種群及其基本特征課件

第三章、種群及其基本特征基本內(nèi)容第一節(jié)生物種與種群的概念第二節(jié)種群的動態(tài)第三節(jié)種群的空間格局第四節(jié)種群調(diào)節(jié)種群及其基本特征重點內(nèi)容種群的概念及基本參數(shù)；與密度有關(guān)的種群增長模型；種群的數(shù)量變動；種群的空間格局。第一節(jié)、生物種與種群的概念生物種的概念17世紀，約翰編著的《植物史》書中把生物種定義為：形態(tài)相似的個體之集合。1753年，瑞典植物學家林奈認為：種是形態(tài)相似的個體的集合，同種個體可自由交配，能產(chǎn)生可育的后代，而不同種之間的雜交則不育。馬驢動物界脊索動物門哺乳綱奇蹄目馬科馬屬種：馬種：驢馬和驢雜交→騾子公驢＆母馬→馬騾，個大，吃苦耐勞公馬＆母驢→驢騾，個較小騾子基本不存在繁育后代的能力根據(jù)林奈關(guān)于種的定義可知：馬和驢不能產(chǎn)生可育的后代，所以不是一個種1863年，美國現(xiàn)代生物學家邁爾從遺傳學的角度認為：能實際地或潛在的彼此雜交的種群的集合構(gòu)成一個種由于不同學者對種的分類方式的不同，則會導(dǎo)致分類結(jié)果的不同。盡管如此，物種確實是客觀存在的實體二、種群的概念種群（population)的定義：種群是一定空間中同種個體的組合。從生態(tài)學觀點來看，種群是生物群落的基本組成單位。種群的概念既是抽象的又是具體的。在落實到某個具體的群落研究時，要有空間和時間的限制，其范圍的大小由具體情況而定。自然種群有三個基本特征：空間特征：即種群具有一定的分布區(qū)域數(shù)量特征（密度或大?。好繂挝幻娣e(或空間)上的個體數(shù)量(即密度)是變動的；遺傳特征：種群具有一定的基因組成（基因庫），以區(qū)別于其他物種，但基因組成同樣是處于變動之中的。關(guān)于種群的研究學科種群生態(tài)學（populationecology）——研究種群的數(shù)量、分布、動態(tài)變化，以及與其棲息環(huán)境中的非生物因素、生物因素之間的相互作用。種群遺傳學（populationgenetics）——研究種群的遺傳過程，即群體遺傳。生態(tài)遺傳學及進化生態(tài)學——上述兩個分支學科的整合。一、種群密度種群密度：單位面積或空間上的個體數(shù)目。實例：每立方米水體內(nèi)鯉魚的數(shù)量種群密度=種群個體數(shù)量空間大?。娣e或體積）絕對密度/相對密度絕對密度：單位面積或空間的實有個體數(shù)。如：20×20m2樣方中馬尾松的數(shù)量為20棵密度為：5棵/100m2相對密度：只能表示數(shù)量的相對指標如：對1畝田中老鼠數(shù)量的調(diào)查以發(fā)現(xiàn)的老鼠洞數(shù)量來估算老鼠的密度10個/畝直接指標間接指標100只鼠夾捕獲10只老鼠，10%的捕獲率1、單體生物單體生物：個體由一個受精卵發(fā)育而成，其個體形態(tài)清晰，各個體保持基本一致的形態(tài)結(jié)構(gòu)，如哺乳類、鳥類、兩棲類和昆蟲等。因此，可直接以個體數(shù)反映種群大小。常采用的方法：標志重捕法、捕獲率、遇見率、洞口、糞堆等方法2、構(gòu)件生物構(gòu)件生物：由一個合子發(fā)育成的一套構(gòu)件組成的個體，且構(gòu)件數(shù)很不相同，隨環(huán)境條件而變化（如大多數(shù)的植物體）。對于構(gòu)件生物，必須進行兩個層次上的數(shù)量統(tǒng)計，即從合子產(chǎn)生的個體數(shù)和組成每個個體的構(gòu)件數(shù)。研究植物種群動態(tài)，必須研究個體水平以下的構(gòu)件組成如：對種植的梨樹生長狀況進行調(diào)查，首先選取一個（多個）樣方，之后在樣方里面進行調(diào)查。如何調(diào)查？？？了解梨樹的密度，需要個體數(shù)，最后得出密度為n棵/畝果枝多少，葉枝多少二、種群統(tǒng)計學種群統(tǒng)計學：對種群的出生、死亡、遷移、性比、年齡結(jié)構(gòu)等進行的統(tǒng)計學研究。統(tǒng)計指標：種群密度初級種群參數(shù)

