feng第2章-2生物與環(huán)境

2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系1第四節(jié)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)系三、生物與水的關(guān)系四、生物與土壤的關(guān)系

思考題2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系2一、光因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)光的性質(zhì)及其生態(tài)意義1〕太陽(yáng)輻射的生態(tài)意義：太陽(yáng)輻射是地球上一切生物能量的源泉，為維持生命的環(huán)境創(chuàng)造了必要的條件；是生物的一個(gè)重要生態(tài)因子，對(duì)植物的生態(tài)作用是由光強(qiáng)、光照時(shí)間、光譜組成三者的比照關(guān)系構(gòu)成的；光能條件直接影響植物的生物學(xué)產(chǎn)量，因?yàn)楣馐且磺芯G色植物進(jìn)行光合作用的能量來(lái)源。提高植物的光能利用率是進(jìn)一步提高植物產(chǎn)量的根本途徑；光因子還是生命活動(dòng)周期性節(jié)律的觸發(fā)器。光因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)1、太陽(yáng)輻射及其變化規(guī)律2、光照強(qiáng)度的生態(tài)作用與生物適應(yīng)3、光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)4、生物對(duì)光周期的適應(yīng)2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系3地球自轉(zhuǎn)時(shí)，赤道附近照射的時(shí)間長(zhǎng)〔日周期〕地球公轉(zhuǎn)時(shí)，夏天北半球照射的時(shí)間長(zhǎng)；冬天南半球照射的時(shí)間長(zhǎng)〔季節(jié)周期〕低緯度地區(qū)有較為恒定的熱量，高緯度比低緯度地區(qū)接受的能量更少23°27'夏至NSWENWES23°27'冬至1、太陽(yáng)輻射的變化規(guī)律太陽(yáng)輻射能光的性質(zhì)：波長(zhǎng)150－4000nm,分紫外光、可見(jiàn)光和紅外光三類，波長(zhǎng)在380－760nm之間的光為可見(jiàn)光。綠色植物的光合作用有效范圍是380－700nm之間。紫外線可見(jiàn)光紅外線

400630

1000

25004000波長(zhǎng)(nm)能量強(qiáng)度2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系62、光照強(qiáng)度的生態(tài)作用與生物適應(yīng)〔1〕光照強(qiáng)度對(duì)生物的生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成的作用〔2〕光照強(qiáng)度與水生生物〔3〕植物對(duì)光照強(qiáng)度的適應(yīng)類型〔1〕光照強(qiáng)度對(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。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系72024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系8〔2〕光照強(qiáng)度與水生生物在透光帶的下部，植物的光合作用量剛好與植物的呼吸消耗相平衡之處，就是所謂的光補(bǔ)償點(diǎn)。如果海洋中的浮游藻類沉降到補(bǔ)償點(diǎn)以下或者被洋流攜帶到補(bǔ)償點(diǎn)以下而又不能很快上升表層時(shí)，這些藻類便會(huì)死亡。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系9黃浦江外灘滇池水葫蘆泛濫成災(zāi)2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系10〔3〕植物對(duì)光照強(qiáng)度的適應(yīng)類型不同的植物對(duì)光強(qiáng)的反響也是不一樣的。在一定范圍內(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，倘假設(shè)繼續(xù)增加光強(qiáng)，光合作用的效率不僅不會(huì)提高，反而下降，這點(diǎn)稱之為光飽和點(diǎn)。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。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系11從圖中可以看出，光合作用將隨著光照強(qiáng)度的增加而增加，直至到達(dá)最大值。圖中的光合作用率(實(shí)線)和呼吸作用率(虛線)兩條線的交叉點(diǎn)就是所謂的光補(bǔ)償點(diǎn)，在此處的光照強(qiáng)度是植物開(kāi)始生長(zhǎng)和進(jìn)行凈生產(chǎn)所需要的最小光照強(qiáng)度。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系12陽(yáng)地植物：適應(yīng)于強(qiáng)光照地區(qū)生活的植物稱陽(yáng)地植物，這類植物補(bǔ)償點(diǎn)的位置較高，光合作用的速率和代謝速率都比較高。蒲公英、楊、柳、松、樺、槐等。陰地植物：適應(yīng)于弱光照地區(qū)生活的植物稱陰地植物，這類植物的光補(bǔ)償點(diǎn)位置較低，其光合速率和呼吸速率都比較低。陰地植物多生長(zhǎng)在潮濕背陰的地方或密林內(nèi)。觀音座蓮、鐵杉和紅豆杉等。耐陰性植物：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。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系133、光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)紫外線可見(jiàn)光紅外線3807601504000能量強(qiáng)度光的性質(zhì)：波長(zhǎng)150－4000nm,分紫外光、可見(jiàn)光和紅外光三類，波長(zhǎng)在380－760nm之間的光為可見(jiàn)光。全部太陽(yáng)輻射中，紅外光約占50-60%，紫外光占1%，其余為可見(jiàn)光。綠色植物的光合作用有效范圍是380－760nm之間。14光質(zhì)的生態(tài)作用葉綠素的吸收光譜藍(lán)紫光：430～450nm紅光：640～660nm不同光質(zhì)的作用藍(lán)紫光：促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成紅光：促進(jìn)糖的合成青光、藍(lán)紫光和紫外線等短波光抑制植物的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，使植物向光性更敏感紫外線能殺菌，對(duì)生物體造成損傷，促進(jìn)維生素D的合成紅外線是地表的根本熱源，對(duì)外溫動(dòng)物的體溫調(diào)節(jié)和能量代謝有決定性作用2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系15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。可見(jiàn)光：藍(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(jiàn)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、毛茸興旺、葉綠素增加，莖葉富含花青素、花色鮮艷。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系16藏紅花2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系17可見(jiàn)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(yáng)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(wú)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〔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。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系18“植物工廠”它們能夠每周7天，每天24小時(shí)生產(chǎn)外觀完美的萵苣以及綠葉蔬菜。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系19可見(jiàn)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(jué)：魚類、鳥類和哺乳動(dòng)物興旺，另一些那么完全沒(méi)有色覺(jué)。不可見(jiàn)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。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系204生物對(duì)光周期的適應(yīng)

