河南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院普通生物學(xué)9-生態(tài)與環(huán)境動物行為

河南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院普通生物學(xué)9—生態(tài)與環(huán)境動物行為第1頁/共119頁生物分布和多樣性環(huán)境特征決定影響

§32生物與環(huán)境生態(tài)學(xué)（Ecology）：

研究生物與環(huán)境相互依賴、制約和協(xié)調(diào)關(guān)系的科學(xué)。

1869年，

德國進(jìn)化論者海克爾創(chuàng)立

1950s后，數(shù)學(xué)的引入發(fā)展成定量科學(xué)第2頁/共119頁第3頁/共119頁32.1生態(tài)學(xué)的層次和生態(tài)因子32.1.1生態(tài)學(xué)研究的層次

生命科學(xué)研究的對象和范圍，由小到大，由微觀到宏觀，可以區(qū)分為若干層次。第4頁/共119頁分子水平亞細(xì)胞水平細(xì)胞水平種群水平群落水平整體水平生態(tài)系統(tǒng)生物圈第5頁/共119頁第6頁/共119頁32.1.2環(huán)境與生態(tài)因子生物（生長、繁殖、代謝、分布）環(huán)境變化制約、影響引起生態(tài)因子：環(huán)境中對生物的生長、發(fā)育、生殖行為和分布有著直接影響的環(huán)境因素。生態(tài)因子的概念及類型第7頁/共119頁

氣候因子：溫度、濕度、光、降雨、風(fēng)等；

土壤因子：土壤結(jié)構(gòu)、土壤有機(jī)和無機(jī)成分的理化性質(zhì)，土壤生物；

地形因子：地面的起伏、山脈的坡度、陰坡陽坡等；

生物因子：生物之間的各種相互關(guān)系，如捕食、寄生、競爭和共生等；

人為因子第8頁/共119頁生物對生態(tài)因子的耐受性

每種生物對環(huán)境因子的耐受范圍，稱生態(tài)幅（ecologicalamplitude）生態(tài)幅對環(huán)境的適應(yīng)能力第9頁/共119頁32.２種群生態(tài)32.2.1種群的概念和特征

概念：同一物種在一定空間和一定時間的個體的集合體。是具有潛在互配能力的個體.第10頁/共119頁種群的基本特征：種群的出生率和死亡率：決定種群動態(tài)變化環(huán)境因素出生率死亡率年齡組配種群增長率或下降率第11頁/共119頁Ⅰ、人：出生時死亡率低，一定年齡后死亡率增加Ⅱ、松鼠：終身死亡率恒定Ⅲ、蠔：出生時死亡率特高，然后死亡率劇減第12頁/共119頁種群的年齡結(jié)構(gòu)：種群增長趨勢性比：多數(shù)生物的自然種群內(nèi)♀♂個體比率常為1:1。第13頁/共119頁

種群的密度：與生物的大小及所處的營養(yǎng)級有關(guān)。通過樣方調(diào)查法和標(biāo)記－再捕捉方法統(tǒng)計種群密度第14頁/共119頁

種群的分布型：全部個體在種群界定范圍內(nèi)的空間分布類型。第15頁/共119頁32.2.2種群的增長

指數(shù)增長模式——J曲線第16頁/共119頁建立模型：Nt

＝

N0λt參數(shù)意義：N0

－種群初始數(shù)量；

Nt

－t年后種群的數(shù)量；

λ－種群每年增長倍數(shù)；模型假設(shè)：食物、空間充裕氣候適宜沒有敵害Ｇ＝dN/dt=rN第17頁/共119頁種群增長的“J”型曲線時間種群數(shù)量理想條件下種群數(shù)量增長的形式指數(shù)增長特點：

增長不受資源限制不受空間和其它生物限制增長速度慢—

快Ｇ＝dN/dt=rN第18頁/共119頁種群爆炸第19頁/共119頁

邏輯斯蒂增長模型—S曲線

高斯的草履蟲實驗：0.5mL培養(yǎng)液

5個草履蟲24h

統(tǒng)計一次第20頁/共119頁種群增長的“S”型曲線Ｇ＝rN(K-N)/KA特點：種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境所允許的最大值（K值）后，將停止增長并在K值左右保持相對穩(wěn)定。

第21頁/共119頁種群數(shù)量的變化AB時間種群數(shù)量圖中陰影部分表示環(huán)境阻力，也就是通過生存斗爭被淘汰的個體數(shù)量。K（環(huán)境所允許的最大值）第22頁/共119頁1、有利于野生生物資源的合理利用及保護(hù)。

2、為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理控制種群數(shù)量、適時捕撈、采伐等提供理論指導(dǎo)。