—出生率、死亡率、遷入率、遷出率次級種群參數(shù)

—性比、年齡分布、種群增長率種群數(shù)量變化示意圖（一）種群結(jié)構(gòu)和性比種群年齡結(jié)構(gòu)：不同年齡組的個體在種群內(nèi)的比例和配置情況。常用年齡錐體圖表示。3個基本類型（見下圖）：增長型種群穩(wěn)定型種群下降型種群年齡錐體圖性比：種群中雄雌個體比例第一性比（受精卵的雄/雌比例）第二性比（個體成熟時的雄/雌比例）第三性比（個體充分成熟時的雄/雌比例）野生種群中，性比的變化會發(fā)生配偶關(guān)系及交配行為的變化，這是種群自然調(diào)節(jié)的方式之一。雌雄相當型：多見于高等動物。雌多雄少型：人工控制的種群。雌少雄多型：較為罕見。動態(tài)生命表動態(tài)生命表是根據(jù)對同年出生的所有個體存活數(shù)目進行動態(tài)監(jiān)測的資料而編制的，這類生命表也稱為同生群生命表。這種生命表對植物比較合適，因為植物固定不動。靜態(tài)生命表靜態(tài)生命表是根據(jù)某一種特定時間對種群作一年齡結(jié)構(gòu)的調(diào)查，并掌握各年齡組的死亡率再用統(tǒng)計學處理而編制的生命表。它適用于世代重疊的生物。靜態(tài)生命表能夠反映出種群出生率和死亡率隨年齡而變化的規(guī)律，但卻無法分析死亡的原因，也不能對種群密度制約過程的種群調(diào)節(jié)作定量分析。三、種群增長模型與密度無關(guān)的種群增長模型離散增長模型連續(xù)增長模型與密度有關(guān)的種群增長模型邏輯斯諦曲線（一）與密度無關(guān)的種群增長模型該模型假定環(huán)境資源無限，即不受種群本身密度制約。離散增長模型適合于世代不重疊情況下使用（一年生植物或昆蟲）

Nt=N0

λt

λ-為種群周限增長率【一定時間（一年）期限內(nèi)的總增倍數(shù)

】λ（0-1），種群下降；λ（>1），種群上升；λ=1，種群穩(wěn)定；λ=0，種群不繁殖；連續(xù)增長模型適合于世代重疊情況下使用（人口增長）

Nt=N0

ertr-種群增長率【個體單位時間（每年）增加個體數(shù)】r>0，種群上升r=0，種群穩(wěn)定r<0，種群下降課本示例（P56）：1949年我國人口5.4億，1978年為9.5億，求這29年來人口增長率？（二）與密度有關(guān)的增長模型同樣分有離散的和連續(xù)的兩類，下面介紹連續(xù)增長模型。具密度效應(yīng)的種群連續(xù)增長模型，比無密度效應(yīng)的模型增加了兩點假設(shè)：①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；②增長率隨密度上升而降低的變化，是按比例的。