〔1〕晝夜節(jié)律:

大多數(shù)生物活動(dòng)表現(xiàn)出晝夜節(jié)律，即24h循環(huán)一次的現(xiàn)象。光合作用以3-磷酸甘油酸為最初產(chǎn)物的反響途徑稱為C3途徑。光合作用中以草酰乙酸為最初產(chǎn)物的途徑，稱為C4途徑。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系21〔2〕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)：美國(guó)Garner〔加納爾〕等人(1920)發(fā)現(xiàn)明相暗相的交替與長(zhǎng)短對(duì)植物的開(kāi)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)律性變化的反響，稱光周期現(xiàn)象。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系22植物光周期現(xiàn)象—對(duì)繁殖(開(kāi)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(longdayplants)：日照超過(guò)一定數(shù)值才開(kāi)花的植物稱長(zhǎng)日照植物，如小麥、油菜、菠菜等。短日照植物(shortdayplants)：短于一定數(shù)值才開(kāi)花的植物，一般需要較長(zhǎng)的黑暗才能開(kāi)花。如蒼耳、水稻、菊花、牽?；?、大豆等。中日性植物〔dayintermediateplant〕：要求晝夜長(zhǎng)短接近于相等時(shí)才開(kāi)花植物。甘蔗12.5小時(shí)。日中性植物〔dayneutralplant〕：只要其他條件適合，在什么日照條件下都能開(kāi)花。如黃瓜、番茄。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系23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(kāi)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)短的反響特性和敏感程度，才不致使引種工作失敗。一般而言：短日照植物：a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；b由北方向南方引種時(shí)，那么往往出現(xiàn)生育期縮短、發(fā)育提前。長(zhǎng)日照植物：a而由南向北移時(shí)，發(fā)育提前；b由北向南移時(shí)，那么發(fā)育延遲，甚至不能開(kāi)花。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系24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(longdayanimals)：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(shortdayanimals)：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(kāi)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。鳥類的遷徙是日照長(zhǎng)短的變化引起的。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系25二、溫度因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)1、溫度因子的生態(tài)作用〔1〕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(guò)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。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系26〔2〕溫度與生物發(fā)育：a、春化作用b、有效積溫法那么〔Reaumur，法國(guó)，1735〕：生物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中必須從環(huán)境攝取一定的熱量才能完成某一發(fā)育階段的發(fā)育過(guò)程，而且各個(gè)發(fā)育階段所需的總熱量是一個(gè)常數(shù)，稱總積溫或有效積溫，K=N(T－T0),T=T0+K/N=T0+KV其中，N為發(fā)育歷期，即生長(zhǎng)發(fā)育所需時(shí)間;T為發(fā)育期間的平均溫度，V為發(fā)育速率，即N的倒數(shù)；T0是發(fā)育起點(diǎn)溫度，又稱生物學(xué)零度,通常認(rèn)為T0≥10℃。K是有效積溫〔常數(shù)〕。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系27實(shí)例:地中海果蠅發(fā)育歷程與溫度的關(guān)系溫度與發(fā)育歷期的關(guān)系溫度與發(fā)育速度的關(guān)系2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系28有效積溫K和生物學(xué)零度T0的計(jì)算最簡(jiǎn)單方法：在兩種實(shí)驗(yàn)溫度〔T1和T2〕，分別觀察和記錄兩個(gè)相應(yīng)的發(fā)育時(shí)間N1和N2值。