1、第一次测试（6Jun20146Jun2014）：1 10 0分钟大气圈是如何形成的？大气圈是如何形成的？大气圈分为几层？大气圈分为几层？1第 10 10 讲生物圈生物圈申文斌，邓洪涛，徐新禹，罗佳申文斌，邓洪涛，徐新禹，罗佳2014.2014.6 6. .6 62内容提要1 生物起源论生物起源论 2 生物与环境生物与环境 3 种群与生物群落种群与生物群落4 生态系统生态系统5 生态系统的物质循环生态系统的物质循环6 地球上的主要生态系统类型地球上的主要生态系统类型3 最令人着迷和引人入胜的话题，是最令人着迷和引人入胜的话题，是生物的起源，生物的起源，包括包括人类起源之谜人类起源之谜1 生物起源
2、论l 几种起源学说几种起源学说p 神创说p 宇生说【宇胚说】p 阴阳（或易经）说【自然发生说】p 化学起源说1 生物起源论l 神创说神创说p 圣经：创世说 【证据？】p 反驳1：将未知的东西归于“上帝”【牛顿：上帝推动地球】p 反驳2：没有令人信服的证据1 生物起源论l 宇生说宇生说p 【天外胚种说】生命可能来源于外际空间：宇宙间其他有机体落入地球p 证据：陨石含有有机酸和氨基酸生命物质蛋白质的基本组成单位 p 难题：宇宙中的生命又是如何产生的？【必须回答这一问题】1 生物起源论l 阴阳（或易经）说阴阳（或易经）说【自然发生说自然发生说】p 道生一，一生二，二生三，三生万物 【有实验证实吗？】
3、p 无中生有 【有各种例子可说明这个大命题】p 难题：缺乏具体证据 【停留于“功能性解释”】1 生物起源论l 化学起源说化学起源说p 原始地球，炽热火山喷发频繁，分解产生大量气体：氢，甲烷，水蒸气，二氧化碳，氨等；水蒸气凝结成雨水，流入低洼处，形成湖泊海洋p 气体在雷电作用下，由于化学反应，从无机小分子物质生成有机小分子物质【美国学者米勒等人1953的实验（利用氢，甲烷，氨和水蒸气，加热并电击（6000V）：证实了1922年奥巴林提出的假说】1 生物起源论l 化学起源说化学起源说(续续)p 有机小分子物质（在海洋中）经过漫长的演化，逐渐形成有机高分子物质p 从有机高分子物质组成多分子体系p 从
4、多分子体系演变为原始生命【40亿年前？】：有新陈代谢，能繁衍后代p 接下来，由简单到复杂，由低级向高级逐渐进化1 生物起源论l 不解之谜不解之谜p 像人类这样的高级生命，能通过不断演化产生吗？p 来自上帝创造说支持者的质疑：三十亿个基本单元才能构成人，而且所有单元都需要有序组合，不能有一点差错！p 合理假说：人类从较低级动物演化而来；较低级动物从更低级动物演化而来；p 不能因为我们不理解，就否认其可能的真实性不能因为我们不理解，就否认其可能的真实性p 大自然的神奇，就在于我们大自然的神奇，就在于我们“太无知太无知”【考察历史进考察历史进程，即可证实这一点程，即可证实这一点】1 生物起源论l 合
5、成合成1 生物起源论1 生物起源论1 生物起源论l 后面的讨论，基于如下假定后面的讨论，基于如下假定p 1 承认化学起源说p 2 承认生物进化论l 植物起源：植物起源：l 植物距今二十五亿年前植物距今二十五亿年前(元古代元古代)，地球史上最早出现的植物属于，地球史上最早出现的植物属于菌类和藻类菌类和藻类l 直到四亿三千八百万年前直到四亿三千八百万年前(志留纪志留纪) ，绿藻摆脱了水域环境的束，绿藻摆脱了水域环境的束缚，首次登陆大地，进化为蕨类植物缚，首次登陆大地，进化为蕨类植物 l 三亿六千万年前三亿六千万年前(石炭纪石炭纪)，蕨类植物绝种，代之而起是石松类、，蕨类植物绝种，代之而起是石松类、
