环境生物学 第三章3.4-3.5段昌群第七章

厦门大学环境生物学课程(2016年)第三章全球变化及其对生物的影响第四节和第五节

第三章复习题单项选择题：1.紫外线中对生物有害的波长是？

A.短波紫外辐射（UV-C，波长小于280nm）；B.长波紫外辐射（UV-A，320~400nm）；C.中波紫外辐射UV-B（280~320nm）；D.红外线；

E.X光。参考答案：C.中波紫外辐射UV-B（280~320nm）第三章复习题单项选择题：2.臭氧层变薄较强的时间段是？

A.20世纪70年代起至80年代早期；B.20世纪80年代起至90年代早期；C.20世纪90年代末至21世纪初期；D.2000年至2008年；

E.2008年至2014年。参考答案：B.20世纪80年代起至90年代早期第三章复习题3.下列哪个词组的表述不严谨？

A.多毛类沙蚕；B.双壳类牡蛎；C.腹足类织纹螺；D.甲壳类对虾；E.甲壳类昆虫。参考答案：E.甲壳类昆虫（见段昌群《环境生物学》第200页）4.按下列生物图顺序说出该动物属于什么类群？第三章复习题参考答案：（1）桡足类（2）蝗虫（蚱蜢）（3）麦蚜（4）海胆（5）美洲蛙5.按下列生物图顺序说出该生物之间的行为和关系。第三章复习题参考答案：（1）捕食；（2）动物迁徙、觅食；（3）寄生；（4）共生；（5）发光{第四节酸雨及其对生物的影响酸雨是指pH值小于5.6的降水，包括酸性雨，酸性雾，酸性露和酸性霜。酸雨还包括在不降水时，从空中降下来的落尘所带的酸性物质及落尘，包括各种酸性气体、酸性气溶胶和酸性颗粒物。因此酸雨也叫做酸性沉降。（一）、酸雨(acidrain)的概念一、酸雨的形成及其机制第三章第四节酸雨率：一年之内可降若干次雨，有的是酸雨，有的不是酸雨，因此一般称某地区的酸雨率为该地区酸雨次数除以降雨的总次数。除了年均降水pH值之外，酸雨率是判别某地区是否为酸雨区的又一重要指标。第三章第四节一、酸雨及其形成机制（一）酸雨的概念酸雨区的划分第三章第四节一、酸雨及其形成机制（一）酸雨的概念我国酸雨的特点：区域性分布、频率高、酸度大、硫酸型（煤烟型）酸雨。分布由北向南加重，主要集中在长江以南，青藏高原以北的华中、西南、华东地区。我国酸雨的酸度主要由SO42-、Ca2+、NH4+三种成分决定的。第三章第四节一、酸雨及其形成机制（一）酸雨的概念(二)、酸雨的来源造成雨水带酸的主要原因有两个方面，自然源和人为源。我们所指的酸雨是工业化过程中因人类活动产生的。由于人类大量使用煤、石油、天然气等化石燃料，燃烧后产生的二氧化硫、氮氧化物及氯化氢等污染空气的物质，在大气中经过光化学反应，形成硫酸或硝酸等酸性物质，使雨水pH降低，形成酸雨。第三章第四节一、酸雨及其形成机制(三)、酸雨的形成机制1、二氧化硫的氧化SO2会在空气中被氧化成硫酸根SO2

与O2反应，生成SO3，其过程非常复杂。若有水蒸气存在时，会溶解在水中生成H2SO4。或被雨水溶解形成硫酸根。反应过程为：

直接光化学反应：

SO2

H2SO4

间接光化反应：

SO2

H2SO4

在液滴中氧化：SO2

H2SO4

H2SO3+NH3NH4++SO42-

在干燥表面上氧化：SO2

H2SO4

第三章第四节一、酸雨及其形成机制臭氧氧化：SO2+O3

SO3+O2该反应是大气中最主要的化学反应，由SO2

氧化成SO3，由

SO3进一步形成H2SO4和MSO4气溶胶

SO2

H2SO4(水合过程)H2SO4

(H2SO4)m(H2O)n(气溶胶核形成过程)H2SO4

(NH4)2SO4H2O

(气溶胶核形成过程)