每增加一個個體，就產(chǎn)生1／K的抑制影響。例如K=100，每增加一個個體，產(chǎn)生0.01影響，或者說，每一個體利用了1／K的“空間”，N個體利用了N／K“空間”，而可供種群繼續(xù)增長的“剩余空間”只有(1-N／K)。假設(shè)：一定區(qū)域環(huán)境最多能容納600人生活，該地區(qū)最初人口為10人，問：該地區(qū)人口數(shù)量增長與時間的關(guān)系如何變化？邏輯斯諦方程：Nt=K/（1+ea-rt）K—環(huán)境可容納量a—截距其曲線常劃分為5個時期：開始、加速、轉(zhuǎn)折、減速、飽和果蠅個體數(shù)量增長的擬合曲線種群“指數(shù)增長”與“邏輯斯諦增長”的比較邏輯斯諦增長模型意義是許多兩個相互作用種群增長模型的基礎(chǔ)。是漁業(yè)捕撈、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中，確定最大持續(xù)產(chǎn)量的主要模型。模型中兩個參數(shù)r、K已成為生物進化對策理論中的重要概念。四、自然種群的數(shù)量變動（一）種群增長種群建立初期一般會經(jīng)歷一個逐漸增長過程；種群數(shù)量（或密度）經(jīng)常呈現(xiàn)不規(guī)則的波動，甚至會出現(xiàn)大起大落。有的種群其數(shù)量變化是周期性的。薊馬種群數(shù)量變化圖某海島上環(huán)頸雉種群的增長（二）季節(jié)消長北點地梅棉盲蝽中峰型干旱年雙峰型澇年前峰型先澇后旱后峰型先旱后澇（三）不規(guī)則波動環(huán)境的隨機變化很容易造成種群不可預(yù)測的波動，如凍害、干旱引起的數(shù)量波動。實例：馬世駿(1985)探討過大約1000年有關(guān)東亞飛蝗危害和氣象資料的關(guān)系，明確了東亞飛蝗在我國的大發(fā)生沒有周期性現(xiàn)象(過去曾認為該種是有周期性的)，同時還指出干旱是大發(fā)生的原因。（四）周期性波動圖9-10a9-10a9-10a狐貍和兔子（五）種群爆發(fā)和大發(fā)生蝗飛蔽天，人馬不能行…具不規(guī)則或周期性波動的生物都可能出現(xiàn)種群的暴發(fā)浮游植物、原生動物或細菌截止目前，已打撈3.9萬立方米（六）種群平衡種群平衡：指種群內(nèi)個體的數(shù)量（或密度）較長期地維持在幾乎同一水平上?；认x災(zāi)害-不規(guī)則波動（七）種群的衰落和滅亡當種群長期處于不利條件，如人類過度捕獵、棲息地被破壞、或生境破碎化，其數(shù)量會出現(xiàn)持久性下降，即種群衰落，甚至導(dǎo)致滅亡。種群連續(xù)增長模型：Nt=N0ert最低種群密度——很多生物種群（尤其是動物種群），存在一個最低種群密度，過低的數(shù)量會因近親繁殖而使種群的生育力和生活力衰退（稱為Allee效應(yīng)）。（八）生態(tài)入侵定義：由于人類有意識或無意識的把某種生物帶入適宜其棲息和繁衍的地區(qū)，種群不斷擴大，分布區(qū)逐步穩(wěn)定地擴展，這種過程稱生態(tài)入侵。舉例：澳洲穴兔、水葫蘆、微甘菊等微甘菊微甘菊，學名叫“小花假澤蘭”，原產(chǎn)于美國，后來蔓延到東南亞等地區(qū)。它的生命力特別頑強，放火燒除非是燒成灰，只要燒焦的莖留一點青色，丟在地上就會生出根來。生長期很短，在廣東常常春天發(fā)芽，秋天就可以開花了，從冒出花蕾到果實成熟只需半個月左右，它的種子量也非常大，一株就有近上千粒?！拔⒏示铡边€會分泌一種“他感”物質(zhì)并通過根滲入泥土，這種物質(zhì)會對周圍其他植物產(chǎn)生抑制作用，影響它們的生長。薇甘菊是有名的“植物殺手”，它生長的地方，原有植物會因得不到充足的陽光和水分而逐漸變得枯萎，直至消亡。

