种群和群落知识整理.docx

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种群和群落知识整理

第三单元种群和群落

第三章生物群落的演替NO.XA017

第一节生物群落的基本单位—种群2014-5-15

一、种群的概念：

在一定时间内占据一定空间的同种生物的所有个体。

种群是生物群落的基本单位。

例：

判断下列实例能否构成种群，是的打√，不是的打×。

1）一片农田中的全部水稻（√）2）一片森林中的全部蕨类（×）

3）一口池塘中全部鲫鱼（√）4）一片森林中的全部蛇（×）

二、种群的特征：

种群密度：

种群最基本的数量特征

决定种群数量变化的主要因素

出生率和死亡率

（核心问题）

数量特征迁入率和迁出率

预测种群数量变化的主要依据（一般依据年龄结构）

年龄结构

性别比例

空间特征：

指组成种群的个体，在其生活空间中的位置状态或布局。

遗传特征：

遗传的单位，繁殖的单位

（一）种群密度：

1、概念：

单位面积或体积内某一种群全部个体的数量。

2、调查种群密度的方法：

（1）原理

一般情况下，要逐一计算某个种群的个体总数是比较困难的，因此，研究者通常只计数种群的一小部分，用来估算整个种群的种群的种群密度，此方法称取样调查。

概括为逐个计数法和估算法

（2）方法步骤

●植物种群密度样方法——样方法

通过计算若干样方中某种生物的全部个体数，然后以其平均密度估算种群总体平均密度的方法。

①确定调查对象

②选取样方（随机取样）

a.五点取样法：

在总体中按梅花形取5个样方，每个样方要求一致，适用于总体为非长条形。

b.等距取样法：

适用于长条形的总体，先将总体分成若干等份，由抽样比例决定距离或间隔，然后以这一相等的距离或间隔抽取样方。

③计数：

计数每个样方内所调查植物的数量并做好记录。

④计算种群密度：

计算各样方内种群密度的平均值，即为该种群的种群密度的估计值（单位：

株/平方米）

【特别提示】

（1）样方应随机选取

（2）样方大小：

①一般草本植物：

1m×1m；灌木：

4m×4m；乔木：

10m×10m

②如果种群个体数较少，样方面积需要适当扩大

③应以物种个体数达到最稳定时的最小面积计算。

（见书P72第1题）

（3）样方数目：

总体面积大要多取，总体面积小可少取。

（4）样本统计：

位于样方边线上的植物计数相邻两边及其交点上的植物；

不同生长期的个体都应统计。

例1：

在调查某种植物的密度时，共选取了k个样方，每个样方的个体数分别为n1，n2，n3…nk株，每个样方的面积均为s平方米，则该种群的密度为（n1/s+n2/s+n3/s+…+nk/s）/k株/m2。

