高中生物奥赛 生态学&生物系统学(上)

生态学&生物系统学(上)全国竞赛考试中所占比例：Ⅰ.生态学：15%Ⅱ.生物系统学：10%生物学的发展方向宏观分子生物学生物学微观生态学生态学（Ecology）：研究生物与其环境相互关系的科学内涵：1、环境对生物的决定和塑造作用。2、生物对环境的适应。3、适应环境的生物对环境的改善作用。生态学（6课时）生物与环境种群生物群落生态系统环境的保护一、环境环境（Environments）概念：某一特定生物体或生物群体周围一切因素的总和，包括空间及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的各种因素。内涵：环境的本质就是生物生存和发展的资源或影响这种资源的因素。环境因子：生物有机体以外所有的环境要素。Daubenmire（1947）分为：气候类、土壤类和生物类；包括7个并列项目：土壤、水分、温度、光照、大气、火和生物因子。环境因子生态因子环境要素中对生物起作用的因子，也为生态因素。二、生态因子有很多种分类方式，常见的是：根据有无生命特征来分类：（一）生态因子的分类生态因子同种或异种的其他生活于一起的生物。有机体（同种和异种）即自然因子。温度、光、湿度、pH、氧气等生物因子：非生物因子：综合作用：各种生态因子间相互联系、相互影响、相互制约，生态因子对生物的作用是综合的。主导因子作用：诸多环境因素中对生物起决定性作用。（主导因子）作用的阶段性：生物发育的不同阶段，需要不同不可替代性和补偿性：生态因子间不可替代，但在一定程度上可以补偿直接作用和间接作用：直接因子：直接对生物发生影响的生态因子间接因子：通过影响直接因子而对生物发生影响生态因子（二）生态因子的作用特征1、限制因子2、利比希（Liebig）最小因子定律3、Shelford耐受性定律（三）生态因子的限制性作用限制因子是对生物的生存、生长、繁殖或扩散等起限制作用的因子当生态因子接近或超过生物的耐受性极限而影响其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因子成为该生物限制因子限制因子可以因生物所处的环境不同或不同的发育阶段而产生差异。如水中的氧在正常情况下不会成为鱼的限制因子，但是在高密度养鱼的情况下，氧就成为鱼生存的限制因子。1、限制因子(limitingfactor)（2009/50）氧气对水生动物来说，属于：A．综合因子B．一般生态因子C．替代因子D．限制因子(D)低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。2、利比希最小因子定律(Liebig’slawofminimum)任何一个生态因子在数量或质量上的不足或过多时会使该种生物衰退或不能生存3、Shelford耐受性定律(Lawoftolerance)驯化驯化:指通过诱导，使生物对某种生态因子的耐受性增强的过程。有机体对实验环境条件变化产生的生理调节反应称实验驯化；有机体对自然环境条件变化产生的生理调节反应称气候驯化，实验驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆反应。驯化的应用：植物的引种栽培内稳态生物通过控制体内环境(体温、糖、氧浓度、体液等)，使其保持相对稳定性扩大了生物的生态幅与适应范围，但并不能完全摆脱环境的限制生态幅每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上的最低点和最高点。在最低点和最高点(或称耐受性的上限和下限)之间的范围最适范围亚适范围亚适范围不适范围不适范围不能生存因子梯度渐增生命活动或数量生物对环境因子的耐受曲线(理想状态)耐受曲线（1）最适范围不适范围不能生存因子梯度渐增生命活动强度或数量生物对环境因子耐受曲线的实际表现亚适范围亚适范围不适范围耐受曲线（2）（一）光因子的生态作用及生物的适应（二）温度因子的生态作用及生物的适应（三）水因子的生态作用及生物的适应（四）土壤因子的生态作用及生物的适应三、非生物因子的生态作用及生物的适应（一）光因子的生态作用及生物的适应1、光照强度的生态作用和生物的适应a.