因?yàn)椋篕1=N1(T1－T0)K2=N2(T2－T0)K1=K2所以：T0=(N2T2－N1T1)/(N2－N1)代入有效積溫公式即可求出K。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系29有效積溫法那么的意義預(yù)測(cè)生物發(fā)生的世代數(shù)；預(yù)測(cè)生物地理分布的北界；預(yù)測(cè)害蟲來(lái)年的發(fā)生程度；制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，合理安排作物；應(yīng)用積溫預(yù)報(bào)農(nóng)時(shí)。小地老虎完成一個(gè)世代所需總積溫K1為504.7日度，而南京地區(qū)對(duì)該昆蟲發(fā)育的年總積溫K=2220，因此小地老虎可能發(fā)生的世代數(shù)為K/K1=4.54代。一種生物分布地的全年有效總積溫必須滿足該種生物完成一個(gè)世代所需的K值。如東亞飛蝗只能以卵越冬，如果某年在秋季又多發(fā)生一代，而冬天到來(lái)之前難發(fā)育成熟，那么第二年飛蝗發(fā)生程度必然偏輕。不同作物所需的有效積溫不同，如小麥為1000-1600日度，春播禾谷、番茄1500-2100，玉米2000-4000，柑橘類4000-4500，椰子5000以上。如上海矮南早１號(hào)(水稻)1974年4月18日播，全生育期105天；5月9日播，全生育期僅90天，而兩者的有效積溫僅相差40.4日度。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系30有效積溫法那么的局限性：有效積溫法那么是以發(fā)育速度與溫度呈直線關(guān)系為前提的，但實(shí)際上，發(fā)育速度與溫度的更確切的關(guān)系為“s”型。在自然條件下，生物進(jìn)行發(fā)育所處的溫度不是固定不變的，而是經(jīng)常有變化的。在自然條件下，發(fā)育速度不僅取決于溫度，還依賴于其他條件，即研究發(fā)育速度必須考慮生態(tài)因子的綜合作用問(wèn)題2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系312極端溫度對(duì)生物的影響〔1〕低溫對(duì)生物影響：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)生物的傷害有：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(Syzygiumaromaticum)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(guò)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(guò)冷現(xiàn)象。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系32〔2〕高溫對(duì)生物的影響：當(dāng)溫度超過(guò)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、氧供給缺乏、神經(jīng)系統(tǒng)麻痹等。例子：水稻開(kāi)花期間如遇高溫那么會(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。例子：昆蟲高溫時(shí)處于昏迷狀態(tài)。33

不同物種對(duì)高溫的耐受性水生植物：30～40℃旱生植物：50～60℃獸類：42℃鳥類：46～48℃爬行類：45℃2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系34兩種溫度調(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(wú)脊椎動(dòng)物等。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系353生物對(duì)極端溫度的適應(yīng)〔低溫和高溫〕A生物對(duì)低溫的適應(yīng)〔形態(tài)〕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)，體表具蠟粉和密毛、樹皮木栓組織興旺、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〕，外露局部減小〔阿倫規(guī)律〕。36貝格曼規(guī)律(Bergmann’srule)內(nèi)容：高緯度的恒溫動(dòng)物比低緯度的相似種類個(gè)體要大，如東北虎大于華南虎。原因：一般認(rèn)為，動(dòng)物個(gè)體大那么相同質(zhì)量所對(duì)應(yīng)的體外表積就小，對(duì)恒溫動(dòng)物來(lái)說(shuō)在競(jìng)爭(zhēng)中應(yīng)付體表散熱所損失的能量相對(duì)較少，在進(jìn)化選擇中是有利的。

