第二章生物与环境.ppt

第二章 生物与环境,第四节 生态因子的生态作用及生物的适应,蓝,紫,绿,橙,紅,红外线,400 500 600 700波长nm,相对吸收,叶绿素的吸收光谱,光质的生态作用与生物的适应,光质的生态作用与生物的适应,生理有效辐射 光合作用的光谱范围只是可见光区，其中红、橙光主要被叶绿素吸收，对叶绿素的形成有促进作用，蓝紫光也能被叶绿素和类胡萝卜素所吸收，我们将这部分辐射称为生理有效辐射。,生理无效辐射 绿光很少被吸收利用，称为生理无效辐射。,蓝紫光和青光 可见光中的蓝紫光和青光对植物伸长生长及幼芽的形成有很大作用，能抑制植株的伸长生长形成矮小植株，另外还能促进花青素等植物色素的形成。,紫外线 紫外光是昆虫新陈代谢所必需的，与维生素D的产生有密切关系。,有色薄膜的应用,有色薄膜改变光质影响作物生长，达到增产，改善品质。实验研究表明：浅蓝色薄膜育秧与无色薄膜相比，浅蓝色薄膜秧苗根系较粗壮，插后成活快，生长茁壮，叶色浓绿，鲜重和干重都有增加，测定的淀粉、蛋白质含量较高，主要因为太阳光通过有色薄膜时，被选择透过和吸收，这样薄膜内的光质因薄膜颜色不同而发生变化。如浅蓝色薄膜可以大量透过光合作用所需的380-490纳米的光（透过率60%以上），因而有利于植物的光合过程和代谢过程。,（2）光质与动物,可见光对动物生殖、体色变化、迁徙、换毛换羽、生长及发育都有影响。蛱蝶的体色 不可见光：大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近，但昆虫则偏于短波光，大致在250-700nm之间，它们看不见红外光，却看得见紫外光。而且许多昆虫对紫外光有趋光性，这种趋光现象已被用来诱杀农业害虫。维生素D的合成,光周期的生态作用,1.昼夜节律,2.光周期现象,植物的光周期,长日照植物,短日照植物,中日照植物 日照时间要求必须在近12小时的暗期的情况下，才能转向生殖生长，如甘蔗的某些品种。,中间性植物 还有一类植物只要其他条件合适，在什么日照条件下都能开花，如黄瓜、番茄、番薯、四季豆和蒲公英等.,动物的光周期,鸟类的光周期现象最为明显,日照长度的变化对哺乳动物的换毛和生殖也具有十分明显的影响,是指在日照时间长于一定数值（一般14小时以上）才能开花的植物，如冬小麦、大麦、油菜和甜菜等，而且光照时间越长，开花越早。,长日照植物,短日照植物,是日照时间短于一定数值（一般14小时以上的黑暗）才能开花的植物，通常早春或深秋开花。如牵牛花、水稻、烟草等。,小时,植物光合作用的昼夜变化,二 温度因子的生态作用及生物的适应,温度因子的生态作用 极端温度的生态作用及生物的适应 节律性变温的生态作用及生物适应,二 温度因子的生态作用及生物的适应,温度因子的生态作用,1.温度与生物生长,“三基点”,2.温度与生物发育,春化过程,春化现象,3.温度与生物的地理分布,温度对植物分布的影响,年平均温度和最冷、最热月平均温度,日平均温度累计值,极端温度,温度对动物分布的影响,有效积温,极端温度,对于常温动物，温度对其分布往往有间接影响,某些植物的开花结果需要一定时间低温的刺激，需要经历一段低温过程，即春化过程。我们把这种需要一定时间低温条件才能发育，才能开花的现象称为春化现象。春化现象在冬性作物上表现的相当明显，而且，作物冬性越强，春化需要的温度越低，持续低温的时间也要求越长。,温度与生物发育的最普遍规律有效积温,温度会影响生物的形态结构和习性,沙漠狐,极地狐,极端温度的生态作用及生物的适应,1.极端低温对生物的作用,极端低温对植物的作用,极端低温对动物的作用,寒害,冻害,变温动物,常温动物,2.生物对极端低温的适应,植物,形态上,生理上,动物,贝格曼规律,阿伦规律,乔丹规律,（二）生物对极端温度的适应,1.生物对低温的适应 低温的危害：温度低于一定数值，生物便会受害，这个数值称为临界温度。在临界温度以下，温度越低生物受害越重。低温对生物的伤害可分为寒(冷)害和冻害两种。寒（冷）害:是指温度在0以上对喜温生物造成的伤害。植物寒害的主要原因有蛋白质合成受阻、碳水化合物减少和代谢紊乱等。冻害:是指0以下的低温使生物体内（细胞内和细胞间）形成冰晶而造成的损害。