第三章第四节一、酸雨及其形成机制（三）酸雨的形成机制2、NOx催化氧化燃烧煤时产生的高温热力会使氧气与氮气化合，形成酸性气体氮氧化物(NOx)，汽车内燃机排放的气体中也含有氮氧化物。空气中氧气、氮氧化物及金属化合物发生化学反应，形成二氧化氮、无机性的硝酸盐，或过氧硝酸乙酷脂(PAN)等物质。最后，这些物质被微粒表面吸收，转变为无机性硝酸盐或硝酸，硝酸再与氨产生反应，生成硝酸铵(NH4N03)，于是硝酸根和铵离子便会制造出来。H2O

HNO3NH3NH4NO3二、酸雨对生物的影响（一）酸雨对植物的影响1.酸雨引起的植物叶片可见伤害症状作物与高酸度的降水接触，叶片在短时间内（24-72h）出现可见伤害症状，其典型症状表现为微小点状的白色坏死斑点。第三章第四节2.酸雨对植物生理代谢的影响酸雨会影响植物的生理代谢，造成生理伤害。叶绿素含量减少，叶绿素a/b比值变化；净光合速率和呼吸速率增加；呼吸作用时间比光合作用时间长一倍；抑制植物生长；改变细胞液pH；改变酶的活性、减缓酸雨对土地的酸化作用。第三章第四节二、酸雨对生物的影响（一）酸雨对植物的影响3.酸雨对植物生长量的影响酸雨对多数作物的影响是明显的。酸雨对蔬菜的影响比对经济作物和粮食作物的影响大。第三章第四节二、酸雨对生物的影响（一）酸雨对植物的影响作物pH作物pH菜豆5.24大豆4.49胡萝卜5.04棉花4.37油菜5.01小麦4.59白菜5.01大麦4.44番茄4.36玉米4.10花生<2.8水稻<2.8酸雨对作物生长和产量的影响阈值4.酸雨对植物产量和产量构成的影响酸雨可影响农作物产量的构成因子。在小麦产量构成的有效穗数、穗粒数和粒重这三个因素中，粒重受到的影响最为明显。第三章第四节二、酸雨对生物的影响（一）酸雨对植物的影响（二）酸雨对动物的影响1.对浮游动物和软体动物的影响在低pH胁迫下，浮游动物的细胞膜通透性增大，血红蛋白迅速凋谢。种类和栖息密度逐渐减小，生物简单化。第三章第四节二、酸雨对生物的影响1.酸雨对浮游动物和软体动物的影响软体动物的消失是湖泊酸化的例证：①

