生物对光照强度的适应类型

第三节个体系统的结构和过程1.以自学为主P26-632.C3植物、C4植物和CAM植物的区别3.个体系统的结构和过程中与生态因子、适应和进化有关的一般规律第四节个体系统与环境的生态关系•生物与光的生态关系•生物与温度的生态关系•生物与水的生态关系•生物与大气、土壤、盐环境及污染的生态关系•生物与气候及综合环境的关系•生物体的行为一、生物体与光的生态关系•对于地球上的生物来讲，太阳辐射的作用体现在光和热量（温度）两个方面，光的生物学作用表现在三个方面：光质、光照强度和光照周期。•了解地球上光照的光质、光强度、光周期及其变化的特点。掌握光对生物的作用和生物对光的适应。一、光因子的生态作用及生物的适应食物链的起点•（一）光强的生态作用与生物的适应光强在地球上分布不均匀。地球自转时，赤道附近照射的时间长，光强最大，随纬度的增加而逐渐减弱。地球公转时，夏天北半球照射的时间长，冬天南半球照射的时间长（季节周期）。海拔高度的增加而增强南坡平地北坡（一）光强的生态作用与生物的适应•1、光强的作用•影响生物生长、发育、形态建成•细胞的增长和分化、体积的增大和重量的增加、促进组织和器官的分化•典型例子—黄化现象（一）光强的生态作用与生物的适应•2、生物对光照强度的适应类型光合作用呼吸作用光合作用率光强度CP光补偿点：植物光合作用和呼吸作用相等时的光照强度叫光补偿点。这一点是植物进行净生产所需要的最小光照强度。2、生物对光照强度的适应类型•光饱和点：在一定范围内，光合作用的速率与光强成正比，但达到一定强度，若继续增加光强，光合作用效率不仅不会提高，反而下降，这时的光照强度成为光饱和点。•生物对不同光强有适应性，但有耐受范围。2、生物对光照强度的适应类型•当传入的辐射能是饱和的、温度适宜、相对湿度高、大气CO2和O2的浓度正常时的光合作用速率，称为光合能力。•不同植物，植物光合能力对光照强度的反应是有差异的。•植物光合能力的主要差别是在C3和C4植物之间。2、生物对光照强度的适应类型高梁小麦玉米光强度CO2摄取C4植物多起源于热带和亚热带植物区系。C3植物多起源于温带。CP（C4）CP（C3）阳性草本阴性草本2、生物对光照强度的适应类型•植物—光合作用率在光补偿点附近与光强度成正比，但达光饱和点后,不随光强增加。•水生生物—水生植物在水中的分布与光照强度有关。•陆生生物—对不同光照强度的适应产生阳性植物和阴性植物和耐阴性植物。•阳性植物(cheliophytes)：对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能进行正常生长；•阴性植物(sciophytes)：对光的需要远较阳性植物低，光补偿点低，呼吸作用、蒸腾作用都较弱，抗高温和干旱能力较低；•耐阴性植物(shadeplant)：对光照具有较广泛的适应能力，对光的需要介于前两类植物之间。阳性植物阳性植物对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能正常生长，其光饱和点、光补偿点都较高，光合作用的速率和代谢速率都比较高。如蒲公英、桦树、栎。阴性植物阴性植物对光的需求远较阳性植物低，光饱和点和光补偿点都较低。其光合速率和呼吸速率都比较低。如人参、红豆杉、三七。耐阴植物•也叫中性植物，对光照具有较广的适应能力，在完全的光照下生长，也能忍耐适度的荫蔽或在生育期间需要较轻度的遮荫。如党参、沙参。•在生产上的实际应用：如麻的生长2、生物对光照强度的适应类型•光强对动物的生长发育和行为也产生重要的影响，同时产生相应的适应性。如蛙卵、鲑鱼卵在有光下孵化快，发育快；蚜虫对动物的行为也产生重要影响。昼行性动物在白天强光下活动夜行性动物或晨昏性动物在夜晚或弱光下活动。2、生物对光照强度的适应类型（二）生物对光周期的适应1、光周期的变化日周期和年周期北半球：春分秋分昼长夜短（夏至白昼最长）秋分春分昼短夜长（冬至夜最长）赤道附近：终年昼夜平分；纬度越高夏半年（春分到秋分）昼越长，而冬半年（秋分到春分）昼越短。在两极地区则半年是白天，半年是黑夜。（二）生物对光周期的适应2、生物对光周期变化的反应昼夜节律动物的活动行为、植物的光合作用表现出昼夜节律。光周期现象：生物对日照长短规律性变化的反应。•Garner等人(1920)发现明相暗相的交替与长短对植物的开花结实有很大的影响。•光周期不仅植物中普遍存，在动物中也普遍存在。植物光周期现象植物光周期现象—对繁殖(开花)的影响：区分为长日照植物和短日照植物。长日照植物短日照植物中日照植物中间型植物长日照植物(long-dayplants)•是指在日照时间长于一定数值（一般14小时以上）才能开花的植物。•如冬小麦、大麦、油菜和甜菜等，而且光照时间越长，开花越早。