普通生態(tài)學(xué)-種內(nèi)與種間關(guān)系

普通生態(tài)學(xué)——種內(nèi)與種間關(guān)系第1頁/共73頁21概述2種內(nèi)關(guān)系3種間關(guān)系第2頁/共73頁31概述1.1種內(nèi)關(guān)系：生物種群內(nèi)部的個體間的相互作用1.2種間關(guān)系：生活于同一生境中的物種間的相互作用1.3種內(nèi)、種間相互作用的種類競爭捕食、自相殘殺互利共生寄生第3頁/共73頁4種間相互作用的基本類型第4頁/共73頁52種內(nèi)關(guān)系2.1密度效應(yīng)2.2性別關(guān)系2.3領(lǐng)域性和社會等級2.4他感作用第5頁/共73頁62.1密度效應(yīng)在一定時間內(nèi)，當(dāng)種群的個體數(shù)目增加時，就必定會出現(xiàn)鄰接個體之間的相互影響最后產(chǎn)量衡值法則-3/2自疏法則第6頁/共73頁7第7頁/共73頁8最后產(chǎn)量衡值法則在一定范圍內(nèi)，當(dāng)條件相同時，不管一個種群的密度如何，最后產(chǎn)量差不多總是一樣的Y=Wad=KiY單位面積產(chǎn)量，Wa植物個體平均重量，d為密度，Ki常數(shù)原因：密度增加時，競爭加強(qiáng)，生長率下降，個體變小第8頁/共73頁9密度效應(yīng)第9頁/共73頁10-3/2自疏法則自疏現(xiàn)象：同一種植物因密度引起的個體死亡自疏導(dǎo)致的密度和個體重量的關(guān)系：

W=Cd-3/2

雙對數(shù)曲線斜率為-3/2,故稱為-3/2自疏法則。第10頁/共73頁11Self-thinningintheryegrass第11頁/共73頁12Regressionlinesfromself-thinningcurvesfor31standsofdifferentspeciesofplants第12頁/共73頁132.2性別生態(tài)學(xué)內(nèi)容：性別關(guān)系類型、動態(tài)及環(huán)境因素對性別的影響兩性細(xì)胞的結(jié)合與有性繁殖性比性選擇植物的性別系統(tǒng)動物的婚配制度第13頁/共73頁14兩性細(xì)胞的結(jié)合與有性繁殖有性繁殖的種類雌雄異體雌雄同體，異體受精雌雄同體，同體受精有性繁殖和無性繁殖的利弊無性生殖：迅速占領(lǐng)生境、保證遺傳的穩(wěn)定性有性生殖：產(chǎn)生不同基因型的后代、適應(yīng)變化的環(huán)境紅皇后效應(yīng)：病原體-宿主的相互作用第14頁/共73頁15性比雄體:雌體Fisher氏性比理論：性比趨于1:1稀少型有利：數(shù)量少的性別具有較高的適合度兩性相等投入：便宜的性別具有更多的個體數(shù)局域資源競爭和局域交配競爭第15頁/共73頁16性選擇概念：動物行為、大小、形態(tài)等次生性征的差異性內(nèi)選擇(配偶競爭)和性間選擇(對異性的偏愛)讓步賽理論：擁有奢侈特征的個體有好的基礎(chǔ)Fisher氏私奔模型：兩性同時對選擇特征編碼，遺傳第16頁/共73頁17植物的性別系統(tǒng)雌雄同花(兩性花)同株異花(單性花)雌雄異株原因－環(huán)境因素和進(jìn)化策略(藤露兜樹實例)第17頁/共73頁18動物的婚配制度婚配制度群體內(nèi)婚配制度類型，異性的相互識別，配偶數(shù)目，持續(xù)時間，對后代的照顧婚配制度的類型單配制一雌多雄制一雄多雌制環(huán)境影響環(huán)境的資源質(zhì)量和分布第18頁/共73頁192.3領(lǐng)域性和社會等級領(lǐng)域性(territoriality)領(lǐng)域：指由個體、家庭或其他社群單位所占據(jù)的，并積極保衛(wèi)不讓同種其他成員侵入的空間領(lǐng)域行為：鳴叫、氣味標(biāo)志、威脅、直接進(jìn)攻入侵者領(lǐng)域面積與動物及環(huán)境的關(guān)系：體重、食物品質(zhì)、季節(jié)社會等級(socialhierarchy)社會等級現(xiàn)象：動物種群中個體的地位具有一定順序的現(xiàn)象社會等級的形成：支配行為社會等級的意義：優(yōu)勝劣汰領(lǐng)域性、社會等級和種群調(diào)節(jié)種群數(shù)量調(diào)節(jié)物種進(jìn)化第19頁/共73頁20第20頁/共73頁212.4他感作用他感作用(allelopathy)植物體通過向體外分泌代謝過程中的化學(xué)物質(zhì)，對其他植物產(chǎn)生直接或間接影響的現(xiàn)象存在于種內(nèi)和種間克生物質(zhì)乙烯、香精油、酚及其衍生物，不飽和內(nèi)脂、生物堿、配糖體等生態(tài)意義對農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的影響：歇地形象影響植物群落的種類組成植物群落演替的重要內(nèi)在因素第21頁/共73頁223種間關(guān)系種間關(guān)系指兩個或多個不同物種在共同的時間和空間環(huán)境中生活，由于不同物種相互成為環(huán)境因子，形成了不同物種之間的相互作用主要研究方向相互動態(tài)：相互作用的不同物種的種群動態(tài)協(xié)同進(jìn)化：物種在進(jìn)化上的相互作用關(guān)系類型種間競爭捕食作用寄生和共生第22頁/共73頁233.1種間競爭高斯假說競爭的類型和特征Lotka-Volterra模型生態(tài)位理論競爭釋放和性狀替換種間競爭與時空異質(zhì)性概念兩種或多種生物因利用共同資源而產(chǎn)生的使其受到不良影響的相互關(guān)系稱為種間競爭競爭結(jié)果一方獲勝，另一方被抑制或消滅競爭能力生態(tài)習(xí)性生活型生態(tài)幅度第23頁/共73頁24高斯假說(競爭排斥原理)在一個穩(wěn)定的環(huán)境內(nèi)，兩個以上受資源限制的、但具有相同資源利用方式的物種，不能長期共存在一起要求相同資源的兩個物種不共存與一個空間長期共存在同一地區(qū)的兩個物種，由于劇烈競爭，他們必然會出現(xiàn)棲息地、食物、活動時間或其他特征上的生態(tài)位分化第24頁/共73頁25高斯假說