2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系37阿倫規(guī)律(Allen’srule):寒冷地區(qū)的恒溫動(dòng)物較溫暖地區(qū)的恒溫動(dòng)物外露局部〔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)〔北極狐，赤狐〕。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系38A生物對(duì)低溫的適應(yīng)〔生理、行為〕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(jiàn)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。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)在熱中性區(qū)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aestivation。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系39熱量交換平衡方程(K.Schmidt-Nielsen，1983)Hs=Hm±Hcd±Hcv±Hr-HeHs—生物體總貯備熱量Hm—新陳代謝產(chǎn)生的熱量Hcd—傳導(dǎo)損失或獲得的熱量Hcv—對(duì)流損失或獲得的熱量Hr—輻射損失或獲得的熱量He—蒸發(fā)損失的熱量。生物對(duì)極端溫度的適應(yīng)〔低溫和高溫〕HrHmHcvHcdHrHe2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系40高山植物對(duì)低溫的適應(yīng)〔自M.C.Molles,Jr,2002)Ｈs=Hcd±Hcv±Hr葉片與陽(yáng)光垂直增加Hr葉片色素含量增加Hr簇狀生長(zhǎng)減少與風(fēng)的接觸面積降低Hcv貼地生長(zhǎng)減少熱傳導(dǎo)損失Hcd2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系41變溫動(dòng)物對(duì)低溫的適應(yīng)(LiolaemusmultiformisLizard)貼在植被上減少傳導(dǎo)熱損失Hcd平臥緊貼地減少對(duì)流熱損失Hcv膚色變深增加輻射熱量獲得Hr2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系42B、生物對(duì)高溫的適應(yīng)〔形態(tài)〕形態(tài)上的適應(yīng)植物：密毛、鱗片濾光；體色反光；葉緣向上或暫時(shí)折疊，減少輻射傷害；干和莖具厚的木栓層，絕熱。動(dòng)物：體形變小，外露局部增大；腿長(zhǎng)將體抬離地面；背部具厚的脂肪隔熱層，背部色素變淡。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系43B生物對(duì)高溫的適應(yīng)〔生理、行為適應(yīng)〕生理上的適應(yīng)植物：降低細(xì)胞含水量，增加糖或鹽濃度，減緩代謝率，增強(qiáng)原生質(zhì)抗凝結(jié)能力；蒸騰作用旺盛，降低體溫；反射紅外光。動(dòng)物：放寬恒溫范圍；貯存熱量，減少內(nèi)外溫差。行為上的適應(yīng)動(dòng)物：休眠，穴居，避陰，晝伏夜出等。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系44沙漠植物對(duì)

高溫的適應(yīng)

Hs=Hcd±Hcv±Hr葉片高反射率減少輻射熱量獲得Hr葉片與陽(yáng)光平行減少輻射熱量獲得Hr植株生長(zhǎng)空間開(kāi)闊增加風(fēng)與葉片接觸面積從而增加對(duì)流熱損失Hcv離地生長(zhǎng)減少地表傳導(dǎo)熱獲得Hcd2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系453、溫度與生物的地理分布極端溫度〔高溫和低溫〕常常為限制生物分布的重要因素。高溫：破壞生物體內(nèi)的代謝過(guò)程和光合呼吸平衡，或植物未經(jīng)過(guò)低溫刺激而不能完成發(fā)育階段。如白樺、云杉自然條件下不能在華北平原生長(zhǎng)，蘋果、梨、桃不能在熱帶栽培；26℃是菜粉蝶分布的南限。低溫：如橡膠、劍麻和油棕分布的北界分別是北緯24°40’、26°和24°，海拔高度的上限分別是960m、900m和600m；蘋果蚜分布的北界是1月等溫線為3-4°的地區(qū)。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系464、溫周期現(xiàn)象與變溫溫周期現(xiàn)象：在自然條件下，氣溫有著周期性變化，植物適應(yīng)了某種節(jié)律變化而成為一種生物學(xué)特性，被稱為“溫周期現(xiàn)象”。如晝、夜的溫度變化使植物發(fā)生日溫周期現(xiàn)象。

