第1章 生物與太陽輻射

討論：高山植物為什么矮小？海龜為什么定期曬太陽？discussion：Whyarealpineplantsshortandsmall?Whyturtleslovetobaskregularlyinthesun?

第一章生物與太陽輻射知識(shí)點(diǎn)：1、太陽輻射光譜生態(tài)效應(yīng)3、太陽輻射時(shí)間的生態(tài)效應(yīng)2、太陽輻射強(qiáng)度的生態(tài)效應(yīng)太陽輻射的生態(tài)效應(yīng)、對(duì)生物的影響、生物的適應(yīng)和適應(yīng)類型。影片chapter1creaturesandsolarradiation

knowledgepoint：1.ecologicaleffectofthesunradiationspectrum3.ecologicaleffect

ofthetimeofthesunradiation2.ecologicaleffect

ofthesunradiationintensityecologicaleffectofthesunradiation;itseffectsoncreature;biologicaladaptationandadaptiveformsofcreatures影片第一章生物與太陽輻射一、太陽輻射的特點(diǎn)2、到達(dá)地面的太陽輻射1、太陽常數(shù)3、太陽光譜1、太陽的輻射光譜生態(tài)效應(yīng)二、太陽輻射的生態(tài)效應(yīng)3、太陽輻射時(shí)間的生態(tài)效應(yīng)2、太陽輻射強(qiáng)度的生態(tài)效應(yīng)三、生物對(duì)光的適應(yīng)問題與討論四、提高群體光能利用率的途徑1.Thecharacteristicsofthesolarradiation

2).solarradiationontheground1).solarconstant3).solarspectrum

2.ecologicaleffectofthesunradiation3.Creaturesadaptationtolight4.Waystoimprovetheefficiencyoflightenergyutilization1).ecologicaleffectofthesunradiationspectrum2).ecologicaleffect

ofthesunradiationintensity3).ecologicaleffect

ofthetimeofthesunradiation指平均日地距離時(shí)，在地球大氣層上界垂直于太陽輻射的單位表面積上所接受的太陽輻射能。1.1太陽輻射常數(shù)

近年來通過各種先進(jìn)手段測(cè)得太陽常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值,一年中日地距離的變化所引起的變化不超過±3.4％。一、太陽輻射的特點(diǎn)Theacceptedsolarenergyontheunitsurfaceareaabovetheupperearthatmospherewhichisperpendiculartosunradiationataveragedistancefromtheearthtothesun1.1Thesunradiationconstant1.Thecharacteristicsofthesolarradiation

23.5°秋分（9月23日）太陽春分（3月21日）

夏至（6月21日）

冬至（12月22日）地球思考：為什么陸地表面氣候差異很大？23.5°AutumnalEquinoxsunspringequinox

SummerSolstice

wintersolstice）earthWhyisclimatedifferenceofthelandsurfacesogreat?1.2到達(dá)地面的太陽輻射O′A/OA就稱為大氣質(zhì)量(m):它表示太陽輻射穿過地球大氣的路徑與太陽在天頂方向垂直入射時(shí)的路徑之比。一、太陽輻射的特點(diǎn)通常設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和O℃時(shí)海平面上太陽垂直入射時(shí)，大氣質(zhì)量m＝1。它與海拔、坡向、植被有關(guān)。1.2SolarradiationreachingthesurfaceoftheearthO′A/OAiscalledairmass(m):m＝1WhenthesunlighthasaNormalincidenceonthesealevelundertheconditionofstandardatmosphericpressureandtemperaturebeingzero.TheairmassisrelatedtoAltitude,slope,andvegetation.太陽輻射有其本身的光譜組成。其中波長(zhǎng)在0.38--0.76μm的可見光:生態(tài)學(xué)上被植物色素吸收具有生理活性的波段成為光合有效生理輻射（photosyntheticradiation）。它與可見光譜相符。

——0.29——0.38——0.49——0.58——0.76——

紫外線

藍(lán)紫光

綠光

紅橙光紅外線區(qū)一、太陽輻射的特點(diǎn)3、太陽光譜(Solarradiationspectrum)植物主要吸收Solarradiationhasitsownspectralcomposition.thewavelengthrangingfrom0.38to0.76μm

belongtovisiblelight.Thewavebandswithphysiologicalactivityabsorbedbyphytochromearecalledphotosyntheticradiationwhichcorrespondtovisiblelight.

