光和溫度因子的生態(tài)作用

1/16/20231光現(xiàn)象1/16/20232光現(xiàn)象1.光在均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的影子、日食、月食的形成……光直線傳播的應(yīng)用：激光準(zhǔn)直、2.真空中的光速：c=3×108m/s皮影戲……光年——光在一年內(nèi)傳播的距離1/16/20233光現(xiàn)象反射角等于入射角iro在反射現(xiàn)象中，光路是可逆的垂直入射則垂直反射N1/16/20234種類：鏡面反射和漫反射它們都遵循光的反射規(guī)律光現(xiàn)象1/16/20235防止過量照射光現(xiàn)象紅外線紫外線應(yīng)用應(yīng)用加熱物體測(cè)量溫度夜視儀器紅外測(cè)距遙控器材促鈣吸收殺滅病菌防偽措施1/16/20236生態(tài)因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)一、生物與光的關(guān)系二、生物與溫度的關(guān)系1/16/20237一、生物與光的關(guān)系（一）光強(qiáng)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)（二）光質(zhì)（光譜成分）的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)（三）生物對(duì)光周期的適應(yīng)1/16/20238光強(qiáng)對(duì)生物的生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成的作用光照強(qiáng)度與水生植物光照強(qiáng)度與陸生植物光照強(qiáng)度與動(dòng)物的行為光強(qiáng)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)1/16/20239光強(qiáng)對(duì)生物的生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成的作用光強(qiáng)影響植物細(xì)胞的增長(zhǎng)和分化、體積的增長(zhǎng)和重量的增加；光促進(jìn)組織和器官的分化，制約器官的生長(zhǎng)發(fā)育速度。黃化現(xiàn)象：是植物對(duì)黑暗環(huán)境的特殊適應(yīng)。植物葉綠體必須在一定光強(qiáng)條件下才能形成。如種子植物、裸子植物、蕨類植物和苔蘚植物。光強(qiáng)影響植物和動(dòng)物的生長(zhǎng)和發(fā)育：植物遮光后,同化量減少,花芽形成減少,造成結(jié)實(shí)不育或落果等現(xiàn)象。動(dòng)物：貽貝、蛙卵、蚜蟲等。光對(duì)果實(shí)的品質(zhì)也有良好作用。強(qiáng)光下能增加果實(shí)的含糖量和耐貯性，且著色良好。1/16/202310海洋中，光的穿透性限制海洋植物的分布。透光帶以內(nèi)，植物的光合作用才能大于呼吸作用。光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)：光補(bǔ)償點(diǎn)：在透光帶的下部，植物光合作用量等于呼吸作用消耗量時(shí)的光照強(qiáng)度。不同的水域補(bǔ)償點(diǎn)存在很大差異。如清澈水體、混濁水體、受污染水體等。光飽和點(diǎn)：一定范圍內(nèi)，光合作用的效率與光強(qiáng)成正比，但是到達(dá)一定強(qiáng)度，倘若繼續(xù)增加光強(qiáng)，光合作用的效率不僅不再增加，或者增加很少，這時(shí)的光強(qiáng)度稱為光飽和點(diǎn)。光照強(qiáng)度影響水生生物的分布：如巨型藻類、小型浮游動(dòng)物等。光照強(qiáng)度與水生生物1/16/202311植物的光合作用率在光補(bǔ)償點(diǎn)附近與光強(qiáng)度成正比，但達(dá)光飽和點(diǎn)后,不隨光強(qiáng)增加。陸生生物—對(duì)不同光照強(qiáng)度的適應(yīng)產(chǎn)生陽性植物和陰性植物和耐陰性植物。陽地植物(cheliophytes)、陽性植物對(duì)光要求比較迫切，光補(bǔ)償點(diǎn)較高，只有在足夠光照條件下才能進(jìn)行正常生長(zhǎng)。如蒲公英、楊、柳、松、樺、槐等；陰地植物(sciophytes)：對(duì)光的需要遠(yuǎn)較陽性植物低，光補(bǔ)償點(diǎn)低，呼吸作用、蒸騰作用都較弱，抗高溫和干旱能力較低。如山酢漿草、觀音蓮座、鐵杉和紅豆杉等。耐陰性植物(shadeplant)：對(duì)光照具有較廣泛的適應(yīng)能力，對(duì)光的需要介于前兩類植物之間。如山毛櫸、云杉等。光照強(qiáng)度與陸生植物1/16/202312光合作用率光合作用率光強(qiáng)度光強(qiáng)度凈生產(chǎn)力光合作用呼吸作用ABABACP光補(bǔ)償點(diǎn)CPCPabspsp光飽和點(diǎn)B光補(bǔ)償點(diǎn)

