昆虫生态学教案第二章昆虫与环境-温度

1、.：.；新疆农业大学昆虫生态学课程教案第二章 昆虫与环境一、教学目的及要求掌握环境因子各概念；温度、湿度、土壤因子对昆虫的影响；积温法那么及运用；了解其它因子对昆虫生长发育的影响。 二、讲授的内容提要生态学定义的规范马世骏1979从系统论的观念出发，生态学是一门多学科性的自然科学，它研讨生命系统与环境系统之间的相互作用规律及其机理。生命系统life system就是在生态系统中具有一定构造和自我调理功能的生命单元。构造：绿色植物、动物和微生物；功能：消费者、消费者和分解者；Odum1971根据等级组织的原理，将生命系统分为8个程度：基因-细胞-器官-个体-种群-群落-生态系统-复合生态系统。环

2、境系统environmental system：是指生物生存的空间，在这个空间中存在着不同构造和运动形状的物质。一、环境的概念和分类一环境的概念环境environment是指某一特定生物体如昆虫或生物群体以外的空间以及直接或间接影响该生物个体或群体生活与开展的各种要素。一定时间内对有机体生活、生长发育、繁衍以及对有机体存活数量有影响的空间条件，包括各种生物体和非生物体。二环境因子的分类在环境中，对生物昆虫个体或群体的生活或分布有影响作用的要素，称为生态因子ecological factors。Haeckel1866把动物的环境分为有机和无机两类；Allee1949以为，任何有机体的环境是存在于

3、该生物体以外的一切东西，分为生物要素和非生物要素。生物要素包括天敌捕食者、寄生物、病原微生物、食物等；非生物要素是指温度、湿度、光照、气流等。并又提出“有效环境effective environment：1每个有机体均具有特定性；2有机体的整个生命是在其环境中延续的；3环境与有机体是相互影响的；4有机体与其环境是不可分割的。Smith1935根据对昆虫密度的影响而把环境要素分为密度制约要素density dependent factors和非密度制约要素density independent factors。通常将食物、天敌等生物要素列为“密度制约要素，而气候等物理要素列为“非密度制约的要素。

4、假设某一要素致使昆虫种群死亡率随其种群密度的加大而添加，那么称该要素为“密度制约要素；假设死亡率随种群密度的加大而降低，那么称为“逆密度制约要素；假设死亡率与密度无关，那么称为“非密度制约要素。广义上说，环境因子即生态因子；狭义上说，普通环境因子指的是生态因子中的非生物因子，如温度、湿度等气候条件，还有土壤因子等。三环境因子的作用特点1.普通特征A综协作用B主导因子作用C不可替代性和互补性D阶段性E直接要素和间接要素2.一些规律A利比希的“最小因子定律Law of MinimumB谢尔福德的“耐受性定律Law of ToleranceC限制性因子limiting factors在众多的环境因子

5、中，任何接近或超越某种生物的耐受极限而阻止其生存、生长、繁衍或分散的因子。四昆虫生态顺应1.顺应adaptation是指生物昆虫对其环境压力的调整过程。顺应可分为基因型genotypic顺应和表现型phenotypic顺应。基因型顺应的调整是可遗传的，发生在进化过程中。而表现型顺应那么发生在生物个体身上，具有非遗传的根底，它包括可逆的reversible和不可逆non-reversible两种类型。因此，又可将昆虫对环境的生态顺应概括为： eq oac(,1)进化顺应evolutionary adaptation eq oac(,2)生理顺应physiological adaptation e

6、q oac(,3)学习顺应adaptation by learning2.迁飞与滞育1迁飞与分散分散dispersal是指个体或种群进入或分开种群和种群栖息地的空间位置变动或运动情况。包括迁出emigration、迁入immigration和迁移migration或迁飞2休眠和滞育休眠dormancy是昆虫在个体发育过程中对不良外界条件的一种暂时性顺应。一停顿即可继续生长发育。滞育diapause是昆虫个体发育过程中对不良环境条件顺应的一种内在的、比较稳定的遗传性表现。五栖息地、生态位和生态幅度根据昆虫生活场所，可分为：1.栖息地habitat，又称居住地，是指某种昆虫在自然界栖息地场所或生活

7、的那个地方。包括生物的和非生物的环境因子。2.生态位niche1概念 又称生境或生态龛，就是指某种生物有机体在生物群落或生态系统中的生态功能作用，以及它们在时间和空间的位置。前者由于强调的是生态功能，生态功能是指食物链中的位置和作用，即回答了食物链中每个环节上的物种，它吃什么，被什么吃，以及被食者的大小和竞争对手是谁等等，所以称为营养生态位trophic niche；后者由于强调时间和空间的位置，即回答了某种生物此时的生活地方，所以又称为空间生态位space niche。2生态位宽度和生态位重叠 eq oac(,1)生态位宽度niche breadth，就是被一个有机体单位个体、种群、群落或生

