第02章 种群生态学3
Intra-specific competition
• In plants, a phenomenon known as self-thinning attests to the importance of intra-specific competition. • The rye grass Lolium perenne, exemplifies this phenomenon.(Fig. 9.10) • The straight line associated with the decline in density over time has a slope of –3/2. • This slope is found in many plant self-thinning lines (Fig. 9.11)
如果基因平衡不受干扰,种群的基因
型频率将稳定为:
25% A1 A1 ,50% A1 A2 ,25% A2 A2
二、变异和遗传漂变
变异是自然选择的基础。种群中的个 体在存活能力、生育能力、基因型方面存 在不同(形态、生理、行为、生态方面存 在差异)时,也就是在种群存在变异时, 自然选择才会对种群起作用。
(1)亲体投入:生产、抚育后代的能量、物质资源的花 费。亲体投入与环境的关系。
(2)有性繁殖的优势:产生更多变异类型的后代,适应 多变的环境,适应稳定而异质的环境。(这是大多数 生物选择有性繁殖的主要原因之一) (3)环境对种群繁殖对策的影响:繁殖对策包括有性— 无性繁殖,雌雄同体—异体,种群的性比等。
第三节 种群的遗传进化与生存对策
种群数量动态是对种群内个体数量 的定量研究(描述),对种群质量方面 的研究是本节要介绍的。
种群内个体质的特征有表现型和基 因型两类。高品质的种群竞争力强,种 群数量易增长,分布区易扩大。所以, 种群动态不仅包括数量变化,也包括质 量的变化。
种群是分布在特定区域、由彼此能交 配产生的有生育能力后代的个体组成的。 种群是一个遗传单位,种群中所有个体 的基因组合构成了种群的基因库,迁入 和迁出可以引起基因库的变化。 变异(遗传漂变)和自然选择是种群 进化(基因库变化)的两个动力。新物 种的形成是种群进化的质的飞跃。
r对策和K对策种群的增长曲线
问题:用r-k理论阐明珍稀濒危 动植物为何要严加保护,否则 将有灭绝的危险?
第四节 种内关系
生物在自然界长期发育与进化的过程中,出 现了以食物、资源和空间关系为主的种内与 种间关系。 种内关系(intraspecific relationship) :存在 于各种生物种群内部的个体与个体之间的关 系。 种间关系(interspecific relationship) :生活 于同一生境中的所有不同物种之间的关系。
在大种群中,遗传结构相对稳定。在 小种群中,遗传结构更容易发生偶然的变 化,基因频率会出现随机增减的现象,我 们称其为遗传漂变(genetic drift)。
三、适合度
⑴定义:综合了物种某一基因型个体的存活能力和生殖能 力,某一基因型个体的适合度实际上就是下一代的平均个 体数。它是表示在进化过程中,某一基因型个体后代衍续 能力的常用指标。 ⑵公式表示: W = l m l表示存活率,m表示生殖力,W表示适合度。 ⑶生物学意义:适合度越高,说明有机体对环境的适应能 力越强。在进化过程中,适合度高的个体,在基因库中的 基因频率将随世代增加而增大,反之,适合度低的,将随 世代增加而减少。 注意:适合度包括存活能力和生殖能力两个方面,在生 物的自然选择中,二者具有同样的重要性
一、 密度效应
在一定时间内,当种群的个体数目增加 时,就必定会出现邻接个体之间的相互影响, 称为密度效应或邻接效应 ( the effect of neighbours)。 (一)最后产量恒值法则
(二) -3/2自疏法则
(一)最后产量恒值法则 (law of constant final yield)
Fig. Selfthinning in the rye grass.
Fig. Regression lines from self-thinning curves for 31 stands of different species of plants.