6、楔叶类、真蕨类和种子蕨类，形成沼泽森林楔叶类、真蕨类和种子蕨类，形成沼泽森林l 二亿四千八百万年前二亿四千八百万年前(三叠纪三叠纪)，裸子植物开始兴起，形成茂密的，裸子植物开始兴起，形成茂密的森林森林l 1亿亿4千万年前，更进步的被子植物就已经从某种裸子植物中分千万年前，更进步的被子植物就已经从某种裸子植物中分化出来化出来l 1 生物起源论l 动物起源：动物起源：l 大约在大约在5.7亿年前，出现无脊椎动物亿年前，出现无脊椎动物l 化石记录最早在化石记录最早在67亿年前左右亿年前左右l 脊椎动物是脊椎动物是4.75亿年前的奥陶纪的介皮类，海洋生活亿年前的奥陶纪的介皮类，海洋生活l 3.95亿年
7、前，亿年前，出现了一群具有上下颔的鱼类出现了一群具有上下颔的鱼类l 2亿亿3500万年前，恐龙出世，支配全球陆地生态系统超过万年前，恐龙出世，支配全球陆地生态系统超过1亿亿6千万千万年之久；灭绝于年之久；灭绝于6500万年前万年前l 距今约距今约3000万年前，万年前，古猿（人）问世古猿（人）问世l 约约450万年万年前，地球上出现人类前，地球上出现人类l 大约大约20万年前，进化为早期智人；约万年前，进化为早期智人；约10万年前，进化为晚期智人，万年前，进化为晚期智人，也即现代人也即现代人 l 1 生物起源论2 生物与环境l 生物界的组织水平生物界的组织水平 p 不同的层次或组织水平，从大分
8、子有机物开始直到生物圈，复杂程度逐级增加。当从一个层次过渡到另一个较高层次时，生命组织便会出现前一级所不具有的新性质和特征。植物距今二十五亿年前(元古代)，地球史上最早出现的植物属于菌类和藻类l 环境因素与生物的相互作用环境因素与生物的相互作用p 生物存在于地理环境之中，它们在个体发育的全部过程中，经常不断地与环境间进行着物质与能量的交换p 在环境对生物发生影响的同时，生物有机体，特别是它们的群体也对环境产生相当明显的改造作用p 生态因素：对生物的生命活动起直接作用的那些环境要素称之为生态因素，如日光、热、水、矿物盐类和其他生物等。而地形、海拔高度等则属于间接作用因素，它们通过改变气候、土壤等
9、条件对生物产生影响2 生物与环境2 生物与环境l 环境因素与生物的相互作用环境因素与生物的相互作用p 生物或其群体具体居住地段的所有生态因素的总体叫做生境。p 如果当一个或几个生态因素的量或质低于或高于生物所能忍受的临界限时，不管其他因素是否适合，生物的生长发育和繁殖都会受到影响，甚至引起死亡。这样的生态因素称作限制因素，它是最易阻挠和限制生物生存的因素。p 生物在其生存过程中，对生态因素的忍耐不仅有一个生态上限和下限，同时在它的耐性限度内还有一个比较小的生态上的最适范围，在这里生物生长发育得最好。2 生物与环境l 生物的适应性生物的适应性p 指生物的形态结构、生理机能、个体发育和行为等与其生
10、存的一定环境条件互相统一、彼此适合的现象p 生物适应环境的方式多种多样。高等植物的各种器官都明显地表现出对于生活条件的适应p 动物对环境的适应方式更是形形色色 如保护色、警戒色、拟态（见图）等p 生物的某种适应性状的产生 是长期自然选择逐渐形成的。2 生物与环境l 生物的指示现象生物的指示现象p 固定生长的植物、珊瑚对环境的反映最为灵敏 珊瑚礁生长在热带（水温20）、清澈浅海水域p 树木年轮能显示温度、降水量、年际变化和太阳黑子周期l 地质指示现象地质指示现象p 岩石可指示“年龄”、磁性等2 生物与环境3 种群与生物群落l 种群种群p 概念：占据一定环境空间的同一种生物的个体集群称作种群p 在
