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现代生物学导论 闫永彬 Yong-Bin YAN, Ph.D. 清华大学 生物科学与技术系 生命世界从微观到宏观的组织层次  生态学（Ecology）： 研究生物与环境相互依赖、制约和协调关系的科学。1869年，德国进化论者海克尔创立1950s后，数学的引入发展成定量科学 16.1.1 概念 ?生态系统（ecosystem）  生物群落与其生存环境之间, 以及生物种群相互之间密切联系、相互作用，通过物质交换、能量转换和信息传递，成为占据一定空间、具有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体，称为生态系统。 16.1.2 生态系统的基本组分?生物组分——生物群落（biotic community）  在一定地理区域内，生活在同一环境下的各种动物、植物和微生物等的种群，彼此相互作用，组成具有独特成分、结构和功能的不同种群集合体。 ?群落中物种的多样性和优势种?群落结构：垂直分布、水平分布、时间 分布?生态位（ecological niche） 生物种群在群落中的生活方式和它们在时间和空间上所占有的地位。 ?环境组分  ?无机与物理性环境因子：  辐射（光）、温度、湿度与水分、化学因素（大气成分、水中盐分、酸碱度）、土壤等。 16.1.3 种内与种间关系 ?捕食（predation） ?竞争（competition）  ?寄生（parasitism）  ?共栖（commensalism）  ?合作（protocooperation）与 互利共生（mutualism）  ?化学互助和拮抗 16.1.4 生态系统的基本特征 ?生物群落是生态系统的组成核心； ?生态系统具有一定的地区特点和空 间结构； ?生态系统表现明显的时间特征，具 有从简单到复杂，从低级到高级的 发展规律；  ?生态系统的代谢活动是通过物流与能 流过程实现的； ?生态系统在结构和功能方面具有复杂 的动态平衡特征； ?生态系统具有不同程度的开放性，不 断地与外界进行物质和能量交换及信 息传递，从而维持系统的有序状态。 16.2 生态系统的食物链和食物网 16.2.1 食物链和食物网的概念  生态系统中储存于有机物中的化学能，通过一系列吃与被吃的关系，把生物与生物紧密地联系起来，这种以食物营养关系彼此联系起来的生物序列，称为食物链（food chain）。  生物群落中错综复杂的食物关系，使多条食物链彼此交联，形成食物网（food web）。 16.2.2 食物链中的功能类群 ? 生产者（producers） ? 消费者（consumers） ? 还原者或称分解者（decomposer） 16.2.4 食物链的基本特点?同一食物链中常包含有食性和其它生活习性极不相同的多种生物；?同一生态系统中，可能有多条食物链，长短不同，营养级数目不等；?不同生态系统，各类食物链的比重不同；?生态系统中，各类食物链总是协同起作用的。?食物网不仅维持生态系统的相对平衡，并推动生物进化，是自然界发展演化的动力 16.3.1 生态系统能量流动 ? 生态系统能量存在的形式 辐射能、化学能、机械能、电能、生物能 ?生态系统的能量流动遵循热力学定律 能量守恒与转化 生态系统是一个开放系统，通过光合作用引入负熵；通过呼吸，把正熵值转到环境。 16.3.1 生态系统中的能源和能流（energy flow） ?能流和营养水平（trophic levels） 地球上依赖于绿色植物和各种藻类利用日光进行光合作用，每年生产约1 700亿吨有机物。 各类生物以地球生态系统初级生产者的总生产量/年为起点，能量按食物链顺序的流动，即能流 能流过程中，各类生物所处的地位称为营养水平。营养水平和食物链的环节是有限的（通常4 ~5个） ?能量转化效率和生态金字塔 能量转化效率：指某一营养级所固定的能量与上一营养级所携有的能量之比。 十分之一定律：营养水平每上升一级所