四川大學(xué)生態(tài)學(xué)課件第2章能量環(huán)境

1、Chapter 2 energy environment temperature and light on the earthadaptation of organisms to lightadaptation of organisms to temperaturetypes of energy on earth（1）Solar radiation and its spectrum UV-light ：wavelength760nm，46%（2） factors influencing solar radiationatmosphere：absorption, reflection and s

2、cattering. about 47 % of total radiation reach earths surfacesolar altitude（太陽高度角太陽高度角）：The smaller the solar altitude is, the longer the distance the sun radiation pass through the atmosphere and the weaker intensity of radiation reaching the earths surface is.latitude and season, elevation ,gradie

3、nt and slope direction（坡向坡向）太陽高度角：指某地太陽光線與該地作垂直于太陽高度角：指某地太陽光線與該地作垂直于地心的地表切線的夾角地心的地表切線的夾角地球表面的太陽輻射地球表面的太陽輻射坡向坡向定義:坡面法線在水平面上的投影的方向 。 坡向?qū)θ照諘r數(shù)和太陽輻射強度有影響。輻射強度南坡東南坡西南坡東坡西坡東北坡西北坡北坡。 向光坡(陽/南坡)和背光坡(陰/北坡)間溫度或植被差異常常很大。南坡或西南坡最暖和，而北坡或東北坡最寒冷。東坡與西坡溫差在南坡與北坡之間。 坡向?qū)邓绊懨黠@。來自西南的暖濕氣流在南北或偏南北走向山脈的西坡和西南坡形成大量降水；東南暖濕氣流在東坡和東

4、南坡造成豐富的降水。 由于光照、溫度、雨量、風(fēng)速、土壤質(zhì)地等因子的綜合作用，坡向能夠?qū)χ脖话l(fā)生影響。例例喜馬拉雅山：陽坡的植被比陰坡繁喜馬拉雅山：陽坡的植被比陰坡繁茂茂 ，其基帶為亞熱帶長綠闊葉林，其基帶為亞熱帶長綠闊葉林 ，陰坡的基帶為高山草原帶。，陰坡的基帶為高山草原帶。東西走向的天山：北坡為陰坡東西走向的天山：北坡為陰坡，其其植被比南坡茂密。植被比南坡茂密。-北坡為迎風(fēng)北坡為迎風(fēng)坡坡，迎北冰洋的大西洋水汽，南坡迎北冰洋的大西洋水汽，南坡因遠離大洋而降水少。因遠離大洋而降水少。（3）light propertychange of qulity (光質(zhì)的變化光質(zhì)的變化)l high lati

5、tude or low altitude: more long wavel summer or at noon:more long wave.change of duration of sunshine (日照時間日照時間)lSummer or winter, day or night l latitude, polar day and polar night.change od light intensity(光照強度光照強度)lhigh latitude or low altitude: weak.lsummer or at noon: strongllight intensity in

6、south slopes stronger than that of north slopes (Northern Hemisphere）.愛因斯坦光子理論：E=hv=hc/ E：能量 H：普朗克常數(shù) c：光速 V：光的頻率 ：光的波長 (4) change of solar radiation within phytocoenosium(植物群落）植物群落） when light enter phytocoenosium, light intensity falls off exponentially, photosynthetical effective light is sbsorbed

7、, proportion of green ray increase.adoptive responses of palnt：栲樹栲樹 (Castanopsis sieboldii) 可見光區(qū)（380-760nm）中紅、橙光主要被葉綠素吸收；藍紫光也能為葉綠素和胡蘿卜素吸收，這部分輻射稱為生理有效輻射。綠光很少被吸收利用，稱為生理無效輻射。 光強在一個生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的變化光強在一個生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的變化太陽輻射到達林內(nèi)和草甸的分配情況（李振基等，太陽輻射到達林內(nèi)和草甸的分配情況（李振基等，20042004） （5）change of solar radiation in water bodyblue