Growthcurvesfor

ParameciumaureliaandP.caudatuminseparateandmixedcultures第25頁/共73頁26星桿藻(Asterionella)和針稈藻(Yynedra)第26頁/共73頁27Resourcepartitioning第27頁/共73頁28ResourcepartitioningResourcepartitioningisdemonstratedbythefeedinghabitsoffivespeciesofNorthAmericanwarblers.Eachoftheseinsect-eatingspeciessearchesforfoodindifferentregionsofsprucetrees.第28頁/共73頁29競爭的類型和特征種間競爭的類型利用性競爭：通過損耗資源干擾性競爭：競爭個體間直接相互作用種間競爭的特征不對稱性對不同資源競爭的結(jié)果相互影響第29頁/共73頁30Lotka-Volterra模型假設(shè)兩個物種，單獨生長時增長曲線為邏輯斯蒂模型若將兩個物種放在一起，他們發(fā)生競爭，從而影響其他種群增長：假設(shè)α表示在物種1的環(huán)境中，每存在一個物種2的個體，對于物種1的效應(yīng)。β表示在物種2的環(huán)境中，每存在一個物種1的個體，對于物種2的效應(yīng)，則有邏輯斯蒂方程：dN1/dt=r1N1(1-N1/K1–αN2/K1)dN2/dt=r2N2(1-N2/K2–βN1/K2）第30頁/共73頁31種間競爭示意圖第31頁/共73頁32種間競爭示意圖第32頁/共73頁33種間競爭結(jié)果K1>K2/β，K1/α>K2，物種2被排斥，物種1取勝K1<K2/β，K1/α<K2，物種1被排斥，物種2取勝K1>K2/β，K1/α<K2，不穩(wěn)定的平衡點，兩種可能獲勝K1<K2/β，K1/α>K2，