例2：

在某地块中选取了4个边长为2m的样方，样方中的某植物如右图，则该地块中该植物种群密度为2.75株/m2。

●动物种群密度样方法——标记（志）重捕法

①确定调查对象

②捕获并标记部分个体：

在该种群生存环境中，均匀设置捕获点，捕获一部分个体，并对其进行标记后，再在原地将其放回，并记录个体数量（M）

③重捕，计数：

一段时间后，在原来的捕获点再次捕获一部分个体，并记录数量（n）及其中被标记的个体数（m），然后放回原来的环境。

④计算种群密度：

【特别提示】

（1）前提：

标记个体与未标记个体在重捕时被捕获的概率相等。

（2）标记技术：

标记物和标记方法不能影响被标记动物的正常活动；

也不能导致其发生疾病、感染等；

标记符号必须能维持一段时间，但又不能过分醒目。

例：

调查某草原田鼠数量时，在设置1公顷的调查区内，放置100个捕鼠笼，一夜间捕获鼠32头，将捕获的鼠经标记后在原地释放。

数日后，在同一地方再放置同样数量的捕鼠笼，这次共捕获30头，其中有上次标记过的个体10头。

则

（1）该地区田鼠种群个体总数为96头。

（2）事实上田鼠在被捕捉过一次后更难捕捉，上述计算所得的平均种群密度与实际种群密度相比可能会偏高。

●微生物的种群密度调查方法：

抽样检测法（显微计数法或血细胞计数法）

（二）出生率和死亡率

●出生率：

指种群在单位时间内新产生的个体数量占该种群个体总数的比率。

●死亡率：

指种群在单位时间内死亡的个体数量占该种群个体总数的比率。

（三）迁入率和迁出率

●迁入率：

单位时间迁入某种群的个体数占该种群个体总数的比率。

●迁出率：

单位时间迁出某种群的个体数占该种群个体总数的比率。

（四）年龄结构

1、概念：

指一个种群中各年龄段的个体数量的比例。

2、类型：

●

增长型：

种群中幼年个体较多，老年个体较少，出生率大于死亡率，种群密度会在一段时间内越来越大。

●稳定型：

种群中各年龄段的个体数目比例相当，出生率和死亡率大致相等，种群密度在一段时间内会保持稳定。

●衰退型：

种群中幼年个体较少，而老年个体较多，死亡率大于出生率，种群密度会越来越小。

（五）性别比例：

种群中雌雄个体数量的比例。

三、种群数量的增长规律

1、研究方法：

建立数学模型。

2、种群数量增长的两种曲线

Ø

种群增长的“J”型曲线：

（1）模型假设：

在食物（养料）和空间条件充裕、气候适宜和没有敌害等理想条件下。

假定种群的起始数量为N0（亲代），而且每代的增长率（λ）都保持不变，且世代间不重叠，该种群后代中第t代的数量为Nt。

（2）建立模型：

Nt=N0λt

（3）特点：

种群内个体数量连续增长（没有最大值）；增长率不变。

Ø

种群增长的“S”型曲线：

（1）原因：

自然界的资源和空间是有限的，当种群密度增大时，种内竞争就会加剧，以该种群为食的捕食者数量也会增加。

（2）特点：

①种群内个体数量达到环境条件所允许的最大值（K值）时，种群个体数量将不再增加；

②种群增长率变化，种群数量由0→K/2时，增长率逐渐增大；种群数量为K/2时，增长率最大；种群数量由K/2→K时，增长率不断降低；种群数量为K时，增长率为0.（如右图）

思考：

（1）右图中t1是对应种群数量为K/2时，t2是对应种群数量为K值.

（2）右图中阴影部分表示由于环境阻力而死亡的个体数，用达尔文进化论的观点分析，图中阴影部分表示通过生存斗争淘汰的个体数量。

（3）应用：

大熊猫栖息地遭到破坏后，由于食物减少和活动范围缩小，其K值变小，因此，建立自然保护区，改善栖息环境，提高K值，是保护大熊猫的根本措施；对家鼠等有害动物的控制，应降低其K值。

四、研究种群数量变化的意义：

1、野生生物资源的合理开发和利用

一般将种群数量控制在环境容纳量的一般（K/2）时，种群增长速度最快，可提供的资源数量最多。

当种群数量大于K/2时，可以猎捕一定数量该生物资源，且获得量最大。

过度猎取时，种群增长速度虽然较快，但资源总量减少。

2、为害虫的预测及防治提供科学依据。

五、影响种群数量的因素

1、自然因素：

气候、食物、天敌、传染病等。

2、人为因素：

动物栖息地环境的破坏；生物资源的过度开发和利用；环境污染等。

六、【实验】探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化

1、研究目的：

通过建立反映种群动态变化的数学模型，分别说明种群个体数量的增长规律以及种群外部环境因素和种群内部因素对种群对种群个体数量的制约。

2、实验材料

活性干酵母，无菌马铃薯培养液或肉汤培养液，试管，血球计数板，滴管，显微镜等。

3、研究步骤：

（1）提出问题：

培养液中酵母菌的数量是怎样随时间变化的？

（2）作出假设：

培养液中酵母菌的数量是怎样随时间呈现“S”型曲线增长。

（3）设计和实施实验

①将10mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中。

②将酵母菌接种入试管中的培养液中混合均匀。

③将试管在28℃条件下连续培养7d。

④每天取样计数酵母菌的数量，采用抽样检测的方法：

将盖玻片放在血球计数板，用吸管吸取，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入到计数板小方格内，用显微镜观察计数选定的中方格（5个或4个）中酵母菌数并记录在下表中：

（以25中格×16小格血球计数板为例）

时间（天）

第1天

第2天

第3天

第4天

第5天

第6天

第7天

次数

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

每个中方格酵母菌数

1

2

3

4

5

稀释倍数

总数

平均值

（4）分析结果：

将所得的数值用曲线图表示出来。

（5）得出结论：

培养液中酵母菌的数量是怎样随时间呈现“S”型曲线增长。

4、注意事项：

（1）显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应该遵循“数上线不数下线,数左线不数右线”的原则计数。