8、 or green? （5）variation of solar radiation in water bodySolar radiation intensity falls off exponentially with depth.adoptive responses of palnt：difference among the photosynthetic pigment（Chlb、carotenoid類胡蘿卜素、類胡蘿卜素、phycoerythrin藻紅蛋白、藻紅蛋白、phycocyanin藻藍蛋白、藻藍蛋白、lutein葉黃素等）。葉黃素等）。各種波長的光穿過蒸各種波長的光穿過蒸餾水時的

9、強度變化餾水時的強度變化 不同波長的光被海水吸收的程度不一樣。紅外光僅在幾米深處就會被完全吸收，而紫色和藍色等短波光則很容易被水分子散射，也不能射入到很深的海水中，結(jié)果在較深的水中只有綠色占較大優(yōu)勢。 上：綠藻和紅藻對不同光色的相對光合作用率；下：不同波長的光，其相對能值隨海水深 度而變化（引自Ricklefs,1979）二、二、Ecological effects of light and adaptation of organisms to light1.light qulity2.light intensity3.adaptation of organisms to photoperio

10、d(光周期光周期) （略）（略）1. light qulity（1）Ecological effectsvisibal light spetrum：red（780-630nm）orange（630-600nm）yellow（600-570nm）green（570-500nm）cyan（500-470nm）blue（470-420nm）purple（420-380nm）（1）Ecological effects of light qualityabsorption spectrum of main photosynthetic pigment1-細菌葉綠素a；2-葉綠素a；3-葉綠素b；4-藻膽

11、紅素；5-類胡蘿卜素 absorption spectra of photosynthetic pigments can measured by Spectrophotometer. absorption spectrum of chlorophyll : 640 660nm red light and 430 450nm blue violet. absorbing less orange and yellow light , least green light.absorption spectra of Chla and Chlb is similar, but the absorptio

12、n peaks in the red light of Chla is higher than that of Chlb, while that of in blue light is lower than Chlb. Chla/b of heliophilic (陽性陽性) plants is about 3 1 and sciophyte(陰性陰性) plants about 2.3 1. Carotenoid absorption band： 400 to 500nm in the blue violet region, does not absorb red, orange, yell

13、ow light.Phycocyanin(藻藍蛋白藻藍蛋白) absorb orange-red, phycoerythrin(藻紅蛋白藻紅蛋白) the green part. physiologically active radiation（生理有效輻射生理有效輻射）: can be absorbed and used to photosynthesis - red, orange, blue, violet. physiological invalid radiation(生理無效輻射生理無效輻射) : green light plants with different photosyn

14、thetic pigment are the results of evolution.Eco- effects of different light to organismsblue, purple and cyan light: inhibiting formation of some growth hormone, resulting in dwarfing. promote formation of anthocyanin(花青素花青素). cause plant phototropism(向光性向光性). most important to control cell differen

15、tiation. blue and purplelight: promote synthesis of protein Red light: promote synthesis of sugarIR and its eco- effectInfrared is the basic source of temperature of earth surface, important to regulate body temperature and energy metabolism of ectotherm(外溫動物外溫動物)heat effect (增熱效應(yīng)增熱效應(yīng)), greenhouse e

16、ffect（溫室（溫室效應(yīng)）效應(yīng)）UV and its eco- effectecological effectlcan hurt organisms because of its high energyltake apart in formation of vitamin D in animal ,morphogenesis(形態(tài)建成形態(tài)建成) of plantl induce phototropism and formation of pigment of plant.1. light qulity（3）Adaption organisms to light qualityAnimals：

17、visibale light (human and most mammals) . Different animal have different visual range. Plants：effective photosynthetic radiation(380-710（760）nm).2. light intensity (1) Ecological effects Animal growth: eggs hatching animal body color formation of chlorophyllgrowth and differentiation of plant cell

18、quality and quantity of flowers and fruits of plant 2. light intensity (2) adaptation of plants to light intensity phototropism(向光性向光性)leaves fall at autumC3 and C4 plantslPhotosynthetic capacity heliophilic(陽性陽性) and sciophyte(陰性陰性) plantslphysiological differences l morphological differencesphotot

