第3章(三)溫度對(duì)生物的作用

第六節(jié)溫度對(duì)生物影響及生物的適應(yīng)一、地表大氣溫度的分布與變化1溫度的空間分布與變化：（1）緯度（2）經(jīng)度(海陸位置)（3）海拔（4）地形（坡向，坡度，陰坡，陽(yáng)坡等）（5）季節(jié)、晝夜（6）水中、土壤中（7）群落中二、溫度對(duì)生物生長(zhǎng)的影響1、溫度對(duì)植物的影響冷害（寒害）：指喜溫生物在0℃以上的溫度條件下受害或死亡。煙草凍害：指冰點(diǎn)以下的低溫使生物體內(nèi)（細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間隙）形成冰晶而造成損害，原因是冰晶使原生質(zhì)膜破裂和原生質(zhì)的蛋白質(zhì)失活。茶熱害：高溫對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的損害。

溫度變化速度：溫度變化速度越快，對(duì)生物造成的傷害越大。2溫度對(duì)動(dòng)物的影響體型變化：溫度每上升1.8度，冷血?jiǎng)游矬w型將會(huì)萎縮2.5%

；溫度每上升1度，水生動(dòng)物體型也將縮小5%。低溫導(dǎo)致冰晶形成，影響質(zhì)膜功能和酶活性，出現(xiàn)代謝紊亂；高溫導(dǎo)致蛋白變性，影響呼吸和排泄；改變性別比（小老鼠和小蝙蝠一般高溫孵出雌性，低溫孵出雄性

）Natureletters2010,467:704-7063溫度對(duì)生物生長(zhǎng)發(fā)育的影響（1）概念：發(fā)育閾溫度（生物學(xué)零度）積溫有效積溫（2）有效積溫法則植物整個(gè)收獲發(fā)育期或某一發(fā)育階段內(nèi)高于一定溫度度數(shù)以上的晝夜溫度總和，稱(chēng)為積溫。活動(dòng)積溫：K=（T-T0）*NT0為物理學(xué)0℃有效積溫：K=（T-C）*NC生物學(xué)0℃（發(fā)育起點(diǎn)溫度）有效積溫法則原理

植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中必須從環(huán)境中攝取一定的熱量才能完成某一階段的發(fā)育，而且植物各個(gè)發(fā)育階段所需的總熱量是一個(gè)常數(shù)（總積溫）。（3）有效積溫法則的實(shí)際應(yīng)用預(yù)測(cè)生物（特別是病蟲(chóng)害）發(fā)生的世代數(shù)；預(yù)測(cè)生物地理分布的邊界；預(yù)測(cè)害蟲(chóng)來(lái)年的發(fā)生程度；推算生物的年發(fā)生率；根據(jù)積溫制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，合理安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)4馴化和氣候馴化春化：植物由低溫誘導(dǎo)的開(kāi)花。實(shí)驗(yàn)馴化：由實(shí)驗(yàn)誘導(dǎo)的生物對(duì)溫度耐受性限度的改變的現(xiàn)象。氣候馴化：自然產(chǎn)生的生物對(duì)溫度耐受性限度的改變的現(xiàn)象。三、生物對(duì)極端環(huán)境溫度的適應(yīng)1生物對(duì)低溫的適應(yīng)長(zhǎng)期生活在低溫環(huán)境中的生物通過(guò)自然選擇，在形態(tài)、生理和行為等方面表現(xiàn)出很多明顯的適應(yīng)。（1）形態(tài)方面的適應(yīng)高寒植物：芽和葉片常受到油脂類(lèi)物質(zhì)的保護(hù)，芽具鱗片，植物體表面生有蠟粉和密毛，植物矮小并常成匍匐狀、墊狀或蓮座狀等，這種形態(tài)有利于保持較高的溫度，減輕嚴(yán)寒的影響。動(dòng)物Bergman規(guī)律：生活在高緯度地區(qū)的恒溫動(dòng)物，其身體往往比生活在低緯度地區(qū)的同類(lèi)個(gè)體大，因?yàn)閭€(gè)體大的動(dòng)物，其單位體重散熱相對(duì)較少。Allen規(guī)律：恒溫動(dòng)物身體的突出部位如四肢、尾巴和外耳等在低溫環(huán)境中有變小變短的趨勢(shì)，是減少散熱的一種適應(yīng)。威爾遜法則：在寒冷地區(qū)和寒冷季節(jié)增加毛和羽毛的數(shù)量和皮下脂肪的厚度，從而提高身體的隔熱性能。葛洛格法則：干燥寒冷地區(qū)，動(dòng)物體色淺；潮濕、溫暖區(qū)體色深。戴耐爾法則：北半球哺乳動(dòng)物的體重在冬季趨向降低。北極狐非洲狐（2）在生理方面植物：常通過(guò)減少細(xì)胞中的水分和增加細(xì)胞中的糖類(lèi)、脂肪和色素等物質(zhì)來(lái)降低植物的冰點(diǎn)，增加抗寒能力。動(dòng)物：靠增加體內(nèi)熱量來(lái)增強(qiáng)御寒能力和保持體溫。鹿蹄草虎耳草（3）在行為方面對(duì)低溫的適應(yīng)主要表現(xiàn)在休眠和遷移兩個(gè)方面，休眠

