生物竞赛辅导3 ——生态学
1. 什么是生态学（Ecology）
研究生物与环境相互依赖、制约和协调关系的科学。

1869，德国进化论者海克尔提出“oecology”。
1893(美)一次生态学会议, 把这个词简化确定为“ecology”。
1950s后，数学的引入发展成定量科学
近代生态破坏所带来的恶果日益严重和明显，生态学才引起全社会的重视。
生态学概述
生态学一览
1.2 生态学的分支学科
基础(纯粹)生态学
按组织层次分：个体(种群、群落、生态系统、分子)生态学等
按生物类别分 动物（植物、微生物、真菌）生态学等
按栖息环境分 陆地（海洋、河口、淡水）生态学等
主要范围：
一、生物与环境的相互关系：
二、种群生态学：
三、群落生态学：
四、生态系统：
五、环境问题：
一、 生物与环境的相互关系：
一）、环境与生态因子的概念
二）、生物与生态因子关系的基本规律
三）、主要生态因子及其生态作用
环境：是指某一特定生物体或生物群体以外的空间及直接、间接影响该生物群体生存的一切事物的总和，包括生物和非生物。环境总是针对某一特定的主体或中心而言的，离开了这个主体或中心也就无所谓环境了。
像温度等环境中对生物的生长、发育、繁殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素就称为生态因子，除了温度以外还包括湿度、食物、氧气、二氧化碳和其他相关生物等等。生态因子中生物生存所不可缺少的环境条件，也称生物的生存条件。
一）、生态因子的概念
例题：

以下关于动物对温度的适应的说法正确的是 （ ）。
A．在低温条件下，变温动物的寿命较长，随着温度的增高，
其平均寿命缩短
B．温暖地区，变温动物完成发育的时间比在冷的地区长
C．恒温动物在低温下保持恒定的体温，而变温动物随环境温
度的提高而有相应变化
D．温度是动物分布的限制因子，最重要的是地区平均温度
AC
1．最小因子法则(law of the minimum)
任何特定因子的存在量低于某种生物的最小需要量，因而成为决定该物种生存或分布的根本因素。
二）、生物与生态因子关系的基本规律
2．耐受性法则(law of tolerance)
各种生态因子对某一种生物都存在生物学的上限和下限，它们之间的幅度就是该种生物对某一生态因子的耐受范围。耐受性定律可用钟性曲线来表示。
环境梯度
生长、生殖
广生态幅
狭生
态幅
狭生
态幅
根据生物对环境因子的适应范围的大小
对同一生态因子，不同种类的生物耐受范围是不相同的。有的可耐受很广的温度范围，称广温性动物；有的只能耐受很窄的温度范围，称狭温性生物。
注意：
1).一般来说，如果一种生物对所有生态因子的耐受范围都是广泛的，那么这种生物在自然界的分布也一定很广。
2).一种生物的耐受范围越广，对某一特定点的适应能力也就越低；相反狭生态幅的生物，通常对范围狭窄的环境条件具有极强的适应能力，但却丧失了在其它条件下的生存能力。
3).自然界中的动植物很少能够生活在对他们来说是最适宜的地方，而只能生活在它们占有更大竞争优势的地方。例如：很多沙漠植物在潮湿的气候条件下能够生长得更茂盛，但是它们却只分布在沙漠中，因为只有在那里它们才占有最大的竞争优势。
生物对生态因子耐受限度的调整
1.驯化：
生物借助于驯化过程可以稍稍调整它们对某个生态因子或某些生态因子的耐受范围。如果一种生物长期生活在它的最适生存范围偏一侧的环境条件下，久而久之就会导致该种生物耐受曲线的位置移动。驯化在实验室条件下，一般只需较短时间；而在自然环境中这个变化通常要较长时间。驯化可以理解为生物体内决定代谢速率地酶系统的适应性改变。
2.休眠：
