生物与环境的相互关系.ppt

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1、生 态 学,主要范围：,一、生物与环境的相互关系：,二、种群生态学：,三、群落生态学：,四、生态系统：,五、环境问题：,一、生物与环境的相互关系,一）、环境与生态因子的概念,三）、主要生态因子及其生态作用,二）、生物与生态因子关系的基本规律,大环境：生物所处的大 的地理区域小环境：对生物有直接影响的邻接环境 生态学研究更重视小环境,1，环境：是指某一特定生物体或生物群体以外的空间及直接、间接影响该生物群体生存的一切事物的总和，包括生物和非生物。环境总是针对某一特定的主体或中心而言的，离开了这个主体或中心也就无所谓环境了。,一）、环境与生态因子的概念,、生态因子（ecological facto

2、r）：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。,生态因子的分类气候因子：光 温度、降水、风等土壤因子：土壤的结构、理化性质等地形因子：地面起伏、坡度等生物因子：生物之间的各种关系,4,地形因子对生物的作用属于().A.直接作用 B.间接作用 C.替代作用 D.补偿作用,1,根据生态因子的性质,可将其分为土壤因子,地形因子,生物因子,人为因子和().A.气候因子 B.地球因子 C.非生物因子 D.外来因子 2,根据生态因子的稳定性程度可把生态因子分为稳定因子和().A.气候因子 B.地形因子 C.外来因子 D.变动因子 3,根据生态因子作用大小与生物数量的相互关系,

3、将生态因子分为密度制约因子和().A.气候因子 B.地形因子 C.稳定因子 D.非密度制约因子,A,D,D,B,3、生态因子作用的一般特征：综合性：每一生态因子都不是孤立存在，而是在与其它因子相互影响、相互制约中起作用。非等价性：对生物起作用的诸多因子中必有1-2个起主要作用。不可替代性和互补性：一因子的作用不能完全由另一因子来替代，但如一因子数量不足，可部分由另一因子的加强来补偿。限定性：生态因子的作用有局限性，生态因子的有意作用往往只限于生物生长发育的某一特定阶段。,.综合作用 环境中各种生态因子不是孤立存在的，而是彼此联系、相互促进、相互制约，任何一个单因子的变化，都必将引起其他因子不同

4、程度的变化及其反作用。生态因子所发生的作用虽然有直接和间接作用、主要和次要作用、重要和不重要作用之分，但它们在一定条件下又可以相互转化。这是由于生物对某一个极限因子的耐受限度，会因其他因子的改变而改变，所以生态因子对生物的作用不是单一的，而是综合的。,.主导因子作用（非等价性）在诸多环境因子中，有一个对生物起决定性作用的生态因子，称为主导因子。主导因子发生变化会引起其他因子也发生变化。例如：光合作用时，光强是主导因子，温度和CO2为次要因子；春化作用时，温度为主导因子，湿度和通气条件是次要因子。以土壤为主导因子，可将植物分成多种生态类型，有喜钙植物、嫌钙植物、盐生植物、沙声植物；以食物为主导因

5、子，表现在动物食性方面可分为草食动物、肉食动物、腐食动物、杂食动物等。,.不可代替性和补偿作用 环境中各种生态因子对生物的作用虽然不尽相同，但都各具有重要性，尤其是作为主导作用的因子，如果缺少，便会影响生物的正常生长发育，甚至造成其生病或死亡。所以从总体上说生态因子是不可代替的，但是局部是能补偿的。例如，在某一由多个生态因子综合作用的过程中，由于某因子在量上的不足，可以由其他因子来补偿，以获得相似的生态效应。以植物进行光合作用来说，如果光照不足，可以增加二氧化碳的量来补足；软体动物在锶多的地方，能利用锶来补偿壳中钙的不足。生态因子的补偿作用只能在一定范围内作部分补偿，而不能以一个因子代替另一个

