环境生态学第二章适应ppt课件

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1、Key NotesFitness is a measure of the ability of an individual to produce viable offspring and contribute to future generationsIndividuals vary in their relative fitness,and this variation is due partly to genetic differences among individuals and partly to environmental influences.FitessB1 顺应 要 点适宜度

2、适宜度适宜度是个体消费能存活后代、并能对未适宜度是个体消费能存活后代、并能对未来世代有奉献的才干的目的。来世代有奉献的才干的目的。个体的相对适宜度是有变化的，这种变化个体的相对适宜度是有变化的，这种变化部分决议于个体的遗传区别，部分决议于部分决议于个体的遗传区别，部分决议于环境的影响。环境的影响。The individuals in a species which have the highest fitness will contribute disproportionately to the subsequent generationsIf fitness differences have

3、 a genetic component，then the genetic makeup of the subsequent generations will be alteredThis process is known as natural selection on survival of the fittestNatural selection自然选择自然选择种中具有最高适宜度的个体将会种中具有最高适宜度的个体将会对未来世代作出特别高的奉献。对未来世代作出特别高的奉献。假设适宜度的差别含有遗传的成假设适宜度的差别含有遗传的成分，那么后代的遗传组成会有改分，那么后代的遗传组成会有改动。动。

4、这个过程称为自然选择或这个过程称为自然选择或“最适最适者生存。者生存。拉马克的获得性遗传学说用进废退获得性遗传达尔文的自然选择学说生物变异自然选择新种构成Any heritable trait possessed by an organism which aids survival or reproduction is an adaptationSuch traits may be physiological，morphological or behavioralAdaptation is the result of natural selection.Adaptation顺应顺应有机体所具有

5、的有助于生存和生殖的任有机体所具有的有助于生存和生殖的任何可遗传特征都是顺应。顺应性特征可何可遗传特征都是顺应。顺应性特征可以是生理的或行为的。顺应是自然选择以是生理的或行为的。顺应是自然选择的结果。的结果。顺应顺应顺应(adapatation)(adapatation)：生物对环境压力的调整过程。分基：生物对环境压力的调整过程。分基因型顺应和表型顺应两类，后者又包括可逆顺应和不可逆因型顺应和表型顺应两类，后者又包括可逆顺应和不可逆顺应。如桦尺蠖在污染地域的色型变化。顺应。如桦尺蠖在污染地域的色型变化。顺应方式形状、生理顺应方式形状、生理 、行为的顺应、行为的顺应 ：形状顺应：维护、维护色、警

6、戒色与拟态形状顺应：维护、维护色、警戒色与拟态行为顺应：运动、繁衍、迁移和迁徙、防御和抗敌行为顺应：运动、繁衍、迁移和迁徙、防御和抗敌生理顺应：生物钟、休眠、生理生化变化生理顺应：生物钟、休眠、生理生化变化营养顺应：食性的泛化与特化营养顺应：食性的泛化与特化顺应组合顺应组合(adaptive suites):(adaptive suites):生物对非生物环境条件表现生物对非生物环境条件表现出一整套协同的顺应特性，称顺应组合。如骆驼和仙人掌出一整套协同的顺应特性，称顺应组合。如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的顺应。对炎热干旱环境的顺应。趋同顺应和趋异顺应趋同顺应和趋异顺应动物的维护色、警戒色与拟态

7、A 树皮纺织娘树皮纺织娘(Bark katydid)B 枭蝶枭蝶(Owl butterfly)C 枯叶蝶枯叶蝶 (Leaflike insect(Anaea)D 捕食花螳螂捕食花螳螂 (Predatory flower mantis)E 蛙鱼蛙鱼(Frog fish)ABDEC趋同顺应和趋异顺应1 1趋同顺应生活型趋同顺应生活型趋同顺应趋同顺应convergent adaptationconvergent adaptation:是指亲缘关系相是指亲缘关系相当疏远的生物，由于长期生活在一样或类似的环境条件下，当疏远的生物，由于长期生活在一样或类似的环境条件下，经过变异、选择和顺应，在形状、生理、

