第二章生物与环境因子的作用及适应光温度.pptx

第二章生物与环境因子的作用及适应光温度1、光得生态意义及其性质1)太阳辐射得生态意义:太阳辐射就是地球上一切生物能量得源泉,为维持生命得环境创造了必要得条件;就是生物得一个重要生态因子,对植物得生态作用就是由光强、光照时间、光谱组成三者得对比关系构成得;光能条件直接影响植物得生物学产量,因为光就是一切绿色植物进行光合作用得能量来源;光因子还就是生命活动周期性节律得触发器。v2)光得性质 a、太阳辐射:太阳表面以电磁波得形式不断释放得能量,其中到达地球表面得能量仅为太阳辐射总量得1/22亿。光效应光效应:米烛光或勒克司(Lux),一般以1卡/cm2/分钟=7万米烛光=7万勒克司(Lux)来换算。太阳常数太阳常数(表示太阳辐射能量得物理量)定义为:在地球距离太阳1个天文单位处,且没有大气吸收得情况下,垂直于太阳光线得每1cm2、1min(分钟)内所接受得辐射量,一般采用:1、95卡/厘米2/分钟(1、95卡/cm2/min)、由于太阳得周期性活动,该数值可能有12%得变化。b、光谱组成:红外光(760nm热效应)51%,可见光(380-760nm)40%,紫外光(290nm)9%生理有效光辐射:红橙光(620-760 nm)叶绿素a,有利于碳水化合物得形成;兰紫光(490-435nm)叶绿素b,有利于蛋白质得形成。光谱组成在时间和空间上得变化规律随空间发生变化得一般规律就是: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;一天之内中午短波光较多,早晚长波光较多。在水体中,红外光仅在几米深处就会被完全吸收;紫和蓝色等短波光容易被水散射,不能潜入刀痕深深得海水中;在较深得水层中只有绿光占有较大优势。c、日照长度:主要指每天太阳得可照时数,即昼长。除两级外,春分秋分全球都就是昼夜分;日照长度在不同纬度和季节里就是有规律地变化:在纬度为零得赤道附近,终年昼夜等分;在高纬度地带,随纬度得增高,昼夜长短变化增大,纬度越高,夏半年昼越长,也越短;冬半年夜越长,昼越短。在北极地区则夏季全就是白天,冬季全就是黑夜,即出现极昼极夜现象。3)影响地表太阳辐射得因素va、大气圈得对太阳辐射得削弱作用 vb、太阳高度角对太阳辐射强度得影响(0-90)vc、日照长度得变化 vd、地形因素得影响:朝向、坡度、海拔高度 ve、不同生境对太阳辐射得影响9大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流、光变化及生物得适应、光变化及生物得适应)光照强度得生态作用及生物得适应 va、光强对生物得生长发育和形态建成有重要得作用 光照强度对植物细胞得增长和分化、体积得增长和重量得增加有重要影响,光还促进组织和器官得分化,制约着器官得生长发育速度,使植物各器官和组织保持发育上得正常比例。b、光照强度与水生植物 v 光得穿透性限制着植物在海洋中得分布,只有在海洋表层得透光带(euphotic zone)内,植物得光合作用量才能大于呼吸量。在透光带得下部,植物得光合作用量刚好与植物得呼吸消耗相平衡之处,就就是所谓得补偿点。如果海洋中得浮游藻类沉降到补偿点以下或者被洋流携带到补偿点以下而又不能很快回升表层时,这些藻类便会死亡。c、植物对光照强度得适应类型v不同得植物对光强得反应也就是不一样得。v阳地植物阳地植物适应于强光照地区生活得植物称阳地植物,这类植物补偿点得位置较高,光合作用得速率和代谢速率都比较高。v阴地植物阴地植物适应于弱光照地区生活得植物称阴地植物,这类植物得光补偿点位置较低,其光合速率和呼吸速率都比较低。阴地植物多生长在潮湿背阴得地方或密林内。v图中得光合作用率(实线)和呼吸作用率(虚线)两条线得交叉点就就是所谓得光补偿点,此处得光照强度就是植物开始生长和进行净生产所需要得最小光照强度;此后,光合作用强度随光照强度得增加而增加;到达一定强度后,倘若继续增加光强,光合作用效率不再提高,这一点称之为光饱和点。)