《生態(tài)與環(huán)境》配套PPT電子課件

《生態(tài)與環(huán)境》配套PPT電子課件,生態(tài)與環(huán)境,生態(tài),環(huán)境,配套,PPT,電子,課件 第第7講講 種群的特征與增長(zhǎng)種群的特征與增長(zhǎng) 沈沈 顯顯 生生 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、一、PopulationPopulation概念概念二、種群的三大基本特征二、種群的三大基本特征三、種群的增長(zhǎng)規(guī)律與調(diào)節(jié)三、種群的增長(zhǎng)規(guī)律與調(diào)節(jié)一、一、PopulationPopulation概念概念種群（種群（population）或稱居群，是指在特定時(shí)間內(nèi)分布）或稱居群，是指在特定時(shí)間內(nèi)分布在一定空間范圍內(nèi)、可自由交流基因的同一物種所有在一定空間范圍內(nèi)、可自由交流基因的同一物種所有個(gè)體的集群。它是介于生物個(gè)體與生物群落之間的一個(gè)體的集群。它是介于生物個(gè)體與生物群落之間的一個(gè)客觀存在的生物學(xué)基本單位，具有自己獨(dú)特的結(jié)構(gòu)個(gè)客觀存在的生物學(xué)基本單位，具有自己獨(dú)特的結(jié)構(gòu)組成、生物學(xué)特征和功能。組成、生物學(xué)特征和功能。物種是一個(gè)分類學(xué)單元，是一個(gè)遺傳繁殖單元。物種是一個(gè)分類學(xué)單元，是一個(gè)遺傳繁殖單元。種群是種群是物種生存物種生存、物種進(jìn)化物種進(jìn)化和和種間關(guān)系種間關(guān)系的基本單元。的基本單元。種群生物（態(tài)）學(xué)的歷史種群生物（態(tài)）學(xué)的歷史17981798年，年，MalthusMalthus的的“人口論人口論”：一個(gè)種群的：一個(gè)種群的大小，或者個(gè)體數(shù)目的多少，不僅取決于本大小，或者個(gè)體數(shù)目的多少，不僅取決于本身的生物學(xué)特性和繁殖能力，更依賴于其必身的生物學(xué)特性和繁殖能力，更依賴于其必要的自然資源或生存空間所允許的限度。要的自然資源或生存空間所允許的限度。MalthusMalthus在人口論中指出了種群態(tài)學(xué)的基本原在人口論中指出了種群態(tài)學(xué)的基本原理。理。解放后，馬寅初翻譯了解放后，馬寅初翻譯了人口論人口論。二、種群的三大基本特征二、種群的三大基本特征1 1、數(shù)量特征、數(shù)量特征2 2、空間特征、空間特征3 3、遺傳特征、遺傳特征1、數(shù)量特征、數(shù)量特征數(shù)量大小數(shù)量大小數(shù)量變動(dòng)數(shù)量變動(dòng)最適宜的種群大小最適宜的種群大小種群暴發(fā)種群暴發(fā)種群絕滅種群絕滅環(huán)境要求的最小種群環(huán)境要求的最小種群2005.8.22 2005.8.22 安徽安徽 肥西肥西阿利氏定律阿利氏定律每個(gè)種群都有一個(gè)最適合大小的種群數(shù)每個(gè)種群都有一個(gè)最適合大小的種群數(shù)量，過(guò)大或過(guò)小，都不利于種群的發(fā)展。量，過(guò)大或過(guò)小，都不利于種群的發(fā)展。過(guò)大容易失控；過(guò)小交配機(jī)會(huì)太少過(guò)大容易失控；過(guò)小交配機(jī)會(huì)太少性比性比（sex ratio）種群中雌性個(gè)體與雄性個(gè)體種群中雌性個(gè)體與雄性個(gè)體比例參數(shù)。比例參數(shù)。動(dòng)物的性比有動(dòng)物的性比有：第第1性比性比受精卵的性比受精卵的性比第第2性比性比幼體到性成熟時(shí)的性比幼體到性成熟時(shí)的性比第第3性比性比充分成熟的個(gè)體的性比充分成熟的個(gè)體的性比種群數(shù)量統(tǒng)計(jì)：出生率、死亡率、遷種群數(shù)量統(tǒng)計(jì)：出生率、死亡率、遷入、遷出入、遷出動(dòng)物的性比動(dòng)物的性比人類的性比人類的性比第第1 1性比性比配子配子(精子精子)的性比的性比 X:Y 100X:Y 100：100100第第2 2性比性比受精卵的性比受精卵的性比 105105：100100第第3 3性比性比嬰兒的性比嬰兒的性比 106106：100100（我國(guó)第（我國(guó)第4 4次人口次人口普查，普查，100:116.9100:116.9）n人口的結(jié)構(gòu)和增長(zhǎng)人口的結(jié)構(gòu)和增長(zhǎng) 人口的年齡結(jié)構(gòu)分析也可以幫助我們預(yù)測(cè)不同國(guó)家未來(lái)人口增長(zhǎng)的趨勢(shì)。