温度与生物PPT课件.ppt

温度与生物关系 温度特点温度与生物生存 温度三基点 生物对极端温度的适应温度与生物生长 发育 积温变温与生物关系温度与生物分布温度的全球问题 温室效应 1 Homeothermpoikilotherm恒温动物 变温动物EctothermEndotherm外温动物 内温动物Developmentalthresholdtemperature生物学零度Temperaturecoefficient Q10 温度系数Q10Growth develop reproductionAcclimation acclimatizationVernalization春化Bergman srule animalstendtobelargerincolderareasthanwarmclimatetoreduceareavolumeratioAllen srule Endothermicanimalsfromcoldclimatestendtohaveshorterextremities earsandlegs comparedwithanimalsfromwarmerclimate 2 结束 3 温度特点 温度单位 在群落分类中也与 热量 相连系 温度与辐射有关 但不全等 如冬至夏至 地温泉 温度 气温 土温 水温 气温增高主要是由于地表向上空辐射热能 同时向土壤深处传递或吸收热能 所以都滞后于辐射 黑龙江约3米以下为常年冻土或永冻层 温度昼夜 季节的变化幅度和介质特性有关 空气热得快冷得快 热容量 空气0 0013水1 水慢 土壤中含水 所以也慢 纬度每提高1度 平均111公里 温度下降0 5 0 9度 还要受地形影响海拔每提高100米 温度下降约0 65度 而窄深的沟谷 则相反有逆温温室效应greenhouseeffect温度因子 温度三基点 积温 变温 节律 非节律 更多的温度分布知识 大气层温度分布 辐射平衡 热量平衡 4 温度三基点 5 生物 植物 生存的温度适应表现1 继续 植物适应低温 形态方面 北极和高山植物的芽和叶片常受到油脂类物质的保护 芽具鳞片 植物体表面生有蜡粉和密毛 植物矮小并常成匍匐状 垫状或莲座状等 这种形态有利于保持较高的温度 减轻严寒的影响 在生理方面 以减少细胞中水分和增加细胞中的糖类 脂肪和色素等物质来降低植物的冰点 增加抗寒能力 例如 鹿蹄草 Am d 就是通过在叶细胞中大量贮存五碳糖 粘液等物质来降低冰点的 这可使其结冰温度下降到 3l 6 生物生存温度下生物与温度关系 生存温度 生长温度因子 发育温度因子 繁殖温度因子生长温度因子 在非致死温度范围内 温度对外温动物的影响主要是影响发育和生长的速度 发育速度对体温关系存在一个范围的直线相关 代谢速度随温度增加能够用温度系数 temperaturecoefficient Q10 描述 公式如下 Q10 T 体温时的代谢率 T 10 体温时的代谢率这个系数的值表明温度升高10 引起反应速度的增加 通常大约是2 0温度能起信号刺激物作用 决定有机体是否开始发育 春化法 诱导开花 锻炼 有机体在实验室里暴露到较高 或较低 的温度能够改变有机体的温度反应 驯化 有机体对实验环境条件变化产生的适应性反应称为 acclimation 有机体对自然环境条件变化产生的生理适应性反应称为气候驯化 acclimatisation 7 生物发育与温度 温度因子中 生物发育与积温有关 积温 accumulatedtemperature 或physiologicaltemperature是将温度和时间相结合的一个测量 应用于外温动物 它反应了这些有机体的生长和发育依赖于环境温度及时间 K n t c K积温 n天数 t平均气温 c生物系零度thresholdtemperature积温在农业生产中有着很重要的意义 全年的农作物茬口必须根据当地的平均温度和每一作物所需的总有效积温进行安排 否则 农业生产将是十分盲目的 一种可能是土地不能得到充分利用 另一种可能是作物尚未成熟而低温已经降临 导致作物减产 