[基础科学]普通生态学.doc
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1、普通生态学第一章 生物与环境一.核心知识回顾1环境与生态因子概念 1) 环境的概念与分类 环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间及直接、问接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。生物生活的环境是指生物体周围影响该生物生存的全部因素。环境可以分为大环境(包括宇宙环境、地球环境和区域环境)和小环境(微环境和内环境)。 2) 生态因子的概念与分类 生态因子是指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因素。依其性质分为五类,即气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子和人为因子;依其稳定性分为稳定因子和变动因子;依其作用分为密度制约因子和非密度制约因子。2生物与环境关系的
2、基本原理 (1)生态因子作用的特点:综合性作用;主导因子;阶段性作用;不可替代性和补偿性作用;直接作用和间接作用等。 (2)利比希最小因子定律(Liebigs law of minimum):低于某种生物的最小需要量的生态因子,成为该生物生存的限制因子。 (3)限制因子定律(1aw of limiting factors):生态因子低于最低状态时,生理现象全部停止;在最适状态下,显示了生理现象的最大观测值;在最大状态之上,生理现象又停止。 (4)耐受性定律(1aw of tolerance):任何一个生态因子在数量上或质量上的不足或过多,即当其接近或达到某种生物的耐受限度时会使该种生物衰退或不
3、能生存。 (5)生态幅(ecological amplitude):某种生物对某一生态因子的耐受范围。3光及其生态作用 1) 光的性质与组成 太阳辐射光谱主要由紫外线(波长小于380 rim)、可见光(波长为380760 nm)和红外线(波长大于760 nm)组成,三者分别占太阳辐射总能量的9%、45%和46%。 2)影响光照的因素大气成分;高度角;地球公转时轴心位置的改变;地面的海拔高度、坡向和坡度。 3)光的生态作用光质:紫外光、紫光、蓝光、红光、红橙光等生态作用。光照强度:阳地植物、阴地植物和耐阴植物及动物器官、组织、体色的变化。光照时间:长日照、短日照、中日照和日中性植物的分化;昼行和
4、夜行及晨昏动物的分化。4温度及其生态作用1)影响温度变化的因素太阳辐射、地面长波辐射、山脉走向、地形变化及海拔高度等因素。2)温度与动物类型根据有机体热能来源划分:外温动物(ectotherm)和内温动物(endotherm);根据体温的稳定程度划分:常温动物(homeotherm)和变温动物(poikilotherm)。3)温度对生物生长、发育与繁殖的影响 有效积温法则:即需要一定的总热量,称总积温或有效积温,才能完成某一阶段的发育。4)极端温度与生物低温(冷害、霜害和冻害);高温(热害);温度变化速率。5水及其生态作用1)水有三态:液态(雾、露、云、雨)、气态(水蒸气)和固态(霜、雪、冰雹
5、)。2)水的特性水具有相变性、高热容量、密度变化特殊和极性等特性。3)水的生态作用水是原生质的主要成分;水是某些代谢过程的反应物质;水对稳定环境温度有重要意义;水是植物进行代谢作用的介质;水能使生物体保持固有的姿态。4)水分对植物的影响 水生植物(浮水植物、沉水植物、挺水植物)和陆生植物(湿生植物、中性植物和旱生植5)水分对动物的影响水生动物(淡水动物和海水动物)、陆生动物和两栖动物。6)水分胁迫包括干旱胁迫和涝害胁迫,干旱包括大气干旱和土壤干旱。二关键概念辨析1生态因子:是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接作用的环境要素。2生态幅:又称生态价、耐性限度或适应幅度,是指每种
6、生物有机体能够生存的环境变化幅度,即最高、最低生态因子(或称耐受性下限和上限)之间的范围。3限制因子:生物的生长发育过程受到某个最小量的因子限制,这个因子称为限制因子。又因为这个因子的量最小,也称为最小因子。例如,某种植物的光合作用受到数种因子影响时,其受限制的程度取决于最少(小)的那个因子。4协同进化:关系密切的生物在进化上互相适应的现象。5临界温度:生物低于或高于一定的温度时便会受到伤害,这一温度称为临界温度。6适应组合:生物对一组特定环境条件所表现出来的协同适应性。7辐射适应:同一种生物长期适应不同环境条件而表现出不同的形态结构和生理特性,这种现象称为辐射适应。8趋同适应:是指亲缘关系很
