种群生活史

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第四章、种群生活史
课程内容简介
基本内容:
第一节 生活史概述 第二节 繁殖成效 第三节 繁殖格局 第四节 繁殖策略 第五节 性选择
教学重点:
繁殖的基本方式 繁殖价值 r-选择和k-选择
第一节、生活史概述
生活史:生物从出生到死亡所经历的全部
过程。主要包括身体大小、生长发育速度、
繁殖和寿命、扩散四个关键组分构成。
二、亲本投资
生物体在产生、抚育及管护子代时所消耗 的能量、时间等资源量
1. 物种之间雌雄个体之间亲本投资比例差异 较大
鸟类:
多数雄性鸟类亲本投资总量< 体重的5 % 雌鸟投资较大(1个鸟蛋重占体重15-20%,1窝鸟
蛋可> 雌鸟体重)
2. 雌雄双亲孵育子代可增加雄性亲本投资比重
生物的生长、分化与繁殖格局各不相同。
※如: • 红豆杉:能活成百上千年; • 轮虫:寿命仅几天且身体微小; • 象、鲸:身体巨大; 研究生活史的相似性与相异性及其与 • 特定生境或形成背景的联系,是现代生态 大马哈鱼:一生仅繁殖一次;
学的重要任务之一。
• 大型兽类:一生能繁殖多次;
• 真菌、远洋鱼类:一次生产很多小型后代。
※制约生活史的因素
1. 生物的遗传特性(不能改变)
2. 外界环境的影响—生态可塑性 3. 一些遗传特性受另一些遗传特性制约
生活史对策:生物在生存斗争中获
得的生存对策。如生殖对策、取食 对策、迁移对策、体型大小对策等。
一、个体大小
个体大小是有机体最明显的表面现状。是
生物的遗传特征,强烈影响生物的生活史 对策。
鸡在胚胎与卵出后期生长曲线
占成体质量的百分数
鸡的质量
100 80
120
60 40
0
1000
1500
2000
20 0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
30 40 50 60 70 80 90 20 10 0
500
鸡生长相对速度图
鸡生长绝对速度图
生长天数
生长天数
10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 16 0 17 0 18 0 19 0 20 0
个体大小作为遗传特征的意义
1. 特征的生存意义
个体大的物种具有更好适应环境的能力,具
有很好的种内(间)竞争力,捕食成功率高
等,利于较大个体的存活
2. 特征对种群扩张的意义
个体小物种寿命短、世代更新快,异质性后 代增多,生态幅增宽,进化速度加快
二、生长与发育速度
生长:生物物质的增加;生物细胞数量的增加。
动物的扩散
个体离开原栖息地的行为,动物的扩散多为主动
扩散形式。 动物扩散的形式
● 迁出——分离出去而不再归来的单方向移动; ● 迁入——进入的单方向移动; ● 迁移——周期性的离开和返回,如回游、迁徙。
迁移
外因性迁移
周期性迁移:水生浮游植物的昼夜垂直迁移、
鱼类和鸟类的季节性迁移等
非周期性迁移:生活条件剧烈变化导致
量或资源的所有消费。
分配原理:生物生活史中的各个生命环节
(维持生命、生长和繁殖,乃至各种竞
争),都要分享有限资源,如果增加某一
生命环节的能量分配,就必然要以减少其
他环节能量分配为代价。
成功的生活史
使能量协调使用: 一、繁殖和生长的关系通过植物得到证据
山毛榉,巨冷杉、西部白松
二、繁殖和存活关系通过对动植物的观察得 到证实
但在繁殖阶段却要多次重复繁殖过程,个体发
育的各个阶段,特别是衰老阶段也比较长。
第四节、种群的繁殖策略
定义:生物繁殖对其生存环境适应的不同方式。
D.Lack 法则(1954):动物繁殖总是面对两种对立的 进化选择 高生育力但无亲代抚育 低生育力但有亲代抚育 M.Cody (1966)最适能量分配定律:物种的繁殖活 动以及在种内和种间竞争等生命活动中获胜所消耗的
三刺鱼
属刺鱼形目,刺鱼科,主要栖息北半球温带地区。 刺鱼体型小,细长,一般最大不超过15厘米
繁殖季节:雄鱼自身分泌线样粘液粘合植物材料,
筑成奇特的巢。然后连哄带骗地把雌鱼赶进巢中
产卵,接着使其受精。卵产下后,雄鱼忠诚地看
护和保卫,直到小刺鱼孵化出来 无鳞甲三刺鱼 属濒危动物
3. 亲本投资对策
