清华大学普通生物学课件总结1细胞与环境

第一部分

1.生命的基本特征

u细胞是生物体结构与功能的基本单位；

v新陈代谢是生命的基本功能；

w生命过程具有自组装的能力；

x生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质；

y生物对外界环境具有应激和适应性

z生物体的自我调节机制，确保生命系统的稳态

{生物具有个体发育和系统演化的历史。

一、细胞学说

核心点：所有生物都是由细胞及其细胞产物组成的

现代“细胞理论”

1.细胞是生命的最小单位

2.细胞是所有生物的最基本的结构和功能单位

3.所有的细胞在化学组成上非常相似

4.细胞所需的能量和组成成分是在细胞内产生的

5.细胞是由先前存在的细胞经细胞分裂而产生

6.细胞是生殖和遗传的基础与桥梁；具有相同的遗传信息

7.细胞是生物体生长发育的基础

二、细胞的基本共性

1所有细胞表面均具有脂蛋白体系构成的细胞膜；

2所有的细胞都有两种核酸（DNA与RNA）作为遗传信息复制与转录的载体；

3所有的细胞都具有作为蛋白质合成的机器；

4所有的细胞都是一个处理、加工、合成生物大分子和进行能量代谢的生化工厂；

5所有生物体的细胞可以进行分裂增殖。

三、原核细胞

1原核细胞的特征

细胞内没有核膜和具有专门结构与功能分化的细胞器

遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成

2古细菌与真细菌

古细菌在形态结构、代谢和能量转换同原核细胞相似，但在遗传信息加工，分子进化特征更接近真核细胞

最小最简单的细胞—支原体

四、真核细胞

1原核和真核生物的区别

大小组织形式代谢细胞器

2真核细胞的组成特征与结构

真菌、植物与很多原生生物都有细胞壁不同生物的细胞壁组分不同：纤维素、几丁质等及其他辅助成分保护作用和支持作用

（1）细胞膜真核细胞内的区域化区域化的结果就是细胞器的形成

（2）细胞器由膜包裹的细胞结构。也被接受的是：亚细胞水平上的结构功能单位

（3）细胞核遗传、代谢与细胞功能的控制中心

组成核被膜与核孔复合体核纤层染色质核小体染色体核仁核基质

核小体是染色质的基本单位组蛋白和DNA组成核小体

真核细胞与原核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较

特征原核细胞真核细胞

遗传信息量小大

基因组n 2n

DNA 环状、裸露DNA 线形、染色体

重复序列罕见大量存在

内含子无有

RNA聚合酶一种复合体三种：polⅠ、Ⅱ、Ⅲ

DNA复制无明显周期性有明显周期性（S期）

转录与翻译同时、同地先转录（核）后翻译（质）

加工与修饰无有复杂的加工过程

表达调控操纵子形式多层次、多环节

3真核基因表达在不同层次上的调控

（1）光面内质网sER 脂类合成与转运

粗面内质网rER 蛋白质合成与转运

粗面内质网中合成的多数蛋白都被糖基化 1 寡聚糖整合到蛋白质上 2 包括可溶性分泌蛋白和膜蛋白3位点在天冬酰胺酸的NH2基团(N-linked)

膜脂是在ER形成的脂肪酸经过多种酶促反应在膜上的形成脂类磷脂转移因子在磷脂双层形成中的作用(加入新的脂分子加入新的膜组分)