——0.29——0.38——0.49——0.58——0.76——

ultravioletblueandpurple

greenredandorangeinfrared3、SolarradiationspectrumMainlyabsorbedbyvegetation1、太陽輻射光譜的生態(tài)效應(yīng)A紫外線：B可見光：C紅外線：殺菌，抑制細(xì)胞分裂;促進(jìn)V-d合成。對(duì)植物的生理活性及光合產(chǎn)物有影響，生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)。紅、橙光：葉綠素吸收最多，紅光亦能促進(jìn)葉綠素的形成。藍(lán)、紫光：亦可被葉綠素、類胡羅卜素吸收；它們與青光能抑制植物伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，使植物形態(tài)矮小，向光性更敏感，促進(jìn)植物色素的形成。綠光：很少利用，因被葉子透過和反射，綠色即因此。熱線，提高植物體的溫度，促進(jìn)莖的延長(zhǎng)生長(zhǎng)，有利于種子和孢子的萌發(fā)。二、太陽輻射的生態(tài)效應(yīng)案例應(yīng)用：彩色薄膜的應(yīng)用(p23)

動(dòng)物體色變化1)ecologicaleffectofthesunradiationspectrumAultraviolet：Bvisiblelight：Cinfrared：Redandorangelight：Blueandpurple：green：2.ecologicaleffectthesunradiationapplication：applicationofcolorfulplasticfilm

colorchangeofanimalbody如何解釋高山植物的矮小？環(huán)境條件；藍(lán)紫光與青光抑制植物的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)；紫外線抑制植物莖的生長(zhǎng)，使高山植物莖干短粗，葉面縮小、蓮座狀葉叢，毛絨發(fā)達(dá)的生長(zhǎng)型。是對(duì)高山多短波光的適應(yīng)。

Thereasonsforsmallandshortofalpineplantsenvironmentcondition

；elongationgrowthsuppressedbyblueandpurplelight；Ultravioletsuppressthegrowthofplantsstemsadaptiontothemoreshortwavesatalpinearea紫外線的危害和植物的防護(hù)致癌和殺傷；UV-A、UV-B、UV-C；臭氧減少1%，UV-B輻射引起的皮膚癌增加1.4%；UV-B損傷DNA、抑制光合作用、改變植物的生長(zhǎng)型和減緩植物的生長(zhǎng)；防護(hù)研究是熱點(diǎn)。Uvdamageandplantprotection

Carcinogenicandkill

；UV-A、UV-B、UV-C；Ozonereducedby1%，UV-Bexposurecancause1.4%moreskincancer;UV-BdamageDNA,Inhibitingphotosynthesis

,andalteringgrowthpatternandretardinggrowthofplants；ResearchonprotectionforUvishotspot.小知識(shí)：曬太陽的10個(gè)好處增加V-d。借助紫外線發(fā)生光合作用，由人體皮膚中唯一合成的維生素。增加快樂激素——內(nèi)啡肽。促進(jìn)心臟健康。陽光能擴(kuò)張血管，促進(jìn)血液循環(huán)，降低血壓。自然排毒。提高肝臟功能過濾和排出體內(nèi)毒素，血液循環(huán)加速也利于排毒。有益皮膚。可促進(jìn)濕疹、潰瘍真菌感染及痤瘡等皮膚疾病的痊愈。增強(qiáng)免疫力。增加紅血球和白血球的數(shù)量。有助于減肥。陽光促進(jìn)新陳代謝，保持血糖水平。自然消毒抗炎。殺死病毒和細(xì)菌，“自然的抗生素和消毒劑”。防癌。V-d抗癌中發(fā)揮重要作用。改善睡眠。大腦松果腺產(chǎn)生的褪黑激素可輔助睡眠，陽光可促進(jìn)它的產(chǎn)生。tips：10benefitsforbaskIncreaseV-dMorehappyhormonePromotehearthealthNaturaldetoxifyingGoodforskinincrasingimmunnityContributetolosingweightNaturaldisinfectionandanti-inflammatorycancerpreventionSleepimprovement討論：

