布區(qū) 2 生態(tài)分布區(qū)和生態(tài)最適分布區(qū) 生物群落帶 biome 是指具有相似群落的一個區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)類型 它把具有相似非生物環(huán)境和相似生態(tài)結構的區(qū)域連成一大片 生物群落帶形成原因 影響生物生存的非生物因子常常在相當大的地理區(qū)域內(nèi)起作用的 我們可以根據(jù)各種物理化學特性劃分出不同的地理區(qū)域 繼而根據(jù)生物種類的一定組合特征 即生物群落 可以區(qū)分各個不同的氣候區(qū) 如熱帶森林群落帶 溫帶森林群落帶和苔原生物群落帶等 3 耐受限度的調(diào)整生物對環(huán)境因子的耐受范圍并不是固定不變的 通過馴化可改變生物的耐受范圍 使適宜生存范圍的上下限發(fā)生移動 形成一個新的最適度 去適合環(huán)境的變化 耐受限度調(diào)整的方法 馴化 生物借助于馴化過程可以稍稍調(diào)整它們對某個生態(tài)因子或某些生態(tài)因子的耐受范圍 休眠 是動植物抵御暫時不利環(huán)境的一種非常有效的生理機制 晝夜節(jié)律和其他周期性的補償變化 內(nèi)穩(wěn)態(tài)機制 生物控制自身體內(nèi)環(huán)境 使其保持相對穩(wěn)定的一種機制 是進化過程中所形成的 能使生物或多或少地減少對外界環(huán)境的依賴性 提高生物對生態(tài)因子的耐受范圍 恒溫動物 控制體溫的方法主要是靠控制體內(nèi)產(chǎn)熱的生理過程 變溫動物 控制體溫的方法則主要靠減少熱量散失或利用環(huán)境熱源使身體增溫 這類動物主要靠行為來調(diào)節(jié)自己的體溫 而且這種方法也十分有效 生物保持內(nèi)穩(wěn)態(tài)的行為機制 在一定范圍內(nèi) 動植物都能利用各種行為機制使體內(nèi)保持恒定性 許多植物的葉子和花瓣有晝夜的運動和變化 動物則采用回避的辦法 生物借助于其他的行為機制為自身創(chuàng)造一個適于生存和活動的小環(huán)境 是使自身適應更大環(huán)境變化的又一種方式 1 4適應組合 定義 對一組特定環(huán)境條件的適應也必定會表現(xiàn)出彼此之間的相互關聯(lián)性 這一整套協(xié)同的適應特性就稱為適應組合 1 沙漠植物的適應組合 形態(tài)上 葉表皮增厚 氣孔減少 形成氣孔窩 表皮毛發(fā)達 葉子退化成為刺狀或針狀等 生理上 細胞質濃厚 形成貯水組織 進行景天酸循環(huán) 2 沙漠動物的適應組合 主要涉及熱量調(diào)節(jié)和水分平衡 其中水分平衡是關鍵 2能量環(huán)境 太陽輻射能為地球所有的生命系統(tǒng)提供了能量來源 綠色植物將太陽能轉化成化學能貯存于植物體內(nèi) 這一過程是生物圈與太陽能發(fā)生聯(lián)系的唯一環(huán)節(jié) 也是生物圈賴以生存的基礎 2 1地球上光與溫度的分布 2 1 1地球上光的分布波長范圍 150 4000nm可見光 380 760nm紫外光 760nm 影響地球表面太陽輻射能的因素 大氣圈內(nèi)的各種成分太陽高度角地球公轉時軸心的位置海拔高度 坡向和坡度 光質變化及其對生物的影響 短波光隨緯度增加而減少 隨海拔高度的升高而增加 冬季 早晚長波光增多 夏季 中午短波光增加 水體中上部紅 藍光多 下部綠光多 高山地帶 由于紫外光的作用抑制了植物莖的伸長 所以很多高山植物都具有特殊的蓮座狀葉叢 高山的強紫外線輻射也決定了許多植物的分布 光照強度的變化 光照強度隨緯度的增加而減弱 隨海拔高度的增加而增強 夏季最大 冬季最小 中午大 早晚小 對山坡來說 南坡大 北坡小 植物群落中 上層大 下層小 水體中光照強度的變化 光在水體中的穿透能力限制著植物的分布 植物只有在透光帶內(nèi)才能正常生長 它的光合作用量才大于呼吸量 在透光帶的下部 植物的光合作用量剛好與植物的呼吸消耗量相平衡之處 就是所謂的補償點 如果植物長期處于補償點之下 植物就會死亡 2 1 2地球上溫度的變化 2 1 2 1地表大氣溫度的分布與變化1 溫度的空間分布與變化 緯度 低緯度地區(qū)太陽高度角大 太陽輻射量也大 輻射量的季節(jié)分配要比高緯度地區(qū)均勻 隨著緯度北移1度 年平均溫度大約下降0 5 因此 從赤道到北極可分為熱帶 亞熱帶 溫帶 寒帶 海陸位置 我國屬于季風氣候 夏季暖濕氣團從東南向西北推進 冬季寒冷而干燥的大陸氣團從西北向東南推進 因此 我國東南多屬海洋性氣候 從東南到西北大陸性氣候逐漸加強 海拔高度和地形特點 隨著海拔的升高 溫度逐漸降低 降幅大致為0 5 0 6 100米 這種遞減率夏季較大 冬季較小 根據(jù)這種特點 可劃分相應的植被氣候帶 封閉的谷地和盆地 往往會出現(xiàn) 逆溫現(xiàn)象 在底部形成 冷湖 上部形成 暖帶 2 溫度在時間上的變化季節(jié)變化 