生物学联赛普通生态学教案(个体生态学)

个体生态学主编：吴波修订：彭鹏生态学（ecology ）是研究生物与其环境相互关系的科学。

所给的定义，生态学是研究有机体与其周围环境，包括非生物环境和生物环境相 互关系的科学。

当今社会面临的 五大问题主要包括：人口、环境、资源（粮食和 能源）。

当今生态学研究的 三大方向主要包括：（1）全球环境变化；（2）生态系统 的可持续性发展；（3）生物多样性的保护。

、环境与生态因子的概念1.环境环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间及其中可以直接或间接影响生物体或生物群体生存和发展的一切事物的总和。

在生态学中，环境是相对于生物这一主体的，环境是指围绕着生物体或者生物群体的一切事物的总和 ；在环境 科学中，环境是以人类为主体的，环境是指围绕着人群的空间以及其中可以直接 或间接影响人类生活和发展的各种因素的总体 。

由于生态学以生物的不同层次为 对象进行研究，不同层次的对象对应的环境不同。

2. 生态因子环境因子是从环境中分离出来的条件单位，如气候因子、土壤因子、地形因 子和生物因子等。

生态因子是在环境因子中，对生物起直接作用的因子，如对生物形态、结构、生长、发育、生理、生化等有影响的环境因子。

生态因子的总和 为生态环境。

在生态学中，将有机体生活和发育不可缺少的生态因子（食物、热、 02等对于动物，光、CO 2和水对于植物）称为生存条件。

特定群落的生态因子的 总和（无机环境）称为生境。

（1）生态因子按照属性来分：① 非生物因素：温度、光、水、PH 、氧等理化因子;生物学基础知识复习学案 全国生物学联赛辅导教案 生态学-1按照Haeckel 最初②生物因素：同种和异种生物。

（2）生态因子按照性质来分:①气候因子非生物因素;②土地因子既包含生物因素，又包含非生物因素;③生物因子生物因素;④人为因子生物因素。

（3）生态因子按照稳定性和作用来分:①非周期因子（土壤、种间关系、地心引力）：影响种群的数量和分布，不影响发育周期;②原初周期性因子（光、温度）：固定周期，生物可很好地适应;③次生周期性因子（降水、大气湿度、生物量、种内关系）：周期性不固定, 适应性较差。

（4）生态因子按照对种群数量的影响来分:①密度制约因子：食物、天敌、流行病等生物因素;②非密度制约因子：温度、降水等气候因素。

、生态因子作用的特点1.综合性：每一种生态因子都是在与其他因子的相互影响、相互制约中起作用的，任何一种因子的变化都会在不同程度上引起其他因子的变化。

例如，光强度的变化必然会引起大气和土壤温度和湿度的改变。

2.非等价性（主导因子作用）:对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中必有1-2个是起主要作用的主导因子。

主导因子的改变会引起许多其他生态因子发生明显变化或使生物的生长发育发生明显变化，如光周期现象中的日照长度和植物春化阶段的低温因子就是主导因子。

3.不可替代性和互补性（可调剂性）:生态因子虽然是非等价的，但都是不可缺少的，一个因子的缺失不能由另一个因子来替代。

但某一因子的数量不足，有时可以靠另一个因子的加强而得到调剂和补偿，结果仍可以获得相似的生态效应。

例如，光强减弱所引起的光合作用下降可靠CO2浓度的增加得到补偿，锶大量存在时可减少Ca 不足对动物造成的有害影响。

4.限定性(阶段性):生物的不同发育阶段往往需要不同的生态因子或生态因子的强度。

某一生态因子的有益作用常常只限于生物生长发育的某一特定阶段。

例如，低温对植物春化阶段是必不可少的，但在其后的生长阶段是有害的。

三、生物对生态因子的耐受限度1.利比希最低因子定律利比希(Liebig)是19世纪德国的农业化学家，1840年，发现谷物的产量常不是受常量营养物质(N、P、K等)所限制，而是取决于植物必需的微量元素 (B、Mg、Fe等)。