老齡化使中國(guó)人群疾病譜發(fā)生改變老齡化使中國(guó)人群疾病譜發(fā)生改變中國(guó)已進(jìn)入了老齡化社會(huì)中國(guó)已進(jìn)入了老齡化社會(huì)種群統(tǒng)計(jì)中的生命表種群統(tǒng)計(jì)中的生命表生命表（生命表（life tablelife table）是描述死亡過(guò)程的有用）是描述死亡過(guò)程的有用工具。生命表開(kāi)始出現(xiàn)在人口統(tǒng)計(jì)學(xué)，至今在工具。生命表開(kāi)始出現(xiàn)在人口統(tǒng)計(jì)學(xué)，至今在生態(tài)學(xué)上已廣泛應(yīng)用。有關(guān)人的生命表文獻(xiàn)很生態(tài)學(xué)上已廣泛應(yīng)用。有關(guān)人的生命表文獻(xiàn)很多，但動(dòng)、植物的生命表較少。生命表能綜合多，但動(dòng)、植物的生命表較少。生命表能綜合判斷種群數(shù)量變化，也能反映出從出生到死亡判斷種群數(shù)量變化，也能反映出從出生到死亡的動(dòng)態(tài)關(guān)系。的動(dòng)態(tài)關(guān)系。生命表的種類生命表的種類動(dòng)態(tài)生命表動(dòng)態(tài)生命表是根據(jù)觀察一群同時(shí)出生的生物之死亡是根據(jù)觀察一群同時(shí)出生的生物之死亡或存活動(dòng)態(tài)過(guò)程所獲得的數(shù)據(jù)編制而成，又稱同齡或存活動(dòng)態(tài)過(guò)程所獲得的數(shù)據(jù)編制而成，又稱同齡群生命表、水平生命表或稱特定年齡生命表。群生命表、水平生命表或稱特定年齡生命表。靜態(tài)生命表靜態(tài)生命表是根據(jù)某個(gè)種群在特定時(shí)間內(nèi)的年齡結(jié)是根據(jù)某個(gè)種群在特定時(shí)間內(nèi)的年齡結(jié)構(gòu)而編制的。它又稱為特定時(shí)間生命表，或垂直生構(gòu)而編制的。它又稱為特定時(shí)間生命表，或垂直生命表。命表。例如：藤壺（Belanus glandula）的生命表：以康內(nèi)爾（以康內(nèi)爾（Conell，1970）對(duì)藤壺（）對(duì)藤壺（Belanus glandula）的調(diào)）的調(diào)查資料為例，說(shuō)明生命表的編制方法。查資料為例，說(shuō)明生命表的編制方法。1959年出生的藤壺幼蟲(chóng)，年出生的藤壺幼蟲(chóng)，在在1、2個(gè)月后就固著于巖石上，在此以后，逐年調(diào)查其個(gè)體數(shù)利個(gè)月后就固著于巖石上，在此以后，逐年調(diào)查其個(gè)體數(shù)利用所得數(shù)據(jù)編制成生命表。這些藤壺到用所得數(shù)據(jù)編制成生命表。這些藤壺到1968年全部死光。年全部死光。生命表這些符號(hào)的生態(tài)學(xué)生命表這些符號(hào)的生態(tài)學(xué) 含義如下：含義如下：x=按年齡分段；按年齡分段；nx=在在x期開(kāi)始時(shí)存活數(shù)目；期開(kāi)始時(shí)存活數(shù)目；lx=在在x期開(kāi)始時(shí)存活的分?jǐn)?shù)；期開(kāi)始時(shí)存活的分?jǐn)?shù)；dx=從從x到到x+1 期的死亡數(shù)目；期的死亡數(shù)目；qx=從從x到到x1期的死亡率；期的死亡率；Lx=(nx+nx+1)/2 平均存活數(shù)；平均存活數(shù)；kx=lgnx-lgnx+1 為消失率，或稱死亡效應(yīng)數(shù)；為消失率，或稱死亡效應(yīng)數(shù)；exx期開(kāi)始時(shí)的平均生命期望或平均余年。期開(kāi)始時(shí)的平均生命期望或平均余年。