溫度年較差 指一年內(nèi)最熱月與最冷月平均溫度的差值 晝夜變化 溫度日較差 晝夜間最高氣溫與最低氣溫的差值 2 1 2 2土壤溫度的變化 土壤表層的溫度變化遠較氣溫劇烈 隨著深度增加 溫度變幅減少 隨著土壤深度增加 最高溫和最低溫出現(xiàn)的時間后延 土壤溫度的短周期變化主要出現(xiàn)在土壤上層 土壤溫度的年變化在不同地區(qū)差異很大 2 1 2 3水體溫度的變化 水體溫度隨時間的變化水體溫度的成層現(xiàn)象A 上湖層B 斜溫層or溫梯層C 下湖層 2 2生物對光的適應 2 2 1光質的生態(tài)作用及生物的適應光合有效輻射 380 710nm波長的輻射能 光質不同對植物形態(tài)建成 向光性及色素形成的影響也不同 如 藍紫光和青光紫外線 生活在高山上的動物體色較暗 植物的莖葉富含花青素 花色鮮艷 這主要是因為高山上短波光較多的緣故 也是動植物避免紫外線傷害的一種保護性適應 2 2 2光照強度的生態(tài)作用及生物的適應 2 2 2 1光強對生物的生長 發(fā)育和形態(tài)建成的作用1 光強與動物的生長發(fā)育2 黃化現(xiàn)象 影響葉綠素的形成 3 促進植物細胞的增長與分化 2 2 2 2植物對光照強度的適應性 1 陽地植物在強光照下才能正常生長發(fā)育的植物 如松 杉 麻櫟 栓皮櫟 楊 柳 樺 槐等 2 陰地植物 在弱光照下比在強光照下生長良好的植物 如紅豆杉 云杉 冷杉 翠云草 人參 三七 半夏 細辛等 在全日照下生長最好 也能忍受適度的蔭蔽 或在生長發(fā)育期間需要輕度的遮陰 如麥冬 紅花酢漿草 玉竹 青岡屬 山毛櫸 云杉 側柏 胡桃 桔梗 黨參 沙參 黃精 肉桂 金雞納等 3 耐陰植物 2 2 2 3動物對光照強度的適應 有些動物適應于白天的強光照下活動 稱為晝行性動物 因其能忍受的光照范圍較廣 故又稱為廣光性動物 有些動物適應于在夜晚或晨昏的弱光下活動 則稱為夜行性動物或晨昏性動物 因其只適應于在狹小的光照范圍內(nèi)活動 所以又稱為狹光性動物 2 2 3與生物的光照周期的適應 日照長度 是指白晝的持續(xù)時數(shù)或太陽的可照時數(shù) 即晝長 2 2 3 1生物的晝夜節(jié)律 動物的晝夜節(jié)律性植物的晝夜節(jié)律性外源性周期內(nèi)源性周期 2 2 3 2生物的光周期現(xiàn)象 植物的開花結果 落葉及休眠 動物的繁殖 冬眠 遷徙和換毛換羽等 是對日照長短的規(guī)律性變化的反應 稱為光周期現(xiàn)象 photoperiodism或photoperiodicity 1 植物的光周期現(xiàn)象 植物由營養(yǎng)生長轉向生殖生長時 日照長度是重要的決定因素 即植物的光周期現(xiàn)象 根據(jù)對日照長度的反應類型可把植物分為 長日照植物 短日照植物 中日照植物 中間型植物 1 長日照植物 只有當日照長度超過它的臨界日長時才能開花的植物 否則 只有營養(yǎng)生長 沒有生殖生長 2 短日照植物 只有當日照長度短于臨界日長時才能開花的植物 這類植物通常在早春或深秋開花 3 中日照植物 是指當晝夜長短近于相等時才能開花的植物 4 中間型植物 這類植物對日照長度的要求不嚴 只要其他條件合適 在不同的日照長度下都能開花 2 動物的光周期現(xiàn)象 1 繁殖的光周期現(xiàn)象 A 長日照動物 B 短日照動物 2 昆蟲滯育的光周期現(xiàn)象 3 換毛與換羽的光周期現(xiàn)象 4 動物遷徙的光周期現(xiàn)象 2 3生物對溫度的適應 溫度的生態(tài)學意義生物體內(nèi)的生物化學反應過程必須在一定的溫度范圍內(nèi)才能正常進行 直接作用溫度的變化可引起環(huán)境中其他生態(tài)因子的改變 間接作用 2 3 1溫度與動物類型 常溫動物 homeotherm 變溫動物 poikilotherm 外溫動物 ectotherm 內(nèi)溫動物 endotherm 2 3 2生物對溫度的反應 2 3 2 1酶反應速率與溫度閾每種酶的活性都有最適溫度范圍 低溫限和高溫限 高溫可能導致動植物的蛋白質凝固變性 酶失活或者代謝組分不平衡 低溫對生物的傷害有兩種 凍害與冷害 凍害 指冰點以下的低溫使生物體內(nèi) 細胞內(nèi)和細胞間隙 形成冰晶而造成損害 原因是冰晶使原生質膜破裂和原生質的蛋白質失活 冷害 寒害 指喜溫生物在0 以上的溫度條件下受害或死亡 2 3 2 2生物發(fā)育和生長速度 概念 發(fā)育閾溫度生物學零度總積溫有效積溫 2 有效積溫法則 植物整個收獲發(fā)育期或某一發(fā)育階段內(nèi)高于一定溫度度數(shù)以上的晝夜溫度總和 稱為積溫 K T T0 NT0為物理學0 活動積溫K T C NC生物學0 發(fā)育起點溫度 有效積溫 有效積溫法則 植物在生長發(fā)育過程中必須從環(huán)境中攝取一定的熱量才能完成某一階段的發(fā)育 而且植物各個發(fā)育階段所需的總熱量是一個常數(shù) 