7、远甚至完全不同的生物类群,长期生活在相似的环境中而表现出相似的外部特征,具有相同或相近的生态位。9基础生态位:能够为某一物种所占据的理论上的最大空间。10实际生态位:能够为某一物种所占据的实际上的空间。11阿伦(Allen)规律:恒温动物身体的突出部分为四肢、尾巴、外身等在低温环境中有变小的趋势。12贝格曼(Bergmann)定律:个体大的动物,其单位体重散热量相对减少。13.物候现象:是指生物的生命活动对季节变化的反应现象。14趋异适应:同种类的生物当生活在相同或相似的环境条件下,通过变异选择形成不同的形态或生理特征及不同的适应方式或途径,这种现象叫趋异适应。15生活型:不同种类的植物之间或
8、动物之间由于趋同适应而在形态、生理及适应方式等方面表现出相似的类型。16生态型:同种生物由于趋异适应而在形态、生理及适应方式等方面表现出不同的类型。17阿朔夫规律:对于夜出性动物处于恒黑的条件下,它们昼夜周期缩短;对于夜出性动物处于恒光的条件下,它们的昼夜周期延长,并且随着光强的增强,这种延长越明显。对于日出性动物处于恒光的条件下,它们的昼夜周期缩短,并且随着光强的增强,这种缩短越明显。18生物学零度:生物生长发育的起点温度。19适应性低体温:它是一种受调节的低体温现象,此时体温被调节很低,接近于环境温度的水平,心律代谢率及其他生理功能均相应的降低,在任何时候都可自发的或通过人工诱导,恢复到原
9、来的正常状态。20狭湿性:生物对湿度的变化较为敏感,只能适应湿度幅度较窄变化的特性。21狭温性植物:不同种类的植物的耐受范围很不相同,只能耐受很窄的温度范围的植物称狭温性植物。22狭光性:生物对光照的变化较为敏感,只能忍受较窄光照强度、光照长度变化的特性。23狭盐性:生物对生活环境的含盐量变化较为敏感,只有忍受较窄盐变幅的特性。24光形态建成:植物依赖光进行生长、发育和分化的过程,称为光形态建成。25光抑制现象:当叶片接受的光能超过它所能利用的量时,光可以引起光合活性的降低。它的最明显的特征是光合效率的降低。26广光性:生物能够适应光照强度、光照长度的大幅度变化的一种特性。27广湿性:生物能够
10、适应较大幅度温度变幅的一种特性。28广温性植物:不同种类的植物的耐受范围很不相同,对温度的耐受范围差异很大,可耐受很广的温度范围的植物,称广温性植物。29广盐性:生物生活在含盐量变化范围较大的土壤环境或水环境中的一种特性。30生理无效辐射:太阳辐射中那些被植物的光合作用很少利用的辐射,称为生理无效辐射。31生理有效辐射:太阳辐射只有可见光部分可被光合作用所利用。能被光合作用利用的太阳辐射称为生理有效辐射,在生态学上理解成光合有效辐射(photosynthetic active radiation,PAR),占太阳辐射40%50%。32温周期现象:一天内温度的昼夜变化,对植物的生长、发育和产品质
11、量有很大影响,植物适应于温度的昼夜变化的现象称为温周期现象。温周期实际上是植物适应温度变化(变温)的结果。对于大部分植物来说,适当的变温是有利的,但变温过大就会有害。33物候期:高等植物的发芽、生长、现蕾、开花、结实、果实成熟、落叶、休眠生长发育阶段,称为物候阶段即物候期。三典型例题例题1:小地老虎完成一个世代需要积温504.7日度。南京地区对该昆虫发育的年总积温进行统计,结果K=2220.9日度,预测小地老虎可能发生的世代。知识要点 1有效积温法则:K=N(TC) 2昆虫发育的特点:周期短、速度快、温度适宜连续发育等。 3根据知识要点1,K为热常数,即完成某一发育阶段所需要的总能量。答案 (
12、代)方法技巧 有效积温法则可以预测生物的世代数(没有休眠和滞育期),只要已知完成一个世代需要的积温和年总积温,两数相除即可得一年内的世代数。例题2:简述生物的趋同和趋异适应,如何理解生物与环境的协同进化?答案趋同适应是指亲缘关系很远甚至完全不同的类群,长期生活在相似的环境中,表现出相似的外部特征,具有相同或相近的生态位。例如,蝙蝠的前肢不同于一般的兽类,其形态和功能类似于鸟类的翅膀;鲸、海豚、海豹、海狮等分属于鲸目和鳍足目的海豹科和海狮科,它们长期生活在水生环境中,身体呈纺锤形,前肢也发育成类似鱼鳍的形状;两栖类青蛙、爬行类鳄和哺乳类河马更是一个趋同进化的好例子。植物也不例外,仙人掌科的植物适
13、应于沙漠干旱生活,它们具有多汁的茎,叶子退化呈刺状。生活在与仙人掌(仙人掌科)类似环境的菊科仙人笔、大戟科霸王鞭及萝蘑科海星花等植物,外形特征出现与仙人掌趋同的适应现象。趋异适应是指同种类的生物当生活在相同或相似的环境条件下,通过变异选择形成不同的形态或生理特征及不同的适应方式或途径。如北极熊(Ursus maritimus)是从棕熊(Ursus arctos)进化而来。第四纪的更新世时,一次大冰川将一群棕熊从主群中分离出来,它们在北极严寒环境的选择下,进化成北极熊。北极熊是白色的,与环境颜色一致,便于猎捕食物;头肩部呈流线型,足掌有刚毛,能在冰上行走而不致滑倒,并有隔热和御寒的作用。北极熊肉