下列植物隨太陽輻射強(qiáng)度變化的光合能力（photosyntheticcapacity）的變化？1、玉米、高粱等（C4）2、小麥、水青岡等（C3）光合能力：當(dāng)傳入的輻射能是飽和的、溫度適宜、相對(duì)濕度高、大氣中的CO2和O2的濃度正常時(shí)的光合作用速率。discussion：

thevariationofthephotosyntheticcapacityofthefollowingplantswiththechangeofthesunradiation1、maize、sorghum（C4）2、wheat、beech（C3）photosyntheticcapacity

isphotosyntheticratewhentheincomingradiationissaturatedundertheconditionofadequatetemperature,highrelativehumidity,andnormalCO2andO2intheair2、太陽輻射強(qiáng)度的生態(tài)效應(yīng)1）光照強(qiáng)度的變化2）光照強(qiáng)度與水生植物3）光照強(qiáng)度與陸生植物4）光照強(qiáng)度與動(dòng)物的行為2、Theecologicaleffect

of

sunradiationintensity1）Thechangeoflightintensity

2）Lightintensityandaquaticplants

3）Lightintensityandterrestrialplant

4）Lightintensityandanimalbehavior

測(cè)量太陽輻射的儀器照度計(jì)天空輻射表紫外輻射表散射輻射表instrumentsformeasuringthesunradiationilluminometerpyranometerultravioletradiationscatteringradiation光補(bǔ)償點(diǎn)光飽和點(diǎn)光照強(qiáng)度

過量呼吸（CO2）凈釋放

凈光合作用（CO2

）凈吸收耐蔭植物不耐蔭植物2、太陽輻射強(qiáng)度的生態(tài)效應(yīng)Compensationpoint，CP植物同化器官中當(dāng)光合作用吸收的CO2與呼吸釋放的CO2

相等時(shí)的光照強(qiáng)度。Saturationpoint，SP在自然條件下，當(dāng)光強(qiáng)〉光補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)，光合強(qiáng)度隨光強(qiáng)的增加而增加，當(dāng)增加到一定值后，光合強(qiáng)度不再增加時(shí)的光強(qiáng)。lightcompensationpoint

Saturationpointilluminationintensity

overrespiration（CO2）netreleasenetphotosynthesis

（CO2

）Netabsorptionshadetolerantplant

Noshadetolerantplant2.Theecologicaleffect

of

sunradiationintensityCompensationpoint，CPThepointthatabsorbedCO2=releasedCO2

Saturationpoint，SPThepointthatphotosynthesisdoesn’tincrease.

陽生葉陰生葉小而厚大而薄較厚較薄密疏較少較多較密較稀葉片大小角質(zhì)層葉脈葉綠素氣孔同種植物在不同的光環(huán)境下生長(zhǎng)有明顯的差異,如陰暗的角落的草、苗柔細(xì)泛黃為黃化現(xiàn)象（etiolation）。根/莖：弱光下減小，根系不發(fā)達(dá)，莖生長(zhǎng)相對(duì)較大，蔽蔭下死亡的原因之一。莖形態(tài)：弱光下通直，分枝少。葉片形態(tài)：不同光下的適光變態(tài)戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)光強(qiáng)對(duì)植物形態(tài)建成的作用

SunleafshadeleafSmallandthickLargeandthinthickerthinermorelessmorelessmorelessBladesizeCuticleleafveinChlorophyllstoma

Effectoflightintensityonmorphogenesisofplantsetiolationroots/stemsStemsformBladeformTacticalresponse

光照強(qiáng)度與動(dòng)物的行為晝行性動(dòng)物：多數(shù)鳥類、靈長(zhǎng)類、有蹄類等，又稱廣光性種類，包括有些部分晝夜活動(dòng)的動(dòng)物，如田鼠。夜行性動(dòng)物或晨昏性動(dòng)物：蝙蝠、家鼠、夜鷹、蛾類等，又稱狹光性種類。自然條件下動(dòng)物每天活動(dòng)時(shí)間由光照強(qiáng)度決定。LightintensityandanimalbehaviordiurnalanimalnocturnalanimalsormorningandnightanimalsDecidedbythelightintensitydecision.

3、太陽輻射時(shí)間的生態(tài)效應(yīng)光周期現(xiàn)象及其類型光周期誘導(dǎo)生物鐘生態(tài)學(xué)意義光周期控制應(yīng)用光周期現(xiàn)象及其類型光周期誘導(dǎo)生物鐘生態(tài)學(xué)意義光周期控制應(yīng)用3、ecologicaleffectofthetimeofthesunradiationPhotoperiodismandtypesphotoperiodicinductionbiologicalclockEcologicalsignificanceapplicationofphotoperiodism

control思考：動(dòng)物和植物對(duì)日照有規(guī)律變化的各種物候節(jié)律？Ponderover：variousphenologicalrhythmofAnimalsandplantstoregularchangeofsunshine?