有效積溫法則的實際應用 預測生物 特別是病蟲害 發(fā)生的世代數(shù) 預測生物地理分布的北界 預測害蟲來年的發(fā)生程度 推算生物的年發(fā)生歷 根據(jù)積溫制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃 合理安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 2 3 2 3馴化和氣候馴化 春化 植物由低溫誘導的開花 馴化 由實驗誘導的生物對溫度耐受性限度的改變的現(xiàn)象 氣候馴化 自然產(chǎn)生的生物對溫度耐受性限度的改變的現(xiàn)象 2 3 3生物對極端環(huán)境溫度的適應 2 3 3 1生物對低溫的適應長期生活在低溫環(huán)境中的生物通過自然選擇 在形態(tài) 生理和行為等方面表現(xiàn)出很多明顯的適應 1 形態(tài)方面的適應 北極和高山植物的芽和葉片常受到油脂類物質的保護 芽具鱗片 植物體表面生有蠟粉和密毛 植物矮小并常成匍匐狀 墊狀或蓮座狀等 這種形態(tài)有利于保持較高的溫度 減輕嚴寒的影響 Bergman規(guī)律 生活在高緯度地區(qū)的恒溫動物 其身體往往比生活在低緯度地區(qū)的同類個體大 因為個體大的動物 其單位體重散熱相對較少 Allen規(guī)律 恒溫動物身體的突出部位如四肢 尾巴和外耳等在低溫環(huán)境中有變小變短的趨勢 是減少散熱的一種適應 恒溫動物的另一形態(tài)適應是 在寒冷地區(qū)和寒冷季節(jié)增加毛和羽毛的數(shù)量和質量或增加皮下脂肪的厚度 從而提高身體的隔熱性能 2 在生理方面 生活在低溫環(huán)境中的植物常通過減少細胞中的水分和增加細胞中的糖類 脂肪和色素等物質來降低植物的冰點 增加抗寒能力 動物則靠增加體內(nèi)熱量來增強御寒能力和保持體溫 動物對低溫環(huán)境的適應主要表現(xiàn)在熱中性區(qū)寬 下臨界點溫度低 3 在行為方面 對低溫的適應主要表現(xiàn)在休眠和遷移兩個方面 休眠有利于增加抗寒能力 遷移可躲避低溫環(huán)境 2 3 3 2生物對高溫環(huán)境的適應 1 植物 在形態(tài)上 1 有密絨毛和鱗片 能過濾一部分陽光 2 植物體呈白色 銀白色 葉片革質發(fā)亮 能反射一大部分陽光 使植物體免受熱傷害 3 葉片垂直排列使葉緣向光或在高溫條件下葉片折疊 減少光的吸收面積 4 樹干和根莖生有很厚的木栓層 具有絕熱和保護作用 在生理上 1 是降低細胞含水量 增加糖和鹽的濃度 這有利于減緩代謝速率和增加原生質的抗凝結力 2 是靠旺盛的蒸騰作用避免使植物體因過熱受害 3 是具有反射紅外線的能力 夏季反射的紅外線比冬季多 避免植物體受到高溫傷害 2 動物 動物對高溫環(huán)境的一個重要適應是適當放松恒溫性 使體溫有較大的變幅 如沙漠的嚙齒動物 在高溫下采取夏眠 穴居 晝伏夜出等活動 2 3 4生物對周期性變溫的適應 許多生物在晝夜變溫環(huán)境中比在恒溫環(huán)境中發(fā)育更好 植物在晝夜變溫中 生長 開花結實及產(chǎn)品質量均有所提高 動物對晝夜溫差適應 表現(xiàn)在活動節(jié)律上 有晝行性的 夜行性的及晨昏性的 2 3 5物種分布與環(huán)境溫度 積溫總量和極端溫度常常成為限制生物分布的重要因素 高溫限制生物分布的原因 A 破壞生物體內(nèi)的代謝過程和光合呼吸平衡 B 植物因得不到必要的低溫刺激而不能完成發(fā)育階段 低溫對生物分布限制作用更為明顯 對植物和變溫動物來說 決定其水平分布北界和垂直分布上限的主要因素是低溫 溫度對恒溫動物分布的直接限制較少 但也常常通過影響其他生態(tài)因子 如食物 而間接影響其分布 3物質環(huán)境 水 大氣 土壤是另一類生態(tài)因子 它們構成有機體生活的空間或棲息地 成為生物生存的必須條件 同時 為生物體的組成提供無機元素 3 1地球上水的存在形式及分布 3 1 1水的特性與存在形式1 水分具有極性2 水具有高熱容量3 水具有特殊的密度變化4 水具有相變 水的三態(tài) 3 1 2陸地上水的分布 水的形態(tài)A 氣態(tài)水 空氣濕度 來自水體的蒸發(fā)和植物的蒸騰作用 用相對濕度 R 表示 R 100 e E e 實際含水量 E 飽和含量 R越小 空氣越干燥 蒸發(fā)與蒸騰越大 溫度 R 我國為季風氣候 冬季干燥 夏季濕潤 B 液態(tài)水露 夜晚地面因輻射冷卻 空氣濕度增加 當溫度降到露點溫度以下時 就形成了露 霧 空氣中的水分達到飽和時 形成了霧 云 空氣上升 絕熱膨脹冷卻 溫度下降 水氣凝結而成 雨 是降水中最主要的一種 年雨量是指一個地區(qū)每年的降雨總量 雨 地形雨 暖濕氣流在前進途中遇到地形阻礙 氣流被迫沿山體上升 絕熱膨脹冷卻 水氣凝結成雨 對流雨 雷陣雨 日照強烈 地面空氣層受熱增溫 造成不穩(wěn)定的對流運動而形成陣雨 