第七章-生物群落与生态系统

第七章生物群落与生态系统第一节地球上的生物界•生命的起源•原核生物界•原生生物界•植物界•真菌界•动物界大约38亿年前，在地球的海洋里首先形成了很长的核糖核酸（RNA）分子的分子链；到了36亿年前，这些能形成很长分子链的RNA发展成为脱氧核糖核酸（DNA），生命主要就是从DNA发展而来。DNA特性，即：它们不仅能自身复制，进而繁衍开来，而且还能控制化学过程，从而开展生命过程。地球生命的起源DNA分子的双螺旋结构脱氧核苷酸磷酸脱氧核糖含氮碱基腺嘌呤A鸟嘌呤G胸腺嘧啶T胞嘧啶C组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸遗传密码细胞分裂前的DNA复制生物进化过程•无机物→简单有机物（氨基酸等碳氢化合物）→蛋白质、核酸等复杂有机物→原始生命→最原始的生物。•由简单到复杂、由低级到高级、由水生到陆生的演变过程形成了今天地球上十分繁荣的生物界•生物分类系统是长期以来人们通过比较生物形态与解剖特征的异同、习性的差别和亲缘关系的远近并加以汇同辨异，建立起来的一个能够反映生物碱亲缘关系和进化程度的有规律的分类系统。它采用的等级单位是界、门、纲、目、科、属、种。•种又称物种,是生物分界的基本单位。•种是起源于共同祖先、具有极为相似的形态特征和生理特征，且能自然交配产生可育后代的，并具有一定自然分布区的生物个体群。生物的分类生物五界系统一、原核生物界•原核生物是一类起源古老、细胞结构简单不具备核膜、没有明显细胞核的原始生物，包括细菌和蓝藻。原核生物——细菌变形杆菌炭疽杆菌1炭疽杆菌2原核生物——蓝藻1原核生物——蓝藻2原核生物——平裂藻原核生物——项圈藻二、原生生物界•原生生物界是由原核生物进化而来的另一类微生物，有机体以单细胞的为主，也有一些群体。•细胞内都具有核膜包围起来的真正的细胞核属真核生物。•有些原生生物细胞内含有叶绿素和其他色素为光合作用的自养生物，有些不含有色素为非光合作用的异养生物。•原生生物主要生活于水中和潮湿的陆地环境中。原生生物——金藻原生生物——直链藻原生生物——草履虫二分裂接合接合生殖原生生物——眼虫栉毛虫钟形虫血液中的锥体虫原生生物血液中的锥体虫三、植物界•是一种真核多细胞生物，单细胞者很少。•绝大多数植物的细胞中含有叶绿素和其他色素，属于能够利用太阳能制造有机物的自养生物，极少数是非绿色的寄生物。•包括藻类和高等植物。苔藓苔藓与桫椤（蕨类）桫椤蕨类（芒箕）凤尾蕨裸子植物——苏铁裸子植物——银杏裸子植物——松科的球果被子植物——椰树菠萝蜜可可树蟠桃四、真菌界•真菌属于真核生物，在二界分类系统中划归植物界，但是又具有很多特征故列为一个独立的生物界。•主要特征有：–体内不含可行光合作用的任何色素而为营腐生或寄生生活的异养生物–有机体大都是由多细胞生物的菌丝聚集在一起而形成的菌丝体–外表呈灰色黑色和色或红色等–大多数真菌的细胞壁是由几丁质（甲壳质）组成，细胞内贮存的物质主要是脂肪和肝糖。–以各种孢子进行繁殖蘑菇1蘑菇2蘑菇3茶树菇猴头菇人体白细胞人体神经细胞五、动物界•动物属于体内不含光合色素的真核一样生物。•构成躯体的细胞没有细胞壁；体内的细胞因生理功能不同发生了分化，形成了许多组织，一定种类的组织联合起来司某种生理机能而成为器官，许多不同的器官再联合为器官系统。•动物界的种类非常繁多形体结构与净化程度差异很大，因此被划分为许多类群，其中主要有环节动物、软体动物、节肢动物、脊索动物。树蛙斑马猎豹第二节生物与环境•一、生态因子作用的一般特点•二、生态因子与生物•三、生物对环境的适应•从生态学观点看，环境是指生物有机体或生物群体所在空间内的一切事物和要素的总和。生物是主体，环境是相对主体而言的,它包括非生物的所有自然要素也包括主体生物之外的其他一切动植物。•环境对于生物的影响很大，控制和塑造着生物的全部生理过程形态结构和地理分布。•在环境对生物发生影响的同时，生物有机体特别是他们的群体也对环境产生相当明显的改造作用引言一、生态因子作用的一般特点（一）生态因子相关概念•环境中对生物的生长、发育、繁殖、行为和分布有影响的环境要素叫生态因子（Ecologicalfactors）.