第2章 1生物与环境.ppt

第一节第一节 生物种的概念生物种的概念一、生物种的概念：分类学家常把自然界中同形生物个体归为一种注：但对于什么是物种？存在着不同的认识 通常采用C C．．LinnaLinna对种的定义9/5/20241赤峰学院生命科学系u17世纪，世纪，J. Ray《《植物志植物志》》：种是：种是“形态相似的个体之集形态相似的个体之集合合”，，具有通过繁殖而永远延续的特点具有通过繁殖而永远延续的特点u1753年，年，C. Linna《《植物种志植物种志》》：：种是形态相似的个体的种是形态相似的个体的集合，同种个体可以自由交配，能产生可育的后代，不同集合，同种个体可以自由交配，能产生可育的后代，不同种之间的杂交则不育种之间的杂交则不育u1963年，美国现代生物学家迈尔（年，美国现代生物学家迈尔（E. Mayr））认为认为“能实能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合构成一个种际地或潜在地彼此杂交的种群的集合构成一个种”，，而而“种群是某一地区具有实际或潜在杂交能力的个体的集群种群是某一地区具有实际或潜在杂交能力的个体的集群”u不同物种存在明显的形态上的不连续性和不同形式的不同物种存在明显的形态上的不连续性和不同形式的生殖生殖隔离。

物种是由内在因素（生殖、遗传、生理、生态、行隔离物种是由内在因素（生殖、遗传、生理、生态、行为）联系起来的个体的集合，为）联系起来的个体的集合，是自然界中的一个基本进化是自然界中的一个基本进化单位和功能单位例：水稻和玉米，马和驴单位和功能单位例：水稻和玉米，马和驴9/5/20242赤峰学院生命科学系n生物种的分类方法:1）形态特征为依据:由于大多数物种在形态上易于识别和区分,后来的多数分类学家主要以形态特征作为识别和区分物种的依据n二、生态适应二、生态适应 生物有机体或其各部分在与环境的长期相互作用中生物有机体或其各部分在与环境的长期相互作用中可形成一系列具有生存价值的特征；依靠这些特征能免可形成一系列具有生存价值的特征；依靠这些特征能免受各种环境的侵害，并能有效从其生境获得所需要的物受各种环境的侵害，并能有效从其生境获得所需要的物质和能量，使个体的发育不致异常或中断，此现象称为质和能量，使个体的发育不致异常或中断，此现象称为生态适应生态适应9/5/20243赤峰学院生命科学系2）数量分类方法：把种的特征数量化，即根据表型相似性或表型距离进行聚类分析，并得出一系列不同等级的聚类群。

但把种划在哪个等级上只能人为决定，不同的人可以有不同的归类标准，模糊了物种存在的客观性表型分类法只强调形态的相似性9/5/20244赤峰学院生命科学系3）美国现代生物学家E.Mayr(1963)从种群遗传角度把种定义为“能实际的或潜在的彼此杂交的种群的集合”，而“种群是某一地区具有实地或杂交能力的个体的集群”但有人指出，以可杂交性对种进行分类在理论上是十分重要的，但应用于野外操作的可能性较差，因为在野外识别其可杂交性有很大困难此外，生物间的杂交能力很少达100%如两个种群杂交能力达55%，哪两个种群算不算一个种？可见，这种划分也有一定局限性9/5/20245赤峰学院生命科学系n基因型基因型(genotype)和表型和表型(phenotype)¨基因型：种的遗传本质，是生物性状表现所必须具备的内在因素¨表型：是与环境结合后实际表现出的可见性状n可塑性：一个物种的性状随环境条件而改变（一种非遗传性变化）的程度称做该种的可塑性，或称表现型的可塑性 即：一定的基因型在某一环境里可能支配着一组性状，呈现出一种表现型；而在另一环境里则呈现出另一种表现型（植物生态学、祝廷成、P175）种的性状：种的性状：分两类：基因型与表型分两类：基因型与表型9/5/20246赤峰学院生命科学系n变异：包括非遗传性变异和遗传性变异。