氣旋雨 鋒面雨 北方南下的冷氣團和南方來的暖氣團相交形成鋒面 暖氣團沿鋒面上升 絕熱膨脹冷卻 凝結致雨 也稱 黃梅雨 臺風雨 由臺風帶來的降雨 C 固態(tài)水 1 霜 夜晚由于地面輻射冷卻 溫度下降 空氣中的水分達到飽和 如果露點溫度在0 以下時 就形成霜 2 雪 當高空中空氣的露點溫度在0 以下 水氣就直接凝結成固體小冰晶 降落到地面就是雪或冰雹 3 冰雹 是一種特殊的降水 對植物有嚴重的機械摧殘作用 水的生態(tài)學意義 1 水是任何生物體不可缺少的重要組成成分 沒有水就沒有生命 生物體的含水量一般為60 80 2 生物的一切代謝活動都必須以水為媒介 3 2生物對水分的適應 3 2 1植物與水3 2 1 1陸地植物的水分平衡是指水分的收支平衡 在根吸收水和葉蒸騰水之間保持適當?shù)钠胶馐潜ＷC植物正常生活所必需的 陸生植物類型 1 濕生植物 抗旱能力小 不能長時間忍受缺水 一般生長在光照弱 濕度大的林下 或日光充足 土壤水分飽和的環(huán)境中 2 中生植物 適合生長在水濕條件適中的環(huán)境 種類最多 能忍受較長時間的干旱 主要分布在干熱草原和荒漠地區(qū) 有些植物的葉片退化成刺狀或鱗片 3 旱生植物 A 少漿液植物 葉面積縮小 根系發(fā)達 表皮細胞厚 角質層發(fā)達 葉表面密布絨毛柵欄組織多層 氣孔大都下陷 貯水組織發(fā)達 如北美的仙人掌樹高可達15 20米 可貯水2噸以上 西非的猴面包樹可貯水4噸之多 另外 這類植物的面積與體積的比例很小 可減少水分的蒸騰 B 多漿液植物 3 2 1 2水生植物 1 沉水植物為典型的水生植物 植物體全在水下 根退化 表皮細胞有直接吸收的作用 葉綠體大 無性繁殖發(fā)達 2 浮水植物葉片漂浮在水面 氣孔分布在葉的上表面 維管束和機械組織不發(fā)達 無性繁殖速度快 可分為漂浮植物和浮葉根生植物兩類 3 挺水植物 植物體大部分挺出水面 如蘆葦?shù)?3 2 1 3植物生產(chǎn)力 植物生產(chǎn)力與降雨量之間存在相關性 植物每生產(chǎn)1g干物質 需300 600g水 但不同植物不一樣 干旱是造成低生產(chǎn)力的關鍵因素 3 2 2動物對水的適應 3 2 2 1水生動物1 海洋動物的滲透壓調(diào)節(jié)動物血液和體液的滲透濃度與海水總滲透濃度大致相等 如海膽 貽貝等 或血液和體液的滲透濃度略高于海水 如海月水母 槍烏賊等 動物的血液和體液大大低于海水的滲透濃度 如鯡 鮭等 因此保持水分平衡的有效方法是大量飲水 細胞膜上具有Na 泵和K 泵 2 淡水動物的滲透壓調(diào)節(jié) 生活的環(huán)境是一種特殊的低鹽環(huán)境 滲透濃度由于潮水等原因波動很大 變滲動物 體液濃度可隨環(huán)境滲透濃度的改變而改變 恒滲動物 體液濃度不隨環(huán)境滲透濃度的改變而改變 3 2 2 2陸生動物 A 皮膚的含水量低 可減緩水分穿過皮膚 B 昆蟲可用氣管系統(tǒng)調(diào)節(jié)水分平衡 空氣干燥時氣門關閉 C 節(jié)肢動物利用幾丁質的殼防止水分蒸發(fā) D 鳥類 哺乳類以回收冷凝水來減少呼吸失水 E 具有良好的重新吸收水分的腎臟來減少排泄失水 F 以排出含氮廢物 尿素 尿酸 的形式減少排泄失水 G 靠體溫的大幅度變動來維持體溫并散熱 減少蒸發(fā)水 3 3大氣組成及其生態(tài)作用 大氣是指從地球表面到高空1100km范圍內(nèi)的空氣層 在大氣組成成分中 對生物關系最為密切的是O2與CO2 3 3 1氧與生物 氧與動物的能量代謝 內(nèi)溫動物對高海拔低氧環(huán)境的適應 植物與氧 3 3 2CO2的生態(tài)作用 大氣中的CO2濃度溫室效應CO2與植物 3 4土壤的理化性質及其對生物的影響 土壤的物理性質與生物土壤化學性質與生物土壤的生物特性植物對土壤的適應 土壤的生態(tài)學意義 土壤是由固體 無機物和有機物 液體 土壤水分 和氣體 土壤空氣 組成的三相系統(tǒng) 1 是許多生物棲居的場所 2 是生物進化的過渡環(huán)境 3 是植物生長的基質和營養(yǎng)庫 4 是污染物轉化的重要場地 3 4 1土壤的物理性質與生物 土壤的物理性質 指土壤的質地 結構 容量 孔隙度等 1 土壤質地與結構 土壤質地 土壤中大小不同的固體顆粒的組合百分比 根據(jù)土壤質地分類 砂土 顆粒最粗 砂粒多 粘粒少 壤土 質地均勻 是砂粒 粘粒 粉粒大致相等的混合物 粘土 砂粒少 粘粒和粉粒多 土壤肥力 土壤能及時滿足植物對水 肥 氣 熱要求的能力 土壤結構 指土壤固相顆粒的排列方式 孔隙度以及團聚體的大小 多少和穩(wěn)定度 2 土壤水分 1 能直接被植物根系吸收利用 2 和可溶性鹽類一起構成土壤溶液 作為提供植物養(yǎng)分的媒介 3 調(diào)節(jié)土壤溫度 4 參與土壤中物質的轉化過程 促進有機物的分解和合成 5 影響土壤內(nèi)無脊椎動物的數(shù)量和分布 6 