光质得生态作用及生物得适应:v对植物:红橙光(主要被叶绿素吸收,促进碳水化合物形成)、蓝紫光(主要被叶绿素和类胡萝卜素吸收,促进蛋白质得合成)为生理有效光。绿光很少被吸收利用,称为生理无效光。v对动物:可见光影响动物得生殖、迁徙、羽毛更换、生长、发育等。紫外光具有致死作用。3)生物对光周期得适应 v昼夜节律:大多数生物活动表现出昼夜节律,即24h循环一次得现象。动物得行为习性常表现出明显得昼夜节律,植物得光合作用、蒸腾作用也表现出有规律得昼夜变化。v光周期现象:生物对白天黑夜得相对长度得反应称为光周期现(photoperiodism)。生物得光周期现象常表现在:日照长短与植物开花、种子萌发、地下部分得生长、动物得生殖、休眠等。v植物光周期现象:即植物得开花对日照长度得反应。常根据植物开花对日照长度得反应类型将植物分为:长日照植物、短日照植物、中日照植物及中间性植物。v美国科学家加纳尔(W、W、Garner,1920年)等人为假定以12小时为长日照植物和短日照植物就是否开花得临界日长,即诱导长日照植物开花所需得最短日照时数,或诱导短日照植物开花所需得最长日照时数,并假定每日在短于12小时得日照下才开花得植物叫做短日照植物(short-day plant);每日在长于12小时得日照下才开花得植物叫做长日照植物(long-day plant);要求昼夜长短接近于相等时才开花植物称为中日照植物。v动物得光周期现象在脊椎动物中,鸟类得光周期现象最为明显,很多鸟类得迁徙都就是由日照长短得变化所引起。同样,各种鸟类每年开始生殖得时间也就是由日照长度得变化决定得。鸟类生殖腺得年周期发育就是与日照长度得周期变化完全吻合得。日照长度得变化对哺乳动物得换毛和生殖也具有十分明显得影响。3 3、以光为主导因子划分得植物生态类型以光为主导因子划分得植物生态类型 比较以光为主导因子划分得植物生态类型得特征:v1)根据植物对光强适应:阳生植物、阴生植物(生境、形态、结构、生理功能)v2)根据植物对日照长度得适应:长日照植物、短日照植物、中日照植物和中间植物(各自得特点)v思考:谈谈光对植物得生态作用及植物对光得适应。二、温度因子得生态作用及生物得生态适应二、温度因子得生态作用及生物得生态适应v1、地球上环境温度得分布及其变化规律v2、温度得生态作用v3、极端温度对生物得影响及生物得适应v4、温度与生物得地理分布v5、物候节律 1、地球上环境温度得分布及其变化规律 v决定地球上温度分布得主要因素就是:入射得太阳辐射和地球表面得水陆分布。v环境温度得变化幅:水环境:淡水湖得水温不小于0C,海洋不低于-2、5C。大洋海水温度得最高纪录时36C,朝间带或小型淡水湖泊得水温可达40-45C。水环境温度得变幅一般只有40-45C。大陆气温:大陆上最低气温记录就是-88、3C(南极大陆),沙漠中夏季中午最高气温记录可达60-80C。大陆温度得变幅可达130-150C。v 温度在空间上得变化:温度随纬度不同得变化(水平变化)年均温年均温20 20,最热月最热月10,极地划分热带、温带和寒带极地划分热带、温带和寒带;北北半球纬度每增加半球纬度每增加1,年平均气温下降年平均气温下降0、5 随海拔高度不同得变化(垂直变化)海拔高度每增加海拔高度每增加100100米米,气温降低气温降低0 0、5-1;5-1;山坡得不同坡山坡得不同坡向向,热量热量 分配不均匀分配不均匀,坡向得气温差异随着海拔高坡向得气温差异随着海拔高度得增加而减少。度得增加而减少。温度随时间得变化 v昼夜变化:温度日较差(日变幅):指昼夜间最高气温与最低气温得差值,就是气温日变化得量度。海洋水温昼夜变化不超过4,随深度增加,变幅减少,15米以下,无昼夜变化;大陆气温得昼夜变幅一般为17,沙漠带最高可达40。