8、发育以及顺应方经过变异、选择和顺应，在形状、生理、发育以及顺应方式和途径等方面表现出类似性的景象。式和途径等方面表现出类似性的景象。蝙蝠属哺乳动物，但它与大多数鸟类一样经过飞行来捕捉蝙蝠属哺乳动物，但它与大多数鸟类一样经过飞行来捕捉空中的昆虫，它的前肢不同与普通的兽类，而形同于鸟类空中的昆虫，它的前肢不同与普通的兽类，而形同于鸟类的翅膀，顺应于飞行活动；的翅膀，顺应于飞行活动；鲸、海豚、海狮均属哺乳动物，但由于长期生活在水环境鲸、海豚、海狮均属哺乳动物，但由于长期生活在水环境中，体形呈纺锤形，它们的前肢也发育成类似鱼类的胸中，体形呈纺锤形，它们的前肢也发育成类似鱼类的胸鳍。鳍。植物中的趋同景象

9、如生活在沙漠中的仙人掌科植物、大戟植物中的趋同景象如生活在沙漠中的仙人掌科植物、大戟科的霸王鞭以及菊科的仙人笔等，分属不同类群的植物，科的霸王鞭以及菊科的仙人笔等，分属不同类群的植物，但都以肉质化的茎、叶子退化呈刺状来顺应干旱生境。但都以肉质化的茎、叶子退化呈刺状来顺应干旱生境。2 2趋异顺应生态型趋异顺应生态型趋异顺应趋异顺应divergence adaptationdivergence adaptation是指亲缘关系相近的同种生物，是指亲缘关系相近的同种生物，长期生活在不同的环境条件下，构成了不同的形状构造、生理特性、长期生活在不同的环境条件下，构成了不同的形状构造、生理特性、顺应方式和

10、途径等。趋异顺应的结果是使同一类群的生物产生多样化，顺应方式和途径等。趋异顺应的结果是使同一类群的生物产生多样化，以占据和顺应不同的空间，减少竞争，充分利用环境资源。以占据和顺应不同的空间，减少竞争，充分利用环境资源。植物生态型是与生活型相对应的一个概念，是指同种生物内顺应于不植物生态型是与生活型相对应的一个概念，是指同种生物内顺应于不同生态条件或区域的不同类群，它们的差别是源于基因的差别，是可同生态条件或区域的不同类群，它们的差别是源于基因的差别，是可遗传的。根据引起生态型分化的主导要素，可把生态型划分为气候生遗传的。根据引起生态型分化的主导要素，可把生态型划分为气候生态型、土壤生态型和生物

11、生态型等。态型、土壤生态型和生物生态型等。The genotype is the genetic composition of an individual.The phenotype is the individual organism，a product of the interaction between its genotype and its environmentThe ability of the phenotype to vary due to environmental influences on its genotype is known as phenotypic plas

12、ticity(e.ghuman suntan,wind-shaped plants,locust morph(solitary or migratory)Genotype and phenotype基因型和表基因型和表型型基因型是个体的遗传组成。表型是各个基因型是个体的遗传组成。表型是各个有机体，它是基因型与环境的相互作用有机体，它是基因型与环境的相互作用的产物。由于环境对基因型的影响，表的产物。由于环境对基因型的影响，表型发生变化的才干叫做表型可塑性型发生变化的才干叫做表型可塑性(如人如人的晒黑、风造形的植物、蝗虫的单生或的晒黑、风造形的植物、蝗虫的单生或群居型群居型)。请思索自然界中，生物

13、的顺应都是不断进化的结果。那么，自然界的物种能否都是单独进化的？生物的协同进化生物的协同进化co-evolution协同进化的定义一个物种的性状作为对另一物种性状的反响而进化，而后一物种的这一性状本身又作为前一物种性状的反响而进化，这种方式称-。“协同意味着非敌对，关系弱化两方面的进化速度不同不对称进化捕食者难以专化避稀效应活命-饱餐原理捕食者密度低，近亲繁衍较多捕食者繁衍速度慢寄生者进化速度快知识补充知识补充Key NotesVariable environmental factors which organisms respond to are conditionsExamples inc

