第二章生物与环境

1、LOGO第二章 生物与环境主讲教师：杜正清LOGOContents第一节第一节 生物种的概念生物种的概念1第二节第二节 环境的概念及其类型环境的概念及其类型2第三节第三节 生态因子作用分析生态因子作用分析3第四节第四节 生态因子的生态作用及生物适应生态因子的生态作用及生物适应4LOGO第一节 生物种的概念vRay 植物史“形态相似的个体的集合。”vC. Linna 植物种志“同种个体可以自由交配，能产生可育的后代。”vE. Mayr “能实际地或者潜在地彼此杂交的种群的集合构成一个种，而种群是某一地区具有实际或潜在杂交能力的个体的集群。”v物种是客观存在的实体，不同物种之间存在明显的形态上的不

2、连续性及不同形式的升值隔离。物种是由内在因素（生殖、遗传、生理、生态、行为）联系起来的个体的集合。是自然界中一个基本进化单位和功能单位。v种的性状可分两类：基因型与表型。前者是遗传本质，后者是与环境结合后实际表现的可见性状。LOGO第二节 环境的概念及其类型v一、环境的概念 指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以其直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。v二、环境的类型按环境主体划分：人类环境、自然环境按环境性质划分：自然环境、半自然环境、社会环境按环境范围的大小：宇宙环境、地球环境、区域环 境、微环境、内环境LOGO第二节 环境的概念及其类型v 1、大气圈： 指在地球引力作用

3、下聚集在地球外部的气体包层，由混合气体组成，N2、 CO2 、O2等，下限是对流层（距地10公里）。v 对流层对生物的影响和作用最大。1）CO2含量多，密度和质量最大，是光合作用的原料。CO2量的变化影响全球的气候变化（温室效应），意义重大。2）对流层上方的臭氧层能吸收高能紫外线的辐射，对保护生物十分重要。 LOGO第二节 环境的概念及其类型v 2水圈：地球表面的海洋、河流、湖泊等形成的圈。在全球生态系统的物质循环（水循环、碳循环等）中作用重大。v 3岩石圈和土壤圈：地表的岩石和上面的土层。岩石圈是土壤形成的物质基础；土壤圈的特点是松散，透水透气，蓄水和吸附能力，含有有机体所需的各种化学元素。

4、 LOGO第二节 环境的概念及其类型v 区域环境（区域环境（Regional environmentRegional environment）：）：一定地域空间范围的自然环境。地区或流域尺度上。v 微环境（微环境（Micro-environmentMicro-environment）：）：是区域环境中，某一部分产生的环境差异所形成的小环境。也可以是植物体表面或周围的局部小范围的物理环境。可形成小气候。v 内环境（内环境（Inner environmentInner environment）：）：也叫体内环境，指组织间或细胞间的环境。如：叶肉细胞间的气腔、气室等。v 生物圈生物圈Biospher

5、e:Biosphere:v 指地表所有存在生命的部分。大致包括：大气圈下层，水圈，岩石圈表层和土壤圈。v 生境生境( (Habit): Habit): 生物生活的具体的、小范围空间内，各种环境要素的总和。环境概念的具体化，如：山坡、水边、林下，沟谷等。 LOGOv三、环境因子分类R.F.Daubenmire 3大类：气候类、土壤类和生物类；7个并列项目：土壤、水分、温度、光照、大气、火和生物因子。Dajoz 按生物体对环境的反应和适应性分类：第一性周期因子、次生性周期因子及非周期因子。Gill 根据非生物的环境因子分为三个层次：第一层，生物生长所必需的环境因子；第二层，不以植被是否存在而发生的