（2）游离的和膜附着的核糖体

游离核糖体合成细胞内所需蛋白，主要为可溶性蛋白，也包括一些细胞器的膜蛋白

膜附着合成可溶性分泌蛋白和细胞膜膜蛋白进入到内质网

The signal hypothesis (信号假说）

背景：在游离核糖体中的合成的蛋白不进入内质网；而由内质网上的核糖体形成的蛋白进入到内质网为什么？

在ER上合成的蛋白质，起始合成的数个氨基酸（称为信号多肽）被ER识别而转运到ER内部，信号多肽再被蛋白酶切掉。

（3）高尔基复合体由一系列的嵴和小泡组成，细胞中数目不等

功能：多糖合成, 糖基化，糖基剪切，蛋白质、脂类分选与运输

(1)高尔基体参与的蛋白质运输分选系统内质网—高尔基体—分泌泡—细胞外侧

(2)高尔基体参与的多糖的代谢合成与寡聚糖的加工——多糖的主要合成位点糖基化, 在丝氨酸、苏氨酸或羟基赖氨酸的羟基上加一个寡聚糖寡聚糖的加工

（4）溶酶体大小形状各异单层膜内呈酸性，含多种酸性水解酶

酸性水解酶消化细胞碎片或生物大分子及及体外摄入颗粒,消化的分子被细胞利用,残余排除植物与真菌的液泡是一种溶酶体

进入溶酶体降解的途径主要有三种：吞噬、内吞、及自噬

（5）线粒体

组成外膜内膜膜间腔嵴基质

具有环状DNA, 核糖体，DNA复制及蛋白质合成

功能: 线粒体主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量

（6）叶绿体

外膜内膜膜间腔基质类囊体基粒

具有环状DNA,核糖体，DNA复制及蛋白质合成

功能: 光合作用, 储存营养；并且核苷酸碱基，大部分氨基酸和所有脂肪酸的合成（在动物

细胞，这些在细胞质中合成）

（7）过氧化物酶体

组成: 单层膜含高浓度氧化酶

功能: 进行氧化作用, 脂肪酸的降解：每次产生两碳的乙酰辅酶A

特殊的过氧化酶体—乙醛酸循环体仅存在于植物中通过乙醛酸循环可将脂肪酸转为碳水化合物

（8）细胞骨架

(1)三种细胞骨架类型（根据蛋白质的组成成份）

细胞微管: 微管蛋白肌动蛋白丝: 肌动蛋白中间纤维丝:多种多样，依纤维丝不同而不同

(1) 肌动蛋白丝直径5-9nm 细胞形态、细胞迁移、肌肉收缩

(2) 细胞微管直径25nm 细胞器定位、细胞内运输、细胞分裂、细胞运动

(3) 中间纤维丝直径10nm 机械支撑、抗压力胁迫

（9）中心粒和中心体

9个三联体细胞微管排列的桶状结构通常成对以直角排列存在于动物细胞中，在高等植物及某些原生动物中不存在与周围的蛋白质一起形成中心体

中心体是细胞微管的组织中心,参于纺锤体的形成，调控细胞分裂.参与纤毛的形成

（10）真核细胞鞭毛或纤毛

细胞表面突出的由细胞微管形成的细胞结构两种类型：不动和运动的在中心粒上组装形成

功能细胞运动、细胞分裂、信号传导、动物发育

第二部分

一、细胞膜

1.生物膜的功能与结构组成

功能-分界与通透性屏障功能的组织区域化运输细胞间的通讯信号传导

结构组成-脂双层跨膜蛋白内部蛋白网络外部蛋白和糖脂

膜脂主要组份：磷脂胆固醇糖脂其他（只有动物细胞含胆固醇）

脂双层的形成:形状、双亲特性( Shape, Amphipathic nature:a polar end and a non-polar end)

糖脂和糖蛋白:糖仅存在于细胞膜的外侧糖链与细胞识别有关膜上碳水化合物富集的区域，称糖萼

膜蛋白的特点、功能及其与膜的结合方式:特点-糖基化，漂移性，大的蛋白质复合体功能-运输酶细胞表面受体

细胞识别细胞粘连附着于细胞骨架结合的形式: 直接与膜相连脂类介导的蛋白质介导的

2.生物膜的特点

(1)生物膜的流动性-流动镶嵌模型:生物膜是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二维流体

膜脂的流动性(脂双层的流动性取决于它的组成成分，特别是脂肪酸链长度和不饱和性大小)、膜蛋白的运动性(膜蛋白的侧向运动受4种方式的限制)

(2)生物膜两侧不对称性-糖脂只在外侧；磷脂：内外层种类和数量不同

(3)流动不均一性－－膜的分区现象脂筏富含鞘磷脂、胆固醇和某些膜蛋白，形成微区，参与信号传导及运输作用

冰冻蚀刻技术–研究细胞膜结构的技术

3.物质的跨膜运输主要形式-扩散膜蛋白协助的运输(载体蛋白、通道蛋白) 胞吞作用和胞吐作用

(1).扩散作用扩散速度取决于浓度差，分子特性（大小，疏水性）

细胞的渗透作用–水的扩散作用高渗等渗低渗超低渗（指外界浓度高低）

细胞以三种不同的机制避免渗透膨胀:动物泵出离子，植物有刚性细胞壁，原生动物定期排出水分

(2).膜蛋白协助的运输-主动运输与被动运输

蛋白质介导的需要能量的运输，浓度从低到高–主动运输

蛋白质介导的不需要能量，而靠浓度梯度驱动的运输–被动运输

1'通道蛋白介导的运输-被动运输

多数通道蛋白只让无机离子通过，故称离子通道

离子通道的特点：选择性；门控的；速度快离子通道的门控方式-电压化学机械

2'载体蛋白介导的运输

1"被动运输-和运输物结合，通过载体蛋白的构象变化转运

2"主动运输又有三种-偶联运输ATP驱动的运输光驱动的运输

偶联运输：Na+和葡萄糖的结合是协作性的，即一方的结合促进另一方的结合

ATP驱动的运输：Na+梯度的作用-营养运输到细胞调控pH 渗透平衡，保持细胞体积

钙泵真核细胞质膜或内质网膜；使细胞内Ca保持低浓度

质子泵植物、真菌、细菌细胞质膜，利用质子梯度驱动膜转运

光驱动的运输

(3)大分子大颗粒物质的跨膜运输

1'内吞:胞饮作用，吞噬作用，受体介导的内吞作用

胞饮作用：内吞液体或溶质，形成较小的内吞小泡（100纳米左右)

