第4章種群和群落

第4章種群和群落必修1：生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次必修2：現(xiàn)代生物進(jìn)化理論第1節(jié)種群的特征種群：在一定時(shí)間和空間內(nèi)的同種生物個(gè)體的總和。下列敘述中屬于種群的是：1．一個(gè)池塘中的全部魚2．一片草地上的全部蒲公英3．世界上的全部鳥(niǎo)4．一個(gè)島上的全部老綿羊5．一個(gè)池塘里所有的雄性鯉魚注：時(shí)間和空間的范圍同一物種（物種限定）個(gè)體總和包括不同性別、不同發(fā)育階段的個(gè)體的集合個(gè)體之間相互聯(lián)系（如種內(nèi)互助，種內(nèi)斗爭(zhēng)）種群的特征：種群有而個(gè)體沒(méi)有的特征種群密度：種群最基本的數(shù)量特征種群密度=種群的個(gè)體數(shù)量空間大?。娣e或體積）種群密度很高種群密度一般種群密度較高指種群在單位面積或者單位體積中的個(gè)體數(shù)。如何估算種群的密度？（1）樣方法：適用于植物和活動(dòng)能力弱的種群在被調(diào)查種群的分布范圍內(nèi)，隨機(jī)選取若干個(gè)樣方，通過(guò)計(jì)數(shù)每個(gè)樣方內(nèi)的個(gè)體數(shù)，求得每個(gè)樣方的密度，以所有樣方種群密度的平均值作為該種群的種群密度估計(jì)值。五點(diǎn)取樣法等距取樣法一般步驟：①設(shè)定取樣面積，每個(gè)樣方的形狀和面積必須一致。（應(yīng)適用于所選生物及其環(huán)境；正方形、長(zhǎng)方形或六角形均可）②隨機(jī)取多個(gè)樣方（不能摻入主觀因素；應(yīng)有足夠多的樣本以保證抽樣的結(jié)果能代表總體。）③算出每個(gè)樣方的種群密度，求平均數(shù)即得種群密度若有正好長(zhǎng)在邊界線上的，只計(jì)樣方相鄰兩條邊上的個(gè)體原則：計(jì)上不計(jì)下，計(jì)左不計(jì)右。樣方法適合于調(diào)查植物密度、某種昆蟲(chóng)卵密度、作物植株上蚜蟲(chóng)密度、跳蝻的密度等樣方的數(shù)量：大?。悍椒ǎ翰荼?m2、灌木16m2、喬木100m2根據(jù)樣地總面積的大小而定有代表性的樣方：隨機(jī)取樣；

樣本數(shù)量足夠大；取樣過(guò)程沒(méi)有主觀偏見(jiàn)五點(diǎn)取樣法、等距取樣法等（2）標(biāo)志重捕法：在種群的活動(dòng)范圍內(nèi)，捕獲一部分個(gè)體，做上標(biāo)記后再放回原處，一段時(shí)間后再重捕，根據(jù)重捕的動(dòng)物中標(biāo)記個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)的比例，來(lái)估計(jì)種群密度。適用范圍：適合于活動(dòng)能力強(qiáng)、活動(dòng)范圍大的動(dòng)物P63練習(xí)的第1題如何估算種群的密度？樣地中該種群的個(gè)體總數(shù)N初次捕獲并標(biāo)記個(gè)體數(shù)再次捕獲的個(gè)體數(shù)再次捕獲中被標(biāo)記的個(gè)體數(shù)標(biāo)志的操作中要注意：

1.標(biāo)志物和標(biāo)志方法必須對(duì)動(dòng)物的身體不會(huì)產(chǎn)生對(duì)于壽命和行為的傷害。如選用著色標(biāo)志時(shí)，要注意色素?zé)o害而溶劑可能有毒。如果用切趾、剪翅等方法標(biāo)志動(dòng)物時(shí)，不能影響被標(biāo)志動(dòng)物正常的活動(dòng)或者導(dǎo)致疾病、感染等。

