普通生态学——种内与种间关系课件.ppt

1普通生态学普通生态学种内与种间关系种内与种间关系2 1 1 概述概述 2 2 种内关系种内关系 3 3 种间关系种间关系3 1 概述 1.1 种内关系：种内关系：生物种群内部的个体间的相互作用生物种群内部的个体间的相互作用 1.2 种间关系：种间关系：生活于同一生境中的物种间的相互作用生活于同一生境中的物种间的相互作用 1.3 种内、种间相互作用的种类种内、种间相互作用的种类–竞争竞争–捕食、自相残杀捕食、自相残杀–互利共生互利共生–寄生寄生4种间相互作用的基本类型5 2 种内关系 2.1 密度效应密度效应 2.2 性别关系性别关系 2.3 领域性和社会等级领域性和社会等级 2.4 他感作用他感作用6 2.1 密度效应•在一定时间内，当种群的个体数目增加在一定时间内，当种群的个体数目增加时，就必定会出现邻接个体之间的时，就必定会出现邻接个体之间的相互相互影响影响•最后产量衡值法则最后产量衡值法则•-3/2自疏法则自疏法则78最后产量衡值法则•在一定范围内，当条件相同时，不管一个种群在一定范围内，当条件相同时，不管一个种群的密度如何，最后产量差不多总是一样的的密度如何，最后产量差不多总是一样的•Y=Wad=KiY单位面积产量，单位面积产量，Wa植物个体平均重量，植物个体平均重量，d为密度，为密度，Ki常数常数•原因：密度增加时，竞争加强，生长率下降，原因：密度增加时，竞争加强，生长率下降，个体变小个体变小9密度效应10-3/2自疏法则•自疏现象：同一种植物因密度引起的个自疏现象：同一种植物因密度引起的个体死亡体死亡•自疏导致的密度和个体重量的关系：自疏导致的密度和个体重量的关系： W = C d -3/2 双对数曲线斜率为双对数曲线斜率为 -3/2,故称为故称为-3/2自疏自疏法则。

法则11Self-thinning in the rye grass12Regression lines from self-thinning curves for 31 stands of different species of plants13 2.2 性别生态学•内容：性别关系类型、动态及环境因素对性别内容：性别关系类型、动态及环境因素对性别的影响的影响•两性细胞的结合与有性繁殖两性细胞的结合与有性繁殖•性比性比•性选择性选择•植物的性别系统植物的性别系统•动物的婚配制度动物的婚配制度14两性细胞的结合与有性繁殖•有性繁殖的种类有性繁殖的种类–雌雄异体雌雄异体–雌雄同体，异体受精雌雄同体，异体受精–雌雄同体，同体受精雌雄同体，同体受精•有性繁殖和无性繁殖的利弊有性繁殖和无性繁殖的利弊–无性生殖：迅速占领生境、保证遗传的稳定性无性生殖：迅速占领生境、保证遗传的稳定性–有性生殖：产生不同基因型的后代、适应变化的有性生殖：产生不同基因型的后代、适应变化的环境环境–红皇后效应：病原体红皇后效应：病原体-宿主的相互作用宿主的相互作用15性比•雄体雄体:雌体雌体•Fisher氏性比理论：性比趋于氏性比理论：性比趋于1:1•稀少型有利：数量少的性别具有较高的适合度稀少型有利：数量少的性别具有较高的适合度•两性相等投入：便宜的性别具有更多的个体数两性相等投入：便宜的性别具有更多的个体数•局域资源竞争和局域交配竞争局域资源竞争和局域交配竞争16性选择•概念：动物行为、大小、形态等次生性征的差异概念：动物行为、大小、形态等次生性征的差异•性内选择性内选择(配偶竞争配偶竞争)和性间选择和性间选择(对异性的偏爱对异性的偏爱)•让步赛理论：拥有奢侈特征的个体有好的基础让步赛理论：拥有奢侈特征的个体有好的基础•Fisher氏私奔模型：两性同时对选择特征编码，氏私奔模型：两性同时对选择特征编码，遗传遗传17植物的性别系统•雌雄同花雌雄同花(两性花两性花)•同株异花同株异花(单性花单性花)•雌雄异株雌雄异株•原因－环境因素和进化策略原因－环境因素和进化策略(藤露兜树实例藤露兜树实例)18动物的婚配制度•婚配制度婚配制度–群体内婚配制度类型，异性的相互识别，配偶数目，群体内婚配制度类型，异性的相互识别，配偶数目，持续时间，对后代的照顾持续时间，对后代的照顾•婚配制度的类型婚配制度的类型–单配制单配制–一雌多雄制一雌多雄制–一雄多雌制一雄多雌制•环境影响环境影响–环境的资源质量和分布环境的资源质量和分布19 