6、因子，且因子之间的补偿作用也不是经常存在的。,例题,当光强度不足时,C02浓度的适当提高,则使植物光合作用强度不致于降低,这种作用称为().A.综合作用 B.阶段性作用 C.补偿作用 D.不可替代作用,C,.阶段性作用（限定性）由于生物生长发育不同阶段对生态因子的需求不同，因此，生态因子对生物的作用也具有阶段性，这种阶段性是由生态环境的规律性变化所造成的。例如，光照长短，在植物的春化阶段并不起作用，但在光周期阶段则是十分重要的。另外，有些鱼类不是终生都定居在某一环境中，根据其生活史的各个不同阶段，对生存条件有不同的要求。例如，鱼类的洄游，大马哈鱼生活在海洋中，生殖季节就成群结队洄游到淡水河流中

7、产卵，而鳗鲡则在淡水中生活，洄游到海洋中去生殖。,1最小因子法则(law of the minimum)任何特定因子的存在量低于某种生物的最小需要量，因而成为决定该物种生存或分布的根本因素。,二）、生物与生态因子关系的基本规律,2耐受性法则(law of tolerance)各种生态因子对某一种生物都存在生物学的上限和下限，它们之间的幅度就是该种生物对某一生态因子的耐受范围。耐受性定律可用钟性曲线来表示。,环境梯度,生长、生殖,广生态幅,狭生态幅,狭生态幅,根据生物对环境因子的适应范围的大小,对同一生态因子，不同种类的生物耐受范围是不相同的。有的可耐受很广的温度范围，称广温性动物；有的只能耐受

8、很窄的温度范围，称狭温性生物。,注意：1).一般来说，如果一种生物对所有生态因子的耐受范围都是广泛的，那么这种生物在自然界的分布也一定很广。2).一种生物的耐受范围越广，对某一特定点的适应能力也就越低；相反狭生态幅的生物，通常对范围狭窄的环境条件具有极强的适应能力，但却丧失了在其它条件下的生存能力。3).自然界中的动植物很少能够生活在对他们来说是最适宜的地方，而只能生活在它们占有更大竞争优势的地方。例如：很多沙漠植物在潮湿的气候条件下能够生长得更茂盛，但是它们却只分布在沙漠中，因为只有在那里它们才占有最大的竞争优势。,生物对生态因子耐受限度的调整,1.驯化：生物借助于驯化过程可以稍稍调整它们对

9、某个生态因子或某些生态因子的耐受范围。如果一种生物长期生活在它的最适生存范围偏一侧的环境条件下，久而久之就会导致该种生物耐受曲线的位置移动。驯化在实验室条件下，一般只需较短时间；而在自然环境中这个变化通常要较长时间。驯化可以理解为生物体内决定代谢速率地酶系统的适应性改变。,2.休眠：休眠是动植物抵御暂时不利环境条件的一种非常有效的生理机制，环境条件如果超出了生物的适宜范围(但不能超出致死限度)，虽然生物也能维持生活，但却常常以休眠的状态适应这种环境。动植物一旦进入休眠期，它们对环境条件的耐受范围就会比正常活动是宽得多。,3限制因子定律(limiting factors)任何一种生态因子，只要接

10、近或超过生物的耐受范围，它就阻止其生长、繁殖、分布、生理机能或者生存的因素就是限制因子。,例题：在下列情况下，测定了不同光照强度光合作用速率的影响（4种实验条件）：（）0.10%CO2、30(1)0.10%CO2、20(2)0.03%CO2、30(3)0.03%CO2、20(4)从以上实验可以得知，对实验2、实验4和P点起到限制作用的因素分别是 A光强度、0.03%CO2、温度 B0.10%CO2、光强度、温度 C温度、光强度、CO2浓度 D温度、0.03%CO2、光强度,光强度,光合速率,1,2,3和4,P,D,注意：如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很广(窄)，而且这种因子又非常稳定(不

11、稳定)，那么这种因子就不太可能(很容易)成为限制因子。例如：氧气对陆生动物来说，数量多，含量稳定，因此一般不会成为限制因子；但是氧气在水体中的含量是有限的，而且经常发生波动，因此常常成为水生生物的限制因子。,4贝格曼定律（Bergmans rule）恒温动物（内温动物）在寒冷的气候条件下，体型趋向于大，在温暖的气候条件下，体型趋向于小。因为个体大的动物，其相对表面积小，单位体重散热量相对较少，这样有利于保持体温。5阿伦定律（Allens rule）恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低温环境中有变小变短的趋势，在温暖地区有变长的趋势。这也是在寒冷地区减少散热和在温暖地区增加散热的一种形