3、通過研究種群數(shù)量變動規(guī)律，為害蟲的預(yù)測及防治提供科學(xué)依據(jù)。

研究種群數(shù)量變化的意義第23頁/共119頁32.2.3種群增長的調(diào)節(jié)環(huán)境承載力營養(yǎng)、食物、天敵、競爭者種群增長的速度種群密度高低第24頁/共119頁第25頁/共119頁

美國：圣馬太島的馴鹿數(shù)量在1944-1964年間的變化

29（1944）—6000（1963）—

全部死亡（1964）

這一例子說明了什么問題？

澳大利亞的野兔成災(zāi)：

24（1859奧斯?。?億只（1世紀(jì)）

野兔成災(zāi)的原因？人們該采取哪些措施？第26頁/共119頁32.2.4人口的結(jié)構(gòu)和增長1650

5x108

人1650-18501x109人1850-1930

2x109人1930-19754x109人1975-19996x109人第27頁/共119頁

人口增長一直很慢，直到工業(yè)革命(18世紀(jì))后劇烈增長。第28頁/共119頁1990年時兩個不同國家的人口年齡/性別

結(jié)構(gòu)第29頁/共119頁人口的J增長人口危機(jī)人類生存面臨挑戰(zhàn)第30頁/共119頁32.3生物群落32.3.1群落的基本特征與結(jié)構(gòu)群落：占有一定空間和時間的多種生物種群的集合體和功能單位。群落的基本特征群落物種的多樣性：一個群落總是包含很多生物，其中有植物、動物和微生物

通過豐富度、密度、蓋度、頻度等指標(biāo)來反映生物的多樣性第31頁/共119頁群落的優(yōu)勢現(xiàn)象：對群落性質(zhì)起這決定性作用第32頁/共119頁

群落的穩(wěn)定性：經(jīng)受干擾的內(nèi)在潛力。

植物生長性和群落層次性：體現(xiàn)了群落中各物種對太陽能和垂直空間的最大程度利用。第33頁/共119頁麻雀煤山雀、黃腰柳鶯和橙紅翁血雉和棕尾虹第34頁/共119頁營養(yǎng)結(jié)構(gòu)：群落中各種生物之間的取食關(guān)系和各自所處位置，這種取食關(guān)系決定著物質(zhì)和能量的流動方向：植物植食動物肉食動物頂位肉食動物第35頁/共119頁群落的主要類型

全球陸地，主要在氣候和水分供應(yīng)影響下，形成7－15種典型群落特征，稱之謂“生境”（biomes）第36頁/共119頁

七種主要生境：

凍土帶：即苔原，帶狀環(huán)北冰洋嚴(yán)寒區(qū)。我國沒有。

針葉林帶：又稱泰加林，凍土帶以南，溫帶北緣以及高山。我國東北。

落葉闊葉林帶：溫帶多雨地區(qū)，我國東北南部，西南，東南沿海。第37頁/共119頁

草原：溫帶少雨地區(qū)。我國東北南部，西南，東南沿海。

稀樹草原：又稱薩瓦納，高原少雨地區(qū)。我國未定。

沙漠：又稱荒漠，溫帶、熱帶干旱地區(qū)。我國西北。

熱帶雨林：熱帶，少數(shù)溫帶，沿?；蚨嘤瓿睗駞^(qū)。我國海南、臺灣、西雙版納。

第38頁/共119頁凍土帶的短暫夏天第39頁/共119頁凍土帶夏天也有色彩第40頁/共119頁極地冰原第41頁/共119頁林海雪原中的針葉林第42頁/共119頁四季分明的落葉闊葉林第43頁/共119頁肥美的澳州大草原第44頁/共119頁非洲稀樹草原第45頁/共119頁仙人掌是沙漠的特征第46頁/共119頁熱帶雨林是地球的寶貴資源第47頁/共119頁置身熱帶雨林中間第48頁/共119頁群落內(nèi)生物之間的相互關(guān)系方式種群1種群2競爭有害有害捕食/被捕食

有益有害寄生

有益有害互利共生

有益有益偏利共生

有益無益、害合作

有益有益植化相克有益有害第49頁/共119頁

競爭：各個種群生活在同一個空間，分享同樣資源，在資源不足的情況下，表現(xiàn)出競爭關(guān)系。第50頁/共119頁第51頁/共119頁

生長在同一空間的種群，在長期共同進(jìn)化中，對資源加以適當(dāng)分配，避免競爭。

生態(tài)位（niche）描述各種生物種群在空間和時間上的特定地位，包含生活方式：食物、氣候、需求等等。第52頁/共119頁

五種北美鶯同以云杉為生，分處不同的位置，達(dá)到避開競爭的效果。第53頁/共119頁兩種藤壺分處海岸不同高度第54頁/共119頁

捕食/被捕食（包括食草動物）最為常見。

加拿大一家出產(chǎn)皮毛公司的銷售記錄反映了捕食者/被捕食者數(shù)量消長的相互關(guān)系。第55頁/共119頁第56頁/共119頁

捕食者/被捕食關(guān)系使雙方發(fā)展出多種適應(yīng)性策略。擬態(tài)第57頁/共119頁變色第58頁/共119頁冬天白色夏天黑色第59頁/共119頁

