植物與溫度的關(guān)系

1、第四章第四章 植物生活與環(huán)境植物生活與環(huán)境4.3 溫度的生態(tài)作用溫度的生態(tài)作用4.3 植物與溫度的關(guān)系n4.3.1 溫度的生態(tài)作用溫度的生態(tài)作用溫度對植物生長的影響溫度對植物生長的影響溫度對植物發(fā)育的影響溫度對植物發(fā)育的影響溫度變化對植物的影響溫度變化對植物的影響溫度對植物分布的影響溫度對植物分布的影響植物的溫度生態(tài)類型植物的溫度生態(tài)類型n4.3.2 溫度脅迫及其植物的適應(yīng)溫度脅迫及其植物的適應(yīng)低溫脅迫及植物對低溫的適應(yīng)低溫脅迫及植物對低溫的適應(yīng)高溫脅迫及植物對高溫的適應(yīng)高溫脅迫及植物對高溫的適應(yīng)溫度對植物生長的影響溫度對植物生長的影響n植物的代謝過程必須在一定的溫度范圍植物的代謝過程必須在一

2、定的溫度范圍內(nèi)才能正常進(jìn)行內(nèi)才能正常進(jìn)行 n溫度對植物生長的影響主要表現(xiàn)在溫度溫度對植物生長的影響主要表現(xiàn)在溫度對光合作用的影響對光合作用的影響 溫度三基點(diǎn)溫度三基點(diǎn)n晝夜變溫對植物生長具有促進(jìn)作用晝夜變溫對植物生長具有促進(jìn)作用 在自然的在自然的CO2濃度和光飽和情況下不同植物光合作濃度和光飽和情況下不同植物光合作用的溫度三基點(diǎn)（用的溫度三基點(diǎn)（）（引自姜漢僑，）（引自姜漢僑，2004）植物種類植物種類最低溫度最低溫度最適溫度最適溫度最高溫度最高溫度草本植物草本植物熱帶熱帶C4植物植物C3植物植物溫帶陽性植物溫帶陽性植物陰性植物陰性植物CAM植物夜間固定植物夜間固定CO257-20-20-20

3、-203545203020301020515506040504050約約402530木本植物木本植物春天開花植物和高山植物春天開花植物和高山植物熱帶和亞熱帶常綠喬木熱帶和亞熱帶常綠喬木干旱地區(qū)硬葉喬木和灌木干旱地區(qū)硬葉喬木和灌木溫帶冬季落葉喬木溫帶冬季落葉喬木常綠針葉喬木常綠針葉喬木-7205-51-31-531020253015351525102530404550425540453542溫度對植物發(fā)育的影響溫度對植物發(fā)育的影響 n春化作用春化作用 n發(fā)育起點(diǎn)溫度發(fā)育起點(diǎn)溫度 n有效積溫法則有效積溫法則 v某些植物需要經(jīng)過一個某些植物需要經(jīng)過一個低溫刺激才能開花的現(xiàn)象，低溫刺激才能開花的現(xiàn)象，

4、稱為春化作用。稱為春化作用。v需要低溫刺激的發(fā)育階需要低溫刺激的發(fā)育階段稱為段稱為“春化春化”階段。階段。v春化階段春化階段信號開關(guān)信號開關(guān)發(fā)育起點(diǎn)溫度發(fā)育起點(diǎn)溫度n植物的生長發(fā)育需要一定的溫度范圍，低植物的生長發(fā)育需要一定的溫度范圍，低于某一溫度，植物的生長發(fā)育就停止，高于某一溫度，植物的生長發(fā)育就停止，高于這一溫度，植物才開始生長發(fā)育，這一于這一溫度，植物才開始生長發(fā)育，這一溫度閾值稱為發(fā)育起點(diǎn)溫度或生物學(xué)零度。溫度閾值稱為發(fā)育起點(diǎn)溫度或生物學(xué)零度。溫帶植物溫帶植物56亞熱帶植物亞熱帶植物10 熱帶植物熱帶植物18 有效積溫法則 植物在生長發(fā)育過程中，必須從環(huán)境中攝取植物在生長發(fā)育過程中，