2.3 领域性和社会等级n领域性领域性 (territoriality)q领域：指由个体、家庭或其他社群单位所占据的，并积极保领域：指由个体、家庭或其他社群单位所占据的，并积极保卫不让同种其他成员侵入的空间卫不让同种其他成员侵入的空间q领域行为：鸣叫、气味标志、威胁、直接进攻入侵者领域行为：鸣叫、气味标志、威胁、直接进攻入侵者q领域面积与动物及环境的关系领域面积与动物及环境的关系：体重、食物品质、季节：体重、食物品质、季节n社会等级社会等级 (social hierarchy)q社会等级现象：动物种群中个体的地位具有一定顺序的现象社会等级现象：动物种群中个体的地位具有一定顺序的现象q社会等级的形成：支配行为社会等级的形成：支配行为q社会等级的意义：优胜劣汰社会等级的意义：优胜劣汰n领域性、社会等级和种群调节领域性、社会等级和种群调节q种群数量调节种群数量调节q物种进化物种进化2021 2.4 他感作用•他感作用他感作用 (allelopathy)–植物体通过向体外分泌代谢过程中的化学物质，对植物体通过向体外分泌代谢过程中的化学物质，对其他植物产生直接或间接影响的现象其他植物产生直接或间接影响的现象–存在于种内和种间存在于种内和种间•克生物质克生物质–乙烯、香精油、酚及其衍生物，不饱和内脂、乙烯、香精油、酚及其衍生物，不饱和内脂、 生物生物碱、配糖体等碱、配糖体等•生态意义生态意义–对农林业生产的影响：歇地形象对农林业生产的影响：歇地形象–影响植物群落的种类组成影响植物群落的种类组成–植物群落演替的重要内在因素植物群落演替的重要内在因素22 3 种间关系•种间关系种间关系–指两个或多个不同物种在共同的时间和空间环境中指两个或多个不同物种在共同的时间和空间环境中生活，由于不同物种相互成为环境因子，形成了不生活，由于不同物种相互成为环境因子，形成了不同物种之间的相互作用同物种之间的相互作用•主要研究方向主要研究方向–相互动态：相互作用的不同物种的种群动态相互动态：相互作用的不同物种的种群动态–协同进化：物种在进化上的相互作用协同进化：物种在进化上的相互作用•关系类型关系类型–种间竞争种间竞争–捕食作用捕食作用–寄生和共生寄生和共生23 3.1 种间竞争•高斯假说高斯假说•竞争的类型和特征竞争的类型和特征•Lotka-Volterra模型模型•生态位理论生态位理论•竞争释放和性状替换竞争释放和性状替换•种间竞争与时空异质性种间竞争与时空异质性•概念概念–两种或多种生物因利用两种或多种生物因利用共同资源而产生的使其共同资源而产生的使其受到不良影响的相互关受到不良影响的相互关系称为种间竞争系称为种间竞争•竞争结果竞争结果–一方获胜，另一方被抑一方获胜，另一方被抑制或消灭制或消灭•竞争能力竞争能力–生态习性生态习性–生活型生活型–生态幅度生态幅度24高斯假说(竞争排斥原理)•在一个稳定的环境内，两个以上受资源限制的、但具在一个稳定的环境内，两个以上受资源限制的、但具有相同资源利用方式的物种，不能长期共存在一起有相同资源利用方式的物种，不能长期共存在一起•要求相同资源的两个物种不共存与一个空间要求相同资源的两个物种不共存与一个空间•长期共存在同一地区的两个物种，由于剧烈竞争，他长期共存在同一地区的两个物种，由于剧烈竞争，他们必然会出现栖息地、食物、活动时间或其他特征上们必然会出现栖息地、食物、活动时间或其他特征上的的生态位分化生态位分化25高斯假说Growth