變溫與生物生長(zhǎng)種子萌發(fā)期：變溫可增加氧在細(xì)胞中的溶解度，提高細(xì)胞膜透性，促進(jìn)植物萌發(fā)，大多數(shù)植物在變溫下發(fā)芽好。生長(zhǎng)期：變溫能顯著促進(jìn)植物生長(zhǎng)。如小麥在青藏高原地區(qū)每千粒重40-50g，較平原地區(qū)高5-30%。變溫能夠提高產(chǎn)品的品質(zhì)。甜菜、大豆。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系475、物候節(jié)律物候?qū)W(phenology)：研究生物的季節(jié)性節(jié)律變化與環(huán)境季節(jié)變化關(guān)系的科學(xué)。立秋向日葵花放，處暑西樓聽(tīng)晚蟬。霍普金斯物候定律：在其它因素相同的條件下，北美洲溫帶地區(qū)緯度移動(dòng)1°N，或經(jīng)度移動(dòng)5°E，或海拔上升120m，生物的物候期在春天和夏初各延遲4d；而在秋天那么相反，將提早4d。研究物候?qū)W的方法：物候觀測(cè)、遙感等；觀測(cè)結(jié)果以物候譜、物候圖和等物候線表示。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系48桃始花的等物候線圖2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系496休眠休眠：指生物的潛伏、蟄伏或不活動(dòng)狀態(tài)，是抵御不利環(huán)境的一種有效的生理機(jī)制。進(jìn)入休眠狀態(tài)的動(dòng)植物可以忍耐比其生態(tài)幅寬得多得環(huán)境條件。北極燈蛾毛蟲動(dòng)物：草原上嚙齒類動(dòng)物的冬眠和蟄伏。心跳速率降低，代謝緩慢。植物：種子、溫帶木本植物，度過(guò)不良環(huán)境。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系50〔休眠,hummingbird〕食物缺乏——休眠食物充足——不休眠休眠一夜消耗脂肪0.02g不休眠一夜消耗脂肪0.24g2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系51三、水因子的生態(tài)作用及生物適應(yīng)1水因子的生態(tài)學(xué)作用〔1〕水的生物學(xué)意義水是生物體不可缺少的組成成份；水是生物體所有代謝活動(dòng)的介質(zhì)；水的熱容量大，溫度變化沒(méi)有大氣劇烈，為生物創(chuàng)造穩(wěn)定的溫度環(huán)境(月球-183℃-127℃〕水能維持細(xì)胞和組織的緊張度，使生物保持一定的狀態(tài)，維持正常的生活。生物起源于水環(huán)境，生物進(jìn)化90%的時(shí)間在海洋中進(jìn)行。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系521水因子的生態(tài)作用〔2〕水對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響植物：三基點(diǎn)；種子萌發(fā)需要較多水分以軟化種皮，增強(qiáng)透性，使種子內(nèi)凝膠狀態(tài)的原生質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z態(tài)，增強(qiáng)生理活性，促進(jìn)種子萌發(fā)；土壤水分多少直接影響到植物根系的發(fā)育，潮濕土壤中根系生長(zhǎng)緩慢，干旱地區(qū)根系非常興旺；水分還影響植物的其它生理活動(dòng)，如蒸騰作用、呼吸作用等。動(dòng)物：水分缺乏時(shí)，引起動(dòng)物的休眠和滯育。如澳洲鸚鵡，羚羊等。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系53潮濕和干旱土壤根系生長(zhǎng)情況(forb)2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系54〔3〕水對(duì)動(dòng)植物數(shù)量和分布的影響由于地理緯度、海陸位置和海拔高度不同，降水分布不均勻，我國(guó)從東南至西北，可分為3個(gè)等雨量區(qū)，即濕潤(rùn)森林區(qū)、干旱草原區(qū)和荒漠區(qū)；山體兩側(cè)的迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡因降水不同分布著不同植物，伴隨分布不同的動(dòng)物。降水量的多少影響動(dòng)植物的種類和數(shù)量。如熱帶雨林和大興安嶺紅松林群落中植物種類差異很大〔單位面積物種數(shù)〕。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系552生物對(duì)水因子的適應(yīng)〔1〕植物對(duì)水因子的適應(yīng)根據(jù)植物對(duì)水分的需求量可分為：水生植物陸生植物〔2〕動(dòng)物對(duì)水因子的適應(yīng)水生動(dòng)物陸生動(dòng)物2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系56水生植物：生長(zhǎng)在水體中植物的統(tǒng)稱。