高中生物竞赛-生态学课件共177张PPT

关于生态学的学习推荐教材：《基础生态学》牛翠娟等主编《生态学——Theeconomyofnature》此外还可以参考孙濡泳老师的《动物生态学原理》关于生态学的学习两点建议：1、对于处于备考状态的高年级同学来说，课本的复习已经不再是当前学习的重点，现阶段主要通过题目练习，讲义串联知识点来丰富巩固知识。2、对于高一刚开始接触生物学竞赛的同学，个人建议选取一本好的教材阅读，多记笔记，多进行总结，既是对知识的梳理，也对之后的复习提供依据。什么是生态学关于生态学的定义不同生态学家有着不同的看法，在本课程的学习中，我们沿用生态学最初的定义——生态学作为一个学科名词，是由Haeckel在1866年首次提出的：生态学是研究生物体与周围环境相互关系。生态学的研究对象即关注内容（略）生物体：生态学最基本的单位。在生物界没有更小的生态学单位，诸如，器官、细胞或分子在环境中没有独立的生命。种群：生活在一起的同类生物体。种群具有潜在的无限增长能力，其数量得以时时维持是由于新个体的出生替代了死亡个体。种群还具有个体所没有的其他特征，诸如，地理分布界限、密度、大小和组成的变化。群落：生活在同一地域的许多不同种类的种群。群落中的种群以不同的方式相互作用。生态系统：生物体的集合与其物理和化学环境组成了生态系统，是大而复杂的生态学系统，包括成千上万生活在各种不同环境中的生物种类。生物圈：所有生态系统彼此联合成为生物圈，包括地球上全部环境和生物体。在生物圈外部的一切，就是入射到地球表面的太阳光和宇宙的黑冷。个体生态学生物与环境一、基础概念环境（environment）是指某一特定生物体或生物群体生活空间的外界自然条件的总和。环境的概念是相对的大环境（地区、地球、宇宙）、小环境，其中小环境更为重要生态因子（ecologicalfactor）在环境因子中对生物生活起直接作用或其生长发育所必需的因子。在生态学中，将有机体生活和发育不可缺少的生态因子（食物、热、氧气等对于动物，CO2和水对于植物）称为生存条件（ExistenseCondition）。特定群落的生态因子的总和（无机环境）称为生境（Habitat）。生态因子按不同的标准可进行不同的分类生态因子的作用特征：综合作用、主导因子、阶段性、直接与间接、不可替代与补偿性生态因子分类二、生态因子的分类属性非生物因子（AbioticFactor）：温度、光、水、PH、氧等理化因子。生物因子（BioticFactor）：同种和异种生物。性质气候因子（ClimaticFactor）：非生物因子。土地因子（EdaphicFactor）：既包含生物因子，又包含非生物因子。生物因子（BioticFactor）：生物因子。人为因子（AnthropogenicFactor）：生物因子。稳定因子：决定生物的栖居和分布。变动因子：周期性变动因子和无规律变动因子。分别影响分布和数量。稳定性是否种群数量有响应密度制约因子：作用强度与种群密度相关，如食物、天敌，可起到调节种群数量的作用非密度制约因子：强度与密度无关一、基础概念1、利比希最小因子定律（Liebig’slawofminimum）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。（该定律只在物质和能量的输入和输出处于平衡状态时，才能应用。且该定律未考虑生态因子的补偿性）2、限制因子定律（Lawoflimitingfactors）（Blackman，1905）任何生态因子，当接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因素称为限制因子。3、耐受性定律（lawoftolerance）（Shelford，1913）任何一个生态因子在数量上或质量上的不足或过多，即当其接近或达到某种生物的耐受限度时会使该种生物衰退或不能生存。一、基础概念关于耐受性定理的进一步阐释：◦生物的耐受范围因发育时期、季节、环境条件（生态因子）的不同而变化。