吞噬作用：吞噬较大的颗粒、或微生物或死细胞，形成较大的内吞泡（大于0.25微米)-

LDL（低密度脂蛋白）的受体介导的内吞作用

2'胞吐作用:逆过程与恒持性分泌、调节性分泌有关

二、细胞连接-细胞间或细胞-基质间的接触部位形成特殊的连接结构, 称之细胞连接

依功能分为三种类型：屏蔽连接锚定连接通讯连接

1.屏闭连接：将相邻的质膜紧密连接在一起阻止溶液中的分子沿细胞间隙渗入细胞的另一侧。具有封闭（阻止可溶性物质的扩散）、隔离（将上表皮细胞的游离端与基底面细胞膜上的膜蛋白相互隔离）和支持功能。

紧密联结是屏蔽连接的主要形式，存在于脊椎动物的上皮细胞。

2.锚定连接：通过细胞骨架系统将相邻细胞或细胞与基质相连的结构，连接形成一个坚挺、有序的细胞群体。

1'中间纤维有关的：桥粒（细胞间）半桥粒（细胞与基质）

桥粒:铆接相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚定位点，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。相邻细胞间形成的。主要分布在承受拉力的组织中，如皮肤、口腔、心肌中

2'肌动蛋白有关的：粘着带（细胞间）粘着斑（细胞与基质）

粘着带: 呈带状环绕细胞，位于紧密连接下侧粘着斑: 位于细胞与基质之间

3.通讯连接类型:间隙连接胞间连丝

间隙连接:通过小分子转运，实现代谢物共享、信号传递。存在于大多数动物组织,缝隙直径为2-4纳米。基本单位为连接子，有6个相同或相似蛋白组成一个通道。分子量小于1000的分子可通过，如蔗糖, cAMP等

胞间连丝:植物细胞间，形成共质体；通讯作用。通道直径为20-40纳米，中间有一个胞间管，允许分子量小于800的分子进出，但运输是受到调控的。

第三部分

1.线粒体和叶绿体是两个能量转换器官

光能——有机物中的化学能——ATP——生命的基本活动

2.ATP是细胞中的能量通货

3.生物氧化——细胞主要的获能方式

（1）生物氧化是指糖、脂类、蛋白质等有机化合物在细胞内氧化分解为CO2和H2O，并释放能量的过程。

（2）生物氧化的特点：

(1)发生在生物个体中，有多种酶的参与和调控；

(2)在温和条件下进行（体温、生理pH）；

(3)是一个复杂的氧化还原过程，包括电子转移和质子的转移；

(4)能量的释放是逐步的，并以ATP的形式储存和传送。

（3）动物细胞生物氧化可分为三个阶段：

1. 生物大分子转变为小分子，胞外进行

2. 小分子转变为乙酰辅酶A, 大部分是在细胞质中进行的

3. 乙酰辅酶A 参与柠檬酸循环, 被氧化成水和二氧化碳,产生能量

（糖、脂肪及部分氨基酸都在线粒体中降解为乙酰辅酶A）

（4）生物氧化以糖为代表的过程

1'糖酵解一分子葡萄糖降解为两分子丙酮酸,净产生2个分子的ATP和两个分子的NADH,在细胞质基质中进行，不需要O2,维持细胞基本能源供应的形式，也是生物进化中古老的代谢途径

2'柠檬酸循环(或克氏循环或三羧酸循环) 在有氧的条件下，丙酮酸转化为乙酰辅酶A进入柠檬酸循环

在细胞线粒体基质中进行,细胞内物质代谢的最后共同途径

3'电子传递与氧化磷酸化高能电子经过一系列的传递最终导致发生氧化磷酸化

(1)线粒体内膜的三种蛋白复合物起着电子传递和质子泵的作用

(2)电子能量逐步降低,电子传递复合物的还原势逐步升高，易得到电子

(3)电子传递链与氧化磷酸化均发生在线粒体内膜上

质子驱动力：跨内膜的电位梯度和质子浓度梯度

氧化磷酸化的一般机制——细胞产能的化学渗透偶联学说：电子传递时释放的能量使传递链中的蛋白质复合体将质子由内膜的内测通过主动运输到达外侧，造成膜两侧的质子浓度梯度，外高内低，但质子不能自由通过内膜，只有通过ATP合酶的质子通道才能进入膜内。膜两侧的质子浓度就是一种势能，一旦质子通过通道，ATP合酶就利用这个能量合成ATP

发酵——无氧条件下,有机物降解而产生能量的途径乳酸发酵乙醇发酵

4'葡萄糖的生物氧化与ATP的产生的统计

NADH=2.5 ATP FADH2=1.5ATP所以10NADH =25 2FADH =3 外加4ATP Total 32 Transport 2 NADH 进入线粒体takes 2 ATP