6、对植物有影响的环境因子；第三层，存在与发生受植被影响，反过来又直接或间接影响植被的环境因子。LOGOv依生物种类分类依生物种类分类 生物因子（生物因子（biotic factor) 同种或异种生物是所研究生物的环境因子，它们同种或异种生物是所研究生物的环境因子，它们可能影响所研究生物的生命活动。如在研究虎时，可能影响所研究生物的生命活动。如在研究虎时，其它成为其食物的动物对虎的生命活动有重要作其它成为其食物的动物对虎的生命活动有重要作用用 非生物因子非生物因子(abiotic factor) 环境中的各种物质环境中的各种物质或物质的属性都可能成为影响所研究生物的环境或物质的属性都可能成为影响所

7、研究生物的环境因子。如温度、湿度、风、土壤中的各种物质和因子。如温度、湿度、风、土壤中的各种物质和营养元素，所在环境的纬度、高度等等。营养元素，所在环境的纬度、高度等等。LOGOv依性质分类v2.1 气候因子 温度、湿度、光、降水、风、气压、雷电等 v2.2 土壤因子 土壤结构、土壤有机/无机质、理化性质和土壤生物v 2.3 地形因子 地面起伏，山的阴/阳坡等v2.4 生物因子：参见按照物种分类v2.5 人为因子 人类活动对生物发生巨大影响，表现多方面，如污染等。LOGOv依与生物密度关系分类v 3.1 密度制约因子(density-dependent factor) 环境因子中，对生物作用的

8、强度随生物的密度而变化的因子。 类型有正负两类，在密度增加的状态下，正者作用导致生物的密度进一步增长；负者导致密度的反馈性降低，有调节种群密度的作用。一般是生物因子常常为密度制约性的环境因子。如密度高时食物不足导致死亡率升高从而降低了种群密度，生物因子一般就成为密度制约性环境因子。v 3.2 非密度制约因子(density-independent factor) 环境因子中，对生物作用的强度与生物密度变化无关的因子。如温度等非生物因子。突然降温导致部分生物死亡，这对密度大或小的种群的作用是相同的。气候因子一般就成为非密度制约性环境因子LOGO依因子的稳定程度分类依因子的稳定程度分类v4.1 稳

9、定因子稳定因子 指终年恒定的因子，如太阳辐射、地磁等，主要指终年恒定的因子，如太阳辐射、地磁等，主要决定生物的分布决定生物的分布 v4.2 变动因子变动因子 周期性变动的因子：周期性变化的因素，如潮汐，周期性变动的因子：周期性变化的因素，如潮汐，季节性气候变化，昼夜变化如光照季节性气候变化，昼夜变化如光照 非周期性变动非周期性变动的因子：风、捕食、寄生等因素的因子：风、捕食、寄生等因素 这些因子主要影这些因子主要影响生物的数量变化响生物的数量变化LOGO阳光 温度大气 土壤LOGO14种群死亡率变化种群死亡率变化密度制约因子密度制约因子与非密度制约性因子比较与非密度制约性因子比较种群密度梯度种

10、群密度梯度密度制约密度制约非密度制约非密度制约逆密度制约逆密度制约导致种群死亡率变化的导致种群死亡率变化的 环境因子作用于种群的环境因子作用于种群的 强度随种群密度梯度变强度随种群密度梯度变 化而改变的环境因子化而改变的环境因子LOGO15种群出生率变化种群出生率变化密度制约因子密度制约因子与非密度制约性因子比较与非密度制约性因子比较种群密度梯度种群密度梯度密度制约密度制约非密度制约非密度制约逆密度制约逆密度制约导致种群出生率变化的导致种群出生率变化的 环境因子作用于种群的环境因子作用于种群的 强度随种群密度梯度变强度随种群密度梯度变 化而改变的环境因子；化而改变的环境因子； 具有调节种群密度

11、作用具有调节种群密度作用LOGO第三节 生态因子作用分析一、生态因子的概念 生态因子（ecological factors）是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。例如：温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳和其它相关生物等。区分概念：生存条件 生态环境 环境因子 生境LOGOv二、生态因子作用的一般特征（一）综合作用不是孤立存在的，而是彼此联系、相互促进、相互制约。（二）主导因子作用主导因子（三）直接作用和间接作用（四）阶段性作用（五）不可替代性和补偿作用各种生态因子的重要性，对于生物的作用各不相同，各有重要性。生态因子是不可代替的，但是局部上是能够补偿的。LOGO

