物质环境.ppt

3物质环境MaterialEnvironment 3 1地球上水的存在形式及分布FormsanddistributionofwaterontheEarth3 2生物对水分的适应Adaptationoforganismstowater3 3大气组成及其生态作用Atmosphericcompositionanditsecologicalrole3 4土壤的理化性质及其对生物的影响Physicalandchemicalpropertiesofsoilandtheirinfluencesonorganisms 教学目的 了解地球水的存在形式及分布 理解生物对水分的适应 掌握陆生植物的类型及其适应特点 水生植物对水环境的适应 水生动物对高盐度或低盐度环境的适应 了解大气的组成及其生态作用 大气中氧气 二氧化碳浓度与生物的关系 土壤的理化性质及其对生物的影响 掌握土壤的生物学特性 教学重点与难点 1 陆地上水的分布及其变化规律 2 水生植物对水环境的适应 水生动物对高盐度或低盐度的适应 3 氧气和二氧化碳的生态作用 4 土壤的生物学特性 5 难点是湿生植物 中生植物 旱生植物 腐殖质 土壤质地 土壤结构 盐碱地植物 水平衡概念 学时数 2 3 3 1地球上水的存在形式及分布 水是生命物质的关键组成成分 Akeycomponentoforganicmatters水是生命活动的基础 Thebasisoflifeactivities水为水生生物提供资源和栖息地 Providingresourcesandhabitatsforaquaticorganisms水影响陆生生物的生长与分布Influencingthegrowthanddistributionofterrestrialorganisms Chemicalpropertiesofwater Wateristheuniversalinternalmediumofallorganisms comprisingmorethan90 oflivingmatter Theshapeofthewatermolecule withanHOHangleof105 resultsinthesidewiththehydrogenbeingpositivelycharged electropositive whereastheothersideisnegativelycharged electronegative Thisexplainsmanyofwater spropertiesrelativetophysicalandchemicalreactions Italsoexplainswhywaterisattractedtochargedions 3 1 1水的特性与存在形式PropertiesandFormsofWater 水分子具有极性polarity 水具有高热容量highthermalcapacity 水具有特殊的密度变化specialdensitychange 水具有相变phasechange 3 1 2陆地上水的分布 降水量precipitation纬度变化 0 20 湿润带 20 40 干燥带 40 60 湿润带 极地干燥带 降水量的空间分布 海陆分布坡向变化季节变化大气湿度我国降水量的地域分布 3 2生物对水分的适应 3 2 1植物与水Plantandwater3 2 1 1陆地植物的水平衡waterbalance3 2 1 2水生植物3 2 1 3植物生产力3 2 2动物对水的适应Adaptationofanimalstowater3 2 2 1水生动物3 2 2 2两栖类的水平衡3 2 2 3陆生动物 陆地植物的水平衡WaterBalanceofTerrestrialPlants Waterbalance 得水 根吸水absorption 失水 叶蒸腾evaporation 保持平衡陆地植物 湿生植物hygrophyte 中生植物mesad 旱生植物siccocolous适应性 多得水 少失水 形态结构 生理生态 行为调节 Changingleafarea a followingrainfallocotillo 墨西哥刺木 蔓仙人掌 plantsoftheSonoranDesertdevelopleavesandflower b duringdryperiodstheylosetheirleavesandblossoms 水生植物 渗透压调节 高渗 等渗 低渗盐胁迫适应 耐受 分泌排除 降低叶蒸腾 脯氨酸 缺氧适应 通气系统 开放型如荷 封闭型如金鱼藻 无蒸腾作用 出水通气根 mangrove红树林 植物生产力 和降雨量密切相关 