curves for Paramecium aurelia and P. caudatumin separate and mixed cultures26星杆藻(Asterionella)和针秆藻(Yynedra)27Resource partitioning28Resource partitioning•Resource partitioning is demonstrated by the feeding habits of five species of North American warblers. Each of these insect-eating species searches for food in different regions of spruce trees.29竞争的类型和特征•种间竞争的类型种间竞争的类型–利用性竞争：通过损耗资源利用性竞争：通过损耗资源–干扰性竞争：竞争个体间直接相互作用干扰性竞争：竞争个体间直接相互作用•种间竞争的特征种间竞争的特征–不对称性不对称性–对不同资源竞争的结果相互影响对不同资源竞争的结果相互影响30Lotka-Volterra模型•假设两个物种，单独生长时增长曲线为逻辑斯假设两个物种，单独生长时增长曲线为逻辑斯蒂模型蒂模型•若将两个物种放在一起，他们发生竞争，从而若将两个物种放在一起，他们发生竞争，从而影响其他种群增长：影响其他种群增长：–假设假设α表示在物种表示在物种1的环境中，每存在一个物种的环境中，每存在一个物种2的的个体，对于物种个体，对于物种1的效应。

的效应 β表示在物种表示在物种2的环境中，的环境中，每存在一个物种每存在一个物种1的个体，对于物种的个体，对于物种2的效应，则有的效应，则有逻辑斯蒂方程逻辑斯蒂方程：：dN1 /dt = r1N1 (1-N1/K1 – αN2/K1) dN2 /dt = r2N2 (1-N2/K2 – βN1/K2））31种间竞争示意图32种间竞争示意图33种间竞争结果•K1>K2/β，，K1/α> K2，物种，物种2被排斥，物种被排斥，物种1取胜取胜•K1K2/β，，K1/αK2，， 稳定的平衡点，两种稳定的平衡点，两种共存共存34生态位理论•生态位生态位 (niche)–指物种在生物群落或生态系统中的地位和角色；在指物种在生物群落或生态系统中的地位和角色；在自然生态系统中一个种群在时间、空间上的位置及自然生态系统中一个种群在时间、空间上的位置及其在相关种群之间的功能关系其在相关种群之间的功能关系(n-维生态位维生态位)–生物生长发育的不同时期生态位不同生物生长发育的不同时期生态位不同•基础生态位和实际生态位基础生态位和实际生态位–基础生态位：物种能栖息的、理论上最大的空间基础生态位：物种能栖息的、理论上最大的空间–实际生态位：物种实际占有的空间实际生态位：物种实际占有的空间•生态位分化生态位分化–资源利用曲线资源利用曲线–生态位重叠导致中间竞争加剧，导致物种灭亡或生态位重叠导致中间竞争加剧，导致物种灭亡或生生态位分离态位分离–极限相似性极限相似性35Three dimensions of the niche36种的生态位37Fig. The process of character displacement(a) individuals of one species that use resources in regions that do not overlap with the other species have a selective advantage.3839竞争释放和性状替换•竞争释放竞争释放 (competitive