19、ropism葉葉植物植物陽性植物陽性植物耐蔭性植物耐蔭性植物陰性植物陰性植物適應(yīng)強光環(huán)境，耐適應(yīng)強光環(huán)境，耐蔭力弱，對強光的蔭力弱，對強光的利用力強利用力強介于陽生植物與介于陽生植物與陰生植物之間陰生植物之間適應(yīng)弱光環(huán)境，耐適應(yīng)弱光環(huán)境，耐蔭力強，對弱光的蔭力強，對弱光的利用力強利用力強 比較特征陽性植物陰性植物形態(tài)特征樹木特征枝葉稀疏，透光，整枝良好；枝下高長；樹皮厚；葉色淡；開花結(jié)實力較大；生長快，壽命短枝葉茂密，透光度小，整枝不良；枝下高短；樹皮?。蝗~色深；植物生長緩慢，壽命較長。莖外形較粗，節(jié)間短，分枝多。莖細長，節(jié)間長，分枝少。內(nèi)部結(jié)構(gòu)細胞體積小，胞壁厚，木質(zhì)部與機械組織發(fā)達，維管束

20、多，細胞結(jié)構(gòu)緊密，含水量較少。細胞體積大，胞壁薄，木質(zhì)部與機械組織不發(fā)達，維管束少，細胞結(jié)構(gòu)疏松，含水量較多。葉外形葉較小，厚；角質(zhì)層厚；葉脈細密而長；有的葉子表面具絨毛； 葉子常與直射光排列呈一定角度。葉子較大，??；角質(zhì)層不發(fā)達；葉脈較??；葉面光滑；葉柄長短不齊，呈鑲嵌狀排列。內(nèi)部結(jié)構(gòu)細胞排列緊密，細胞小，胞壁厚，氣孔小而數(shù)目多，柵欄組織發(fā)達，海綿組織不發(fā)達細胞排列疏松，細胞大，胞壁薄，氣孔大而數(shù)目少，柵欄組織不發(fā)達，海綿組織發(fā)達生理生化特征耐蔭力弱；光補償點、光飽和點高；呼吸作用與光合作用強；滲透壓大；葉綠素含量??；抗性高耐蔭力強；光補償點、光飽和點低；呼吸作用與光合作用弱；滲透壓?。蝗~綠

21、素含量高；抗性低陽性植物和陰性植物的比較陽性植物和陰性植物的比較光強與植物的光合作用光強與植物的光合作用 黑暗中釋放的黑暗中釋放的COCO2 2量量光照強度光照強度光合速率與呼吸速率相等時的光照強度光合速率達到最大值時的光強光強超過一定范圍后，光合功能下降的現(xiàn)象光補償點 (compensation point) ：光合作用強度和呼吸作用強度相當處的光強度。光飽和點(saturate point)：當光照強度達到一定水平后，光合產(chǎn)物不再增加或增加很少，該處光強度即為光飽和點。陽性植物（a）與陰性植物（b）光補償點（CP）示意圖植物光合功能型：植物光合功能型：C3、C4、CAM植物植物1，C3：在

22、光下釋放CO2-“光呼吸植物”，光合效率較低，“低效植物”。大豆、煙草、小麥、水稻和大多數(shù)樹木。2，C4：在光下不釋放CO2-“非光呼吸植物”，光合效率較高，“高效植物”。甘蔗、玉米和高粱、禾本科雜草等。3，CAM途徑b光呼吸的強弱常用“CO2補償點”的高低來表示。即：光和強度和呼吸強度相等，植物內(nèi)的干物質(zhì)不增加也不減少。若CO2濃度高于該植物的補償點，有機物質(zhì)就逐漸積累，生長正常。若CO2濃度低于補償點，有機物質(zhì)就逐漸被消耗，生長不正常，以至死亡。C3、C4、CAM植物植物bCO2補償點低于5ppm的植物稱為低補償點植物或非光呼吸植物；又稱“C4植物”，干物質(zhì)積累快，具有良好的豐產(chǎn)基礎(chǔ)。bC