光周期現(xiàn)象（photoperiodism）：

在生態(tài)學(xué)上把生物對(duì)日照長(zhǎng)短或晝夜周期變化的各種生理反應(yīng)稱為光周期現(xiàn)象。對(duì)植物主要是誘導(dǎo)花芽的形成和開始休眠，根據(jù)開花、休眠和器官的形成可劃分如下類型：3、太陽輻射時(shí)間的生態(tài)效應(yīng)

photoperiodism：

creatures’

variousphysiological

responsetothesunshinetimeandperiodicchangeofthedayandnight

。3、ecologicaleffectofthetimeofthesunradiation

日中性植物

短日（照）植物（short-dayplant）:長(zhǎng)日（照）植物（long-dayplant）：如溫帶起源的作物油菜、蘿卜等，晚春與初夏開花的花卉或野花。多半起源于低緯度地區(qū)，也包括早春或晚秋開花的花卉如菊、臘梅，和作物大豆、玉米等。甘蔗屬的一些種。絕大部分喬木、蒲公英、黃瓜、菜豆等。1）植物光周期現(xiàn)象的類型A開花的光周期現(xiàn)象中日（照）性植物

day-neutralplant

short-dayplantlong-dayplantMiddlelatitudesrape、radish，flowersinlatespringandearlysummerlowlatitudeschrysanthemum,wintersweetandsoybean,maize.sugarcane

Mostofthetrees,dandelion,cucumber,kidneybean

。1）PlantphotoperiodismtypeAphotoperiodismforfloweringneutrophilousplants如楊樹、落葉松等。如馬鈴薯、地瓜等。2）植物光周期現(xiàn)象的類型C地下器官形成的光周期現(xiàn)象A開花的光周期現(xiàn)象B休眠的光周期現(xiàn)象poplar

,larch

Potato,sweetpotatoCphotoperiodismforundergroundorganformationofBDormantphotoperiodism

光周期現(xiàn)象的生態(tài)意義

在溫帶，溫度的季節(jié)變化幅度很大，隨緯度的增高而冬季延長(zhǎng)。植物如不能在低溫、霜凍來臨之前形成種子，就不能繁殖后代。許多植物在長(zhǎng)期的適應(yīng)過程中形成了這種感應(yīng)季節(jié)的本領(lǐng)。1、使不同花期的植物同時(shí)開花，便于雜交；2、采用短日照誘導(dǎo)提高植物的抗性；3、南種北移等。ecologicalsignificanceof

photoperiodism

1.Facilitatinghybrid

；2.improvingplantresistance

induced

byusingshortday；3.Growingspeciesfromthesouthinthenorth光周期誘導(dǎo)（photoperiodinducement）

無論長(zhǎng)日植物還是短日植物，一般只要求經(jīng)歷一定天數(shù)的長(zhǎng)日或短日就能成花，并不要求長(zhǎng)期處于那種日照長(zhǎng)度之下。有些短日照植物，如蒼耳，甚至一個(gè)短日長(zhǎng)夜周期，即可成花。但光周期處理到花芽分化需要一段時(shí)間。

這種適合的光暗周期使植物從不分化花芽的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)入分化花芽的狀態(tài)的作用，稱為光周期誘導(dǎo)。

花卉春節(jié)、教師節(jié)上市按E.比寧的理論，許多植物體內(nèi)有一種內(nèi)在節(jié)奏，稱為生物鐘或生理鐘（Biologicalclock）,它的周期接近但不等于24小時(shí)，一般在21與28小時(shí)之間。photoperiodinducement

theeffectoflightanddarkperiodonplanttomakeitfromvegetativegrowthtoreproductivegrowthiscalledphotoperiodinducement.FlowersinSpringFestival

,NationalTeachers'DayBiologicalclockunequalto24hours，rangingfrom21to28hours光周期處理24小時(shí)對(duì)各種光周期的成花反應(yīng)圖解短日照植物長(zhǎng)日照植物

開花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)

營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)開花

營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)開花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)開花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)開花開花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)光明黑暗1長(zhǎng)夜反應(yīng)2短夜反應(yīng)3夜間斷效應(yīng)=短夜反應(yīng)4長(zhǎng)光期插入暗處理=短夜反應(yīng)5短光期+短暗期=短夜反應(yīng)6>24小時(shí)的長(zhǎng)光期+長(zhǎng)暗期=長(zhǎng)夜反應(yīng)無論對(duì)于短日植物或長(zhǎng)日植物，以光將長(zhǎng)夜打斷，都產(chǎn)生類似于短夜的效應(yīng)；而以暗間斷將長(zhǎng)日打斷卻不影響長(zhǎng)日效應(yīng)。Photoperiodictreatment