休眠是动植物抵御暂时不利环境条件的一种非常有效的生理机制，环境条件如果超出了生物的适宜范围(但不能超出致死限度)，虽然生物也能维持生活，但却常常以休眠的状态适应这种环境。动植物一旦进入休眠期，它们对环境条件的耐受范围就会比正常活动是宽得多。
3．限制因子定律(limiting factors)
任何一种生态因子，只要接近或超过生物的耐受范围，它就阻止其生长、繁殖、分布、生理机能或者生存的因素就是限制因子。
例题：在下列情况下，测定了不同光照强度光合作用速率的影响（4种实验条件）：
0.10%CO2、30℃ (1) 0.10%CO2、20℃ (2)
0.03%CO2、30℃ (3) 0.03%CO2、20℃ (4)
从以上实验可以得知，对实验2、实
验4和P点起到限制作用的因素分别是
A．光强度、0.03%CO2、温度
B．0.10%CO2、光强度、温度
C．温度、光强度、CO2浓度
D．温度、0.03%CO2、光强度
光强度
光合速率
1
2
3和4
P
D
注意：
如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很广(窄)，而且这种因子又非常稳定(不稳定)，那么这种因子就不太可能(很容易)成为限制因子。
例如：氧气对陆生动物来说，数量多，含量稳定，因此一般不会成为限制因子；但是氧气在水体中的含量是有限的，而且经常发生波动，因此常常成为水生生物的限制因子。
4．贝格曼定律 （Bergman’s rule）
恒温动物（内温动物）在寒冷的气候条件下，体型趋向于大，在温暖的气候条件下，体型趋向于小。因为个体大的动物，其相对表面积小，单位体重散热量相对较少，这样有利于保持体温。
5．阿伦定律（Allen’s rule）
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，在温暖地区有变长的趋势。这也是在寒冷地区减少散热和在温暖地区增加散热的一种形态适应。
6．乔丹定律 （Jordan’s rule）
栖息于冷水水域中的鱼类，比栖息于温暖水域中的同种鱼的脊椎骨数目多。解释：低温使鱼类的生长和发育速度变慢，因而延长了其性成熟时间，从而产生更大的个体，其脊椎骨的数目也增多。
7．葛洛格定律（Gloger’s rule）
一般来说，在干燥而寒冷的地区，动物的体色较淡；而在潮湿而温暖的地区，其体色较深。解释：温热地区动物毛色较深的原因，可能与色素产生和酶活动有关，较高的湿度和温度能增强酶的活性，提高代谢速率，使皮肤中产生较多的黑色素，体色则较深。

8．阿利氏定律
动物有一个最适宜的种群密度，种群过密或过疏都可能对自身产生不利影响。随着种群密度过大，将对整个种群带来不利影响，如它将抑制种群的增长率，增大死亡率等。
三）、主要生态因子及其生态作用
1．光
光质的变化：
光质随空间发生变化的一般规律是短波光随纬度增加而减少，随海拔升高而增加。在时间变化上，冬季长波光增多，夏季短波光增多；一天内中午短波光较多，早晚长波光较多。
深水中的红藻(紫菜)能够较有效的利用绿光。
紫外光的作用抑制了植物茎的伸长，所以很多高山植物都具有特殊的莲座状叶丛。
（1）光对植物的影响
光合作用和呼吸作用两条线的交叉点就是光补偿点。在此处的光照强度是植物开始生长和进行净生产所需要的最小光照强度。阳生植物和阴生植物有差异。
光对植物光合作用的影响
阳生植物和阴生植物的补偿点和饱和点
一般来说，植物个体对光能的利用率远不如群体高，夏季当阳光最强时，单株植物很难充分利用这些光能，但在植物群体中对反射、散射和透射光的利用要充分的多。