23、O2補償點高于40-60ppm的植物稱為高補償點植物或光呼吸植物；又稱“C3植物”。 小時小時植物光合作用的晝夜變化植物光合作用的晝夜變化特征C3植物C4植物CAM植物植物類群大部分綠色植物-水稻不包括藻類、蕨類和針葉樹，常見有花植物-玉米，甘蔗、高梁、狗尾草肉質(zhì)植物-波蘿、仙人掌、景天屬植物等生境特征廣泛開闊、溫暖、鹽生開闊、干旱、溫暖、鹽生維管束鞘細胞無花環(huán)型結(jié)構(gòu)花環(huán)型結(jié)構(gòu)無花環(huán)型結(jié)構(gòu)CO2固定途徑Calvin循環(huán)C4途徑CAM途徑初始酶及對CO2親和度Rubisco酶親和度低PEP羧化酶親和度高PEP羧化酶親和度高CO2固定最初產(chǎn)物PGA（3C）OAA （4C）OAA （4C）氣孔白天開

24、，夜晚閉白天開，夜晚閉白天閉，夜晚開光呼吸高低低最大光合速率55100小于1光合最適溫20-3030-4530-35光補償點0.2-21-31-3C3C3植物、植物、C4C4植物和植物和CAMCAM植物的適應(yīng)特征植物的適應(yīng)特征三三. Temperature relationsmacroclimate interacts with the local landscape tp prodice microclimated.most species perform best in a fairly narrow range of temperatures.many organisms have ev

25、olved ways to compensate for variations in temperature by regulating body temperature.many organisms curvive extreme temperatures by entering a resting stage.1. Distribution and variation of atmospheric temperature on the earths surface temperature decrease 0.5 with the latitude increases 1。 vary ra

26、nge of temperature is small in coastal areas,while big in inland areas.temperature of south slope is higher than north slope, decreases 0.61 with latitude increase per 100 m.temperature inversion(逆溫逆溫)： tempture increases with the altitude increasing in troposphere(對流層對流層).Changes within phytocoenos

27、ium：temperature of leaf is higher than air in the day, conversely at night. spacesun-tracking behavior of Dryas intrgrifolia 仙女木屬 time ldaily range（日較差（日較差= highest - minimum temperature）：）：Affected by latitude, longitude and altitude. increases with the decrease of latitude, the increase of altitud

28、e and enhancement of continental climate.lannual range(年較差年較差）：）： Annual range varies with latitude and longitude.It increases with the increase of latitude and enhancement of continental climate. 1. Distribution and variation of atmospheric temperature on the earths surface 2. Distribution and chan

29、ge of soil temperature change of surface layer temperature is bigger than air, temperature amplitude decrease with the increase of soil depth. soil temperature remain the same day and night under 1m depth, while remain the same all the year under 30m depth.variation of soil temperature lags behind a

30、ir, and related with soil depth.annual variation of soil temperature is related with latitude and altitude：varies greatly in mid-latitude , less in low latitudes, and affected by snow cover in high latitude.（3）Distribution and change of water temperature P23土壤與空氣溫度日變化土壤與空氣溫度日變化美內(nèi)華達荒漠可長植物的沙漠區(qū)晴天時空氣與土壤

31、溫度的日變化。美內(nèi)華達荒漠可長植物的沙漠區(qū)晴天時空氣與土壤溫度的日變化。沙漠白天熱死晚上冷死沙漠白天熱死晚上冷死沙子比熱小，容易吸熱升溫，或放熱降溫沙子比熱小，容易吸熱升溫，或放熱降溫.沒有遮擋物，造成陽光直射，易升溫沒有遮擋物，造成陽光直射，易升溫 沒有遮擋物，空氣流動大，造成地表放熱快沒有遮擋物，空氣流動大，造成地表放熱快4、 Influence of temperature Ecological effecyEnzyme reaction rate and temperature threshold(酶反應(yīng)速率與溫度閾酶反應(yīng)速率與溫度閾)development and growth ra