release)–缺乏竞争者时，物种实际生态位扩张的现象缺乏竞争者时，物种实际生态位扩张的现象–以色列沙鼠以色列沙鼠•性状替换性状替换 (character displacement)–竞争产生的生态位收缩导致形态变化的现象竞争产生的生态位收缩导致形态变化的现象–收获蚁、达尔文雀收获蚁、达尔文雀40种间竞争与时空异质性•环境的空间异质性和时间异质性环境的空间异质性和时间异质性•环境的时空变化对种间、种内竞争的环境的时空变化对种间、种内竞争的影响影响•占有者优势占有者优势41 3.2 捕食作用•相关概念相关概念•捕食者和猎物捕食者和猎物•食草作用食草作用42捕食的相关概念•捕食捕食 (predation)：：生物摄取其他生物个体（猎物）生物摄取其他生物个体（猎物）的全部或部分为食的现象的全部或部分为食的现象•广义的捕食概念：广义的捕食概念：–典型的捕食典型的捕食–食草作用食草作用–寄生和拟寄生寄生和拟寄生–同类相食同类相食•食肉动物、食草动物和杂食动物食肉动物、食草动物和杂食动物•特化种、泛化种；单食者、寡食者特化种、泛化种；单食者、寡食者43捕食者和猎物•捕食者和猎物的协同进化捕食者和猎物的协同进化•Lotka-Volterra 捕食者－猎物模型捕食者－猎物模型•自然界中捕食者对猎物种群数量的影响自然界中捕食者对猎物种群数量的影响44捕食者和猎物的协同进化•捕食者捕食者适于捕食的特征适于捕食的特征：：锐齿、利爪、锐齿、利爪、尖喙、毒牙等工具，诱饵追击、集体围猎尖喙、毒牙等工具，诱饵追击、集体围猎•猎物逃避捕食的对策：猎物逃避捕食的对策：保护色保护色、、警戒色警戒色、、拟态、假死、集体抵御拟态、假死、集体抵御•自然选择对捕食者和猎物的对立选择自然选择对捕食者和猎物的对立选择•精明的捕食者。

精明的捕食者人？人？45捕食者和猎物46.Fig. The American bitten are examples of cryptic coloration47Fig. a white-tailed ptarmigan.Prey adaptations48保护色49警戒色50警戒色51Lotka-Volterra 捕食者－猎物模型•条件：条件：–一种捕食者和一种猎物一种捕食者和一种猎物–捕食者和猎物数量相关捕食者和猎物数量相关–无捕食者时猎物指数增长、无猎物时捕食者指数减无捕食者时猎物指数增长、无猎物时捕食者指数减少少•模型模型dN/dt = r1N-ε PNdP/dt = r2P-θ PN•猎物零增长猎物零增长: r1 N = ε PN 或或 P = r1 / ε•捕食者零增长：捕食者零增长： r2P = θ PN 或或 N = r2 / θ•不论种群起始数量如何，都出现不论种群起始数量如何，都出现猎物和捕食者猎物和捕食者数量交替升降数量交替升降的循环的循环52PREDATOR-PREY RELATIONSHIPS•Population cycles of snowshoe hares and their lynx predators based on the numbers of pelts received by the Hudson Bay Company53PREDATOR-PREY RELATIONSHIPS Out-of-phase fluctuations in laboratory populations of the azuli bean beetle and its braconid wasp predator.54Predator-Prey Relationships55自然界中捕食者对猎物种群数量的影响•两种主要观点两种主要观点–任一捕食者的作用，只占猎物种群死亡率的一小部任一捕食者的作用，只占猎物种群死亡率的一小部分，捕食者仅对猎物种群有微弱影响。