植物在温度降至冰点以下时，会在细胞间隙形成冰晶，原生质因此而失水破损。极端低温对动物的致死作用主要是体液的冰冻和结晶，使原生质受到机械损伤、蛋白质脱水变性。,（1）植物对低温的适应,形态适应：表现在芽及叶片常有油脂类物质保护，芽具有鳞片，器官的表面有蜡粉和密毛，树皮有较发达的木栓组织，植株矮小，常呈匍匐、垫状或莲座状；生理适应：低温环境的植物减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪和色素来降低植物的冰点，增加抗寒能力。如鹿蹄草通过在叶细胞中大量贮存五碳糖、粘液来降低冰点，可使结冰温度下降到-31度。行为适应：休眠来增加抗寒能力。,贝格曼规律(Bergmanns rule),内容：高纬度的恒温动物比低纬度的 相似种类个体要大，如东北虎 大于华南虎。原因：一般认为，动物个体大则相同 质量所对应的体表面积就小，对恒温动物来说在竞争中应付 体表散热所损失的能量相对较 少，在进化选择中是有利的。,（2）动物对低温的适应,阿仑规律(Allens rule),内容：在寒冷地区生活的哺乳动物的四肢、耳、鼻、尾均有 明显缩短的趋势。原因：寒冷地区对哺乳动物的主要生态问题是保持体温，躯 体突出部分缩短可减少散热，对动物在环境中竞争显 然是有利的。,北极的北极狐、温带的赤狐、热带大耳狐,生理适应：,增加体内产热量来增强御寒能力和保持恒定的体温；在低温环境下减少身体散热的另一种适应为大大降低身体终端部位的温度，而身体中央的温暖血液很少流到这些部位（如生活在冰天雪地的北极灰狼，其脚爪可保持在接近冰点的温度；站立在冰面的鸥，其脚掌的温度为0-5度，温度自下而上逐渐升高，到达生有羽毛的胫部为32度，而鸥的体温38-41度。）,乔丹（约旦）规律(Jordans rule),指鱼类的脊椎数目在低温水域中比在温暖水域中多。低温使鱼类的生长和发育速度变慢，因而延长了性成熟时间，从而产生更大的个体，其脊椎数目也较多。,3.极端高温对生物的作用,高温对植物的危害,使植物生长发育受阻,高温对受精过程也有影响,高温破坏植物的光合作用和呼吸作用的平衡,高温促进植物蒸腾作用加强，破坏水分平衡,高温使植物的整个生育期缩短,高温促进叶片早衰，减少有效叶面积,高温对动物的危害,4.生物对极端高温的适应,植物,动物,恒温机制控制的温度范围适当放松,避开不利的温度条件,有机体发育一些特殊的结构和形成生理上的适应,2.生物对高温的适应,温度超过生物适宜温区的上限后就会对生物产生有害影响，温度越高对生物的伤害作用越大。高温对植物的危害：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；破坏植物的水分平衡，促使蛋白质凝固、脂类溶解，导致有害代谢产物在体内的积累。高温对动物的危害：（动物对高温的忍受能力因种而异，一般哺乳动物不能忍受42度以上高温；鸟类不能忍受48度以上高温）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。,不同物种对高温的耐受性,水生植物：3040旱生植物：5060兽类：42鸟类：4648爬行类：45,节律性变温的生态作用及生物适应 太阳辐射使地表受热，产生气温、水温和土温的变化，温度因子和光因子一样存在周期性变化，称节律性变温。,1.温周期现象,变温与生物生长,植物的温周期现象主要表现在：,种子萌发期 生长期,变温与干物质积累,2.物候节律生物长期适应于一年中温度的寒暑节律性变化，形成与此相 适应的生物发育节律称为物候。,休眠休眠指生物的潜伏、蛰伏或不活动状态，是抵御不利环境的一种有效 的生理机制。进入休眠状态的动植物可以忍耐比其生态幅宽得多的环境条件。,变温与干物质积累,变温对于植物体内物质的转移和积累具有良好的作用.昼夜温差越大，植物产量越高，质量越好。因为白天适当高温有利于光合作用，夜间适当低温使呼吸作用减弱，光合产物消耗减少，净积累增多。如燕麦地昼夜温度都是20度，每日因同化作用而积累的碳水化合物为300公斤，因呼吸作用而失去的为175公斤，纯增125公斤；若夜温降到10度，因呼吸作用损失132公斤，纯增168公斤。,1.