32、te of organismsDomestication and acclimatization(馴化和氣候馴馴化和氣候馴化化)Ecological significance of temperatureeffects to plant growth： activity of enzymehigh temperature threshold value of organisms in low latitude is high, low temperature threshold value of organisms in high latitude is low.annual ring(年輪）

33、年輪）51effects to development ：sum of effective temperature (有效積溫有效積溫).effects to reproduce：Vernalization of plant , animal reproduce time.effects to distributionindirect influence：Variation of temperature can cause other ecological factor changes, such as humidity, rainfall, wind, oxygen solubility i

34、n water , and it also can change activities and behavior of other organisms.Ecological significance of temperature （1）酶反應(yīng)速率與溫度）酶反應(yīng)速率與溫度溫度系數(shù)（溫度系數(shù)（temperature coefficient, Q10 ） Q10 = t體溫代謝率體溫代謝率/（t-10）體溫代謝率體溫代謝率高溫對生物的傷害高溫對生物的傷害l高溫的傷害：蛋白質(zhì)高溫的傷害：蛋白質(zhì)(酶酶)變性、有機體脫水變性、有機體脫水不同物種對高溫的耐受性不同不同物種對高溫的耐受性不同. l水生植物水生

35、植物aquatic plant：3040l旱生植物旱生植物xerophyte：5060l獸類獸類animals：42l鳥類鳥類birds：4648l爬行類爬行類reptiles：45低溫對生物的傷害低溫對生物的傷害l溫度低于一定的數(shù)值，生物會因低溫而受害，溫度低于一定的數(shù)值，生物會因低溫而受害，這個數(shù)值稱為臨界溫度。在臨界溫度以下，這個數(shù)值稱為臨界溫度。在臨界溫度以下，溫度越低生物受害越重。低溫對生物的傷害溫度越低生物受害越重。低溫對生物的傷害可分為冷害可分為冷害冷害冷害 (chilling injury)、霜害和、霜害和凍害凍害（freeze injury）三種。三種。l凍害原因：冰結(jié)晶使原

36、生質(zhì)破裂損壞胞內(nèi)和凍害原因：冰結(jié)晶使原生質(zhì)破裂損壞胞內(nèi)和胞間的微細結(jié)構(gòu)；溶劑水結(jié)冰，電解質(zhì)濃度胞間的微細結(jié)構(gòu)；溶劑水結(jié)冰，電解質(zhì)濃度改變，引起細胞滲透壓變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變改變，引起細胞滲透壓變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性；脫水使蛋白質(zhì)沉淀；代謝失調(diào)。性；脫水使蛋白質(zhì)沉淀；代謝失調(diào)。 l不同物種對低溫的耐受性不同不同物種對低溫的耐受性不同l生物的抗寒鍛煉生物的抗寒鍛煉極端溫度的影響及生物的適應(yīng)極端溫度的影響及生物的適應(yīng)昆蟲生理狀態(tài)與溫度的關(guān)系昆蟲生理狀態(tài)與溫度的關(guān)系 其中其中T T1 1為過冷點（臨界點），為過冷點（臨界點），T T2 2為死為死亡點亡點 （仿孫儒泳等，（仿孫儒泳等，19931993）（2

37、）development and growth rate發(fā)育閾溫度發(fā)育閾溫度（Developmental threshold temperature，生物學(xué)零度：，生物學(xué)零度：Biological zero）：溫）：溫度直接影響外溫動物和植物的發(fā)育和生長速率。生度直接影響外溫動物和植物的發(fā)育和生長速率。生長發(fā)育是在一定的溫度值才開始的，低于這個溫度，長發(fā)育是在一定的溫度值才開始的，低于這個溫度，生物不發(fā)育。生物不發(fā)育。總積溫總積溫（Sum of heat）(有效積溫，有效積溫，Sum of effective temperature）發(fā)育歷期（發(fā)育歷期（N，完成某階段的發(fā)育所需天數(shù)）和發(fā)，完成

