《生態(tài)與環(huán)境》配套PPT電子課件,生態(tài)與環(huán)境,生態(tài),環(huán)境,配套,PPT,電子,課件 第第7講講 種群的特征與增長種群的特征與增長 沈沈 顯顯 生生 中國科學技術大學生命科學學院中國科學技術大學生命科學學院主要內容主要內容一、一、PopulationPopulation概念概念二、種群的三大基本特征二、種群的三大基本特征三、種群的增長規(guī)律與調節(jié)三、種群的增長規(guī)律與調節(jié)一、一、PopulationPopulation概念概念種群（種群（population）或稱居群，是指在特定時間內分布）或稱居群，是指在特定時間內分布在一定空間范圍內、可自由交流基因的同一物種所有在一定空間范圍內、可自由交流基因的同一物種所有個體的集群。它是介于生物個體與生物群落之間的一個體的集群。它是介于生物個體與生物群落之間的一個客觀存在的生物學基本單位，具有自己獨特的結構個客觀存在的生物學基本單位，具有自己獨特的結構組成、生物學特征和功能。組成、生物學特征和功能。物種是一個分類學單元，是一個遺傳繁殖單元。物種是一個分類學單元，是一個遺傳繁殖單元。種群是種群是物種生存物種生存、物種進化物種進化和和種間關系種間關系的基本單元。的基本單元。種群生物（態(tài)）學的歷史種群生物（態(tài)）學的歷史17981798年，年，MalthusMalthus的的“人口論人口論”：一個種群的：一個種群的大小，或者個體數(shù)目的多少，不僅取決于本大小，或者個體數(shù)目的多少，不僅取決于本身的生物學特性和繁殖能力，更依賴于其必身的生物學特性和繁殖能力，更依賴于其必要的自然資源或生存空間所允許的限度。要的自然資源或生存空間所允許的限度。MalthusMalthus在人口論中指出了種群態(tài)學的基本原在人口論中指出了種群態(tài)學的基本原理。理。解放后，馬寅初翻譯了解放后，馬寅初翻譯了人口論人口論。二、種群的三大基本特征二、種群的三大基本特征1 1、數(shù)量特征、數(shù)量特征2 2、空間特征、空間特征3 3、遺傳特征、遺傳特征1、數(shù)量特征、數(shù)量特征數(shù)量大小數(shù)量大小數(shù)量變動數(shù)量變動最適宜的種群大小最適宜的種群大小種群暴發(fā)種群暴發(fā)種群絕滅種群絕滅環(huán)境要求的最小種群環(huán)境要求的最小種群2005.8.22 2005.8.22 安徽安徽 肥西肥西阿利氏定律阿利氏定律每個種群都有一個最適合大小的種群數(shù)每個種群都有一個最適合大小的種群數(shù)量，過大或過小，都不利于種群的發(fā)展。量，過大或過小，都不利于種群的發(fā)展。過大容易失控；過小交配機會太少過大容易失控；過小交配機會太少性比性比（sex ratio）種群中雌性個體與雄性個體種群中雌性個體與雄性個體比例參數(shù)。比例參數(shù)。動物的性比有動物的性比有：第第1性比性比受精卵的性比受精卵的性比第第2性比性比幼體到性成熟時的性比幼體到性成熟時的性比第第3性比性比充分成熟的個體的性比充分成熟的個體的性比種群數(shù)量統(tǒng)計：出生率、死亡率、遷種群數(shù)量統(tǒng)計：出生率、死亡率、遷入、遷出入、遷出動物的性比動物的性比人類的性比人類的性比第第1 1性比性比配子配子(精子精子)的性比的性比 X:Y 100X:Y 100：100100第第2 2性比性比受精卵的性比受精卵的性比 105105：100100第第3 3性比性比嬰兒的性比嬰兒的性比 106106：100100（我國第（我國第4 4次人口次人口普查，普查，100:116.9100:116.9）n人口的結構和增長人口的結構和增長 人口的年齡結構分析也可以幫助我們預測不同國家未來人口增長的趨勢。老齡化使中國人群疾病譜發(fā)生改變老齡化使中國人群疾病譜發(fā)生改變中國已進入了老齡化社會中國已進入了老齡化社會種群統(tǒng)計中的生命表種群統(tǒng)計中的生命表生命表（生命表（life tablelife table）是描述死亡過程的有用）是描述死亡過程的有用工具。