（2）取样前需将试管轻轻振荡几次，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减少误差。

（3）培养后期的样液要稀释后再计数。

（4）每天计数酵母菌数量的时间要固定。

（6）计算酵母菌数量时要注意单位、是否稀释过。

5、深入研究

分析环境因素（温度、培养液的PH、培养液中某养分的浓度等）对酵母菌种群个体数量变化的影响。

附：

种内关系

种内互助：

同种生物生活在一起，通力合作，共同维护群体的生存。

种内斗争：

同种生物个体之间由于争夺食物、栖所、配偶等而发生斗争。

第二节生物群落的构成

一、生物群落的概念：

在同一时间内、占据一定空间的相互之间有直接或间接联系的各种生物种群的集合。

群落是由一定的动物、植物和微生物种群组成。

例：

判断下列实例能否构成群落，是的打√，不是的打×。

（1）一个池塘中所有鲫鱼（×）

（2）一个池塘中所有鱼、虾（×）

（3）一个池塘中所有动物（×）（4）一个池塘中所有动物和所有植物（×）

（5）一个池塘中所有动物、植物和微生物（√）

二、生物群落中的种间关系

种间互助：

互利共生

种间斗争：

包括竞争、捕食、寄生

关系名称

概念

数量坐标图

能量关系图

特点

举例

互利共生

指两个种群生活在一起，相互依赖，相互得益。

在数量上呈现同步变化。

如果分开，则双方或一方不能独立生存。

地衣；大豆与根瘤菌等。

竞争

指生活在同一区域的两种或两种以上生物争夺同一资源而产生的相互妨碍作用的现象。

竞争能力强的生物数量增加，竞争能力弱的数量减少或淘汰。

生态需求越接近的不同物种间竞争越激烈。

牛与羊；农作物与杂草；大草履虫与双小核草履虫等。

捕食

一种生物取食另一种生物的种间关系，如肉食和植食行为等。

在数量上呈现“先增加者先减少，后增加者后减少”的不同步变化。

羊与草；狼与兔；青蛙与昆虫等。

寄生

一种生物（寄生物）以另一种生物的体液、组织或已消化利用的物质为营养并对宿主造成危害的现象。

无

对寄主有害，对寄生生物有利。

蛔虫与人；菟丝子与大豆；噬菌体与被侵染的细菌。

三、生物群落的结构：

1、形成：

群落结构是由群落中的各个种群在进化过程中通过相互作用形成的。

2、类型：

主要包括垂直结构和水平结构。

●垂直结构：

（1）概念：

指群落在垂直方向上的分层现象。

（2）原因：

①植物的分层与对光的利用有关，群落中的光照强度总是随着高度的下降而逐渐减弱，不同植物适于在不同光照强度下生长。

如森林中植物由高到低的分布为：

乔木层、灌木层、草本层、地被层。

②动物分层主要是因群落的不同层次提供不同的食物，其次也与不同层次的微环境有关。

如森林中动物的分布由高到低为：

猫头鹰（森林上层），大山雀（灌木层），鹿、野猪（地面活动），蚯蚓及部分微生物（落叶层和土壤）。

●水平结构：

（1）概念：

指群落中的各个种群在水平状态下的格局或片状分布。

（2）原因：

由于在水平方向上地形的变化、土壤湿度和盐碱度的差异、光照强度的不同、生物自身生长特点的不同，以及人与动物的影响等因素，不同地段往往分布着不同的种群，同一地段上种群密度也有差异，它们常呈镶嵌分布。