甚至可能颗粒无收 在植物保护 防治病虫害中 也是根据当地的平均温度以及某害虫的有效总积温进行预测预报的 8 9 10 阿伦规律 英 贝格曼 Bergman 规律 恒温动物其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大 因为个体大的动物 其单位体重散热量相对较少 Bergman srule animalstendtobelargerincolderareasthanwarmclimatetoreduceareavolumeratio阿伦 Allen 规律 动物身体的突出部分如四肢 尾巴和外耳等在低温环境中有变小变短的趋势 例如北极狐的外耳明显短于温带的赤狐 赤狐的外耳又明显短于热带的大耳狐 Allen srule Endothermicanimalsfromcoldclimatestendtohaveshorterextremities earsandlegs comparedwithanimalsfromwarmerclimate 11 其他的一些内容 12 13 生物生存与温度 温度三基点 极端温度extremetemperature 例 数据 极端高温 极端低温对生物的危害高温可能导致酶失活或代谢组分不平衡 例如植物的呼吸作用快于光合作用而导致死亡 然而高温对外温动物最普遍的影响是引起脱水 所有陆生外温动物必须保持水 但在高温下失水率能够成为致死因子 不同物种对低温的耐受性有很大的差异 这与结冰 寒冷和坚硬的过程有关 致死温度lethaltemperature 临界温度emperaturethresholds温度低于 l 时很多物种被冻死 这是由于细胞内冰晶形成的损伤效应 那些生活在整个冰冻冬天的种 经常是处于一种有抵抗力的休眠时期 这是它们生命周期中的一个阶段 生物靠生理学和行为学机理调节体热 外温性动物相对内温性动物体温明显地随环境条件而改变 生物生存的温度适应表现 14 生物 植物 生存的温度适应表现1 继续 植物适应低温 形态方面 北极和高山植物的芽和叶片常受到油脂类物质的保护 芽具鳞片 植物体表面生有蜡粉和密毛 植物矮小并常成匍匐状 垫状或莲座状等 这种形态有利于保持较高的温度 减轻严寒的影响 在生理方面 以减少细胞中水分和增加细胞中的糖类 脂肪和色素等物质来降低植物的冰点 增加抗寒能力 例如 鹿蹄草 Am d 就是通过在叶细胞中大量贮存五碳糖 粘液等物质来降低冰点的 这可使其结冰温度下降到 3l 15 植物适应高温 形态 有些植物生有密绒毛和鳞片 能过滤一部分阳光 有些植物体呈白色 银白色 叶片革质发亮 能反射一大部分阳光 使植物体免受热伤害 有些植物叶片垂直排列使叶缘向光或在高温条件下叶片折叠 减少光的吸收面积 还有些植物的树干和根茎生有很厚的木栓层 具有绝热和保护作用 生理 植物对高温的生理适应主要是降低细胞含水量 增加糖或盐的浓度 这有利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力 其次是靠旺盛的蒸腾作用避免使植物体因过热受害 还有一些植物具有反射红外线的能力 夏季反射的红外线比冬季多 这也是避免使植物体受到高温伤害的一种适应 16 生物 动物 适应温度特征1 继续 生物一种划分是恒温动物和变温动物 当环境温度升高时 恒温动物保持着大致恒定的体温 而变温动物的体温随环境温度而改变 这种分类的一个问题是 即使是典型的恒温动物也经历了降低体温的时期 另一种划分 爬行动物和原生生物等有机体都属外温动物 它们很大程度地依赖于外来热采提高自己的体温 内温动物是能够在体内产热以升高体温的有机体 鸟和哺乳动物属于这一类 热中性区 thermoneutralzone 是环境的温度范围 在这个温度范围内 内温动物仅使用一个最小的代谢率以维持恒定的体温 环境温度离热中性区越远 内温动物维持恒定体温消耗的能量越多 生物靠生理学和行为学机理调节体热 外温性动物相对内温性动物体温明显地随环境条件而改变 17 生物 动物 适应温度特征2 继续 