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文檔簡(jiǎn)介
1、第三章 種群生態(tài),本章內(nèi)容,種群的概念 種群基本特征,一、種群的概念和基本特征,種群是指在特定時(shí)間內(nèi)占有一定空間的同種生物個(gè)體的集合。,2 特性:,1 空間特性,2 數(shù)量特性,3 遺傳特性,1 概念:,一、種群的概念和基本特征,1 概念:,空間特征:種群具有一定的分布區(qū)域 數(shù)量特征:每單位面積(或空間)上的個(gè)體數(shù)量(即密度)及變動(dòng),密度、出生率、死亡率 遺傳特征:種群具有一定的基因組成(是一個(gè)基因庫(kù)),以區(qū)別于其它物種,但個(gè)體在遺傳上有差異,基因組成也在變動(dòng)中 不是個(gè)體的簡(jiǎn)單相加:種群雖由個(gè)體組成,但不等于個(gè)體的簡(jiǎn)單相加。有機(jī)體之間相互作用,整體上呈現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)特性 個(gè)體之間差異性:不同的發(fā)育階
2、段(年齡不同);同一生長(zhǎng)階段,個(gè)體貢獻(xiàn)不同 個(gè)體水平與種群水平的差異:個(gè)體有出生、死亡,種群稱為出生率和死亡率,一、種群的概念和基本特征,2 種群基本特征: (1)種群密度,種群大?。悍N群全部個(gè)體數(shù)目的多少。 種群密度:?jiǎn)挝幻娣e或單位容積內(nèi)某種群的個(gè)體數(shù)目。 絕對(duì)密度:?jiǎn)挝幻娣e或空間內(nèi)某種群的個(gè)體數(shù)。 相對(duì)密度:能獲得表示種群數(shù)量高低的相對(duì)指標(biāo)。 如鳥叫聲、鼠洞個(gè)數(shù) D=n/(a*t) 標(biāo)記重捕法:用于不斷移動(dòng)位置直接記數(shù)很困難的動(dòng)物。在調(diào)查樣地上,隨機(jī)捕獲一部分個(gè)體進(jìn)行標(biāo)記后釋放,經(jīng)一定期限后重捕。,一、種群的概念和基本特征,種群密度,粗密度:?jiǎn)挝豢臻g內(nèi)的個(gè)體數(shù),生態(tài)密度:?jiǎn)挝粭⒖臻g內(nèi)的個(gè)
3、體數(shù),種群密度的高低取決于環(huán)境中可利用的物質(zhì)和能量多少、種群對(duì)物質(zhì)和能量利用效率的高低、生物種群營(yíng)養(yǎng)級(jí)的高低及種群本身的生物學(xué)特性。,最大密度,最適密度,最小密度,種群的空間分布:種內(nèi)個(gè)體在其生存環(huán)境空間中的配置方式。 3種類型,2 種群基本特征: (2)種群的內(nèi)分布型,隨機(jī)分布,均勻分布,集群分布,隨機(jī)分布,每個(gè)個(gè)體的位置不受其他個(gè)體分布的影響,每一個(gè)體在種群領(lǐng)域中各個(gè)點(diǎn)上出現(xiàn)的機(jī)會(huì)是相等的,并且某一個(gè)體的存在不影響其他個(gè)體的分布。 隨機(jī)分布比較少見,因?yàn)樵诃h(huán)境資源分布均勻,種群內(nèi)個(gè)體間沒有彼此吸引或排斥的情況下,才產(chǎn)生隨機(jī)分布 當(dāng)一批植物(種子繁殖)首次入侵裸地上,常形成隨機(jī)分布,但要求裸
4、地的環(huán)境較為均一,均勻分布,種群內(nèi)個(gè)體在空間上呈等距離分布,競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng),對(duì)抗性強(qiáng)的生物個(gè)體,或在勻質(zhì)的環(huán)境中,例如人工林 引起均勻分布主要原因:是由于種群內(nèi)個(gè)體間的競(jìng)爭(zhēng) 森林中植物為競(jìng)爭(zhēng)陽(yáng)光(樹冠)和土壤中營(yíng)養(yǎng)物(根際) 沙漠中植物為競(jìng)爭(zhēng)水分 優(yōu)勢(shì)種呈均勻分布而使其伴生植物也呈均勻分布 