2.標(biāo)志不能過(guò)分醒目。因?yàn)檫^(guò)分醒目的個(gè)體,在自然界中有可能改變與捕食者之間的關(guān)系，最終有可能改變樣本中標(biāo)志個(gè)體的比例而導(dǎo)致結(jié)果失真。

3.標(biāo)志符號(hào)必須能夠維持一定的時(shí)間，在調(diào)查研究期間不能消失。標(biāo)志重捕法可能的誤差來(lái)自：1、本地生物隨機(jī)或者節(jié)律性的遷出遷入。2、標(biāo)記個(gè)體與自然個(gè)體的混合所需時(shí)間估計(jì)錯(cuò)誤。3、捕捉所在空間有特殊因素造成個(gè)體分布的特殊。4、被標(biāo)記個(gè)體的死亡、標(biāo)記遺失等。標(biāo)志重捕法當(dāng)標(biāo)記個(gè)體死亡時(shí)，估算出的種群密度偏

。當(dāng)標(biāo)記物脫落時(shí)，估算出的種群密度偏

。大大黑光燈誘捕法適用于有趨光性的昆蟲(chóng)黑光燈出生率和死亡率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)新產(chǎn)生的個(gè)體數(shù)目占該種群個(gè)體總數(shù)的比例稱為出生率。單位時(shí)間內(nèi)死亡的個(gè)體數(shù)目占該種群個(gè)體總數(shù)的比例稱為死亡率。a.出生率>死亡率種群密度增加b.出生率<死亡率種群密度降低意義：出生率和死亡率是決定種群數(shù)量和種群密度大小的重要因素。遷入率和遷出率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，遷入或者遷出的個(gè)體占該種群個(gè)體總數(shù)的比率，分別稱為遷入率，或者遷出率。如鳥(niǎo)類，城市人口等年齡組成：種群中各年齡期個(gè)體所占比例。一般分為幼年、成年和老年三個(gè)階段。

年齡組成一般分三種類型：增長(zhǎng)型穩(wěn)定型衰退型幼年(尚無(wú)生殖能力)成年(有生殖能力)老年(喪失生殖能力)年齡的三個(gè)階段：發(fā)展時(shí)期穩(wěn)定時(shí)期衰退時(shí)期時(shí)間種群數(shù)量意義：預(yù)測(cè)種群數(shù)量的變化趨勢(shì)增長(zhǎng)型穩(wěn)定型衰退型性別比例：種群中雌雄個(gè)體數(shù)目的比例。a.雌雄相當(dāng)型：特點(diǎn)是雌性和雄性個(gè)體數(shù)目大體相等。

