02-能量环境-

1第2章能量环境2一、光的生态作用及生物对光的适应二、生物对温度的适应三、风对生物的作用四、火对生物的影响及管理31.地球上光的分布一、光的生态作用及生物对光的适应9%45%46%太阳辐射到地球能量分配=太阳的辐射能的1/20亿42.光质的生态作用和生物的适应光合有效辐射380~710nm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：促进蛋白质合成红光：促进糖合成青光、蓝紫光等短波抑制植物的伸长生长；青蓝紫光使植物向光性更敏感，促进色素形成。紫外线杀菌，损伤生物体，促进VD的合成长波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53.光照强度的生态作用和生物的适应光照强度的生态作用影响动物的生长发育：蛙卵在有光环境孵化和发育的快些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：苹果、梨等在强光照下含糖量高耐贮性强、色泽性好61）植物对光照强度的适应向光性、秋季落叶C4植物和C3植物C4光和能力强，因利用低CO2浓度能力强阳性植物、阴性植物生理差异形态差异：阴：叶子水平、单层阳：叶子多层72）动物对光照强度的适应适应强光下活动的动物多数鸟类、少数兽类适宜于晚上或弱光下活动的动物家鼠、刺猬、蝙蝠动物开始活动的时间美洲飞鼠在夜幕降临前开始活动84.生物对光周期的适应生物的昼夜节律生物的昼夜节律、月节律外源性周期（光、温度）和内源性周期（生物钟）生物的光周期现象植物的光周期现象：长日照、短日照、中日照和日中性植物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91）植物光周期长日照植物：萝卜、菠菜、小麦、凤仙花、牛蒡等。分布温带和寒温带。短日照植物：玉米、高粱、水稻、棉花、牵牛等。分布热带、亚热带，中纬度也有分布。中日照植物：甘蔗等少数热带植物。少数中热带植物。日中性植物：开花不受日照长度。蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄～102）动物的光周期长日照动物温带、高纬度鸟兽水貂、刺猬、田鼠、雉短日照动物秋季交配。羊、鹿、麝昆虫滞育：梨小食心虫幼虫在13-14h/d全部休眠换毛换羽和迁徙光周期11二、生物对温度的适应（一）地球上温度的分布（二）温度与动物类型（三）生物对温度的反应（四）生物对极端温度的适应（五）生物对周期性温度的适应（六）物种分布与环境温度12（一）地球上温度的分布空间分布与变化纬度升高1°，气温降低0.5℃沿海地区气温变化小，内陆地区变化大南坡气温较北坡高，海拔升高100m，气温降低0.6～1℃逆温现象：盆地等随着高度增加温度增加时间变化日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大1.地表大气温度的分布与变化132.土壤温度的分布与变化土壤表层温度比气候温度变化剧烈，随土壤深度加深变化幅度减少1m以下无昼夜变化、30m以下无季节变化随土壤深度加深，土壤最高温度和最低温度出现的时间较气温滞后，且与深度成正比温度变化的短周期变化出现土壤上层，长周期变化在较深的位置日变幅减少1/2，出现在12cm，年变幅1/2，229cm中纬度土壤温度的年变化较大、高纬度海拔与积雪有关14可长植物的沙漠地区在晴天时土壤与空气温度变化比较153.水体温度的分布与变化水温的时间变化：变化幅度较气温小海洋日变化≤4℃,-15m无昼夜，-140m无季节水温的成层现象中、高纬度淡水湖：上湖层、斜温层、下湖层低纬度地区：雨季破坏斜温层表水温变凉和干季斜温层表水温变温海洋：低纬度水域全年、中纬度水域夏季出现16温带深水湖水温垂直变化17（二）温度与动物类型常温动物内温动物变温动物外温动物异温动物：体温调节机制介乎变温动物和恒温动物之间。