西番蓮是熱帶藤本植物，展足蛾產(chǎn)卵于葉面，西番蓮的蜜腺象卵，起到保護(hù)葉子的作用第60頁/共119頁

不同種群的個體之間，存在著長時間的緊密的相互關(guān)系，稱為共生。

共生又可按對雙方的利害區(qū)分為：

寄生：一方的生長帶來對另一方的損害。

沒有一種生物身上不長寄生生物。第61頁/共119頁第62頁/共119頁第63頁/共119頁

食用未煮透的帶蟲卵的豬肉，可感染旋毛蟲病。輕則惡心、嘔吐，重則致死。第64頁/共119頁一只鳥里里外外寄生物約20多種第65頁/共119頁

互利共生：則是雙方都從共同棲居中得益。豆科植物和菌瘤根第66頁/共119頁

白蟻消化道中蚜蟲幫助白蟻消化木屑這是一種互利共生。第67頁/共119頁

合作：亦是雙方互利的，但是兩種生物體居住關(guān)系上已疏遠(yuǎn)一點。牛尾鳥幫助犀牛清除寄生小蟲第68頁/共119頁

介于共生和互利共生之間:

偏利共生，對一方有利，另一方無利、害。

植化相剋，一方（通常是植物）釋放出化學(xué)物質(zhì)，抑制、驅(qū)趕、乃至殺死對方。第69頁/共119頁引來各種分享者。海邊一種軟蟲打洞捕獲食物，第70頁/共119頁

一種鼠尾草分泌化學(xué)物質(zhì)，使周圍成為不毛之地。第71頁/共119頁

群落特征的描述是群落生態(tài)學(xué)的重要內(nèi)容。

除了種群—

種群間相互關(guān)系影響群落狀況，外界因素也可能給群落面目帶來巨大改變。

洪水、大火、冰河期、火山爆發(fā)，

在一陣突變消除某一地區(qū)幾乎所有生物種群之后，我們可以觀察到群落組成的變化——

生態(tài)更替。第72頁/共119頁地衣—先鋒植物灌木植物喬木植物苔蘚植物草本植物第73頁/共119頁32.4生態(tài)系統(tǒng)32.4.1概念:

一定地區(qū)內(nèi)的所有生物和環(huán)境物理因素的總和稱生態(tài)系統(tǒng)。

研究生態(tài)系統(tǒng)著重于宏觀方面。

能流、物質(zhì)循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等等。第74頁/共119頁32.4.2生態(tài)系統(tǒng)的基本特征

生物群落是生態(tài)系統(tǒng)的組成核心；

生態(tài)系統(tǒng)具有一定的地區(qū)特點和空間結(jié)構(gòu)；

生態(tài)系統(tǒng)是一個動態(tài)系統(tǒng)，必須經(jīng)歷一個從

簡單到復(fù)雜、從不成熟到成熟的發(fā)育過程，每

一的階段都有不同的特性。第75頁/共119頁

生態(tài)系統(tǒng)的代謝活動是通過物流與能流過程實現(xiàn)的；

生態(tài)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能方面具有復(fù)雜的動態(tài)平衡特征；

生態(tài)系統(tǒng)具有不同程度的開放性，不斷地與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換及信息傳遞，從而維持系統(tǒng)的有序狀態(tài)。

生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部具有自我調(diào)節(jié)能力。第76頁/共119頁32.4.3生態(tài)系統(tǒng)的組成成份：

無機(jī)物質(zhì):氧、氮、二氧化碳、水和各種無機(jī)鹽類。有機(jī)物質(zhì):蛋白質(zhì)、醣類、脂類和腐植質(zhì)等。氣候因素:溫度、濕度、風(fēng)和雨雪等。

生產(chǎn)者:

自營性生物（綠色植物、藍(lán)綠藻和光合作用細(xì)菌）

消費(fèi)者:

異營性生物，包括植食性、肉食性、雜食性和寄生性生物。

分解者:

異營性生物，細(xì)菌、真菌和腐食性動物。第77頁/共119頁

生態(tài)系統(tǒng)中的能源和能流（energyflow）32.4.4生態(tài)系統(tǒng)中能量流動和物質(zhì)循環(huán)能流和營養(yǎng)水平（trophiclevels）