湖泊酸化使钙镁大量流失，影响贝壳的形成；②

细菌活动减弱，水质趋向贫营养化，贝壳结构变脆弱；③

产卵量变化；④

藻类密度下降导致饵料不足。第三章第四节二、酸雨对生物的影响（二）酸雨对动物的影响2.酸雨对鱼类的影响低pH对鱼类的生理损害：①阻碍鳃的气体交换和血氧运输；②导致渗透压调节机制失调；③血酸离子调节机制的丧失及血液酸碱平衡紊乱。第三章第四节二、酸雨对生物的影响（二）酸雨对动物的影响3.酸雨对水禽的影响成体食物减少。在酸性栖息地，食物中重金属含量升高，钙含量低，影响水禽繁殖。第三章第四节二、酸雨对生物的影响（二）酸雨对动物的影响水禽包括哪些动物？水禽包括鸭、鹅、鸿雁、灰雁等以水面为生活环境的禽类动物（其中，迁徙水鸟包括天鹅、雁鸭类和三种鹤：丹顶鹤、白枕鹤、蓑羽鹤）。第三章第四节二、酸雨对生物的影响（二）酸雨对动物的影响（三）酸雨对微生物的影响主要有以下三个方面：引起细胞膜电荷的变化，从而影响微生物对营养物质的吸收。影响微生物代谢过程中酶的活性。改变水环境中营养物质的可利用性及有害物质的毒性。第三章第四节二、酸雨对生物的影响（四）酸雨对生态系统的影响1.酸雨对陆地生态系统的影响第三章第四节二、酸雨对生物的影响酸化的土壤铝离子浓度增加影响植物营养盐流失土壤pH急剧下降土壤生产能力下降第三章第四节二、酸雨对生物的影响（四）酸雨对生态系统的影响酸雨对森林的影响树叶器官直接受到伤害；破坏营养平衡，导致植物营养元素的亏损；增加细菌、真菌病原体的感染机会；加速叶面蜡质层的腐蚀；抑制根瘤固氮菌的活性；抑制松树末端花蕾的形成、增加松树的死亡率；阻碍正常繁殖和降低产量等。2.对水生生态系统的影响第三章第四节二、酸雨对生物的影响（四）酸雨对生态系统的影响pH降低对水生生物的影响pH变化情况8.0-6.0引起生物群落组分的变化，生物竞争发生变化。6.0-5.5物种的数量会减少，生存下来的物种对外来影响的忍耐力会明显的削弱。5.5-5.0许多物种会消失，酸性敏感种动物衰退，耐酸种动物多起来。5.0-4.5大多数鱼类消失。4.5以下上述的所有变化将会加速恶化，同时会缩小许多种藻类的生长范围。第三章复习题6.下列哪种动物最容易受酸雨影响？

A.浅海多毛类沙蚕；B.潮间带双壳类牡蛎；C.浅海腹足类海牛；D.潮间带甲壳类招潮蟹；E.浅海棘皮动物海参。参考答案：B.潮间带双壳类牡蛎第三章复习题7.鱼的哪种器官最容易受酸雨伤害？

A.鳃；B.眼；C.肌肉；D.鳍；E.口。参考答案：A.鳃第三章复习题8.下列哪种不属于鹭科鸟类形态和生态特征？

A.长嘴；B.长颈；C.长脚；D.无明显嗉囊；E.食道中部膨大。参考答案：D.无明显嗉囊第五节生物对长期污染适应与进化第三章（一）生物对环境污染适应的一般原理一、生物对长期污染的适应（1）生物对环境适应的两重性第一是对污染引起的外环境的变化的适应以及对污染引起生物的生理变化（内环境的变化）的适应。第二是生物对污染物自身的适应。前者是间接性的，后者是直接性的。第三章第五节生物对长期污染适应与进化（一）生物对环境污染适应的一般原理一、生物对长期污染的适应（1）生物对环境适应的两重性生物对污染引起的“自然”环境要素的改变以及生理变化是容易适应的，而对污染物本身是很难适应的。如招潮蟹对温度、光照、湿度等的变化容易适应。而招潮蟹对石油的污染很难适应。石油对鳃的影响第三章第五节生物对长期污染适应与进化（2）全球性污染条件生物应对的环境的特点全新的“人造”环境。化学物质种类多，多重污染物共同作用时生物适应受到很大的挑战。毒害大，选择作用强。成为重要的主导环境因子和限制因子。生态因子第三章第五节一、生物对长期污染的适应（二）生物对污染的适应性反应（1）形态结构上的适应性反应植物在污染区长期种植的小麦，具有较高的抗性水平。在污染区长期种植的小麦株高和穗长增大，分蘖数、穗粒数、穗粒重都有增大的倾向。第三章第五节一、生物对长期污染的适应（1）形态结构上的适应性反应动物椒花蛾(Bistonbetularia)的工业黑化现象；工业革命前，英国曼彻斯特椒花蛾主要体色为浅色；工业革命发展至20世纪60年代，黑色型在所有工业地区出现频率达到95%以上。第三章第五节一、生物对长期污染的适应

（二）生物对污染的适应性两栖类动物由于特殊的生理特性，对不利环境适应性较差，对污染这类的胁迫环境极其敏感。往往一个区域两栖类动物的种类和数量的变化程度，是该地区污染初期对灵敏的晴雨表。第三章第五节一、生物对长期污染的适应