•生态因子中生物生存不可缺少的那些因子称作生存条件（Existingconditions）.•当一个或几个生态因子的质或量低于或高于生物生存所能忍受的临界限度时,生物的生长发育、繁殖就会受到限制，甚至引起死亡，这些接近或超过耐性上下限的生态因子称作限制因子。（二）生态因子对生物的作用的一般特点１、综合性２、非等价性３、不可替代性４、限制性－－各种生态因子并非孤独地对生物发生作用，而是相互制约、相互影响，共同在一起对生物产生影响。－－诸因子中必有１～２个是起关键作用的主导因子而其他因子的作用相对小些。－－都不可缺少，一个因子的缺失不能用另一个因子来代替。－－地球上各种生态因子的变动幅度非常大，而每种生物所能忍受的范围却有一定的限度。环境梯度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。生态幅（ecologicalamplitude）:每一种生物对每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。在最低点和最高点之间的范围。最适点适宜区最适区高死亡限低死亡限（三）生态幅种群数量数量很低种群消失种群消失数量很低数量最高不能耐受区生理受抑制生理受抑制不能耐受区最适区环境梯度高低耐受性下限耐受性上限生物种的耐受性限度图解（据Smith,1980）环境梯度狭生态幅广生态幅狭生态幅二、生态因子与生物•光与生物•温度与生物•水与生物•空气与生物•土壤与生物•生物间的关系（一）光和生物•光的性质，即光的波长对植物的生态作用。–红橙光和蓝光被绿色植物吸收得最多，是光合作用中最有效的生理辐射光；–红光与糖的形成关系密切；–蓝光则有利于蛋白质的形成；–黄光和绿光多被植物反射；–紫外光能抑制茎的伸长和促进花青素的形成，还对生物具有杀伤致死作用。1、光的性质和生物2、光的强度和生物•纬度变化：光照强度在赤道地区最大，随纬度的增加而逐渐减弱。•海拔高度变化：光照强度还随海拔高度的增加而增强。•地形变化：在北半球的温带地区，山的南坡所接受的光照比平地多，而平地所接受的光照又比北坡多。•时间变化：在一年中，夏季光照强度最大，冬季最小。在一天中，中午的光照强度最大，早晚的光照强度最小。•生态系统内变化：光照强度在生态系统内将会自上而下逐渐减弱，一个生态系统的垂直分层现象既决定于群落本身，也决定于所接受的日光能总量。2.1光照强度的变化2、光的强度和生物•光照强度与水生植物：光的穿透性限制着植物在海洋中的分布，分布在光补偿点以上的位置。•光照强度与陆生植物：可分为阳地植物和阴地植物。•光照强度与动物的行为：–昼行性动物：适应于在白天的强光下活动–夜行性动物：适应于弱光–第三类动物：在拂晓或黄昏时分出巢活动–其它广光性动物：既能适应于弱光也能适应于强光，它们白天黑夜都能活动。如田鼠。2.2光照强度与生物光与植物森林内部2、光的强度和生物•地球上不同纬度地区每天的日照强度即白昼持续时数有差别。•日照长短的变化之地球上最严格和最稳定的周期变化，是形成生物节律最可靠的信号系统。长期的适应使各类生物对日照长短或说对昼夜长短比例的反应格式不同，就在生物中普遍存在光周期现象（Photoperiodism）。2.3日照强度与生物2.3.1植物的光周期现象长日照植物：在日照时间超过一定数值才开花，否则便只进行营养生长，不能形成花芽。如冬小麦、油菜、菠菜，甜菜、甘蓝和萝卜等。。短日照植物：在日照时间短于一定数值才开花，这类物通常是在早春或深秋开花。常见种类有牵牛、苍耳和菊类，作物中则有水稻、玉米、大豆、烟草、麻、棉等。中间性植物：只要其他条件合适，在什么光照条件下都能开花，如黄瓜、番茄、番薯、四季豆和蒲公英等。2.3.2动物的光周期现象–鸟类：迁移、生殖–哺乳动物：生殖、换毛•长日照兽类：随着春天日照长度的逐渐增加而开始生殖。如野兔、刺猬等。•短日照兽类：随着秋天短日照的到来而进入生殖期。