影響土壤昆蟲的發(fā)育和生殖力 3 土壤空氣 來自大氣 但組成與大氣不同 土壤中的高CO2 一部分擴散到空氣 另一部分為根系吸收 土壤通氣程度影響土壤微生物的種類 數(shù)量和活動情況 進而影響植物的營養(yǎng)狀態(tài) 4 土壤溫度 直接影響種子萌發(fā)和扎根出苗 影響根系的生長 呼吸和吸收性能 通過影響礦物質的溶解速度 土壤氣體交換 水分蒸發(fā) 土壤微生物活動以及有機質的分解 而間接影響植物生長 土壤動物行為的適應 3 4 2土壤化學性質與生物 一 土壤酸堿度土壤酸堿度 土壤各種化學性質 特別是鹽基的綜合反映 1 土壤酸堿度及對植物的影響 A 影響?zhàn)B分的有效性 PH6 0 7 0時 養(yǎng)分的有效性最好 B 破壞土壤結構 PH值過低時 Ca2 Mg2 大量減少 H 增加 破壞了土壤膠體 C 通過微生物影響植物的生長 細菌最適合在中性土壤中生存 D 控制植物病害 2 土壤酸堿度對動物的影響 A 在過酸 過堿和鹽度過高的土壤中 土壤動物比較貧乏 B 小麥吸漿蟲最適于PH7 11的堿性土壤中生活 PH 6時不能生存 C 蚯蚓和大多數(shù)土壤昆蟲喜歡生活在PH為8的堿性土壤中 二 土壤有機質 土壤有機質 動植物殘體的腐爛分解物質和新合成的物質 分為非腐殖質和腐殖質兩大類 非腐殖質原來的動植物組織和部分分解的組織 主要是碳水化合物和含氮化合物 腐殖質土壤微生物分解有機物時重新合成的具有相對穩(wěn)定性的多聚體化合物 主要是胡敏酸和富里酸 腐殖質對植物營養(yǎng)有重要的作用 是植物營養(yǎng)的重要碳源 CO2 和氮源 NH4 或NO3 富含腐殖質的土壤中 土壤動物的種類和數(shù)量非常豐富 三 土壤礦質元素 植物需要無機元素16種 除了C H O外 全部來自土壤 其中 大量元素7種 微量元素6種 此外 豆科植物需要Co 藜科植物需Na 蕨類需Al 硅藻需Si 土壤中的無機元素可影響動物的分布和數(shù)量 a 石灰?guī)r地區(qū) b 含NaCl豐富的土壤和地區(qū) 此外 土壤中缺乏Co常常會使許多反芻動物變得虛弱 貧血 消瘦和食欲不振 嚴重時可引起死亡 3 4 3土壤的生物特性 土壤的生物特性 土壤中動物 植物和微生物所產(chǎn)生的一種生物化學和生物物理學特性 土壤微生物是土壤中重要的分解者 在土壤形成過程中起重要作用 土壤動物是最重要的土壤消費者和分解者 3 4 4植物對土壤的適應 一 酸性土植物指只能生長在酸性或強酸性土壤上 在堿性土和鈣質土上不能生長或生長不良的植物 如石松 鐵芒萁 狗脊蕨 茶 油茶 Eurya Vaccinium Rhododendron等 適應于生長在含有高量代換性的Ca2 Mg2 而缺乏代換性H 的鈣質土或石灰性土壤中植物 在酸性土壤中不能生長 如蜈蚣草 鐵線蕨 南天竹 甘草 柏木等 鈣質土植物 二 鹽堿土植物 鹽堿土 鹽土 堿土 鹽化土及堿化土的統(tǒng)稱 鹽土中主要是NaCl Na2SO4 中性鹽 堿土中主要是Na2CO3 NaHCO3 K2CO3 PH 8 5鹽堿土植物 能在含鹽量高的鹽土或堿土里生長 具有一系列適應鹽 堿生境的形態(tài)和生理特性的植物 根據(jù)分布的地區(qū)可分為 旱生鹽土植物 分布在內(nèi)陸 如鹽角草 鹽爪爪 海韭菜 鴉蔥 獐茅 海棗等 濕生鹽土植物 分布在海濱 如堿蓬 厚藤 大米草 紅樹植物等 根據(jù)對過量鹽類的適應特征可分為 1 聚鹽性植物 真鹽生植物 能從土壤中吸收大量的可溶性鹽類 并把這些鹽類積聚在體內(nèi)而植物體不會受到傷害 這類植物可忍受6 甚至更高濃度的NaCl 如 鹽角草 堿蓬 梭梭柴 黑果枸杞等 2 泌鹽性植物 耐鹽植物 植物體吸收的鹽分可通過鹽腺排出體外 如 檉柳 大米草 紅樹植物 補血草等 3 不透鹽性植物 抗鹽植物 植物的根細胞透性小 幾乎不吸收土壤中的鹽類 如 堿菀 獐茅 田菁 堿地風毛菊等 三 沙生植物 沙漠是指氣候干旱 植被稀疏 以沙粒為基質的自然地帶 生境特點 風大沙多 干燥少雨 光照強烈 冷熱劇變 植物適應特征 莖干長不定根和不定芽 根系生長迅速 具有根套 旱生形態(tài)結構和生理特性等 3 5火作為生態(tài)因子對生物的影響及管理 在生態(tài)系統(tǒng)中 火既是一種自然因素 又是人類增加的因素 是一個重要的生態(tài)因子 火有兩個主要類型 林冠火 地面火 3 5 1火對生物的作用 1 火的有益作用A 加速枯枝落葉的分解 B 有利于抗火物種的自然更新 C 有利于耐火物種在競爭中獲勝 D 有利于松柏類幼苗的存活 2 火的有害作用A 破壞自然界的生態(tài)平衡 B 改變土壤的理化性質 3 5 2防火管理 開展生物工程防火 建立火災阻隔系統(tǒng) 開展計劃燒除 加強可燃物管理 加強防火管理 第二部分種群生態(tài)學 種群 Population 由同種個體所組成的 占有一定空間的 具有潛在雜交能力和自己獨立的特征 結構和機能的整體 是物種在自然界存在的基本單位 