师:同学们,大家好。今天我们一起来学习高二人教版生物学选择性必修2第二章群落的结构第一课时。本节课教学目标如下:一是说出群落水平研究的问题,认同探究视角的重要性,尝试从不同视角提出新问题,发展科学思维素养;二是通过分析实例,阐明群落的物种组成及种间关系,阐明群落是物种间通过不断变化形成的复杂关系所构成的有机整体,以及其与功能相适应的生命关联。
请大家翻到课本第22页“问题探讨”。稻田中生活着许多底栖动物,如大脐圆扁螺、中国圆田螺、苏氏尾鳃蚓与摇蚊的幼虫等。稻田中还饲养着中华绒螯蟹,俗称河蟹。由于河蟹喜食底栖动物和杂草,会导致它们减少;同时,河蟹的爬行能松动田底,有利于水稻生长。现在请大家讨论两个问题:一、河蟹与底栖动物如螺类的关系是怎样的呢?二、提高河蟹的种群密度,稻田中其他动物种群会发生怎样的变化?
生:第一题,河蟹捕食底栖动物,它们之间存在捕食关系。而且河蟹和其他底栖动物可能还会捕食浮游生物,所以河蟹与底栖动物的种间关系可能还包括种间竞争。
第二题,河蟹的种群密度增大会使很多种生物种群的数量发生变化。河蟹会吃掉更多的底栖动物和杂草,导致底栖动物等数量减少。河蟹的爬行活动能松动田里土壤,改善土壤肥力,有利于水稻生长,这可能会引起以水稻为食物的其他动物数量增加。
师:其实研究稻田中河蟹与其他动物种群的关系,就是在研究群落的相关问题。那什么是群落呢?在相同时间聚集在一定区域的各种生物种群的集合,叫生物群落,简称群落。这里要注意:一是群落的形成需要一定的时间和空间;二是一个群落必须包括该地域全部的生物,即植物、动物、微生物三大类型;三是群落中不同种群不是孤立的,各种生物种群之间通过相互联系形成一个有机整体。
在群落水平上研究的是另外一些问题,视角不同,研究的问题也不同。研究群落需要研究群落的范围和边界、群落的物种组成与优势种群、群落中种群的位置、群落的种间关系、群落的空间结构和演替。接下来我们一起来研究群落的物种组成。
图2 - 1和图2 - 2都是森林群落,但它们的物种组成有差别。图2 - 1新疆北部的针叶林,物种组成有新疆五针松、新疆冷杉、新疆云杉;图2 - 2福建武夷山的常绿阔叶林,物种组成有米槠、甜槠、木荷、构杞、芒箕。所以,物种组成是区别不同群落的重要特征,也是决定群落性质的最重要因素,这是研究物种组成的第一点意义。
第二点,不同群落的物种组成不同,物种的数目也有差别,我们通常用物种丰富度来衡量。什么是丰富度呢?它是指群落物种数目的多少。我国从东北到海南的森林群落,越靠近热带地区,单位面积内的物种越丰富。物种丰富度与物种的种类数目有关,而与生物个体数量无关。
第三点,群落物种组成有其特点。在群落中,有些物种不仅数量多,对群落中其他物种的影响也很大,往往占据优势,例如武夷山常绿阔叶林中的米槠、甜槠栲、木荷等,我们把这些物种称为群落的优势种。一些物种虽然在群落中比较常见,但对其他物种影响不大,不占优势,例如武夷山常绿阔叶林中的枸杞、黄精,我们把这些种称为常见种。
但群落的物种组成不是固定不变的。例如在我国东北部的草原群落中,羊草通常占据显著优势。当放牧强度加大时,羊草会明显减少,糙隐子草等植物便逐渐占优势。如果过度放牧,碱蓬等植物就会明显占优势,导致草原的生产力严重降低。随着时间和环境的变化,原来不占优势的物种可能逐渐变得有优势,原来占优势的物种可能逐渐失去优势,甚至从群落中消失。所以,控制放牧强度对于维持草原群落稳定,实现可持续发展非常重要。
接下来我们学习群落的种间关系。一个群落中物种不论多少,都不是随机简单集合,而是通过复杂的种间关系形成一个有机整体。在“问题探讨”中,我们研究了河蟹与底栖动物存在捕食关系,也可能存在种间竞争,它们是不同类型的种间关系。种间关系在这里主要有原始合作、互利共生、种间竞争、捕食和寄生等。
首先我们来学习第一种——原始合作。原始合作指的是两种生物共同生活在一起,双方都受益,但分开后各自也能独立生活。比如海葵与寄居蟹,海葵固着于寄居蟹的螺壳上,寄居蟹的活动可以使海葵更有效地捕食,海葵则利用有毒的刺细胞为寄居蟹提供保护。原始合作的特点是双方互利,若分开也可以各自独立生活。
第二种是互利共生。互利共生是指两种生物共同生活在一起,相互依存,彼此有利。比如豆科植物与根瘤菌,植物可以向根瘤菌提供有机养料,根瘤菌则将空气中的氮气转变为含氮的养料供植物利用。地衣中的藻类和真菌也属于互利共生关系。互利共生的特点是如果彼此分开,一般不能独立生存;在数量上,两种生物同时增加,同时减少,呈现出同生共死的同步性变化。
第三种是捕食关系。捕食是指一种生物以另一种生物为食,比如翠鸟捕鱼、蜥蜴吃环虫。在捕食者与被捕食者之间,数量上会呈现出不同步变化:被捕食者的数量先增加,先减少;捕食者的数量后增加,后减少。
第四种是寄生关系。寄生是指一种生物从另一种生物,也就是宿主的体液、组织或已消化的物质中获取营养,并通常对宿主产生危害的现象。比如马蛔虫与马、蚊子与人,通常是寄生者受益而宿主受害。
第五种是种间竞争。种间竞争是指两种或多种生物共同利用有限的资源和空间时,产生相互排斥的现象。比如非洲狮和斑鬣狗,还有前面学习过的双小核草履虫和大草履虫。特点是生活环境、生活习性越相近的物种间斗争越激烈。
好,以上我们学习了5种种间关系,那这些种间关系对群落有什么影响呢?请同学们翻到课本第25页“思考讨论”栏目,阅读资料一和资料二,并思考后面的三个讨论题。
资料一:红尾鸲和鹟都捕食飞虫,也常常从树叶及树冠末梢上啄食昆虫。在两种鸟共同生活的地区,鹪鹩喜欢疏林和缓坡处活动,而鹟更喜欢选择密林和陡坡。如果只有一种鸟存在,那么无论红尾鸲还是鹟,它们觅食生境的范围都比共存时更大。
资料二:某地海边潮间带分布着海星、藤壶、贻贝、帽贝、石鳖等动物。海星可以捕食该群落中的其他四种动物,这四种动物之间没有捕食关系。在一个16平米的实验地中,人为去除该样地中的所有海星。几个月之后,藤壶在该石样地中占据优势,数量最多。再过一段时间,贻贝成为最终占优势的物种。
