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文档简介
第I部分个体生态学(autecology)Chap2.TemperatureasanecologicalfactorMacroclimateinteractswiththelocallandscapetoproducemicroclimate.MostspeciesperformbestinafairlynarrowrangeoftemperatureManyorganismshaveevolvewaystocompensateforvariationsinenvironmentbyregulatingbodytemperatureManyorganismssurviveextremetemeraturesbyenteringarestingstage本文档共49页;当前第1页;编辑于星期二\2点48分Case1.MicroclimatesMacroclimate
iswhatweatherstationsreport.
Microclimate
isclimatevariationonasmallscale.
Vegetationonnorth–andsouth-facingslopes本文档共49页;当前第2页;编辑于星期二\2点48分Plantheight,canopysize,andcoveraffectmicroclimate
Desertshrubsandmicroclimate本文档共49页;当前第3页;编辑于星期二\2点48分本文档共49页;当前第4页;编辑于星期二\2点48分WhitesandBlacksandColoroftheGround本文档共49页;当前第5页;编辑于星期二\2点48分PresenceofBouldersandBurrows
Microclimatesunderstones本文档共49页;当前第6页;编辑于星期二\2点48分AquaticTempPhysicsofwater,riparianvegetationMicroclimateinaquaticenvironmentsriffle:浅滩reed:芦苇本文档共49页;当前第7页;编辑于星期二\2点48分Case2:TemperatureandperformanceoforganismsEnzymeactivity(a)TemperatureandperformanceatthemolecularlevelEnzyme-substrateaffinity(亲和力)乙酰胆碱酯酶鲑鱼本文档共49页;当前第8页;编辑于星期二\2点48分(b)Extremetemperatureandphotosynthesis本文档共49页;当前第9页;编辑于星期二\2点48分(C)Developmentand
TemperatureAnlinearrelationshipisexhibitedbetweenratesofgrowth
and
developmentofwholeorganismsandtemperatureinmostofectotherms.AprotistEggofabeetle本文档共49页;当前第10页;编辑于星期二\2点48分Eggtoadultdevelopmentinamite24.22days8.18daysOrganismsrequireacombinationoftimeandtemperature–‘physiologicaltime’tocompleteacertainstageofdevelopment.K=N(T–C)K-积温常数(daydegrees);N-Developmenttime(day);T-Temperature(℃);C-Threshold发育起点(阈值)温度(℃);
有效积温法则-变温动物完成一定发育时期所需热量是一个常数本文档共49页;当前第11页;编辑于星期二\2点48分公式假定:Assumptionsoftheequation(1)Thereisalinearrelationshipbetweendevelopmentrateandtemperature;(2)Developmentisonlyaffectedbytemperature;(3)Temperatureisconstant.Applicationsoftheequation:(1)Predictingpotentialdistributionoforganisms.(2)Predictingemergenceofacertainstageoforganisms本文档共49页;当前第12页;编辑于星期二\2点48分Temperature-sizeruleTheratesofgrowthanddevelopmentdeterminethefinalsizeofanorganism.Iftheresponsesofgrowthanddevelopmenttovariationsintemperaturearenotthesame,temperaturewillaffectfinalsize.Infact,developmentusuallyincreasesmorerapidlywithtemperaturethandoesgrowth,suchthatfinalsizetendstodecreasewithrearingtemperature,forawiderangeoforganisms.RatestemperatureDevelopmentGrowthsize本文档共49页;当前第13页;编辑于星期二\2点48分Blackbeanaphidat15℃Blackbeanaphidsat30℃本文档共49页;当前第14页;编辑于星期二\2点48分(D)AdaptationstotemperatureAcclimation:Physiologicalchangesinresponsetoenvironmentalconditions
最佳温度相差8℃Pearcy(1977)collectedcuttings(插条)ofaplantfromtheDeathValley,California,andplantedthemundertwodifferenttemperatures.Growingtemperatureandoptimaltempforphotosynthesis本文档共49页;当前第15页;编辑于星期二\2点48分TemperatureandBacterialactivityTemperatureandpopulationgrowthbyanantarcticbacterium(南极)(Morita,1975)Temperatureandpopulationgrowthbyahotspringbacterium(黄石公园温泉)(Brock(1978)本文档共49页;当前第16页;编辑于星期二\2点48分CaseIII:Regulatingbodytemperature(A)BodytemperatureequationK.Schmidt-Nielsen(1983):Hs=Hm±Hcd±Hcv±Hr-HeHs-storage总热量;Hm-metabolic新陈代谢;Hcd-conduct传导;Hcv-convection对流;Hr-radiation辐射;He-evaporation蒸发
Manyorganismshaveevolvewaystocompensateforvariationsinenvironmentbyregulatingbodytemperature本文档共49页;当前第17页;编辑于星期二\2点48分生物与环境的热交换传导对流代谢辐射辐射蒸发本文档共49页;当前第18页;编辑于星期二\2点48分(B)植物的温度调节
沙漠植物-如何降温?