5、必須從環(huán)境中攝取一定的熱量才能完成某一階段的發(fā)育，而且一定的熱量才能完成某一階段的發(fā)育，而且植物各個發(fā)育階段所需要的總熱量是一個常植物各個發(fā)育階段所需要的總熱量是一個常數(shù)。用公式表示：數(shù)。用公式表示： K=N(T-T0)nK為有效積溫（常數(shù)）為有效積溫（常數(shù)）nN為發(fā)育歷期即生長發(fā)育所需時間為發(fā)育歷期即生長發(fā)育所需時間nT為發(fā)育期間的平均溫度為發(fā)育期間的平均溫度nT0為生物發(fā)育起點(diǎn)溫度（生物零度）為生物發(fā)育起點(diǎn)溫度（生物零度）n發(fā)育時間發(fā)育時間N的倒數(shù)為發(fā)育速率的倒數(shù)為發(fā)育速率有效積溫法則的意義有效積溫法則的意義n預(yù)測生物發(fā)生的世代數(shù)預(yù)測生物發(fā)生的世代數(shù)n預(yù)測生物地理分布的北界預(yù)測生物地理分布

6、的北界n預(yù)測害蟲來年的發(fā)生情況預(yù)測害蟲來年的發(fā)生情況n制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，合理安排作物制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，合理安排作物n預(yù)報農(nóng)時預(yù)報農(nóng)時溫度日變化對植物的影響溫度日變化對植物的影響溫周期現(xiàn)象溫周期現(xiàn)象n概念概念 植物的生長發(fā)育與植物的生長發(fā)育與晝夜溫度變化同步的現(xiàn)晝夜溫度變化同步的現(xiàn)象，稱為溫周期現(xiàn)象象，稱為溫周期現(xiàn)象（thermoperiod）。）。n溫周期現(xiàn)象的生理基礎(chǔ)溫周期現(xiàn)象的生理基礎(chǔ) 有利于光合作用有利于光合作用n溫度日變化對植物的生溫度日變化對植物的生態(tài)作用態(tài)作用（1 1）促進(jìn)種子發(fā)育，提高）促進(jìn)種子發(fā)育，提高萌發(fā)率萌發(fā)率（2 2）促進(jìn)植物生長）促進(jìn)植物生長（3 3）影響植物開花結(jié)實(shí)）

7、影響植物開花結(jié)實(shí)（4 4）影響植物的產(chǎn)品質(zhì)量）影響植物的產(chǎn)品質(zhì)量（5 5）對植物分布的影響）對植物分布的影響溫度年變化對植物的影響溫度年變化對植物的影響n物候物候 生物生長長期適應(yīng)于一年中溫度水分的節(jié)生物生長長期適應(yīng)于一年中溫度水分的節(jié)律性變化，形成了與此相適應(yīng)的生物節(jié)律的現(xiàn)律性變化，形成了與此相適應(yīng)的生物節(jié)律的現(xiàn)象，稱為物候。象，稱為物候。 物候期物候期（phenological phase）： 生物生生物生長發(fā)育節(jié)律稱為物候期。長發(fā)育節(jié)律稱為物候期。 物候期可以預(yù)報農(nóng)時活動，預(yù)報蟲害，推物候期可以預(yù)報農(nóng)時活動，預(yù)報蟲害，推測未來氣候的變遷等。測未來氣候的變遷等。 研究生物季節(jié)性節(jié)律活動與環(huán)

8、境變化關(guān)系研究生物季節(jié)性節(jié)律活動與環(huán)境變化關(guān)系的科學(xué)稱為的科學(xué)稱為物候?qū)W物候?qū)W（phenology）。溫度對植物分布的影響溫度對植物分布的影響n溫度對植物分布的影響溫度對植物分布的影響n極端溫度常常成為制約極端溫度常常成為制約生物分布的重要因子生物分布的重要因子n平均氣溫、節(jié)律變溫、平均氣溫、節(jié)律變溫、溫差、積溫、極端溫度溫差、積溫、極端溫度等多種溫度因子的綜合等多種溫度因子的綜合作用作用n溫度生態(tài)類型溫度生態(tài)類型（圖）（圖）q廣溫植物廣溫植物q窄溫植物窄溫植物n低溫窄溫植物低溫窄溫植物 q冰雪藻冰雪藻n高溫窄溫植物高溫窄溫植物q藍(lán)綠藻藍(lán)綠藻q椰子椰子q可可可可4.3.2 4.3.2 溫度脅迫