11、自然界中，种群是物种存在、物种进化和表达种内关系的基本单位，是生物群落或生态系统的基本组成部分3 种群与生物群落l 生物的分布生物的分布p 每个生物种都有一定的地理分布区，反映其现在与环境的关系和过去的物种演化历史p生物扩散：生物种个体或其器官、扩散体（如种子、孢子和幼体）离开或进入其种群居住区并占领新栖息地域或分布区的现象 环境阻限和生物个体固有的运动能力对扩散的影响很大 迁移：生物扩散的一种重要形式，即生物长距离的运动 扩散是一种生态学过程，自然选择支持生物个体离开其出生地一定的距离3 种群与生物群落p 生物竞争：种内竞争，种间竞争p 生物分布区：生物种在一定的环境下通过演化、扩散、适应、
12、竞争，逐步形成自己的分布区。p 一个地区各种各样生物种类（包括人工栽培的植物和饲养的动物）的总和称为生物区系。3 种群与生物群落p 种群增长:种群个体数目的增加（见图）指数增长方式如一个细菌经过36小时，完成108个繁殖代后，将繁殖出2107个细菌，可以布满全球一尺厚种群增长方式的普遍形式：逻辑斯谛方程2问题：一对公母老鼠，按自然繁殖，5年之后变为多少只？每年怀胎10次，一胎 9 个计算；寿命4年3 种群与生物群落l 生物群落生物群落p 在一定地段的自然环境条件下，由彼此在发展中有密切联系的动物、植物和微生物有规律地组合成的种群集合体。p 地球上存在的各种自然群落，如森林、草原、荒漠、湖泊、沼
13、泽等3 种群与生物群落l 生物群落的演替生物群落的演替p 生物群落是动态系统： 存在季节变化、年变化、群落演替和演化p 演替：由于自然或人 为原因，一个群落被 性质不同的另一个群 落替代的现象。p 顺行演替：荒地变森林p 逆行演替：砍伐森林 、草原退化3 种群与生物群落l 生物多样性生物多样性p 遗传多样性：一个物种内个体之间和种群之间的差别p 物种多样性：一个区域内动植物和其他生物的不同类型p 每个水平的生物多样性都具有实用价值 如遗传多样性使玉米具有抵抗某些虫害的独特天性 如物种多样性为我们提供大量野生的和家养的植物、鱼类和动物产品3 种群与生物群落p 物种数量 动物：约120万种；植物：
14、约50万种 大约物种的40%90%生活在热带森林；全球鸟类品种的20%局限在全球陆地总面积的2%之内植物低等无脊椎动物高等无脊椎动物脊椎动物藻类（2.5Ga）约26,900种原核生物 （0.6Ga）约4,760种腔肠动物(0.5Ga)约9,800种鱼类 (0.4Ga)约19,100种菌藻类（2Ga）约47,000种原生动物约30,800种棘皮动物约5,000种两栖约4,200种高等植物(0.14Ga)约248,500种扁形动物约12,000种环节动物约12,000种爬行类约6,300种线虫动物约12,000种软体动物约50,000种鸟类约9,000种海绵动物约5,000种昆虫类约751,000
15、种哺乳类约4,000种昆虫以外的节肢动物 约423,000种现今生物的多样性3 种群与生物群落3 种群与生物群落p 生物分类： 界，门，纲，目，科，属，种 一般把动物界分为十门：原生动物门、多孔动物门、腔肠动物门、扁形动物门、线形动物门、环节动物门、软体动物门、节肢动物门、棘皮动物门、脊索动物门脊索动物门：尾索，头索，半索，脊椎动物四个亚门.*除脊椎动物亚门外其它的便都是无脊椎动物。4 生态系统l 生态系统的概念生态系统的概念p 任何生物群落总是通过连续的 ”能量物质交换”与其生存的自然环境不可分割地相互联系和相互作用着， 共同形成统一的整体，这生态功能单位就是”生态系统” p 生态系统是一个