地形或土壤物理形狀的均勻分布使植物呈均勻分布,集群分布,種群內(nèi)個(gè)體在空間分布極不均勻,常成群、成簇或呈斑點(diǎn)狀密集分布,成群分布形成的原因是: 微地形的差異:植物適于某一區(qū)域生長(zhǎng),而不適于另外區(qū)域生長(zhǎng) 繁殖特性所致:種子不易移動(dòng)而使幼樹在母樹周圍或無性繁殖、實(shí)生苗的存活和各種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的存在 動(dòng)物和人為活動(dòng)的影響 資源
5、分布和動(dòng)物的社會(huì)行為(低水平集群和社會(huì)集群) 是最常見的種群分布形式,檢驗(yàn)空間分布的方法,分散度法 S2=(x-m)2/(n-1) S2= 0(每個(gè)樣方中個(gè)體平均數(shù)) 均勻分布 S2=m 隨機(jī)分布 S2 m 集群分布 空間指數(shù)法 I=V/M I=1 隨機(jī)分布 I 1 均勻分布 I 1 集群分布,出生率:種群產(chǎn)生新個(gè)體占總個(gè)體數(shù)的比率。 生理出生率(最大出生率):理想條件下所能達(dá)到的 生態(tài)出生率(實(shí)際出生率):種群在特定條件下實(shí)際繁殖的個(gè)數(shù) 死亡率:種群的死亡情況。 生理死亡率(最小死亡率):理想條件下所能達(dá)到的 生態(tài)死亡率(實(shí)際死亡率):種群在特定條件下實(shí)際繁殖的個(gè)數(shù),(3)種群的出生率與死亡
6、率,遷出:種群內(nèi)個(gè)體由于種種原因而離開領(lǐng)地,是種群減少的因素。 遷入:個(gè)體由別的種群進(jìn)入領(lǐng)地,是種群增長(zhǎng)的因素。 增長(zhǎng)率:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)種群數(shù)量增加的比率。,(4)種群的遷出率與遷入率,年齡結(jié)構(gòu):種群內(nèi)各個(gè)體的年齡分布狀況 年齡金字塔 增長(zhǎng)型種群:基部寬,頂部狹。表示種群有大量幼體而老年個(gè)體較小,反映該比較年輕并且種群的出生率大于死亡率,是迅速增長(zhǎng)的種群。 穩(wěn)定型種群:大致呈鐘型,從基部到頂部具有緩慢變化或大體相似的結(jié)構(gòu),說明幼年個(gè)體和中老年個(gè)體數(shù)量大致相等,出生率與死亡率大致相等,種群數(shù)量處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。 衰退型種群:呈壺型,基部比較狹、而頂部比較寬。表示種群中幼體比例很小而老體個(gè)體的比例較大
7、,種群的死亡率大于出生率。說明種群數(shù)量趨于下降,為衰退種群。,(5)種群的年齡結(jié)構(gòu),性比:種群雌性個(gè)體數(shù)量與雄性個(gè)體數(shù)量的比例 性比對(duì)種群出生率、死亡率和繁殖的影響 植物多雌雄同株,如兩性花,無性比問題,(6)種群的性比,二、自然種群的數(shù)量變動(dòng),環(huán)境容量:某種群在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中,即一個(gè)有限的環(huán)境中所能穩(wěn)定打到的最大數(shù)量(或最大密度),常用K值表示。 決定于兩個(gè)方面: 光、溫、水、養(yǎng)分等生態(tài)因子 食性、行為、適應(yīng)能力等遺傳特性,(1)環(huán)境容量,1 概念:,增長(zhǎng)率:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)種群數(shù)量增加的比例,受到遷入、遷出的影響,決定于種群出生率與死亡率之差。 種群的內(nèi)稟增長(zhǎng)能力(又稱生物潛能或生殖潛能):當(dāng)環(huán)