北方植物引种到南方可能遇到的不适生态因子有哪些，为什么？答：北方植物常形成与北方的温度和日照条件相适应的生态型。因此，引种到南方可能遇到的不适的高温、低温和积温及日照长度，使其不能生长或完成发育。2.生长在高光强环境中的草本植物的光合特点可能是（A）。A.补偿点较高，光饱和点高 B.光补偿点较高，光饱和点低 C.光补偿点较低，光饱和点低 D.光补偿点较低，光饱和点高,?,？,水分对生命的影响,年降雨量决定陆生生物分布,影响生物体的结构、发育和习性特点,三 水因子的生态作用及生物的适应,水因子的生态作用,1.水是生物生存的重要条件,2.水对动植物生长发育的影响,水对植物的影响,干旱对植物的影响,水涝对植物的影响,水对动物的影响,降水对动物的影响 许多动物的周期性繁殖与降水季节密切相关,湿度对动物的影响湿度可以加快或推迟动物生活史的完成，使 动物的寿命缩短或延长。,3.水对动植物分布的影响,对植被的分布的影响我国从东南到西北可分为3个等雨量区，因而植被类型也分为3个区：湿润森林区、干旱草原区和荒漠区水分与动植物种类与数量的影响降水量最大的赤道热带雨林种的植物达52种/公顷，而降水量较少的大兴安岭红松林中，仅有植物10种/公顷,水对物种数量和分布的影响,生物对水因子的适应,1.植物对水因子的适应,水生植物具有发达的通气组织,水生植物机械组织不发达甚至退化,沉水植物如苦草、金鱼藻,浮水植物如凤眼莲、浮萍,挺水植物如荷花、芦苇,陆生植物,水生植物,湿生植物,旱生植物,中生植物,陆生植物的适应特征,形态适应发达的根系、叶面积很小、发达的储水组织生理适应原生质渗透压特别高陆生植物的类型湿生植物、中生植物、旱生植物,陆生植物类型,湿生植物：不能长时间忍受缺水，抗旱能力差，多生长在水边或潮湿的环境中。如水稻、秋海棠。中生植物：适于生长在水分条件适中的环境中，形态结构及适应性介于湿生植物与旱生植物之间，种类最多、分布最光和数量最大的陆生植物。旱生植物：生长在干旱环境中，能忍受较长时间的干旱，且能维护水分平衡和正常的生长发育。主要分布在干热草原和荒漠地区。其对干旱环境的适应表现在根系发达、叶面积很小、发达的贮水组织以及高渗透压的原生质等。,2.动物对水因子的适应,水生动物,水生动物与体外水环境的水分动态平衡是通过渗透压调节和体液中盐分含量的扩散作用调节来维持的,陆生动物,形态结构上的适应,行为上的适应,生理适应,淡水动物对水环境的适应,淡水动物对环境是高渗性(淡水的渗透浓度为2-3mmol/l，而动物体液或血液渗透浓度高)，导致水不断渗入动物体内，过剩的水不断排出体外，保持水分平衡补充丢失的盐分方法：食物鳃主动吸收盐类,形态结构适应昆虫具有几丁质的体壁，防止水分的过量蒸发；两栖类动物体表分泌粘液以保持湿润；哺乳动物有皮质腺和毛，防止体内水分过多蒸发。行为的适应沙漠动物昼伏夜出：沙漠地区夏季昼夜地表温度相差很大，因此地面和地下的相对湿度和蒸发力相差很大迁徙：在水分和食物不足时，迁移到别处。生理适应储水的胃；储藏丰富的脂肪，在消耗过程中产生大量的水分；血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。,陆生动物对水环境的适应,实例,四 土壤因子的生态作用及生物的适应,土壤因子的生态作用,1.土壤的组成,2.土壤物理性质对生物的影响,土壤质地对生物的影响,土壤结构对生物的影响,3.土壤化学性质对生物的影响,土壤酸碱度对生物的影响,土壤有机质对生物的影响,土壤中的无机元素对生物的影响,4.土壤生物对生物的影响,土壤微生物对生物的影响,土壤动物对生物的影响,根据植物对土壤酸碱度的反应的植物分类酸性土植物、中性土植物和碱性土植物根据植物对土壤钙质的反应的植物分类喜钙植物和嫌钙植物根据植物对土壤含盐量的反应的植物分类盐土植物和碱土植物植物对极端土壤环境的适应盐碱土植物沙生植物,植物对土壤因子的适应,盐土植物对环境的适应,形态植物矮小、干硬、叶不发达、蒸腾面小、气孔下陷、表皮有厚外皮、灰白绒毛结构细胞间隙小、栅栏组织发达、贮水细胞生理聚盐性植物：从土壤里吸收盐，并把这些盐积聚在体内而不受伤害泌盐性植物：植物而是通过茎、叶表面上密布的分泌腺，把吸收的过多盐分排出体外不透盐性植物：根细胞对盐类的透过性非常小，几乎不或很少吸收土壤中的盐类,五 地形因子的生态作用及生物的适应,地形要素的生态作用,1.