个体生态学个体生态系统与环境的关系

1、第三章 个体生态学（个体生态系统与环境的关系 ）教学目标：主要让学生掌握生物个体适应环境的机制第一节 地球上光和温度的分布 太阳辐射为地球生命支持系统提供了能量来源， 温暖着地球。 太阳辐射的强度 （光照强度） 、 光照时间和光谱成分对生物的生长、发育、繁殖、分布产生重大影响。 太阳以电磁波形式发射辐射能。太阳辐射能的 40-50% 是可见光谱，其余大部分是红外线，紫外线较少。 可見光 380 760 nanometers地球上光的分布1、地球上光的分布1）光谱成分：紫外光（波长 380 纳米以下）、可见光（ 380-760nm） 、红外 光谱（ 760nm 以上）；2）影响地表太阳辐射的因素

2、 大气层成份影响其对太阳辐射的吸收、反射、散射，如：CO2、臭氧、水雾滴、尘埃颗粒等，仅 47%到地表；太阳高度角； 地球自转及公转，使地表辐射呈纬度、昼夜、季节变化 地理因素：海拔高度、坡向等；3）太阳辐射时间的季节变化除两极以外，春分和秋分光照时间相等（ 12L:12D ）。4）太阳辐射强度的时间和空间变化时间变化：季节变化、日变化 空间变化：一般随海拔高度的增加而增加，随纬度的升高而减弱； 水体中的光辐射的变化比空气中更大，指数递减，清水中， 1.8 米 处可见光光强递减到 50%，只有 1%的可见光能够到达 510 米深度。 太阳总辐射的变化：太阳辐射时间辐射强度二地球上温度的分布1

3、地表大气温度的变化1）温度的空间变化 纬度：随纬度的增加而降低， -0.5 /+1 纬度； 水陆分布：海洋对海岸区域气温的调节作用 地形地貌：山脉走向、地形变化和海拔高度的影响，干燥空气中， 海拔每升高 100 米气温降低 1； （如： 吐鲁番盆地的 “逆温现象 ”； 秦岭其气候带分界现象）2）温度的时间变化 日较差随纬度增高而减少，随海拔升高而增加， 并受地形地貌的影 响（阳坡平地阴坡）年较差：大陆性气候海洋性气候。2 土壤温度的变化1）土壤表层温度的变化比气温剧烈，随深度增加变幅减小；12 厘米处，土壤温度日变幅减少 50%；1 米以下无昼夜变化； 一般 30 米以下无季节变化； 2）最高

4、温最低温延迟 土表最高温度出现在 13 点， 10 厘米深度出现在 16-17 时； 深度增加 10米，最高最低温度延迟 20-30 天。? 3 水体温度的变化 1）水体温度的时间变化? 水温变幅小于空气；? 海洋水温昼夜变化不超过 4 ，15 米以下深度无昼夜变化， 140 米以 下无季节变化? 年较差：赤道海洋不超过 5，温带海洋 10 15 度； 2）水体温度的变化? 水体温度的成层现象；? 低纬度地区水温分层现象不如中、高纬度显著；? 第二节 生物对光的适应? 一、 光质的生态学作用? 1 对光合作用的影响? 光合有效辐射能： 光合系统只能利用 380-710nm 之间的辐太阳辐 射；

5、? 叶绿素吸收最强的是 640-660nm 的红光和 430-450nm 的篮紫光? 红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质的合成。? 2 光质对植物形态建成、向光性以及色素形成的影响? 紫外线抑制植物茎的生长，高山植物呈现茎干粗短，叶面缩小；? 青蓝紫光能是植物对向光性更敏感? 3 光对动物生殖、毛羽更换、生长发育等有影响。、光强的生物学效应? 生长发育、形态建构作用。? 植物黄化现象（ eitiolation phenomenon ）。? 光照强度对植物组织的生长发育以及分化有重要的影响? 通风透光，果实成色等? 植物对光照强度的适应? C3（小麦等） 、 C4（玉米、高粱等）植物光合能力与

6、光强的关系；? 阴生植物和阳生植物叶片的排列，有效利用阳光；? 动物对光照强度的适应? 遗传型适应：夜行性动物眼睛一般比较大，有的动物的眼睛突出眼 眶（长焦镜头） ，地下生活动物眼睛有的退化；? 行为适应：昼行性和夜行性动物（刺猬、家鼠、蝙蝠、壁虎等） ；动 物每日开始活动的时间。三、生物的光周期现象? 1 定义 ：生物对昼夜光暗循环格局的反应所表现出的现象称之为光周期现 象。? 生物和许多周期现象是受日照长短控制的， 光周期是生命活动的定 时器和启动器。? 生物内在节律2 植物的光周期现象 外在节律协调一致，才能很好地生活? 长日照植物 ? 短日照植物 ? 中日照植物 ? 日中性植物：小麦、

