专题十 个体、种群、群落、生态系统和生物多样性
【知识联系框架】


【重点知识联系与剖析】
一、种群及其数量变动
1．种群的概念及其基本特征
种群是在一定空间中的同种个体的集群，作为一个种群不仅占有一定的空间，而且具有一定的结构，同一种群内的个体间具有交换基因的能力。种群虽然是有同种个体组成，但不等于个体数量的简单相加，从个体层次到种群层次是一个质的飞跃，因为种群具有个体所没有的一些“群体特征”，如种群密度、年龄组成、性别比例、出生率、死亡率、平均寿命等。
生物物种的生存、发展和进化都是以种群为基本单位进行的。因此个体与种群的关系是一个部分与整体的关系。
2．种群的数量变动及其影响因素
种群数量的变化包括增长、波动、稳定和下降等，这里主要介绍一点有关种群的增长方面的知识。种群数量的增长有两种基本模式：指数式增长和逻辑斯谛增长。
指数式增长：在食物（养料）和空间条件充裕，气候适宜、没有敌害等理想条件下，不受资源和空间的限制，种群的数量往往会连续增长。以某种动物为例，假定种群的数量为NO，年增长率为 ，该种群每年的增长速率都保持不变，那么一年后该种群的数量应为：
N1=N0·
二年后该种群的数量
N2=N1· =N0· 2
t年后该种群的数量应为
N1=N0· t

图10-1
如用坐标表示，横坐标表示时间，纵坐标表示种群数量，那么种群的增长就会成“J”形曲线。如图10-1所示。种群的指数式增长模式在理论上是存在的，但在自然生态系统中几乎是不可能存在的，因为资源、空间和食物不可能是无限的，即使在实验条件下也无法做到。
逻辑斯谛增长：在自然条件下，环境条件是有限的，因此种群不可能按指数式增长模式增长。当种群在一个有限的环境中增长时，随着种群密度的上升，个体间对有限空间、食物和其他生活条件的种内斗争必将加剧，以该种群为食的捕食者的数量也会增加，这就会使这个种群的出生率降低，死亡率增高，从而使种群数量的增长率下降。当种群数量达到环境条件所允许的最大容纳量时，种群数量将停止增长。有时会在最大容纳量上下保持相对稳定。据此生态学家逻辑斯谛建立了种群在有限环境条件的种群数量增长的数学模，称为逻辑斯谛方程。它是一个微分方程， =rN( )。式中dN/dt是在某一时间、某一种群数量条件下的瞬时增长率；r是内禀增长率，即该种群的最大增长潜力；K为环境的容纳量；N为某一时间的种群数量。按此方程绘制的曲线如图10-2所示。曲线成“S”形。在N=1/2 K时，“S”形曲线有一个拐点A。
在对野生动植物资源的合理开发和利用方面，一般将种群的数量控制在环境容纳量的一半，即1/2K值时，此时种群增长速度最快，可提供的资源数量也最多，而又不影响资源的再生。当种群数量大于1/2K时，种群增长的速度将开始下降。所以在开发动植物资源时，种群数量大于1/2K时就可以猎取一定数量的该生物资源，而且获得的量最大，当过度猎取导致种群数量小于1/2K时，种群的增长速度将减慢，获取的资源数量将减少，而且还会影响资源的再生。
种群数量的增长速度是由出生率、死亡率、迁入和迁出决定的，所以凡是影响到出生率、死亡率、迁入和迁出的因素都可影响种群数量的变化，如气候、食物、被捕食，传染病等。

3．微生物群体的生长规律（以细菌为例）
根据微生物的生长速率不同，可以将生长曲线粗分为4个时期：调整期、对数期、稳定期、衰亡期。
(1)调整期
①形成原因：刚刚接种到培养液中的细菌，由于新旧环境差异，在细菌的细胞内就要重新合成相应的诱导酶，以适应新环境。诱导酶合成的调节是一种缓慢的粗调节，必须消耗一定的时间，因此出现短暂调整期。
②细胞特点：细胞不分裂，体积增大。除合成诱导酶外还大量合成细胞分裂所需的其他各种酶和ATP等成份。
(2)对数期
①形成原因：一方面，调整期为细胞分裂做了充分准备。另一方面，营养物质丰富，空间宽裕，PH、温度、O2均适宜，即细胞处于无任何环境阻力的理想条件下；细菌个体间无种内竞争，种群年龄组成为增长型，绝大多数细菌细胞内合成代谢远远大于分解代谢。因此出生率远远大于死亡率，导致细菌种群密度上升。此阶段生长曲线表现为种群数量呈对数上升(N=N0· t,其中Nt为t时刻细菌总数。N0为初始细菌数， 为实际增长率， t为每个初始细菌增殖到t时刻的个体数)，即“J型生长曲线”。
②细胞特点：细胞代谢旺盛，生长繁殖速率快，由于无种内竞争现象，所以细菌个体的形态和生理特性稳定，常作为生产用的菌种和科研材料。
(3)稳定期
①形成原因：随着种群密度增大，培养环境发生变化：营养物的耗尽、营养物的比例失调、有害代谢产物的积累、pH变化，进而使细菌种群进入稳定期，在稳定期，环境阻力明显加大。种群内竞争加剧。此时，年龄组成为稳定型，合成代谢=分解代谢，出生率=死亡率，活菌数目达到最高。此时种群密度是环境所能负担的最高(K值)，即环境的量。此阶段生长曲线已不符合“J”型增长，变得较为平缓，整个生长曲线呈“S”型。