14、食,棕熊虽也属食肉目,却以植物为主要食物。由此可见,生物体的形态结构及行为总是与其生存环境相适应的,否则就要因不能适应新的条件而被淘汰,这就是生物与环境的协同进化。四模拟训练1非生物因素不包括下面的( ) A阳光 B大气 C水 D食物链【答案】 D2对海洋岩礁上的藻类植物调查时发现,一般在浅水处生长着绿藻,稍深处是褐藻,再深一些的水域中则以红藻为主。直接影响中藻类植物分布的主要因素是 ( )A阳光 B温度 C海水含盐量 D海水含氧量【答案】 A3决定菊科植物深秋开花的因素是 ( )A短日照 B长日照 C高温 D低温【答案】 A4下列实例中,主要属于适应温度条件的是( )A梨北橘南 B仙人掌的叶
15、刺C蛾类的趋光性 D人参在林下才能生长好【答案】 A5下列动物的活动,主要受温度因素影响的是 ( )A候鸟的迁徙 B蛾类在夜间活动C鱼类在生殖洄游 D飞蝗群集迁飞【答案】 A6沙漠狐的耳朵比极地狐的耳朵大得多,造成这种种差异的主要生态因素是 ( )A阳光 B水 C温度 D食物【答案】 C7年轮是生物对( )的适应表现。A气候变化 B光周期现象 C温度变化 D营养变化【答案】 A8Allen规律描述的是 ( )A动物对高温环境的适应 B动物对低温环境的适应C动物对高湿环境的适应 D动物对光作用的适应【答案】 B9溯河洄游鱼类对环境的适应最主要表现是 ( )A要适应温度的变化 B要使渗透压由高向低
16、调节C渗透压由低向高调节 D渗透压的调节机制因环境而异【答案】 A 10下列关于生态型的说法不正确的是 ( )A生态型是一个物种对某一特定生境发生基因型反应的产物B生态型是种内适应不同生态条件的遗传类群C生态型是种内的分异,在生物分类学上也叫亚种D生态型按生态主导因素的不同可有气候、土壤生态型等【答案】 C11当光强度不足时,二氧化碳浓度的适当提高将使植物光合作用强度不至于降低,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【答案】 C 12一般来讲,某种生物的耐受限度达到最适时的温度、湿度条件组合状况为 ( )A高温,高湿 B高温,中湿 C中温,高湿 D中温,中湿【
17、答案】 D13在光与植物形态建成的各种关系中,植物对黑暗环境的特殊适应产生 ( )A黄化现象 B白化现象 C辐射效应 D代谢效应【答案】 A14属于生理无效辐射的光质是 ( )A红光 B紫光 C绿光 D蓝紫光【答案】 C15属于生理有效辐射的光质是 ( )A红光 B紫外光 C绿光 D红外光【答案】 A16在太阳辐射中,主要引起光学效应,促进维生素D的形成和杀菌作用的光是 ( )A红光 B紫外光 C绿光 D红外光【答案】 B17( )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玻尔定律 B阿伦规律 C孟德尔定律 D贝格曼规律【答案】 B18夜间
18、,空气的温度随海拔高度的增加而( )A增加 B降低 C不变 D先增加后降低【答案】 D19有效积温法则公式中,为 ( )A平均温度 B发育的时间 C有效积温 D发育起点温度【答案】 D20一般而言,高纬度地区作物整个生育期所需有效积温较低纬度地区的要 ( )A多 B少 C一样 D不确定【答案】 B21大多数植物的生长和干物质积累在变温条件下比恒温条件下 ( )A有利 B不利 C一样 D不确定【答案】 A22旱生植物的特点是 ( )A叶面积较大 B根系发达 C通气组织发达 D叶片较多【答案】 B23阳光对植物最根本的影响是( )A植物的形态 B植物的分布 C植物的开花 D植物的光合作用【答案】
19、D24关于生物因素的综合作用,哪一项是不正确的( )A冬季的食物供给是影响鹿群存活的关键因素B水中溶解氧的多少往往是影响水生生物生存的关键因素C对某种生物来说,各种生态因素所起的作用是同等重要的D生物的生存受到很多种生态因素的影响,这些生态因素共同构成了生物的生存环境,生物只有适应环境才能生存【答案】 C25下列实例中,哪一项不属于光的生态效应 ( )A美洲兔的夏天毛为褐色冬天为白色B青蛙钻在淤泥下冬眠C雁等候鸟迁徙D绿藻分布在水的表层【答案】 B26昆虫的休眠和滞育主要与下列哪一生态因子有关 ( )A温度 B食物 C湿度 D光【答案】 A27生活在高纬度地区的恒温动物,其身体往往比生活在低纬
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