（二）生物对污染的适应性前适应（Pre-adaptation）：生物在没有接受污染以前具有的形状特征在污染环境中也是适应的，这种现象就叫做前适应。第三章第五节一、生物对长期污染的适应

（二）生物对污染的适应性污染引起生物外环境和内环境变化部分，同自然条件下的胁迫有一定的类似性。但污染发生后导致生物在相关组织和器官的功能更加强化。如夹竹桃，其叶片坚硬且上被蜡质，气孔下陷，这些对干旱高温的适应性状，也成为适应大气二氧化硫、氮氧化物污染的方式。生物的前适应只是对污染引起的外环境和内环境改变具有一定的作用，但往往污染物本身对生物抗性提出的挑战性远大于污染物引起环境改变的部分。一般胁迫性适应机制不可能对污染造成的整个胁迫条件产生一种稳定的适应性。第三章第五节一、生物对长期污染的适应

（二）生物对污染的适应性（2）生理上的适应性反应消极适应（暂停活动）有些生物在污染条件下，能够暂时减弱或停止部分生理代谢活动，在污染停止或降低时，再行正常的生理活动。大豆等植物，在二氧化硫污染条件下，气孔关闭，光合作用停止；污染停止后，气孔重新开放，光合作用又可正常进行。第三章第五节一、生物对长期污染的适应

（二）生物对污染的适应性（2）生理上的适应性反应积极适应与回避相反，对污染适应性较高的生物在污染条件下通过继续保持较高的代谢活力，积极适应污染。在重金属污染区生长时间越长的玉米种质，在铅污染条件下继续保持过氧化物酶活性水平的能力越高。第三章第五节一、生物对长期污染的适应

（二）生物对污染的适应性（3）遗传上的适应性反应基因表达水平上的变化生物面对污染，在基因表达上各种各样的变化。以前处于“休眠”状态的基因，在污染条件下被激活表达；由于基因的多效性，在污染条件下适应性较强的生物更倾向于有利提高抗性水平的方向进行表达；其他很多基因在表达水平上更高，以形成更多的产物，减小污染引起的生理紊乱等。第三章第五节一、生物对长期污染的适应

（二）生物对污染的适应性在理论上，强大的定向选择压力和污染条件下适应上实效性的严格要求，必然出现遗传瓶颈效应，最终导致种群内遗传变异的流失或快速的丧失。但是，遗传基因的流失和保存的程度和同种群内携带的有抗性基因个体的数量、污染对敏感性个体的选择强度、经过原初的种群衰退后恢复的速度等因素密切相关。第三章第五节一、生物对长期污染的适应

（二）生物对污染的适应性（3）遗传上的适应性反应如果在整个种群中只有为数不多的个体可以抵抗污染、新建立的种群都是以这几个个位为母体的话，种群遗传位点的变异性将大大的降低。第三章第五节一、生物对长期污染的适应

（二）生物对污染的适应性（3）遗传上的适应性反应由于在一般的种群中抗性个体的比例往往是很低的，如果在较低的污染水平下，选择性效应往往并不突出，而且只有在大面积中才可能显示出来；这时较低的死亡率保存了种群内的绝大多数个体，遗传多样性水平可能因此保持较高的水平。经过污染选择之后，重新建立起来的种群的遗传多样性水平，有的升高，有的降低。第三章第五节一、生物对长期污染的适应

（二）生物对污染的适应性（3）遗传上的适应性反应二、污染条件下生物的分化与微分化生物进化大进化（macroevolution）：种以上的进化。微进化（microevolution）：种以下，即种内的分化。第三章第五节（一）、污染选择下的种群适应（populationresponses）生物对污染选择的响应取决于选择作用的强度和生物本身的特点。在一定范围内，选择强度越高，生物的选择响应就越突出。生物对污染物越敏感，选择响应就越激烈。第三章第五节二、污染条件下生物的分化与微进化

