生态学第一章生物与环境
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• On increasing the CO2 concentration, the photosynthetic rate also goes on increasing upto a concentration of 10 mg per hour. Now if CO2 concentration is further increased no increase in rate of photosynthesis occur. Under these circumstances the rate of photosynthesis can be increased by increasing the light intensity only.
生物对环境的反作用
• 改变生态因子的状况
生物对环境因子的改变
• 森林吸收太阳辐射、降低风速、保持水分、 防治土壤冻结
• 土壤微生物和土壤动物改变土壤的结构和 性质
• 过度放牧导致草场退化 • 人类活动导致全球环境变化 • ……
生物与生物的相互作用interaction
• 捕食者与猎物 • 寄生者与宿主 • 两者在长期进化中，相互形成了一系列形态、生
可替代，但在一定程度上可以补偿 • 直接作用和间接作用
三、生物与环境的相互作用
• 环境对生物作用：影响生物的生长、发育、繁殖、 存活、迁移等（环境对生物的决定作用）
• 生物在形态、生理、行为等方面随环境产生适应 性变异（环境对生物的塑造作用）
齐口裂腹鱼头部腹面观， 示口裂形状和下唇角质， 左边样本采自沙坪，右 边样本采自伍须海
• 非密度制约因子 – 环境因子中，对生物作用的强度与生物密 度变化无关的因子。
密度制约因子与非密度制约性因子比较
生态因子的作用特点
• 综合作用：生态因子间相互联系、相互影 响、相互制约
• 主导因子作用：生态因子的非等价 • 阶段性作用：生物发育的不同阶段需要不
同 • 不可替代性和补偿性作用：生态因子间不
限制因子定律
（Law of limiting factors）
• Blackman, 1905，发展最小因子定律，提出限制 因子定律
• 任何生态因子，当接近或超过某种生物的耐受性 极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散时，这个 因素称为限制因子
• 限制因子定律：生态因子处于低于生物正常生长 所需的最小量和高于生物正常生长所需的最大量 时，都对生物具有限制性影响
消 失
生态幅（ecological amplitude）
• 生物对生态因子耐受的最低点和最高点 （耐受性上限和下限）之间的范围
• 根据生态幅的宽、窄，可以将生物分成 广（温、盐、食、光）和狭（温、盐、 食、光）等不同类型
生态幅宽度与生物习性
耐受限度的调整
• 生物对生态因子的耐受范围不是固定不变的，通 过自然驯化或人为驯化可以改变。
理和生态的适应性特征，这些特征是通过自然选 择、适者生存法则形成的，是协同进化 (coevolution)的表现
利比希最小因子定律 （Liebig’s law of minimum）
• Liebig, 1840 • 低于某种生物需要的最小
量的任何特定因子，是决 定该种生物生存和分布的 根本因素 • 该定律只在物质和能量的 输入和输出处于平衡状态 时（严格稳定状态）才能 应用（生物的内环境和外 环境处于稳定状态） • 实践中需注意生态因子间 的替代作用（如软体动物 可以用锶补偿钙的不足）
源或影响这种资源的因素 • 尺度效应：大环境与小环境
大环境与小环境
• 大环境（macroenvironment）：地区环境、地球 环境、宇宙环境；如青藏高原的环境
• 小环境（microenvironment）：直接影响生物生 命活动的近邻环境。如洞穴环境，树荫下环境等
• 环境中的气候（climate） – 大气候（macroclimate）：大环境(地区以上范 围)的气候条件 ，由大范围因素所决定：大气 环流、地理纬度、大面积地形等 – 小气候（microclimate）：小环境的气候条件
• 生物在整个个体发育过程中，对环境因子 的耐受限度不同
• 不同的种类对同一生态因子的耐受性不同 • 生物对某一生态因子处于非最适状态下时，
对其他生态因子的耐受性也下降
耐受下限
不能耐 生理受 受区 抑区
耐受曲线
最适值 适宜范围
耐受上限
生理受 不能耐 抑区 受区
种 数量 群 很低 消 失
数量 最高
数量 种 很低 群
因子和非密度制约因子 • 按稳定性及其作用特点：稳定因子和变动
因子
密度制约因子和非密度制约因子
• 密度制约因子 –环境因子中，对生物作用的强度随生物的 密度而变化的因子 –类型有正负两类，在密度增加的状态下， 正者作用导致生物的密度进一步增长；负者 导致密度的反馈性降低，有调节种群密度的 作用。一般生物因子常为密度制约因子。
