生物学选择性必修2《生物与环境》科学史

收录于话题

选择性必修2科学史

问题：选择性必修2《生物与环境》教材中，具体有哪些科学史？

 01 

1.种群的研究史

（1）生态位的研究

1910年，美国学者R.H.约翰逊第一次在生态学论述中使用生态位一词。H.A.格利森于1917年提出生态位的概念。

生态位是指一个种群在生态系统中，在时间空间上所占据的位置及其与相关种群之间的功能关系与作用。表示生态系统中每种生物生存所必需的生境最小阈值。

一般说来，当主要食物缺乏时，动物会扩大取食种类，食性趋向泛化，生态位加宽；当食物丰富时，取食种类又可能缩小，食性趋向特化，生态位变窄。

（2）种群的竞争关系

1935年，俄罗斯生态学家G.F.高斯研究了捕食者和被食者的相互联系种间的竞争关系。高斯做了经典的实验研究三个不同种的草履虫的竞争问题。

实验一：开始都单独培养在管中，捕食细菌和酵母菌，另外还有后者的食物燕麦片，也悬浮在管中。

实验二：双小核草履虫（aurelia）和大草履虫（caudatum）放在一个培养管中，发现前者生长速度是后者的6倍，更加有利于利用有限的资源，后者总是倾向于消失。

解释：如果两个物种竞争有限的资源，利用资源更有利的物种将会排斥另一个，没有两个物种当资源有限时在相同的生态位能共存。

实验三：caudatum和bursaria放在一起，提供有限的细菌食物，都活下来了。

解释：草履虫们发现了一个方法分割食物资源。怎么做的呢？培养管的上层氧气浓度和细菌的密度都很高，caudatum占据了这个位置，因为它更加有能力捕食细菌；然而，在底层，氧气浓度低适合酵母菌的生活，bursaria更有能力捕食酵母菌。由于这两个物种的生态位重叠的不是太多，因此都活了下来。

2.群落的研究史

（1）植物群落的概念

早在公元前3世纪，亚里士多德的学生雅典学派首领赛奥夫拉斯图斯在其植物地理学著作中已经提出类似今日植物群落的概念。

1807年,近代植物地理学的创始人，德国自然学家洪德堡首先注意到自然界植物的分布不是零乱无章的，而是遵循一定的规律而集合成群落。

1908年，B.H.苏卡乔夫所下的定义代表当时众多学者的观点，即植物群落是不同植物有机体的特定结合，在这种结合下，存在植物之间以及植物与环境之间的相互影响。

我国生态学家林鹏先生（1931—2007）给植物群落下了这样的定义：植物群落是单种植物或多种植物的复杂集合体，但不是所有植物的集合体都可以称为植物群落，只有经过一定的发展过程，有一定的外貌，有一定的植物种类的配合和一定的结构的植物集合体才称为植物群落。

我国生态学家王伯荪（1931—）认为：植物群落是由一些植物在一定的生境条件下所构成的一个总体。在一个植物群落内，植物和植物之间，植物与环境之间具有一定的相互关系，并形成一个特有的内部环境或植物环境。

两者的观点基本上是一致的，只是对植物群落定义的表达不同而已。现代地理学辞典是这样定义植物群落的,植物群落是生活在一定地段的植物种群的集合。

（2）植物群落学的研究对象和内容

植物群落学研究的对象是植物群落及由植物群落所构成的植被。一个地区的植被即是该地区所有植物群落的总和，是由一个或多个植物群落组合而成的。因此，在这个意义，植被是植物群落的总称或同义词。还应该指出的是，植物群落研究的对象并不只局限于野生植被，还应该包括人工植被或栽培植被或庄稼植被。植物群落学研究的内容主要包括群落的结构、生态、动态、分类、分布等5个方面。

群落结构：

群落的结构研究是研究群落的种类组成、物种多样性、种群特性、外貌、垂直结构和水平结构等。而其中最为重要的内容则为物种多样性,群落物种多样性就是指群落在组成、结构、功能和动态方面表现出的丰富多彩的差异。

群落生态：

群落生态是研究群落与其环境条件之间的相互关系，它涉及包括物质循环和能量流动在内的相互作用，以及群落对其生存的环境条件的适应。对植物而言,其生存的主要环境因子包括光、热、水、土壤、风、火等。

群落动态：

植物群落的动态是植物群落学的中心问题之一,包括群落的更新、波动、演替、进化等主要内容。植物群落的演替又是植物群落动态研究的核心内容,是生态学家一直关注的焦点。

自从1916年克莱门茨首次系统地提出演替学说以来，演替的理论和方法得到了迅速发展。国外的许多学者在群落演替的理论、方法、原因及其内在机制等方面进行了深入研究，并通过对不同地区群落演替动态的大量研究工作，提出了许多关于演替的过程和机制的理论和学说，并描述了演替过程的数学模型。我国植物生态学家对群落动态也进行了大量的定性研究。

群落分类：

植物群落的分类问题是植物群落学中最复杂的问题之一，目的是为了更有效地了解群落间的差别与相似点。植物群落的分类直到19世纪才得到了发展，所以，在这一领域的研究仍然处于一种不成熟的状况,迄今尚未见到一个标准的系统。

植物群落的分类系统通常是由群丛、群系、植被型以及其他一些辅助单位构成,主要的分类系统有苏联学派、瑞典学派、法国-瑞士学派、英美学派以及中国植被的分类系统。

各种分类系统的划分依据不同，综观现有主要的植物群落分类系统，起主导作用的有两大类，即生态外貌和植物区系。

群落分布：

王伯荪认为，植物群落的分布就是关于研究各个不同植物群落类型在地球表面分布的规律，它与自然地理环境条件有着极为密切的关系，地理环境条件的差异是导致不同植物群落类型及其分布规律的原因，任何地区所分布的不同植物群落都应是植物群落对该地区环境条件的综合反应，都应是植物群落对该地区环境条件长期适应的历史产物，也都应是植物群落与该地区环境条件矛盾统一的必然结果。