12、态适应。6乔丹定律（Jordans rule）栖息于冷水水域中的鱼类，比栖息于温暖水域中的同种鱼的脊椎骨数目多。解释：低温使鱼类的生长和发育速度变慢，因而延长了其性成熟时间，从而产生更大的个体，其脊椎骨的数目也增多。,7葛洛格定律（Glogers rule）一般来说，在干燥而寒冷的地区，动物的体色较淡；而在潮湿而温暖的地区，其体色较深。解释：温热地区动物毛色较深的原因，可能与色素产生和酶活动有关，较高的湿度和温度能增强酶的活性，提高代谢速率，使皮肤中产生较多的黑色素，体色则较深。8阿利氏定律 动物有一个最适宜的种群密度，种群过密或过疏都可能对自身产生不利影响。随着种群密度过大，将对整个种群带来

13、不利影响，如它将抑制种群的增长率，增大死亡率等。,例题,生活在高纬度地区的恒温动物,一般其身体较低纬度地区的同类个体大,以此来减少单位体重散热量,这一适应称为().A.贝格曼法则 B.阿伦法则 C.葛洛格定律 D.乔丹定律,A,例题：_陈述了来自冷气候中的内温动物与来自温暖气候的内温动物相比,趋向于具有更短的末端(耳朵和四肢).()A.阿利氏定律 B.阿伦法则 C.葛洛格定律 D.贝格曼规律,B,三）、主要生态因子及其生态作用,非生物因素：,光,水,温度,1光,光质的变化：光质随空间发生变化的一般规律是短波光随纬度增加而减少，随海拔升高而增加。在时间变化上，冬季长波光增多，夏季短波光增多；一天

14、内中午短波光较多，早晚长波光较多。深水中的红藻(紫菜)能够较有效的利用绿光。紫外光的作用抑制了植物茎的伸长，所以很多高山植物都具有特殊的莲座状叶丛。,光强度的变化：光周期：,（1）光对植物的影响,光合作用和呼吸作用两条线的交叉点就是光补偿点。在此处的光照强度是植物开始生长和进行净生产所需要的最小光照强度。阳生植物和阴生植物有差异。,光对植物光合作用的影响,阳生植物和阴生植物的补偿点和饱和点,一般来说，植物个体对光能的利用率远不如群体高，夏季当阳光最强时，单株植物很难充分利用这些光能，但在植物群体中对反射、散射和透射光的利用要充分的多。,对植物群体的总光能利用率产生影响的主要因素是光合面积、光合

15、时间和光合能力。光合面积主要指叶面积，通常用叶面积指数来表示，即植物叶面积总和与植株所覆盖的土地面积的比值。光合时间是指植物全年进行光合作用的时间，光合时间越长，植物体内就能积累更多的有机物质并增加产量。延长光合时间主要是靠延长叶片的寿命和适当延长植物的生长期。光合能力是指大气中二氧化碳含量正常和其它生态因子处于最适状态时的植物最大净光合作用速率。,光对植物其它生理的影响,a与代谢的关系：对光照强度的要求不同植物分（阳生植物、阴生植物、耐阴植物）。阳生植物的光饱和点比阴生植物要高，当然通常光补偿点也会高一些b与生殖的关系（光周期现象）：根据植物对日照长度的反应可分为长日照植物、短日照植物、中日

16、照植物和中间型植物。（具体情况请看植物的生殖生理）,（2）光对动物的影响 影响动物的体色、生长发育、繁殖、行为、视觉。有很多的动物繁殖、行为都由日照长度来决定。,原因：光周期变化很有规律、很稳定，以它为信号一般不会“上当”。而其它因素如温度等稳定性不强。（一年中的同一天日照长短都是一致的，但是温度、湿度、食物等因素可能不一致）,2温度,最适点、最低点、最高点，在生态学上称为温度的三基点（1）植物和温度 P505a.植物的春化b昼夜温差与有机物积累：白天温度高有利于光合作用，夜间温度低降低呼吸作用。,c季节变温与物候：生物长期适应于一年中温度的 寒暑节律性变化，形成于此相适应的生物发育节 律称为