8、境無限制(空間、食物和其他有機(jī)體在理想條件下) ,由種群內(nèi)在因素決定的穩(wěn)定的最大相對(duì)增長(zhǎng)率,決定于年齡組成和個(gè)年齡群的特殊增長(zhǎng)率,是種群固定增長(zhǎng)能力的唯一指標(biāo)。,世代的凈增殖率,世代長(zhǎng)度,(2)內(nèi)稟增長(zhǎng)率,2 種群增長(zhǎng)型,J型增長(zhǎng),(1)指數(shù)增長(zhǎng)無限環(huán)境或近似無限環(huán)境,世代分離 (一年生植物和一代性昆蟲), 1 種群呈下降趨勢(shì) 1 種群呈增長(zhǎng)趨勢(shì),=1 種群不增不減,2 種群增長(zhǎng)型,J型增長(zhǎng),(1)指數(shù)增長(zhǎng),2 Malthus方程(世代重疊,即一年繁殖數(shù)代或一年繁殖一代,而壽命在一年以上的種群),2 種群增長(zhǎng)型,S型增長(zhǎng),(2)邏輯斯諦增長(zhǎng)資源有限,修正項(xiàng)(K-N)/K稱為剩余空間,也是邏輯斯
9、蒂系數(shù),生物學(xué)含義:隨著種群數(shù)量的增大,最大環(huán)境容量中種群尚未利用的剩余空間,實(shí)際上是環(huán)境壓力的度量。 (K-N) 0 增長(zhǎng) (K-N) 0 減少 (K-N)=0 平衡狀態(tài),邏輯斯諦方程的重要意義,1 是許多兩個(gè)相互作用種群增長(zhǎng)模型的基礎(chǔ);,2 是漁業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)等領(lǐng)域確定最大持續(xù)產(chǎn)量的主要模型,3 模型中兩個(gè)參數(shù)r 和K,已成為生物進(jìn)化對(duì)策理論中的重要概念。,最大持續(xù)產(chǎn)量為保持在K/2點(diǎn),最大持續(xù)產(chǎn)量為MSY = rK/4,種群波動(dòng):種群的數(shù)量歲時(shí)節(jié)的變化而上下擺動(dòng)。 變動(dòng)的主要趨勢(shì):,3 自然種群的數(shù)量變動(dòng)類型,規(guī)則波動(dòng)(周期性、季節(jié)性波動(dòng)) 不規(guī)則波動(dòng) 種群大爆發(fā) 種群平衡 種群的衰落和
10、滅亡 生態(tài)入侵,(1)種群增長(zhǎng),J形曲線 S形曲線 中間過渡型,(2)季節(jié)增長(zhǎng),年內(nèi)變動(dòng)和年間變動(dòng) 生物環(huán)境變化的主動(dòng)適應(yīng) 環(huán)境因子變化引起種群數(shù)量變化,如浮游植物硅藻,由環(huán)境因子特別是氣候的隨機(jī)變化引起 小型、短壽命物種的變化大,(3)不規(guī)則波動(dòng),通常由捕食或是操作用導(dǎo)致的延緩的密度制約造成 可能發(fā)生在食物鏈的不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)中,但食草動(dòng)物和食物的變化最基礎(chǔ),(4)周期性波動(dòng),具不規(guī)則或周期性波動(dòng)的生物都可能出現(xiàn)種群的爆發(fā) 蝗災(zāi)、赤潮以及水體富營(yíng)養(yǎng)化,(5)種群爆發(fā),(6)種群平衡,種群較長(zhǎng)期地維持在幾乎同一水平上 通過種群的內(nèi)部調(diào)節(jié)機(jī)制完成,(7)種群衰退,當(dāng)種群長(zhǎng)久處于不利條件下數(shù)量出現(xiàn)持久性
11、下降的現(xiàn)象 個(gè)體大、出生率低、生長(zhǎng)慢、成熟晚的生物易出現(xiàn) 種群衰落和滅亡加快的原因:過度捕殺、生境破壞 最小可存活種群,(8)生態(tài)入侵,紫莖澤蘭(Eupatorium adenophorum)原產(chǎn)墨西哥,解放前由緬甸、越南進(jìn)入我國(guó)云南,現(xiàn)已蔓延至2533N地區(qū),并向東擴(kuò)展到廣西、貴州境內(nèi)。它常連接成片,發(fā)展成單種優(yōu)勢(shì)群落,侵入農(nóng)田,危害牲畜,影響林木生長(zhǎng),成為當(dāng)?shù)亍昂Σ荨薄?由于人類有意識(shí)或無意識(shí)地把某種生物帶入適宜其棲息和繁衍的地區(qū),其種群不斷擴(kuò)大,分布區(qū)逐步穩(wěn)定地?cái)U(kuò)展的過程,種群調(diào)節(jié):當(dāng)種群數(shù)量偏離平衡水平上升或下降時(shí),有一種使種群數(shù)量返回平衡水平的作用 總是圍繞或趨向于某一平衡水平 對(duì)于