光照强度的生态作用b.植物对光照强度的适应c.动物对光照强度的适应2、光质的生态作用和生物的适应a.光质的生态作用b.生物对光质的适应3、生物对光周期的适应（光照长短）a.生物的昼夜节律b.生物的光周期现象1、光照强度的生态作用和生物的适应a.光照强度的生态作用影响动物的生长发育影响动物的体色影响植物叶绿素的形成（黄化现象）影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和分化影响植物花果的数量和质量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。（光补偿点和光补偿点）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生植物和阴生植物和耐阴植物。阳生植物对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能进行正常生长；阴生植物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；耐阴植物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。b.植物对光照强度的适应c.动物对光照强度的适应依活动时间的动物分类动物开始活动的时间2、光质的生态作用和生物的适应a.光质的生态作用叶绿素的吸收光谱蓝紫光：430～450nm红光：640～660nm不同光质的作用蓝紫光：促进蛋白质的合成红光：促进糖的合成青光、蓝紫光和紫外线等短波光抑制植物的伸长生长，使植物向光性更敏感紫外线能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素D的合成红外线是地表的基本热源，对外温动物的体温调节和能量代谢有决定性作用b.生物对光质的适应可见光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长发育都有影响水中植物的垂直分布高山植物含花青素、叶面缩小、毛绒发达3、生物对光周期的适应a.生物的昼夜节律光的周期性生物的昼夜节律生物的光周期现象植物的光周期现象（参考书的P479）植物的光周期：长日照、短日照、中日照和中间型植物植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植动物的光周期现象动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期实验室恒定条件下生物的节律(2009/93)．以下几种植物对光的反应中，属于光周期现象的有：A．菜豆等植物叶片昼开夜合B．气孔在光照下张开C．马铃薯在长日照下形成块茎D．菊花在短日照下开花见光就开，与光强有关气孔开合，是由于光照保卫细胞影响其光合作用二导致的。见光就开，与光强有关(C、D)（2008/97）．小麦和菠菜是长日照植物，烟草和大豆是短日照植物，在长暗期中若给予适宜的光间断处理,可被促进开花的植物有A．小麦B．菠菜C．烟草D．大豆（A、B）短夜反应长日照开花（2006/24）．下面哪种生物最适合在深水牟生长?()A．蓝藻B．绿藻C．红藻D．褐藻E．硅藻(2008/11)．对于植物间断暗期最有效的光是（）A．红光B．远红光C．蓝紫光D．绿光AC(二)、温度因子的生态作用及生物的适应1、温度因子的生态作用2、生物对极端环境温度的适应生物对低温的适应生物对高温的适应3、生物对周期性变温的适应4、物侯节律（生物钟）5、休眠1、温度因子的生态作用（1）温度与生物生长每一种酶的活性都有其最低温度、最适温度和最高温度，相应形成生物生长的“三基点”。高温：蛋白质凝固、酶系统失活；低温：引起细胞膜系统渗透性改变、脱水、蛋白质沉淀以及其他不可逆转的化学变化。一定温度范围内，生物生长速率与温度成正比。低温“春化”。温度与生物发育的最普遍规律——有效积温。K=N(T-T0)K—有效积温T—当地该时期的平均温度T0—该生物生长活动所需最低临界温度（生物零度）N—天数，d。