Actual total: 30 ATP 有的30有的32

（5）生物氧化也提供了形成生物大分子的前体分子

4.叶绿体与光合作用叶绿体是绿色植物光合作用的器官

（1）光反应和暗反应

光反应：由光所引起的一系列光物理和光化学反应，即光能驱动ATP和NADPH生成及水裂解释放氧气的过程，发生在类囊体片层中

暗反应：利用光反应生成的ATP和NADPH固定CO2生成糖类的过程，发生叶绿体基质中；

（2）光与叶绿素的光吸收主要为红光和蓝紫光色素的吸收光谱

（3）光能的吸收、传递和转换（光合磷酸化）

1'光反应系统作用：将光能转化为电子能结构组成：

天线色素复合体：叶绿素或一些类黄素与蛋白质形成的复合体，供光能的收集

反应中心：蛋白质叶绿素复合体，光能转变为电子能

两种反应中心：PSI ：反应中心色素P700, PSII：反应中心色素P680

2'光反应系统II

光能将中心叶绿素(P680)中的电子激发为高能状态

高能电子被转移到电子载体进入到电子传递链

电子能量降低，用于合成ATP

失去的电子来自于水，水的氧化产生氧气

3'光反应系统I

光反应系统II的电子(能量已很低)传递给P700，P700被光激发产生另一个高能电子，电子传递继续进行，将NADP+合成NADPH

4'光合磷酸化指光反应中合成ATP的过程

和生物氧化中氧化磷酸化过程类似

5'电子传递发生在类囊体膜上两个光系统配合电子流向还原势高的载体最终的电子受体是氧化的NADP+,NADP+被还原形成高能量的NADPH（NAPDP+ + H+ + 2e =NADPH) 产生的质子电化学梯度用于合成ATP 光能最终转化为ATP和NADPH

（4）暗反应：碳的固定，由核酮糖二磷酸羧化酶（Rubisco）催化，产生蔗糖和淀粉

固定CO2是由核酮糖二磷酸羧化酶所催化3分子的CO2形成1分子的3-磷酸甘油酸消耗9分子的ATP和6分子的NADPH

Calvin循环（卡尔文）具体过程不要求

（5）光呼吸作用与C3, C4植物

光呼吸：核酮糖二磷酸羧化酶(固定CO2的酶)也催化核酮糖二磷酸和氧气的反应，有氧时，形成一个二碳化合物和一个三碳化合物。二碳化合物最终分解为CO2,而没有能量的产生。C3植物: CO2被固定后的起始产物为三碳化合物

C4植物：CO2被固定后的起始产物为四碳化合物，其再释放CO2用于CO2的固定。

主要作用：避免失水（适应干旱），减少光呼吸，提高光合作用效率

第四部分

（一）细胞的分裂

1.细胞周期

（1）分裂间期G1期S期G2期细胞生长，染色体与中心粒复制

（2）有丝分裂期M期

动物细胞M期的主要阶段有丝分裂(核分裂) 细胞质分裂

前期：染色体浓缩，形成姊妹染色体，中心粒分开，纺锤体开始形成

前中期：核膜破裂，染色体同纺锤体相连

中期：染色体位于赤道板

后期：姊妹染色体分开，向两极分开

末期：染色体去浓缩，核膜形成

胞质分裂：由肌动蛋白丝和肌动蛋白形成的收缩环，将细胞缢裂为二

（3）有丝分裂某些事件

1）核被膜在细胞有丝分裂中有规律地解体与重建

核纤层：由核纤层蛋白组成，参与核膜重建，保持核膜完整。前中期时，核纤层被磷酸化首

先解体，随后核膜解体。末期时，与染色质接触，参与核膜重建

2）纺锤体：由中心体形成，含有三种微管（星体微管动粒微管极微管）

3）染色体分离：后期A 和后期B

1. 极微管间的滑力

2. 星极微管的拉力

3.动粒微管缩短产生的拉力

4）细胞器的分配线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体不能重新合成。

它们被分配到子细胞中在子细胞中分裂（叶绿体，线粒体）、或利用原有的片段再生（内质网、高尔基体）

5）动物的胞质分裂肌动蛋白和肌球蛋白形成收缩环，缢裂

植物的细胞分裂与细胞壁的形成

分裂前期以前，细胞板形成的位置已经确定了

成膜体：后、末期时在细胞中部由交叉的纺锤体微管及其周围一些结构而形成的一个复合体。高尔基小泡（含有细胞壁形成的前提物质）聚集融合参与形成细胞板

细胞板两侧的膜同细胞膜融合形成新的细胞膜，新的细胞壁形成

2.细胞周期调控系统与检验点（checkpoint）

A.Checkpoints的主要作用是确保后代基因组稳定性, 而对细胞周期的进程不是必要的

B.蛋白质激酶与其依赖的细胞周期蛋白是细胞周期的重要调控因子

细胞周期蛋白：随着细胞周期的进程蛋白质的量发生变化。

细胞周期蛋白依赖的蛋白质激酶：同细胞周期蛋白结合后才有活性。通过下一个检测点后，周期蛋白降解。

三个周期蛋白与依赖它的蛋白质激酶复合物对所有真核细胞周期的进程都是必须的：G1/S-Cdk, S-Cdk

3.减数分裂有性生殖的必要过程

细胞从双倍体变成单倍体染色体复制一次，细胞分裂两次产生具有丰富基因组合的不同配子

1）不同对的同源染色体自由分配；2）同源染色体发生联会，DNA发生重组

（二）细胞的分化

1.分化的分子机制---基因的选择性表达(看家基因,组织特异性基因)