24hourschartshort-dayplantlongdayplant

blossom

vegetativegrowth

lightdark1long

nightreaction2Shortnightreaction3Nightinterruptioneffect=Shortnightreaction4interruptedbydark=Shortnightreaction5Shortlight+Shortdark=Shortnightreaction6>24hourslonglight+longdark=long

nightreactionvegetativegrowth

blossomvegetativegrowth

blossomvegetativegrowth

blossom

vegetativegrowth

blossom

blossom

vegetativegrowth

利用對(duì)植物光周期特性控制生長(zhǎng)發(fā)育的辦法：1、人工改變?nèi)臻L(zhǎng)2、選擇品種特性4光周期控制的應(yīng)用①詳細(xì)了解當(dāng)?shù)厝臻L(zhǎng)的季節(jié)變化和待引品種的光周期要求；②人工縮短或延長(zhǎng)光照時(shí)間可促進(jìn)或延遲開花；③育種中，當(dāng)收獲后立即播種，而光周期不利于開花結(jié)實(shí)時(shí)，人工調(diào)整日長(zhǎng)，可使之及時(shí)成花、結(jié)實(shí)，從而加速世代繁育，縮短育種年限。中國(guó)育種學(xué)家創(chuàng)造了南繁北育的辦法，利用異地溫度和光周期的條件，某些作物可一年繁育2～3代。④對(duì)收獲營(yíng)養(yǎng)體的作物,利用長(zhǎng)日條件推遲成花以提高營(yíng)養(yǎng)體產(chǎn)量或品質(zhì)。Theapplicationofphotoperiod

①learntherequirementsofspecies②shortenorextendthetimeoflightbyhuman③Acceleratedgenerationbreeding,suchaspropagatinginthesouthandbreedinginthenorth④Improvethevegetativeyieldorquality

3）動(dòng)物的光周期現(xiàn)象遷徙：如家燕、魚類繁殖：如家雞照明可增產(chǎn)換毛和換羽：鳥、哺乳動(dòng)物昆蟲滯育（diapause)：梨小食心蟲。

總之，與其他因子相比，日照是地球上最穩(wěn)定和規(guī)律性的變化，通過長(zhǎng)期進(jìn)化，生物最終選擇了光周期作為生物節(jié)律的信號(hào)，成為生命活動(dòng)的定時(shí)器和啟動(dòng)器。3）Animalphotoperiodism

migration：barnswallow,fishreproduction：increaseproductionbygivingmorelighttohensMoltandmoulting：birds、mammalsInsectdiapause:GrapholithamolestaBusck

不同光強(qiáng)要求的植物生態(tài)類型陽性植物：陰性植物：

耐蔭植物：必須指出，植物的耐蔭性是相對(duì)的，其喜光程度與緯度、氣候、年齡、土壤等條件有密切關(guān)系。

如木棉、梭樹、木麻黃、椰子、芒果、楊、柳、樺、槐、油松及許多一、二年生植物。如紅豆杉、三尖杉、粗榧、香榧、鐵杉、可可、咖啡、肉桂、蘿芙木、珠蘭、茶、拎木、地錦、紫金牛、中華常春藤、三七、草果、人參、黃連、細(xì)辛、寬葉、麥冬及吉祥草等。如羅漢松、竹柏、山楂、鍛、欒、君遷子、桔梗、白笈、棣棠、珍珠梅、虎刺及蝴蝶花等。plantecologicaltypeproducedbydifferentrequirementsforlightintensityheliophilousplant：heliophobousplant:shadetolerantplants:poplar,willow,birch,ChinesescholartreeChineseyew、ginseng,PinkReineckeaHerbyacca,hawthorn,Diospyroslotus,Kerriajaponica.四、提高群體光能利用率的途徑

光能利用率是指植物生長(zhǎng)發(fā)育期中單位面積上的光合產(chǎn)物與到達(dá)冠層上部的光量子輻射能量的比值?？梢酝ㄟ^儀器測(cè)定。植物或生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的輻射能KJ/m2·d轉(zhuǎn)換效率（%）熱帶雨林5503.5微藻類3003.0珊瑚礁160~6302.4糖甘蔗3101.8玉米田1401.6熱帶森林人工林1200.7外海120.09北極凍原80.08熱荒漠20.05waytoimprovethee