浙大生态学电子课件第3章

1、第三章 生物个体与环境的相互关系第一节 生物个体第二节 环境与生物个体的相互关系第一节 生物个体一、生物个体的外貌与结构二、生物个体的动态过程三、生物个体自我调节四、生物个体的行为一、生物个体的外貌与结构（一）基本概念个体（individual）：具有相对独立的结构和过程、对外部刺激发生反应、独立行驶功能的系统。单体生物（unitary organism）：个体外部边界清楚、只有一个控制中心的生物个体。大多数动物和单细胞生物、一些单子叶树木属于此类。构件生物（modular organism）：每个生物是由一个合子发育成的一组构件（modules）组成的个体，每个构件有一个相对独立的控制中心，

2、每个个体的构件数量很不相同，从构件上又会产生新的构件，其多少随环境条件而变化。如一株树有许多树枝，一个稻丛有许多分蘖。 (二）单体结构和构件结构的生态学意义单体生物的外貌尽可能光滑，以适应其获得非均匀分布的资源，并容易逃避敌害。构件生物则尽最大可能扩大对外接触空间，以适应其获得均匀分布资源的需要。同时，构件的存在还利于被动物取食一部分生物体后仍能有生长点恢复足够的生物量，或在获取资源的扩展失败后转移生长方向，调整主体结构的能力。（三）生活型与生物个体的外貌 生物在进化过程中，形成了各种各样的生活型，这些生活型构成了不同生物的外貌。 植物 的生活型，最一般的是按植物的大小、形状、分枝以及生命周期

3、的长短等分为乔木、灌木、半灌木、多年生草本、一年生草本、木质藤本、垫状植物等。 丹麦植物学家Craunkiaer强调植物营养体型对气候的适应，并选择了休眠芽在不良季节的位置这一指标，做为划分生活型的依据,并划分出下列五类生活型(图)。 图 植物生活型的划分PhChHCrT,Th高位芽植物地上芽植物地面芽植物隐位芽植物一年生植物高位芽植物（phanerophytes)：缩写符号为Ph.休眠芽或枝稍位于距地面25厘米以上。II地上芽植物（chamaephytes)：缩写符号为Ch。更新芽位于土壤表面上至厘米之间多为半灌木或草本植物。III地面芽植物（又称浅地下植物）（Hemicryptophyte

4、s）:缩写符号为H。更新芽位于近地面的土层内，常被地被层覆盖。IV隐芽植物（cryptophytes）：缩写符号Cr。更新在不利季节隐藏在地下或水中。V一年生植物（therophytes）：符号为T，或。种子越冬。 动物的生活型是按外貌和生活方式划分的，如图，二、生物个体的动态过程（一）生物个体的生长发育与生命周期生长：主要指个体体积的增大，主要通过细胞分裂和伸长来实现。发育：指个体的构造和机能从简单到复杂的变化过程，主要通过各种细胞、组织和器官的分化来实现。生命周期：生物个体的一生是由许多不同的发育阶段组成的，这些发育阶段有规律的、顺序的发生过程就组成了生物的生命周期。例：一年生植物种子萌发

5、 幼苗 根、茎叶分化 花分化 开花 果实人或动物 出生 幼儿 青年 壮年 老年 衰亡（二）生物个体生长模式三、生物个体自我调节（一）生物个体自我调节途径1、内稳态 生物体为了在当前外界条件变化较大的情况下维持体内环境相对稳定时需要内稳态。 动物常常通过行为的适应来达到内稳态。植物可通过叶片、花的昼夜运动和变化达到内稳态。 根据环境变化对生物体内部状态的影响，可以把生物分为:内稳态生物（homeostatic organisms)非内稳态生物（non-homeostatic organisms)2、生物体的适应组合 例1 沙漠植物的适应组合 储藏水的结构发达 沙漠植物 特殊气孔开闭 减少水的损失

6、 殊的光合途径 例2 沙漠动物骆驼的适应组合 清晨取食获取水分 骆 驼 的 尿浓缩减少水派出平衡水分 热能代谢 血液浓缩（二）生物自我调节的类型动物对温度的调节形成恒温动物、变温动物植物对水盐的调节形成变水植物、恒水植物动物对盐分的适应形成咸水动物、淡水动物。四、生物个体的行为行为：是生物体进行的从外部可观察到的活动。包括身体的运动（如奔跑、攻击）、静止姿势的变化（如守卫的姿势）、体色的改变、声音的发出以及气味的释放等。 生物的行为可以分为先天的（以生俱来，本能）、后天学习的（根据后天的经验而形成）和功能的行为。 （一）本能行为 例如：昆虫的趋光性、趋化性、植物根系的向地性等。（二）学习行为