HeatexchangebyadesertplantHs=Hm±Hcd±Hcv±Hr-
He本文档共49页;当前第19页;编辑于星期二\2点48分北极和高山垫状植物的热交换北极和高山植物——如何保温?Hs=Hm+Hcd+Hcv+Hr-
He本文档共49页;当前第20页;编辑于星期二\2点48分本文档共49页;当前第21页;编辑于星期二\2点48分斯堪蒂纳维亚植物体热收支Growthformandtemperature(datafromFitterandHay,1987)本文档共49页;当前第22页;编辑于星期二\2点48分TropicalAlpinePlants
Littleannualvariationbutwidedailyfluctuationintemperature.Adaptation:1)Giantrosette(莲座)growthform;2)Retainingdeadleaves;3)Densepubescence(绒毛)4)Retainingalargeamountoffluid.a.非洲Kilimajaro山上的千里光,b.南美Andes山本文档共49页;当前第23页;编辑于星期二\2点48分(C)TemperatureregulationbyectothermicanimalsTemperatureregulationbyalizardinthehighAndesLizard蜥蜴
—Afteranhourofsunbasking,asairtemperaturerisestoabout1.5℃,thebodytemperaturerisestoabout33℃,over30℃abovethatofthesurroundingair.Thevastmajorityofanimalsuseexternalsourcesofenergytoregulatebodytemperature.本文档共49页;当前第24页;编辑于星期二\2点48分蝗虫Grasshopperstakethesunbaskingforheat,andprobablymore?
Bodytemperature(38-40℃)>airtemperature?透翅蝗CamnulapellucidaInArizonamountains本文档共49页;当前第25页;编辑于星期二\2点48分Currathurs’sstudy(续)Question:Canthegrasshopperincreasethebodytemperature?
Experiment:twogroupsofinsectswereraisedattwodifferenttemperatures.Thebodytemperaturewasmeasured,andcompared.本文档共49页;当前第26页;编辑于星期二\2点48分Currathurs’sstudy(续)温度与虫霉菌种群增长真菌数量(μlDoesthehighbodytemperaturesuppresspathogens?TemperatureandpopulationgrowthofEntomophagagrylli本文档共49页;当前第27页;编辑于星期二\2点48分Whatisthelimitationofthisstudy?
Howdoestemperatureaffectthepathogeninthefield?Exposureto40℃temperatureforasfewas4hourseachdaysignificantlyreducedthenumberofgrasshoppersdyingofEntomophagainfections.
本文档共49页;当前第28页;编辑于星期二\2点48分(e)TemperatureregulationbyendothermicanimalsEnvironmentaltemperatureandmetabolicrates
Whentheenvironmentaltemperatureisbeyondthethermalneutralzone,themetabolicratewillrapidlyincreasetotwo-threetimesrestingmetabolism.中温区(thermalneutralzone):therangeofenvironmentaltemperatureoverwhichthemetabolicrateofahomeothermic(恒温)animaldoesnotchange.指恒温动物代谢速率保持恒定时的温度范围。本文档共49页;当前第29页;编辑于星期二\2点48分温度与北极和热带哺乳动物的中温区Twogroupsofanimalsaredefinedbythedifferenceintheneutralthermalzones:tropicalspeciesandarcticspecies.