如刺猬，非冬眠期体温能维持相当恒定的状态，冬眠状态下，体温维持在环境温度之上约2℃，随环境的变化而变化。181.酶反应速率与体温阈温度系数Q10=t℃体温时代谢率/(t-10)℃时代谢率=2高温对生物的伤害高温的伤害：蛋白质(酶)变性、有机体脱水不同物种对高温的耐受性不同低温对生物的伤害冻害(freezeinjury)：低于-1℃细胞膜破裂酶失活冷害(chillinginjury)：0℃以上生理活动降低不同物种对低温的耐受性不同：热带丁香气温6.1℃叶子死亡，热带魟鱂水温10℃死亡，小叶蜂可在-30~-25℃下越冬192.温度和生长发育发育阈温度(生物学零度)总积温(有效积温)：K=N(T-C)K-完成某阶段发育总热量，日度N-发育历期，完成某阶段发育需要的天数T-环境平均温度C-发育域温度小麦1-1.6k日度、玉米2-3k日度椰子5k日度日度发育速率=1/N温度对速度温度对发育历期20有效积温的应用1.地中海果蝇26℃发育需20d，19.5℃需41.7d20(26-C)=41.7(19.5-C)，C=13.5,K=250日度2.小地老虎完成1个世代需K1=504.7日度，南京地区对该虫的年总积温统计为K=2220.9日度K/K1=2220.9/504.7=4.54代3.计算出某一地区各种害虫发生的世代4.计算出益虫的释放时间213.驯化和气候驯化春化(vernalization)：植物在发芽前需要一个寒冷期，由低温诱导开花。驯化(acclimation)和气候驯化(acclimatization)驯化(acclimation)：经过实验诱导生物对新环境的适应。气候驯化(acclimatiztion)：在自然界中因气候变化产生对新环境的适应。2.5℃34℃22（四）生物对极端温度的适应植物形态结构：油脂、鳞片、粗短弯、匍匐状，厚皮生理适应：细胞内水减少、糖类、脂肪、色素增加动物形态：贝格曼规律、阿仑规律、羽、毛的质量、脂肪层厚度、逆流热交换（鸟脚）生理：鱼类-同工酶调节代谢；小型兽类-非颤抖性产热(褐色脂肪)，身体不同部位异温、时间性异温。行为：迁徙、集群、活动位置1.生物对低温的适应23增加产热----对低温的代谢反应冷适应产热多的动物并非是适应好的动物北极狐、红狐热中性宽、下临界点点温度低几内亚飞狐热中性窄、下临界温度高242.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：细胞内水、代谢强度↓、蒸腾作用、糖/盐浓度↑动物形态适应：羽、毛皮性质和颜色变淡有光泽生理适应：体温有较大的波动幅度、特殊结构行为适应：栖居地点、活动时间-夜出穴居，夏眠25（五）生物对周期性变温的适应生物与昼夜变温昆虫的发育历期：加拿大黑蝗35℃完成发育5天，自然环境昼夜变温仅需3天植物的产量与品质：在变温中提高动物的活动规律：节律活动物侯-—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26（六）物种分布与环境温度生物群落分布与温度带低温的限制作用--致死长江流域马尾松分布上线1000~1200m柑橘不能在北方种植高温的限制作用苹果、梨、桃、小麦不能在南方种植，不开花长江流域华山松分布下线1000~1200m温度与其它生态因子的综合作用27三、风对生物的作用及防风林（一）风对生物生长及形态的影响对植物的影响强风能降低植物的生长高度当风速为10m·s-1时，树木的高生长量比风速为5m·s-1少1/2，比静风区少2/3形成畸形树冠：“旗形树”----迎客松强风使植物的树皮增厚、叶小而坚硬-减少蒸腾对鸟兽体表特征的影响多风开阔地的鸟兽：致密的外表，羽、毛较短，紧贴体表、有利于当风。