7、生物体的学习行为简单说就是用经验调整行动，以更好地适应环境的一系列行为。经验的获取过程即是学习过程，学习的方式有：习惯化、印随学习、联系学习、洞察学习。（三）功能性行为 功能性的行为即是有目的的行动。例如：迁徙（migration）、攻击和防御(attack and defense behavior)、取食(feeding behavior)、通信(communication) 、繁殖(reproduction )第二节 生物个体与环境之间的关系一、光对生物的影响及生物的适应二、温度对生物的影响三、水对生物的影响及生物的适应四、土壤对生物的影响五、环境污染物对生物的影响一、光对生物的影响及生物

8、的适应 光照强度 光 光谱成分 生物 光照时间（一）光强对生物的影响 形态结构建成光强影响植物 叶绿体形成 果实成熟 光合作用 视觉的发育光强对动物的影响 动物个体发育 活动、习性生物对光强的适应 阳性植物植物对光强的适应形成 阴性植物 耐阴植物阳性植物：在强光环境条件下才能正常生长、发育的植物，如 烟草。阴性植物：在弱光条件下比强光条件下生长发育良好的植物，如喜林芋。耐阴植物：在强光条件下生长良好，能忍受适度隐蔽，或者在生活史的某些阶段需要适度弱光。如青冈、红松。 昼出性动物动物对光强的适应形成 夜出性动物或 晨昏性动物 全昼夜动物昼出性动物：在强光下捕食和活动，如蝗虫群体迁飞在日光充足的白

9、天，乌云遮盖则停止飞行。夜出性动物或晨昏性动物：在夜晚、早晨及黄昏的弱光下活动，适应弱光条件。全昼夜动物：活动不受光强的影响，白天和夜晚都可活动，适应全光度条件。 （二）光质对生物的影响光是一种电磁波，波长不同，显示的性质也不同，对生物产生的影响也不同。波长图紫外光1、远红光的生态作用 主要作用是引起热的变化2、紫外光对生物的影响 主要引起光学效应，促进维生素D的形成和杀菌作用。3、可见光（1） 光合作用：太阳辐射只有可见光部分可被光合作用所利用。能被光合作用利用的辐射称为生理有效辐射。（2）物质形成：长波促进碳水化合物的形成；短波促进有机酸和蛋白质的形成。 （3）植物生长： 紫光及青光抑制伸

10、长生长；蓝紫光影响植物的向光性；红光促进延长生长；。（3）动物的视觉：昆虫可见光波长偏短波，700250nm之间，脊椎动物与人接近。（4）动物体色：(三）光照时间（日照长度）1、光照长短周期性变化对生物生育转变的影响光周期现象：植物的开花结实受自然界日照长短(L:D)规律变化的影响，这种现象称为光周期现象。 黑夜 临界夜长 白昼 短日植物 中间植物 长日植物 长日照植物（短夜植物）：只有当日照长度超过其临界夜长时才能开花的植物，在一定范围内，暗期越短，开发越早。这类植物常在夏季开花，如小麦、油菜、菠菜、萝卜等，一般起源于高纬度。根据植物开花对日照长度反应的不同，可将植物分为四种类型：短日照植物

11、（长夜植物）：只有当暗期长于其临界夜长时才能开花的植物，在一定范围内，暗期越长，开花越早。早春、深秋开花的植物属于这种生态类型。如大豆、玉米、菊花。中日照植物（中夜植物）：只有当昼夜长短比例接近相当时，才能开花的植物。如甘蔗中间性植物：暗期长短对其影响较小，只要条件适合，在不同的日照长度下都能开花。如黄瓜、番茄、四季豆、蒲公英。 动物也有光周期现象，分为：长日照动物：在春夏之际日照逐渐增长的时期进行生殖活动的动物。如一些鸟类短日照动物：在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺活动的动物。如山羊、鹿。中间型动物：生殖活动不受日照长短影响的动物。如大家鼠。光周期现象与生物的地理分布长日照植物原产、主要分

12、布于温带和寒带，这些地带在生长发育旺盛的季节。一昼夜中光照时间长。短日照植物原产和主要分布热带、亚热带，在短日照的秋冬季，气温仍较高，植物能正常开发结实。 光周期的应用引种：长日照植物引至低海拔，由于日照时数不足，不能开花。短日照植物引至高海拔，由于生长季节日照时数过长，不能开花，待日照变短时，温度太低而死亡。花期调节：育种，园艺（一）温度生物生长的影响1、温度对生物生长的影响生物生长“三基点”：任何一种生物都有它的最低温度、最适温度和最高温度，这即是生物生长的“三基点”。二、温度对生物的影响 不同的物种以及同一物种的不同生育期的三基点不同。 8-12水稻种子萌发的“三基点” 25-35 38

