能量环境(2).ppt

2能量环境EnergyEnvironment 2 1光的生态作用及生物对光的适应2 1 1地球上光的分布Distributionoflight2 1 2光质lightquality的生态作用及生物的适应2 1 3光照强度intensityofillumination的生态作用及生物的适应2 1 4生物对光照周期photoperiod的适应 2能量环境EnergyEnvironment 2 2生物对温度的适应adaptiontotemperature2 2 1地球上温度的分布2 2 2温度与动物类型2 2 3生物对温度的反应2 2 4生物对极端环境温度extremeenvironmenttemperature的适应2 2 5生物对周期性变温periodicaltemperaturevariation的适应2 2 6物种分布speciesdistribution与环境温度 2能量环境EnergyEnvironment 2 3风对生物的作用及防风林2 3 1风对生物生长及形态的影响Influencesofwindonthegrowthandformoforganisms2 3 2风是传播运输工具Windasatransporter2 3 3风的破坏作用2 3 4防风林2 4火作为生态因子对生物的影响及管理Fireasanecologicalfactor itsinfluencesonorganismsandmanagement2 4 1火对生物的作用2 4 2防火管理 教学目的 了解地球上光的分布 生物对光质的选择性适应及对光照强度 光周期的适应 了解温度的分布 掌握生物对温度的适应 了解风和火对生物的作用及生物的适应 教学重点与难点 1 掌握生物对光照产生的适应 2 生物对极端高温 低温的适应 3 地球上温度分布规律 光质 光照强度与光周期的生态作用及生物的适应 4 难点是外温动物 内温动物 气候驯化 春化 生物学零度 黄化现象的概念 学时数 2 3 2 1 1地球上光的分布 太阳辐射光谱1紫外线 波长760nm 46 Blackbody 黑体 能吸收全部入射辐射的理论上的理想物体 光的空间分布SpatialDistributionofLight 1纬度分布 低纬度短波光多 纬度 长波光 夏季日照长度随纬度 而 冬季相反 纬度 光照强度 中纬度地区的总辐射量 2海拔分布 海拔 短波光 海拔 光照强度 3坡向分布 光照强度 北纬30 南坡 平地 北坡 光的空间分布 4水深分布 同光质的光对水的穿透能力不同 在可见光的连续光谱中 其波长由大到小依次为 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫 其频率则是由小到大 穿透能力亦由小到大 也就是说 在红光 黄光和绿光三者中 绿光的穿透力最大 黄光次之 红光最弱 通常 波长较长的红 橙 黄光很容易被海水吸收 在几米深处就可被吸收掉 只有波长较短的绿 蓝光等才能透入海水较深处 藻类的颜色是其在自然光照射下所呈现的颜色 它主要决定于对光的选择性吸收和反射上 通常 绿藻含叶绿素较多 亦含叶黄素和胡萝卜素 对绿光只能进行少量吸收 并以漫反射形式反射出去 故呈绿色 褐藻除含叶绿素外 含有类胡萝卜素 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 大多数红藻虽含叶绿素 藻蓝素等 但一般以藻红素的含量占优势 对红光只能少量吸收 使藻体通常呈红色 不同纬度处的日照长度 各种波长的光穿过蒸馏水时的强度变化 光的时间分布TemporalDistributionofLight 1季节分布 夏季短波光多 冬季长波光多 夏至昼最长 冬至昼最短 夏季光照强度最大 冬季最弱 2昼夜分布 早晚长波光多 中午短波光多 中午光照强度最大 早晚最弱 2 2 1光质的生态作用及生物的适应 动物对光质的适应 人和脊椎动物 可见光波太阳鱼 500 530nm 有利于在透明水体中觅食昆虫 短光波 黑光灯诱杀紫外线 杀菌 致癌 VD合成 昆虫新陈代谢红外线 热源 外温动物 叶片颜色对潜叶昆虫的影响 叶色主要由叶绿素和有色色素等所决定 对潜叶昆虫的影响可能因昆虫种类而异 斑潜蝇具有趋向黄色 避开蓝色 51 的习性 因此多在叶色黄绿的植株上取食和产卵 寄主植物叶色在美洲斑潜蝇寄主选择中起着重要的作用 52 叶色越浓绿 对美洲斑潜蝇的吸引越大 16 对于三叶草斑潜蝇 绿叶型的蓖麻是高感品种 而紫叶型的蓖麻则是抗性品种 53 黄色不透明或半透明的粘板则对南美斑潜蝇的诱杀效果最好 54 叶片颜色对潜叶昆虫的影响 但是 叶色对潜叶蛾的作用较为复杂 例如 红色粘板诱到的山楂潜叶蛾要多于其它颜色的粘板 14 这可能与苹果属植物叶片多含有色色素有关 然而 粘板对斑幕潜叶蛾 Phyllonorycterblancardella 成虫的引诱效果不明显 并且斑幕潜叶蛾对粘板的颜色并无偏好性 55 寄主植物的叶片色调也对柑橘潜叶蛾的产卵没有影响 