对植物群体的总光能利用率产生影响的主要因素是光合面积、光合时间和光合能力。光合面积主要指叶面积，通常用叶面积指数来表示，即植物叶面积总和与植株所覆盖的土地面积的比值。光合时间是指植物全年进行光合作用的时间，光合时间越长，植物体内就能积累更多的有机物质并增加产量。延长光合时间主要是靠延长叶片的寿命和适当延长植物的生长期。光合能力是指大气中二氧化碳含量正常和其它生态因子处于最适状态时的植物最大净光合作用速率。
光对植物其它生理的影响
a．与代谢的关系：
对光照强度的要求不同植物分（阳生植物、阴生植物、耐阴植物）。阳生植物的光饱和点比阴生植物要高，当然通常光补偿点也会高一些
b．与生殖的关系（光周期现象）：
根据植物对日照长度的反应可分为长日照植物、短日照植物、中日照植物和中间型植物。（具体情况请看植物的生殖生理）
（2）光对动物的影响
影响动物的体色、生长发育、繁殖、行为、视觉。有很多的动物繁殖、行为都由日照长度来决定。
原因：光周期变化很有规律、很稳定，以它为信号一般不会“上当”。而其它因素如温度等稳定性不强。（一年中的同一天日照长短都是一致的，但是温度、湿度、食物等因素可能不一致）
2．温度
最适点、最低点、最高点，在生态学上称为温度的三基点
（1）植物和温度
a. 植物的春化
b．昼夜温差与有机物积累：白天温度高有利于光合作用，夜间温度低降低呼吸作用。
c．季节变温与物候：生物长期适应于一年中温度的 寒暑节律性变化，形成于此相适应的生物发育节 律称为物候，实质是生物对季节性变温的适应。
d. 极端温度对植物的影响：低温对植物的伤害可分 为冷害、霜害和冻害三种。
冷害是指喜温生物在零度以上的温度条件下受害或死亡，例如海南岛的热带植物丁子香在气温降到6.1℃时叶片便受害，降到3.4℃时顶梢干枯，受害严重。冷害是喜温生物向北方引种和扩展分布区的主要障碍。
冷害
冻害是指冰点以下的低温使生物体内(细胞内或细胞间隙)形成冰晶而造成的损害。冰晶的形成会使原生质膜发生破裂和使蛋白质失活与变性。当温度不低于-3℃或-4℃时，植物受害主要是由于细胞膜破裂引起的；当温度下降到-8℃或-10℃时，植物受害则主要是由于生理干燥和水化层的破坏引起的。
冻害
e. 高温对植物的影响
高温可减弱光合作用，增强呼吸作用，使植物的这两个重要过程失调。例如马铃薯在温度达到40℃时，光合作用等于零，而呼吸作用在温度达到50℃以前一直随温度的上升而增强，但这种状况只能维持很短的时间。高温还可破坏植物的水分平衡，加速生长发育，促使蛋白质凝固和导致有害代谢产物在体内的积累。
注：高温和低温（极端温度）对植物的致死，使植物的地理分布也受到温度的限制。植物水平分布的南界和北界，垂直分布的海拔高低。
f. 植物对极端温度的适应：
低温适应：
* 形态的适应。芽叶具有油脂类物质，芽具鳞片，植表有蜡粉密毛，植株矮小。
* 生理的适应。减少细胞内的水，增加糖、脂、色素，以降低冰点，增加吸热。
高温适应：
* 加强反光、滤光，形成木栓层（隔热），降低含水量增加糖、盐（减慢代谢速率、增强原生质抗凝结力）加强蒸腾，反射红外线。
（2）动物和温度
a．影响动物的繁殖：
b．温度与生物的发育：
有效积温法则：指生物（植物和变温动物）的生长发育过程中，必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育。如：水稻在浙江只能种两季，而在海南岛可以种三季。
有效积温法则的应用：①预测生物发生的世代数；②预测生物地理分布的北界；③预测害虫来年发生程度；④推算生物的年发生历；
c．温度影响动物的形态：贝格曼定律、阿伦法则。
d．影响动物的分布：有效积温和极端温度；