14、lude temperature，acidity and salinityConditions are not depletablethey are not used up or consumed by an organismConditionsB2 应付环境变异 要 点引起有机体对其反响的、可变的环引起有机体对其反响的、可变的环境因子是条件境因子是条件(conditions)，例如，例如温度、酸度和盐度。条件是不能够温度、酸度和盐度。条件是不能够被减少的被减少的它不能被有机它不能被有机体用掉或耗费掉。体用掉或耗费掉。条件条件Anything which the organism uses u

15、p or depletes is a resource for that organism.Thus，nectar is a resource for honey bees，and light is a resource for all green plantsResources有机体耗费的任何东西，对该有机体而有机体耗费的任何东西，对该有机体而言，就是资源。例如，蜜是蜜蜂的资源，言，就是资源。例如，蜜是蜜蜂的资源，光是一切绿色植物的资源。光是一切绿色植物的资源。资源资源Most organisms have to cope with a continually changing extern

16、al environment over a range of timescalesSome environmental factors may change oVer seconds or minutes(e.gsunlight intensity when there is patchy cloud)whilst others.may change daily or seasonally or over a much longer period(e.gglaciation cycles)Environmental variation大多数有机体都必需应付在一定时间尺大多数有机体都必需应付在一

17、定时间尺度范围内不断变化着的外界环境。某些度范围内不断变化着的外界环境。某些环境因子的变化以秒或分计环境因子的变化以秒或分计(如当有云块如当有云块时的阳光强度时的阳光强度)，另一些因子的变化以日，另一些因子的变化以日或季计，甚至更长更长的时期或季计，甚至更长更长的时期(如冰河周如冰河周期期)。环境变异环境变异Biological cells cannot function with a wildly fluctuating environment and orgamsms therefore take steps to limit their internal variationInterna

18、l regulation内调理内调理生物细胞不能够在猛烈的变动环境中运生物细胞不能够在猛烈的变动环境中运转，因此，有机体要采取行动以限制其转，因此，有机体要采取行动以限制其内环境的变异性。内环境的变异性。The maintenance of a relatively constant internal environment by an organism a variable external environment is called homeostasisAll organisms adopt a degree of homeostatic control，but，as a rule，la

19、rge organisms are more decoupled from their external environment than small onesHomeostasis稳态稳态有机体在可变动的外部环境中维持一个有机体在可变动的外部环境中维持一个相对恒定的内部环境，称为稳态相对恒定的内部环境，称为稳态(homeostasis)。一切有机体都采取一定。一切有机体都采取一定程度的稳态控制，但是普通地说，大型程度的稳态控制，但是普通地说，大型有机体比小型的更易从其外部环境中退有机体比小型的更易从其外部环境中退耦耦(decouple)。Most biological homeostatic

20、 mechanisms act in a broadly similar way,if thecurrent internal level of a factor(e.gtemperature or osmolarity)is too high,the mechanism will reduce it,if the level is too low the mechanism will increase it.This process,by which the response is opposite to the signal，is known asnegative feedbackNega

21、tive feedback负反响负反响大多数生物的稳态机制以大致一样的方大多数生物的稳态机制以大致一样的方式起作用：假设一个因子的内部程度式起作用：假设一个因子的内部程度(如如温度或浸透性温度或浸透性)太高，该机制将减少它；太高，该机制将减少它；假设程度太低，就提高它。这个过程叫假设程度太低，就提高它。这个过程叫做负反响。负反响反响的方向与信号的做负反响。负反响反响的方向与信号的相反。相反。Organisms can cope with variation in their external environment(though different species may differ mar

22、kedly)The upper and lower extremes ofenvironmental conditions which members of a species can survive are the speciesLimits of toleranceUsually，growth will not occur at these extremes but in a narrower range of conditions，and fitness wiu be greatest only for a yet narrower optimal rangeTolerance耐受性耐受

23、性有机体可以应付其外部环境的变化有机体可以应付其外部环境的变化(虽然虽然不同物种表现很不一样不同物种表现很不一样)。种的成员可以。种的成员可以生存的环境条件上限和下限是种的耐受生存的环境条件上限和下限是种的耐受限制。在此极端条件下通常不出现生长，限制。在此极端条件下通常不出现生长，但在条件更狭窄的范围内能生长，而适但在条件更狭窄的范围内能生长，而适宜度最大只能出如今更窄的最适范围内。宜度最大只能出如今更窄的最适范围内。谢而福特耐受定律“耐受性定律耐受性定律(Shelfords law of tolerance)(V.E.Shelford,1913，美国，美国)每种生物对一种生态因子都有一个耐受