TaxodiumdistichumBaldcypress cypress swampcypress沼泽柏 落羽杉 池柏 鱼类的水平衡 渗透调节 水分渗入与排出淡水硬骨鱼 高渗性hyperosmotic 排尿 肾 摄盐 鳃 海洋硬骨鱼 低渗性hypoosmotic 吞海水 泌盐 鳃 海洋软骨鱼 等渗性Isosmotic 尿素 血液 离子调节广盐性洄游鱼类 肾调节水 鳃调节盐 水生动物对水密度的适应 密度大 浮力大 体型庞大 四肢退化 鱼鳔深海高压 鱼类皮肤通透性大 骨骼和肌肉不发达 无鳔 肺呼吸动物的胸腔结构 避免 减压病 鱼对水中低氧的适应 水体溶解氧浓度 大气氧浓度低氧适应 血氧容量增加 厌氧代谢两栖类的水平衡 肾功能类似于鱼肾皮肤功能类似于鱼鳃 陆生动物水平衡 失水与得水动态平衡得水途径 饮水 进食 代谢水 吸水失水途径 蒸发 呼吸 排泄适应对策 增加得水 减少失水动物与湿度 行为 发育动物与雪被 dunecrest沙丘顶部groove凹槽 evaporativecooling蒸发冷却tapinto接近 mesquite豆科灌木burrow洞穴 saguaro 巨人柱 insulated绝热的 stomate气孔 3 3大气组成及其生态作用 大气层atmosphere 地表到1100km范围内空气海拔 300m 大气压 3 33kPa 大气组成 氮nitrogen 氧oxygen 二氧化碳carbondioxide等CO2 植物光合作用原料 生物氧化代谢产物O2 几乎所有生物生存所依赖的媒介 3 3 1氧与生物 氧与动物能量代谢 氧是陆生动物进化成恒温动物的保障 动物代谢率随环境氧分压而改变是一般规律内温动物对高海拔低氧的适应 限制因子加大呼吸深度 增加肺泡气体弥散能力 增加肌红蛋白数量 增加红细胞数量及血红蛋白浓度植物与氧 主要生产者 BiologicalRoleofOxygen Molecularoxygen O2 isessentialforcellularrespirationinallaerobic好氧organisms Itisusedaselectronacceptor电子接受体inthemitochondria线粒体togeneratechemicalenergyintheformofadenosinetriphosphate ATP三磷酸腺苷 duringoxidativephosphorylation氧化磷酸化 Duringthisreaction oxygenisreduced还原towater Conversely free游离oxygenisproducedinthebiospherethroughphotolysis光解作用 light drivenoxidationandsplitting ofwaterduringphotosynthesisincyanobacteria蓝细菌 greenalgaeandplants thusclosingthebiologicalwater oxygenredox氧化还原cycle 3 3 2二氧化碳的生态作用 大气中CO2与温室效应 greenhouseeffect 温室效应的积极意义CO2与植物 作物生长盛期和强光照下 CO2不足是光合作用的限制因素 BiologicalRoleofCarbonDioxide Carbondioxideisanendproductinorganismsthatobtainenergyfrombreakingdownsugars fatsandaminoacidswithoxygenaspartoftheirmetabolism inaprocessknownascellularrespiration Thisincludesallplants animals manyfungiandsomebacteria Inhigheranimals thecarbondioxidetravelsinthebloodfromthebody stissuestothelungswhereitisexhaled Inplantsusingphotosynthesis carbondioxideisabsorbedfromtheatmosphere 3 4 1土壤的物理性质与生物 土壤的生态学意义固 水 气三相复合系统土壤质地与结构 砂土 壤土 粘土 微团粒结构 团粒结构 比团粒更大的结构 直接影响生物 水气肥协同 影响土壤水 气 温土壤水分 过多过少均不利土壤空气 低氧 高二氧化碳土壤温度 Soil