(compensationpoint)光飽和點(diǎn)(saturatepoint)：光合作用強(qiáng)度和呼吸作用強(qiáng)度相當(dāng)處的光強(qiáng)度為光補(bǔ)償點(diǎn)；當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到一定水平后，光合產(chǎn)物不再增加或增加得很少，該處的光強(qiáng)度即為光飽和點(diǎn)。植物的光補(bǔ)償點(diǎn)示意圖(仿Emberlin,1983)a陽地植物b陰地植物1/16/202313晝行性（廣光性）動(dòng)物：在白天強(qiáng)光下活動(dòng)，如靈長(zhǎng)類、有蹄類、松鼠、旱獺、晰蜴、蝶類、蠅類等；夜行性（狹光性）動(dòng)物：在夜晚或弱光下活動(dòng)，如夜猴、蝙蝠、家鼠、夜鷹、壁虎、蛾類等。光照強(qiáng)度決定動(dòng)物每天開始活動(dòng)的時(shí)間。光強(qiáng)上升到一定程度（晝行性動(dòng)物）和下降到一定程度（夜行性動(dòng)物），才開始一天的活動(dòng)。如夜行性的美洲飛鼠。光照強(qiáng)度與動(dòng)物的行為1/16/202314美洲飛鼠在自然光照條件下

每天開始活動(dòng)的時(shí)間與季節(jié)的關(guān)系1/16/202315光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)紫外線可見光紅外線

380

7601504000能量強(qiáng)度光的性質(zhì)：波長(zhǎng)150－4000nm,分紫外光、可見光和紅外光三類，波長(zhǎng)在380－760nm之間的光為可見光。全部太陽輻射中，紅外光約占50-60%，紫外光占1%，其余為可見光。綠色植物的光合作用有效范圍是380－760nm之間。1/16/202316可見光對(duì)植物光合作用和產(chǎn)量的影響：生理有效輻射：占太陽總輻射的40-50%。紅橙光(被葉綠素吸收)；藍(lán)紫光(被葉綠素和類胡蘿卜素吸收)；生理無效輻射：綠光(綠葉反射和透射，很少被利用)。紅光有利于碳水化合物（譬如糖）的合成，藍(lán)光有利于蛋白質(zhì)的合成。對(duì)產(chǎn)量的影響：紫色薄膜對(duì)茄子增產(chǎn)；藍(lán)色薄膜對(duì)草霉增產(chǎn)，但對(duì)洋蔥不利；紅光促進(jìn)甜瓜發(fā)育和果實(shí)成熟，提高果肉糖分和維生素含量。光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)1/16/202317光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)可見光對(duì)動(dòng)物的影響：體色變化：如蛺蝶光照下體色變淡，黑暗中呈暗色；色覺：節(jié)肢動(dòng)物、魚類、鳥類和哺乳動(dòng)物發(fā)達(dá)，另一些則完全沒有色覺。不可見光對(duì)動(dòng)物的影響：紫外光：昆蟲趨光、草履蟲避光；殺菌；高山動(dòng)物體色暗。1/16/202318光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)光質(zhì)在植物形態(tài)建成、向光性及色素形成等方面的作用?？梢姽猓核{(lán)紫光與青光抑制植物的伸長(zhǎng)而使植物矮??；青藍(lán)紫光引起植物向光性的敏感，促進(jìn)花青素形成。藍(lán)光還能激活光合作用中同化CO2的酶類。不可見光：紫外線抑制植物體某些生長(zhǎng)激素的形成，從而抑制莖的伸長(zhǎng)；紫外線還能引起植物向光性的敏感和促進(jìn)花青素形成。高山植物特征：莖干短矮、葉面縮小、毛茸發(fā)達(dá)、葉綠素增加，莖葉富含花青素、花色鮮艷。1/16/202319生物對(duì)光周期的適應(yīng)晝夜節(jié)律光周期現(xiàn)象1/16/202320晝夜節(jié)律生物的生理與行為存在晝夜節(jié)律。光合作用以3-磷酸甘油酸為最初產(chǎn)物的反應(yīng)途徑稱為C3途徑。光合作用中除C3途徑外，還有以草酰乙酸為最初產(chǎn)物的途徑，稱為C4途徑。1/16/202321光周期現(xiàn)象緯度01020304050606566.5最長(zhǎng)日12.0012.5813.2213.9314.8516.1518.5021.1524.00最短日12.0011.4210.7810.079.157.855.52.850.00不同緯度地區(qū)的日照最長(zhǎng)日與最短日時(shí)間光周期現(xiàn)象(photoperiodism)：Garner等人(1920)發(fā)現(xiàn)明相暗相的交替與長(zhǎng)短對(duì)植物的開花結(jié)實(shí)有很大的影響。這種植物對(duì)自然界晝夜長(zhǎng)短規(guī)律性變化的反應(yīng)，稱光周期現(xiàn)象。每天日照不足10h稱為短日照。1/16/202322光周期現(xiàn)象植物光周期現(xiàn)象—對(duì)繁殖(開花)的影響：區(qū)分為長(zhǎng)日照植物和短日照植物。長(zhǎng)日照植物(long-dayplants)：日照超過一定數(shù)值才開花的植物稱長(zhǎng)日照植物，如小麥、油菜；短日照植物(short-dayplants)：短于一定數(shù)值才開花的植物，一般需要較長(zhǎng)的黑暗才能開花。如蒼耳、水稻。1/16/202323光周期現(xiàn)象植物日照長(zhǎng)短對(duì)植物引種的意義：引種時(shí)應(yīng)注意植物開花對(duì)光周期的需要：了解該植物原產(chǎn)地和引種地日照長(zhǎng)度的季節(jié)變化，以及該植物對(duì)日照長(zhǎng)短的反應(yīng)特性和敏感程度，才不致使引種工作失敗。一般而言，（1）短日照植物由南方向北方引種時(shí)，往往出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期延長(zhǎng)、發(fā)育推遲。如紅麻、水稻；（2）短日照植物由北方向南方引種時(shí)，則往往出現(xiàn)生育期縮短、發(fā)育提前。（3）而長(zhǎng)日照植物由南向北移時(shí)，發(fā)育提前；（4）由北向南移時(shí)，則發(fā)育延遲，甚至不能開花。1/16/202324光周期現(xiàn)象動(dòng)物光周期現(xiàn)象對(duì)鳥類等遷徙影響；對(duì)繁殖（鳥類和魚類）的影響：區(qū)分為長(zhǎng)日照動(dòng)物和短日照動(dòng)物