动物 低温适应 贝格曼 Bergman 规律 恒温动物其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大 因为个体大的动物 其单位体重散热量相对较少 阿伦 Allen 规律 动物身体的突出部分如四肢 尾巴和外耳等在低温环境中有变小变短的趋势 例如北极狐的外耳明显短于温带的赤狐 赤狐的外耳又明显短于热带的大耳狐 动物则靠增加体内产热量采增强御寒能力和保持恒定的体温 但寒带动物由于有隔热性能良好的毛皮 往往能使其在少增加 雷鸟 红狐 甚至不增加 北极狐 代谢产热的情况下 就能保持恒定的体温恒温动物的另一形态适应是在寒冷地区和寒冷季节增加毛或羽毛的数量和质量或增加皮下脂肪的厚度 从而提高身体的隔热性能 动物对低温环境的适应主要表现在热中性区宽 下临界点温度低和在下临界点温度以下的曲线斜率小等几个方面 18 阿伦规律 英 贝格曼 Bergman 规律 恒温动物其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大 因为个体大的动物 其单位体重散热量相对较少 Bergman srule animalstendtobelargerincolderareasthanwarmclimatetoreduceareavolumeratio阿伦 Allen 规律 动物身体的突出部分如四肢 尾巴和外耳等在低温环境中有变小变短的趋势 例如北极狐的外耳明显短于温带的赤狐 赤狐的外耳又明显短于热带的大耳狐 Allen srule Endothermicanimalsfromcoldclimatestendtohaveshorterextremities earsandlegs comparedwithanimalsfromwarmerclimate 19 生物 动物 适应温度特征3 对高温环境的适应夏休眠 适当放松恒温性 使体温有较大的变幅 这样在高温炎热的时刻身体就能暂时吸收和贮存大量的热并使体温升高 尔后在环境条件改善时或躲到阴凉处时再把体内的热量释放出去 体温也会随之下降 沙漠中的啮齿动物对高温环境常常采取行为上的适应对策 即夏眠 穴居和白天躲人洞内夜晚出来活动 有些黄鼠不仅在冬季进行冬眠 还要在炎热干旱的夏季进行夏眠 昼伏夜出 躲避高温 夜晚温度低 可大大减少蒸发散热失水 特别是在地下巢穴中 这就是所谓夜出加穴居的适应对策 20 生物生存温度下生物与温度关系 生存温度 生长温度因子 发育温度因子 繁殖温度因子生长温度因子 在非致死温度范围内 温度对外温动物的影响主要是影响发育和生长的速度 发育速度对体温关系存在一个范围的直线相关 代谢速度随温度增加能够用温度系数 temperaturecoefficient Q10 描述 公式如下 Q10 T 体温时的代谢率 T 10 体温时的代谢率这个系数的值表明温度升高10 引起反应速度的增加 通常大约是2 0温度能起信号刺激物作用 决定有机体是否开始发育 春化法 诱导开花 锻炼 有机体在实验室里暴露到较高 或较低 的温度能够改变有机体的温度反应 驯化 有机体对实验环境条件变化产生的适应性反应称为 acclimation 有机体对自然环境条件变化产生的生理适应性反应称为气候驯化 acclimatisation 21 生物发育与温度 温度因子中 生物发育与积温有关 积温 accumulatedtemperature 或physiologicaltemperature是将温度和时间相结合的一个测量 应用于外温动物 它反应了这些有机体的生长和发育依赖于环境温度及时间 K n t c K积温 n天数 t平均气温 c生物系零度thresholdtemperature积温在农业生产中有着很重要的意义 全年的农作物茬口必须根据当地的平均温度和每一作物所需的总有效积温进行安排 否则 农业生产将是十分盲目的 一种可能是土地不能得到充分利用 另一种可能是作物尚未成熟而低温已经降临 导致作物减产 甚至可能颗粒无收 在植物保护 防治病虫害中 