• 限制因子的实用价值：所有因子在生物的生长、 发育等中并不都具有同等重要性，某些因子可能 有限制作用
限制因子定律
（Law of limiting factors）
• The Blackman’s law of limiting factors states that when a process is conditioned to its rapidity by a number of factors, the rate of process is limited by pace of the “slowest factor” which presents a minimum concentration in relation to others e.g. suppose with a plant photosynthesizing at a fixed light intensity sufficient to utilize 10mg of CO2 per hour, only 1 mg of CO2 is entering the plant. In this case the rate of photosynthesis is conditioned by CO2 concentration.
驯化
• 自然驯化和人工驯化 • 生理变化和遗传变化 • 驯化可能：生物特性差异，诱导条件
差异 • 生物学意义：适应环境变化能力
内稳态(homeoatasis)
• 生物通过控制体内环境(体温、糖、氧 浓度、体液等)，使其保持相对稳定性
• 扩大了生物的生态幅与适应范围，但 并不能完全摆脱环境的限制
小结
The Coriolis effect and wind direction
二、生态因子 ecological factor
• 指环境要素中对生物的生命活动起直接或 间接作用的因子
• 所有生态因子构成生物生态环境 • 特定生物体或群体的栖息地的生态环境为
生境（habitat）
生态因子的分类
• 按性质：气候、土壤、地形、生物、人为 • 按有无生命特征：生物因子和非生物因子 • 按对动物种群数量变动的作用：密度制约
生物对环境的适应有相应的遗传基础
• 深圳华大基因研究院发现青藏高原世居藏 族人群高原适应的关键基因，揭示了青藏 高原世居藏族人群高原适应的分子机制之 谜，对预测、预防与治疗高原缺氧性疾病， 阐明了人类的基因组在极端环境下发生了 何种适应性变化
• Yi, X, et al., 2010. Sequencing of 50 Human Exomes Reveals Adaptation to High Altitude. Science DOI: 10.1126/science.1190371
• 生态因子的类型及作用特点 • 环境对生物的生态作用 • 生物对环境的适应方式 • 生物对生态因子的响应模型 • 规律：最小因子定律，限制因子定律，耐受性
定律 • 应用分析方法：耐受曲线，生态幅，“三基点”
复习思考题
• 相关概念：环境、大环境、小环境、生境、生态 环境、生态因子、生态幅、密度制约因子、限制 因子
• 三大定律的含义：最小因子定律、限制因子定律、 耐受性定律
• 如何理解生物对生态因子的耐受限度的调整？ • 内稳态生物和非内稳态生物在适应环境的方式、
能力上有何差异？内稳态生物是如何保持其稳态 机制的？
第一章 生物与环境
主要内容
• 环境、生态因子 • 生物与环境的相互作用 • 最小因子、限制因子与耐受限度
一、环境 environment
• 指某一特定生物体或生物群体生活空间的 外界自然条件的总和，包括空间及直接或 间接影响该生物体或生物群体生存的各种 因素
• 环境包括生物环境和非生物环境 • 内涵：环境的本质是生物生存和发展的资
耐受性定律（law of tolerance）
• Shelford, 1913 • 任何一个生态因
子在数量上或质 量上的不足或过 多，即当其接近 或达到某种生物 的耐受限度时会 使该种生物衰退 或不能生存
耐受性定律的发展
• 每Biblioteka Baidu种生物对不同生态因子的耐受范围存 在差异，且随年龄、季节、栖息地等而变 化
生物对环境的反作用
• 改变生态因子的状况
生物对环境因子的改变
• 森林吸收太阳辐射、降低风速、保持水分、 防治土壤冻结
• 土壤微生物和土壤动物改变土壤的结构和 性质
• 过度放牧导致草场退化 • 人类活动导致全球环境变化 • ……
生物与生物的相互作用interaction
• 捕食者与猎物 • 寄生者与宿主 • 两者在长期进化中，相互形成了一系列形态、生
可替代，但在一定程度上可以补偿 • 直接作用和间接作用
三、生物与环境的相互作用