。長(zhǎng)日照動(dòng)物(long-dayanimals)：在溫帶和高緯度地區(qū)許多鳥獸在春夏之際白晝逐漸延長(zhǎng)的季節(jié)繁殖后代，稱長(zhǎng)日照動(dòng)物，如雪貂、野兔、刺猬。短日照動(dòng)物(short-dayanimals)：與長(zhǎng)日照動(dòng)物相反，一些動(dòng)物只有在白晝逐步縮短的秋冬之際才開始性腺發(fā)育和進(jìn)行繁殖，稱短日照動(dòng)物。如綿羊、山羊和鹿等。1/16/202325二、生物與溫度的關(guān)系溫度對(duì)生物的作用(溫度的生態(tài)學(xué)意義)極端溫度對(duì)生物的影響生物對(duì)極端溫度的適應(yīng)1/16/202326溫度對(duì)生物的作用溫度與生物生長(zhǎng)：溫度是最重要的生態(tài)因子之一，生物體內(nèi)的生物化學(xué)過程必須在一定的溫度范圍內(nèi)才能正常進(jìn)行。參與生命活動(dòng)的各種酶都有其最低、最適和最高溫度，即三基點(diǎn)溫度；在一定溫度范圍內(nèi)，生物生長(zhǎng)的速率與溫度成正比；外溫的季節(jié)性變化引起植物和變溫動(dòng)物生長(zhǎng)加速和減弱的交替。如年輪。溫度與生物發(fā)育：溫度與生物發(fā)育最普遍的規(guī)律是有效積溫法則。植物的春化作用：低溫促進(jìn)植物開花的效應(yīng)，亦稱為低溫誘導(dǎo)作用，如一些二年生的植物（如芹菜、胡蘿卜、白菜、芥菜等）和一些冬性一年生的植物（如小麥、黑麥等）。溫度變化能引起環(huán)境中其他生態(tài)因子的改變，如濕度、降水、風(fēng)、氧在水中的溶解度以及食物等。1/16/202327年輪1/16/202328極端溫度對(duì)生物的影響低溫對(duì)生物的影響：當(dāng)溫度低于一定數(shù)值，生物便會(huì)因低溫而受害，這個(gè)數(shù)值稱為臨界(下限)溫度。低溫對(duì)生物的傷害可分為冷害、霜害和凍害。冷害：喜溫生物在零度以上的溫度條件下受害或死亡。如熱帶植物丁子香(Syzygium