這種類型多見(jiàn)于高等動(dòng)物。意義：在一定程度上影響著種群密度。b.雌多雄少型：特點(diǎn)是雌性個(gè)體顯著多于雄性個(gè)體。這種類型常見(jiàn)于人工控制的種群。c.雌少雄多型：特點(diǎn)是雄性個(gè)體明顯多于雌性個(gè)體。這種類型較為罕見(jiàn)。如螞蟻等昆蟲(chóng)。種群密度（+）（－）（+）（－）出生率死亡率遷入率遷出率年齡組成性別比例預(yù)測(cè)影響種群的數(shù)量特征種群的空間特征集群分布均勻分布隨機(jī)分布例1.種群是構(gòu)成群落的基本單位。種群研究的核心問(wèn)題是種群數(shù)量的變化規(guī)律。 （1）研究種群數(shù)量變化的規(guī)律有著重要意義。試舉一例_____________。 （2）下圖示某小組的同學(xué)在進(jìn)行雙子葉草本植物苦荬菜種群密度調(diào)查時(shí)確定的小樣方之一，圓圈表示個(gè)體。請(qǐng)將應(yīng)該計(jì)數(shù)的圓圈涂黑。害蟲(chóng)防治一個(gè)調(diào)查小組對(duì)苦荬菜調(diào)查的結(jié)果統(tǒng)計(jì)：組別12345678910株數(shù)02334124233（3）上表是該班級(jí)10個(gè)小組的調(diào)查結(jié)果。則該塊地苦荬菜的種群密度為_(kāi)________。3株/m2例2：“標(biāo)志(記)重捕法”是動(dòng)物種群密度調(diào)查中的一種常用取樣調(diào)查法：在被調(diào)查種群的生存環(huán)境中，捕獲一部分個(gè)體（M）全部進(jìn)行標(biāo)記后釋放，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后進(jìn)行重捕，根據(jù)重捕中標(biāo)記個(gè)體數(shù)（m）占總捕獲數(shù)（n）的比例，估計(jì)該種群的數(shù)量（N）。某研究機(jī)構(gòu)對(duì)我國(guó)北方草原一種主要害鼠——布氏田鼠進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查樣方總面積為2hm2（1hm2=10000m2），隨機(jī)布設(shè)100個(gè)鼠籠，設(shè)置一夜后，統(tǒng)計(jì)所捕獲鼠的數(shù)量、性別等，進(jìn)行標(biāo)記后放歸；3日后進(jìn)行重捕與調(diào)查。所得到的調(diào)查數(shù)據(jù)如下表。(單位：只)捕獲數(shù)標(biāo)記數(shù)雌性個(gè)體數(shù)雄性個(gè)體數(shù)初捕32321418重捕3641818捕獲數(shù)標(biāo)記數(shù)雌性個(gè)體數(shù)雄性個(gè)體數(shù)初捕32321418重捕3641818(1)假定重捕取樣中標(biāo)記比例與樣方總數(shù)中標(biāo)記比例相等，寫出樣方中種群總數(shù)（N）的計(jì)算公式_________________。(2)該草地布氏田鼠的平均種群密度為_(kāi)_________只/hm2。事實(shí)上田鼠在被捕捉過(guò)一次后更難捕捉，上述計(jì)算所得的平均種群密度與實(shí)際種群密度相比可能會(huì)偏____________。(3)綜合兩次捕獲情況，該田鼠種群的性別比例（♀/♂）為_(kāi)___________________。(4)在上述調(diào)查的同時(shí)，還對(duì)樣方中布氏田鼠的洞口數(shù)進(jìn)行了調(diào)查(假設(shè)樣方中只有這一種鼠)，平均每100m2有3.6個(gè)洞口，洞口數(shù)與田鼠數(shù)的比例關(guān)系為_(kāi)________________。N=Mn/m144高8/92.5：1第2節(jié)種群數(shù)量的變化一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法①公式：Nn＝２n②72小時(shí)后由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？n＝60minx72h／20min＝216Nn＝２n＝2216建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型（數(shù)學(xué)模型）的方法研究實(shí)例研究方法觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題細(xì)菌每20min分裂一次提出合理的假設(shè)在資源和空間無(wú)限多的環(huán)境中，細(xì)菌種群的增長(zhǎng)不會(huì)受種群密度增加的影響根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)數(shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)Nn=2n通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修整一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法①公式：Nn＝２n②72小時(shí)后由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？n＝60minx72h／20min＝216Nn＝２n＝2216思考：在一個(gè)培養(yǎng)基中，細(xì)菌的數(shù)量會(huì)一直按照這個(gè)公式增長(zhǎng)嗎？世代細(xì)菌數(shù)量（個(gè)）0123456604020與數(shù)學(xué)公式相比：直觀

However不夠精確二、種群增長(zhǎng)曲線種群增長(zhǎng)的“J”型曲線條件：理想狀態(tài)下

食物、空間充裕氣候適宜，無(wú)敵害無(wú)其它生物與之劇烈競(jìng)爭(zhēng)生殖不受限制個(gè)體都能存活至生理壽命自然界中是否有這樣的例子？實(shí)例一：澳大利亞的兔子24只歐洲野兔不到100年數(shù)量達(dá)到6億只以上遍布整個(gè)大陸天堂實(shí)例二：環(huán)頸雉“J”型增長(zhǎng)曲線的數(shù)學(xué)模型“J”型曲線的數(shù)學(xué)模型公式：t年后種群的數(shù)量為Nt=N0