e．极限温度对动物造成的影响：低温使动物致死，主要是由于细胞内形成冰晶的损伤所致。高温对动物的有害影响主要是破坏酶的活性，使蛋白质凝固变性，造成缺氧、排泄功能失调和神经系统麻痹等。
f．动物对极端温度的适应。
例题：

以下关于动物对温度的适应的说法正确的是 （ ）。
A．在低温条件下，变温动物的寿命较长，随着温度的增高，
其平均寿命缩短
B．温暖地区，变温动物完成发育的时间比在冷的地区长
C．恒温动物在低温下保持恒定的体温，而变温动物随环境温
度的提高而有相应变化
D．温度是动物分布的限制因子，最重要的是地区平均温度
AC
3．水
植物与水：
水生植物（沉水植物、浮水植物、挺水植物）
陆生植物（湿生植物、中生植物、旱生植物）
各种生态类型的植物的形态、解剖学结构特点（具体参照植物形态、解剖学）
动物与水：
a．影响动物的分布；
b．影响动物的体色；葛洛格定律（Gloger’s rule）
c．影响动物的繁殖；
d．影响动物的行为；
e．影响动物的生长发育
一）水生植物
适应特点是体内有发达的通气系统；叶片常呈带状、丝状或极薄，有利于增加采光面积和对CO2与无机盐的吸收；植物体具有较强的弹性和抗扭曲能力以适应水的流动；淡水植物具有自动调节渗透压的能力，而海水植物则是等渗的。
1．沉水植物 整株植物沉没在水下，为典型的水生植物。根退化或消失，表皮细胞可直接吸收水中气体、营养物和水分，叶绿体大而多，适应水中的弱光环境，无性繁殖比有性繁殖发达。如狸藻、金鱼藻和黑藻等。
2．浮水植物 叶片飘浮水面，气孔通常分布在叶的上面，维管束和机械组织不发达，无性繁殖速度快，生产力高。不扎根的浮水植物有凤眼莲、浮萍和无根萍等，扎根的有睡莲和眼子菜等。
3．挺水植物 植物体大部分挺出水面，如芦苇、香蒲等。
二）陆生植物
1．湿生植物 抗旱能力小，不能长时间忍受缺水。生长在光照弱、湿度大的森林下层，或生长在日光充足、土壤水分经常饱和的环境中。前者如热带雨林中的各种附生植物（蕨类和兰科植物）和秋海棠等；后者如水稻、毛茛、灯心草和半边莲等。
2．中生植物 适于生长在水湿条件适中的环境中，其形态结构及适应性均介于湿生植物和旱生植物之间，是种类最多、分布最广和数量最大的陆生植物。
3．旱生植物 能忍受较长时间干旱，主要分布在干热草原和荒漠地区。又可分为少浆液植物和多浆液植物两类。前者叶面积缩小，根系发达，原生质渗透压高，含水量极少，如刺叶石竹、骆驼刺和夹竹桃等；后者体内有发达的贮水组织，多数种类叶片退化而由绿色茎代行光合作用，如仙人掌、石蒜、景天和猴狲面包树等。
水生动物的渗透压调节
生活在海洋中的动物大致有两种渗透压调节类型。一种类型是动物的血液或体液的渗透浓度与海水的总渗透浓度相等或接近；另一种类型是动物的血液或体液大大低于海水的渗透浓度。
1.硬骨鱼类和甲壳动物体内的盐是通过鳃排泄出去的，而软骨鱼类则是通过直肠腺排出。
2.淡水动物：丢失的溶质从两个方面得到弥补：一方面从食物中获得某些溶质，另一方面动物的鳃或上皮组织的表面也能主动地把钠吸收到动物体内。
动物与水：
注意：温度和降水是影响生物在地球表面分布的两个最重要的生态因子，两者共同作用决定着生物群落在地球分布的总格局。
二、 种群生态学：
一）、种群的概念：
二）、种群的基本特征
三）、种群的数量变动
种群是指在特定的时间内，由分布在同一区域的许多同种生物个体自然组成的生物系统。
例题：
下列生物属于种群的是 （ ）
A．一水田内的全部水稻、稗草
B．一棉田中的幼蚜，无翅、有翅成熟蚜
C．某池塘中的所有鱼
D．一根朽木上的全部真菌
B
1．种群密度：