12、避免物種滅絕具有重要意義,4 種群調(diào)節(jié),(1)概念,密度制約作用 各種生物互相作用,不改變環(huán)境容量 非密度制約作用 與種群本身密度大小無關(guān)的因素,如光、溫度 兩者都是通過種群本身內(nèi)在的增長(zhǎng)勢(shì)和環(huán)境對(duì)種群增長(zhǎng)的限制兩個(gè)反向力之間的平衡達(dá)到的。 內(nèi)源性因子 外源性因子,(2)調(diào)節(jié)機(jī)制,氣候?qū)W派,氣候?qū)W派多以昆蟲為研究對(duì)象 種群參數(shù)受氣候條件強(qiáng)烈影響,種群增長(zhǎng)主要受有利氣候時(shí)間短暫的限制 種群沒有時(shí)間達(dá)到環(huán)境容量所容許的數(shù)量水平,無食物競(jìng)爭(zhēng) 強(qiáng)調(diào)種群數(shù)量的變動(dòng),否定穩(wěn)定性,生物學(xué)派,主張捕食、寄生、競(jìng)爭(zhēng)等過程對(duì)種群調(diào)節(jié)的決定作用 只有密度制約因子才能調(diào)節(jié)種群的密度 食物對(duì)種群調(diào)節(jié)的重要作用,如旅鼠
13、氣候?qū)W派和生物學(xué)派的折中:適于不同的環(huán)境條件,自動(dòng)調(diào)節(jié)學(xué)說,外源性種群調(diào)節(jié)理論 氣候?qū)W派 生物學(xué)派 內(nèi)源性自動(dòng)調(diào)節(jié)理論自動(dòng)調(diào)節(jié)學(xué)說 焦點(diǎn)動(dòng)物種群內(nèi)部 行為調(diào)節(jié) 內(nèi)分泌調(diào)節(jié) 遺傳調(diào)節(jié),行為調(diào)節(jié) 溫-愛德華(Wyune-Edwards)學(xué)說,種內(nèi)個(gè)體間通過行為相容與否調(diào)節(jié)其種群動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的一種方式 領(lǐng)域性:指由個(gè)體、家庭或其他社群?jiǎn)挝凰紦?jù)的,并積極保衛(wèi)不讓同種其他成員侵入的空間。保衛(wèi)領(lǐng)域方式:鳴叫、氣體標(biāo)志、威脅、直接進(jìn)攻驅(qū)趕入侵者 社群等級(jí):動(dòng)物種群種各個(gè)動(dòng)物的地位具有一定順序的等級(jí)現(xiàn)象。通過社群行為,可以限制生境中的動(dòng)物數(shù)量,內(nèi)分泌調(diào)節(jié)克里斯琴(Christian)學(xué)說,種群數(shù)量上升時(shí),種內(nèi)個(gè)
14、體經(jīng)受的社群壓力增加,加強(qiáng)了對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的刺激,影響了腦垂體和腎上腺的功能,使促生殖激素分泌減少(使生長(zhǎng)和生殖發(fā)生障礙)和促腎上腺皮質(zhì)激素增加(機(jī)體的抵抗力可能下降),這種生理反饋機(jī)制使種群增長(zhǎng)受到停止或抑制,社群壓力降低 主要適用于獸類,遺傳調(diào)節(jié)奇蒂(Chitty)學(xué)說,種群數(shù)量可通過自然選擇壓力和遺傳組成的改變得到調(diào)節(jié) 種群內(nèi)的遺傳多型是遺傳調(diào)節(jié)的基礎(chǔ) 不同遺傳素質(zhì)決定生物種群適應(yīng)能力及死亡率 遺傳與生物的行為、擴(kuò)散等因素一起對(duì)種群數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié),三 種內(nèi)、種間關(guān)系,1 種內(nèi)關(guān)系,(1)植物的密度效應(yīng),植物生長(zhǎng)可塑性大,生長(zhǎng)是對(duì)外部環(huán)境的響應(yīng)同時(shí)在一定時(shí)間內(nèi),當(dāng)植物種群的個(gè)體數(shù)目增加時(shí),就