8、态系统所利用的各种不同资源的总和。测定生态位宽度可用Levins1968公式： 1-1其中：B为生态位宽度；Pi为每一个物种种群数量在一个序列i单位中所占的比例；S为每个序列的总单位数，即i=1，2，.，S。 eq oac(,2)生态位重叠niche overlap，即是由于2个或2个以上的物种具有类似的资源需求，因此使一个物种的生态位与其它物种的生态位产生重叠，其重叠部分的生态位称为生态位的重叠。测定生态位的重叠可用Levins1968公式： 1-2其中：aij为种i对种j的生态位重叠；Pih和Pjh分别为每个物种在资源序列第h单位上的比例；n为资源序列的总单位数，即h=1，2，n；Bi为种

9、i的生态位宽度。 eq oac(,3)生态位的泛化和特化生态位的泛化niche generalization是指在资源供应缺乏的情况下，某一物种为了生存和繁衍的需求，而导致生态位的宽度向添加的趋势方向开展。生态位的特化niche specialization在资源供应丰富的情况下，而导致物种的生态位宽度向狭窄的方向开展。 eq oac(,4)研讨生态位的意义近代实际生态学中的一个重要内容。实际上，它是研讨群落构造分化、群落中物种的多样性、物种的相对重要性、以及物种进化的必要根底之一。实际上，天敌的引进，必需引入适宜于当地的“空生态位种类或扩展引种数量。3.生态幅度ecological ampl

10、itude又称生态价ecological valence，是指昆虫对其周围环境中的某些条件如食物和非生物要素的要求范围。昆虫对周围环境各种因子变化的顺应程度称为种的生态可塑性，可分为“狭生态型和“广生态型。二、气候因子对昆虫的生态作用气候要素通常包括温度、湿度、降雨量、光照、风和雪等。在自然条件下，这些要素往往总是同时存在，相互影响。气候与昆虫的关系，一方面是气候的相对稳定性表现出气候的周期性，由此而影响着昆虫的活动也带有周期性，例如昼夜周期、季节周期和年周期等；另一方面是气候的周期性是在不断地变化着，而昆虫对这种气候的变化有一定的顺应幅度或范围。一温度因子对昆虫的生态作用1.温区昆虫在其生命

11、活动包括生长、发育、繁衍和活动等过程中所需求的能源，主要太阳的辐射热，其次来源于体内新陈代谢所产生的化学能。昆虫的代谢速率随着外界温度的升高而加快，又随着外界温度的降低而减慢，自我调理才干较差。另一方面，从昆虫对外界温度条件的反响来说，可根据温度对昆虫的影响，将昆虫的整个生命活动分为5个温区： eq oac(,1)致死高温区upper lethal temperature range：兴奋昏迷死亡 eq oac(,2)亚致死高温区sub-upper lethal temperature range：兴奋，短时间可逆，长时间会昏迷甚至死亡 eq oac(,3)适宜温区optimum temper

12、ature range，又叫有效温区，昆虫的生长发育和繁衍需求的温度范围， 高适温区最适温区低适温区 eq oac(,4)亚致死低温区sub- lowest lethal temperature range eq oac(,5)致死低温区lowest lethal temperature range不同种昆虫对温度条件的生态顺应性是不一样的；同种昆虫不同时期不同虫体对温度条件的生态顺应性也是不一样的。2.高温致死效应及昆虫的耐热性高温引起昆虫致死是由于高温可引起虫体内蛋白质凝固，蛋白质构造破坏而变性；高温引起酶系或细胞线粒体破坏而死亡；还可以在不同程度上引起各种生理过程的不协调；还可以引起体内

13、水分过量蒸发而致死。蒸发是昆虫遇高温时用来调理体温的一种主要方式；此外，体内热激蛋白的产生也是对高温的一种顺应机制。3.低温致死效应及昆虫的耐寒性低温致死昆虫包括0以上低温及0以下的低温致死两种。0以上低温致死，主要是由于虫体内营养的过分耗费，体质虚弱，生理失调；0以下的低温致死，主要是有机体脱水和体液或原生质结冰的机械作用，使细胞、组织破裂或破坏了原生质的氧化作用系统，甚至引起原生质的变性。当环境温度降到一定低温时，昆虫体液开场结冰，同时释放出凝固热，此时体温复升；当环境温度继续下降到一定限制时，那么虫体结冰，此过程称为昆虫体液的“过冷却景象。当昆虫从室温移至低温时，昆虫体温迅速下降，但当降

14、到0时，体液依然不结冰，也就是开场进入过冷却过程N1；昆虫在低温环境下的体温变化曲线N1体内开场过冷却 N2体内结冰点T1过冷点最大过冷却点 T2死亡点当体温继续下降到一定温度T1时，忽然以腾跃式上升，此点T1称为过冷却点，表示体液开场结冰，由于结冰时放热而使体温忽然上升；当体温忽然上升到某一温度后，体温又有一短暂的稳定时期，以后又渐渐下降，这一次开场下降的温度叫做“体温结冰点N2，表示体液开场大量结冰；N2决不会上升到0以上。以后昆虫体温继续下降，直至和环境低温相等T2，此时可呵斥不可恢复的死亡，故又称为“死亡点。昆虫的耐寒性与过冷却景象关系比较亲密，表现为过冷却点越低，耐寒性越强。一种昆虫