最小因子法则的内容是：作物的增产与减产是与作物从土壤中所获得的矿物营养的多少呈正相关的。

每一种植物都需要一定种类和一定数量的营养物，如果其中有一种营养物完全消失，植物就不能生存。

如果这种营养物数量极微，植物的生长就会受到不良影响。

最小因子法则的概念必须作两点补充才能使它更为实用:(1)最小因子法则只能作用于稳态环境下，也就是说，如果一个生态系统中, 物质和能量的输入和输出不是处于平衡状态，那么植物对于各种营养物质的需要量就会不断变化，在这种情况下，Liebig的最小因子法则就不能应用。

(2)应用最小因子法则的时候，还必须考虑到各种因子之间的相互关系。

2.谢尔福德的耐受性定律生态因子不仅处在最小量时可能成为限制因子，过量时也同样可能成为限制因子。

美国生态学家谢尔福德(1913)提出了耐受性定律：生物不仅受生态因子最低量的限制，而且受生态因子最高量的限制。

生物对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限，上下限之间就是生物对这种生态因子的耐受范围，其中包括最话生存区。

Shelford耐受性法则可形象地用一个钟形耐受曲线来表示。

耐受性定律是最低因子定律的进一步发展，表现在:(1)考虑了生态因子的上限;(2)不仅估计了生态因子量的变化，还估计了生物本身的耐受性问题;(3)允许生态因子之间的相互作用(替代和补偿等)耐受限度的说明:(1)生物的耐受范围因发育时期、季节、环境条件(生态因子)的不同而变化。

如生长旺盛时，对一些生态因子的耐受性提高；当某一生态因子不是处在最适量时，生物对其它因子的耐受范围可能随之缩小。

再如对某一个生态因子耐受范围很宽，对另一个因子又很窄。

(2)对很多生态因子耐受范围都很宽的生物，分布一般很广。

生物对气候因子的耐受范围影响着生物的分布，但是，气候因子只能说明生物不能分布的地区, 却不能准确地说明生物将会分布的地区。

(3)生物的实际耐受范围(自然界)几乎都比潜在的范围(生理耐受)狭窄。

这可能是因为：在不利条件影响下，提高了对基础代谢生理调节的代价；生态环境中的辅助因子降低了代谢强度的上限或下限水平。

(4)生物的耐受范围一般都有其低限、高限和最适点。

但是，对于某一生态因子，在自然界生物常不在最适范围内的地方生活，而在不很适宜的地方生活, 这可能是因为其它生态因子起着决定作用。

由于种间竞争，常使生物的分布范围偏离最适点。

(5)繁殖期往往是一个临界期，环境因子最可能在繁殖期中起限制作用。

3.限制因子限制因子(limiting factors)：生物的生存和繁殖依赖各种生态因子的综合作用，但其中必须有一种或少数几种是限制生物生存和繁殖的关键性因子，这些关键性因子就是所谓的限制因子。