38、某階段的發(fā)育所需天數(shù)）和發(fā)育速率（育速率（V=1/N）Formula：K=N（T-To）l K某生物所需的有效積溫，是常數(shù)；某生物所需的有效積溫，是常數(shù)；l T-生物發(fā)育期間當?shù)氐钠骄鶞囟龋锇l(fā)育期間當?shù)氐钠骄鶞囟?，；l To該生物生長活動所需最低臨界溫度（該生物生長活動所需最低臨界溫度（生物零度）、又稱發(fā)育起點溫度或最低有生物零度）、又稱發(fā)育起點溫度或最低有效溫度，效溫度，。l N-發(fā)育歷期發(fā)育歷期, 生長發(fā)育所需時間生長發(fā)育所需時間(天數(shù)天數(shù)d)。Sum of effective temperatureg有效積溫公式有效積溫公式K=N（T-To）可以寫為：可以寫為： N（T-To）= K

39、 (1) T-To = K/ N 即：即： T = To+ K/ N (2) T= To +K1/N = To +KV (3)g 其中其中V是是發(fā)育速率發(fā)育速率，它是發(fā)育時間的倒數(shù)；，它是發(fā)育時間的倒數(shù)；g 公式（公式（2）相當于數(shù)學(xué)上的雙曲線公式）相當于數(shù)學(xué)上的雙曲線公式y(tǒng)=a+b/x，表示溫度與發(fā)育所需時間成雙曲線關(guān)系；表示溫度與發(fā)育所需時間成雙曲線關(guān)系；g 公式（公式（3）相當于數(shù)學(xué)上的直線關(guān)系）相當于數(shù)學(xué)上的直線關(guān)系y=a+bx，表示溫度與發(fā)育速度呈直線關(guān)系。表示溫度與發(fā)育速度呈直線關(guān)系。a. 預(yù)測生物發(fā)生的世代數(shù)預(yù)測生物發(fā)生的世代數(shù)；小地老虎完成一個世代；小地老虎完成一個世代所需總積

40、溫所需總積溫K1=504.7日度，南京地區(qū)對該昆蟲發(fā)日度，南京地區(qū)對該昆蟲發(fā)育的年總積溫育的年總積溫K=2220.9，小地老虎可能發(fā)生的世小地老虎可能發(fā)生的世代數(shù)：代數(shù)：K/K1=2220.9/504.7=4.54（代）；南京地區(qū)代）；南京地區(qū)小地老虎每年實際發(fā)生小地老虎每年實際發(fā)生4-5代，與理論預(yù)測相同。代，與理論預(yù)測相同。b.預(yù)測生物地理分布的北界預(yù)測生物地理分布的北界；一種生物分布區(qū)域的；一種生物分布區(qū)域的全年有效總積溫必須滿足該種生物完成一個世代全年有效總積溫必須滿足該種生物完成一個世代所需的所需的K值，否則該種生物不能分布在那里。值，否則該種生物不能分布在那里。 Applicati

41、on of Sum of effective temperaturec.預(yù)測蟲害來年發(fā)生程度預(yù)測蟲害來年發(fā)生程度；東亞飛蝗只能以卵越冬，；東亞飛蝗只能以卵越冬，若某年氣溫偏高使東亞飛蝗在秋季又多發(fā)生一代若某年氣溫偏高使東亞飛蝗在秋季又多發(fā)生一代，該代在冬季到來之前難以發(fā)育成熟，于是越冬，該代在冬季到來之前難以發(fā)育成熟，于是越冬卵基數(shù)大大減少，來年飛蝗發(fā)生程度必然減輕。卵基數(shù)大大減少，來年飛蝗發(fā)生程度必然減輕。d.推算生物的年發(fā)生歷推算生物的年發(fā)生歷；根據(jù)某種生物各發(fā)育階段；根據(jù)某種生物各發(fā)育階段的發(fā)育起點溫度和有效積溫，再參考當?shù)貧庀筚Y的發(fā)育起點溫度和有效積溫，再參考當?shù)貧庀筚Y料就可以推算該生