分，捕食者仅对猎物种群有微弱影响 蛇和田鼠蛇和田鼠–捕食者只是利用了猎物种群中超出环境容量的部分捕食者只是利用了猎物种群中超出环境容量的部分个体，对猎物种群大小没有影响雀鹰和大山雀个体，对猎物种群大小没有影响雀鹰和大山雀•捕食者对猎物数量有明显影响的证据捕食者对猎物数量有明显影响的证据–热带岛屿引入捕食者后猎物种群的灭绝热带岛屿引入捕食者后猎物种群的灭绝–原因：无反捕食对策原因：无反捕食对策56食草作用•食草对植物的危害和植物的补偿作用食草对植物的危害和植物的补偿作用–危害：随受损部位、发育阶段的不同而异危害：随受损部位、发育阶段的不同而异–补偿：自然落叶减少、单位光和面积提高、增加种子重量补偿：自然落叶减少、单位光和面积提高、增加种子重量•植物的防卫反应植物的防卫反应–毒性与差的味道；毒性与差的味道；防御结构防御结构：钩、倒钩、刺：钩、倒钩、刺•植物与食草动物的相互动态植物与食草动物的相互动态–放牧系统：植物放牧系统：植物-食草动物相互作用系统食草动物相互作用系统–牧场依靠放牧维持较高的生产力；过度放牧引起草场退化牧场依靠放牧维持较高的生产力；过度放牧引起草场退化•植物和草食动物的协同进化植物和草食动物的协同进化–协同进化是指在进化过程中，一个物种的性状作为另一物种性协同进化是指在进化过程中，一个物种的性状作为另一物种性状的反应而进化，而后一物种的性状本身又作为前一物种性状状的反应而进化，而后一物种的性状本身又作为前一物种性状的反应而进化的现象的反应而进化的现象57植物的防卫措施58 3.3 寄生与共生•寄生寄生•偏利共生偏利共生 •互利共生互利共生59寄生 (parasitism)•寄生的相关概念寄生的相关概念•寄生物与寄主的相互适应与协同进化寄生物与寄主的相互适应与协同进化•寄生物与寄主种群的相互动态寄生物与寄主种群的相互动态•社会性寄生物社会性寄生物60寄生的相关概念•寄生的概念寄生的概念•微寄生物和大寄生物、主要的寄生物微寄生物和大寄生物、主要的寄生物•寄生蠕虫寄生蠕虫和昆虫和昆虫•专性寄生和兼性寄生专性寄生和兼性寄生•拟寄生物拟寄生物•食生物者和食尸动物食生物者和食尸动物61Deformed frog – resulting Deformed frog – resulting from a parasitic infectionfrom a parasitic infectionMicroparasiteMicroparasiteMacroparasiteMacroparasiteParasitism62寄生物与寄主的相互适应与协同进化•寄生物对寄生生活的适应寄生物对寄生生活的适应–感官和神经系统退化感官和神经系统退化–超强的繁殖能力超强的繁殖能力–复杂的生活史：转换寄主复杂的生活史：转换寄主•寄主对疾病的反应寄主对疾病的反应–免疫反应：细胞免疫反应和免疫反应：细胞免疫反应和B-细胞免疫反应细胞免疫反应–行为对策：整理毛、羽，逃离病区行为对策：整理毛、羽，逃离病区–植物和低等动物的反应：非特异性免疫、局部细胞植物和低等动物的反应：非特异性免疫、局部细胞死亡、提前落叶死亡、提前落叶•寄生物与寄主的协同进化寄生物与寄主的协同进化–负作用负作用 → → 减弱减弱 → → 互利共生互利共生63Myxoma 和 欧洲兔•欧欧洲兔洲兔于于1859年引年引进澳洲进澳洲，，随后随后即快速即快速扩散扩散，，过度过度啃啃食，食，显著影响当显著影响当地食草地食草动物动物的草源的草源•澳洲澳洲于于1950年年使使用用Myxoma病毒病毒来来控制澳洲兔控制澳洲兔种群种群•开始使开始使用，用，Myxoma病毒的毒性病毒的毒性极强极强，，数数天內即可天內即可杀杀死宿主死宿主•但是但是经过数经过数年年后后，，Myxoma病毒的毒性病毒的毒性显著显著的下降的下降64寄生物与寄主种群的相互动态•与捕食者与捕食者-猎物的相互作用类似猎物的相互作用类似–寄主密度增加寄主密度增加→寄生物广泛扩散和传