16、”开放系统”， 作用: 保持其相对平衡状态，也是一个控制系统或反馈系统.4 生态系统l 生态系统的组成部分生态系统的组成部分1克肥沃土壤中含有的微生物数量可达1亿个 4 生态系统l 生态系统的组成部分生态系统的组成部分p 任何一个生态系统都可以分为两部分：无生命物质(无机环境)和有生命物质(生物群落)。见后图p 生物群落是生态系统的核心：包括第一类自养型生物（生产者）、第二类异养型生物（消费者，一级、二级、三级、四级消费者）、第三类异养型微生物（分解者）4 生态系统l 生态系统的组成部分生态系统的组成部分4 生态系统l 生态系统的营养结构生态系统的营养结构p 生态系统的营养结构：指生态系统中的
17、无机环境与生物群落之间和生产者、消费者与分解者之间，通过营养或食物传递形成的一种组织形式，它是生态系统最本质的结构特征。4 生态系统p 生态系统各种组成成分之间的营养联系主要通过食物链和食物网来实现 食物链：是生态系统内不同生物之间类似链条式的食物依存关系，食物链上的每一个环节称为营养级食物网：食物链组合鼬（yu）鼠4 生态系统l 生态系统的能量流动生态系统的能量流动p 太阳能导致植物光合作用，进而导致生物化学能（生态系统的基本能源）； 生态系统内部，各成分之间流动为单向流， 通过各营养级生物呼吸作用而散失， 用于较高营养级，生产量的能量只占很小比例4 生态系统l 生态系统的能量流动生态系统的
18、能量流动p 太阳能导致植物光合作用，进而导致生物化学能（生态系统的基本能源）； 生态系统内部，各成分之间流动为单向流， 通过各营养级生物呼吸作用而散失， 用于较高营养级，生产量的能量只占很小比例。4 生态系统5 生态系统的物质循环l 自然界的各种元素和化合物在生态系统中的运动自然界的各种元素和化合物在生态系统中的运动为一种循环式的流动，称为为一种循环式的流动，称为生物地球化学循环生物地球化学循环l 例如，当绿色植物通过光合作用，将太阳能以化例如，当绿色植物通过光合作用，将太阳能以化学能的形式贮存在合成的有机物质之中时，能量和学能的形式贮存在合成的有机物质之中时，能量和物质的运动就同时并存物质的
19、运动就同时并存5 生态系统的物质循环l 参与有机体生命过程的化学元素大约有参与有机体生命过程的化学元素大约有30-40种，种，根据它们在生命过程中的作用可以分为三类：根据它们在生命过程中的作用可以分为三类：p 能量元素、大量元素、微量元素p 这三大类生物性元素对生命过程缺一不可。l 根据属性的不同，生物地球化学循环可分为三种主根据属性的不同，生物地球化学循环可分为三种主要类型：要类型：p 水循环，气体型循环和沉积型循环。l 气体循环：气体循环：p 碳循环（图10-10）、氮循环（图10-11）5 生态系统的物质循环5 生态系统的物质循环6 地球上的主要生态系统类型l 陆地生态系统陆地生态系统l