42、物的年發(fā)生歷。料就可以推算該生物的年發(fā)生歷。f.根據(jù)有效積溫制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，合理安排作物根據(jù)有效積溫制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，合理安排作物；不同作物所要求的有效積溫不同，如小麥、馬鈴不同作物所要求的有效積溫不同，如小麥、馬鈴薯大約需要有效積溫薯大約需要有效積溫1000-1600日度；棉花、玉米日度；棉花、玉米為為2000-4000日度；椰子為日度；椰子為5000日度以上。日度以上。（2）生物發(fā)育和生長速度）生物發(fā)育和生長速度發(fā)育速率發(fā)育速率 （3）馴化和氣候馴化）馴化和氣候馴化(略）略）春化春化 (vernalization) ：植物在發(fā)芽前需要一個寒冷：植物在發(fā)芽前需要一個寒冷期，由低溫誘導(dǎo)開花。

43、期，由低溫誘導(dǎo)開花。馴化馴化 (acclimation)和氣候馴化和氣候馴化 (acclimatization)l生物在新環(huán)境的溫度條件生長一段時間，有機體生物在新環(huán)境的溫度條件生長一段時間，有機體會對新溫度條件產(chǎn)生適應(yīng)，該現(xiàn)象稱馴化。在自會對新溫度條件產(chǎn)生適應(yīng)，該現(xiàn)象稱馴化。在自然界產(chǎn)生的馴化稱氣候馴化然界產(chǎn)生的馴化稱氣候馴化（acclimatization）l生物對環(huán)境的適應(yīng)生物對環(huán)境的適應(yīng)l生態(tài)適應(yīng)和基因變異生態(tài)適應(yīng)和基因變異四、四、Adaptation of organisms to temperatureAdaptation to low temperatureAdaptation

44、to high temperaturerelationshio between distribution of species and temperature1、 adaptation of organism to low temperatureBalancing heat gain against heat lossHs=Hm Hcd Hcv Hr - He (1983) Hs: total heat stored in body of organism Hm: heat gain from metabolism Hcd: heat gain or loss through conducti

45、on ( movement of heat between objects in physical contact） Hcv: heat gain or loss through convection （precess of heat flow between a solid body and a moving fluid)） Hr: heat gain or loss through electromagentic radiation（電磁輻射）（電磁輻射） He: heat lost through evaporationHeat exchange between organisms an

46、d the environment.1、 adaptation of organism to low temperatureplantlmorphological：fat、scale(鱗片鱗片)、short、procumbent(匍匐狀匍匐狀)，pachydermia(厚皮厚皮)lphysiological：Reduce moisture and increase organic concentration in cells to lower freezing point.animallform：Bergmanns rule、Allens rule、fur、skin structure、fat

47、 layerlphysiological：basic metabolism and nonshivering thermogenesis(非顫抖性產(chǎn)熱非顫抖性產(chǎn)熱),heterothermy(異溫異溫性性), heat exchanger etc.lbehavior：migration、hibernation冬眠、冬眠、高山和極地植物高山和極地植物Growth form and temperature ( Fitter and Hay 1987, after Gauslaa 1984).體型數(shù)據(jù)（體重范圍和體長范圍）體型數(shù)據(jù)（體重范圍和體長范圍）西伯利亞虎（西伯利亞虎（180-420公斤，公斤