生命表開始出現(xiàn)在人口統(tǒng)計學，至今在工具。生命表開始出現(xiàn)在人口統(tǒng)計學，至今在生態(tài)學上已廣泛應用。有關人的生命表文獻很生態(tài)學上已廣泛應用。有關人的生命表文獻很多，但動、植物的生命表較少。生命表能綜合多，但動、植物的生命表較少。生命表能綜合判斷種群數(shù)量變化，也能反映出從出生到死亡判斷種群數(shù)量變化，也能反映出從出生到死亡的動態(tài)關系。的動態(tài)關系。生命表的種類生命表的種類動態(tài)生命表動態(tài)生命表是根據(jù)觀察一群同時出生的生物之死亡是根據(jù)觀察一群同時出生的生物之死亡或存活動態(tài)過程所獲得的數(shù)據(jù)編制而成，又稱同齡或存活動態(tài)過程所獲得的數(shù)據(jù)編制而成，又稱同齡群生命表、水平生命表或稱特定年齡生命表。群生命表、水平生命表或稱特定年齡生命表。靜態(tài)生命表靜態(tài)生命表是根據(jù)某個種群在特定時間內的年齡結是根據(jù)某個種群在特定時間內的年齡結構而編制的。它又稱為特定時間生命表，或垂直生構而編制的。它又稱為特定時間生命表，或垂直生命表。命表。例如：藤壺（Belanus glandula）的生命表：以康內爾（以康內爾（Conell，1970）對藤壺（）對藤壺（Belanus glandula）的調）的調查資料為例，說明生命表的編制方法。查資料為例，說明生命表的編制方法。1959年出生的藤壺幼蟲，年出生的藤壺幼蟲，在在1、2個月后就固著于巖石上，在此以后，逐年調查其個體數(shù)利個月后就固著于巖石上，在此以后，逐年調查其個體數(shù)利用所得數(shù)據(jù)編制成生命表。這些藤壺到用所得數(shù)據(jù)編制成生命表。這些藤壺到1968年全部死光。年全部死光。生命表這些符號的生態(tài)學生命表這些符號的生態(tài)學 含義如下：含義如下：x=按年齡分段；按年齡分段；nx=在在x期開始時存活數(shù)目；期開始時存活數(shù)目；lx=在在x期開始時存活的分數(shù)；期開始時存活的分數(shù)；dx=從從x到到x+1 期的死亡數(shù)目；期的死亡數(shù)目；qx=從從x到到x1期的死亡率；期的死亡率；Lx=(nx+nx+1)/2 平均存活數(shù)；平均存活數(shù)；kx=lgnx-lgnx+1 為消失率，或稱死亡效應數(shù)；為消失率，或稱死亡效應數(shù)；exx期開始時的平均生命期望或平均余年。期開始時的平均生命期望或平均余年。生命期望的計算生命期望的計算Tx/nxLx2、空間特征、空間特征分布式樣分布式樣生物學特征與分布式樣生物學特征與分布式樣單體生物與構件生物（植物種群和少數(shù)動單體生物與構件生物（植物種群和少數(shù)動物具有個體的遺傳單位和個體之上的構件物具有個體的遺傳單位和個體之上的構件單位單位草莓、竹子、水螅）草莓、竹子、水螅）生態(tài)環(huán)境資源的利用譜生態(tài)環(huán)境資源的利用譜種群空間分布類型種群空間分布類型S2=(x-m)2/(n-1)n樣方數(shù)；x每樣方的個體數(shù)；m各樣方的平均數(shù)S2=0或1 均勻型S2 m 集群型S2 m 隨機型空間環(huán)境差異導致生態(tài)型空間環(huán)境差異導致生態(tài)型生態(tài)型生態(tài)型一個物種的一群個體對某一特定生境發(fā)生基一個物種的一群個體對某一特定生境發(fā)生基因型反應而產(chǎn)生新的遺傳類群。因型反應而產(chǎn)生新的遺傳類群。表現(xiàn)形式：（表現(xiàn)形式：（1）廣布種在形態(tài)學和生理學特征上表現(xiàn)）廣布種在形態(tài)學和生理學特征上表現(xiàn)出空間的差異；（出空間的差異；（2）種內的差異與特定的環(huán)境相聯(lián)系；）種內的差異與特定的環(huán)境相聯(lián)系；（3）形態(tài)學上的變異是有遺傳學基礎的。）形態(tài)學上的變異是有遺傳學基礎的。