13、-42 6 家蝇生活的“三基点” 17-28 45 根据温度生物的影响，大致可分为五个温区（图蔡2-7有效积温法则：生物生长发育过程中，需要从环境中摄取一定热量才能完成其某一阶段的发育，生物各个发育阶段所需要的热量总和一个常数。 K=N(T-T0) K是有效积温，N为生育期的天数，T0为生物学零度；T为环境的平均温度。例：地中海果蝇在26下，20天内完成生长发育，而在19.5则需要41.7天，求它的生长发育最低临界温度和有效积温。 K=20（26-T0） K=41.7（19.5-T0） T0=13.5 K=250 d.有效积温法则的法则的应用1、预测生物的发生代数2、预测生物地理分布的北界3、

14、预测害虫来年发生程度4、合理安排农作物5、预报农时（三）极端温度对生物的影响高温：导致蛋白质变性、凝固；破坏酶的活性，妨碍正常的生理生化反应；供养不足低温：细胞脱水；原生质破碎等。玻璃化现象：当温度骤然下降，（每秒下降100 ），活的组织在体液结冰之前，越过结晶阶段，迅速硬化，如同玻璃一样。此时，原生质没有破坏，但生命活动几乎停止。1、物候 生物长期适应于一年中温度节律的变化，形成了以此相适应的发育节律，即为物候。如春天发芽、夏天开花、冬天休眠等。（四）生物对温度的适应2、休眠 植物常以芽、种子休眠，动物在休眠中生理代谢、行为活动减少。3、温周期现象 温度呈现昼夜周期性变化，生物对这些变化产生

15、适应的现象。植物：对低温的适应：形态表现在芽及叶片常有油脂类物质保护，芽具有鳞片，器官的表面有蜡粉和密毛，树皮有较发达的木栓组织，植株矮小，常呈匍匐、垫状或莲座状；4、形态适应对高温的适应：形态表现在有些植物体具有密生的绒毛或鳞片，能过滤一部分阳光，发亮的叶片能反射大部分光线，以及叶片垂直排列，减少吸光面积等。动物：对温度的适应，形态表现在个体的大小上，分布在温度低的地区，个体大，利于保温，分布在温度高的地区，个体小，有利于散热。生态学上温度与动物个体的这种关系称为贝格曼定律。 寒冷地区的内温动物，身体的突出部分，如四肢、尾巴和外耳，从高温区到低温区，有变小的趋势，称为阿伦（Allens ru

16、le）定律。三、水对生物的影响及生物的适应（一） 水的生态学意义 参与物质代谢 生物体的组分 调节体内和体外环境 （二）水对生物的影响 生物生长、发育 水生物分布 生物行为（三）生物对水的适应 沉水生物 水生生物 挺水生物 1、 生活型 湿生生物 陆生生物 中生生物 旱生生物2、形态及生理代谢（1）植物对水分的适应 干旱：形态上表现为根系发达，叶片特化，具有发达的储水组织；生理上原生质渗透压高如水生植物的渗透压为2-3P;中生植物一般不超过20P；旱生植物则高达100P水涝：形态上有发达的通气组织；生理上形成耐缺氧代谢。（2）动物对多水分的适应水生动物：主要通过调节体内的渗透压来维持与环境的水

17、分平衡。陆生动物： 形态结构上：表皮角质层加厚等 行为：白天休息，夜间活动 生理上：四、土壤对生物的影响 沙土 土壤质地 壤土 影响生物分布 粘土 土壤温度土壤 土壤物理特性 土壤水分 种子萌发、根系 土壤空气 分布等 土壤pH 土壤化学特点 土壤元素 养分吸收、根生长 土壤氧化还原电位 生物个体长期生长在一定的土壤环境，逐渐对土壤产生适应，形成各种以土壤为主导因子的生态型。例如，植物对土壤酸度的适应，形成酸性土植物、中性土植物、碱性土植物等。 五、环境污染物对生物的影响（一）污染物的来源 环境污染物主要来自人类生活、生产活动，污染进入环境后，可通过大气、水体、土壤、食物等多种途径作用于生物体。 （一）环境污染对生物的影响（二）污染物对生物的影响 对植物的影响：光合作用（影响叶绿体的超微结构、抑制co2固定和光化学系统电子的传递）、呼吸作