7、萝卜、菠菜、凤仙花等；：玉米、高粱、水稻、棉花等；：甘蔗，仅少数热带植物属此类； ：蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄等。光照时间对开花的作用、光照时间对生长的影响）3 动物的光周期现象1）光周期对繁殖的影响 长日照动物：鸟类及某些兽类的生殖也与日照长短有关，如鼬、雪貂、野兔、 刺猬等都是随着春天日照长度增加而开始生殖（称为长日照兽类） ；鸟类的光周期现象 最为明显；大山雀：光照 1213h 性腺开始发育， 14h以上开始产卵， 15h以上停止产卵） 鸡等）；短日照动物：绵羊、山羊和鹿等总随着秋天短日照的到来而进入生殖期（称 短日照兽类） 。人工调节光照可以使动物反季节繁殖2）换毛换羽的光周期现象 （

8、美洲兔夏毛褐色、冬毛白色） ；3）昆虫的滞育现象 （玉米螟 50%滞育的光照时间为 13.5h ）；天文馆释放4）动物迁徙的光周期现象 （不同光照处理对迁徙方向的影响试验）第三节 生物对温度的适应动物体温调节的类型常温动物与变温动物内温动物和外温动物 二、温度对动物代谢的影响内温动物代谢率与环境温度的关系 温度对酶促生化反应速率的影响（ Q10 2） 冷害：喜温生物在零度以上的条件下受害或死亡罗非鱼 冻害：温度低于零度，由于细胞内结晶形成的损害效应 小叶蜂越冬时体内分泌甘油可以使他们抵抗 -25-30 度的低温。（冷 冻精液技术）二、生物的发育与生长速度 植物与边温动物的生长发育直接受温度的影

9、响1 生长： “三基点 ”最低、最适、最高温度生物学零度：植物与外温动物开始生长发育的最低温度2 有效积温法则：有效积温： 植物与外温动物完成发育期或某一发育阶段所需要的总 热量。公式： K=N（T-C） 其中： K 为有效积温， N 为发育历期T 为发育期平均温度， C 为发育起点温度（生物学零度）3 举例： 地中海果蝇在 26 摄氏度条件下发育需 20 天， 19.5 摄氏度条件下发 育需 41.7 天，求 K、C。（250 日度、 13.5 度）。三、生物对温度的适应1 生物对低温的适应 对低温适应 在形态、生理和行为方面的表现 贝格曼 Begman 定律：生活在高纬度地区的恒温动物其身

10、体往往比 生活在低纬度地区的同类个体大。个体大的动物，其单位体重散热 量相对减少。阿伦（ Allen ）规律：恒温动物身体的突出部分为四肢、尾巴、外身 等在低温环境中有变小的趋势。中国南北方几种兽类颅骨长度的比较北方种类颅骨长（ mm ）南方种类颅骨长（ mm ）东北虎331345华南虎273313华北赤猪148160华南赤猪127140东北野猪400472华南野兔295354雪兔9597华南兔786 异温性：空间异温性和时间异温性（日眠、冬眠和夏眠） 行为上：迁徙、集群（企鹅等） ； 在生理方面： 生活在低温环境中的植物通过减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪等物质来降低植物的冰点，增加

11、抗寒能力。动物对低温的适应下临界点温度以下的曲线斜率主要表现在代谢率与温度关系中热中性区宽， 小等几个方面。? 2 生物对温度周期性变化的适应 周期性的温度变化是生物生长发育不可或缺的因素， 许多生物 在昼夜变温 条件下比恒温条件下发育更好。? 如：加拿大黑蝗 35 度恒温条件下 5 天完成发育；而如果在每天 16小时 12 渡和 8 小时 32 度条件下，只需 3 天。 物候又称物候现象 ( phenological phenomenon )，是指生物的生命活动对季节 变化的反应现象。物候学( pheology )则是指研究生物与气候周期变化相互 关系的科学。第四节 生物对水的适应? 一、

12、水对生物生长发育的作用对生长的影响：水分不足，使植物萎蔫；使动物滞育或休眠； 对繁殖的影响：某些动物的周期性繁殖与降水季节密切相关，如澳洲鹦鹉遇 到干旱年份，就停止繁殖；而某些龙脑香科植物遇到干旱年份却产生 “爆发性 开花结果 ”。? 二、生物对水因子的适应 植物依其对水分需求划分为水生植物、 陆生植物两大类型。 各类型下又分别 划分为沉水植物、 浮水植物、 挺水植物、 湿生植物、 旱生植物和中生植物等。 陆生生物对水因子的适应形态适应：以各种不同形态结构，使体内水分平衡。 湿生植物根系浅。并且根毛少； 沙漠生骆驼刺，地上只有几厘米，根达地下 15 米深，直径 6.23 米 干燥地区生活的植物叶片缩小，叶表面覆盖蜡质或角质层 行为适应：沙漠动物昼伏夜出；迁徙等。生理适应“沙漠之舟 ”骆驼可以 17 天不喝水， 身体脱水达体重的 27%， 仍然照常行走。它不仅具有贮水的胃，驼峰中还储藏丰富的 脂肪，有消耗过