繁殖期，幼体耐受范围低。◦不同生物对同一生态因子耐受幅不同。耐受性很宽的生物分布一般较广。◦当某一生态因子不是处在最适量时，生物对其它因子的耐受范围可能随之缩小（例子见下张）◦生物的实际耐受范围（生态耐受）几乎都比潜在的范围（生理耐受）狭窄。这可能是因为：在不利条件影响下，提高了对基础代谢生理调节的代价；生态环境中的辅助因子降低了代谢强度的上限或下限水平。◦生物的耐受范围一般都有其低限、高限和最适点。但是，对于某一生态因子，在自然界生物常不在最适范围内的地方生活，而在不很适宜的地方生活，这可能是因为其它生态因子起着决定作用（例如竞争、捕食等）。一、基础概念根据耐受性定律，生态学家发展出了生态幅的定义：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。在最低点和最高点之间的范围即为生态幅。生态幅在生物不同时期是有变化的，一般而言繁殖期时的生态幅是最窄的。因此繁殖期往往为生物生存的临界期。生态幅由遗传决定，但可由驯化和生物自身调节（内稳态）来扩生态幅。一、基础概念生态幅的“广”与“狭”生态幅的适应二、生物对生态因子的适应适应的三种形式形态结构（发育反应（不可逆））生理（结构上的（不可逆）与驯化）行为适应（最为复杂多样迷人（迁移、贮存、休眠））火炬松蝗虫生物与光光对生物的影响主要体现在三个方面：光质、光强与光照周期（一）光质的变化1.空间：高纬度，短波光少；高海拔，短波光多，紫外线影响植物的生长和分布。2.时间：季节，夏天短波光多，冬天短波光少。日，中午短波光多，早晚长波光多。3.地貌：陆地，主要被植物的叶子吸收和反射。水体，水体吸收和散射作用强，大部分红外线被吸收，红光在4m深的地方强度只有1%。紫蓝光散射（水色），绿光深入水中。生物与光（二）、光强度变化太阳常数为1.94卡/厘米2/分钟(Cal/cm2/m)◦1.空间：高纬度，低强度；低纬度荒漠年平均光强200KCal/cm2，北极为120KCal/cm2。高海拔，高强度；海拔1000米，入射光能的70％，海平面为50％。坡向：南坡、平地和北坡强度越来越低。与坡度有关，不同纬度的最强光照的坡度不同。◦2.时间：季节，夏天高强度；冬天强度低日，中午强度最高；早晚强度较低◦3.生态系统：上层，强度大；下层，强度低。（植物和水体都分层。清澈静止的水体15米深处，50％衰减。根据光照强度将水体分为：光亮带（euphoticzone）：光合作用大于等于代谢能。弱光带（dysphoticzone）：光合作用小于代谢能。无光带（aphoticzone）：无光合作用）生物与光（三）、光照周期(Photoperiod)◦北半球：夏至最长，冬至最短。◦南半球：相反◦赤道：昼夜平分◦两极：半年白天，半年黑夜。生物与光（光质）1.植物：主要体现在光合作用的适应上陆生植物主要吸收红光和蓝光，高山紫外抑制茎的伸长；海水表层绿色植物也吸收红光和蓝光；海水深层红藻、紫菜等有效利用绿光。2、动物：灵长类、鸟类、鱼类、节肢动物等都有很发达的色觉。不同发育阶段对光质反应不同，如红光促进鸡的繁殖，抑制啄肛，短波光（蓝光）有助于生长。紫外光杀菌、促进VD的合成。长波光是地球主要热量来源，对外温动物代谢活动影响较大鱼类对绿、蓝、红光比较敏感。生物与光（光强）形态方面：植物：向性生长、黄化现象。动物：视觉器官的生长。弱光环境下动物视觉器官退化（光强与视细胞？）生理方面：植物：光强与光合作用（光饱和点、光补偿点见下页）动物：猫科动物瞳孔的调节。行为方面：光照强度决定动物开始活动的时间。根据动物的活动时间将动物分为：昼行性动物：多数鸟类、灵长类、有蹄类等；夜行性动物：夜猴、蝙蝠、家鼠等。鳖属夜行性，光照强度（10-3000lux）越低，摄食量越大，生长越快。大麻哈鱼、鲽类等必须有一定的光照强度才能摄食。多数鸟类在光亮时活动，但光照过强时也抑制其活动。生物与光（光强）1.陆生植物（1）不同种类：阳地植物：光补偿点较高，光饱和点一般也较高，可利用强光，如杨、柳、桦等。