（一）、污染选择下的种群适应（populationresponses）对数量性状的方向性选择的程度和速度受很多因素的影响。生物内在因素不仅包括控制性状的基因数目、基因的平均效应、显性出现的程度、基因的上位效应和基因的多效性等，而且还与种群遗传变异量大小、适合度成分之间的遗传相关。第三章第五节二、污染条件下生物的分化与微进化

（1）种群遗传变异量大小

只有当种群遗传变异量足够大时，生物应对污染需要的各种形态、生理、行为上的反应才能有充分的遗传保证。第三章第五节二、污染条件下生物的分化与微进化

（2）适合度成分之间遗传的相关性生物对污染适应的每一种形态或生理反应都构成生物适应环境能力的一个有机组成部分，称为适合度成分。如果适合度成分相互抵触，则会影响生物整体的适应性。第三章第五节二、污染条件下生物的分化与微进化

（二）、污染条件下生物适应性分化的种群过程污染引起的种群分化过程包括以下几个方面：污染引起种群中敏感个体的消失，种群规模减小。到适应污染阈值最低要求的个体，不断扩大在种群中的比例。抗性个体扩大在种群中的比率，并通过种群内的基因重组，不断提高抗性水平；同时外来基因的流入，提高种群的整体遗传多样性水平。第三章第五节二、污染条件下生物的分化与微进化

一般来说，抗性基因在正常种群中的频率是很小的，但在强大有力的污染选择下，对于抗性基因在种群中的传播是极有利的。并且，污染发生的强度和持续性对抗性基因的传播也具有重要作用。第三章第五节二、污染条件下生物的分化与微进化

（二）、污染条件下生物适应性分化的种群过程（三）、影响植物污染抗性进化的生物因素（1）生活史特征污染下植物抗性进化受植物的生活史特征和繁殖生物学特征的制约；而且交配系统制约着植物遗传传递的格局和重组的水平。第三章第五节二、污染条件下生物的分化与微进化

（2）植物的种子库种子库是很多植物的共同特征，特别是那些生存在极端环境，或者生活环境组高度不确定的植物。从进化的角度看，种子库可以看成是前代而来的迁移体。第三章第五节二、污染条件下生物的分化与微进化（三）

（3）表型的可塑性表型可塑性是植物与动物的一个显著差异。污染既可能在质量上，也可能在数量上引起植物体中的资源在组织和器官中的配置。现在普遍认为，表型的可塑性、发育的自稳态机制，以及遗传多样性是生物应答环境不可知性和环境异质性的策略。可塑性和自稳态是植物对短期的、不可预知的环境变化的一种适应性反应。第三章第五节二、污染条件下生物的分化与微进化

（4）植物的生殖特征开花植物的有性生殖过程包括开花、授粉、受精、种子成熟和种子的散步。污染胁迫条件下生殖响应的一个最普遍的方式是生殖生长中的资源配置水平降低、资源分配受阻。往往表现在开花受抑、芽、花、果实和种子的减少或无效性增多。这种效应又往往和污染作用发生时间、持续的时间长度、发生的强度等密切联系。第三章第五节二、污染条件下生物的分化与微进化（三）

（5）植物的传粉系统具有亲和性的花粉在个体之间的有效传递是异型杂交植物生殖过程中的一个最为重要的时期。对于动物授粉者的植物而言，在严重的大气污染条件下，因为污染物对传粉者的毒害作用，减少了传粉动物的数量，或降低了传粉动物的生活力，从而降低了对花的访问次数，阻碍了传粉作用的进行。污染条件下传粉动物采粉行为的变化、交配方式的变化，对授粉植物在数量和质量上的影响，最终也会影响基因流动格局。第三章第五节二、污染条件下生物的分化与微进化（三）

（5）、植物的传粉系统花冠的方向性对于某些类型的大气污染是比较敏感的，特别对于那些可以溶于雨水中的污染类型。其他影响植物对于污染的敏感性程度因素：花的形态、柱头接受花粉的时间、花粉的黏着性、主要生殖器官的