生態(tài)型生態(tài)型是生態(tài)適應，對環(huán)境的反應，可以有形態(tài)差異，是生態(tài)適應，對環(huán)境的反應，可以有形態(tài)差異，也可沒有形態(tài)差異，是生態(tài)學概念。也可沒有形態(tài)差異，是生態(tài)學概念。亞種亞種是形態(tài)、地理、歷史的分類學概念，有地理隔離是形態(tài)、地理、歷史的分類學概念，有地理隔離和形態(tài)學上的區(qū)別。和形態(tài)學上的區(qū)別。例如：稻的生態(tài)型例如：稻的生態(tài)型水分生態(tài)型：水稻；旱稻水分生態(tài)型：水稻；旱稻溫度生態(tài)型：秈稻；粳稻溫度生態(tài)型：秈稻；粳稻光照生態(tài)型：早稻；中稻；晚稻光照生態(tài)型：早稻；中稻；晚稻地理變異與地理亞種地理變異與地理亞種地理變異（地理變異（geographical variationgeographical variation）廣布種的形態(tài)、廣布種的形態(tài)、生理、行為和生態(tài)習性，往往在不同地區(qū)或不同種群間生理、行為和生態(tài)習性，往往在不同地區(qū)或不同種群間有顯著差異。例如，有顯著差異。例如，BergmanBergman定律，定律，AllenAllen定律。定律。地理亞種（地理亞種（geographical subspeciesgeographical subspecies）環(huán)境選擇壓力環(huán)境選擇壓力的變化有時是的變化有時是連續(xù)的連續(xù)的，有時是，有時是不連續(xù)的不連續(xù)的，生物對這種選，生物對這種選擇壓力的生態(tài)適應也有擇壓力的生態(tài)適應也有2 2類，前者是類，前者是漸變群漸變群，而后者則，而后者則是是地理亞種地理亞種。3、遺傳特征、遺傳特征遺傳結構遺傳結構基因頻率；基因型頻率基因頻率；基因型頻率哈迪哈迪-魏伯格定律魏伯格定律遺傳漂變遺傳漂變瓶頸效應瓶頸效應奠基者效應奠基者效應群體遺傳學的研究范疇群體遺傳學的研究范疇Population biology=popul.ecology+popul.genetics基因庫基因庫指種群中所有個體的全部基因的總和。指種群中所有個體的全部基因的總和?；蝾l率基因頻率種群中某等位基因的其中一個基因數(shù)，種群中某等位基因的其中一個基因數(shù)，占該等位基因總數(shù)的百分比。占該等位基因總數(shù)的百分比。a/(a+A）,A/(a+A)基因型頻率基因型頻率在種群某等位基因的所有基因型中，在種群某等位基因的所有基因型中，其中一個基因型個體數(shù)，占總個體數(shù)的百分比。其中一個基因型個體數(shù)，占總個體數(shù)的百分比。Aa/(aa+AA+aA)aa/(aa+AA+aA)AA/(aa+AA+aA)Hardy-Weinberg lawHardy-Weinberg law哈迪哈迪-魏伯格定律魏伯格定律Hardy-Weinberg 1908:在一個足夠大的種群里，自在一個足夠大的種群里，自由交配，沒有干擾，那么，由交配，沒有干擾，那么，基因基因頻率頻率和和基因型基因型頻率頻率在在各代中始終保持不變。（即種群遺傳平衡）各代中始終保持不變。（即種群遺傳平衡）例如：1對顯隱性基因（A,a）3個基因型的頻率(AA,Aa,aa)(D+H+R)2=D2+H2+R2+2DH+2DR+2HR=1AA Aa aa請看例子請看例子當顯性基因A頻率0.7,隱性基因a頻率0.3則：（0.7+0.3）2=0.70.7+20.70.3+0.30.3 =0.49+0.42+0.09=1基因型頻率AA=49%,Aa=42%,aa=9%則：（0.49+0.42+0.09）2=0.490.49+0.420.42+0.090.09+20.490.42+20.490.09+20.420.09=1 遺傳漂變（genetic drift）在較小的種群中，遺傳結構很可能發(fā)生偶然變化，使得某基因或基因型從種群中消失，導致基因頻率發(fā)生隨機增減的現(xiàn)象。