9、及其植物的適應(yīng)溫度脅迫及其植物的適應(yīng)n極端溫度：超出常態(tài)極端溫度：超出常態(tài)的過高或過低的溫度。的過高或過低的溫度。n低溫脅迫及植物對低低溫脅迫及植物對低溫的適應(yīng)溫的適應(yīng)q低溫脅迫低溫脅迫n臨界溫度臨界溫度n低溫傷害的類型低溫傷害的類型q植物對低溫的適應(yīng)植物對低溫的適應(yīng)q植物的抗旱鍛煉植物的抗旱鍛煉q植物對低溫適應(yīng)的植物對低溫適應(yīng)的生態(tài)類型生態(tài)類型n高溫對植物的影響及高溫對植物的影響及其生物的適應(yīng)其生物的適應(yīng)q高溫對植物的生態(tài)高溫對植物的生態(tài)作用作用q植物對高溫的適應(yīng)植物對高溫的適應(yīng)q熱馴化熱馴化q植物對高溫適應(yīng)的植物對高溫適應(yīng)的生態(tài)類型生態(tài)類型低溫脅迫及植物對低溫的適應(yīng)低溫脅迫及植物對低溫的適

10、應(yīng)n低溫的危害作用低溫的危害作用臨界溫度：臨界溫度： 溫度低于一定數(shù)值，溫度低于一定數(shù)值，生物就會因低溫而受生物就會因低溫而受害，這個溫度數(shù)值稱害，這個溫度數(shù)值稱為臨界溫度，或稱為為臨界溫度，或稱為“生物學(xué)零度生物學(xué)零度”。n低溫脅迫的類型低溫脅迫的類型n冷害（寒害）冷害（寒害） 零度以上的低溫對零度以上的低溫對生物的傷害。生物的傷害。 原因：低溫打破了代謝原因：低溫打破了代謝的協(xié)調(diào)性的協(xié)調(diào)性n凍害凍害 冰點(diǎn)以下的低溫對生冰點(diǎn)以下的低溫對生物的傷害物的傷害原因：冰晶的形成原因：冰晶的形成n霜害霜害n生理干旱生理干旱植物對低溫的適應(yīng)植物對低溫的適應(yīng)n（1 1）形態(tài)上）形態(tài)上 油脂、芽鱗、蠟被、茸

11、毛、厚木油脂、芽鱗、蠟被、茸毛、厚木栓層、形體矮小等。栓層、形體矮小等。n（2 2）生理上）生理上qA.A.原生質(zhì)特性發(fā)生改變原生質(zhì)特性發(fā)生改變na.a.減少細(xì)胞水分減少細(xì)胞水分nb.b.有機(jī)質(zhì)增加有機(jī)質(zhì)增加qB.B.吸收更多的紅外線吸收更多的紅外線qC.C.休眠休眠n（3 3）行為適應(yīng)）行為適應(yīng)植物對低溫的適應(yīng)植物對低溫的適應(yīng)n（1 1）形態(tài)上）形態(tài)上 油脂、芽鱗、蠟被、茸毛、厚木油脂、芽鱗、蠟被、茸毛、厚木栓層、形體矮小等。栓層、形體矮小等。n（2 2）生理上）生理上qA.A.原生質(zhì)特性發(fā)生改變原生質(zhì)特性發(fā)生改變na.a.減少細(xì)胞水分減少細(xì)胞水分nb.b.有機(jī)質(zhì)增加有機(jī)質(zhì)增加qB.B.吸收