（2）温度与生物发育2、生物对极端环境温度的适应（1）生物对低温的适应植物形态结构：油脂、鳞片、短小、匍匐状，厚皮生理适应：细胞内物质含量变化(糖类、脂肪)动物形态：贝格曼规律、阿仑规律、毛、皮结构、脂肪层生理：基础代谢和非颤抖性产热(褐色脂肪)，身体异温，水生哺乳动物的乳汁构成、热交换器等行为：迁徙、冬眠、冬睡、滞育、集群、活动位置（2）生物对高温的适应植物形态适应：叶片毛、鳞片、颜色、排列生理适应：细胞含水量(糖/盐浓度、代谢强度)动物形态适应：毛皮性质和颜色生理适应：体温过热行为适应：栖居地点、活动时间低温的限制作用——致死高温的限制作用——难以实现春化3、生物对周期性变温的适应温周期现象（植物生长与昼夜温度变化的关系密切）1、种子萌发期：大多数植物在变温下发芽较好。2、生长期：植物生长要求温度因子有规律的昼夜变化。3、变温对于植物体内物质的转移和积累具有良好的作用。白天温度高，光合作用强度大，夜间温度低，呼吸作用弱，物质消耗少，对植物有机质的积累有利。物候是指生物长期适应于一年中温度的节律性变化，形成的与此相适应的发育节律。如大多数植物春天发芽，夏季开花，秋天结实，冬季休眠。物侯节律即为生物与季节变温植物春花秋实动物休眠、换毛换羽、迁徙、回游、繁殖季节生物钟4、物侯节律休眠指生物的潜伏、蛰伏或不活动状态，是抵御不利环境的一种有效的生理机制。休眠对适应外界严酷环境有特殊意义。植物的休眠主要是种子的休眠。动物的休眠有冬眠和夏眠（夏蛰）种子的休眠现象和后熟现象是植物对不利条件的一种适应，采用增加种皮透性以及打破休眠的措施则可以促进一些植物种子的萌发，实验证明，低温和潮湿的环境可达到这种目的。林业中的“层积法”就是把采收的种子埋放到土或沙中贮存，等播种季节到来时再取出，播种。这是一种经常被采用的种子催芽的做法。5、休眠2009/7.常用湿润沙土将葡萄种子分层堆埋在室外进行低温处理，其作用是：A．促进种子休眠B．打破种子休眠C．提高种子生活力D．延长种子寿命(B)2009/5.冬储大白菜帮结冰后，烹饪前最恰当的处理方法是：A．直接炒或煮B．用热水使冰融化C．放在暖气旁使冰融化D．放在冷凉处使冰缓慢融化(D)2006/52．以下对生物节律的论断哪个是错误的?A．动植物都有生物节律B．在没有外界刺激的情况下，动植物的生物节律会维持C．生物节律是由生物体内在的生物钟控制的D．生物钟是无法调整的E．外界环境会影响生物钟的运转（D）2007/84．下面不属于内温动物对低温环境生理适应对策的是：A.阿伦规律B．逆热流交换机制C.产热D．局部异温性(A)2007/86．北美洲在过去的18000年中，云杉、白桦向北推移的原因是：A．潮湿气候的区域已经向南推移了B．飓风发生的频率增加了C．年平均温度升高了D．年均降水量增加了(C)2009/111．物种的地理变异是指广布种的形态、生理、行为和生态特征往往在不同地区和不同种群间显著差异。下面哪些项可作为地理变异经典例证?A．葛洛格规律(Gloger’s)B．阿利氏规律(Allee’s)C．贝格曼规律(Bergmann’s)D．阿伦规律(Allen’s)（ACD）(三)水因子的生态作用及生物的适应1、水的生态作用2、生物对水分的适应水是生物生存的重要条件水对动植物生长发育的影响水对动植物数量和分布的影响1、水的生态作用水是生物生存的重要条件水是任何生物体的重要组成部分水是生命活动的基础水对稳定环境温度有重要意义水是光合作用的原料水使生物保持一定的状态水对生物生长发育的影响水对植物生长发育的影响水分对植物生长有最低、最适和最高值3基点水对动物生长发育的影响水分不足时，引起动物的滞育和休眠许多动物的周期性繁殖与降水季节密切相关水对物种数量和分布的影响水分与动植物种类与数量的影响降水量最大的赤道热带雨林种的植物达52种/公顷，而降水量较少的大兴安岭红松林中，仅有植物10种/公顷对植被的分布的影响我国从东南到西北可分为3个等雨量区，因而植被类型也分为3个区：湿润森林区、干旱草原区和荒漠区2、生物对水分的适应（1）植物对水的适应（2）动物对水的适应（1）植物对水的适应陆生植物陆地植物的水平衡陆生植物的适应特征水生植物水体环境的特征水生植物的适应特征陆地植物的水平衡水分来源根系吸收茎叶吸收体内代谢水分去向蒸