4種群及其基本特征 4 1種群的概念自然種群的基本特征 空間特征 具有一定的分布范圍 數(shù)量特征 即密度變化 遺傳特征 具有一定的基因組成 4 2種群動態(tài) 種群動態(tài) 研究種群在時間和空間上的變化規(guī)律 4 2 1種群的密度和分布 4 2 1 1 2種群的數(shù)量統(tǒng)計1 種群大小 小種群邊界明顯 易于確定 大種群由于連續(xù)分布 邊界不清2 密度 單位面積上的個體數(shù)目 絕對密度 單位面積或空間的實有個體數(shù) 相對密度 單位面積上獲得的個體數(shù)目 3 計數(shù)方法 1 直接計數(shù) 2 目測計數(shù)4 單件生物和構件生物 單件生物 各個體保持一致的形態(tài)結構 主要是動物和低等植物 構件生物 由一套構件組成的生物 如樹枝分叉 分蘗等 4 2 1 3種群的空間結構 均勻分布 規(guī)則分布 種群內(nèi)的個體之間保持一定的均勻距離 在自然情況下 最為罕見 人工栽培時常見 隨機分布 種群內(nèi)的每個個體的出現(xiàn)都有同等機會 或者說 個體分布和機率相符合 在自然界中不很常見 只有在主導因子呈隨機分布時 才可能出現(xiàn) 成群分布 團塊分布 種群內(nèi)個體分布不均 形成了許多密集的團塊 在自然情況下最為常見 原因是 1 生境不均勻 2 種群的繁殖特性和種子的傳布方式 3 動物的社會行為 4 2 2種群統(tǒng)計學 4 2 2 1年齡 時期結構和性比1 年齡結構 指不同年齡組的個體在種群內(nèi)的比例或配置情況 一般用年齡錐體 年齡金字塔 來表示 基本類型 增長型 出生率 死亡率 迅速增長 種群數(shù)量呈上升趨勢 穩(wěn)定型 出生率 死亡率 種群數(shù)量穩(wěn)定 衰退型 出生率 死亡率 種群數(shù)量趨于減少 2 時期結構 許多生物經(jīng)歷離散的發(fā)育期 如昆蟲幼體的齡期 每個時期個體的數(shù)量 即為時期結構 時期結構可以對種群進行有效的描述 3 性比 種群中雌雄個體所占的比例 如果性比不適當 就會減少個體交配的能力 種群數(shù)量減少 如人類 4 2 2 2生命表 存活曲線和種群增長率 1 生命表 是研究種群動態(tài)的一種統(tǒng)計方法 常見的有三種 動態(tài)生命表 同生群生命表 根據(jù)一個特定年齡組的生存或死亡數(shù)據(jù)而編制的 靜態(tài)生命表 特定時期生命表 根據(jù)一個特定時間范圍 對種群作一年齡結構調(diào)查資料而編制 綜合生命表 利用各種方法得到年齡比率 出生率 死亡率等數(shù)據(jù) 而后根據(jù)研究目的編制而成 2 存活曲線 存活曲線概念 Deevey 1947 提出 以相對年齡 即以平均壽命的百分比表示的年齡 x 為橫坐標 以存活數(shù)nx的對數(shù)為縱坐標而畫成的曲線 一般有三種類型 型 表示接近生理壽命前只有少數(shù)個體死亡 如人類 大型哺乳動物 陰性闊葉樹種 農(nóng)作物等 型 表示各個年齡期的死亡率相等 呈穩(wěn)定一致的狀態(tài) 如鳥類 水螅 一些陽性樹種等 型 表示幼體的死亡率高 成熟個體的死亡率低且穩(wěn)定 如青蛙 魚類 草本植物等 4 種群增長率和內(nèi)稟增長率 種群增長率r r lnR0 T內(nèi)稟增長率rm 控制人口 計劃生育的途徑 降低R0值 增大T值 4 2 3種群的增長模型 4 2 3 1與密度無關的種群增長模型1 種群離散增長模型條件 增長是無界的 世代不相重疊 無遷入和遷出 不具年齡結構 方程 Nt 1 R0NtNt N0R0tlgNt lgN0 lgR0 t R0 1種群上升 R0 1種群穩(wěn)定 0 R0 1種群下降 R0 0雌體無繁殖 種群在一代中滅亡 在世代重疊的情況下 種群以連續(xù)的方式增長 dN dt b d N rNNt N0ert曲線是 J 型 r 0種群上升 r 0種群穩(wěn)定 r 0種群下降 2 種群連續(xù)增長模型 指數(shù)式增長 4 2 3 2與密度有關的種群增長模型 邏輯斯蒂增長模型 有一個環(huán)境容納量 通常以K表示 當Nt K時 種群為零增長 即dN dt 0 增長率隨密度上升而降低的變化 也是按比例的 每增加一個個體 就產(chǎn)生1 K的抑制作用 也即利用了1 K的 空間 N個個體就利用了N K 空間 而可供種群連續(xù)增長的 剩余空間 只有 1 N K 的空間 公式 dN dt rN 1 N K K 環(huán)境最大容納量 1 N K 環(huán)境阻力Nt K 1 ea rt a r K 曲線是 S 型 舉例貓與老鼠的關系 貓吃老鼠 老鼠的數(shù)量下降 對老鼠來說 環(huán)境資源增加 增長率增加 數(shù)量也增加 有些學者將此模型稱為種群增長的普遍規(guī)律 4 2 4自然種群的數(shù)量變動 1 種群增長2 季節(jié)消長3 不規(guī)則波動4 周期性波動5 種群爆發(fā)或大發(fā)生 如蝗災 赤潮 6 種群平衡7 種群的衰落和滅亡 8 生態(tài)入侵 由于人類有意或無意地把某種生物帶入適宜于其棲息和繁衍的地區(qū) 種群不斷擴大 分布區(qū)逐步穩(wěn)定擴展 這個過程稱為生態(tài)入侵 ecologicalinvasion 如歐洲穴兔 美洲仙人掌引入澳大利亞 紫莖澤蘭 豚草 水盾草 大米草等 國家環(huán)?？