水體環(huán)境的特點(diǎn)：弱光、缺氧、密度大、粘性高、溫度變化平緩，能溶解各種無(wú)機(jī)鹽類。水生植物的適應(yīng)方式：有興旺的通氣組織，如荷花；機(jī)械組織不興旺或退化，以增強(qiáng)植物的彈性和抗扭曲能力，適應(yīng)于水體流動(dòng)；水下葉片薄而長(zhǎng)，以增加光合和吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的面積。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系57水生植物的生態(tài)類型沉水植物：漂浮水下，與大氣完全隔絕。特點(diǎn)：表皮細(xì)胞〔類似根〕沒(méi)有角質(zhì)層、蠟質(zhì)層，能直接吸收水分、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和水中的氣體；葉綠體大而多；形成一整套通氣組織以適應(yīng)氧缺乏。如金魚藻，菹(zu)草等。浮水植物：葉片飄浮在水面的植物。特點(diǎn)：氣孔常長(zhǎng)在葉的上面，葉上表皮有蠟質(zhì)，維管束和機(jī)械組織不興旺，但比沉水植物完善，有完善的通氣組織。如睡蓮、鳳眼蓮等。挺水植物：莖葉大局部在水面上。特點(diǎn)：外部形態(tài)如中生植物。但長(zhǎng)期生長(zhǎng)在水中，有非常興旺的通氣組織。如蘆葦、香蒲、慈姑等。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系58陸生植物形態(tài)適應(yīng)：興旺的根系；葉面小；單子葉植物中一些具扇狀的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞，可使葉面卷曲；貯水組織；生理適應(yīng)：水分運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力原生質(zhì)的濃度高。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系59陸生植物的生態(tài)類型濕生植物：在潮濕環(huán)境中生長(zhǎng)，不能忍受較長(zhǎng)時(shí)間水分缺乏，抗旱能力差?？煞譃殛幮詽裆参锖完?yáng)性濕生植物。中生植物：生長(zhǎng)在水濕條件適中的陸地上。種類最多，分布最廣。旱生植物：能忍受較長(zhǎng)時(shí)間干旱仍能維持水分平衡和正常生長(zhǎng)發(fā)育的一類植物。主要生長(zhǎng)于荒漠和草原地區(qū)。另外，生理上表現(xiàn)為原生質(zhì)滲透壓特別高，可達(dá)40-60Pa甚至100Pa。另一類旱生植物具有興旺的貯水組織，如仙人掌樹，高達(dá)15-20m，可貯水2t左右。門：被子植物門Magnoliophyta綱：雙子葉植物綱Magnoliopsida目：錦葵目Malvales科：木棉科Bombacaceae屬：猴面包樹屬Adansonia種：猴面包樹A.digitata樹干20米胸徑達(dá)15米以上〔40個(gè)人拉手〕樹冠直徑達(dá)50米以上又叫胖子樹2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系61水生動(dòng)物:滲透壓調(diào)節(jié)和水分平衡對(duì)水生動(dòng)物來(lái)說(shuō),保持體內(nèi)水分得失平衡主要依賴水的滲透作用。滲透作用：水分從水勢(shì)高的系統(tǒng)通過(guò)半透膜向水勢(shì)低的系統(tǒng)移動(dòng)的現(xiàn)象。水勢(shì)：即水的化學(xué)勢(shì)，〔水勢(shì)=溶質(zhì)勢(shì)〔滲透勢(shì)〕+襯質(zhì)勢(shì)+壓力勢(shì)〕。純水的自由能最高，水勢(shì)也最高。通常將純水的水勢(shì)定為零，其它溶液的水勢(shì)那么為負(fù)值。如海水為-2.5巴，1g分子蔗糖溶液水勢(shì)為-26.9巴，1g分子KCl溶液的水勢(shì)為-44.6巴。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系62水生動(dòng)物的滲透壓調(diào)節(jié)方式海洋動(dòng)物鯊魚和無(wú)脊椎動(dòng)物：等滲調(diào)節(jié)硬骨魚：低滲調(diào)節(jié)〔防止脫水〕淡水動(dòng)物硬骨魚：高滲調(diào)節(jié)〔防止失鹽〕河口動(dòng)物洄游及廣鹽性魚類：變滲和等滲調(diào)節(jié)2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系63洄游及廣鹽性魚類的滲透壓調(diào)節(jié)——