细胞分化的实质在于细胞合成特异性蛋白特异性蛋白合成的基础在于基因的特异性表达2.影响细胞分化的因素

卵细胞质不均一性与发育---母体信息的翻译调控细胞间相互作用激素或形态素的作用环境的影响

（三）干细胞

细胞的全能性植物细胞的全能性动物细胞的全能性

胚胎干细胞：分化形成任何一种细胞

组织干细胞：分化形成某些细胞类型，如造血干细胞

（四）细胞衰老细胞经过一定次数分裂之后而不能继续分裂增殖的状态。

机制：端粒缩短与细胞衰老；氧化损伤的积累与细胞衰老。

（五）细胞死亡细胞死亡的调控有两种不同途径：

细胞凋亡：自我调控的，由一系列的生化过程导致的细胞自我降解的过程

坏死：细胞的膜系统破裂，DNA降解，常引起炎症反应。由细胞损伤引起。

凋亡的生物学功能：确保正常发育：清除正常发育中多余细胞、无用细胞、突变细胞、有害细胞或衰老细胞；维持组织、器官细胞数目相对平衡，避免组织增生或萎缩。

第五部分

一、生物与环境概述

1.生命世界从微观到宏观的组织层次

细胞组织器官个体种群群落生态系统生物圈

2.生态学（Ecology）：研究生物与环境相互依赖、制约和协调关系的科学

生态系统（Ecosystem）：在一定的空间内生物组分和非生物组分通过物质循环、能量流动及信息流动而相互作用、相互依存所构成的一个生态学功能单位。

环境因子：生物体外部的全部环境要素。

生态因子:影响生物生存包括：非生物组分：气候因子、土壤因子、地形因子；生物组分：从种群到群落（生物因子），人类（人为因子）

3.生态因子对生物的制约

Liebig 的最小因子法则：各种生物的生长发育不是受到现有的总资源多少所控制，而是受到相对最为匮乏的一种资源的限制。

Shelford的耐受性法则：生物的生长不仅在某种生态因子缺乏时受到影响，也会在该因子过量时受到影响。也就是说, 生物对生态因子的忍受是有一定范围的

每种生物对环境因子的耐受范围，称生态幅

根据生物耐受性范围的宽窄, 生物可分为狭适性和广适性

限制性因子学说：生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用, 但是其中必有一种或几种因子是生物生存和繁殖的关键性因子，它们制约了生物体进一步的生长或发育。这些关键性因子就是限制性因子。

4.影响生物生存、扩展及延续的几个重要生态因子

A.水特性保持温度的稳定性是很好的溶剂具有组织非极性物质的作用在3.98 C 时密度最高

作用生物体的组成代谢活动生存环境

B.阳光能量、光质、光照周期

C.温度基本代谢，细胞结构

二、种群

1. 物种与种群

物种：在形态、行为、生活习性、结构与组成、及遗传物质相似的个体称为一个物种。对具有有性生殖的个体来讲，能够互相交配并能产生具有生殖能力的后代的个体，称为一个物种。它是分类学上的基本单位。

种群：占有一定空间和时间的同一物种个体的集合体。它是物种的存在单位也是物种的繁殖和进化单位。

种群的研究及其意义：定量测定种群的出生率、死亡率，了解影响种群波动的因素，揭示种群变化的规律。宗旨是如何控制或预测种群的变化为人类服务。

2. 种群的特征

2．1 种群的大小

出生率：

生理出生率(最大出生率): 在理想条件下所能达到的最大出生率到.

生态出生率(实际出生率): 在一定时期内,种群在特定条件下实际出生数量内外

因素共同作用影响的结果..

影响出生率的因素:a.性成熟速度b.每次产仔数c每年生殖次数d.生殖年龄的长短

死亡率：

生理死亡率(最小死亡率):最适条件下个体因衰老而死亡,,其种群死亡率降到最低

生态死亡率(实际死亡率):在一定条件下的实际死亡率许多个体死于各种生物或非生物影响的因素

出生率和死亡率一般都以种群中每单位时间每100个体的出生或死亡数来表示

种群的兴衰决定于出生率和死亡率的相互作用：

2．2 种群的结构与特征年龄结构含有种群未来数量动态信息，预示种群未来的增长趋势种群年龄组：生殖前期、生殖期、生殖后期

种群年龄结构类型：增长型、稳定型、衰退型

种群密度调查法

标志重捕法：N=M×n/m(N-种群个体总数；M-标志个体数；m-重捕中带标志个体数，n-重捕个体数)

标志重捕法的限制因素：

1）标志的个体与群体均匀混合；

2）标志方法不会影响动物的行为或生存；

3）无异常的个体迁入或

种群的个体分布型

分布型：均匀分布型、随机分布型、集团分布型

3. 种群的数量动态学变化

A.种群在资源（食物、空间）无限条件下呈指数增长

dN/dt=(b-d)N dN/dt 种群瞬时增长量, N 种群大小；b 和d 代表瞬时出生率和死亡率；r=b-d表示种群瞬时增长率,则得：dN/dt=rN

r >0 种群数量增长；r <0 种群数量下降；r =0 种群数量不变

B.种群在资源有限条件下呈逻辑斯谛增长（logistic growth）

环境资源决定的种群数量称环境容纳量（carrying capacity），以K表示

指数增长方程引入环境容纳量，添加逻辑斯谛系数(k-N)/K, 则有:dN/dt=rN((k-N)/ K)

N>K, ((k-N)/ K)<0 种群数量下降;

N 0 种群数量上升;

N = K, ((k-N)/ K)= 0 种群数量不变.