偩衷?003年3月6日公布了16種外來入侵物種 分別為紫莖澤蘭 薇甘菊 空心蓮子草 豚草 毒麥 互花米草 飛機草 鳳眼蓮 水葫蘆 假高粱 蔗扁蛾 濕地松粉蚧 強大小蠹 美國白蛾 非洲大蝸牛 福壽螺 牛蛙 每年損失574億元 1986年 英國爆發(fā) 瘋牛病 歐盟各國為防止該病入境至少耗去30億歐元 美國康奈爾大學公布的數(shù)據(jù)表明 美國目前每年要為 生物入侵 損失1370億美元 印度 南非向聯(lián)合國提交的研究報告稱 這兩個國家每年因生物入侵造成的經(jīng)濟損失分別為1300億美元和800億美元 4 3種群調(diào)節(jié) 4 3 1外源性種群調(diào)節(jié)理論4 3 1 1非密度制約的氣候學派多以昆蟲為研究對象 認為生物種群重要是受對種群增長有利的氣候條件所限制 不會產(chǎn)生食物競爭 4 3 1 2密度制約的生物學派 代表人物是Nicholson 主張捕食 寄生和競爭等生物過程對種群調(diào)節(jié)起決定作用 Smith認為 種群是圍繞一個 特征密度 而變化的 而特征密度本身也在變化 有人強調(diào)食物對種群的調(diào)節(jié)作用 而提出了營養(yǎng)物恢復學說 4 3 2內(nèi)源性自動調(diào)節(jié)理論 4 3 2 1行為調(diào)節(jié) 溫 愛德華學說社群等級 領域性等行為可能是一種傳遞有關種群數(shù)量的信息 特別是資源與種群數(shù)量關系的消息 種內(nèi)社群等級的劃分 限制了種群的增長 并且這種作用是密度制約的 4 3 2 2內(nèi)分泌調(diào)節(jié) 克里斯琴 Christian 學說 用來解釋某些哺乳動物的周期性數(shù)量變動 當種群數(shù)量上升時 社群壓力增加 生殖激素分泌減少 生殖受到抑制 生長激素減少 皮質激素增加 機體抵抗力下降 死亡率增加 該學說主要適用于獸類 4 3 2 3遺傳調(diào)節(jié) 奇蒂 Chitty 學說 福特認為 種群數(shù)量的增加 通過自然選擇壓力和遺傳組成的改變 必然為種群數(shù)量的減少鋪平道路 奇蒂認為種群中具有的遺傳多型是遺傳調(diào)節(jié)學說的基礎 當種群數(shù)量較低時 自然選擇有利于低密度型 當種群數(shù)量上升到很高的時候 自然選擇轉而有利于高密度型 4 4集合種群動態(tài) 4 4 1概念和術語集合種群 局域種群通過某種程度的個體遷移而連接在一起的區(qū)域種群 集合種群動態(tài) 被占據(jù)生境斑塊的比例隨時間變化的過程 4 4 2集合種群理論的意義與應用 該理論模型的重要應用是作出預測 Levins模型可解決大范圍的害蟲防治問題 并對保護生物學有重要意義 在景觀管理上的應用 在自然保護區(qū)設計上的應用 5生物種及其變異與進化 基因型 種群內(nèi)每個個體的基因組合 表現(xiàn)型 直接觀察所感受到的生物的結構和功能 表現(xiàn)型由遺傳基因的表達與環(huán)境共同作用所決定 5 1生物種的概念 物種 species 是生物分類的基本單位 是具有一定的自然分布區(qū)和一定的形態(tài)特征和生理特性的生物類群 同種中的各個體具有相同的遺傳性狀 可以彼此交配產(chǎn)生后代 不同種之間具有生殖隔離 是生物進化和自然選擇的產(chǎn)物 生物種的特點 生物種不是按任意給定特征劃分的邏輯的類 而是由內(nèi)聚因素 生殖 遺傳 生態(tài) 行為 相互識別系統(tǒng)等 聯(lián)系起來的個體的集合 物種是一個可隨時間進化改變的個體集合 物種是生態(tài)系統(tǒng)中的功能單位 5 2物種的遺傳變異與選擇 5 2 1基因 基因庫和基因頻率基因 gene 帶有可產(chǎn)生特定蛋白的遺傳密碼的DNA片段 基因庫 genepool 種群內(nèi)存在的所有基因組和等位基因 哈 溫定律 Hardy WeinbergLaw 在一個巨大的 隨機交配和無干擾基因平衡因素的種群中 基因型頻率將世代保持穩(wěn)定不變 也叫種群的遺傳平衡狀態(tài) 5 2 2變異 自然選擇和遺傳漂變 自然選擇和遺傳漂變是兩種進化動力 變異 既是進化的產(chǎn)物 又是進化的基礎 遺傳漂變 指基因頻率在小的種群里隨機增減的現(xiàn)象 近30年來 種群遺傳學和種群生態(tài)學研究的一個重要交叉邊緣領域就是確定自然選擇強度和遺傳漂變強度這兩個進化動力的相對重要性 5 2 3遺傳瓶頸和建立者效應 5 2 3 