20、 海洋海洋生态系统生态系统6 地球上的主要生态系统类型l 陆地生态系统陆地生态系统p 森林生态系统一般分布于”湿润”和”半湿润”地区，具有众多的营养级和非常复杂的食物网，是生产量最大的陆地生态系统。 这包括热带雨林、亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林、亚寒带针叶林和寒带冻原等森林生态系统不同类型p 草原生态系统一般分布于 “半湿润”的内陆地区 “半干旱”的内陆地区p 荒漠生态系统一般分布于亚“热带”和“温带”干旱地区世界植物生态区分布6 地球上的主要生态系统类型高山草甸6 地球上的主要生态系统类型草原生态系统草原生态系统分布于半湿润、半干旱的内陆区。分布于半湿润、半干旱的内陆区。年降水量较少（年
21、降水量较少（250-450mm250-450mm）, , 且集中于夏季。生态系统的营养级且集中于夏季。生态系统的营养级和食物网相对简单一些，生产者以禾本科草本植物为主，消费者包括和食物网相对简单一些，生产者以禾本科草本植物为主，消费者包括大型食草大型食草 类、穴居的啮齿类和食肉类动物。类、穴居的啮齿类和食肉类动物。 世界草原平均净初级产世界草原平均净初级产量为量为500g500gm m-2-2 a a-1-1 , ,最高达到最高达到3200g3200gm m-2-2 a a-1-1 （新西兰）。（新西兰）。6 地球上的主要生态系统类型分布于亚热带和温带干旱内陆区。分布于亚热带和温带干旱内陆区。
22、年降水量稀少（年降水量稀少（250mm),250mm), 气温变化剧烈。生产者气温变化剧烈。生产者为少量肉质仙人掌类、灌木和旱生小乔木，消费者仅为少量肉质仙人掌类、灌木和旱生小乔木，消费者仅有蝗虫、蜥蜴、啮齿类和鸟类。净初级产量极低，是有蝗虫、蜥蜴、啮齿类和鸟类。净初级产量极低，是十分脆弱十分脆弱 的生态系统。的生态系统。荒漠生态系统6 地球上的主要生态系统类型l塔克拉玛干沙漠沙漠公路胡杨林沙漠植物肉苁蓉干旱区植物特征6 地球上的主要生态系统类型水域生态系统水域生态系统p 淡水生态系统： 包括流水生态系统（河流） 静水生态系统（湖泊、沼泽、池塘、水库等）。p 海洋生态系统：浅海带和外海带。p
23、水生生物类型6 地球上的主要生态系统类型l 浅海带：浅海带：0-200m的大陆架部分，尤其的大陆架部分，尤其200-10000m水深海域，为无光层。温度低且稳定（水深海域，为无光层。温度低且稳定（0- 2C），压力愈深愈大（），压力愈深愈大（10m/1个大气压梯度），存在肉食动物个大气压梯度），存在肉食动物海洋生态系统海洋生态系统6 地球上的主要生态系统类型l 人工生态系统：农业生人工生态系统：农业生态系统，城市生态系统态系统，城市生态系统p 农业生态系统p 种群结构简单p 生态系统比较脆弱，生物系统内部相互制约和自动调节能力减弱p 物质、能量流动量大p 农作物-环境-人三元结构系统6 地球上
24、的主要生态系统类型6 地球上的主要生态系统类型l 城市生态系统城市生态系统p 城市是人类对陆地生态系统改造最为强烈的地域p 热岛效应：人工景观改变了地表辐射收支状况，形成城 市气候。比郊外的空气尘埃多十倍、云量多510%，年均温度高0.51C, 冬季平均最低温度高12C练习题l 1 生物是如何起源的？生物是如何起源的？【开放性问题开放性问题】 l 2 阐述生物的化学起源说阐述生物的化学起源说l 3 什么叫食物链？试举例说明什么叫食物链？试举例说明l 4 试列举几个生物群落的例子试列举几个生物群落的例子l 5 举例说明生物物质循环系统举例说明生物物质循环系统l 6 地球上有哪些主要生态系统？地球上有哪些主要生态系统？总结l 本讲阐述了地球生物圈本讲阐述了地球生物圈l 重点重点p 地球生物起源的化学起源学说的基本思想p 生物圈中的物质循环p 地球上主要生态系统的类型和特点67