我国学者对中国的植被与自然条件的关系进行了广泛地研究，这对于研究植被区划、综合自然区划，以及植被物质能量分布规律，提供了科学依据。（参考：《植物群落学研究综述》舒勇等）

02

1.定性研究

德国自然科学家 A.von洪堡（1769—1）是研究动植物群落与地理环境关系的先驱。他非凡注重植物与生长地条件的关系,认为在相似的地带和垂直带地理条件中,不同类型植物表现出相似的“外貌”。A.von洪堡在 1807年出版的《植物地理论文集》一书中结合气候与地理因子描述了物种的分布规律。

在A.von洪堡思想的影响下，德国生物学家K.贝格曼于1847年指出，严寒地区的鸟类及哺乳类与暖和地区的同种个体相比,体型往往较大,被称为贝格曼氏规律。

瑞士植物学家A.德康多在他的《植物地理学》(1855)一书中具体描述了各种环境因素（温度、湿度、光、土壤类型的朝向）对植物的影响，并注重到，植物的生态可塑性比动物的高。

19世纪后期生态学的研究内容基本上是动植物的生活方式以及它们对温度、光、水分等气候条件的适应。

丹麦植物学家J.E.B.瓦尔明发扬了洪堡的生态学思想，他所著的《生态植物地理学》(15)一书奠定了生态植物地理学的基础。

法国植物学家A.F.W.席姆佩尔则通过他的《生理学基础上的植物地理学》(18)，论述了植物分布与环境因素的关系。这两本书都对生态学的发展产生了很大影响。

1877年，D.L.艾伦发现随着气候的地理改变，北美哺乳动物和鸟类的身体及其突出部分的比例，以及颜色的变化等都遵循一定的规律。

从20世纪40年代开始，在生态学中产生了崭新的研究观点和方法。

1935年，英国生态学者A.G.坦斯利提出了生态系统的概念。5年之后,苏联的В.Н.苏卡乔夫又地提出了“生地群落”的概念；在这两个概念中都包含着生物与非生物环境的整体统一性，以及作为生物群落与四周非生物环境联系的基础的物质循环和能量转化的思想。生态系统概念和生物地理群落概念非常相近，现在大多数生态学家同意把二者作为同义语使用。

2.定量研究

非凡应该提到的是对系统生态理论的建立起了重大作用的R.L.林德曼。

林德曼（1915～1942）：美国人，生态学家，他和他的妻子于20世纪30年代末期在明尼苏达对一个衰老湖泊——赛达伯格湖开展了具体的生物学研究。他们阐明了养分从一个营养级位到另一个营养级位的移动规律，因而创造了营养动态观点。

1942年，他发表了题为“生态学中的营养动态方面”一文。这是一篇关于生态系统中能量流的经典著作，具有划时代的意义，成为后来关于动、植物群落中能量流动的许多研究的理论基础。

林德曼以数学方式定量地表达了群落中营养级的相互作用，建立了养分循环的理论模型，标志着生态学开始从定性走向定量。发现生态系统的能量流动具有单向流动、逐级递减两个特点，能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是10%～20%。

3.近几十年的发展

近30年来，美国生态学家E.P.奥德姆、H.T.奥德姆、G.E.哈钦森的著作都对系统生态学的发展起了推动作用。E.P.奥德姆的《生态学基础》（第三版，1971）一书对生态学知识的传播和青年生态学家的培养均起了很大作用；H.T.奥德姆的《系统生态学》(1983)，则是系统生态学的权威性著作。

苏联学者В.И.韦尔纳茨基在建立生物圈学说上做出重大贡献。生物圈实际是全球生态系统。它的稳定性和平衡，是以保证物质和能量平衡的生态学规律为基础的。

自20世纪50年代以来，对生态学发展产生深远影响的是一项国际性的研究计划──国际生物学计划 (International Biological Program)，简称IBP。该计划的研究重点是全球不同生物群系(biomes)的生产力，以及为满足地球上不断增长的人口的需要，研究可能提取的产量的最大定额。换言之,IBP计划的最终目的是为了最合理地利用生物有机物质而查明它们的质和量的分布,以及再生产的基本规律。

03

试题：下列有关生态学研究方法的叙述，正确的是（　　）

A. 调查农田中蚜虫、蚯蚓、田鼠的种群密度可以采用样方法

B. 研究生态系统的反馈调节可以采用构建概念模型的方法

C. 采集土壤小动物的方法主要有记名计算法和目测估计法

D. 制作的生态缸不用密闭，放置在室内通风、光线良好的地方

解析：

调查农田中蚜虫、蚯蚓的种群密度可以采用样方法，调查田鼠的种群密度采用标志重捕法，A错误；研究生态系统的反馈调节可以采用构建概念模型的方法，B正确；采集土壤小动物的方法是取样器取样法，计数的方法主要有记名计算法和目测估计法，C错误；制作的生态缸必需密闭，放置在室内通风、光线良好的地方，D错误。

考点：

1．调查种群密度时，根据调查对象的不同，可分别采用样方法、标志重捕法、黑光灯诱捕法、取样器取样法及血球计数板计数法（也叫显微计数法）。

2．制作的生态缸必需密闭，放置在室内通风、光线良好的地方，既要保证能量的输入，又要避免因阳光直射导致温度升高使缸内的生物死亡。