任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。

限制因子的意义：由于众多的生态因子的重要性不同，限制因子作用可能最强大，因此，在生态学研究中，环境分析要集中在可能是限制因子的生态因素上。

那些耐受范围窄、在自然界变化幅度大的生态因子，最可能成为限制因子。

限制因子的确定，要通过观察、分析和实验相结合的途径。

首先进行野外观察和分析, 找出可能起限制作用的因子；其次要分析这些因子如何对生物起作用；最后设计室内实验，确定某一因子与生物的定量关系。

一般地，实验测定的耐受范围要比野外实际范围宽一点，因为野外可能还受其它因子的影响。

四、大环境和小环境大环境：是指地区环境(具有不同气候和植被特点的地理区域) 、地球环境(包括各圈的全球环境)和宇宙环境。

例如，三北防护林、厄尔尼诺和拉尼娜、太阳黑子等。

小环境：是指对生物有着直接影响的邻接环境。

例如，生物个体表面的大气环境、土壤环境和动物穴内的小气候等。

大环境不仅直接影响小环境，而且对生物体也有直接和间接的影响。

小环境直接地影响着生物的生存，生物也直接影响小环境。

五、生物对生态因子耐受限度的调整1.驯化：是指在自然或人工环境条件下生物的适应变化，也可以理解为生物体内决定代谢速率的酶系统的适应性改变。

气候驯化（适应）指自然条件下所诱发的生理补偿变化，这种生理适应需较长时间完成；适应指生物在生存竞争中适应环境条件而形成一定性状的现象。

这种形态适应需要很长时间。

2.休眠：是生物抵御暂时不利环境条件的一种非常有效的生理机制。

在休眠期, 生物对环境条件的耐受范围就会比正常活动时宽的多。

如动物学中学习过的动物冬眠、夏眠和日眠。

植物种子休眠时代谢率几乎下降到零。

3.周期性变化：动物的补偿能力表现出明显的周期性变化，如季节性、昼夜变化和热带的干旱、雨季的周期性变化。

耐受性的节律变化或对最适条件选择的节律变化大多是由外在因素决定的，少数是由生物本身的内在节律引起的。

六、内稳态和非内稳态生物内稳态机制: 是指生物控制自身体内环境，使其保持相对稳定，是进化发展过程中形成一种更进步的机制，它或多或少能够减少生物对外界条件的依赖性。

具有内稳态机制的生物借助于内环境而相对独立于外界条件，大大提高了生物对生态因子的耐受范围。

根据生物对非生物因子的反应或者依据外部条件对生物体内状态的影响，将生物分为内稳态牛物和非内稳态牛物。

这两类生物之间的基本差异是决定其耐受限度的根据不同。

内稳态生物是广生态幅、广适应性物种。

对于温度因子，内稳态生物保持体内恒温；对于湿度因子，表现为广湿性。

非内稳态生物则表现为体内环境随外界环境而变化。

内稳态机制是生物进化、发展过程中形成的一种更进步的机制，它使生物减少了对外界条件的依赖性，提高了生物对生态因子的耐受范围。

生物为保持内稳态，发展了很多复杂的形态和生理适应，如动物的羽和毛起保温隔热作用，高代谢率增加体内产热。

但动物最普遍的方法是行为适应。

七、适应组合生物对一组特定环境条件的适应表现出彼此之间的相互关联性，这一整套协同的适应特性就称为适应组合。

1.植物的适应组合生活在沙漠中的常绿植物表皮增厚、减少气孔数目、形成卷叶等适应干旱环境，对于沙漠环境是不够的，最耐旱的肉质植物将雨季吸收的大量水分储存在根、茎、叶中，它仅在晚间打开气孔，并吸收环境中的CO2,合成有机酸储存在组织中，白天有机酸脱羧将CO2释放出来，供低水平光合作用使用。

2.动物的适应组合骆驼清晨取食有露水的植物嫩枝叶或多汁的植物获得必需的水分，尿浓缩减少水损失；驼峰和体腔中储存脂肪，代谢时可产生代谢水；白天体温升高减缓吸热过程，晚上散热时，皮下脂肪转移到驼峰中，加快散热，体温变化减少出汗失水；骆驼一次饮水量大。

八、光对生物的作用（一）光质对生物的影响1.光质对植物的影响陆生植物主要吸收红光和蓝光，高山紫外抑制茎的伸长；海水表层绿色植物也吸收红光和蓝光；海水深层红藻、紫菜等有效利用绿光。

2.光质对动物的影响灵长类、鸟类、鱼类、节肢动物等都有很发达的色觉；不同发育阶段对光质反应不同，例如，红光促进鸡的繁殖，蓝光有助于鸡的生长；鱼类对绿、蓝、红光比较敏感。

（二）光强度对生物的影响1.光强度与陆生植物植物光合作用达到最大值时的光照强度，称为该种植物的光饱和点，苗期和生育后期光饱和点较低，生长旺期光饱和点较高。