48、，3.0-3.8米）米） 孟加拉虎（孟加拉虎（160-390公斤，公斤，2.6-3.3米）米） 里?；ⅲɡ锖；ⅲ?50-370公斤，公斤，2.5-3.2米）米） 印度支那虎（印度支那虎（135-265公斤，公斤，2.4-3.0米）米） 中國虎（中國虎（130-240公斤，公斤，2.4-2.8米）米） 馬來亞虎（馬來亞虎（95-165公斤，公斤，2.4-2.8米）米） 蘇門答臘虎（蘇門答臘虎（90-160公斤，公斤，2.2-2.6米）米） 爪哇虎（爪哇虎（90-160公斤，公斤，2.25-2.65米）米） 巴厘虎（巴厘虎（80-110公斤，公斤，2.1-2.4米）米） 老虎（老虎（Panther

49、a tigris），哺乳綱豹屬貓科動物，），哺乳綱豹屬貓科動物，亞洲特有種，原產(chǎn)地東北亞和東南亞，亞洲特有種，原產(chǎn)地東北亞和東南亞， 9個亞種個亞種貝格曼規(guī)律貝格曼規(guī)律 (Bergmanns rule)content： Homothermal animal in high latitude region are bigger than sister species in low latitude region in shape，such as manchurian tiger and south china tiger.reason： 一般認為，動物個體大則相同質(zhì)量所對一般認為，動物個體大則相

50、同質(zhì)量所對應(yīng)的體表面積就小，對恒溫動物來說在競爭中應(yīng)付應(yīng)的體表面積就小，對恒溫動物來說在競爭中應(yīng)付體表散熱所損失的能量相對較少，在進化選擇中是體表散熱所損失的能量相對較少，在進化選擇中是有利的。有利的。阿侖規(guī)律阿侖規(guī)律 (Allens rule)content：Limbs,ears,nose and tail of mammals in cold region are obviously shorter than that of in warm region. reason：寒冷地區(qū)對哺乳動物的主要生態(tài)問題是保持：寒冷地區(qū)對哺乳動物的主要生態(tài)問題是保持體溫，軀體突出部分縮短可減少散熱，對動物在

51、環(huán)境體溫，軀體突出部分縮短可減少散熱，對動物在環(huán)境中競爭顯然是有利的。中競爭顯然是有利的。北極狐北極狐 赤狐赤狐 大耳狐大耳狐2、 adaptation of organism to high temperatureHs=Hcd Hcv Hr Heat exchange by a desert plant.2、 adaptation of organism to high temperatureplantlmorphological：dense fur and flakes；reflect light with body color ；folding upwards leaf margin t

52、emporarily；thick phellemlphysiological：reduce cell water content, increase sugar or salt concentration, and slow down metabolic rate；cool down through strong transpiration；reflected infrared light.lbehavior：close stoma2、 adaptation of organism to high temperatureanimallmorphological：diminish size an

53、d increase exposed part；long leg lift off the ground；back with thick thermal insulation layer of fat。lphysiological ：broden temperature range, store heat to reduce range of temperature inside and outside.lbehavior：dormancy，living in caves，hide by day and come out by night。常溫動物（常溫動物（homeotherm）變溫動物（變

54、溫動物（poikilotherm） 內(nèi)溫動物（內(nèi)溫動物（endotherm）：）：Regulate body temperature through metabolizing to produce heat. mammals, birds.外溫動物（外溫動物（ectotherm）：）： Regulating body temperature rely on external heat . heterothermic or heterothermic animal.temperature and animal type Adaption of cactus and camels to high

55、temperature and droughtTemperature regulation by ectothermic animalsTemperature regulation by Liolaemus multifomis lizards (Pearson 1954). Rearing temperature and the pigmentation of the clear-winged grasshopper（亮翅蝗蟲） Basking and body temperature (data from Carruthers et al.1992). Temperature regula

56、tion by endothermic animals Thermal neutral zone: range of environmental temperature over which the metabolic rate of a homoeothermic animal does not changeTemperature and the thermal neutral zone of arctic and tropical mammals.鯨脂鰭狀肢Countercurrent heat exchange in dolphin flippers. Countercurrent heat exchange in the lateral muscles of bluefin tuna. 腮4. Surviving extreme temperatureinac