《生态与环境》配套PPT电子课件

《生态与环境》配套PPT电子课件,生态与环境,生态,环境,配套,PPT,电子,课件 第第8 8讲讲 种间关系揭秘种间关系揭秘沈显生沈显生中国科学技术大学生命学院中国科学技术大学生命学院主要内容主要内容一、种内关系的多样性一、种内关系的多样性二、复杂的种间关系揭秘二、复杂的种间关系揭秘三、种内与种间关系的矛盾与和谐三、种内与种间关系的矛盾与和谐？侄子（女）外甥（女）侄子（女）外甥（女）继母继母亲属间的遗传相似度（亲缘系数）亲属间的遗传相似度（亲缘系数）一、种内关系一、种内关系的多样性的多样性 种群内部各个体之间存在着竞争或协种群内部各个体之间存在着竞争或协同等多种多样的关系，既保持个体的利益，同等多种多样的关系，既保持个体的利益，又兼顾群体的利益，维持着种群的生存和又兼顾群体的利益，维持着种群的生存和发展，是群落中种间关系的基础。发展，是群落中种间关系的基础。种内关系状况由该物种的生物学特性种内关系状况由该物种的生物学特性和环境决定的。和环境决定的。+-+种群内部社会相互作用的种群内部社会相互作用的4 4种类型种类型种内关系种内关系的类型的类型种内竞争种内竞争密度效应（植物种群的产量恒值法密度效应（植物种群的产量恒值法则，则，-3/2-3/2自疏法则）自疏法则）分摊竞争（资源平均分配，同甘共苦）分摊竞争（资源平均分配，同甘共苦）种内捕食（黄鳝）种内捕食（黄鳝）植物自毒（干扰）作用植物自毒（干扰）作用豌豆，西瓜豌豆，西瓜领域性与社会等级领域性与社会等级种内互助种内互助(负竞争，企鹅负竞争，企鹅)与利他行为与利他行为领领域域性性（鸟鸟的的数数量量与与花花的的数数量量）供体供体受体受体 利他行为的适合度利他行为的适合度利他行为：供体花费利他行为：供体花费C；受体的收益；受体的收益B；亲缘；亲缘系数系数r。当。当C/B r,利他行为才进化。利他行为才进化。r rr自私行为：受体花费自私行为：受体花费C；供体的收益；供体的收益B；亲；亲缘系数缘系数r。当。当C/B 1/r,自私行为才进化。自私行为才进化。灰沼狸（南非）灰沼狸（南非）站岗放哨（合作）合作行为都是利他行为吗？合作行为都是利他行为吗？观察发现：供体站岗花费太少，观察发现：供体站岗花费太少，有时有利可图，是一个近亲群体，有时有利可图，是一个近亲群体，站岗是个自觉的行为。站岗是个自觉的行为。美国加州北部的美国加州北部的侧斑蜥侧斑蜥特殊的种群特殊的种群二、复杂的种间关系揭秘二、复杂的种间关系揭秘种间关系类型种间关系类型6 6种种+00+互利共生互利共生+0偏利关系偏利关系 竞争竞争0 0中性关系中性关系+捕食关系捕食关系0偏害关系偏害关系（一）竞争关系（一）竞争关系Lotka-VolterraLotka-Volterra竞争模型竞争模型当两个不同种群生活在一起，竞争常是必当两个不同种群生活在一起，竞争常是必然的。竞争系数的大小，对于一个种群的然的。竞争系数的大小，对于一个种群的竞争能力或竞争结果起着重要作用。竞争能力或竞争结果起着重要作用。设设是种群是种群2对种群对种群1的竞争系数；的竞争系数；是种群是种群1对种群对种群2的竞争系数。的竞争系数。两个种群竞争情况下各自的平衡线两个种群竞争情况下各自的平衡线在竞争状态下，两个种群增长的方程分别是：在竞争状态下，两个种群增长的方程分别是：物种物种1 1增长的方程：增长的方程：dNdN1 1/dtdt=r r1 1N N1 1 (K K1 1-N-N1 1-N-N2 2)/)/K K1 1物种物种2 2增长的方程：增长的方程：dNdN2 2/dtdt=r r2 2N N2 2 (K K2 2-N-N2 2-N-N1 1)/)/K K2 2两两个个物物种种的的4 4种种竞竞争争结结局局65+47=1120.65x0.47=0.3055植物他感作用植物他感作用（allelopathy）定义：定义：Rice(1984):Rice(1984):一种植物产生的化学物质，释放一种植物产生的化学物质，释放到环境中，对另一种植物产生了直接或间接的影响。