17、物候，实质是生物对季节性变温的适应。,d.极端温度对植物的影响：低温对植物的伤害可分 为冷害、霜害和冻害三种。,冷害是指喜温生物在零度以上的温度条件下受害或死亡，例如海南岛的热带植物丁子香在气温降到6.1时叶片便受害，降到3.4时顶梢干枯，受害严重。冷害是喜温生物向北方引种和扩展分布区的主要障碍。,冷害,冻害是指冰点以下的低温使生物体内(细胞内或细胞间隙)形成冰晶而造成的损害。冰晶的形成会使原生质膜发生破裂和使蛋白质失活与变性。当温度不低于-3或-4时，植物受害主要是由于细胞膜破裂引起的；当温度下降到-8或-10时，植物受害则主要是由于生理干燥和水化层的破坏引起的。,冻害,e.高温对植物的影响

18、 高温可减弱光合作用，增强呼吸作用，使植物的这两个重要过程失调。例如马铃薯在温度达到40时，光合作用等于零，而呼吸作用在温度达到50以前一直随温度的上升而增强，但这种状况只能维持很短的时间。高温还可破坏植物的水分平衡，加速生长发育，促使蛋白质凝固和导致有害代谢产物在体内的积累。,注：高温和低温（极端温度）对植物的致死，使植物的地理分布也受到温度的限制。植物水平分布的南界和北界，垂直分布的海拔高低。,f.植物对极端温度的适应：低温适应：*形态的适应。芽叶具有油脂类物质，芽具鳞片，植表有蜡粉密毛，植株矮小。*生理的适应。减少细胞内的水，增加糖、脂、色素，以降低冰点，增加吸热。高温适应：*加强反光、

19、滤光，形成木栓层（隔热），降低含水量增加糖、盐（减慢代谢速率、增强原生质抗凝结力）加强蒸腾，反射红外线。,例题、花芽分化的主要环境因素是()A.低温和光周期 B.中温和光周期 C.温度和光周期 D.肥效和光周期,A,（2）动物和温度a影响动物的繁殖：b温度与生物的发育：有效积温法则：指生物（植物和变温动物）的生长发育过程中，必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育。如：水稻在浙江只能种两季，而在海南岛可以种三季。有效积温法则的应用：预测生物发生的世代数；预测生物地理分布的北界；预测害虫来年发生程度；推算生物的年发生历；c温度影响动物的形态：贝格曼定律、阿伦法则。d影响动物的分布：有效积

20、温和极端温度；e极限温度对动物造成的影响：低温使动物致死，主要是由于细胞内形成冰晶的损伤所致。高温对动物的有害影响主要是破坏酶的活性，使蛋白质凝固变性，造成缺氧、排泄功能失调和神经系统麻痹等。f动物对极端温度的适应。,例题：以下关于动物对温度的适应的说法正确的是（）。A在低温条件下，变温动物的寿命较长，随着温度的增高，其平均寿命缩短B温暖地区，变温动物完成发育的时间比在冷的地区长C恒温动物在低温下保持恒定的体温，而变温动物随环境温 度的提高而有相应变化D温度是动物分布的限制因子，最重要的是地区平均温度,AC,3水植物与水：水生植物（沉水植物、浮水植物、挺水植物）陆生植物（湿生植物、中生植物、旱

21、生植物）各种生态类型的植物的形态、解剖学结构特点（具体参照植物形态、解剖学）,动物与水：a影响动物的分布；b影响动物的体色；葛洛格定律（Glogers rule）c影响动物的繁殖；d影响动物的行为；e影响动物的生长发育,一）水生植物 适应特点是体内有发达的通气系统；叶片常呈带状、丝状或极薄，有利于增加采光面积和对CO2与无机盐的吸收；植物体具有较强的弹性和抗扭曲能力以适应水的流动；淡水植物具有自动调节渗透压的能力，而海水植物则是等渗的。1沉水植物 整株植物沉没在水下，为典型的水生植物。根退化或消失，表皮细胞可直接吸收水中气体、营养物和水分，叶绿体大而多，适应水中的弱光环境，无性繁殖比有性繁殖发