种群密度是反映种群大小的一个参数。种群的大小（总数）也可通过标志重捕法来测定。标志重捕法的具体操作是：在调查样地上，捕获一部分个体进行标志，经一定期限进行重捕。根据重捕取样中标志比例与样地总数中标志比例相等的假定，来估计样地中被调查动物的总数。 即：N/M=n/m (其中M为标志数，n为再捕个体数，m为再捕中标记数。)
二）种群的基本特征
种群密度、种群的空间分布格局、出生率与死亡率、迁入与迁出、性别比例、年龄组成
2．种群的空间分布格局：
组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局，分为三类：均匀型、随机型、成群型（集群型）。集群型是最常见的一种分布方式。
均匀分布的产生原因，主要是由于种群内个体间的竞争。例如森林中植物为竞争阳光（树冠）和土壤中营养物（根际）。分泌有毒物质于土壤中以阻止同种植物籽苗的生长是形成均匀分布的另一原因。
注：随机型往往被错误地认为是最多见的（受到独立分配规律的影响，非等位基因之间随机组合），而事实上是最少见的，由于资源均匀分布、种群之间的个体间无吸引、无排拆的现象是不太可能出现的。
成群分布是最常见的内分布型。成群分布的形成原因是：①环境资源分布不均匀，富饶与贫乏相嵌；②植物传播种子方式使其以母株为扩散中心；③动物的社会行为使其结合成群。
2.3.1 种群的年龄结构
2.3 种群统计
增长型
稳定型
衰退型
老年个体数
成体数
幼体数
2.3.2 种群存活曲线
概念
在各年龄阶段种群的存活率曲线
基本类型
Ι型（凸型） 哺乳动物、人
Π型（直线型） 鸟类
Ⅲ型（凹型） 低等动物
存活率
年龄
凸型存活曲线
直线型存活曲线
年龄
存活率
凹型存活曲线
年龄
存活率
三）、种群的数量变动
1．种群数量变动的基本参数
a．出生率与死亡率；b．迁入与迁出；c．存活曲线；d．生命表
2．种群的增长模型
种群在无限的环境中，即假定环境中空间、食物等资源是无限的，其增长率不随种群本身的密度而变化，种群呈指数增长格局，其增长曲线为“J”字形。
注意：
指数增长的情况只有在实验室内，人为控制的环境条件下，才有可能发生，自然条件下一般是不会出现的，由于自然条件的环境都是有限的。
种群的指数增长
a．种群的指数增长
数 量
b．种群的阻滞增长（逻辑斯蒂增长）
因为野外种群总是处于有限的环境当中，种群增长因此也是有限的。
逻辑斯蒂增长曲线的意义：
最大持续产量的模型（K/2）；防治有害生物（K）：
种群的阻滞增长（逻辑斯蒂增长）
K
K/2
K：环境容纳量
逻辑斯蒂增长曲线可划分为5个时期：开始期、加速期、转折期、减速期、饱和期（稳定期）
3．种群的数量波动调节
a．种群的生态对策
r-对策；k-对策；两种生态对策的特点。
大部分有害动物属于r-对策，大部分珍稀动物属于k-对策。
b．种群数量的调节
⑴ 密度制约：
影响种群个体数量的因素中，其作用随种群密度而变化的，包括生物之间的相互作用——即生物因素。生物种群的相对稳定和规则的波动与密度制约因素的作用有关。
⑵ 非密度制约：
有些因素虽对种群数量起限制作用，但作用强度和种群密度无关，主要是指气候等非生物因素。种群数量的不规则变动往往同非密度制约因素有关。
下列哪一条线表示动物种群数量变动中的非密度制约。 （ ）
B
种群密度
A
B
C
D
不利效应
（死亡
个体数）
四）、种间关系
例题：
2.4 种内与种间关系 种群是物种在自然界中存在的基本单位。  捕食（predation） 竞争（competition）  寄生（parasitism）  共栖（commensalism）  合作（protocooperation）与互利共生（mutualism）  化学互助和拮抗
山猫正在追捕雪兔