12、v三、生态因子的限制性作用（一）限制因子 限制因子：限制生物生存和繁殖的关键性因子就是限制因子。任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，它就会接近或者超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。（二）Liebig最小因子定律 植物的生长取决于处在最小量状况的食物的量。B.J Leibig 1840（三）Shelford耐性定律V.E.Shelford 1913 生物的存在与繁殖，要依赖于某种综合环境因子的存在，只要其中一项因子的量（或质）不足或过多，超过了某种生物的耐性限度，则使该物种不能生存，甚至灭绝。（四）生态幅（五）生物内稳态及耐受限度的调整指生物控制体内环境使其保持相对稳定

13、的机制，可以减少生物对外界条件的依赖性，提高适应性。 （六）指示生物LOGO限制作用表现在对生物的生存上：限制作用表现在对生物的生存上： 北美鲭鱼生长阶段北美鲭鱼生长阶段 结果：产卵结果：产卵106个卵，到个卵，到50mm, 仅余约仅余约4尾。尾。 原因：天敌、食物原因：天敌、食物 严酷的自然条件，浪击，温严酷的自然条件，浪击，温度等度等限制作用实例限制作用实例生长阶段生长阶段所用时间所用时间每日死亡率每日死亡率孵化孵化10mm10mm幼鱼后期幼鱼后期幼鱼后期幼鱼后期50mm40日日数日数日40日日14% 30% 10% LOGO蝗虫大发生原因蝗虫大发生原因v马世俊曾研究中国历史上蝗灾发生与气

14、候因子的马世俊曾研究中国历史上蝗灾发生与气候因子的关系得出结论关系得出结论 干旱干旱 温度温度 v在干旱高温两因子与蝗灾发生表现正相关在干旱高温两因子与蝗灾发生表现正相关限制作用实例限制作用实例LOGO21最适范围最适范围亚适范围亚适范围亚适范围亚适范围不适范围不适范围不适范围不适范围不能生存不能生存因子梯度因子梯度渐增渐增生命活动或数量生命活动或数量生物对环境因子的耐受曲线生物对环境因子的耐受曲线Shelford 定律定律LOGO22最适范围最适范围不适范围不适范围不能生存不能生存因子梯度因子梯度渐增渐增生命活动强度或数量生命活动强度或数量生物对环境因子耐受曲线的实际表现生物对环境因子耐受曲

15、线的实际表现Shelford 定律定律亚适范围亚适范围亚适范围亚适范围不适范围不适范围LOGO23广温性生物广温性生物狭温喜热生物狭温喜热生物生命活动或数量生命活动或数量温度变化梯度温度变化梯度 低低高高生物对温度的耐受生物对温度的耐受狭温喜冷生物狭温喜冷生物LOGO24生物生物 环境因子环境因子同种生物同种生物不同生物不同生物同种因子同种因子受生物年龄受生物年龄季节栖息地季节栖息地等影响等影响存在差异存在差异不同因子不同因子存在差异存在差异 存在差异存在差异生物耐受性表现特点生物耐受性表现特点LOGO25广生态幅度广生态幅度狭生态幅度狭生态幅度生命活动或数量生命活动或数量环境因子变化梯度环境

16、因子变化梯度生态幅度的宽狭比较生态幅度的宽狭比较LOGOn驯化驯化(acclimation): n在实验条件下诱发的生理补偿机制。过程迅速。在实验条件下诱发的生理补偿机制。过程迅速。 n驯化驯化(acclimatisation): n在自然环境下所诱发的生理补偿变化。过程较缓在自然环境下所诱发的生理补偿变化。过程较缓慢。慢。 n思考：请考虑生理变化的遗传基础，变化是否可思考：请考虑生理变化的遗传基础，变化是否可能遗传？是个体水平还是群体基因频率发生了变能遗传？是个体水平还是群体基因频率发生了变化？化？ 驯化驯化LOGO27200 160 120 8040010 20 30温度温度 耗氧量耗氧量