Soilcomprisingthepedosphere土壤圈ispositionedattheinterfaceofthelithosphere岩石圈andbiospherewiththeatmosphereandhydrosphere Soilisconsideredathreephasesystem consistingofsolid liquid andgas Thesolidphaseconsistsofmineralandorganicmatter includinglivingorganisms Theliquidphaseisknownasthe soilsolution andisthephasefromwhichplantstakeupnutrients Thegaseousphaseisimportantforsupplyingoxygentotherootsforrespiration Soil Soilformation orpedogenesis土壤发生 isthecombinedeffectofphysical chemical biological andanthropogenicprocessesonsoilparentmaterial母质层resultingintheformationofsoilhorizons土层 O Organichorizon有机质层 具有大量新鲜的或部分分解的有机物质 A Mineralsoilmixedwithsomeorganicmatter受气候 植被 耕作等自然和人为影响最强的最上部土层 称为淋溶层 B Depositionalhorizon某种形式受成土因子的影响而形成的独特层次 称淀积层 C Weatheredparentmaterial底土层 一般不受成土因子的影响 3 4 2土壤化学性质与生物 土壤酸度 植物养分有效性 动物区系土壤有机质 腐殖质humus 腐殖质是土壤微生物分解有机质时 重新合成的具有相对稳定性的多聚体化合物 主要是humicacid和fulvicacid土壤矿质元素 植物生长发育 动物生长分布 土壤的生物属性及生物对土壤的适应 土壤的生物特性 植物 动物 微生物 促进成土作用 改善土壤植物对土壤的适应 盐碱土植物halophyte Ahalophyteisaplantthatnaturallygrowswhereitisaffectedbysalinityintherootareaorbysaltspray suchasinsalinesemi deserts mangroveswamps marshesandsloughs andseashores沙生植物psammophyte 抗风蚀沙割 耐沙埋 抗日灼 耐干旱贫瘠注 湿地 一词是指被浅水或暂时性积水所覆盖的低地 一般包括 草本沼泽 mashes 灌丛沼泽 swamp 苔藓泥炭沼泽 bogs 湿草甸 wetmeadow 泡沼 potholes 浅水沼泽 sloughs 以及滨河泛滥地 bottomland 也包括生长挺水植物 emergentvegetation 的浅水湖泊或浅水水体 但河 溪 水库和深水湖泊等稳定水体不包括在内 因为这些水体不具有这种暂时性 对湿地土壤植被的发展几乎毫无作用 黑梭梭Haloxylonaphyllum shrubbypsammophyteandhalophyte growingonoldreed remnants 土壤水分和盐分对美洲斑潜蝇寄主选择性的影响 水分和盐分都会影响美洲斑潜蝇的寄主选择性 干旱 土壤过湿 低质量分数的NaCl胁迫都可能增加美洲斑潜蝇的寄主选择性水分胁迫 干旱或土壤过湿 和盐分胁迫不但会影响植物的含水量 而且会抑制蛋白质合成 促使植物蛋白质的降解及可溶性氮的增加 从而有利于昆虫的选择 同时它降低植物的光台作用 影响了植物的C N平衡 从而导致昆虫寄主选择性的增强 涝害还会使植物体内的不饱和肪酸下降 另外 这些胁迫可以促使植物细胞渗透势下降和膨压上升 王珂指出 细胞质渗透压较高时许多刺吸式害虫不能取食 水分的短缺也可能引起含N S的防御性化台物及萜类化台物的增加 土壤水分和盐分对美洲斑潜蝇寄主选择性的影响 盐分胁迫也会导致一些有毒氪基酸的积累 从而不利于昆虫的选择 高盐质量分数可以导致N同化受损 蛋白质代谢失调 二胺如腐胺 尸胺及多胺发生积累引 实际上 盐分对昆虫寄主选择性的影响还可能是由于Na或Cl一对植物生长的影响 如Cl盐可以增加甜菜的糖含量 而且在大多数情况下可使其氨基酸和甜菜碱降低 而使用Na肥也可以增加甜菜的含糖量 因此 土壤水分和盐分对美洲斑潜蝇寄主选择性的影响 是有刹因素和不利因素综合作用的结果 土壤缺水或过湿及低浓度盐分胁迫都可能有利于美洲斑潜蝇的为害 因此 在田间应适当控制浇水和