短日照植物(short-dayplants)是日照时间短于一定数值（一般14小时以上的黑暗）才能开花的植物。通常早春或深秋开花。如牵牛花、水稻、烟草等。中日照植物•要求昼夜长短比例接近相等（12小时左右）•如甘蔗中间型植物•在任何日照条件下都能开花的植物。•如番茄、黄瓜和辣椒等。实际意义•短日照植物大多数原产地是日照时间短的热带、亚热带；长日照植物大多数原产于温带和寒带。•如果把长日照植物栽培在热带，由于光照不足，就不会开花。同样，短日照植物栽培在温带和寒带也会因光照时间过长而不开花。•对植物的引种、育种工作有重要的意义。动物的光周期•繁殖的光周期现象：对繁殖的影响：区分为长日照动物和短日照动物。•昆虫的滞育•换毛与换羽•动物迁徙的光周期现象光对动物的作用繁殖的光周期现象：长日照动物(long-dayanimals)在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐渐延长的季节繁殖后代，称长日照动物；如雪貂、野兔、刺猬；短日照动物(short-dayanimals)：与此相反，一些动物只有在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺发育和进行繁殖，称短日照动物。如绵羊、山羊和鹿等。动物的迁徙光周期变化可能是引起迁徙的直接因素之一。鸟类长日照短日照向北飞向南飞光和换羽、换毛:实验证明，鸟兽的换羽和换毛与光周期变化有密切的关系。例如美洲兔、北极熊夏天呈褐色；冻毛白色。昆虫滞育（diapause):目前已证明，昆虫的滞育主要与光周期变化有关。通常把引起种群50%的个体进入滞育的光周期称为临界光周期。北极狐夏天冬天动物的昼夜节律：昼行性动物（diurnalanimal)：有的动物白天活动而夜间休息；例如大多数鸟类、哺乳类中的黄鼠、松鼠和许多灵长类。夜行性动物（nocturnalanimal):而有的动物夜间活动而白天休息；爬行类中的壁虎。晨昏性动物（crepuscularanimal):有些动物在黄昏和早晨活动。（三）动物的昼夜节律昼夜节律现象(仿Smith,1980)动物的昼夜节律：动物活动与静止出现的昼夜节律，也伴随着代谢水平的变化。动物的昼夜活动节律与外界环境的关系。生态因子的周期性日周期；月周期；季节周期；年周期；生物节律（biologicalrhythm):生物在这种周期性的地球上所形成的各种节律，就叫生物节律。内源性的昼夜节律美洲飞鼠试验：似昼夜节律（circadianrhythm):阿朔夫规律（Aschoff‘scircadianrhythm):对于夜出活动的动物而言，恒黑使其似昼夜周期缩短，而恒光则使其似昼夜周期延长，并且随着光照强度的增强，其似昼夜周期的延长就更明显。相反，对于昼行性动物，恒黑使其似昼夜周期延长，而恒光则使之缩短，且随着光照强度的增强，其周期缩短得更显著。月周期或潮汐周期月周期主要通过潮汐的改变,而对海边的生物产生明显的影响潮水在一天内两涨两退，周期是24小时50分钟，因此，每天往后延迟50分钟。潮水的高低还随月周期而变动，14天出现一次极高潮，每月的初一和十五（新月和满月)是潮水最高的日子。每天低潮时刻，招潮从沙洞中爬出来活动，寻找绿藻和退潮时留在泥沙中的微生物为食物。当潮水水一来，它们又进入自己的洞穴中休息。它们的体表颜色每到夜间变成白色，而白天变成深色。（三）光质对生物的影响380-710nm（三）光质对生物的影响•短波光随纬度的增加而减少，随海拔的增高而增加。•海洋植物—光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性:•海水表层植物色素吸收蓝、红光；•深水植物光合色素有效地利用绿光。•高山植物—对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛。•动物—不同动物发展不同的色觉。应用•实验研究表明：浅蓝色薄膜育秧与无色薄膜相比，浅蓝色薄膜秧苗根系较粗壮，插后成活快，生长茁壮，叶色浓绿，鲜重和干重都有增加，测定的淀粉、蛋白质含量较高，主要因为太阳光通过有色薄膜时，被选择透过和吸收，这样薄膜内的光质因薄膜颜色不同而发生变化。如浅蓝色薄膜可以大量透过光合作用所需的380-490纳米的光（透过率60%以上），因而有利于植物的光合过程和代谢过程。紫外光与动物维生素D产生关系密切，过强有致死作用，波长360nm即开始有杀菌作用，在340nm~240nm的辐射条件下，可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒等停止活动。200~300nm的辐射下，杀菌力强，能杀灭空气中、水面和各种物体边面的微生物，这对于抑制自然界的传染病病原体是极为重要的。（三）光质对生物的影响