到环境中，对另一种植物产生了直接或间接的影响。他感作用的机制：苯丙烷、多聚乙酰、类萜类、甾他感作用的机制：苯丙烷、多聚乙酰、类萜类、甾类、生物碱。类、生物碱。他感作用在自然与人工生态系统中的意义：他感作用在自然与人工生态系统中的意义：（1 1）农业；（农业；（2 2）林业；（）林业；（3 3）农林系统；（）农林系统；（4 4）植被模式；）植被模式；（5 5）植被演替。）植被演替。植物相克植物相克齐民要术齐民要术慎勿于大豆地中杂种麻慎勿于大豆地中杂种麻子，两损，而收并薄。胡麻（芝麻）宜种子，两损，而收并薄。胡麻（芝麻）宜种白地。荒地种胡麻，一年不出草。白地。荒地种胡麻，一年不出草。苹果幼苗苹果幼苗他感作用的实验他感作用的实验（二）捕食关系（二）捕食关系（一）捕食者与猎物各自单独生长的情况（一）捕食者与猎物各自单独生长的情况（二）捕食者与猎物相遇情况下增长模型（二）捕食者与猎物相遇情况下增长模型（三）种间数量周期动态（三）种间数量周期动态澳洲昆示兰牧场的多刺澳洲昆示兰牧场的多刺梨仙人掌被捕食昆虫控梨仙人掌被捕食昆虫控制制1959195919621962仙人掌蛾引种后仙人掌蛾引种后3年的景象年的景象仙人掌蛾（螟）引种前仙人掌蛾（螟）引种前2个月的景象个月的景象仙人掌科生于新大陆；仙人掌科生于新大陆；大戟科生于旧大陆。大戟科生于旧大陆。栉栉毛毛虫虫捕捕食食草草履履虫虫的的实实验验1934 Gause实验实验根据根据Lotka-VolterraLotka-Volterra捕食模型：猎物种群在没有捕食者捕食模型：猎物种群在没有捕食者的情况下，是按照指数增长：的情况下，是按照指数增长：dN/dt=r dN/dt=r1 1N N（r r1 1 为猎物的瞬时增长率，为猎物的瞬时增长率，N N为猎物数量）为猎物数量）；而捕食者在没有猎物的情况下，则是按照指数下降：而捕食者在没有猎物的情况下，则是按照指数下降：dP/dt=-rdP/dt=-r2 2P P（r r2 2 为捕食者的瞬时增长率，为捕食者的瞬时增长率，P P为捕食者数量）为捕食者数量）。设设为捕食者对猎物的捕食效率，为捕食者对猎物的捕食效率，为捕食者利用猎物为捕食者利用猎物的营养转化为捕食者的增长常数，修正后的方程是：的营养转化为捕食者的增长常数，修正后的方程是：猎物种群变化的方程：猎物种群变化的方程：dN/dt=rdN/dt=r1 1N-PNN-PN捕食者种群变化的方程：捕食者种群变化的方程：dP/dt=-rdP/dt=-r2 2P+PNP+PN112334421青蛙蝌蚪对捕食者的回避与对生长的影响青蛙蝌蚪对捕食者的回避与对生长的影响（19991999）捕食者与猎物协同进化的不对称性捕食者与猎物协同进化的不对称性猎物的世代比捕食者的要短。猎物的世代比捕食者的要短。捕食者的密度小于猎物的密度。捕食者的密度小于猎物的密度。根据根据“活命活命饱餐饱餐”理论两者的压力理论两者的压力不同。不同。捕食者多数以多种猎物为捕食对象。捕食者多数以多种猎物为捕食对象。捕食者有避稀效应。捕食者有避稀效应。在捕食中，猎物的一般性防御出现较早。在捕食中，猎物的一般性防御出现较早。南美洲塞拉多草原的大食蚁兽是个古老的哺乳动物，南美洲塞拉多草原的大食蚁兽是个古老的哺乳动物，在小山丘状的蚁冢里取食白蚁，舌头细长，但在每个在小山丘状的蚁冢里取食白蚁，舌头细长，但在每个蚁冢取食不超过蚁冢取食不超过3 3分钟，不会导致整个蚁冢白蚁绝迹。分钟，不会导致整个蚁冢白蚁绝迹。