生命期望的計(jì)算生命期望的計(jì)算Tx/nxLx2、空間特征、空間特征分布式樣分布式樣生物學(xué)特征與分布式樣生物學(xué)特征與分布式樣單體生物與構(gòu)件生物（植物種群和少數(shù)動(dòng)單體生物與構(gòu)件生物（植物種群和少數(shù)動(dòng)物具有個(gè)體的遺傳單位和個(gè)體之上的構(gòu)件物具有個(gè)體的遺傳單位和個(gè)體之上的構(gòu)件單位單位草莓、竹子、水螅）草莓、竹子、水螅）生態(tài)環(huán)境資源的利用譜生態(tài)環(huán)境資源的利用譜種群空間分布類型種群空間分布類型S2=(x-m)2/(n-1)n樣方數(shù)；x每樣方的個(gè)體數(shù)；m各樣方的平均數(shù)S2=0或1 均勻型S2 m 集群型S2 m 隨機(jī)型空間環(huán)境差異導(dǎo)致生態(tài)型空間環(huán)境差異導(dǎo)致生態(tài)型生態(tài)型生態(tài)型一個(gè)物種的一群個(gè)體對(duì)某一特定生境發(fā)生基一個(gè)物種的一群個(gè)體對(duì)某一特定生境發(fā)生基因型反應(yīng)而產(chǎn)生新的遺傳類群。因型反應(yīng)而產(chǎn)生新的遺傳類群。表現(xiàn)形式：（表現(xiàn)形式：（1）廣布種在形態(tài)學(xué)和生理學(xué)特征上表現(xiàn)）廣布種在形態(tài)學(xué)和生理學(xué)特征上表現(xiàn)出空間的差異；（出空間的差異；（2）種內(nèi)的差異與特定的環(huán)境相聯(lián)系；）種內(nèi)的差異與特定的環(huán)境相聯(lián)系；（3）形態(tài)學(xué)上的變異是有遺傳學(xué)基礎(chǔ)的。）形態(tài)學(xué)上的變異是有遺傳學(xué)基礎(chǔ)的。生態(tài)型生態(tài)型是生態(tài)適應(yīng)，對(duì)環(huán)境的反應(yīng)，可以有形態(tài)差異，是生態(tài)適應(yīng)，對(duì)環(huán)境的反應(yīng)，可以有形態(tài)差異，也可沒(méi)有形態(tài)差異，是生態(tài)學(xué)概念。也可沒(méi)有形態(tài)差異，是生態(tài)學(xué)概念。亞種亞種是形態(tài)、地理、歷史的分類學(xué)概念，有地理隔離是形態(tài)、地理、歷史的分類學(xué)概念，有地理隔離和形態(tài)學(xué)上的區(qū)別。和形態(tài)學(xué)上的區(qū)別。例如：稻的生態(tài)型例如：稻的生態(tài)型水分生態(tài)型：水稻；旱稻水分生態(tài)型：水稻；旱稻溫度生態(tài)型：秈稻；粳稻溫度生態(tài)型：秈稻；粳稻光照生態(tài)型：早稻；中稻；晚稻光照生態(tài)型：早稻；中稻；晚稻地理變異與地理亞種地理變異與地理亞種地理變異（地理變異（geographical variationgeographical variation）廣布種的形態(tài)、廣布種的形態(tài)、生理、行為和生態(tài)習(xí)性，往往在不同地區(qū)或不同種群間生理、行為和生態(tài)習(xí)性，往往在不同地區(qū)或不同種群間有顯著差異。例如，有顯著差異。例如，BergmanBergman定律，定律，AllenAllen定律。定律。地理亞種（地理亞種（geographical subspeciesgeographical subspecies）環(huán)境選擇壓力環(huán)境選擇壓力的變化有時(shí)是的變化有時(shí)是連續(xù)的連續(xù)的，有時(shí)是，有時(shí)是不連續(xù)的不連續(xù)的，生物對(duì)這種選，生物對(duì)這種選擇壓力的生態(tài)適應(yīng)也有擇壓力的生態(tài)適應(yīng)也有2 2類，前者是類，前者是漸變?nèi)簼u變?nèi)海笳邉t，而后者則是是地理亞種地理亞種。3、遺傳特征、遺傳特征遺傳結(jié)構(gòu)遺傳結(jié)構(gòu)基因頻率；基因型頻率基因頻率；基因型頻率哈迪哈迪-魏伯格定律魏伯格定律遺傳漂變遺傳漂變瓶頸效應(yīng)瓶頸效應(yīng)奠基者效應(yīng)奠基者效應(yīng)群體遺傳學(xué)的研究范疇群體遺傳學(xué)的研究范疇Population biology=popul.ecology+popul.genetics基因庫(kù)基因庫(kù)指種群中所有個(gè)體的全部基因的總和。