播寄生物广泛扩散和传播→寄主种寄主种群因流行病而急剧缩小群因流行病而急剧缩小→寄主提高免疫力寄主提高免疫力→易感易感种群减小、疾病传染力下降种群减小、疾病传染力下降→寄主密度增加寄主密度增加→……•与捕食者与捕食者-猎物种群类似的寄主种群循环猎物种群类似的寄主种群循环–寄主密度增加寄主密度增加→寄生物扩散和传播的机会增加寄生物扩散和传播的机会增加→寄主种群因流行病而缩小寄主种群因流行病而缩小→寄生物种群也随之减寄生物种群也随之减小小→寄主种群上升寄主种群上升→……65社会性寄生物•社会性寄生的概念社会性寄生的概念–寄生者不摄取寄主组织，而是让寄主为其提供食物寄生者不摄取寄主组织，而是让寄主为其提供食物或其他利益或其他利益•鸟类的窝寄生鸟类的窝寄生–种内窝寄生：鸭种内窝寄生：鸭 –种间窝寄生：种间窝寄生：大杜鹃大杜鹃、褐头牛鹂、褐头牛鹂•蚂蚁的社会性寄生蚂蚁的社会性寄生–强迫其他种的工蚁为其饲育幼体强迫其他种的工蚁为其饲育幼体66雌杜鹃通常把蛋下到别的鸟窝里雌杜鹃通常把蛋下到别的鸟窝里 67偏利共生•共生对一方有利、对另一方无害的共生类型共生对一方有利、对另一方无害的共生类型•附附生生植植物物与与被被附附生生植植物物是是一一种种典典型型的的偏偏利利共共生生，，如如地地衣衣、、苔苔藓藓、、某某些些蕨蕨类类以以及及很很多多高高等等的的附附生生植植物物（（如如兰兰花花））附附生生在在树树皮皮上上，，借借助助于于被被附附生生植物支撑自己，获取更多的光照和空间资源植物支撑自己，获取更多的光照和空间资源68互利共生•互互利利共共生生的的概概念念：：两两物物种种相相互互有有利利的的共共居居关关系系，，彼彼此此间间有有直直接接的的营营养养物物质质的的交交流流，，相相互互依依赖赖、、相互储存、双方获利相互储存、双方获利•互利共生的类型：互利共生的类型：–共共生生性性与与非非共共生生性性互互利利共共生生：：植植物物与与菌菌根根、、根根瘤瘤菌菌，，植物与植物与昆虫昆虫、清洁鱼与顾客鱼、清洁鱼与顾客鱼–专专性性与与兼兼性性互互利利共共生生：：地地衣衣、、珊珊瑚瑚，，植植物物与与固固氮氮菌菌、、有花植物与动物有花植物与动物–防御性互利共生：黑麦草与麦角真菌、植物与蚂蚁防御性互利共生：黑麦草与麦角真菌、植物与蚂蚁–动物体内的共生性互利共生：肠道菌群动物体内的共生性互利共生：肠道菌群•互利共生和进化互利共生和进化–互互利利共共生生可可能能来来源源于于寄寄生生物物-寄寄主主、、捕捕食食者者-猎猎物物关关系或其他共栖者系或其他共栖者–真真核核细细胞胞来来源源于于原原核核共共生生体体 ：： 叶叶绿绿体体、、线线粒粒体体来来自原核生物自原核生物69互利共生的不同类型•行为上互利共生：鼓虾与丝缎虎行为上互利共生：鼓虾与丝缎虎•种植和饲养的互利共生：切叶蚁与真菌种植和饲养的互利共生：切叶蚁与真菌•传粉、传播种子动物与植物的互利共生传粉、传播种子动物与植物的互利共生•高等植物与真菌高等植物与真菌-菌根的互利共生菌根的互利共生•防御性互利共生：黑麦草与麦角真菌防御性互利共生：黑麦草与麦角真菌•生活在动物组织或细胞内的共生体：白蚁生活在动物组织或细胞内的共生体：白蚁与鞭毛虫与鞭毛虫70针叶树的根瘤菌•左左边边的的沒沒有有根根瘤瘤菌菌共共生生•右右边边的的有有根根瘤瘤菌菌共共生生71Mutualism The plants of the genus Yucca are each pollinated exclusively by one species of yucca moth. This insect cannot complete its life cycle with any other plant. Therefore each species mutually benefits one another72Thank you!。