12、更多的紅外線吸收更多的紅外線qC.C.休眠休眠n（3 3）行為適應(yīng)）行為適應(yīng)植物的抗寒鍛煉植物的抗寒鍛煉n1）概念）概念 溫帶植物抗寒性隨秋季氣溫溫帶植物抗寒性隨秋季氣溫的逐步降低而逐漸增強(qiáng)的現(xiàn)象，的逐步降低而逐漸增強(qiáng)的現(xiàn)象，稱為抗寒鍛煉稱為抗寒鍛煉(cold hardiness)。n2）影響植物抗寒性的因素）影響植物抗寒性的因素（1）不同植物種類抗寒性不同）不同植物種類抗寒性不同（2）植物不同的器官抗寒性不同）植物不同的器官抗寒性不同（3）外界因素）外界因素植物對低溫適應(yīng)的生態(tài)類型植物對低溫適應(yīng)的生態(tài)類型n冷敏感植物（冷敏感植物（cold sensitive plant） 可被冰點(diǎn)以上低溫嚴(yán)

13、重傷害的所有植物?？杀槐c(diǎn)以上低溫嚴(yán)重傷害的所有植物。n凍敏感植物（凍敏感植物（freezing-sensitive plant） 這些植物僅靠延遲冷凍時間來防止損傷。在較這些植物僅靠延遲冷凍時間來防止損傷。在較冷的季節(jié)，細(xì)胞液和原生質(zhì)中的滲透活性物質(zhì)冷的季節(jié)，細(xì)胞液和原生質(zhì)中的滲透活性物質(zhì)如糖類、不飽和脂肪酸等增加，以提高對低溫如糖類、不飽和脂肪酸等增加，以提高對低溫脅迫的抗性。脅迫的抗性。n耐凍植物（耐凍植物（freezing-tolerant plant）高溫脅迫及植物對高溫的適應(yīng)高溫脅迫及植物對高溫的適應(yīng)n破壞光合作用和呼吸作用的平衡破壞光合作用和呼吸作用的平衡n破壞蒸騰作用與吸收作用

14、的平衡破壞蒸騰作用與吸收作用的平衡n使蛋白質(zhì)凝固變性，破壞酶的活性使蛋白質(zhì)凝固變性，破壞酶的活性 ，妨礙，妨礙正常的生理生化反應(yīng)，導(dǎo)致有毒物質(zhì)積累正常的生理生化反應(yīng)，導(dǎo)致有毒物質(zhì)積累而傷害生物。而傷害生物。n影響受精過程影響受精過程n突然的高溫使樹皮灼傷甚至開裂，導(dǎo)致病突然的高溫使樹皮灼傷甚至開裂，導(dǎo)致病蟲害入侵。蟲害入侵。植物對高溫的適應(yīng)植物對高溫的適應(yīng)n（1）形態(tài)上）形態(tài)上 茸毛、鱗片茸毛、鱗片 葉片發(fā)亮、呈白色、銀白色葉片發(fā)亮、呈白色、銀白色 葉片葉沿向陽；葉片折疊葉片葉沿向陽；葉片折疊 樹干和根莖有厚的木栓層樹干和根莖有厚的木栓層n（2）生理上）生理上 A.降低細(xì)胞的含水量，增加糖鹽濃

15、度降低細(xì)胞的含水量，增加糖鹽濃度 B.增強(qiáng)蒸騰作用增強(qiáng)蒸騰作用 C.反射紅外線反射紅外線n（3）行為上）行為上熱馴化熱馴化n在熱脅迫數(shù)小時內(nèi)熱馴化就會完成。在熱脅迫數(shù)小時內(nèi)熱馴化就會完成。n在炎熱天氣中，早晨熱抗性弱而下午熱抗性強(qiáng)。在炎熱天氣中，早晨熱抗性弱而下午熱抗性強(qiáng)。n冷天氣中解除鍛煉或熱抗性損失發(fā)生較慢，需幾天才冷天氣中解除鍛煉或熱抗性損失發(fā)生較慢，需幾天才能完成。能完成。n為產(chǎn)生抗性，溫度要足夠高以引發(fā)原生質(zhì)的脅迫反應(yīng)。為產(chǎn)生抗性，溫度要足夠高以引發(fā)原生質(zhì)的脅迫反應(yīng)。n通常在氣溫超過通常在氣溫超過35時大多數(shù)陸生植物產(chǎn)生抗性，在時大多數(shù)陸生植物產(chǎn)生抗性，在3840時草本植物會產(chǎn)生抗性，肉質(zhì)植物在高溫下時草本植物會產(chǎn)生抗性，肉質(zhì)植物在高溫下抗性最佳。抗性最佳。植物對