25 56 2 1 2光质的生态作用及生物的适应 生物对光质的适应 光合色素差异陆生植物和绿藻 叶绿素b 红光 糖合成 蓝紫光 蛋白合成 绿光 类胡萝卜素光合细菌 细菌叶绿素 800 980nm波长红藻 藻红蛋白 藻蓝蛋白褐藻和硅藻 叶黄素植物形态形成 向光性 高山植物 花青素 茎粗短 叶缩小 多绒毛 对紫外线的适应 太阳灶类 植物 北极植物生活型中最为人熟知的要算 太阳灶类 植物 这一植物生活型的代表植物种类为罂粟科山罂粟 Papaverradicatum 和蔷薇科全叶仙女木 Dryasintegrifolia Kevan 1975 的研究指出 山罂粟和全叶仙女木的花瓣具有类似于凸透镜的聚光作用 可以将太阳辐射热能集中于花瓣中部的繁殖器官上 更加奇特的是由于上述两种植物的生长繁殖期与北极的极昼期吻合 山罂粟和全叶仙女木的茎会随着太阳入射方向的变化而转动 以保证其繁殖器官能够获得最大的热能 除了起到对于繁殖器官的加温作用以外 根据作者的观察 太阳灶植物还可能利用这种获取热能的方式来吸引其传粉者 而将产生花蜜或香味等所需的能量降到最低 来源source 杨扬等 高山和极地植物功能生态学研究进展 2 1 3光照强度的生态作用及生物的适应 2 1 3 1光照强度对生物的生长 发育和形态建成的作用eg 卵发育 蛙 昆虫等 体色 蛱蝶 叶绿素形成 果实发育 好吃好看 2 1 3 2植物对光照强度的适应性eg 叶子的每日运动和秋季脱落 无边落木萧萧下 2 1 3 3动物对光照强度的适应性 光照强度的生态作用 黄化现象Etiolationphenomenon Etiolationisaplantresponsetostimuli Whenplantseedsaregrownininsufficientlight eitherinpartialorcompleteabsenceoflight theseedlingswillhavelong weakstems smallerandfewerleaves andapaleyellowcolor chlorosis缺绿病 黄化病 Thisisduetoalackofchlorophyll叶绿素 Theplant sincreaseinheighthelpsittoreachapossiblesourceoflightfaster 植物对光照强度的适应 C3 C4植物 光合能力差异 C4植物能够利用低浓度二氧化碳 但需耗能 因此多见于热带和亚热带地区阳地种 阴地种 龙葵 商陆阳叶 阴叶 动物对光照强度的适应 夜行性动物地下动物深海动物昼行性动物 dorsalappendage脊部附肢symbiotic共生的anglerfish琵琶鱼 华脐鱼 2 1 4生物对光照周期的适应 2 1 4 1生物的昼夜节律 dailyrhythm2 1 4 2生物的光周期现象 photoperiodism 植物的光周期现象 长日照longday植物 日照超过阈值时开花短日照shortday植物 日照少于阈值时开花中日照dayintermediate植物 昼夜长度接近时开花日中性dayneutral植物 开花与日照长度无关 动物的光周期现象 繁殖的光周期 长日照动物 短日照动物昆虫滞育diapause的光周期换毛换羽的光周期动物迁徙的光周期 光照对潜叶昆虫的影响 光照直接影响叶片的厚度 大小 形状 营养物质 次生物质及温度等光照因此间接影响潜叶昆虫的寄主选择 生长发育及其被寄生率有时候潜叶幼虫可以通过选择性的取食避开光照的不利影响 光照对潜叶昆虫的影响 戴小华 朱朝东 徐家生 刘仁林 王学雄 2011 寄主植物叶片物理性状对潜叶昆虫的影响 生态学报 31 5 1440 1449 DaiX XuJ DingX Circulardistributionpatternofplantmodularsandendophagousherbivorywithintreecrown Impactsofroadsidelightconditions JournalofInsectScience Accepted SCI 0 947 DaiX XuJ CaiL EffectsofroadsonCastanopsiscarlesiiseedlingsandtheirleafherbivoryinasubtropicalforestinChina JournalofInsectScience Accepted SCI 0 947 挑战杯 樊菊菊 谢昌荣 刘芬 等 柑橘潜叶蛾对脐橙叶片光谱指数的影响 叶片物理性状与潜叶昆虫的主要关系 2 2 1地球上温度的分布 2 2 1 1地表大气温度的分布与变化2 2 1 2土壤温度的变化2 2 1 3水体温度的变化 温度的空间分布SpatialDistributionofTemperature 纬度分布 纬度 1 年平均气温 0 5 热带 亚热带 北温带 寒带 水陆分布 我国东南到西北 海洋性气候 