如绵羊、山羊和鹿等。–鱼类：生殖、迁移•人为延长光照时间可以提高鲑鱼的生殖能力•日照长度的变化通过影响内分泌系统而影响鱼类的迁移–昆虫：冬眠、滞育（二）温度与生物•植物一般是0～45℃的温度范围。–高温的伤害主要在于减弱光合作用而增强呼吸作用，使两者失衡。–低温的不利主要是冻害，低于零下的温度会使细胞间隙的自由水结冰，挤压细胞质造成机械损伤并使细胞失水而萎缩。1、温度与植物•大多数动物生活在﹣2～50℃温度范围。•温度对动物生长发育和形态的影响表现在低温可以延缓恒温动物的生长，由于其性成熟延缓，动物可活得更久、长得更大。•温度对动物行为的影响在于使动物主动选择适宜的温度环境，以利其生存•温度还影响动植物的地理分布。热带和亚热带有利于动植物生存，种类繁多，寒冷地带和高山地区种类较少2、温度与动物2.1温度对动物的影响•贝格曼定律：–贝格曼规律(Bergman’srule):生活在寒冷气候中的内温动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大，从而使得单位体重散热量较少，是减少散热的一种形态适应•阿伦定律：–恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低温环境中有变小变短的趋势，减少散热的一种形态适应•恒温动物对低温的另一种形态适应是增加毛和羽毛的数量和质量或增加皮下脂肪的厚度。2、温度与动物2.2动物对温度的适应贝格曼规律阿伦规律（三）水和生物1、水的生物学意义：•首先，水是生物有机体的重要组成成分。•其次，生物的一切代谢活动都必须有水为介质，营养物质的吸收和运输、食物的消化、激素的传递以及其他各种生物化学过程都必须在水溶液中进行。•第三，水是植物进行光合作用的重要原料。•第四，水的热容量大，吸热和放热的进程比较缓慢，为水生生物创造了一个稳定的温度环境。•第五，对于生物的热量调节和能量代谢具有重要作用水分与植被2、水对生物的影响仙人掌第三节生物种群和生物群落种群是在特定时间和一定空间中生活和繁殖的同种个体的总和。种群是由同种个体组成，但在生态系统中，种群内个体与个体之间，种群与环境之间，并不孤立，也不是简单地相加，而是通过种内关系构成一个统一的有机整体，表现出该种生物的特殊规律性。种群不仅是物种存在、物种繁殖、物种进化和表达种内关系的基本单位，也是生物群落的基本组成单位，同时也是生物资源开发、利用和保护的具体对象和生态系统研究的基础。一.种群及其一般特征种群的数量和密度任何一种生物在一定空间中个体数目的多少称为种群的大小(数量)；在单位面积或空间中的个体数目，则称密度种群年龄结构和性别比种群的年龄结构是指不同年龄组的个体在种群内的比例和配置情况。一般种群年龄结构愈复杂，其稳定性愈大，适应能力愈强，种群愈繁盛。种群的性比结构性比是指一个种群中全部个体或某一龄级中雌雄个体的比例。性比通常有单性（银杏、雪松）和两性之分。对动物来说，还要考虑婚配制度。种群年龄结构增长型稳定型衰退型种群中个体的水平分布格局1.成群分布2.均匀分布3.随机分布种群的出生率和死亡率最大出生率：指种群处于理想条件下(无任何生态因子的限制，繁殖仅受生理因素所制约)的出生率。实际出生率：指在特定条件下的出生率。最低死亡率：指生物种群在最适环境下，活到了其生理寿命才死亡的概率。实际死亡率：指种群在特定环境下的死亡概率，即多数或部份个体死于捕食者、疾病、饥饿、恶劣气候和砍伐等。种群的出生率和死亡率种群增长1）种群的指数增长模型在环境资源（食物资源和生存空间）不受限制的情况下，种群增长率为r，则种群的数量呈指数形式增长，即dN/dt=rN，其指数形式为：Nt=N0ertr0,种群数量将按指数曲线的形式增长；r0，种群数量将按指数曲线的形式下降；r=0，种群数量相对稳定按Nt=N0ert做图，因曲线与“J”相似，所以，把在不受环境资源限制条件的种群增长模型称为“J”型指数增长模型。2)种群的逻辑斯蒂增长模型（Logisticgrowth）在有限的环境资源条件下，随着种群内个体数量