坡向,2.坡度,3.坡位,4.海拔高度,以地形为主导因素的特殊环境对 生物的影响,1.焚风对生物的影响,2.山风和谷风对生物的影响,3.海风和陆风对生物的影响,4.高原气候对生物的影响,六 生物对自然环境的生态适应,1.生态型,生态型是生物与特定的生态环境相协调的基因型集群，是同种生物的不同个体群，长期生长在不同的自然生态条件和人为培育条件下，发生趋异适应，并经自然选择和人工选择而分化成的在生态、形态和生理特性上不同的基因型类群,植物生态型,气候生态型,土壤生态型,生物生态型,在动物中同样也有生态型的分化,2.生活型,不同种的生物，由于长期生存在相同的自然生态条件和人为培育条件下，发生趋同适应，并经自然选择和人工选择而形成的具有类似的形态、生理生态特性的物种类群,1趋同适应（生活型）,趋同适应：指亲缘关系相当疏远的生物，由于长期生活在相同或相似的环境条件下，通过变异、选择和适应，在形态、生理、发育以及适应方式和途径等方面表现出相似性的现象。蝙蝠属哺乳动物，但它与大多数鸟类一样通过飞行来捕捉空中的昆虫，它的前肢不同与一般的兽类，而形同于鸟类的翅膀，适应于飞行活动；鲸、海豚、海狮均属哺乳动物，但由于长期生活在水环境中，体形呈纺锤形，它们的前肢也发育成类似鱼类的胸鳍。,植物中的趋同现象如生活在沙漠中的仙人掌科植物、大戟科的霸王鞭以及菊科的仙人笔等，分属不同类群的植物，但都以肉质化的茎、叶子退化呈刺状来适应干旱生境。,按趋同作用的结果，对生物进行划分称为生活型。植物的生活型划分。不论植物在分类系统上的地位如何，只要它们的适应方式和途径相同，都属同一生活型。生活型的划分有不同的方法，例如将植物分为乔木、灌木、半灌木、木质藤本、多年生草本、一年生草本等。,2趋异适应（生态型）,趋异适应：指亲缘关系相近的同种生物，长期生活在不同的环境条件下，形成了不同的形态结构、生理特性、适应方式和途径等。趋异适应的结果是使同一类群的生物产生多样化，以占据和适应不同的空间，减少竞争，充分利用环境资源。植物生态型：是与生活型相对应的一个概念，指同种生物内适应于不同生态条件或区域的不同类群，它们的差异是源于基因的差别，是可遗传的。根据引起生态型分化的主导因素，可把生态型划分为气候生态型、土壤生态型和生物生态型等。,七 生物对自然环境的影响,1.生物对环境条件的改善,2.关于地球环境的盖雅假说,表2-1 现在的地球与一个假想的无生命的地球以及火星、金星的比较,该假说认为，地球表面的温度和化学组成是受地球表面的生命总体（生物圈）主动调节的。地球大气的成分、温度和氧化还原状态等受天文的、生物的或其他的干扰而发生变化，产生偏离，生物通过改变其生长和代谢，如光合作用吸收CO2释放O2，呼吸作用吸收O2释放CO2，以及排泄废物、分解作用等，对偏离作出反应，以缓和地球表面的这些变化。,生物对环境的改造作用Gaia假说,盖雅假说是在本世纪70年代由两个英国科学家在研究了全球的生物对环境的影响和控制后提出的。假说内容：今天地球上的陆地、海洋、大气的面貌与太阳系任何其它行星上的都极不相同，完全是地球上的生命长期作用的结果，是地球上生物与环境长期相互作用、共同进化的结果。如果没有早期的生命形式以及后期繁荣的由植物、动物、微生物等组成的复杂的生态系统对环境的强有力的缓冲作用和协调作用，今天的地球环境是很难解释的。盖雅本来是希腊大地女神的名字，这里借用来形象地表示地球这个复杂统一的控制论系统，由于对这个系统的内部机制还需进行大量的研究，所以暂时只能是一种假说。,Gaia假说具有十分重要的现实生态学意义，正受到越来越多的关注。人类自工业化革命以来，各种环境、资源问题日益突出，温室效应、酸雨、水土流失、森林锐减等等严重威胁着人类的可持续发展。森林，尤其是热带雨林，有“地球的肺”之美誉，对于调节气候、维持空气中O2和CO2的平衡、保持水土有着不可替代的作用。森林的减少，意味着调节能力的减弱。目前大气CO2浓度的升高，一方面与大量燃烧化石燃料有关，另一方面森林面积的急剧减小也是一个重要因素。,本章结束,