大食蚁兽为了节约能量，大脑非常小，体温大食蚁兽为了节约能量，大脑非常小，体温32 32，1 1天睡天睡1414小时。小时。2 2年交配年交配1 1次，只产次，只产1 1幼仔。幼仔。捕食者对猎物保持适当压力捕食者对猎物保持适当压力过度放牧和禁止放牧都会破坏草原植被。过度放牧和禁止放牧都会破坏草原植被。捕食的作用是什么？捕食的作用是什么？食草动物消耗食草动物消耗水平的增加水平的增加没食草动物时的水平没食草动物时的水平食草动物刺食草动物刺激的作用激的作用植物净生植物净生产量曲线产量曲线过度放牧过度放牧因消耗大，净生产量因消耗大，净生产量低于没食草的水平低于没食草的水平0+放牧强度最放牧强度最适合量适合量净净生生产产力力逃避捕食的策略之一逃避捕食的策略之一 拟态拟态螳螂蛾蜂蜂贝茨拟态贝茨拟态(Batesian(Batesian mimicry)mimicry)没有毒的生物模仿有毒没有毒的生物模仿有毒的生物，以保护自己。的生物，以保护自己。缪勒拟态缪勒拟态(Mullerian(Mullerian mimicry)mimicry)具有中等毒性的生物模具有中等毒性的生物模仿有剧毒的生物，以便仿有剧毒的生物，以便更加安全地保护自己。更加安全地保护自己。拟态生物学意义的实证方法拟态生物学意义的实证方法雪蝶雪蝶(snowberry fly)(snowberry fly)拟态生物学意义的实验拟态生物学意义的实验验证验证捕食者捕食者:跳蛛跳蛛 (zebra spider)(zebra spider)猎物猎物:雪蝶雪蝶现象现象:雪蝶翅膀的图案为何类似跳蛛的雪蝶翅膀的图案为何类似跳蛛的腿形腿形设问设问:跳蛛真的被迷惑吗跳蛛真的被迷惑吗?实验实验:改变蝴蝶翅膀的图案改变蝴蝶翅膀的图案 实验结果如何？实验结果如何？雪蝶拟态意义实证雪蝶拟态意义实证(1)雪蝶拟态意义实证雪蝶拟态意义实证(2)雪蝶拟态意义实证雪蝶拟态意义实证(3)（三）其他种间关系（三）其他种间关系1 1、互利共生、互利共生行为上的互利共生行为上的互利共生裂唇鱼与笛鲷；响蜜列与食蜜獾裂唇鱼与笛鲷；响蜜列与食蜜獾种植或饲养的互利共生种植或饲养的互利共生切叶蚁与真菌；人类与农作物切叶蚁与真菌；人类与农作物传粉的的互利共生传粉的的互利共生萝摩科；兰科萝摩科；兰科动物消化道的互利共生动物消化道的互利共生白蚂蚁与鞭毛虫白蚂蚁与鞭毛虫高等植物与真菌的互利共生高等植物与真菌的互利共生菌根菌根生活在动植物组织的互利共生生活在动植物组织的互利共生蟑螂脂肪体与细菌；蟑螂脂肪体与细菌；满江红与鱼腥藻满江红与鱼腥藻三、种内与种间关系的矛盾与和谐三、种内与种间关系的矛盾与和谐在单一种群情况下，仅是种内关系，有竞争或在单一种群情况下，仅是种内关系，有竞争或互助。互助。在两个以上种群同时存在的时候，种间关系上在两个以上种群同时存在的时候，种间关系上升为主要矛盾，种内关系降为次要矛盾。升为主要矛盾，种内关系降为次要矛盾。在群落中，种内和种间两种关系共存，通过调在群落中，种内和种间两种关系共存，通过调整和改变生态位，降低种间矛盾，实现种内与整和改变生态位，降低种间矛盾，实现种内与种间关系的和谐。种间关系的和谐。种内与种间关系（续）种内与种间关系（续）在热带雨林，或在北极，植物和动物都积极适应竞在热带雨林，或在北极，植物和动物都积极适应竞争激烈的环境。一年生植物只在温带地区占优势。争激烈的环境。一年生植物只在温带地区占优势。虎和大象等大型动物的种群分布区很大，即兼顾种虎和大象等大型动物的种群分布区很大，即兼顾种内关系与种间关系。内关系与种间关系。企鹅和沙丁鱼的大种群集合可更好应对捕食者。企鹅和沙丁鱼的大种群集合可更好应对捕食者。但是，偏害和偏利关系的维持是比较难以理解的，但是，偏害和偏利关系的维持是比较难以理解的，说明自然界里存在着不公平。说明自然界里存在着不公平。