也是根据当地的平均温度以及某害虫的有效总积温进行预测预报的 22 温度波动 变温 与生物 继续 节律变温与非节律变温植物生长植物生长需要变化的环境 但对不规则变化因猝不及防易遭灾 节律变温包括温周期 昼夜节律变温 和季节节律变温温周期 温度昼夜变化的时间节律 温周期现象 植物对温度昼夜变化节律的反应称为温周期现象 昼夜温差比较大 对植物的生长和产品质量均有良好的影响 例如西藏的东部和南部林区的生物生产力与沿海同纬度 同海拔高度相比要高得多 在察隅地区云南松每公顷蓄积量达1 000立方米 波密附近山谷中 云杉林蓄积量最高可达2000立方米 且病腐率较低 美国 火炬松的育苗在昼夜温度不同的组合下 其中昼夜温差最大的一组生长最好 恒温的生长最差 表 23 温周期现象例 表 24 物候 物候 有季节变化的地区 植物适应这种节律性的变化而形成与此相应的植物发育节律 称为物候 物候相 物候谱 等物候线物候规律 美国森林昆虫学家霍普金斯 A D Hopkins 从19世纪末叶从大量的植物的物候材料中答出如下的结论 在其他因素相同的条件下 北美洲温带内 每向北移动纬度动纬1度 向东移动经度5度 或向上400英尺 植物的阶段发育在春天和初夏将各延期4天 在秋天则恰相反 即向北一度 向东5度 向上400英尺 都要提早4天 这就是霍普金斯物候定律 但应用到其它地方就必须进行修正 物候意义 气象 植物学 农业 植保 采药 非节律有害变温 例 冻害 寒害 冻拔 生理干旱 霜雹淞害 冻裂 根颈灼伤 皮烧 25 温室效应1 继续 目前对全球变暖的理论解释是所谓的 温室效应 假说 即大气中对长波辐射有屏蔽作用的温室气体浓度增加使较多的辐射能被截留在地球表层而导致温度上升 最重要的温室气体包括二氧化碳 甲烷 C11 氧化氮 N20 和碳氟氯烷 CFC 等 其中C02的作用约占全部温室气体作用的50 以上 1PCC 1996a b 由于CO2其他温室气体的升高是由于化石能燃烧 植被破坏和农田扩展所致 因而土地利用和土地覆盖变迁也成为全球变化研究的重要内容 全球变暖最直接的物理作用是使得极地和高山冰川融化从而引起海平面上升 一些沿海城市和生态系统会随之消失 气候变化会使一些生物物种的生长 繁殖以及区域分布受到影响从而加剧物种消亡 许多生态系统的结构和功能亦不可避免地受到不同程度的影响 26 温室效应2 CO2来源 石化燃烧 生物呼吸 死地被物分解 火山喷发减缓全球变化机制 技术清洁能源高效利用植树造林控制减排 京都会议 管理法律教育 27 全球变化 人类的生态环境包括地圈 生物圈 水圈和大气圈 能量和物质在各圈内部及其之间的流通与交换赋予整个环境系统某些反馈和调节的特征 并维系着系统的平衡与稳定 以大气组分而言 除非巨大的地质变化 大气中各主要气体及微量气体之间的比例基本保持常量 一般认为 工业革命之前生物圈尚未受到全球范围的巨大干扰 其初级生产力和呼吸处于平衡及稳定状态 Meyer 1996 英国科学家LLLoveloek 1996 认为地球系统具有一种能力 即当受到干扰后能通过自我调节恢复到稳态 这就是通常所描述的自调节稳态homeostasis 当人为的或自然的干扰在强度 范围和持续时间上超过某一阈值 便可能影响甚至破坏这种稳态 造成全球范围的环境变化 大气中二氧化碳 C02 浓度的持续上升便是由于人类社会大量消耗化石能燃烧 破坏植被致使大量C02释放到大气中的结果 后果 温室效应 与之有关 迄今为止的全球变化研究是以气候变化为核心展开的 28 温度与生物分布1 继续 我国根据积温 日温 10 的持续期日平均温度总和 和低温为主要指标 共分为六个热量带 高原和高山除外 热量带的形成赤道带 位于北纬10 以南中国海岛屿地区 积温大致在9000 左右 平均气温 超过26 年雨量超过1 000毫米 岛上生长的重要热带植物有椰子 木瓜 羊角蕉及波罗蜜等 热带 积温 8 000 最冷候气温不低于15 或最冷月不低于16 如雷州半岛 湛江和以南地区属之 低地植被主要是热带雨林 主要林木为樟科 番荔枝科飞龙脑香科 使君子科飞楝科七桃金娘科