1遺傳瓶頸如果一個種群在某一時期由于環(huán)境災難或過捕等原因數(shù)量急劇下降 就稱其經(jīng)歷瓶頸 5 2 3 2建立者效應建立者種群和母種群的差異越來越大的現(xiàn)象 5 2 4表型的自然選擇類型 1 穩(wěn)定選擇 stabilizingselection 當環(huán)境條件對靠近種群的數(shù)量性狀正態(tài)分布線中間那些個體有利 處淘汰兩側的 極端 個體時 選擇屬于穩(wěn)定型的 2 定向選擇 directionalselection 當選擇對一側的 極端 個體有利 從而使種群的平均值向這一側移動 選擇屬定向型 3 分裂選擇 disruptiveselection 使選擇對兩側的個體有利 而不利于中間的個體 從而使種群分成兩部分 其它 配子選擇 親屬選擇 群體選擇 性選擇 5 3物種形成 5 3 1物種形成及其過程1 地理隔離 由于地理屏障引起 將兩個種群彼此隔開 阻礙了種群間個體交換 從而使基因交流受阻 2 獨立進化 兩個地理上和生殖上的隔離的種群各自獨立地進化 適應于各自的特殊環(huán)境 3 生殖隔離機制建立 假如地理隔離屏障消失 兩個種群的個體可以再次相遇和接觸 但由于建立了生殖隔離機制 基因交流已不可能 因而成為兩個種 物種形成過程完成 形成生殖隔離的機制 交配前或合子前隔離機制a 生境隔離 相關種群生活在相同地域的不同生境中 b 季節(jié)或時間隔離 交配或花期發(fā)生在不同時間 c 性隔離 不同種間性的相互吸引力很弱或缺乏 d 機制隔離 生殖器的物理性不響應阻止了交配或花粉轉移e 不同傳粉者隔離 在開花植物中 相關性可能特化吸引不同的傳粉者 f 配子隔離 在體外受精的生物中 雌雄配子可能不相互吸引 交配后或合子隔離機制降低染合體的生存力或繁殖力g 雜種不存活 雜合體存活力降代或不能存活 h 雜種不育 雜種F1代的一種性別或兩種性別不能生產(chǎn)功能性配子 i 雜種受損 F2代或回交雜種后體存活力或繁殖力降低 5 3 2物種形成的方式 1 異域性物種形成 allopatricspeciation 包括兩類 1 通過大花圍的地理隔離 分開的兩個種各自演化 形成生殖隔離機制 2 通過種群中少數(shù)個體從原種群中分離出去 到達它地并經(jīng)地理隔離和獨立演化而成新種 2 鄰域性物種形成 parapatricspeciation 出現(xiàn)在地理分布區(qū)相鄰的兩個種群間的物種形成 3 同域性物種形成 sympatricspeciation 在母種群分布區(qū)內(nèi)部 由于生態(tài)位的分離 逐漸建立起若干子群 子群間由于逐步建立的和生殖隔離 形成基因庫的分離而形成新種 6進化對策 生物的生活史 生物從出生到死亡所經(jīng)歷的全部過程 生態(tài)對策或生活史對策 各種生物在進化過程中形成各自特有的生活史 人們可以把它想象為生物在生存斗爭中獲得生存的對策 如生殖對策 取食對策 逃避對策 擴散對策等 6 1能量分配與權衡 生物不可能使其生活史的每一組分都達到最大 而必須在不同生活史組分間進行 權衡 在繁殖中 生物可以選擇能量分配方式 資源或許分配給一次大批繁殖 單次生殖 或更均勻地隨時間分開分配 多次生殖 同樣的能量分配 可產(chǎn)生或者許多小型后代 或者少量大型的后代 6 2體型效應 體型大小是生物體最明顯的表面性狀 是生物的生活史對策 一般來說 物種個體體型大小與其壽命有很強的正相關 并與內(nèi)稟增長率有同樣強的負相關 6 3 1r 選擇和k 選擇MacArthur和Wilson 1967 將生物按棲息環(huán)境和進化對策分為r 對策者和k 對策者 前者屬于r 選擇 后者屬于k 選擇 E Pianka 1970 提出r k選擇理論 r 選擇種類是在不穩(wěn)定環(huán)境中進化的 因而使種群增長率r最大 k 選擇種類是在接近環(huán)境容納量K的穩(wěn)定環(huán)境中進化的 因而適應競爭 6 3生殖對策 r 選擇種類具有所有使種群增長率最大化的特征快速發(fā)育 小型成體 數(shù)量多而個體小的后代 高繁殖能量分配 短的世代周期 k 選擇種類具有使種群競爭能力最大化的特征慢速發(fā)育 大型成體 數(shù)量少但體型大的后代 低繁殖能量分配 長的世代周期 k 對策者種群競爭性強 數(shù)量較穩(wěn)定 但一旦受危害造成數(shù)量下降 種群恢復比較困難 r 對策者死亡率高 但高r值能使種群快速恢復 且具有高擴散能力 更有利于形成新物種 6 3 2生殖價和生殖效率 生殖價 該個體馬上要生產(chǎn)的后代數(shù)量 當前繁殖輸出 加上預期在以后生命過程中要生產(chǎn)的后代數(shù)量 未來繁殖輸出 生物通過提高后代的質量與投入能量的比值來達到提高生殖效率的目的 6 4生境分類 高繁殖付出 高 CR 生境 競爭激烈 低繁殖付出 低 CR 生境 競爭弱 兩面下注 理論 如成體死亡率與幼體死亡率相比相對穩(wěn)定 進行多次生