Sharedrange本文档共49页;当前第30页;编辑于星期二\2点48分AquaticbirdsandMammals水生鸟和水生哺乳动物
So,howtokeepheataswellasgetoxygenforendotherms?1)Usingair-breathingtogetoxygen,insteadofgill-breathing2)Bearingathicklayeroffatorfur.Appendages(附肢)areoutfittedwithcountercurrentheatexchangers(逆流交换系统)
toreduceheatloss。1)Thecapacityofwatertoabsorbheatwithoutchangingtemperatureisca.3000timesthatofair;2)Butconductiveandconvectiveheatlosstowateraremuchmorerapidthantoair:over20timesfasterinstillwaterandupto100timesfasterinmovingwater.本文档共49页;当前第31页;编辑于星期二\2点48分Countercurrentheatexchanger本文档共49页;当前第32页;编辑于星期二\2点48分金枪鱼体侧肌肉中的逆流交换器WarmingtheSwimmingMusclesoflargemarineFish动脉静脉本文档共49页;当前第33页;编辑于星期二\2点48分Watertemperatureandbodytemperatureofabluefintuna本文档共49页;当前第34页;编辑于星期二\2点48分WarmingInsectFlightMuscles昆虫飞行肌加热机制Doessphinxmothsregulationbodytemperaturethroughchangingmetabolicrate?(Adams&Heath,1964)本文档共49页;当前第35页;编辑于星期二\2点48分HawkmothHeinrichdidnotfindchangingofthemetabolicrateinresponsetovariationsintemperature.So,heproposedahypothesisthatsphinxmothsregulatebodytemperaturebychangingtheirratesofheatlosstotheenvironment.
本文档共49页;当前第36页;编辑于星期二\2点48分烟草天蛾的体温调节和血液循环本文档共49页;当前第37页;编辑于星期二\2点48分思考题1蝴蝶是变温动物,白天活动,从赤道雨林到北极都有分布,它们以晒太阳的方式提高体温。那么,随纬度的不同,它们用于晒太阳和飞行的时间比例会如何变化?蝴蝶晒太阳的时间会随着每天温度的变化而改变吗?2有人在新疆塔城的严冬雪地里发现一种会飞的蛾子,你分析它的体色是什么颜色?为什么?为什么能在零下20多度的冬天飞翔?本文档共49页;当前第38页;编辑于星期二\2点48分东方臭甘蓝-恒温植物肉穗花序苞片主根(D)Temperatureregulationbythermogenicplants产热植物
本文档共49页;当前第39页;编辑于星期二\2点48分气温与东方臭甘蓝的代谢速率代谢率(用耗氧率表示)本文档共49页;当前第40页;编辑于星期二\2点48分ManyorganismssurviveextremetemperaturesbyenteringarestingstageCaseIV:SurvivingExtremetemperature(a)InactivityTigerbeetle本文档共49页;当前第41页;编辑于星期二\2点48分(B)ReducingMetabolicRateWhentouseTorpor蛰伏?Torporisastateoflowmetabolicrateandloweredbodytemperature.“Routinehypothesis”or“Emergency-onlyHypo”Howtotestthehypotheses?Hummingbird本文档共49页;当前第42页;编辑于星期二\2点48分Howtoknowwhetherhummingbirdsgointotorporatnight?Byweightinghummingbirdsjustbeforetheywenttotheirnightroosts(鸟窝),andthenagainintheearlymorning.本文档共49页;当前第43页;编辑于星期二\2点48分花蜜食物量与蛰伏状态的关系Calder’sobservationsupportedthe‘Emergency-onlyHypothesis’.Hummingbirdsgointotorporwhen:(1)flowersarenotabundant;(2)foodintakeisre
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