17、 （mlgg-1-1hh-1-1 ）5 驯化驯化25 驯化驯化在不同温度条件下驯化导致耗氧量的差异在不同温度条件下驯化导致耗氧量的差异LOGO第四节 生态因子的生态作用及生物的适应v一、光因子的生态作用及生物的适应（一）光强的生态作用与生物的适应1.光强对生物生长发育和形态建成有重要作用：黄化现象2.光照强度与水生植物3.植物对光强的适应类型光补偿点（二）光质的生态作用与生物的适应（三）生物对光周期的适应1.昼夜节律2.光周期现象：植物的光周期、动物的光周期LOGOLOGO30500 1000 2000 3000 4000400可可 见见 光光红红 外外 线线紫紫 外外 线线波长波长 m能能

18、流流 强强 度度进入地球大气的太阳光谱进入地球大气的太阳光谱LOGO31蓝蓝紫紫绿绿橙橙紅紅红外线红外线400 500 600 700 波长波长 /nm 相相 对对 吸吸 收收叶绿素叶绿素的吸收光谱的吸收光谱 LOGO320 1 2 3 4 5 6 7 8 950 40 30 20 10C4C3光强度光强度/Jmm-1-1g g-1-1CO2摄取摄取/mgco2dm-2h-1不同植物在最适温度和正常不同植物在最适温度和正常CO2浓度时光合作用与光强度浓度时光合作用与光强度LOGO33小时小时LOGO长长/短短/中日照植物中日照植物long/short day plant, day interm

19、ediate 长长/短日照植物：日照超过短日照植物：日照超过/小于一定数值或黑夜小于一定数值或黑夜小于小于/长于某一数值才能开花的植物；前者如萝长于某一数值才能开花的植物；前者如萝卜、菠菜、小麦、凤仙花、牛蒡等；后者如玉米卜、菠菜、小麦、凤仙花、牛蒡等；后者如玉米、高粱、水稻、棉花、牵牛等。、高粱、水稻、棉花、牵牛等。 中日照植物：中日照植物：日照与黑夜长度接近时才能开花的植物，如甘蔗日照与黑夜长度接近时才能开花的植物，如甘蔗等少数热带植物属之。等少数热带植物属之。LOGOv二、温度因子的生态作用及生物的适应（一）温度因子的生态作用1.温度与生物的生长2.温度与生物的发育（二）生物对极端环境的

20、适应1.生物对低温环境的适应2.生物对高温环境的适应（三）温度与生物的地理分布（四）变温与温周期现象1.变温与生物生长：种子萌发期、生长期2.变温与干物质积累（五）物候节律（六）休眠LOGO寒带动植物沙漠动植物LOGO内内/外温外温(热热)动物动物ecto-/endo-therm animal 内温动物：凡具有物理保温、散热机制并依靠代谢产热内温动物：凡具有物理保温、散热机制并依靠代谢产热调节体温的动物称为內温动物，如鸟类、兽类调节体温的动物称为內温动物，如鸟类、兽类 高温度熊类冬睡时体温降低，但具有上述特征，仍为內温动高温度熊类冬睡时体温降低，但具有上述特征，仍为內温动物物 外温动物：凡不完

21、全具备上述特征的动物称为外温动物外温动物：凡不完全具备上述特征的动物称为外温动物，如爬行类以下的各类动物，如爬行类以下的各类动物 金枪鱼中心体温稳定，月金枪鱼中心体温稳定，月32，但没有物理调节机制，仍未，但没有物理调节机制，仍未外温动物外温动物LOGO380102042040 鱈鱼鱈鱼(Gadus callarias)Y=25.03-1.30t R=-0.9626鲭鱼鲭鱼 Y=13.43-0.56t R=-0.9747胚胎发育与环境温度关系胚胎发育与环境温度关系时时 间间 日日水温度水温度LOGO内容：内容：高纬度的恒温动物比低纬度的相似种类个体要大高纬度的恒温动物比低纬度的相似种类个体要大