大陆性气候 山脉走向 秦岭 南岭 生物气候带分界线 地形变化 逆温现象 抱着火炉吃西瓜 海拔分布 海拔 100m 干燥空气气温 1 潮湿空气气温 0 6 人间四月芳菲尽 山寺桃花始盛开 温度的时间变化TemporalVariationofTemperature 日变化 地球自转引起 13 14时最高 日出前最低 气温的日较差 年变化 地球公转引起 气温的年较差 土壤温度的变化SoilTemperatureVariation 土壤温度与气温具备一定的相关性 土壤表层的温度变化远较气温剧烈 随土壤深度加深 土壤温度的变化幅减小 土壤最高温和最低温出现的时间后延 与土壤深度成正比 土壤温度的短周期变化出现在土壤上层 长周期变化出现在较深位置 土壤温度年变化的地区差异大 中纬度变幅大 热带小 受雨量控制 高纬度 高海拔地区 与积雪有关 水体温度的变化WaterTemperatureVariation 水体热容量大 水温变化较气温小 水体温度的成层现象 上湖层 斜温层 下湖层 2 2 2温度与动物类型 常温动物homeotherm和变温动物poikilotherm外温动物ectotherm和内温动物endotherm 2 2 3生物对温度的反应 2 2 3 1酶反应速率与温度阈 酶活性的最适温度范围 低温限与高温限2 2 3 2生物发育和生长速度2 2 3 3驯化和气候驯化 spathe佛焰苞spadix肉穗花序taproot主根starch淀粉 Easternskunkcabbage东洋臭菘 anendothermic内温性 吸热性plant datafromKnutson1974 EndothermybyflowersofRhizantheslowii 大花草科是一类生长在东南亚的寄生植物 其中阿诺尔第大花草的花是世界上所有植物中最大的花 大花草科植物传统上包括9个属 共约50种Rhizanthes寄生花属Endothermy内温性wasdetectedinyoungandmaturebudsaswellasinbloomingflowersandevenindecayingtissues3ormoredaysafterblooming Tissuetemperaturesweremaintainedat7 9Kaboveairtemperature inbothfemaleandmaleflowers atallstagesoffloraldevelopment 生物发育和温度 发育阈温度developmentalthresholdtemperature 生物学零度biologicalzero 有效积温法则 其中为生物完成某阶段的发育所需要的总热量 为完成某阶段的发育所需要的天数 为发育期间的环境平均温度 为该生物的发育阈温度 适用于外温动物和植物 有效积温法则的应用 有效积温法则不仅适用于植物 还可应用到昆虫和其他一些变温动物 在生产实践中 有效积温可作为农业规划 引种 作物布局和预测农时的重要依据 可以用来预测一个地区某种害虫可能发生的时期和世代数以及害虫的分布区危害猖獗区等 可描绘出广大地区某种害虫的世代分布图 益虫的保存和利用 如为了进行害虫防治 要计算出释放益虫的合适释放时间 驯化与气候驯化 春化vernalization Subjection 经受 ofseedsorseedlingstolowtemperatureinordertohasten 促进 plantdevelopmentandflowering驯化acclimation 改变生物的耐受限度p13气候驯化acclimatization Scientistsdistinguishbetweenacclimationandacclimatizationbecausethelatteradjustmentismadeundernaturalconditionswhentheorganismissubjecttothefullrangeofchangingenvironmentalfactors Acclimation however referstoachangeinonlyoneenvironmentalfactorunderlaboratoryconditions 2 2 4生物对极端环境温度的适应 2 2 4 1生物对低温的适应 形态 体表附属物 脂肪 生理 降低冰点 产热 异温性 冬眠 夏眠 行为 迁徙 集群 贝格曼规律 内温动物在寒冷气候条件下体型趋向于大 在温暖气候条件下体型趋向于小Bergmann srulestatesthatmammalstendtobelargerincolderareasthanwarmclimates toreducetheirsurfacearea volumeratio Thisruledoesnothavewidespreadinterspecificapplicabilityduetootherimportantfactorsinvolvedindeterminingbodyweight