指種群中所有個(gè)體的全部基因的總和?；蝾l率基因頻率種群中某等位基因的其中一個(gè)基因數(shù)，種群中某等位基因的其中一個(gè)基因數(shù)，占該等位基因總數(shù)的百分比。占該等位基因總數(shù)的百分比。a/(a+A）,A/(a+A)基因型頻率基因型頻率在種群某等位基因的所有基因型中，在種群某等位基因的所有基因型中，其中一個(gè)基因型個(gè)體數(shù)，占總個(gè)體數(shù)的百分比。其中一個(gè)基因型個(gè)體數(shù)，占總個(gè)體數(shù)的百分比。Aa/(aa+AA+aA)aa/(aa+AA+aA)AA/(aa+AA+aA)Hardy-Weinberg lawHardy-Weinberg law哈迪哈迪-魏伯格定律魏伯格定律Hardy-Weinberg 1908:在一個(gè)足夠大的種群里，自在一個(gè)足夠大的種群里，自由交配，沒(méi)有干擾，那么，由交配，沒(méi)有干擾，那么，基因基因頻率頻率和和基因型基因型頻率頻率在在各代中始終保持不變。（即種群遺傳平衡）各代中始終保持不變。（即種群遺傳平衡）例如：1對(duì)顯隱性基因（A,a）3個(gè)基因型的頻率(AA,Aa,aa)(D+H+R)2=D2+H2+R2+2DH+2DR+2HR=1AA Aa aa請(qǐng)看例子請(qǐng)看例子當(dāng)顯性基因A頻率0.7,隱性基因a頻率0.3則：（0.7+0.3）2=0.70.7+20.70.3+0.30.3 =0.49+0.42+0.09=1基因型頻率AA=49%,Aa=42%,aa=9%則：（0.49+0.42+0.09）2=0.490.49+0.420.42+0.090.09+20.490.42+20.490.09+20.420.09=1 遺傳漂變（genetic drift）在較小的種群中，遺傳結(jié)構(gòu)很可能發(fā)生偶然變化，使得某基因或基因型從種群中消失，導(dǎo)致基因頻率發(fā)生隨機(jī)增減的現(xiàn)象。變變異異是是自自然然選選擇擇的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)如如果果生生物物個(gè)個(gè)體體在在形形態(tài)態(tài)、生生理理、行行為為上上沒(méi)沒(méi)有有區(qū)區(qū)別別，也也就就沒(méi)沒(méi)有有存存活活能能力和生育能力的差別，自然選擇沒(méi)有基礎(chǔ)。力和生育能力的差別，自然選擇沒(méi)有基礎(chǔ)。遺傳漂變遺傳漂變也可能恢復(fù)奠基者效應(yīng)可能絕滅奠奠基基者者事事件件瓶瓶頸頸效效應(yīng)應(yīng)南非白人的舞蹈病是奠基者事件三、種群的增長(zhǎng)規(guī)律與調(diào)節(jié)三、種群的增長(zhǎng)規(guī)律與調(diào)節(jié)植物的繁殖植物的繁殖營(yíng)養(yǎng)繁殖、無(wú)性生殖、營(yíng)養(yǎng)繁殖、無(wú)性生殖、有性生殖。有性生殖。動(dòng)物的繁殖動(dòng)物的繁殖營(yíng)養(yǎng)繁殖、孤雌生殖營(yíng)養(yǎng)繁殖、孤雌生殖（無(wú)性生殖）、卵生、卵胎生、胎生。（無(wú)性生殖）、卵生、卵胎生、胎生。（一）種群增長(zhǎng)的規(guī)律（一）種群增長(zhǎng)的規(guī)律 在沒(méi)有限制的指數(shù)增長(zhǎng)中，增長(zhǎng)速度（G）與個(gè)體數(shù)量（N）成正比，也就是說(shuō)，個(gè)體數(shù)量越大，增長(zhǎng)速度越快。指數(shù)增長(zhǎng)模型只是一種理想的狀態(tài)l指數(shù)增長(zhǎng)模型指數(shù)增長(zhǎng)模型1920年，霍普金斯大學(xué)的年，霍普金斯大學(xué)的R.Pearl發(fā)表了發(fā)表了“論論1790年以來(lái)年以來(lái)美國(guó)人口增長(zhǎng)率及其數(shù)學(xué)表述美國(guó)人口增長(zhǎng)率及其數(shù)學(xué)表述”論文，具體分析論文，具體分析1790-1910年的人口發(fā)展?fàn)顩r，提出了指數(shù)增長(zhǎng)率的變化肯定與種群年的人口發(fā)展?fàn)顩r，提出了指數(shù)增長(zhǎng)率的變化肯定與種群大小有關(guān)，指數(shù)增長(zhǎng)方程中的大小有關(guān)，指數(shù)增長(zhǎng)方程中的r值將隨值將隨N增加而下降。