• 环境对生物作用：影响生物的生长、发育、繁殖、 存活、迁移等（环境对生物的决定作用）
• 生物在形态、生理、行为等方面随环境产生适应 性变异（环境对生物的塑造作用）
齐口裂腹鱼头部腹面观， 示口裂形状和下唇角质， 左边样本采自沙坪，右 边样本采自伍须海
• 非密度制约因子 – 环境因子中，对生物作用的强度与生物密 度变化无关的因子。
密度制约因子与非密度制约性因子比较
生态因子的作用特点
• 综合作用：生态因子间相互联系、相互影 响、相互制约
• 主导因子作用：生态因子的非等价 • 阶段性作用：生物发育的不同阶段需要不
同 • 不可替代性和补偿性作用：生态因子间不
限制因子定律
（Law of limiting factors）
• Blackman, 1905，发展最小因子定律，提出限制 因子定律
• 任何生态因子，当接近或超过某种生物的耐受性 极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散时，这个 因素称为限制因子
• 限制因子定律：生态因子处于低于生物正常生长 所需的最小量和高于生物正常生长所需的最大量 时，都对生物具有限制性影响
消 失
生态幅（ecological amplitude）
• 生物对生态因子耐受的最低点和最高点 （耐受性上限和下限）之间的范围
• 根据生态幅的宽、窄，可以将生物分成 广（温、盐、食、光）和狭（温、盐、 食、光）等不同类型
生态幅宽度与生物习性
耐受限度的调整
• 生物对生态因子的耐受范围不是固定不变的，通 过自然驯化或人为驯化可以改变。
理和生态的适应性特征，这些特征是通过自然选 择、适者生存法则形成的，是协同进化 (coevolution)的表现
利比希最小因子定律 （Liebig’s law of minimum）
• Liebig, 1840 • 低于某种生物需要的最小
量的任何特定因子，是决 定该种生物生存和分布的 根本因素 • 该定律只在物质和能量的 输入和输出处于平衡状态 时（严格稳定状态）才能 应用（生物的内环境和外 环境处于稳定状态） • 实践中需注意生态因子间 的替代作用（如软体动物 可以用锶补偿钙的不足）
源或影响这种资源的因素 • 尺度效应：大环境与小环境
大环境与小环境
• 大环境（macroenvironment）：地区环境、地球 环境、宇宙环境；如青藏高原的环境
• 小环境（microenvironment）：直接影响生物生 命活动的近邻环境。如洞穴环境，树荫下环境等
• 环境中的气候（climate） – 大气候（macroclimate）：大环境(地区以上范 围)的气候条件 ，由大范围因素所决定：大气 环流、地理纬度、大面积地形等 – 小气候（microclimate）：小环境的气候条件
• 生物在整个个体发育过程中，对环境因子 的耐受限度不同
• 不同的种类对同一生态因子的耐受性不同 • 生物对某一生态因子处于非最适状态下时，
对其他生态因子的耐受性也下降
耐受下限
不能耐 生理受 受区 抑区
耐受曲线
最适值 适宜范围
耐受上限
生理受 不能耐 抑区 受区
种 数量 群 很低 消 失
数量 最高
数量 种 很低 群
因子和非密度制约因子 • 按稳定性及其作用特点：稳定因子和变动
因子
密度制约因子和非密度制约因子
• 密度制约因子 –环境因子中，对生物作用的强度随生物的 密度而变化的因子 –类型有正负两类，在密度增加的状态下， 正者作用导致生物的密度进一步增长；负者 导致密度的反馈性降低，有调节种群密度的 作用。一般生物因子常为密度制约因子。
• 限制因子的实用价值：所有因子在生物的生长、 发育等中并不都具有同等重要性，某些因子可能 有限制作用
限制因子定律
（Law of limiting factors）
• The Blackman’s law of limiting factors states that when a process is conditioned to its rapidity by a number of factors, the rate of process is limited by pace of the “slowest factor” which presents a minimum concentration in relation to others e.g. suppose with a plant photosynthesizing at a fixed light intensity sufficient to utilize 10mg of CO2 per hour, only 1 mg of CO2 is entering the plant. In this case the rate of photosynthesis is conditioned by CO2 concentration.