丛林或风力小：疏松、长而柔软28（二）风是传播运输工具传播花粉和种子影响飞行动物类群的地理分布在海岛上，只有最会飞或不会飞的种类才能生存动物物种传播及运输的重要工具休眠期的原虫、迁飞的昆虫（粘虫）粘虫危害河北东北12传播化学信息羽化的蚊子能嗅到高于山谷30~50m地方吹来哺乳动物的气味，飞往吸血。29（三）风的破坏作用对植物机械破坏作用当风速17m·s-1，树枝、树干被折断使作物倒伏减产使植物蒸发量大于跟不吸水量，枯黄直至死亡动物被抛向天空（四）防风林削弱风力、降低风速从狂野吹来的具林缘100m降为68%，5m32%防风效果与植物群落的结构、紧密程度、高度、宽度、横断面积等有关，还与风速和风向有关。30防风林31四、火对于生物的影响及管理林冠火crownfire破坏性大，毁地面全部动、植物，恢复期长地面火surfacefire毁灭幼苗、抗火差植物，对抗火性强的树种有力32（一）火的生物作用有益作用：野火吹不尽、春风吹又生促进物质循环促进短叶松、五针松种子释放促进大多数松柏类幼苗生长有害作用破坏生态平衡、改变了群落组成改变土壤的结构和成分，降低保水能力破坏了家园33（二）防火管理开展生物工程防火，建立火灾阻隔体系耐火树种（桉树、白杨树）营造防火林河流、农田、公路、铁路开展计划烧除，加强可燃管理加强防火管理34蓝紫绿橙紅红外线400500600700波长nm↑相对吸收叶绿素α的吸收光谱35阴性植物与阳性植物对光照强度的适应36小时植物光合作用的昼夜变化37不同物种对高温的耐受性水生植物：30～40℃旱生植物：50～60℃兽类：42℃鸟类：46～48℃爬行类：45℃生活在温泉中的斑鳉;52℃38贝格曼规律(Bergmann’srule)内容：高纬度的恒温动物比低纬度的相似种类个体要大，如东北虎颅骨长331-345mm，大于华南虎颅骨长283-318mm。原因：一般认为，动物个体大则相同质量所对应的体表面积就小，对恒温动物来说在竞争中应付体表散热所损失的能量相对较少，在进化选择中是有利的。39阿仑规律(Allen’srule)内容：在寒冷地区生活的哺乳动物的四肢、耳、鼻、尾均有明显缩短的趋势。原因：寒冷地区对哺乳动物的主要生态问题是保持体温，躯体突出部分缩短可减少散热，对动物在环境中竞争显然是有利的。40脂肪层加厚、异温性41时间性异温内温动物（变温动物）：休眠---适应性低体温外温动物：冬眠(休眠、滞育)42体温波动幅度大、特殊结构43我国粘虫季节性远距离迁飞模式图44本章小结地球上光的分布：水陆分布、维度、海拔生物对光的适应性：1对光质的选择性适应，多数脊椎动物和人可见光，植物380~710nm尤其红光、蓝紫光；2对光照强度的适应，阴性、阳性植物，C4、C3植物，3生物随光照长度的日周期、年周期变化温度对生物的影响：1致死；2有效积温生物低温度适应：形态：植物的芽、叶片常有油脂类，树干粗短，树皮坚厚状；内温动物：贝格曼规律、阿伦规律。45生理：植物减少细胞中水分，增加糖类、脂肪和色素；内温动物主要增加体内产热量、逆流热交换、局部异温性行为：迁徒和集群。生物对高温的适应植物降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度，增加蒸腾作用避免植物体过热；动物适当放松恒温性，贮存热量，升高体温，等夜间再通过对流、传导和辐射等方式将热量释放出去。“夜出加穴居式的适应方式”。夏眠或夏季滞育、迁移，也是动物渡过干热季节的一种适应。46许多生物在昼夜变温环境中比在恒温环境中发育、生长、开花结实更好，产品质量也提高，对年周期变温也产生很好地适应。地球上生物群系的分布与主要温度带一致，一些物种的分布限与等温线之间有紧密的相互关系。低温能够成为致死温度，限制生物向高纬度和高海拔地区分布，而高温限制又使一些生物不能向热带地区分布。47本章主要概念1.概念与术语：外温动物、内温动物、异温动物、驯化、气候驯化、适应性低体温、发育阈温度或生物学零度春化黄化现象2.生物对光照会产生哪些适应？3.生物对极端的高温和低温会产生哪些适应?4物种的分布完全由温度决定吗？