增加而下降。r=r0(1-N/K)r0是指種群很小時(shí)（接近于零）的指數(shù)增長(zhǎng)率是指種群很小時(shí)（接近于零）的指數(shù)增長(zhǎng)率 dN/dt=r0 N(1-N/K)17901910種種群群大大小小增增長(zhǎng)長(zhǎng)率率1838年，數(shù)學(xué)生物學(xué)家年，數(shù)學(xué)生物學(xué)家Pierre-Francois Verhulst提提出了著名的人口增長(zhǎng)模型出了著名的人口增長(zhǎng)模型邏輯斯蒂方程。邏輯斯蒂方程。在細(xì)菌實(shí)際增長(zhǎng)的曲線中分為3段：最初起始階段，個(gè)體數(shù)量的增長(zhǎng)在加速；對(duì)數(shù)增長(zhǎng)階段；減速階段。種群生長(zhǎng)限制因子、環(huán)境限制因子在在指數(shù)增長(zhǎng)方程中加入環(huán)境容納量指數(shù)增長(zhǎng)方程中加入環(huán)境容納量指數(shù)增長(zhǎng)方程中加入環(huán)境容納量指數(shù)增長(zhǎng)方程中加入環(huán)境容納量KK邏輯斯蒂增長(zhǎng)模型NK 種群數(shù)量下降NK 種群數(shù)量上升N=K 種群數(shù)量不變（二）種群數(shù)量的調(diào)節(jié)（二）種群數(shù)量的調(diào)節(jié)種群數(shù)量的變動(dòng)因素來(lái)自種群數(shù)量的變動(dòng)因素來(lái)自外因外因和和內(nèi)因內(nèi)因。外源性調(diào)節(jié)理論外源性調(diào)節(jié)理論 非密度制約的氣候?qū)W說(shuō)非密度制約的氣候?qū)W說(shuō)（例子：玫瑰花上的薊馬）（例子：玫瑰花上的薊馬）密度制約的生物學(xué)派密度制約的生物學(xué)派（例子：田鼠）（例子：田鼠）內(nèi)源性調(diào)節(jié)理論內(nèi)源性調(diào)節(jié)理論（1）社會(huì)性交互作用調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)（社群等級(jí)，領(lǐng)域性等）社會(huì)性交互作用調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)（社群等級(jí)，領(lǐng)域性等行為，使資源合理分配，排除一些個(gè)體，種群穩(wěn)定。）行為，使資源合理分配，排除一些個(gè)體，種群穩(wěn)定。）（2）病理效應(yīng)調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)（種群上升，個(gè)體壓力大，代）病理效應(yīng)調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)（種群上升，個(gè)體壓力大，代謝紊亂，器官病變多，死亡增加。）謝紊亂，器官病變多，死亡增加。）（3）遺傳調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)（環(huán)境寬松時(shí)，變異增加，弱個(gè)體）遺傳調(diào)節(jié)學(xué)說(shuō)（環(huán)境寬松時(shí)，變異增加，弱個(gè)體存活；環(huán)境正常，選擇加大，淘汰弱個(gè)體。）存活；環(huán)境正常，選擇加大，淘汰弱個(gè)體。）內(nèi)源性理論特征：調(diào)節(jié)是物種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性反映；強(qiáng)內(nèi)源性理論特征：調(diào)節(jié)是物種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性反映；強(qiáng)調(diào)個(gè)體間的差異對(duì)種群的作用；種群的初級(jí)參數(shù)是受密調(diào)個(gè)體間的差異對(duì)種群的作用；種群的初級(jí)參數(shù)是受密度制約的。度制約的。