15、必定會(huì)出現(xiàn)鄰接個(gè)體之間的相互影響 最后產(chǎn)量衡值法則 -3/2自疏法則,最后產(chǎn)量恒值法則,在一定大范圍內(nèi),當(dāng)條件相同時(shí),不管一個(gè)種群的密度如何,最后產(chǎn)量差不多總是一樣的。 Y=W*d=C Y單位面積產(chǎn)量,W植物個(gè)體平均重量,d為密度,C常數(shù) 原因:密度增加時(shí),競(jìng)爭(zhēng)加強(qiáng),生長(zhǎng)率下降,個(gè)體變小,-2/3自疏法則,自疏現(xiàn)象:同一種植物因密度引起的個(gè)體死亡 自疏導(dǎo)致的密度和個(gè)體重量的關(guān)系: C =d* W -a a為一個(gè)恒定數(shù)值等于3/2,其雙對(duì)數(shù)曲線斜率為 -3/2,故稱為-3/2自疏法則。,-2/3自疏法則,自疏現(xiàn)象:同一種植物因密度引起的個(gè)體死亡 自疏導(dǎo)致的密度和個(gè)體重量的關(guān)系: C =d* W
16、-a a為一個(gè)恒定數(shù)值等于3/2,其雙對(duì)數(shù)曲線斜率為 -3/2,故稱為-3/2自疏法則。,領(lǐng)域性 領(lǐng)域:指由個(gè)體、家庭或其他社群?jiǎn)挝凰紦?jù)的,并積極保衛(wèi)不讓同種其他成員侵入的空間 領(lǐng)域行為:鳴叫、氣味標(biāo)志、威脅、直接進(jìn)攻入侵者的保護(hù)領(lǐng)域的行為 領(lǐng)域面積與動(dòng)物及環(huán)境的關(guān)系:體重、食物品質(zhì)、季節(jié) 社會(huì)等級(jí) 社會(huì)等級(jí)現(xiàn)象:動(dòng)物種群中個(gè)體的地位具有一定順序的現(xiàn)象 社會(huì)等級(jí)的基礎(chǔ):支配行為 社會(huì)等級(jí)的意義:優(yōu)勝劣汰 領(lǐng)域性、社會(huì)等級(jí)和種群調(diào)節(jié) 種群數(shù)量調(diào)節(jié) 物種進(jìn)化,(2)動(dòng)物的領(lǐng)域性和社會(huì)等級(jí),競(jìng)爭(zhēng):是指兩物種或更多物種爭(zhēng)奪同一對(duì)象的相互作用。 干擾競(jìng)爭(zhēng) 利用競(jìng)爭(zhēng) 競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度與親緣遠(yuǎn)近、生活型、生活習(xí)性
17、的不同而有差別,2 種間關(guān)系,(1)競(jìng)爭(zhēng),競(jìng)爭(zhēng):是指兩物種或更多物種爭(zhēng)奪同一對(duì)象的相互作用。 干擾競(jìng)爭(zhēng) 利用競(jìng)爭(zhēng) 競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度與親緣遠(yuǎn)近、生活型、生活習(xí)性的不同而有差別,2 種間關(guān)系,(1)競(jìng)爭(zhēng),高斯假說,在一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境內(nèi),兩個(gè)以上受資源限制的、但具有相同資源利用方式的物種,不能長(zhǎng)期共存在一起。 