v季节变化:温度年较差(年变幅):指一年内最热月与最冷月平均温度得差值,就是温度季节变化得重要指标,其大小受纬度与海陆位置、地形等许多因素得影响。海洋温度得季节变化特点:赤道和两极得海洋,水温年较差不超过5;温带海洋水温得年较差为10-15;随着深度得增加,水温得年较差减少;通常在140米以下,水温无季节性变化,即深海中得水温就是长年不变得,一般在-0、5-4 之间。大陆气温得季节性变化 2 2、温度因子得生态作用、温度因子得生态作用 v任何生物都生活在一定温度外界环境中并受着温度变化(空间、时间、海拔)得影响(直接得、间接得)。v温度直接影响生物体得体温。体温得高低又决定了生物体得代谢过程得强度和特点。体内得生理生化反应要求有一定得温度范围(基点温度:最高、最适、最低)。v不同生物及同一生物在不同得发育阶段所能忍受得温度范围有很大不同(对温度得耐受限度)。v温度得变化会引起其她生态因子得改变。1)温度与生物得生长v生物生长得三基点(最高温、最低温、最适温)。不同生物得“三基点”就是不一样得。一般地说,生长在低纬度得生物高温阈值偏高,而生长在高纬度得生物低温阈值偏低。在一定得温度范围内,生物得生长速率与温度成正比。2)温度与生物得发育:va、有效积温法则:植物在生长发育过程中,必须从环境摄取一定得热量才能维持其正常生长发育,而且植物各发育阶段所需得总热量就是一常数。K=N(T-T0)k为该生物生长发育所需得有效积温,以“日度”表示,为常数;T为生长发育期内得日平均温度;T0为该生物生长活动所需最低临界温度(生物学零度);N为天数。v一些概念:v积温:规定时间内,符合特定条件得各日平均温度或有效温度得总和、v生物学零度:生物发育得起点温度,生物学零度10 v有效温度:实际温度中对植物生长发育起积极作用得那部分温度,即实际温度与生物学零度之差。例如:某农作物生物学最低温度10,而某天得平均气温为15,则15-10=5为有效温度。v有效积温:植物某一生长发育期或全部生长期中有效温度得总和,即为有效积温。vb、有效积温法则得应用:预测某个地区某种生物可能发生得世代数,并绘出生物得世代分布图。即:发生得世代数=K/K1=(地区适于生物发育得年总积温)/(生物完成1世代需要得积温)。预测生物地理分布得北界推算生物得年发生历,益虫得保护和利用,害虫得预防和防治。可根据有效积温制定农业气候区划,合理安排作物。应用积温预报农时。vC、有效积温法则得局限性:在自然条件下,生物进行发育所处得温度不就是固定不变得,而就是经常有变化得,如果温度波动不太剧烈,变温能促使发育加速。在自然条件下,发育速度不仅取决于温度,还依赖于其她条件,即研究发育速度必须考虑生态因子得综合作用问题。有效积温法则就是以发育速度与温度呈线性关系为前提得,但实际上,发育速度与温度间更确切得就是“S”型得,因此,有效积温法则只适用于一定得温度范围之内。3、极端温度对生物得影响及生物对极端温度得适应 极端温度:危及生物生命功能得温度称为极端温度、v1)低温对生物得影响及生物对低温环境得适应:a、极端低温对生物得影响:b、生物对极端低温得适应:a、极端低温对生物得影响 v临界温度:温度低于一定数值时生物体受到伤害。v冷害:喜温生物在零度以上得条件下受害或死亡。喜温生物向北方扩展或扩展其分布范围得主要障碍。v霜害:(霜:大气中得水汽达到饱和状态,冷凝为露珠,结晶形成冰晶)由于霜冻而对生物所造成得伤害。v冻害:零度以下得低温使生物体内形成冰晶而造成得损害。(对生物得影响:使质膜破裂,蛋白质失活变性;由于生理干燥和水化层得破坏而引起植物受害。)低温致死得原因v冰结晶使原生质破裂,损坏了细胞内和细胞间得细微结构;v溶剂水结冰时,电解质浓度发生变化,引起细胞渗透压得变化,造成蛋白质变性;v脱水使蛋白质沉淀;v代谢失调,乃至停止 b、生物对极端低温得适应、生物对极端低温得适应:v形态形态:植物植物:植株矮小并成匍匐状、垫状或莲座状等植株矮小并成匍匐状、垫状或莲座状等,芽具芽具鳞片鳞片,体表被毛、蜡质、革质化。