非遗传性变异：植株的高低、叶子的大小、分支的多少等 遗传性变异：来自基因型的改变，主要是通过“突变”与基因的重组实现，这类变异是可以遗传的 一个种内的所有个体并非是完全同质的，存在着各种各样的变异如果变异幅度朝一个方向继续变化，则可导致种的分化9/5/20247赤峰学院生命科学系¨趋同适应趋同适应：在自然界在自然界不同种的不同种的生物在相同的生生物在相同的生境条件下，往往能沿着同一生态适应的方向发境条件下，往往能沿着同一生态适应的方向发展形成趋同适应，可能在展形成趋同适应，可能在生理、行为生理、行为和和形态形态等等方面会表现出相似性典型例子：生活型，如方面会表现出相似性典型例子：生活型，如旱生植物旱生植物¨趋异适应趋异适应：：同一种同一种生物在不同的生境条件下，生物在不同的生境条件下，由于环境的作用，由于环境的作用，在生理、行为在生理、行为和和形态形态等方面等方面可能发生改变，并且此改变能通过遗传被固定可能发生改变，并且此改变能通过遗传被固定下来形成不同的类群典型例子：棕熊下来形成不同的类群典型例子：棕熊-北极熊 9/5/20248赤峰学院生命科学系第二节第二节 环境的概念及其类型环境的概念及其类型一一 环境的概念环境的概念n环境(environment)(environment)：是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。

n环境的相对意义：环境总是针对某一特定主体或中心而言生物科学中，生物是主体；而环境科学中，人类是主体太阳和地球是生物生存最根本的环境基础现今的地球环境是已经被生物强烈改造过的环境9/5/20249赤峰学院生命科学系理解环境概念的要点：①相对的概念，针对某一主体而言的，主体不同，环境的范围大小不同②环境是某一主体周围一切事物的总和③太阳和地球是生物生存最根本的环境基础④现今的地球环境是已经被生物强烈改造过的环境9/5/202410赤峰学院生命科学系二二 环境的类型环境的类型Ø按环境的主体分为:人类环境和生物环境Ø按环境的性质分为：自然环境、半自然环境和社会环境Ø按环境的范围分为：¨宇宙环境(space environment):大气层以外的宇宙空间¨地球环境(global environment)：5个圈层：大气圈（对流层），水圈，土壤圈，岩石圈，生物圈¨区域环境(regional environment)：由地球表面5个圈层相互配合而形成¨微环境(micro-environment)：某一个（或几个）圈层的细微变化而产生的环境差异所形成的小环境如巢穴，粪堆等¨内环境(inner envrionment)：生物体内组织或细胞间的环境。

如叶片内部直接和叶肉细胞接触的气腔、气室和通气系统9/5/202411赤峰学院生命科学系3、按环境的范围大小可将环境分为五类：n宇宙环境(space environment 或称星际环境、空间环境)：指大气层以外的宇宙空间，是人类活动进人大气层以外的空间和地球邻近天体的过程中提出的新概念对太阳系中的地球而言，整个太阳系就是地球生存和运动的宇宙环境9/5/202412赤峰学院生命科学系n地球环境(global environment或称地理环境geoenvironment、全球环境)指大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈包括人 地球环境与人类及生物的关系尤为密切其中生物圈中的生物把地球上各个圈层的关系密切地联系在一起，并推动各种物质循环和能量转换对栖息于地球表面的动植物而言，整个地球表面就是它们生存和发展的环境9/5/202413赤峰学院生命科学系n区域环境(regional environment)指占有某一特定地域空间的自然环境，它是由地球表面不同地区的5个自然因层相互配合而形成的 不同地区，形成各不相同的区域环境特点，分 布着不同的生物群落9/5/202414赤峰学院生命科学系n微环境(micro—environment)指区域环境中，由于某一个(或几个)圈层的细微变化而产生的环境差异所形成的小环境。