山猫和雪兔在 90 年间的数量消长
两种草履虫，分开培养和混合培养，出现不同生长曲线
一只鸟里里外外寄生物大20多种
(左) 兰花栖生在树干上 （右）双锯鱼和海葵共栖
蚂蚁和蚜虫合作
牛尾鸟帮助河马清除寄生小虫。
白蚁消化道中原生动物帮助白蚁消化木屑
（互利共生）
一种鼠尾草分泌化学物质，使周围成为不毛之地。
类型 A B 特 点
竞争 - - 彼此互相抑制
捕食 + - A种杀死或吃掉B种
中性 O O 彼此互不影响
共生 + + 彼此有利，分开后不能生活
合作 + + 彼此有利，分开能独立生活
附生 + O A种有益，B种无影响
偏害 - O 对A有害，对 B无利也无害
寄生 + - 对A有利，对B有害
种群关系总结
例题：
曲线1和曲线2（图5-4）代表物种1和物种2的耐热范围，在什么温度情况下物种2 能竞争过物种1 （ ）
A．温度在t1—t2范围内 B．温度在t2—t3范围内
C．温度在t1以下 D．温度变化幅度很大时
E．温度在t3以上
B
例题： 在一实验室中进行了两类细菌对食物竞争的实验。实验中，测定了第Ⅰ类细菌在第一代存活期间混合培养中所占总数的百分比（Zt），与第Ⅰ类细菌在第二代存活期间混合培养中所占总数的百分比（Zt+1）之间的对应关系。如右图所示，实线表示观察到的Zt+1和Zt的关系，虚线表示Zt+1=Zt时的情况。在较长的时间里，第Ⅰ类细菌和第Ⅱ类细菌会发生什么情况？ （ ）
D
A 第Ⅰ类细菌和第Ⅱ类细菌共存B 第Ⅰ类细菌和第Ⅱ类细菌共同生长
C 第Ⅰ类细菌把第Ⅱ类细菌排除掉
D 第Ⅱ类细菌把第Ⅰ类细菌排除掉
思考：
这条曲线如果改称凸形的，结果又会怎么样。
例题：
将甲、乙两种植物混种,若设定 =N,
=M,收获的种子再播种,连续进行若干代
后将M对N作图,有下列几种可能的结果。请回答:
M
N
M
N
a
b
M
N
c
M
N
d
M=N
M=N
M=N
(1)甲与乙的竞争中,若甲取胜,可用图         表示,那么M          N。
(2)甲与乙的竞争中,出现稳定平衡时,可用图  表示,其平衡点为
e
A
B
C
D
B
＞
A
b
三、群落生态学
群落(community)
在一定地理区域内，生活在同一环境下的各种动物、植物和微生物等的种群，彼此相互作用，组成具有独特成分、结构和功能的不同种群集合体。
群落生态学：
一）、群落中物种的多样性和优势种
三）、群落结构
五）、群落演替
四）、陆地植物群落分布的地带性
二）、生态位
群 落 A B C D
种 1 50 92 75 0
种 2 30 4 5 25
种 3 10 0 5 20
种 4 10 0 5 20
种 5 0 1 5 20
种 6 0 1 5 5
种 7 0 1 0 0
种 8 0 1 0 0
例题：
生态群落K到N包含以数字1到8代表的物种，每个物种的密度不同，表5—5中给出了这些物种得密度（每平方米的个体数），当受到大规模害虫袭击（危害程度逐步增加）时，这些群落中的哪一个受到的影响最小？ （ ）
一）、群落中物种的多样性和优势种
D
1．群落多样性的含义：
生物多样性一般有三个水平：遗传多样性；物种多样性；生态系统多样性。生态系统多样性中包含群落多样性，而群落多样性包含两方面的含义 ⑴ 种的数目或丰富度；⑵ 种的均匀度
二）、生态位
1、生态位的概念
生态位是指物种在生物群落或生态系统中的地位和角色。
生态位重叠；基础生态位；实际生态位。
D
2．生态位分化
同一地区共存的物种，它们生态位的关系从理论上有三种情况：
① 生态位完全分离；
② 生态位彼此部分重叠；
③ 生态位基本上重叠
二）、生态位
1、生态位的概念
生态位是指物