地球上依賴于綠色植物和各種藻類利用日光進(jìn)行光合作用，每年生產(chǎn)約1700億噸有機(jī)物。各類生物以地球生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)者的總生產(chǎn)量/年為起點，能量按食物鏈順序的流動，即能流能流過程中，各類生物所處的地位稱為營養(yǎng)水平。營養(yǎng)水平和食物鏈的環(huán)節(jié)是有限的（通常4~5個）第78頁/共119頁第79頁/共119頁能量轉(zhuǎn)化效率和生態(tài)金字塔能量轉(zhuǎn)化效率：指某一營養(yǎng)級所固定的能量與上一營養(yǎng)級所攜有的能量之比。十分之一定律：營養(yǎng)水平每上升一級所得能量只有原來營養(yǎng)水平的10%。生態(tài)金字塔（ecologicalpyramid）

生態(tài)系統(tǒng)中，當(dāng)能量傳遞其營養(yǎng)級由低向高推進(jìn)時，每級的個體數(shù)目、生物量或所含能量呈遞減式塔型分布，稱生態(tài)金字塔。第80頁/共119頁

從106千卡太陽光照開始,生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞的效率大約為10%。第81頁/共119頁素食者比肉食者節(jié)約能源第82頁/共119頁

生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)生物地球化學(xué)循環(huán)（biogeochemicalcycle）

在生態(tài)系統(tǒng)乃至生物圈內(nèi)，各種化學(xué)元素沿特定途徑，從環(huán)境到生物體，又從生物體再回歸到環(huán)境，這種不斷流動和循環(huán)過程。水循環(huán)、氣體循環(huán)（碳、氧、氮的循環(huán)）、沉淀循環(huán)（鈣、鉀、納、鎂、磷等鹽類的循環(huán)）生物富集作用（biologicalenrichment）

生態(tài)系統(tǒng)中同一營養(yǎng)級上眾多種群或個體，從環(huán)境中積蓄某種元素或難于分解的化合物，致使生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境中的濃度的現(xiàn)象。例：DDT的富集第83頁/共119頁

地球表面，海洋面積占70％，淡水面積占3－4％。但是人類正面臨淡水缺乏的威脅。第84頁/共119頁

光合作用和呼吸作用在二氧化碳循環(huán)中起重要作用。第85頁/共119頁細(xì)菌在氮?dú)庋h(huán)中起重要作用第86頁/共119頁巖石分化和水土流失是沉淀物循環(huán)中重要因素第87頁/共119頁生態(tài)平衡（ecologicalequilibrium）概念：

一個生態(tài)系統(tǒng)在長時間內(nèi)，其結(jié)構(gòu)和功能相對穩(wěn)定，物質(zhì)與能量的輸入、輸出接近平衡，在外來干擾下，通過自然調(diào)節(jié)（或人為調(diào)控）能恢復(fù)原初的穩(wěn)定狀態(tài)。生態(tài)平衡是動態(tài)的平衡過程。自然界生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展過程與各類群落的演替過程是一致的，因此生態(tài)平衡是長期生態(tài)適應(yīng)的結(jié)果。生態(tài)平衡失調(diào)

當(dāng)外來干擾超過生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力，而不能恢復(fù)到原初的穩(wěn)定狀態(tài)。第88頁/共119頁課外科普讀物夏勒：《最后的熊貓》蕾切爾·卡遜：《寂靜的春天》第89頁/共119頁第36章動物的行為

一、行為概念1、行為概念：是動物感受外來信息之后，通過神經(jīng)中樞及內(nèi)分泌系統(tǒng)的調(diào)節(jié)后而表現(xiàn)出來的有規(guī)律的適應(yīng)性活動。2、行為特點：

a、規(guī)律性，靈活性

b、每一活動有著其適應(yīng)性意義：有利于保護(hù)個體或有益于保存種族。第90頁/共119頁

生態(tài)環(huán)境是動物行為發(fā)生的舞臺；進(jìn)化是一種過程；在進(jìn)化中選擇保留下來的行為，將為動物體在生存競爭中得到最大的成功。因此，行為、進(jìn)化和生態(tài)環(huán)境三者之間是一辯證的關(guān)系。

達(dá)爾文自然選擇學(xué)說認(rèn)為，動物的行為是經(jīng)過長期的自然選擇而得到的進(jìn)化產(chǎn)物，凡是被選擇的而生存下來的個體，都具有了覓食、配偶和逃避捕食者的最佳行為，都能很好的適應(yīng)當(dāng)時的環(huán)境，并留下最多的后代。有著一定的遺傳基礎(chǔ)。3、行為是進(jìn)化的產(chǎn)物第91頁/共119頁

4、行為的分類根據(jù)適應(yīng)性意義，動物行為分為：

1、求生行為：保存?zhèn)€體，包括各種防御與逃避敵害的行為

2、索食行為：

3、傳種行為：筑巢、求偶、婚配、撫育幼仔

4、反應(yīng)性行為：

5、生物鐘行為：第92頁/共119頁第93頁/共119頁第94頁/共119頁織布鳥編織鳥第95頁/共119頁第96頁/共