生物群落的镶嵌性就是微环境作用的结果9/5/202415赤峰学院生命科学系n内环境(inner environment)指生物体内组织或细胞间的环境对生物体的生长和繁育具有直接的影响 例如，叶片内部，直接和叶肉细胞接触的气腔、气室、通气系统，都是形成内环境的场所内环境对植物有直接的影响，且不能为外环境所代替9/5/202416赤峰学院生命科学系三三 、环境因子分类、环境因子分类nR.F.Daubenmire（道本迈尔）分为分为3 3类：类：气候类、土气候类、土壤类壤类和和生物类生物类7 7个并列项目为：水分、温度、光个并列项目为：水分、温度、光照、大气、火、土壤和生物因子照、大气、火、土壤和生物因子nDajoz（达若）按生物有机体对环境的反应和适应性分按生物有机体对环境的反应和适应性分为：为：¨第一性周期因子：宇宙天体的周期性运动所产生，如光、大气温度、潮汐因子周期等；¨次生性周期因子：由第一性因子周期变化决定，如大气湿度、土壤湿度、风、土壤温度等；¨非周期性因子：包括相对稳定不变的因子，如大气成分和某些土壤养分等；和间断发生作用的环境因子，如火山爆发、地震、雪崩、滑坡及人类干挠活动等。

9/5/202417赤峰学院生命科学系nGill(1975年)将非生物环境因子分为三个层次：1.1.植物生长所必需的环境因子植物生长所必需的环境因子，如温、光、，如温、光、水、空气、营养、能量等水、空气、营养、能量等2.2.不以植被是否存而发生的对植物有影响不以植被是否存而发生的对植物有影响的环境因子的环境因子，如风暴、火山爆发、洪涝，如风暴、火山爆发、洪涝等3.3.存在与发生受植被影响，反过来又直接存在与发生受植被影响，反过来又直接或间接影响植被的环境因子或间接影响植被的环境因子，如放牧、，如放牧、火烧等9/5/202418赤峰学院生命科学系第三节第三节 生态因子作用分析生态因子作用分析一一 生态因子的概念生态因子的概念Ø生态因子生态因子(ecological factors)(ecological factors)：是指环：是指环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素如分布有着直接或间接影响的环境要素如温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳等温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳等Ø环境因子环境因子(environmental factors)(environmental factors)：：生物生物有机体以外所有的环境要素。

有机体以外所有的环境要素Ø二者区别二者区别：生态因子是环境因子中对生物：生态因子是环境因子中对生物起作用的因子，而环境因子则是指生物体起作用的因子，而环境因子则是指生物体外部的全部要素外部的全部要素9/5/202419赤峰学院生命科学系Ø生存条件生存条件（（existence condition ））：生物生：生物生长发育所必需的生态因子被称为生存条件长发育所必需的生态因子被称为生存条件Ø生态环境生态环境(ecological environment)所有生所有生态因子构成生物的生态环境态因子构成生物的生态环境 Ø生境生境(habitat)：具体的生物个体和群体生：具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境称为生境，其中包括活地段上的生态环境称为生境，其中包括生物本身对环境的影响生物本身对环境的影响9/5/202420赤峰学院生命科学系二二 生态因子的类型生态因子的类型n通常分为生物因子和非生物因子两大类¨生物因子（（biOtic factors））：有机体（同种和异种）¨非生物因子（（abiotic factors））：温度、光、湿度、pH、氧气等n道本迈尔将生态因子分为五类：气候因子(climatic factors)、土壤因子(edaphic factors) 、地形因子(topographic factors) 、生物因子、人为因子(anthropogenic factors) nBegon等将非生物因子分为条件和资源两类 ¨条件（不可消耗）：温度、湿度、 pH等¨资源（可消耗）：营养物质、水等。

9/5/202421赤峰学院生命科学系nSimith(1935)：根据因子的变化对生物数量的影响状况分为：−密度制约因素密度制约因素：因子的变化程度不同，生物数量：因子的变化程度不同，生物数量也发生变化主要是生物因子也发生变化主要是生物因子−非密度制约因素非密度制约因素：因子的作用强度不随种群密度：因子的作用强度不随种群密度而变化，对种群数量无调节作用，这类因子主要而变化，对种群数量无调节作用，这类因子主要是非生物因子，如温度、降水等是非生物因子，如温度、降水等n蒙恰斯基蒙恰斯基,1953年：分为稳定因子和变动因子年：分为稳定因子和变动因子¨稳定因子稳定因子(steady factors)：地心引力、地磁、：地心引力、地磁、太阳辐射常数等长年恒定的因子太阳辐射常数等长年恒定的因子¨变动因子变动因子(variable factors)：周期性变动：周期性变动(春春夏秋冬、潮夕涨落夏秋冬、潮夕涨落)；非周期性变动；非周期性变动(风、降水、风、降水、捕食捕食)9/5/202422赤峰学院生命科学系三三 生态因子作用的一般特征生态因子作用的一般特征1.综合作用：环境中各种生态因子不是孤立存在的，而是彼此联系、互相促进、互相制约，任何一个单因子的变化，都必将引起其他因子不同程度的变化及其反作用。