λt

參數(shù)意義：N0－種群初始數(shù)量；

Nt－t年后種群的數(shù)量；

λ－Nt+1/Nt種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)，第二年是第一年的λ倍。增長(zhǎng)率=λ-1種群增長(zhǎng)的“S”型曲線種群經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長(zhǎng)曲線，稱為“S”型曲線．高斯的實(shí)驗(yàn)“S”型曲線出現(xiàn)的原因：自然環(huán)境中，種群增長(zhǎng)到一定程度后，食物、空間有限，種內(nèi)斗爭(zhēng)劇烈，天敵、傳染病增加，出生率下降、死亡率上升而達(dá)到平衡。個(gè)體數(shù)N時(shí)間tK值bK＞N時(shí)，種群增大；N＞K時(shí)，種群負(fù)增長(zhǎng)；K＝N時(shí)，種群動(dòng)態(tài)平衡；達(dá)到b點(diǎn)后環(huán)境阻力增大，增長(zhǎng)減速J型S型條件資源無(wú)限資源有限增長(zhǎng)速率增大先增加后減小最后為0有無(wú)K值無(wú)有增長(zhǎng)率不變先增加后減小最后趨于0三、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降東亞飛蝗種群數(shù)量的變化曲線

自然因素：人為因素：氣候、食物、天敵、傳染病等人類的各種活動(dòng)在自然界中，種群數(shù)量并不是只受單一因素影響的。而是常常在多因素的共同作用下出現(xiàn)波動(dòng)。觀察：將0.1mL酵母菌加入裝有10mL培養(yǎng)液的試管中，置于29℃的環(huán)境中培養(yǎng)，定期取樣，酵母菌種群變化如下圖所示。1234567896543210酵母菌細(xì)胞數(shù)（×106個(gè)/mL）時(shí)間/d實(shí)驗(yàn)的前2天，酵母菌種群增長(zhǎng)曲線是什么？前4天的增長(zhǎng)曲線又是什么？該種群的K值是多少？如果將培養(yǎng)液為20mL，K值有變化嗎？如果實(shí)驗(yàn)持續(xù)，第5至9天，種群增長(zhǎng)曲線將會(huì)是怎樣的？“食人魚”是一種肉食魚，一旦進(jìn)入自然生態(tài)水域，就會(huì)造成嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)難。假如該物種進(jìn)入湖泊生態(tài)系統(tǒng)，以下哪種曲線能準(zhǔn)確表達(dá)其種群數(shù)量變化的特點(diǎn)ＡBCDA第3節(jié)群落的結(jié)構(gòu)下圖展示了在池塘水面、水中、水底生活的多種生物。1、這個(gè)池塘中有哪些生物？浮游植物、浮游動(dòng)物、水草、植食性魚、肉食性魚、微生物等2、假如池塘中的肉食性魚大量減少，池塘中其他種群的數(shù)量將會(huì)出現(xiàn)什么變化？肉食性魚植食性魚浮游動(dòng)物浮游植物一、群落的定義同一時(shí)間內(nèi)聚集在一定區(qū)域中各種生物種群的集合，叫做群落。注：（1）囊括了該區(qū)域內(nèi)所有種群；（2）其中的各種生物相互制約、相互依存，并不是種群的簡(jiǎn)單相加。思考：一個(gè)池塘中的魚類是一個(gè)種群，還是一個(gè)群落，或都不是？二、群落水平的研究種群種類、優(yōu)勢(shì)種群種間關(guān)系種群位置群落的空間結(jié)構(gòu)群落演替群落的范圍和邊界研究池塘群落群落特征：物種的多樣性、群落結(jié)構(gòu)、種間關(guān)系、優(yōu)勢(shì)種等。三、群落的物種組成常綠針葉林常綠闊葉林物種組成是區(qū)別不同群落的重要特征。群落中物種的數(shù)目的多少稱為豐富度。