要求相同資源的兩個(gè)物種不共存與一個(gè)空間 長(zhǎng)期共存在同一地區(qū)的兩個(gè)物種,由于劇烈競(jìng)爭(zhēng),他們必然會(huì)出現(xiàn)棲息地、食物、活動(dòng)時(shí)間或其他特征上的生態(tài)位分化,競(jìng)爭(zhēng)模型Lotka-Volterra模型,式中:是種2的一個(gè)個(gè)體對(duì)種1的阻礙系數(shù)(競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)) 是種1的一個(gè)個(gè)體對(duì)種2的阻礙系數(shù),兩物種的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)局從理論上講可有
18、以下三種: (1) 種1勝而種2被排除; (2) 種2勝而種1被排除; (3) 兩種共存,競(jìng)爭(zhēng)模型Lotka-Volterra模型,K1/K2 ,K1/K2 兩種可能獲勝 K1/K2 ,K1/K2 物種2被排斥,物種1取勝 K1/K2 ,K1/K2 穩(wěn)定的平衡點(diǎn),兩種共存,(2)捕食,捕食:前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物取食和傷害后一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物 廣義的捕食概念: 典型的捕食 植食 擬寄生:昆蟲界 同類相食,(3)共生,廣義的共生: 偏利共生:一方得利,對(duì)另一方無害 附生植物與被附生植物是一種典型的偏利共生,如地衣、苔蘚、某些蕨類以及很多高等的附生植物(如蘭花)附生在樹皮上,借助于被附生植物支撐自己,獲取更
19、多的光照和空間資源 原始合作:彼此都有所得 互利共生 (根瘤菌) 兼性 專性,(4)寄生,寄生現(xiàn)象:一種物種從另一種物種的體液、組織或已消化的物質(zhì)獲取營(yíng)養(yǎng)并造成對(duì)宿主的危害。 微寄生物和大寄生物 全寄生和半寄生 專性寄生和兼性寄生 寄生物和宿主種群數(shù)量動(dòng)態(tài)在某種程度上與捕食類似,他感作用 植物體通過向體外分泌代謝過程中的化學(xué)物質(zhì),對(duì)其他植物產(chǎn)生直接或間接影響的現(xiàn)象,這種分泌物質(zhì)稱化感作用物質(zhì) 存在于種內(nèi)和種間 克生物質(zhì) 乙烯、香精油、酚及其衍生物,不飽和內(nèi)脂、 生物堿、配糖體等 生態(tài)意義 對(duì)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的影響:梨儈銹病 影響植物群落的種類組成 植物群落演替的重要內(nèi)在因素 間、混、套作植物的選擇
20、造林植物的選擇搭配,(5)他感作用,一些植物他感作用的具體途徑 水淋溶、根分泌、揮發(fā)物、殘?bào)w分解、不同植物具體途徑不同,(5)他感作用,四 種群的進(jìn)化與適應(yīng),1 物種的形成與滅絕 (1)物種的形成,Mayr(1982):物種是由許多群體組成的生殖單元(與其他 單元生殖上隔離),它在自然界中占有一定的生境位置。,物種的特點(diǎn):,生物種是由內(nèi)聚因素(生殖、遺傳、生態(tài)、行為、相互識(shí)別 系統(tǒng)等)聯(lián)系起來的個(gè)體的集合。,物種是自然界真實(shí)存在的。,物種是一個(gè)可隨時(shí)間進(jìn)化改變的個(gè)體集合。,物種是生態(tài)系統(tǒng)中的功能單位。,物種形成的步驟,地理隔離 獨(dú)立進(jìn)化 生殖隔離 合子前隔離 合子后隔離,物種形成的方式,1)異域性物種形成,與原來種由于地理隔離而進(jìn)化形成新種,為異域性物種形成 。,2)鄰域性物種形成,新種形成在相鄰種群 。,3)同域性物種形成,新種從原來種群分布區(qū)內(nèi)出現(xiàn)。,(2)物種滅絕,人類過度捕獵或棲息地被破壞 最小種群原則:一些群居生活的生物,其群聚的程度有一個(gè)下限的要求,如果低于臨界下限,該生物鐘就不能正常生活,甚至不能生
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