變變異異是是自自然然選選擇擇的的基基礎礎如如果果生生物物個個體體在在形形態(tài)態(tài)、生生理理、行行為為上上沒沒有有區(qū)區(qū)別別，也也就就沒沒有有存存活活能能力和生育能力的差別，自然選擇沒有基礎。力和生育能力的差別，自然選擇沒有基礎。遺傳漂變遺傳漂變也可能恢復奠基者效應可能絕滅奠奠基基者者事事件件瓶瓶頸頸效效應應南非白人的舞蹈病是奠基者事件三、種群的增長規(guī)律與調節(jié)三、種群的增長規(guī)律與調節(jié)植物的繁殖植物的繁殖營養(yǎng)繁殖、無性生殖、營養(yǎng)繁殖、無性生殖、有性生殖。有性生殖。動物的繁殖動物的繁殖營養(yǎng)繁殖、孤雌生殖營養(yǎng)繁殖、孤雌生殖（無性生殖）、卵生、卵胎生、胎生。（無性生殖）、卵生、卵胎生、胎生。（一）種群增長的規(guī)律（一）種群增長的規(guī)律 在沒有限制的指數(shù)增長中，增長速度（G）與個體數(shù)量（N）成正比，也就是說，個體數(shù)量越大，增長速度越快。指數(shù)增長模型只是一種理想的狀態(tài)l指數(shù)增長模型指數(shù)增長模型1920年，霍普金斯大學的年，霍普金斯大學的R.Pearl發(fā)表了發(fā)表了“論論1790年以來年以來美國人口增長率及其數(shù)學表述美國人口增長率及其數(shù)學表述”論文，具體分析論文，具體分析1790-1910年的人口發(fā)展狀況，提出了指數(shù)增長率的變化肯定與種群年的人口發(fā)展狀況，提出了指數(shù)增長率的變化肯定與種群大小有關，指數(shù)增長方程中的大小有關，指數(shù)增長方程中的r值將隨值將隨N增加而下降。增加而下降。r=r0(1-N/K)r0是指種群很小時（接近于零）的指數(shù)增長率是指種群很小時（接近于零）的指數(shù)增長率 dN/dt=r0 N(1-N/K)17901910種種群群大大小小增增長長率率1838年，數(shù)學生物學家年，數(shù)學生物學家Pierre-Francois Verhulst提提出了著名的人口增長模型出了著名的人口增長模型邏輯斯蒂方程。邏輯斯蒂方程。在細菌實際增長的曲線中分為3段：最初起始階段，個體數(shù)量的增長在加速；對數(shù)增長階段；減速階段。種群生長限制因子、環(huán)境限制因子在在指數(shù)增長方程中加入環(huán)境容納量指數(shù)增長方程中加入環(huán)境容納量指數(shù)增長方程中加入環(huán)境容納量指數(shù)增長方程中加入環(huán)境容納量KK邏輯斯蒂增長模型NK 種群數(shù)量下降NK 種群數(shù)量上升N=K 種群數(shù)量不變（二）種群數(shù)量的調節(jié)（二）種群數(shù)量的調節(jié)種群數(shù)量的變動因素來自種群數(shù)量的變動因素來自外因外因和和內因內因。外源性調節(jié)理論外源性調節(jié)理論 非密度制約的氣候學說非密度制約的氣候學說（例子：玫瑰花上的薊馬）（例子：玫瑰花上的薊馬）密度制約的生物學派密度制約的生物學派（例子：田鼠）（例子：田鼠）內源性調節(jié)理論內源性調節(jié)理論（1）社會性交互作用調節(jié)學說（社群等級，領域性等）社會性交互作用調節(jié)學說（社群等級，領域性等行為，使資源合理分配，排除一些個體，種群穩(wěn)定。）行為，使資源合理分配，排除一些個體，種群穩(wěn)定。）（2）病理效應調節(jié)學說（種群上升，個體壓力大，代）病理效應調節(jié)學說（種群上升，個體壓力大，代謝紊亂，器官病變多，死亡增加。）謝紊亂，器官病變多，死亡增加。）（3）遺傳調節(jié)學說（環(huán)境寬松時，變異增加，弱個體）遺傳調節(jié)學說（環(huán)境寬松時，變異增加，弱個體存活；環(huán)境正常，選擇加大，淘汰弱個體。）存活；環(huán)境正常，選擇加大，淘汰弱個體。）內源性理論特征：調節(jié)是物種對環(huán)境的適應性反映；強內源性理論特征：調節(jié)是物種對環(huán)境的適應性反映；強調個體間的差異對種群的作用；種群的初級參數(shù)是受密調個體間的差異對種群的作用；種群的初級參數(shù)是受密度制約的。度制約的。