22、。如东北虎大于华南虎。如东北虎大于华南虎。n原因：原因：一般认为，动物个体大则相同质量所对应的体一般认为，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。失的能量相对较少，在进化选择中是有利的。 n有例外：有例外：如北欧的鹿类有生活在靠南方的反而略大。如北欧的鹿类有生活在靠南方的反而略大。n原因：原因：请你考虑为什么？请你考虑为什么？请自己思考！请自己思考！LOGO40几种分布在不同纬度的企鹅身体大小比较几种分布在不同纬度的企鹅身体大小比较 种类种类分布纬度分布纬度体长体长

23、 金冠企鹅金冠企鹅61N700 (Eudyptes chrysolophus)火地岛火地岛盔羽企鹅盔羽企鹅55N500-600 (E. crestatus)火地岛火地岛 麦克兰企鹅麦克兰企鹅52N700 (Spheniscus magellanicus)福克兰岛福克兰岛 加拉帕戈斯企鹅加拉帕戈斯企鹅赤道赤道0490 (S. mendiculus)加拉帕戈斯群岛加拉帕戈斯群岛中国南北分布的几种兽类头骨长度比较中国南北分布的几种兽类头骨长度比较 种类种类颅骨长颅骨长种类种类颅骨长颅骨长 mmmm 东北虎东北虎331-345华南虎华南虎273-318 华北赤狐华北赤狐148-160华南赤狐华南赤狐1

24、27-140 东北野猪东北野猪400-472华南野猪华南野猪295-354 雪兔雪兔95-97华北草兔华北草兔85-89华南兔华南兔67-86LOGO41NoImageCitellus tereticandus44 42 40 38 36 3406:00 12:00 18:00 Hours of dayBody temperature Hudson, 1962Citellus tereticandusLOGO42Hours of dayTemperature 06 08 10 12 14 16 18 2060 50 40 30 20Ground surfaceLethalBody temper

25、ature蜥蜴蜥蜴Dipsosaurus dorsalis的体温调节与环境温度的体温调节与环境温度LOGOv三、水因子的生态作用及生物的适应（一）水因子的生态作用1.水是生物生存的重要条件2.水对动植物生长发育的影响3.水对动植物数量和分布的影响（二）生物对水因子的适应1.植物对水因子的适应（1）水生植物：沉水植物、浮水植物、挺水植物（2）陆生植物：湿生、中生、旱生2.动物对水因子的适应（1）水生动物的适应（2）陆生动物的适应LOGOLOGO45动物动物 皮肤蒸发皮肤蒸发 呼吸蒸发呼吸蒸发 蒸发量蒸发量/体重体重 % 游蛇游蛇 88 12 2.9 森王蛇森王蛇 64 34 0.9 鬣蜥鬣蜥 72 28 0.8 叩壁蜥叩壁蜥 66 34 0.3 金龟金龟 76 24 0.9 沙漠陆龟沙漠陆龟 76 24 0.2爬行类皮肤失水与呼吸道失水比率爬行类皮肤失水与呼吸道失水比率(%)动物动物皮肤蒸发皮肤蒸发呼吸蒸发呼吸蒸发蒸发量蒸发量/体重体重游蛇游蛇 森王蛇森王蛇 鬣蜥鬣蜥 叩壁蜥叩壁蜥 金龟金龟 沙漠陆龟沙漠陆龟88 88 64 64 72 72 66 66 76 76 767612 12 34 34 28 28 34 34 24 24 24 24 2.9 2.9 0.9 0.9 0.8 0.8 0.3