穩(wěn)定的平衡點，兩種共存第33頁/共73頁34生態(tài)位理論生態(tài)位(niche)指物種在生物群落或生態(tài)系統(tǒng)中的地位和角色；在自然生態(tài)系統(tǒng)中一個種群在時間、空間上的位置及其在相關(guān)種群之間的功能關(guān)系(n-維生態(tài)位)生物生長發(fā)育的不同時期生態(tài)位不同基礎(chǔ)生態(tài)位和實際生態(tài)位基礎(chǔ)生態(tài)位：物種能棲息的、理論上最大的空間實際生態(tài)位：物種實際占有的空間生態(tài)位分化資源利用曲線生態(tài)位重疊導(dǎo)致中間競爭加劇，導(dǎo)致物種滅亡或生態(tài)位分離極限相似性第34頁/共73頁35Threedimensionsoftheniche第35頁/共73頁36種的生態(tài)位第36頁/共73頁37Fig.Theprocessofcharacterdisplacement

(a)individualsofonespeciesthatuseresourcesinregionsthatdonotoverlapwiththeotherspecieshaveaselectiveadvantage.第37頁/共73頁38第38頁/共73頁39競爭釋放和性狀替換競爭釋放(competitiverelease)缺乏競爭者時，物種實際生態(tài)位擴(kuò)張的現(xiàn)象以色列沙鼠性狀替換(characterdisplacement)競爭產(chǎn)生的生態(tài)位收縮導(dǎo)致形態(tài)變化的現(xiàn)象收獲蟻、達(dá)爾文雀第39頁/共73頁40種間競爭與時空異質(zhì)性環(huán)境的空間異質(zhì)性和時間異質(zhì)性環(huán)境的時空變化對種間、種內(nèi)競爭的影響占有者優(yōu)勢第40頁/共73頁413.2捕食作用相關(guān)概念捕食者和獵物食草作用第41頁/共73頁42捕食的相關(guān)概念捕食(predation)：生物攝取其他生物個體（獵物）的全部或部分為食的現(xiàn)象廣義的捕食概念：典型的捕食食草作用寄生和擬寄生同類相食食肉動物、食草動物和雜食動物特化種、泛化種；單食者、寡食者第42頁/共73頁43捕食者和獵物捕食者和獵物的協(xié)同進(jìn)化Lotka-Volterra捕食者－獵物模型自然界中捕食者對獵物種群數(shù)量的影響第43頁/共73頁44捕食者和獵物的協(xié)同進(jìn)化捕食者適于捕食的特征：銳齒、利爪、尖喙、毒牙等工具，誘餌追擊、集體圍獵獵物逃避捕食的對策：保護(hù)色、警戒色、擬態(tài)、假死、集體抵御自然選擇對捕食者和獵物的對立選擇精明的捕食者。人？第44頁/共73頁45捕食者和獵物第45頁/共73頁46.Fig.TheAmericanbittenareexamplesofcrypticcoloration第46頁/共73頁47Fig.awhite-tailedptarmigan.Preyadaptations第47頁/共73頁48保護(hù)色第48頁/共73頁49警戒色第49頁/共73頁50警戒色第50頁/共73頁51Lotka-Volterra捕食者－獵物模型條件：一種捕食者和一種獵物捕食者和獵物數(shù)量相關(guān)無捕食者時獵物指數(shù)增長、無獵物時捕食者指數(shù)減少模型dN/dt=r1N-εPNdP/dt=r2P-θPN獵物零增長:r1N=εPN