24、范围，每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围，即一个生态学上的最低点和一个生态学上的即一个生态学上的最低点和一个生态学上的最高点，在最高点和最低点之间的范围就称最高点，在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅为生态幅(ecological amplitude)或生态价或生态价(ecological valence)。生物对生态因子的耐受限制“最小因子定律最小因子定律(Liebig(Liebigs s law of minimum)law of minimum)植物的生长取决于那些处于最低量植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营的营养元素，这些处于最低量的营养元素称最小因子养

25、元素称最小因子Justus von Justus von Liebig,1840,Liebig,1840,德国德国 。相关链接生态因子作用的特点综合性综合性:非等价性主导因子作用非等价性主导因子作用直接性和间接性直接性和间接性限定性因子作用的阶段性限定性因子作用的阶段性生态因子的不可替代性和互补性生态因子的不可替代性和互补性知识拓展知识拓展一综协作用一综协作用 生态因子之间相互影响、相互作用、生态因子之间相互影响、相互作用、相互制约，任何一因子的变化都会相互制约，任何一因子的变化都会在不同程度上引起其它因子的变化。在不同程度上引起其它因子的变化。例如：水体温度与溶解氧的关系例如：水体温度与溶解

26、氧的关系 温度（）淡水（ml/L）海水（ml/L）0 10.29 7.97 10 8.02 6.35 15 7.22 5.79 20 6.57 5.31 30 5.57 4.46 二主导因子作用非等价性二主导因子作用非等价性主导因子主导因子(dominant factor)(dominant factor)：在诸多的环：在诸多的环境因子中，有一个对生物起决议性作用境因子中，有一个对生物起决议性作用的生态因子。的生态因子。对生物起作用的诸多因子是非等价的，其对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中有中有1 12 2个是起主要作用的主导因子。个是起主要作用的主导因子。主导因子的改动常会引起其他生态因

27、子主导因子的改动常会引起其他生态因子发生明显变化或使生物的生长发育发生发生明显变化或使生物的生长发育发生明显变化，如光周期景象中的日照时间明显变化，如光周期景象中的日照时间和植物春化阶段的低温因子就是主导因和植物春化阶段的低温因子就是主导因子。子。三直接作用和间接作用三直接作用和间接作用环境中的地形因子，它的坡度、坡向、环境中的地形因子，它的坡度、坡向、坡位、海拔高度等对生物的作用不坡位、海拔高度等对生物的作用不是直接的，但他们能影响光照、温是直接的，但他们能影响光照、温度、水分等因子的分布，因此对生度、水分等因子的分布，因此对生物产生间接作用，这些地方的光照、物产生间接作用，这些地方的光照、

28、温度、水分情况那么对生物类型、温度、水分情况那么对生物类型、生长和分布起直接作用。生长和分布起直接作用。四阶段性作用四阶段性作用生物在生长发育的不同阶段往往需求不同生物在生长发育的不同阶段往往需求不同的生态因子或生态因子的不同强度。例的生态因子或生态因子的不同强度。例如低温对冬小麦的春化阶段是必不可少如低温对冬小麦的春化阶段是必不可少的，但在其后的生长阶段那么是有害的。的，但在其后的生长阶段那么是有害的。如大马哈鱼生活在海洋中，生殖季节回游如大马哈鱼生活在海洋中，生殖季节回游到淡水河流中产卵。到淡水河流中产卵。五不可替代性和补偿作用五不可替代性和补偿作用不可替代性：生态因子虽非等价，不可替代性

29、：生态因子虽非等价，但都不可短少，一个因子的缺失但都不可短少，一个因子的缺失不能由另一个因子来替代。不能由另一个因子来替代。但某一因子的数量缺乏，有时可但某一因子的数量缺乏，有时可以由其他因子来补偿。但只能是以由其他因子来补偿。但只能是在一定范围内作部分补偿。例如在一定范围内作部分补偿。例如光照缺乏所引起的光协作用的下光照缺乏所引起的光协作用的下降可由降可由CO2CO2浓度的添加得到补偿。浓度的添加得到补偿。Key NotesThe ecological niche of an organism is the position it fills in its environment，compr