【特别提示】在热带高山植物群落中，不同海拔地带的植物呈垂直分布，从上到下依次分布的植物是：

高山草甸、针叶林、落叶阔叶林、常绿阔叶林、热带雨林。

这种分布主要是由于不同海拔温度不同造成的，所以属于群落的水平结构。

3、意义：

提高了生物利用环境资源的能力。

四、【实验】土壤中动物类群丰富度的研究

1、背景资料

土壤动物概念：

是指一生或一生中某个阶段在土壤中生活，并对土壤产生一定影响的动物。

土壤动物分类：

一般按体型和习性分为四类，包括：

微型土壤动物、小型土壤动物、中型土壤动物、大型土壤动物。

2、研究步骤：

（1）提出问题

如：

可以调查某处土壤中小动物类群丰富度；也可以通过调查来比较不同土壤中小动物类群的丰富度；还可以考虑在不同时间（如白天和晚上）或不同空间（如不同深度土层）作调查。

（2）制定探究计划

步骤

时间

地点

内容

方法

备注

第一步

×年×月×日

××

环境考察

观察与测量

带温度计、干湿计、记录本

第二步

……

（3）实施计划

①选择样地：

由于各类动物体型大小悬殊，活动方式各异，因而调查方案也应有所不同。

如采集大型土壤动物时，选择的样地一般是在林下或落叶等腐殖质较为丰富的地方。

②确定样点与取样：

在采集样地随机选取3～5个样点（50cm×50cm×15cm），采集样点内的落叶和土壤，将其中的较大的土壤动物用镊子或手捡的方法（较小的用吸虫器采集），放入盛有体积分数为70%的酒精溶液的瓶中（也可放入试管中）。

③样本鉴定与结果统计：

根据有关资料，分检并鉴定标本，填写下表，估算各物种的丰富度。

动物种类

样点

大型动物

（种数）

小型动物

（种数）

微型动物

（种数）

……

物种丰富度D=S/lnA

1

2

3

（4）得出结论：

组成不同群落的优势种是不同的，不同群落的物种丰富度是不同的。

一般来说，环境条件越优越，群落发育的时间越长、物种越多，群落结构也越复杂。

3、注意事项

（1）从不同营养环境中采集的土壤样本要分别统计。

（2）尽可能多地收集小动物。

如可用诱虫器采集（原理是生物的趋光性与趋湿性）。

（3）可借助有关的动物图鉴查清小动物的名称，有些小动物肉眼难以识别，可借助放大镜、实体镜进行观察，最好用实体镜，如用普通显微镜，可在4倍的物镜和5倍的目镜下进行观察。

第三节生物群落的演替

一、群落演替的概念、特点和标志：

1、概念：

在生物群落发展变化的过程中，一个群落代替另一个群落的演变现象。

2、特点：

群落的演替长期变化累积的体现，群落的演替是有规律的或有序的。

3、标志：

在物种组成上发生了（质的）变化；或者一定区域内一个群落被另一个群落逐步替代的过程。

二、群落演替的类型：

1、原生演替（又称初生演替）

（1）定义：

在从未有过生物生长或虽有过生物生长但已被彻底消灭的原生裸地上发生的生物演替。

（2）过程（裸岩）：

地衣、苔藓阶段→草本植物阶段→灌木阶段→森林阶段

（3）举例：

如在火山岩、冰川泥、沙丘上进行的演替。

思考：

（1）原生演替的先驱物种一定是地衣吗？

（2）后一阶段的植物为什么能取代前一阶段的生物成为该地区的优势物种？

（3）在森林阶段，群落中还能找到地衣、苔藓、草本植物和灌木吗？

（4）在该演替过程中动物的种类和数量有没有变化？

怎么变化？

2、次生演替

（1）定义：

当某个群落受到洪水、火灾或人类活动等因素干扰，该群落中的植被受严重破坏所形成的裸地，称为次生裸地。

在次生裸地上开始的生物演替，称为次生演替。

（2）过程（弃耕农田）：

一年生杂草→多年生杂草→灌木→乔木林

思考：

任何群落都能演替到乔木林或森林阶段吗？

（3）举例：

如在火灾后的草原、过量砍伐的森林、弃耕的农田上进行的演替。

三、群落演替的影响因素

1.群落内部因素：

（根本原因）

•群落内部环境的变化—动力

•种内和种间关系动态变化—催化剂

2.外界环境因素：

（重要条件）

•自然因素：

火灾、洪水、严寒等。

•人类活动：

人类的活动往往会使群落的演替按照不同于自然演替的速度和方向进行。

（1）利于群落演替的人类活动：

退耕还林、还草、还湖、封山育林等。

（2）不利于群落正常演替的活动：

滥砍滥伐、滥捕滥猎、填湖造地等。

四、原生演替与次生演替的比较。

原生演替

次生演替

起点

原生裸地

次生裸地

时间

较长

较短

速度

较慢

较快

影响因素

自然因素

人类活动较为关键

实例

裸岩上的演替

弃耕农田上的演替