二、动植物的性行为--性别生态学
1.定义:性别生态学是研究种群内部性别关系的类型、 动态及其与环境关系的科学。 2.内容:
4.年龄结构因素
九、种群的适应对策
定义:种群的适应对策(adaptive strategy of
population) 是指种群在其生活史各个阶段中, 为适应其生存环境而表现出来的生态学特征。
分类:根据其适应方式不同,可分为形态适 应 ( morphological adaptation ) 、 生 理 适 应 ( physiological adaptation ) 、 生 殖 适 应 ( procreative adaptation ) 及 生 态 适 应 (ecological adaptation)。
上述三种选择是个体选择,可能还 有四个生物学单位的选择:
1. 配子选择:自然选择作用于配子,从而 影响基因频率。 2. 亲属选择:个体行为有利于提高其亲属 的适合度,亲属个体具有某些相同的基因,自然 选择表现为亲属选择。(多与利他行为有关) 3. 群体选择:同种的种群表现为不连续的 小群,自然选择可以在小群间发生。 4. 性选择:在个体间竞争配偶中,由于优 势雄性能获得交配机会,从而使这些特征在后代 中不断强化发展。
遗传漂变的强度决定于种群大小,种群越小, 遗传漂变越强。用种群大小的倒数(1/N)作为遗 传漂变强度的指标。
自然选择和遗传漂变强度在种群进 化中哪一个作用更强,是近代种群生态 学和种群遗传学交叉学科的重要内容。 二者的粗放比较方法是:如果选择强度 (s)大于遗传漂变强度(d=1/N )10 倍以上,则遗传漂变的作用可以忽略不 计,反之亦然。
一、基因库和哈温定律
基因库( gene pool )是指种群中 全部个体的所有基因的总和。由于存在 基因突变,种群基因库的组成是不断变 化的。种群中个体的特性就是表现型, 它是由基因型的特性和环境影响共同决 定的,所以种群的特性可以用表现型和 基因型的频率加以描述。决定种群质的 遗传特性,经过数量化以后,其动态就 比较容易研究。
四、 两种进化动力的比较
自然选择和遗传漂变是种群进化的两种动力。
自然选择强度的指标是选择系数( s ),决定 于种群适合度的差异程度(相对适合度, w )。 s=wmax-wmin 。 相对适合度是个体适合度与最高适合度的比值。
w11=W11/Wmax; w12=W12/Wmax; w22=W22/Wmax
生态适应对策
定义: 生物在生存斗争中获得生存的对策称 为生态对策,这些对策要通过生物在进化过 程中所形成的特 有的生活史表现出来,因此 又称为生活史对策。 分类: 麦克阿瑟和威尔逊 ( MacArthur and Wilson , 1967 )按生物的栖息地和进化对策, 将其划分为r对策者和K对策者两大类。 对策: 表示生物体对其所处生存环境条件的 不同适应方式 , 是物种在不同栖息环境条件的 不同适应方式.
K对策:生活在条件优越和可预测环境中的种群,生物密度 很高,竞争激烈,物种数量达到或接近环境容纳量,因此, 称为 K 选择,这类适应对策称为 K 对策,采用这类适应对策 的生物称为K对策者。 r对策:生活在条件严酷和不可预测环境中的种群,生物密 度很低,基本没有竞争,种群经常处于增长状态,是高增 殖率的,称为 r 选择,这类适应对策称为 r 对策,采用这类 适应对策的生物称为r对策者。 r-K连续对策系统:生物适应环境会朝着两种不同的进化方 向-r选择和K选择发展。这种选择的结果,使一部分特征与 r- 选择结合,使另一部分特征为 K- 选择结合,从而形成两 种不同的生活史策略类型,即 r- 对策和 K- 对策。在 r- 对策 和 K- 对策之间,中间有很多过渡的类型,有的更接近 r- 对 策,有的更接近K-对策,这是一个连续的谱系,称为r-K连 续对策系统。
在一定范围内,当条件相同时,不管一个种群的 密度如何,最后产量差不多总是一样的。 Donald 研究不同密度三叶草的产量(植株干重), 在发育过程中(62,131天),产量与密度正相关, 发育末期(181天)产量与密度无关。
c=wd
c为总产量#,常数;w为平均每株重量;d密度
这里的总产量指整株,而非种子或其它食用部分)
(#
(二)-3/2自疏法则 (the –3/2 thinning law)
自疏现象(self-thinning):在高密度的样
方中,有些植株成为竞争的胜利者,获得足 够的资源而继续生长发育;有些植株因不能 获得足以维持生长发育的资源而死亡,于是 种群出现“自疏现象”。
W=Cd-a a为一个恒定数值等于3/2,因此上式被 称为-3/2自疏法则。
五、自然选择的类型
按其对种群表现型的选择结果,可以将自然选 择分为三类: 1. 稳定选择:环境条件对靠近种群数量特征 分布中间的个体有利,“淘汰”两侧的极端个体, 选择属于稳定型的。如出生体重。 2. 定向选择:当选择对一侧的“极端”个体 有利时,种群的平均值向这一侧移动。这可能是 基因型变化最快的一类。大部分人工选择。 3. 分裂选择:当选择对两侧的“极端”个体 有利时,“中间”个体被淘汰,使种群分成两部 分。
3. 生殖隔离机制的建立:由于长期的地理隔离和种群的 变异,假如地理隔离屏障消失,两个种群之间建立了生殖隔 离,使得基因交流受阻,形成了两个物种。
植物物种形成 植物不同于动物,固着 生活。具有无性生殖、易形 成多倍体、杂交能育性高等 特点。更易形成新物种。
八、影响自然选择的生态因素
1.空间因素 2.时间因素 3.密度因素