71
71.4
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个体大小与生物的内禀增长率的关系
个体体积小其世代更新更快。
原因分析:生物个体体型变小→其单位重
量代谢率升高→能耗增大→因而寿命缩短
→导致生殖时间不足→从而只有提高内禀 增长率加以补偿。
10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 16 0 17 0 18 0 19 0 20 0
三、繁殖
指有机体生产出与自己相似后代的现象, 是生物形成新个体的所有方式的总称。
包括:
有性生殖:是指通过两性细胞核的结合形成新 个体的繁殖方式。
无 性 繁 殖
孢子生殖:是指生殖细胞即孢子不经过有性过 程而直接发育成新个体的繁殖方式。
繁殖生物。
• 如:一年生植物、二年生植物、绝大多数昆虫以及 竹类。 • 特点:无论生活史长短,在个体发育过程中,每个 阶段只出现一次,没有重复过程。
多次繁殖:一生中能够繁殖多次的生物。
• 大多数多年生草本植物、全部乔木和灌木树种、 高等动物如哺乳类、鸟类、爬行类、两栖类以
及鱼类等。
• 特点:在性成熟以前的各个阶段只出现一次,
营养繁殖:生物营养体的一部分生长发育出一 个新个体的繁殖方式。
孢子生殖
• 孢子是细菌、原生动物、真菌和植物等产
生的一种有繁殖或休眠作用的生殖细胞。
能直接发育成新个体。
石 松
木 贼
人工繁殖方式: 营养繁殖 分根:用于夹竹桃、腊梅等灌木,它们的丛生茎下各 自都有根,可以直接把它们分开,成为独立的植株。 压条:用于桑,夹竹桃、桂花树等植物,可以选择树 • 不通过有性途径,而是利用营养器 上较长的枝条,把它弯下来,压埋在土中的枝条部分长 出根后,再把枝条与母体截断,长成新的植株。 官:叶、茎、花等繁殖后代。 扦插:用于月季,柳树,葡萄、红薯等植物,可以剪 取植物上带芽的枝段,插入土中,不久这些枝段就会生 根发芽,长成新的植株。 嫁接:用于橘,桃等果树,可以将它们的枝或芽接到 另一种植物的茎或根上,使两者的形成层上紧贴,不久 它们就会长成一体,成为一株新植物。
能量存在一个较为适当的能量分配比率
R.H. MacArthur的r-K自然选择理论
r-选择(对策)和k-选择(对策)
稳定的环境,生物具有较高的竞争能力,能够达到
更高的 K 饱和密度值,才有利于生物的生存与繁衍
剧烈变化的环境,具有较高的繁殖能力,才利于物
种种群的保持,因此物种需要有较大的内禀增长率 r 利于增大内禀增长率的选择,称为r- 选择;利于竞 争能力增加的选择,称为K-选择 物种进化总是面对上述两种选择途径,各自只能择
捕食成功的机率也会增加
3~5年,鼯鼠、花鼠7~8年
大象:60-70岁(饲养可达80岁)
可减少捕食者对它们的袭击
关于人类寿命
1. 观点:生物的最高寿命约为性成熟期的8~10倍
人类性成熟期为14~15岁,推算则人类最高自 然寿命应112~150岁 2. 哺乳动物寿命是其生长结束期的5~7倍 人的生长发育期结束大约在20~25岁,则人类 自然寿命为100~175岁

有机体生活史格局的多样性和可塑性必然
导致繁殖特性的一系列相关变化,而繁殖
方式的多样性必然又使繁殖特性变得更为
复杂。

繁殖与物种的生存和发展关系极密切,因 此繁殖是生活史研究中的核心问题。
四、扩散(繁殖体的传播)
有机体扩展种群空间的行为,具体指生物
个体或繁殖体从一个生境转移到另一个生
境的过程
扩散方式: – 主动扩散 – 被动扩散 动物
其一才能在竞争中生存下来
k-对策生物(策略者)
进行k-选择的物种,称之为k-策略者
种群保持在k-值临近,但不超过,因为超过k-值 有导致生境退化的可能
生育力降低,相应地存活率增加,因此k-对策者 防御和保护幼体的能力较强。因为有亲代关怀, 生育力又低,寿命长和个体大,所有这些特征都 保证k-对策者在激烈的生存竞争中取得胜利; k-对策种群在受到过度死亡或激烈动乱之后,回 到平衡水平的能力有限。很低不能恢复时,则可 能灭绝
个体大小与生物生活周期的长短有着很好的正 相关性 个体大小与生物的内禀增长率有着很好的负相 关性
个体大小与生物生活周期长短的关系