15、或虫态的抗寒才干强弱，通常可用它的过冷却点来表示。1)同一种昆虫的不同虫期或虫龄的耐寒才干是不一样的；2)昆虫的生理形状与耐寒力关系亲密：含水量、游离水和结合水、脂肪和肝糖含量等；3)昆虫耐寒力的季节性变化4.昆虫的生长发育与温度的数量关系1)Q10定律昆虫的生长发育速率与温度的关系可用范霍夫定律Vant Hoff,s Law又称Q10定律来表示，是指温度每升高10，化学过程的速率加快23倍，其公式为：其中Q10温度系数，t1、t2温度；R1、R2相应温度下生理过程的速率。该定律适用于反映生理过程与温度的关系，但很多实验证明Q10系数只适用于昆虫的适温范围内，而在低或高温度下，尤其在接近致死低

16、温或致死高温区，生理过程常迅速减缓，而且生化过程是在复杂的胶体系统中进展的，整个新陈代谢的过程是许多相互制约的连锁过程的总和，还遭到温度以外的许多环境条件的影响，如食物、水分等。因此，Q10系数并不是一个常数。普通以为用有效积温法那么或逻辑斯谛曲线logistic curve来描画生长发育与温度关系比较切合实践。2)有效积温法那么由于昆虫是变温动物，所以昆虫的体温随着外界环境温度的变化而变化，昆虫进展新陈代谢在一定温度范围内随着温度的升高而加快，使昆虫的发育速度加快，发育所需时间缩短，反之，在低温条件下，昆虫发育速率减慢，发育所需时间延伸。昆虫的发育速率rate of development是

17、指单位时间内完成全部发育过程的比率，也就是完成某一发育阶段所需时间即发育历期的倒数。用公式表示为： 1-3 其中：V为发育速率；N为完成该虫期的发育天数发育历期。例如：在18恒温条件下，小地老虎卵的发育历期N为7.75天，那么发育速率为： 下面引见有效积温法那么的主要内容：有效积温法那么the method of thermal sums在生态学上是用来分析昆虫发育速率与温度关系的法那么，在数理统计上是关于相关回归分析运用于昆虫发生期的预测预告法。这个法那么首先是从植物学领域研讨中概括起来的。Reaumur(1936)发现，在植物生长发育过程中，例如由结果到成熟，总需求从外界摄取一定的热量，才

18、干完成这一阶段的发育，而完成这一阶段的总热量是一个常数，这个定性的生物学描画可以用以下公式表示为： (1-4)其中：N为发育历期，单位为天或h；T为发育期间的平均温度；K是一常数，即总积温，单位为日度day-degree或时度(hours-degree)。但是，在自然界中，无论是植物还是其它变温动物包括昆虫的发育并不是从0开场的，而是从高于0以上的某一特定温度开场进展的，这一温度称为发育起点温度或最低有效温度，以“C表示之，这样上述1-4式应修正为： (1-5)其中T-C为有效平均温度；其他符号同上。1-5式可以变换为： (1-6)1-6式表示温度T与发育历期N之间呈双曲线hyperbola关

19、系。将代人1-6式，可得： (1-7)1-7式表示温度T与发育速率V之间呈直线straight line关系。在1-7式中，欲求出C和K可分为2步：第1步：首先经过实验方法，求得不同温度下的N值。最常用的实验方法有3种：在恒温条件下豢养：即是将某种害虫的某一虫态置于在人工控制的恒温箱内，根据统计分析要求至少设计5种或5种以上不同的恒定温度，然后坚持适宜的温度和一定的食物条件，经过每天察看，记录该昆虫在不同温度下的N值。在人工变温条件下豢养：即将某种害虫置于在人为模拟自然条件下进展豢养。可采用两种做法：一种是采用全部自动化控制温度的人工气候室箱进展豢养，这种人工气候室箱可以模拟一年四季的昼夜变化

20、条件；另一种在普通恒温箱内进展多级人工变温处置，使温箱的温度呈现为腾跃式的变化。从而求得两种不同条件下的N值。在自然变温条件下豢养：即是在室内或室外的自然变温条件下进展豢养。在实验过程中需求留意两点：一是要求供试虫态的时间要与实践发生的季节相一致；二是经过实验，要求可以获得10组以上的不同温度下的N值。上述三种方法比较，以第3种实验方法最为简便易行，而且求得的结果其准确性也高，比较符合实践情况。第2步：进展统计分析，计算不同温度下的不同虫态的C和K。最常用的有以下3种方法：回归直线法即是采用高等数学微积分中求近似值的最小二乘法来计算C和K。这种方法的计算公式为一组联立方程，即： (1-8)为了方便起见，可有1-8式直接导出以下公式计算C和K的值： (1-9) (1-10)在上式中，n为察看次数或处置工程；其他符合同上。有1-