（1）物種組成是區(qū)別不同群落的重要特征。（2）不同群落間種群數(shù)量和個(gè)體數(shù)量差別很大。

例如，在熱帶森林的生物群落中，植物種群以萬(wàn)計(jì)，無(wú)脊椎動(dòng)物以10萬(wàn)計(jì)，脊椎動(dòng)物種群以千計(jì)；但在凍原和荒漠的生物種群中，種群數(shù)量要少得多。（3）豐富度：群落中物種的數(shù)目的多少。小結(jié)資料分析兩種草履蟲(chóng)單獨(dú)培養(yǎng)和混合培養(yǎng)時(shí)種群個(gè)體數(shù)量發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的原因是什么？這兩個(gè)物種都沒(méi)有分泌殺死對(duì)方的物質(zhì)。

調(diào)查研究表明，猞猁和雪兔種群數(shù)量之間存在相關(guān)性。例如，從1845年到1855年間，猞猁數(shù)量的增加導(dǎo)致雪兔減少；而雪兔的減少，又會(huì)造成猞猁減少，之后雪兔又大量增加。四、種間關(guān)系捕食：

一種生物以另一種生物為食的現(xiàn)象。生物數(shù)量時(shí)間生物A生物BAB競(jìng)爭(zhēng)：

兩種或兩種以上生物相互爭(zhēng)奪資源和空間等。

競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果常表現(xiàn)為相互抑制，有時(shí)表現(xiàn)為一方占優(yōu)勢(shì)，另一方處于劣勢(shì)甚至滅亡。CAB生物數(shù)量時(shí)間生物A生物B寄生：

一種生物（寄生者）寄居于另一種生物（寄主）的體內(nèi)或體表，攝取寄主的養(yǎng)分以維持生活。表現(xiàn)為：一方獲利，另一方受害寄生物通常不會(huì)殺死寄主體表寄生BA體內(nèi)寄生BA例如：

蛔蟲(chóng)、絳蟲(chóng)、血吸蟲(chóng)等寄生在其它動(dòng)物的體內(nèi)；虱和蚤寄生在其它動(dòng)物的體表；菟絲子寄生在豆科植物上；噬菌體寄生在細(xì)菌內(nèi)部。互利共生：

兩種生物共同生活在一起，互相依存，彼此有利；

如果彼此分開(kāi)，則雙方或者一方不能獨(dú)立生存。實(shí)例：根瘤菌與豆科植物

白蟻與其體內(nèi)的鞭毛蟲(chóng)

傳粉、傳播種子動(dòng)物與植物生物A生物B生物數(shù)量時(shí)間地衣是真菌和藻類的共生體藻類光合作用給真菌提供有機(jī)物真菌吸收水和無(wú)機(jī)鹽供給藻類關(guān)系類型物種關(guān)系一般特征實(shí)例AB互利共生寄生競(jìng)爭(zhēng)捕食（“＋”表示有利，“－”表示有害）＋＋彼此有利相互依存豆科植物和根瘤菌＋－一方有利一方受害彼此抑制－－一方得利一方有害＋－蛔蟲(chóng)和人水稻和稗草羊與草狼與羊某水池有浮游動(dòng)物和藻類兩個(gè)種群，其種群密度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)如右圖，若向水池中投放大量專食浮游動(dòng)物的某種魚（丙），一段時(shí)期后，該水池甲、乙、丙三個(gè)種群中僅剩一個(gè)種群。下列關(guān)于該水池中上述三個(gè)種群關(guān)系及變化的敘述，正確的是A．甲和丙既有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系又有捕食關(guān)系，最終僅剩下甲種群B．甲和乙既有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系又有捕食關(guān)系，最終僅剩下丙種群C．丙和乙既有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系又有捕食關(guān)系，最終僅剩下甲種群D．丙和乙既有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系又有捕食關(guān)系，最終僅剩下丙種群C五、群落的空間結(jié)構(gòu)垂直結(jié)構(gòu)在垂直方向上，生物群落具有明顯的分層現(xiàn)象。光照食物和棲息空間森林中鳥(niǎo)類分層現(xiàn)象示意圖林冠杜鵑等中層啄木鳥(niǎo)等下層畫眉等使生物群落在單位面積上能容納更多的