22、达。如狸藻、金鱼藻和黑藻等。2浮水植物 叶片飘浮水面，气孔通常分布在叶的上面，维管束和机械组织不发达，无性繁殖速度快，生产力高。不扎根的浮水植物有凤眼莲、浮萍和无根萍等，扎根的有睡莲和眼子菜等。3挺水植物 植物体大部分挺出水面，如芦苇、香蒲等。,二）陆生植物 1湿生植物 抗旱能力小，不能长时间忍受缺水。生长在光照弱、湿度大的森林下层，或生长在日光充足、土壤水分经常饱和的环境中。前者如热带雨林中的各种附生植物（蕨类和兰科植物）和秋海棠等；后者如水稻、毛茛、灯心草和半边莲等。2中生植物 适于生长在水湿条件适中的环境中，其形态结构及适应性均介于湿生植物和旱生植物之间，是种类最多、分布最广和数量最大的

23、陆生植物。3旱生植物 能忍受较长时间干旱，主要分布在干热草原和荒漠地区。又可分为少浆液植物和多浆液植物两类。前者叶面积缩小，根系发达，原生质渗透压高，含水量极少，如刺叶石竹、骆驼刺和夹竹桃等；后者体内有发达的贮水组织，多数种类叶片退化而由绿色茎代行光合作用，如仙人掌、石蒜、景天和猴狲面包树等。,水生动物的渗透压调节 生活在海洋中的动物大致有两种渗透压调节类型。一种类型是动物的血液或体液的渗透浓度与海水的总渗透浓度相等或接近；另一种类型是动物的血液或体液大大低于海水的渗透浓度。1.硬骨鱼类和甲壳动物体内的盐是通过鳃排泄出去的，而软骨鱼类则是通过直肠腺排出。2.淡水动物：丢失的溶质从两个方面得到弥

24、补：一方面从食物中获得某些溶质，另一方面动物的鳃或上皮组织的表面也能主动地把钠吸收到动物体内。,动物与水：,注意：温度和降水是影响生物在地球表面分布的两个最重要的生态因子，两者共同作用决定着生物群落在地球分布的总格局。,水生动物和陆生动物,水生动物：终生生活在水中，其形态结构和生理特性适于水中生活。根据生活的水层不同，有浮游动物、水中动物和水底动物。浮游动物游泳能力较弱，浮游在水面。如变形虫、放射虫、鞭毛虫、部分根足虫。水中动物游泳能力强，多数体形呈流线型，如大多数鱼类。水底动物则栖息或固着在水底泥沙和岩石上生活。如海星、鳐、比目鱼等。陆生动物：根据环境水分的多少，有湿生动物、中生动物和旱生动

25、物。湿生动物生活在潮湿地带，如两栖类；中生动物生活在普通陆地环境，种类最多，分布最广，数量最大，大多数陆地动物即为中生动物；旱生动物适应于在干燥沙漠地带生活，有高浓度的尿液，能利用代谢中产生的尿，如骆驼、沙鼠。水对动物的生态作用是多方面的。它能影响动物的分布、动物的体色、动物的繁殖、生长发育及动物行为等等。,生物因素种内与种间关系,1、种内关系,种内关系是同种个体之间的关系，包括种内斗争和种内互助。种内斗争：种内斗争是同种生物个体间因对资源或其他因素的需要而引发的斗争。它是种群数量调节的一个重要因素。植物同种个体间斗争一般表现在对水分、养料、光照、空气等无机环境因素的需求上。因此，合理密植可以

26、充分利用阳光、空间和地力，提高产量。栽种过密，作物相互遮光，争夺养料，通风性差使个体生长受阻，反而会降低群体产量。同种动物间，由于食物、栖所、繁殖或其他因素的矛盾而斗争也时有发生。有时不同种群间也常因食物发生斗争。如在缺少蜜源时，外来蜜蜂会窜入当地蜂巢盗蜜，发生蜂群之间的搏斗。一些营个体生活或家庭生活的动物，当食物不足时，它们会迁移。迁移使动物能够充分利用适合于它们生活的区域，而且因种群混杂，促进杂交，消除长期近亲繁殖所带来的危害，也消除地区性繁殖过剩的现象。种内互助：动物通过种内互助能更有效的捕食、避敌，更好地适应环境。如皇企鹅群聚能改变群体的小气候，使温度提高，风速减小，有利于动体存活。斑