逻辑斯涕系数对种群增长有一定制约作用,致使种群数量趋向环境容纳量,表现为S型增长曲线.

种群增长的J型和S型曲线

C.生物的两种生活史对策: r对策和k对策

r对策: 个体小、寿命短、生殖力强但存活率低，缺乏亲代保护；种群的死亡率主要由环境变化引起，与种群密度无关，靠机会生存。只有平衡点，没有灭绝点，种群密度低时，可以迅速回升。

k对策:个体大、寿命长、生殖力弱但存活率高，具有亲代保护。种群的死亡率主要受种群密度制约，而非剧烈环境变化影响；能很好适应环境、利用资源。具有平衡点和灭绝点，种群密度低时，必然走向灭绝。

D. r类k类

环境条件可变,不确定的稳定或可测,较为确定

死亡率灾难性,非直接, 非密度制约的较为直接,密度制约的

存活率低高

种群大小可变,不平衡,常小于K值, 稳定,平衡的,常处K值附

不饱和,每年需移植近,饱和,不必重新移植

竞争松弛,可变常保持

选择有利性快速发育,生育提早缓慢发育,竞争力强,S曲线,

体型小,繁殖1次延迟发育,体型大,多次繁殖

寿命短,常少于一年长,常长于一年

E.种群数量的调节

密度制约和非密度制约因子影响或调节种群数量调节种群数量因子：

密度制约因子生物因子如捕食、食物等

非密度制约因子非生物因子如气候等，外来生物入侵

种群的密度制约调节是自我调节的稳定过程。它使种群的数量稳定在某一个水平上。

三、群落

1. 群落的概念和特点

在同一时间内，生活在同一空间的所有种群的复合体。

a) 与周围环境相互影响、相互联系；b) 不同种群之间相互影响、相互联系。c) 具有动态变化性：季节变化，年度变化d) 具有一定的分布范围：特定区域或生境e) 物种多样性及有优势种f) 群落结构呈现垂直分布和水平分布特征

A.群落的垂直分布分布的状况取决于环境条件与生物的特点，如阳光，温度，食物的来源，水中的溶氧等。

森林群落：林冠层、下木层、灌木层、草本层和地表层

草原群落：草本层、地表层和根系层

水生群落：表水层、斜温层、静水层和底泥层

2. 生物群落的主要类型

2.1 陆地生物群落森林、草原、荒漠、苔原

2.2 水生生物群落内陆水生物群落：流水（河流）和静水（湖泊)

海洋生物群落：地球表面的70%，平均深度4 000M 海洋生物群落根据位置和海水的深度分为：海岸带、浅海带、远洋带，海底带等。

3. 群落的演替

3.1 群落演替：自然界的进化或演变中，一个群落会被另一个群落所替代，最终形成一个较为稳定的群落。群落的这种依次取代现象就称为群落演替（succession）

3.2 群落演替的规律：

群落是相对稳定的，但是动态的，可变的，可由一种群落演变成另一种群落

原生演替：群落的演替的地点是没有被生物群落所占有过的裸岩、沙丘湖底。比较缓慢。次生演替：原来形成的群落被毁灭掉，在被毁灭群落的基质上所进行的群落演替。

演替比较快速：有大量的种子存在；大量植物的根系存在；土壤的结构适合于植物的生长和繁殖。

3.3顶级群落

群落的演替是有规律的可以预测的;群落的演替终点是顶级群落

特点：与环境达到平衡，群落结构复杂稳定。

热带雨林是一种顶级群落

3.4从湖泊到森林的演替

裸底阶段：底部没有有机质

沉水植物阶段：积累有机物，有根植物

浮叶根生植物阶段：湖面变浅，叶片浮面

挺水植物阶段：挺水植物繁衍，沼泽植物

4. 群落中物种之间的关系

A.植食和捕食是群落中最常见的种间关系.