阴地植物：光饱和点较低，光补偿点一般较低，可有效利用弱光，如云杉、人参、三七等。（2）不同时期：苗期和生育后期光饱和点较低，生长旺期光饱和点较高。（3）群体比单体更有效利用光。2.水生植物只能生活在水体的透光带（1--数百米）。特征阳地植物叶阴地植物叶形态特征枝叶叶片角质层气孔栅栏组织稀疏较小发达较多发达茂盛较大、薄不发达较少不发达生理特征细胞汁液浓度蒸腾作用CO2补偿点的光强度光合作用的光饱和点RUPP羧化酶可溶性蛋白（=酶）++++高高+++++++低低++生物与光（光周期）◦光周期主要影响、决定生物的节律行为（昼夜节律与光周期现象）即使有些节律行为（昼夜节律最为典型）是内源性的（生物钟），但光周期也可作为定时因素将生物内源的拟昼夜节律与外部环境变化相统一。◦生物的光周期现象指对日照长短的规律性变化的反应，这种现象在动植物中都很普遍，光周期作为一种引发要素引起了生物的一系列反应为什么是光？因为光变化最稳定，最规律生物与光（光周期）1.植物：光周期影响植物的生长发育和繁殖根据其开花与光照周期的关系，将植物分为：长日照植物：日照时间超过一定数值（因种而异）才能开花。如冬小麦、油菜、萝卜。短日照植物：日照时间少于一定数值（因种而异）才能开花。如玉米、大豆、烟草、棉、麻等。日中性植物：光照时间与开花无关。如黄瓜、番茄、蒲公英等。中日性植物：昼夜长度接近相等时才开花。仅少数热带植物（时令花卉的培育采用的技术之一就是人工限光、补光）生物与光（光周期）动物：光周期对动物的影响表现在以下几个方面：（1）决定动物的迁徙、迁移或洄游的时间；（2）影响鸟兽换羽、毛（短光照、限食、限水）；（3）影响动物的生殖时间（通过下丘脑影响激素水平）。长日照动物：春季繁殖（田鼠，刺猬等）短日照动物：冬季交配，但由于孕期长，实际为春夏繁殖（羊，鹿等）（4）影响动物的冬眠和滞育（常与温度有关）。生物与光例题：15.（2011全国卷72）下列有关生物对光有多种适应方式的说法中，正确的是：（2分）A．海洋潮间带绿藻、褐藻、红藻等不同藻类的分布反映了其对光照强度的适应B．昼行性动物与夜行性动物的不同反映了动物对光周期的适应C．昆虫滞育通常是由光周期决定的D．鸟类换羽是由日照长度的变化诱导的生物与温度一、温度分布的主要决定因素地球上的温度取决于该地区的太阳辐射（与其地区有关）和地貌。太阳辐射：赤道辐射强度最大，温度最高。高纬度地区，太阳入射的角度较大，单位辐射面积较大，太阳光穿透大气层的厚度较大，单位面积辐射强度小，温度低。两极地区的太阳辐射仅为赤道的40％，温度最低。高海拔地区，太阳辐射较强，但由于风的作用，热散失快，所以温度较低。生物与温度2.地貌：陆地吸热和散热均较快，温度变化大（年、昼夜）海洋吸热和散热均较慢，温度变化小（年、昼夜）地貌在其他方面也会影响温度。秦岭、南陵作为不同生物带的分界线。封闭谷底与盆地常形成逆温（下冷上热）现象（夜晚冷气团下沉造成。在温带地区，水体温度往往成层，且四季有差异。这对于湖泊生态系统的生产力变化有重大影响。◦（以淡水为例，夏季分层，上层热，下层冷，中层变化大；秋季环流，冬季上层0℃，下层4℃；秋季风力环流。）生物与温度温度影响生物发育：有效积温法则（1）概念：植物和某些变温动物完成某一发育阶段所需总热量（有效积温）是一个常数。①K=N*T(式中K为有效积温，N为发育时间，T为平均温度)②生物都有一个发育的起点温度（发育阈温度或生物学零度C），所以，应对平均温度进行修饰。上式变为：K=N*(T-C)或T=C+K/N,温度T与发育时间N呈双曲线关系，由于发育速度V=1/N,所以，T=C+KV，温度与发育速度呈线性关系生物与温度（2）有效积温法则的应用：①预测生物发生的时代数；②预测生物地理分布的北界，全年有效积温大于K；③预测害虫来年发生程度④推算生物的年发生历；⑤据此制定农业气候规划，合理安排作物，预报农时。（1）局限性：①有效积温和发育起点温度是在恒温下测得的，变温下昆虫发育较快。②温度和发育速度的关系为S型，而非直线型