或P=r1/ε捕食者零增長：r2P=θPN或

N=r2/θ不論種群起始數(shù)量如何，都出現(xiàn)獵物和捕食者數(shù)量交替升降的循環(huán)第51頁/共73頁52PREDATOR-PREYRELATIONSHIPSPopulationcyclesofsnowshoeharesandtheirlynxpredatorsbasedonthenumbersofpeltsreceivedbytheHudsonBayCompany第52頁/共73頁53PREDATOR-PREYRELATIONSHIPSOut-of-phasefluctuationsinlaboratorypopulationsoftheazulibeanbeetleanditsbraconidwasppredator.第53頁/共73頁54Predator-PreyRelationships第54頁/共73頁55自然界中捕食者對獵物種群數(shù)量的影響兩種主要觀點任一捕食者的作用，只占獵物種群死亡率的一小部分，捕食者僅對獵物種群有微弱影響。蛇和田鼠捕食者只是利用了獵物種群中超出環(huán)境容量的部分個體，對獵物種群大小沒有影響。雀鷹和大山雀捕食者對獵物數(shù)量有明顯影響的證據(jù)熱帶島嶼引入捕食者后獵物種群的滅絕原因：無反捕食對策第55頁/共73頁56食草作用食草對植物的危害和植物的補(bǔ)償作用危害：隨受損部位、發(fā)育階段的不同而異補(bǔ)償：自然落葉減少、單位光和面積提高、增加種子重量植物的防衛(wèi)反應(yīng)毒性與差的味道；防御結(jié)構(gòu)：鉤、倒鉤、刺植物與食草動物的相互動態(tài)放牧系統(tǒng)：植物-食草動物相互作用系統(tǒng)牧場依靠放牧維持較高的生產(chǎn)力；過度放牧引起草場退化植物和草食動物的協(xié)同進(jìn)化協(xié)同進(jìn)化是指在進(jìn)化過程中，一個物種的性狀作為另一物種性狀的反應(yīng)而進(jìn)化，而后一物種的性狀本身又作為前一物種性狀的反應(yīng)而進(jìn)化的現(xiàn)象第56頁/共73頁57植物的防衛(wèi)措施第57頁/共73頁583.3寄生與共生寄生偏利共生

互利共生第58頁/共73頁59寄生(parasitism)寄生的相關(guān)概念寄生物與寄主的相互適應(yīng)與協(xié)同進(jìn)化寄生物與寄主種群的相互動態(tài)社會性寄生物第59頁/共73頁60寄生的相關(guān)概念寄生的概念微寄生物和大寄生物、主要的寄生物寄生蠕蟲和昆蟲專性寄生和兼性寄生擬寄生物食生物者和食尸動物第60頁/共73頁61Deformedfrog–resultingfromaparasiticinfectionMicroparasiteMacroparasiteParasitism第61頁/共73頁62寄生物與寄主的相互適應(yīng)與協(xié)同進(jìn)化寄生物對寄生生活的適應(yīng)感官和神經(jīng)系統(tǒng)退化超強(qiáng)的繁殖能力復(fù)雜的生活史：轉(zhuǎn)換寄主寄主對疾病的反應(yīng)免疫反應(yīng)：細(xì)胞免疫反應(yīng)和B-細(xì)胞免疫反應(yīng)行為對策：整理毛、羽，逃離病區(qū)植物和低等動物的反應(yīng)：非特異性免疫、局部細(xì)胞死亡、提前落葉寄生物與寄主的協(xié)同進(jìn)化負(fù)作用→→減弱→→互利共生第62頁/共73頁63Myxoma和歐洲兔歐洲兔于1859年引進(jìn)澳洲，隨后即快速擴(kuò)散，過度啃食，顯著影響當(dāng)?shù)厥巢輨游锏牟菰窗闹抻?950年使用Myxoma病毒來控制澳洲兔種群開始使用，Myxoma病毒的毒性極強(qiáng)，數(shù)天內(nèi)即可殺死宿主但是經(jīng)過數(shù)年后，Myxoma病毒的毒性顯著的下降第63頁/共73頁64寄生物與寄主種群的相互動態(tài)與捕食者-獵物的相互作用類似寄主密度增加→寄生物廣泛擴(kuò)散和傳播→寄主種群因流行病而急劇縮小→寄主提高免疫力→易感種群減小、疾病傳染力下降→寄主密度增加→……與捕食者-獵物種群類似的寄主種群循環(huán)寄主密度增加→寄生物擴(kuò)散和傳播的機(jī)會增加→寄主種群因流行病而縮小→寄生物種群也隨之減小→寄主種群上升→……第64頁/共73頁65社會性寄生物社會性寄生的概念寄生者不攝取寄主組織，而是讓寄主為其提供食物或其他利益鳥類的窩寄生種內(nèi)窩寄生：鴨種間窩寄生：大杜鵑、褐頭牛鸝螞蟻的社會性寄生強(qiáng)迫其他種的工蟻為其飼育幼體第65頁/共73頁66雌杜鵑通常把蛋下到別的鳥窩里

第66頁/共73頁67偏利共生共生對一方有利、對另一方無害的共生類型附生植物與被附生植物是一種典型的偏利共生，如地衣、苔蘚、某些蕨類以及很多高等的附生植物（如蘭花）附生在樹皮上，借助于被附生植物支撐自