B.竞争:两个物种利用同一有限资源而发生竞争.结果或者一个物种排除另一物种;或者在重叠分布区产生形态分化而共存。

C.共生物种之间在生活中的一种亲密联系的关系。

互惠共生: 对双方互相有利的种间关系

共栖: 两种不同的生物共同生活，其中一种获利而另一种不受影响（但是没有绝对的不受影响）。

D.寄生与拟寄生

寄生指生活在一起的2种生物一方获利,另一方受害但不死亡; 拟寄生总是导致寄主死亡（昆虫对昆虫的寄生）。

E.植物间的拮抗EG.一种鼠尾草分泌化学物质，使周围成为不毛之地（拮抗）

5. 生态位

生物种群在群落中的生活方习性和它们在时间和空间上所占有的地位。或者是种群生存、繁殖和活动的软件和硬件的总和。

在同一个群落内，不同物种都有自己特有的生态位。

生态位的多样性是群落结构相对稳定的基础。生态位的重叠导致物种间的竞争与排斥；生态位的分离，导致物种间的协调平衡。

四、生态系统与生态平衡

1. 生态系统的概念与基本特征

在一个给定的区域里，所有的生命有机体与它们周围的无机体所组成的一个结构和功能单位。生物圈：是指地球上存在有生命活动的外表层，包括有机体及其生成物、与有机体相关的无机环境。地面上23 km 到地面下12 km，绝大多数生物通常生存于地球陆地之上和海洋表面之下各约100 m厚的范围内。地球上所有生态系统的的总合，是最大的生态系统。

生态系统的基本特征

A.生物群落是生态系统的组成核心；生态系统具有一定的地区特点和立体结构；生态系统表现明显的时间特征，具有从简单到复杂，从低级到高级的发展规律；

B.生态系统的代谢活动是通过物流与能流过程实现的；

C.生态系统具有不同程度的开放性，不断地与外界进行物质和能量交换及信息传递，从而维持系统的有序状态。

D.生态系统在结构和功能方面具有复杂的动态平衡特征；

2. 食物链与食物网

2.1食物链和食物网的概念

生态系统中储存于有机物中的化学能，通过一系列食与被食的关系，把生物与生物紧密地联系起来，这种以食物营养关系彼此联系起来的生物序列，称为食物链。

捕食食物链：以活的生物为起点的食物链。植物-昆虫-鼠-蛇-鸟

腐食食物链：以死亡的动植物或腐败有机物为起点的食物链。植物残体–蚯蚓–节肢动物–鸟类

生物群落中错综复杂的食物关系，使多条食物链彼此交联，形成食物网

不同生态系统，各类食物链的比重不同。生态系统中，各类食物链总是协同起作用的。食物网越复杂，生态系统就越稳定。食物网不仅维持生态系统的相对平衡，并推动生物进化，是自然界发展演化的动力。

2.2食物链中的功能类群

生产者自养生物消费者异养生物还原者或称分解者

3. 生态系统的生产力

3.1 A.初级生产力：单位时间内、单位面积上绿色植物或藻类借助光合作用将光能转变为化

学能, 或者将Co2转变成为有机化合物的能力或量。

初级生产量：经光合作用所生产的所有有机物的总和。（一般指一年内，在特定区域上如一个湖泊，森林或草原等）

生物量：在某个时间点，单位面积上所积累的所有有机物的量（不强调“生产”，强调的是目前的状况）

B.陆地初级生产力与海洋初级生产力

陆地的初级生产量主要由维管植物所提供，少部分由藻类、地衣及苔藓提供。

海洋的初级生产量主要由藻类所提供，少部分由维管植物和其他生物如自养细菌所提供。影响初级生产力的因素生态系统不同，影响的因素也不同。对于陆地生态系统来讲，水分，温度为主要因素；对于水生生态系统来讲，光强、无机物的含量为主要因素

C.净初级生产效率日光能转化为初级生产力的效率

3.2 次级生产力:单位时间内由消费者和分解者所生产的有机物的水平。如动物吃食其它动植物等有机物而转变为自身的干重.

消费者及分解者属于次级生产者；初级生产力到次级生产力的转换损失很多能量；海洋的净次级生产力比陆地高

4. 生态系统的能量流动、物质循环和信息传递

4.1生态系统能量流动

A.能流和营养级

能流：各类生物以地球生态系统初级生产者的总生产量为起点，能量按食物链顺序的流动，即能流。

营养级：能流过程中，处于食物链某一环节上的全部生物种的总合，称为一个营养级。

营养级和食物链的环节是有限的（通常4 个）。营养级越高，归属该营养级的生物种类和数量就越少。

分解者属于特殊的营养级，与各个营养级相连，从有机废物或生物的尸体中获得能量

B.能量转化效率能量转化效率：能量从一个营养级传到下一个营养级的百分比。十分之一定律：营养水平每上升一级所得能量只有原来营养级总能量的大约10%

能量流动是单方向的，不可逆的

C.生态系统中，当能量传递其营养级由低向高推进时，每级的个体数目、生物量或所含能量呈塔型分布，称生态金字塔。

数量（个体数目）金字塔，生物量（干重）金字塔及能量金字塔。

4.2生态系统中的物质循环

A.生物地球化学循环:在生态系统乃至生物圈内，各种化学元素沿特定途径，从环境到生物体，又从生物体再回归到环境，这种不断流动和循环的过程。

生物富集作用:生态系统中同一营养级上众多种群或个体，从环境中积蓄某种元素或难于分解的化合物，致使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象。

B1.水循环1）主要在海洋与大气间进行；蒸发量等于降水量；2）海洋的蒸发量大，降水量小；多余的水分流向陆地；3）而陆地的蒸发量小，降雨量大；地表流水进入海洋；3）降到陆地上水量的1/3回归海洋；4）地下水（不被蒸发，植物根系达不到）