如光强度变化引起大气、土壤温度的变化2.主导因子作用（非等价性）：在诸多环境因子中，有一个对生物起决定性作用的生态因子，称为主导因主导因子发生变化会引起其他因子也发生变化如光合作用，春化作用 9/5/202423赤峰学院生命科学系3.直接作用和间接作用：区分生态因子的直接作用和间接作用对认识生物的生长、发育、繁殖及分布都很重要环境中的地形因子，其起伏程度、坡向、坡度、海拔高度及经纬度等对生物的作用不是直接的，但它们能影响光照、温度、雨水等因子的分布，因而对生物产生间接作用，这些地方的光照、温度、水分状况则对生物类型、生长和分布起直接的作用9/5/202424赤峰学院生命科学系4.阶段性作用：由于生物生长发育不同阶段对生态因子的需求不同，因此，生态因子对生物的作用也具阶段性，这种阶段性是由生态环境的规律性变化所造成的光照长短(春化阶段和光周期阶段)，大马哈鱼、鳗鲡的洄游5.不可代替性和补偿作用：环境中各种生态因子对生物的作用虽然不尽相同，但都各具有重要性，尤其是作为主导作用的因子，如果缺少，便会影响生物的正常生长发育，甚至造成其生病或死亡所以从总体上说生态因子是不可代替的，但是局部是能补偿的 。

如软体动物钙和锶 生态因子的补偿作用只能在一定范围内作部分补偿，而不能以一个因子代替另一个因子，且因子之间的补偿作用也不是经常存在的9/5/202425赤峰学院生命科学系四四 生态因子的限制性作用生态因子的限制性作用1 限制因子(limiting factors)¨在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子例如，氧气是水生生物的限制因子）是影响生物生存和发展的关键性因子n限制因子概念的意义¨为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点；¨有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节9/5/202426赤峰学院生命科学系u理解：理解：限制生物生存和繁殖的关键性因子就是限制性因子 ¨当某一因子不能满足生物一生或某一发展阶段的生存需要时，就可成为限制因子 ¨在繁殖期，最容易阻挠和限制生物繁殖的因子可能成为限制因子¨限制因子的确定 ：通过观察、分析、实验相结合的途径 9/5/202427赤峰学院生命科学系2、、 Liebig最小因子定律(Liebig’s law of minimum) ¨ 植物的生长取决于处在最小量状况的食物的 量，这些处于最低量的营养元素称最小因子（（Justus von Liebig, 1840, 德国）。

例子： N:250kg;P:500kg;K:350kg.¨ 两个补充条件（（Odum, 1983）：）：1）严格的稳 定状态；2）因子补偿作用(factor compensation)： 生物在一定程度和范围内，能够减少温度、光、水等生 态因子的限制作用如钙和锶9/5/202428赤峰学院生命科学系 3、、Shelford耐性定律(Shelford’s law of tolerance 1913，，美国)n 生物的存在与繁殖，要依赖于某种综合环境生物的存在与繁殖，要依赖于某种综合环境因子的存在，只要其中一项因子的量因子的存在，只要其中一项因子的量(或质或质)不足不足或过多，超过了某种生物的耐性限度，则使该物或过多，超过了某种生物的耐性限度，则使该物种不能生存，甚至灭绝这一概念被称为种不能生存，甚至灭绝这一概念被称为Shelford耐性定律耐性定律9/5/202429赤峰学院生命科学系n理解概念的要点：¨该定律把最低量因子和最高量因子相结合，任何接近或超过耐性下限或耐性上限的因子都称做限制因子¨生物的耐性限度会因发育时期、季节、环境条件的不同而变化，当一个种生长旺盛时，会提高对一些因子的耐性限度；相反，当遇到不利因子影响它的生长发育时，也会降低对其他因子的耐性限度。