27、马群聚有利于防御，狮的群聚有利于共同猎食。,生物的种间关系（interspecific relationship）指的是生活于同一生境中的所有不同物种之间的关系，尽管有多种多样，但最主要的有9种相互作用类型（见下表）。,2、种间关系,生物种间相互关系基本类型,偏利共生：是指两种生物生活在一起，彼此之间一方有利，另一方不受害。如啮齿类动物的洞穴，鸟巢，常被另一些动物借宿，不互相伤害。原始合作：两种生物生活在一起，互相受益，但二者之间不存在依赖关系，可以分离开来。如寄居蟹和海葵的关系，寄居蟹匿居在空螺壳里，海葵附着在螺壳上，海葵利用寄居蟹作为运动工具，并以它吃剩的残屑为食，寄居蟹可受到海葵刺细胞的

28、保护。,互利共生：两种生物生活在一起，互相受益，但彼此之间具有依赖性二者不可分离的这样一种关系称互利共生。由于二者不可分开，所以又称专性共生。典型的有地衣中的藻类和真菌，白蚁和它肠内的鞭毛虫。另外蚂蚁和蚜虫也可看作是一种共生关系，蚂蚁收集蚜虫的分泌物，并保护蚜虫，蚜虫的分泌物是蚂蚁的食物，到深秋，蚂蚁把蚜虫卵带到蚁穴越冬，第二年春天又把它送到地面孵化繁殖。,竞争：通常是指在不同种的个体之间，因争夺共同的资源、空间发生的相互作用。生活习性越相近的物种间的斗争越激烈。竞争的结果可能是一个物种获得生存发展，另一个被淘汰；也可能导致其生态要求的分化而长期共存。,两种对资源的竞争导致大草履虫灭绝。（大草

29、履虫袋状草履虫可达成共存，出现分化）,寄生：两种生物生活在一起，一种生物以消耗另一种生物体内的有机物质为生，前者受益（为寄生物），后者受害（宿主），这种现象叫寄生。动物中寄生现象相当普遍，有的寄生在体表，有的寄生在体内；植物组织中也有寄生现象，如茧丝子以茎部的不定根寄生在大豆等植物的茎内。,寄生物的分类,1）微寄生物，在寄主体内或表面繁殖（病毒、细菌、真菌和原生动物）2）大寄生物，在寄主体内或表面生长，但不繁殖。（昆虫）3）拟寄生物（重寄生物）：在昆虫寄主身上或体内产卵，通常导致寄主死亡。4）社会性寄生物：不摄取寄主组织，而是通过强迫其寄主动物为其提供食物或其他利益而获利的寄生物。鸟类的窝寄生

30、（种内窝寄生，鸭；种间：杜鹃）,捕食：一种生物以另一种生物为食的现象叫捕食，是群落中生物之间最常见、最基本的关系之一。在漫长的进化过程中，捕食者和被捕食者在形态、生理和行为上都产生了一系列的相互适应性。一个有独特的捕杀技巧，另一个就要有一系列保护性适应。捕食者和被捕食者在种群数量上关系复杂。一般被捕食者数量多时，捕食者因食物丰富数量随着增加，但这种增加必然导致被捕食者数量下降。这种相互作用常使许多捕食者和被捕食者种群出现周期性的数量波动规律，捕食者的数量高峰总是出现在被捕食者数量高峰之后。,思考题：1下表列出了两种微生物生长所必需的生长因子和它们所合成和释放的物质。如果把两种微生物共同培养在一

31、个培养基中，它们之间最可能的关系是：微生物名称 必须供应的生长因子 被合成并释放的物质红酵母嘧啶 噻唑毛霉噻唑 嘧啶A 竞争 B 不亲和性 C 独立生长D 互惠共生,2.下列物种间不属于协同进化结果的是：A狮子的土黄体色与斑马的斑纹 B狮子数量上升与斑马数量下降 C.食草动物的瘤胃与植物的木质素 D黏液瘤病毒对寄主毒性随时间推移的减弱,3.假定有两种植物共同生长在一个盆中，当两种植物被分开种时，一种死掉了，另一种生长得要好得多，请问它们之间是什么关系？A寄生 B共生 C自养 D异养,4、下图表示物种和物种的种群密度变化。和两个物种之间最可能的关系是：A 寄生物一寄主 B 捕食者一猎物 C 竞争 D 共生,