物种个ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的增大则其寿命具有增长的趋势。
原因分析: 欧洲鲟鱼:体长达8米,寿命100岁以上 在异质环境中更有可能保持它的代谢功能不变
种内和种间竞争力会更强
鼠类:旱獭>10年,小家鼠仅1年,黄鼠
发育:生物的生长过程中,生物体的结构和功能
从简单到复杂,从幼体形成一个与亲代相似的性
成熟的个体。
※“生长”和“发育”是两个不同的概念,在生活
史中却是相辅相成的平行过程,所以经常被并列
提及。
几乎所有的生物都有相同的生长曲 停滞期:生物体的准备生长期。 线—逻辑斯谛曲线(“S”形生长曲 个体小、分裂细胞少、器官尚未 线)
• 2000年调查结果显示:世界人口平均预期寿命66
岁(发达国家76岁,发展中国家64岁),我国
71.4岁(男69.63,女为73.33),比世界平均高5
岁,比发展中国家高7岁,比发达国家低5岁
82 80 78 76 74 72 70 68 66
¾ ± Õ È
81
80 76
79
79
78
78
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个体的潜在繁殖贡献
现实繁殖价值(表示当年生育力M)
剩余繁殖价值(余生繁殖期望值RRV)
繁殖价值 RV = M + RRV
多数生物繁殖价值曲线特点
7 6
繁殖价值
开始繁殖价值较低 随着年龄增长升高 随着衰老而下降
5 4 3 2 1 0 0 2 4 年龄 /a 6 8
雌灰松鼠不同年龄繁殖价值的变化
植物
植物的扩散
植物的扩散大多需要借助于某种媒介,属于被动 扩散,所以一般也称为繁殖体的传播。
繁殖体主要包括:孢子、种子、果实、鳞茎、块 根、块茎、根茎等能够繁殖的植物体的部分。 扩散形式?
——风力、水力、动物(包括人)、自力传 播等。各自有特殊的适应性。
炸弹果(皮匣树):每当果实成熟时会自动爆裂开,锋利的 影响繁殖体传播距离的因素: “破片”四处飞射,威力如一颗小型手榴弹,杀伤力很是强 大。有些外壳碎片甚至能飞出20多米。爆炸后经常会在附近 凤仙花成熟时外壳自行爆裂,将种子弹出,自播繁殖。 ——可动性、传播因子、地形条件。 发现被炸死的鸟类尸体。
内因性迁移
种群内部因密度和繁殖所影响
动物扩散原因:
• 食物资源不足
• 社会地位低遭到驱逐
• 幼子长大为亲代驱逐
• 自然环境与气候变化
• 躲避天敌
• 追寻配偶
• 生境灾变与环境污染
鱼洄游
鸟类迁徙
角马大迁徙
动植物扩散的生物学与生态学意义
种群内和种群间的个体得以交换,防止
长期近亲繁殖而产生不良的后果;
抚育习性生物:
产生较少的子代,而投资较多的能量,以确 保子代有较高的存活率
产生较多的子代,抚育子代投资能量较少, 子代存活率低,需要大量后备个体补偿
无抚育习性生物:
产生较多个体,个体较小,存活率较低 产生较少的个体,个体较大 ,存活率较高
三、繁殖成本
繁殖成本:有机体在繁殖后代时对能
哺乳期雌鹿、轮虫、果蝇 结实过多的果树,抵御病虫危害的能力就要极 大地减弱,容易出现“累死”事件。
花旗松的球果产量及木材产量对比图
哺乳期雌鹿与同龄待生育雌鹿死亡率对比图
轮虫的现时生育力与未来存活率对比图
第三节、种群的繁殖格局
定义:生物繁殖方式的多样化。
一次繁殖:只繁殖一次即死亡的生物称为一次
完全形成、获取营养的能力较小 和生长的环境条件尚未达到最适 时期等因素影响生长速率。
停滞期 指数期 静止期
静止期:越来越多的细胞开始死
亡,细胞分裂、组织和器官的形
成越来越慢,最终达到平衡呈静 指数期:生物的真正生长期,生长 止状态。 的内外因素都达到最有利状态。
绝对生长速度/相对生长速度
棉花主茎生长曲线
补充或维持在正常分布区以外的暂时性
分布区域的种群数量; 扩大种群的分布区域。
第二节、种群的繁殖成效
繁殖成效的概念
个体现时的繁殖输出与未来繁殖输出的总和。
是衡量个体在生产子代方面对未来时代生存与发展
的贡献。
介 绍
①繁殖价值 ②亲本投资 ③繁殖成本
一、繁殖价值(RV)
指在相同时间内特定年龄个体相对于新生
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