驯化
• 自然驯化和人工驯化 • 生理变化和遗传变化 • 驯化可能：生物特性差异，诱导条件
差异 • 生物学意义：适应环境变化能力
内稳态(homeoatasis)
• 生物通过控制体内环境(体温、糖、氧 浓度、体液等)，使其保持相对稳定性
• 扩大了生物的生态幅与适应范围，但 并不能完全摆脱环境的限制
小结
The Coriolis effect and wind direction
二、生态因子 ecological factor
• 指环境要素中对生物的生命活动起直接或 间接作用的因子
• 所有生态因子构成生物生态环境 • 特定生物体或群体的栖息地的生态环境为
生境（habitat）
生态因子的分类
• 按性质：气候、土壤、地形、生物、人为 • 按有无生命特征：生物因子和非生物因子 • 按对动物种群数量变动的作用：密度制约
生物对环境的适应有相应的遗传基础
• 深圳华大基因研究院发现青藏高原世居藏 族人群高原适应的关键基因，揭示了青藏 高原世居藏族人群高原适应的分子机制之 谜，对预测、预防与治疗高原缺氧性疾病， 阐明了人类的基因组在极端环境下发生了 何种适应性变化
• Yi, X, et al., 2010. Sequencing of 50 Human Exomes Reveals Adaptation to High Altitude. Science DOI: 10.1126/science.1190371
• 生态因子的类型及作用特点 • 环境对生物的生态作用 • 生物对环境的适应方式 • 生物对生态因子的响应模型 • 规律：最小因子定律，限制因子定律，耐受性
定律 • 应用分析方法：耐受曲线，生态幅，“三基点”
复习思考题
• 相关概念：环境、大环境、小环境、生境、生态 环境、生态因子、生态幅、密度制约因子、限制 因子
• 三大定律的含义：最小因子定律、限制因子定律、 耐受性定律
• 如何理解生物对生态因子的耐受限度的调整？ • 内稳态生物和非内稳态生物在适应环境的方式、
能力上有何差异？内稳态生物是如何保持其稳态 机制的？
第一章 生物与环境
主要内容
• 环境、生态因子 • 生物与环境的相互作用 • 最小因子、限制因子与耐受限度
一、环境 environment
• 指某一特定生物体或生物群体生活空间的 外界自然条件的总和，包括空间及直接或 间接影响该生物体或生物群体生存的各种 因素
• 环境包括生物环境和非生物环境 • 内涵：环境的本质是生物生存和发展的资
耐受性定律（law of tolerance）
• Shelford, 1913 • 任何一个生态因
子在数量上或质 量上的不足或过 多，即当其接近 或达到某种生物 的耐受限度时会 使该种生物衰退 或不能生存
耐受性定律的发展
• 每Biblioteka Baidu种生物对不同生态因子的耐受范围存 在差异，且随年龄、季节、栖息地等而变 化