30、ising the conditions under which it is found，the resources it utilizes andthe time it occurs thereNicheB3 生态位 要 点有机体的生态位有机体的生态位(niche)是它在环境是它在环境中所处的位置，包括知的各种条件、中所处的位置，包括知的各种条件、所利用的资源和存在的时间。所利用的资源和存在的时间。生态位生态位The habitat of an organism is the physical environment it is found in，for example，a temperat

31、e broad-leaved woodlandEach habitat provides numerous nichesHabitat栖息地栖息地有机体的栖息地有机体的栖息地(habitat，或译生，或译生境境)是它所处的物理环境，例如温是它所处的物理环境，例如温带阔叶林。每一个栖息地提供许多带阔叶林。每一个栖息地提供许多生态位。生态位。Each condition or resource which defines the niche of an organism contributes one dimension to the space in which the organism can

32、 occurConsidering alldimensions together defines fully the organisms niche,and is the multidimensional niche space，or n-dimensional hypervolumeMultidimensional niche space多维生态多维生态位空间位空间定义有机体生态位的每一个条件和资定义有机体生态位的每一个条件和资源，对于有机体能出现的空间提供一源，对于有机体能出现的空间提供一个维度。一同思索一切维度，全面确个维度。一同思索一切维度，全面确定的有机体的生态位，是多维生态位定的有

33、机体的生态位，是多维生态位空间，或空间，或“n-维超体积。维超体积。The niche space an organism can fill in the absence of competition or predation is known as the fundamental niche.Fundamental niche根底生态位根底生态位在没有竞争和捕食条件下，有机体在没有竞争和捕食条件下，有机体的生态位空间叫做根底生态位的生态位空间叫做根底生态位(fundamental niche)。The niche space occupied by an organism when comp

34、etition and predationoccur is the realized niche，which is always a subset of the fundamental nicheRealized niche实践生态位实践生态位当有竞争和捕食出现时，有机体所当有竞争和捕食出现时，有机体所占有的生态位空间是实践生态位占有的生态位空间是实践生态位(realized niche)，实践生态位一直，实践生态位一直是根底生态位的一个子集。是根底生态位的一个子集。一 生态位niche的概念研讨简史Grinnell(1917)最早运用这个术语，指出生态位是“每个物种由本身构造上和功能上的限制

35、而被约束在其内的最后分布单位。Elton(1927)以为“生态位是说物种在生物环境中的位置及它的食物和敌害关系。Hutchinson(1957)定义生态位是“一种生物和它的非生物与生物环境全部相互作用的总和。Whittaker(1975)的概念较科学及明确。“生态位是指每个物种在群落中的时间和空间的位置及其机能关系。或者说群落内一个种与其他种的相关的位置。一个生物单位的生态位包括个体、种群或物种生态位就是该生物单位顺应性的总和。E.R.Pianka，1983二二 生态位实际的根本要点生态位实际的根本要点1 生态位宽度广度(niche breadth，niche width)。定义：一个有机体单

36、位物种利用的各种各样不同资源的综合的幅度。一种生物或生物类群所表现出来的资源利用的多样性。1 生态位宽度广度 可利用的少 生态位宽度添加，促使生态位泛化 generalization资源：丰富，生态位宽度减少，可选择性大 促使生态位特化 (specialization)生态位的超体积模型1 生态位宽度广度根底生态位根底生态位实践生态位实践生态位2 生态位的重叠与竞争两属藤壶在自然界中的竞争。两属藤壶在自然界中的竞争。3 生态位的分别、紧缩和释放、生态位挪动同一群落中，各种生物的作用明显不同，每一个物种的生态位都同其他物种的生态位明显分开，称为生态位分别。竞争排斥原理或高斯原理唐纳雀(Honeycreeper)当种间竞争减弱时，一个物种就可以利用那些以前不能被它利用的空间，从而扩展了本人的生态位。由于种间竞争减弱而引起的生态位扩展就称为生态释放ecological release)。生态位挪动niche drift是两个或者更多个物种由于减弱了种间竞争而发生的短期或长期的行为变化和取食格局变化。