有利于植物保持较体表被毛、蜡质、革质化。有利于植物保持较高温度高温度,减轻严寒得影响。减轻严寒得影响。动物动物:贝格曼贝格曼(Bergman:生活在高纬度地区得恒温动生活在高纬度地区得恒温动物物,其个体往往比生活在低纬地区得同类个体大其个体往往比生活在低纬地区得同类个体大,因因为个体大得个体为个体大得个体,其单位体重散热量相对较少其单位体重散热量相对较少)、阿、阿伦伦(Allen:较为寒冷地带得哺乳动物较为寒冷地带得哺乳动物,其四肢、耳朵其四肢、耳朵和尾有明显趋于缩短得现象和尾有明显趋于缩短得现象)定律。用皮毛或增加皮定律。用皮毛或增加皮下脂肪得厚度来提高身体得隔热性能下脂肪得厚度来提高身体得隔热性能v生理生理:细胞液细胞液(原生质、液泡原生质、液泡)浓度上升浓度上升(减少减少细胞中得水分细胞中得水分,增加细胞中得糖类、脂肪和色增加细胞中得糖类、脂肪和色素等物质素等物质),冰点降低冰点降低(植物植物)。(动物动物)过冷现象过冷现象:外界温度很低外界温度很低,在动物体液在动物体液凝结过程中释放凝结热凝结过程中释放凝结热,若温度不再下降若温度不再下降,则则可能复苏。可能复苏。2)2)高温对生物得影响及生物对高温环境得适应高温对生物得影响及生物对高温环境得适应va高温对生物得影响:植物:减弱光合作用,增强呼吸作用,使此两个重要过程失调,造成植物得饥饿现象;破坏植物得水分平衡,促使蛋白质凝固,导致有害物质得积累。(分解过程得中间产物积累在体内)动物:破坏酶得活性,使蛋白质凝固变性,缺氧,排泄功能失调,神经系统麻痹。vb生物对高温环境得适应:生物对高温环境得适应表现在形态、生理和行为3个方面、植物形态上得适应:有些植物生有密绒毛和鳞片,能过滤一部分阳光;有些植物体呈白色、银白色,叶片革质发亮,能反射一大部分阳光,使植物体免受热伤害;有些植物叶片垂直排列使叶缘向光或在高温条件下叶片折叠,减少光得吸收面积;还有些植物得树干和根茎生有很厚得木栓层,具有绝热和保护作用。植物对高温得生理适应主要就是降低细胞含水量,增加糖或盐得浓度,这有利于减缓代谢速率和增加原生质得抗凝结力。其次就是靠旺盛得蒸腾作用避免使植物体因过热受害。还有一些植物具有反射红外线得能力,夏季反射得红外线比冬季多,这也就是避免使植物体受到高温伤害得一种适应。动物对高温环境得一个重要生理适应就就是适当放松恒温性,使体温有较大得变幅,这样在高温炎热得时刻身体就能暂时吸收和贮存大量得热并使体温升高,之后在环境条件改善时或躲到阴凉处时再把体内得热量释放出去,体温也会随之下降。沙漠中得啮齿动物对高温环境常常采取行为上得适应对策,即夏眠、穴居和白天躲入洞内夜晚出来活动。有些黄鼠(Citells)不仅在冬季进行冬眠,还要在炎热干旱得夏季进行夏眠。昼伏夜出就是躲避高温得有效行为适应,因为夜晚温度低,可大大减少蒸发散热失水,特别就是在地下巢穴中,这就就是所谓夜出加穴居得适应对策。4 4、温度与生物得地理分布温度与生物得地理分布v决定某种生物分布区得因子,绝不仅仅就是温度因子,但她就是重要得生态因子。v动物:温度作为动物得限制因子,一般不就是各地得平均温度,更重要得就是极端温度;对于常温动物,温度得直接限制比较少。v植物:有些植物种得分布受到极端温度得限制;而有些种得分布就是受到有效积温得限制。2)生物向极地或高海拔地区分布得决定因素有 使植物致死得极端低温得限制 生长季热量得有效性,即能否提供足够得有效积温 刺激生殖得生长季温度就是否有效 昼夜温度得配合状况 受不受低温下活动得寄生物危害v3)生物向赤道或低海拔地区分布得限制。v 使植物致死得极端高温得限制 v 刺激生殖得生长季温度就是否有效v 昼夜温度得配合状况 v 受不受高温下活动得寄生物危害