9/5/202430赤峰学院生命科学系影响生物的各因子之间存在明显的相互关联温度和湿度对生物适合度的影响 9/5/202431赤峰学院生命科学系4. 耐受限度耐受限度（（the limits of tolerance））¨ 每一个种只能在环境条件的一定范围内生存和繁殖生物种在其生存范围内，对任一生态因子的需求总有其上限和下限二者间的幅度就是其对该因子的耐受限度（（Ronald Good,1953）） 9/5/202432赤峰学院生命科学系种种群群数数量量数量很低数量很低种群消失种群消失种群消失种群消失数量很低数量很低数量最高数量最高不能耐受区不能耐受区 生理受抑制生理受抑制生理受抑制生理受抑制 不能耐受区不能耐受区最适区最适区 环境梯度环境梯度高高低低耐受性下限耐受性下限耐受性上限耐受性上限生物种的耐受性限度图解生物种的耐受性限度图解（仿（仿Smith,1980））9/5/202433赤峰学院生命科学系n概念的理解要点：¨生物对某些因子的耐受限度可能很宽，对另一些因子的可能很窄，该种的实际分布决定于各种因子的复合一个种的生态幅即适应生境范围的大小是由其生境中的所有生态因子耐性限度的综合决定的。

¨生物的耐受限度会因发育时期、季节、环境条件的不同而变化当生长旺盛时会提高对一些因子的耐受限度；相反，当遇到不利因子影响生物的生长和发育时，也会降低对其他因子的耐性限度 9/5/202434赤峰学院生命科学系5 、生态幅(ecological amplitude) ：物种适应于生境范围的大小在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅 它主要决定于每个种的遗传特性（物种适应于生境范围的大小）n物种的生态幅常取决于它临界期的耐性，如繁殖期自然界中生物种常常不处于最适生境中n生态幅与分布区是生物适应环境的结果，生物的适应是建立在“生物与环境协同进化”这一基本原理上的9/5/202436赤峰学院生命科学系9/5/202437赤峰学院生命科学系6 生物内稳态及耐性限度的调整 （1 ）内稳态（（homeostasis））及其保持机制：n内稳态：即生物控制体内环境使之不随外部环境发生变化的相对稳定的机制n内稳态机制的意义：¨能减少生物对外界条件的依赖性，提高其适应性但仍不能完全摆脱环境的限制¨维持内稳态是生物扩大耐性限度的一种重要机制9/5/202438赤峰学院生命科学系¨内稳态实现的途径：生理过程和行为的调解。

沙漠蜥蜴，大白蚁等¨具有内稳态机制的生物被称为内稳态生物；不具有内稳态机制的生物被称为非内稳态生物它们之间的基本区别：n内稳态生物的耐性范围除取决于体内酶系统的特性外，还有赖于内稳态机制能够发挥作用的范围n非内稳态生物的耐性范围只简单的决定于体内酶系统在什么温度范围内起作用9/5/202439赤峰学院生命科学系9/5/202440赤峰学院生命科学系（2） 耐性限度的驯化 ¨生物借助于驯化过程可适当调整其对某个生态因子的最适生存范围或耐受限度的上、下限若一种生物长期生活在偏离其最适生存范围一侧的环境条件下，会导致该种生物耐受曲线的位置移动，产生一个新的生存范围和最适区域 ¨实验驯化（（Acclimation））：指在实验室条件下诱发的生理补偿机制，一般只需较短的时间¨气候驯化（（Acclimatisation））: 指在自然环境条件下诱发的生理补偿机制，这种变化需要较长的时间9/5/202441赤峰学院生命科学系豹蛙和金鱼的驯化豹蛙和金鱼的驯化9/5/202442赤峰学院生命科学系 7 7 指示生物：通过生物的物候现象反映气候条件n生物在与环境相互作用、协同进化的过程中，每个种都留下了深刻的环境烙印。

因此，常用生物作为指示者，反映环境的某些特征 n生物的指示作用是普遍存在的，但指示生物决不能滥用，因为每个种的指示作用都是相对的，仅在一定的时空范围内起作用，而在另一时空条件下将失去指示意义 9/5/202443赤峰学院生命科学系。