B2.气体型循环（碳、氧、氮的循环）

碳的循环1）碳是生物的主要组成元素，占干重的49%；2）大气层和海洋是两大炭库（岩石圈和化石燃料含大量的碳，但在碳循环中未起积极作用）3）光合作用吸收CO2, 生物呼吸和人类活动释放CO2；

氮的循环1）氮是核酸、蛋白质的主要元素；2）大气中79% 是氮气；3）气体氮不能被直接利用；植物可利用NH4 ）人为，自然条件，固氮生物可把氮转化为氨；有机物中的氮源

被分解者转化为铵；5 ）反硝化细菌可把硝酸盐转化为氮

B3.沉淀型循环（钙、钾、纳、镁、磷等盐类的循环）

磷的循环1）生物能量ATP，遗传物质与生物膜的主要组成元素；2）岩石层、土壤和沉积层是主要储存库；3）沉积及岩石风化是主要的循环形式，当地形式循环。

4.3生态系统中的信息传递

A.生态系统中信息流（传递、接受和感应）存在于不同组织水平，是生物长期进化的结果。

B.生态系统中的信息传递动物之间的信息传递是通过神经系统和外分泌系统进行的

信息传递影响生物的多种行为取食：视觉、味觉、听觉信号对动物取食的影响；居住：物理信号和食物信号影响栖息地的选择。防护行为：拟态（mimicry）、警戒色（warning color）、保护色（protective color）.植物的向光性生长。性行为：性外激素（pheromone）；生物的群集作用：食物、环境和信息素的作用

C.生物的信息传递可以表现在多个层次

个体获取环境信息进行正常的生命活动（定位、方向、感光、测温、化学感受、磁场感应等）种群内不同个体之间进行合作或竞争所进行的信息传递（求偶、繁殖、觅食、抵抗侵略、社会行为等）

不同种群个体之间竞争或捕捉与反侵害所进行的信息传递（警戒、驱逐、识别等）

D.生物信息在生态系统中作用

保障生命活动的正常进行；保障生物种群的繁衍；调节生物的种间关系,维持生态系统稳定；信息在生产实践中应用

光信息的应用：调节控制生物的发生发展；化学信息的应用：利用人工合成的性激素防治害虫；声信息的应用：超声处理种子；声纳捕鱼；

5. 生态平衡及其重大问题

A.生态平衡（ecological equilibrium）的概念：在生态系统内部，生产者、消费者、分解者和非生物环境之间，在一定时间内保持能量与物质输入、输出动态的相对稳定状态。生态平衡是生态系统在一定时间内结构和功能的相对稳定状态，其物质和能量的输入输出接近相等，如遇外来干扰，能通过自我调节（或人为控制）恢复到原初的稳定状态。

B.生态平衡是指生态系统内两个方面的稳定：一方面是生物种类（即生物、植物、微生物.有机物）的组成和数量比例相对稳定；另一方面是非生物环境（包括空气、阳光、水、土壤等）保持相对稳定。

C.生态平衡的特点自然生态系统经过由简单到复杂的长期演代，最后形成相对稳定状态；生态系统具有一定的内部调节能力；生态平衡是动态的；生态平衡失调：当外来干扰超过生态系统自我调节能力，而不能恢复到原初的稳定状态。

D.地球上最大的生态系统-生物圈的生态平衡受到严重威胁与危害

自然环境方面大气中温室气体浓度的升高；全球暖化的加剧；臭氧空洞的扩大；森林和湿地面积的剧减；大气和水域污染的加剧；

生物方面物种灭绝速度加快和生物多样性的下降等

全球变化–global changes

全球变化的含义和基本特性

全球变化是在一定的自然或人为的因素驱动下，通过一系列系统过程的变异，使地球系统状态和功能发生整体或部分改变，从而表现出具有时空变化特征的全球环境特征，影响着整个地球的可持续性。

最基本的驱动力：人类活动（人口和科技）

三个直接变化过程:

a. 地球表面的覆盖变化

b. 全球生物地球化学变化

c. 生物物种侵入和消失：引种、捕获、改变生境

两个直接后果:

1. 气候变化a)地球温度上升温室效应：地球表面发射的红外光被温室气体所吸收，再发射到地球而增加地球的温度

b) 不同地区降雨剧增或减少c) 酸雨的形成

2.生物物种的数目、种类锐减、灭绝速度加快

6. 低碳经济

5.低碳经济

相对于使用化石能源高排放CO2的传统经济活动而言，采用各种措施降低化石能源的使用，减少CO2排放的经济。

2003年的英国能源白皮书《我们能源的未来:创建低碳经济》首先提出低碳经济。

提出的背景：温室效应及气候变化

低碳经济的意义：

1）保护环境；2）经济和社会的可持续发展

低碳经济的两个方面：

生产经济的低碳消耗；消费经济的低碳消耗

实施的措施：

1）节约能源；2）能源转型，寻找低碳排放的其他能源方式