福壽螺又叫大瓶螺、蘋果螺。它原產(chǎn)于南美洲亞馬遜河流域，卵為粉紅色，常附于岸邊，1981年引入我國。福壽螺個體大、食性廣、適應(yīng)性強、生長繁殖快、產(chǎn)量高，前些年我國各地均有養(yǎng)殖。目前已被列入中國首批外來入侵物種。食用未充分加熱的福壽螺，可能引起廣州管圓線蟲等寄生蟲在人體內(nèi)感染。紫莖澤蘭多年生草本或亞灌木。植物界里的“殺手”，所到之處寸草不生，牛羊中毒?？蛇M行有性繁殖和無性繁殖，對環(huán)境的適應(yīng)性極強，無論在干旱貧瘠的荒坡隙地、墻頭，石縫里都能生長。目前已被列入我國首批外來入侵物種，排在第一位。在2010年中國西南大旱后瘋長蔓延，威脅到農(nóng)作物的生長。第三節(jié)、種群的空間格局種群空間格局（種群的內(nèi)分布型）：組成種群的個體在其生活空間中的位置狀態(tài)或布局。種群空間格局的類型：均勻型隨機型成群型種群內(nèi)部個體競爭而形成，如：喬木、瓶子樹、老虎比較少見。環(huán)境資源分布均勻個體間不會排斥或吸引最常見。資源分布不均種子傳播以母株為擴散中心動物的社會行為慈竹（子母竹）

種群空間格局的檢驗方法方差/平均數(shù)比率式中：x—樣方中某種個體數(shù)；

f—含x個體樣方的出現(xiàn)頻率；

n—樣本總數(shù)。

S2/m≈0均勻分布

S2/m=1隨機分布

S2/m＞1成群分布n=4f1=16f2=16f3=16f4=16m=（16+16+16+16）/4=16S2=[(f1)2+(f2)2+(f3)2+(f4)2-(f1+f2+f3+f4)2/n]/(n-1)=[162+162+162+162-(16+16+16+16)/4]/(4-1)=0則：S2/m=0n=16f1=4；f2=2；f3=1；f4=4f5=1；f6=0；f7=1；f8=2f9=4；f10=1；f11=0；f12=1f13=0；f14=0；f15=2；f16=4m=27/16≈1.69S2=[(f1)2+···+(f16)2+-(f1+···+f16)2/n]/(n-1)≈2.36則：S2/m≈1.4樣方大小與種群空間格局之間的關(guān)系（a）實際分布情況（b）大塊樣方，呈現(xiàn)成群分布（c）小塊樣方，呈現(xiàn)均勻或隨機分布第四節(jié)、種群調(diào)節(jié)種群調(diào)節(jié)：是指種群通過對出生、死亡、遷入、遷出等參數(shù)的控制，使其數(shù)量變化限制于一定的幅度內(nèi)。旅鼠當旅鼠的數(shù)量達到一定的密度，旅鼠會變得焦躁不安，停止進食，這時的旅鼠具有明顯的挑釁性，甚至會主動進攻，連它們的膚色也會由灰黑變成鮮艷的桔紅，使其變得特別突出。吸引貓頭鷹、賊鷗、灰黑色海鷗、粗腿禿鷹、北極狐甚至北極熊等天敵的注意，以便多多地來吞食消耗它們。當旅鼠的數(shù)量實在太多，它們會顯示出一種非常強烈的遷移意識，聚集在一起，漸漸地形成大群，沿著一條筆直的路線前進，一直奔到大海，全軍覆沒為止。種群調(diào)節(jié)示意圖一、氣候?qū)W派提出這一學說的學者主要是一些昆蟲學家。他們提出：種群數(shù)量是氣候因素的函數(shù)，氣候改變資源的可獲性，從而改變環(huán)境容納量。他們認為種群數(shù)量是不斷變動的，反對密度制約與非密度制約的劃分。可見，該學派強調(diào)種群數(shù)量變動與天氣條件有關(guān)，認為氣候因素是影響種群動態(tài)的首要原因。二、生物學派群落中的各個物種都是相互聯(lián)系、相互制約的，從而使種群數(shù)量處于相對的穩(wěn)定平衡當種群數(shù)量增加，就會引起種間競爭加?。ㄊ澄?、生活場所等），捕食以及寄生作用加強，結(jié)果導(dǎo)致種群數(shù)量的下降。在這些種間生物因素當中，食物因素也是其中之一。這種觀點屬于“密度制約論”三、自動調(diào)節(jié)學說與以上兩種學說最大的區(qū)別：強調(diào)內(nèi)源性因子對種群的調(diào)節(jié)1、行為調(diào)節(jié)2、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)3、遺傳調(diào)節(jié)1、行為調(diào)