aromaticum)在氣溫降至6.1℃葉片便受害；熱帶魚紅鱒在水溫10℃就死亡，原因是呼吸中樞受到冷抑制而缺氧。霜害：當(dāng)?shù)貧鉁叵陆档搅愣?，空氣中過飽和的水氣凝結(jié)成白色冰晶而使生物受害的現(xiàn)象。凍害：指冰點(diǎn)以下的低溫使生物體內(nèi)（細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間隙）形成冰晶而造成損害。冰結(jié)晶使原生質(zhì)破裂，損壞胞內(nèi)和胞間的微細(xì)結(jié)構(gòu)；溶劑水結(jié)冰，電解質(zhì)濃度改變，引起細(xì)胞滲透壓變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。如昆蟲的過冷現(xiàn)象。1/16/202329昆蟲的過冷現(xiàn)象(Supercooling)過冷點(diǎn)死亡點(diǎn)1/16/202330極端溫度對(duì)生物的影響高溫對(duì)生物的影響：當(dāng)溫度超過某一數(shù)值，即臨界（上限）溫度，對(duì)生物產(chǎn)生有害作用，如蛋白質(zhì)變性、酶失活、破壞水份平衡、氧供應(yīng)不足、神經(jīng)系統(tǒng)麻痹等。例子：水稻開發(fā)期間如遇高溫則會(huì)傷害雄性器官，使發(fā)粉不能在柱頭上發(fā)育，從而降低結(jié)實(shí)率。1/16/202331高溫對(duì)作物結(jié)實(shí)的影響1/16/202332兩種溫度調(diào)節(jié)生物恒溫生物(Endotherms)：能依靠新陳代謝產(chǎn)生熱量維持體溫恒定的生物，其體溫明顯高于其周圍環(huán)境的溫度。如哺乳動(dòng)物和鳥類。熱中性區(qū)(thermalneutralzone)：恒溫生物不改變體溫情況下的外界環(huán)境溫度范圍。熱中性區(qū)下限溫度稱為下臨界溫度，上限溫度稱為上臨界溫度。在該區(qū)內(nèi)恒溫生物保持穩(wěn)定的新陳代謝率。變溫生物(Ectotherms)：依靠外部能量調(diào)節(jié)體溫，植物和絕大多數(shù)動(dòng)物屬于變溫生物，如昆蟲、魚類、兩棲類、爬行類和無脊椎動(dòng)物等。1/16/202333生物對(duì)低溫的適應(yīng)（形態(tài)、生理、行為適應(yīng)）形態(tài)上的適應(yīng)植物：芽和葉受到油脂類物質(zhì)的保護(hù)，體具蠟粉和密毛、樹皮木栓組織發(fā)達(dá)、植株矮小并成簇狀、蓮座狀或匍匐狀；動(dòng)物：增加隔熱層，體形增大（貝格曼規(guī)律），外露部分減?。ò愐?guī)律）。貝格曼規(guī)律(Bergman’srule):生活在寒冷氣候中的內(nèi)溫動(dòng)物的身體比生活在溫暖氣候中的同類個(gè)體更大，這種趨向稱貝格曼規(guī)律，是減少散熱的適應(yīng)。阿倫規(guī)律(Allen’srule):寒冷地區(qū)的內(nèi)溫動(dòng)物較溫暖地區(qū)內(nèi)溫動(dòng)物外露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明顯趨于縮小的現(xiàn)象，稱阿倫規(guī)律，是減少散熱的適應(yīng)。1/16/202334生物對(duì)低溫的適應(yīng)（形態(tài)、生理、行為適應(yīng)）生理上的適應(yīng)植物：減少細(xì)胞中的水分和增加細(xì)胞中糖類、脂肪的濃度以降低冰點(diǎn)，增加紅外線和可見光的吸收帶（高山和極地植物）,從而增加葉片色素。另外，還有一些植物在特定時(shí)期能夠維持溫度的穩(wěn)定，如Skunkcabbage。動(dòng)物：變溫動(dòng)物:如增加外表色素含量。恒溫動(dòng)物：增加體內(nèi)產(chǎn)熱，毛皮隔熱，或存在熱量交換系統(tǒng)。具體表現(xiàn)在熱中性寬、下臨界點(diǎn)溫度低和下臨界點(diǎn)溫度以下的曲線斜率小。行為上的適應(yīng)－－遷移(migration)和休眠(dormancy，降低溫度，減緩新陳代謝率，節(jié)約能量。包括冬眠h(yuǎn)ibernation，夏眠