butisoftentrueintraspecifically 2 4 2生物对极端环境温度的适应 阿伦规律 寒冷地区的内温动物较温暖地区内温动物外露部分 如四肢 尾 耳朵及鼻 有明显趋于缩小的现象Allen srulestatesthatendothermicanimalsfromcoldclimatestendtohaveshorterextremities earsandlegs comparedwithanimalsfromwarmerclimates thusreducingtheirsurfacearea volumeratio Thisrulehaswidespreadapplicability异温动物heterotherm Ananimalthatisendothermicpartofthetimebutcanreducemetabolicheatproductionandlowerbodytemperaturewhenconservationoffoodenergysuppliesisnecessary产生冬眠的内温动物 2 4 2 2生物对高温的适应 形态 过滤阳光 隔热 反射阳光 保护 生理 抗凝结 蒸腾 放松恒温性 休眠 滞育 行为 夜出穴居 贮热 sulfuroxidation硫氧化 2 2 5生物对周期性变温的适应 昼夜变温 许多生物在昼夜变温环境中发育更好 eg 吐鲁番的水果年周期变温 物候phenology 2 2 6物种分布与环境温度 温度起主要作用 等温线isotherm 年均温度annualaveragetemperature 最高温度highesttemperature 最低温度lowesttemperature温度和其他因子共同作用 相对湿度relativehumidity 溶氧度oxygendissolved SpeciesDistributionandTemperature ThedistributionofthemajorbiomesovertheEarthreflectsthemajortemperaturezones However itismoredifficulttoattributearoletotemperaturewhenconsideringspeciesdistribution Incertaincasesthedistributionlimitsofaspeciescanbeattributedtoalethaltemperaturewhichprecludes排除thespecies existence SpeciesDistributionandTemperature However amorewidespreadtypeofrelationshipisonewhichhasacorrespondencebetweenthedistributionlimitsofaspeciesandisotherm Anisothermisalineonamapthatjoinlocationshavingthesamemeantemperatures Overall anorganism slimittodistributionisdeterminednotbylethaltemperatures butbyconditionsthatmakeitapoorcompetitor 潜叶的好处和坏处Benefits disadvantagesofleafmining 好处 避免风吹雨打UV辐射 保温保湿 避免取食难消化的几丁质和叶脉 避开植物结构防御和化学防御 低致病率 坏处 不能移动 容易被寄生 内食性 受植物影响很大 因此多为单食性和寡食性 枝断叶落或者潜道遭破坏时 容易致死 叶片扁平 体型受限制而微小 导致生活史短 繁殖力低 扩散能力弱和易受环境影响参见Coska1997 Connor Taverner1997 温度对潜叶昆虫的影响 潜道内的温湿度 保温 放大镜效应 条件适宜 快速发育 耐寒前沿 潜叶昆虫的抗寒性和抗热性及其分子生态学基础 热激蛋白 2 4风对生物的作用及防风林 2 3 1风对生物生长及形态的影响植物矮化 木秀于林 风必摧之 水分 力学 旗形树 鸟兽外皮致密羽毛短 海底椰的 关节 为何山顶少潜叶虫 2 3 2风是传播运输工具风媒植物 飞行动物地理分布 动物物种传播与运输 传播化学信息2 3 3风的破坏作用 机械破坏 干热风2 3 4防风林 削弱风力 降低风速 2 5火对生物的影响及管理 火来源与火类型火对生物的作用 有益有害 火成演替防火管理 FireEcology Typesoffire surface ground crownEffectoffireremovalofplantcoverremovaloflittereffectsonmineralseffectsonanimals F