變滲和等滲調(diào)節(jié)從淡水到海水：一段時(shí)間失水體重減輕，體液濃度增加，但48h內(nèi)經(jīng)滲透壓調(diào)節(jié)可使體重和體液濃度恢復(fù)正常。從海水到淡水：短時(shí)間出現(xiàn)體內(nèi)水分增多，鹽分減少現(xiàn)象，可通過(guò)提高排尿量及鰓主動(dòng)吸收鹽來(lái)維持水分和鹽分平衡。變滲動(dòng)物：體液濃度隨環(huán)境滲透濃度的改變而改變的動(dòng)物。恒滲動(dòng)物：體液濃度保持恒定，不隨環(huán)境改變而改變的動(dòng)物。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系64陸生動(dòng)物對(duì)水因子的適應(yīng)形態(tài)結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)：昆蟲的幾丁質(zhì)體壁防止水分的過(guò)量蒸發(fā)；兩棲類動(dòng)物體表分泌粘液以保持濕潤(rùn)；爬行動(dòng)物具厚的角質(zhì)層；鳥類具羽毛和尾脂腺；哺乳動(dòng)物有皮脂腺和毛等。行為適應(yīng)：白天穴居，夜間活動(dòng)(晝伏夜出)；遷徙生理適應(yīng)：如駱駝，減少排尿量；駝峰和體腔中的脂肪產(chǎn)生代謝水；白天吸熱使體溫升高以減少與環(huán)境的溫差；出汗散熱〔失水來(lái)自于細(xì)胞間液和組織間液，細(xì)胞質(zhì)不會(huì)受影響〕。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系652024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系66四、土壤因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)1土壤因子的生態(tài)作用為陸生植物提供基底，為土壤生物提供棲息場(chǎng)所；提供生物生活所必需礦質(zhì)元素和水分；提供植物生長(zhǎng)所需的水肥氣熱〔土壤肥力〕；維持豐富的土壤生物區(qū)系,如細(xì)菌、真菌、放線菌、藻類、原生動(dòng)物、輪蟲、蚯蚓、軟體動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、少數(shù)高等動(dòng)物〔如鼴鼠等〕；生態(tài)系統(tǒng)的許多很重要的生態(tài)過(guò)程都是在土壤中進(jìn)行。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系67土壤的物理性質(zhì)及其對(duì)生物的影響土壤是由固體〔無(wú)機(jī)和有機(jī)體〕、液體〔土壤水分〕和氣體〔空氣〕組成的三相系統(tǒng)。根據(jù)土壤質(zhì)地，可將土壤分為：砂土、壤土和粘土。土壤質(zhì)地和土壤溫度影響植物生長(zhǎng)和土壤動(dòng)物的水平及垂直分布。土壤的化學(xué)性質(zhì)及其對(duì)生物的影響土壤酸堿度：過(guò)堿性和酸性不利于植物生長(zhǎng)，酸性還不利于細(xì)菌生長(zhǎng)。土壤有機(jī)質(zhì)：植物重要碳源和氮源。土壤無(wú)機(jī)元素：植物生長(zhǎng)的13種重要元素來(lái)源〔7種大量元素：、氮、磷、鉀、硫、鈣、鎂、鐵；6種微量元素：錳、鋅、銅、鉬、硼、氯〕2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系682、植物對(duì)土壤因子的適應(yīng)以土壤為主導(dǎo)的植物生態(tài)類型：根據(jù)植物對(duì)土壤酸度的反響分為：酸性土、中性土和堿性土植物生態(tài)類型；根據(jù)植物對(duì)土壤礦質(zhì)鹽類的反響分為：鈣質(zhì)土植物和嫌鈣植物；根據(jù)植物對(duì)土壤含鹽量的反響分為：鹽土和堿土植物；根據(jù)植物和風(fēng)沙基質(zhì)的關(guān)系分為：抗風(fēng)蝕沙埋、耐沙割、抗日灼、耐干旱、耐貧瘠等生態(tài)類型。2024/3/11赤峰學(xué)院生命科學(xué)系693、鹽堿土及其對(duì)植物的危害鹽堿土：鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土