有利于增加抗寒能力，遷移

可躲避低溫環(huán)境。2生物對(duì)高溫環(huán)境的適應(yīng)（1）植物：在形態(tài)上有密絨毛和鱗片，能過(guò)濾一部分陽(yáng)光；植物體呈白色、銀白色，葉片革質(zhì)發(fā)亮，能反射一大部分陽(yáng)光，使植物體免受熱傷害；葉片垂直排列使葉緣向光或在高溫條件下葉片折疊，減少光的吸收面積；樹(shù)干和根莖生有很厚的木栓層，具有絕熱和保護(hù)作用。在生理上是降低細(xì)胞含水量，增加糖和鹽的濃度，這有利于減緩代謝速率和增加原生質(zhì)的抗凝結(jié)力。是靠旺盛的蒸騰作用避免使植物體因過(guò)熱受害。有些植物具有反射紅外線(xiàn)的能力，夏季反射的紅外線(xiàn)比冬季多，避免植物體受到高溫傷害。休眠（2）動(dòng)物

動(dòng)物對(duì)高溫環(huán)境的適應(yīng)是適當(dāng)放松恒溫性，使體溫有較大的變幅；休眠。如沙漠的嚙齒動(dòng)物，在高溫下采取夏眠、穴居、晝伏夜出等活動(dòng)。3生物對(duì)周期性變溫的適應(yīng)溫周期現(xiàn)象（thermoperiodism）:生物對(duì)溫度節(jié)律性變化的反應(yīng)。許多生物在晝夜變溫環(huán)境中比在恒溫環(huán)境中發(fā)育更好。植物在晝夜變溫中，種子萌發(fā)、生長(zhǎng)、開(kāi)花結(jié)實(shí)及產(chǎn)品質(zhì)量均有所提高。動(dòng)物對(duì)晝夜溫差適應(yīng)，表現(xiàn)在活動(dòng)節(jié)律上，有晝行性的、夜行性的及晨昏性的。4物種分布與環(huán)境溫度積溫總量和極端溫度常常成為限制生物分布的重要因素。高溫限制生物分布的原因：A.破壞生物體內(nèi)的代謝過(guò)程和植物光合呼吸平衡；B.植物因得不到必要的低溫刺激而不能完成發(fā)育階段。低溫對(duì)生物分布限制

對(duì)植物和變溫動(dòng)物來(lái)說(shuō)，決定其水平分布南北邊北界和垂直分布上限的主要因素是低溫。溫度對(duì)恒溫動(dòng)物分布的直接限制較少，但也常常通過(guò)影響其他生態(tài)因子（如食物）而間接影響其分布。Science2011,333:1024-1026Science2011,333:1024-10265物候?qū)W（phenology）1）定義：研究生物的季節(jié)性節(jié)律變化與環(huán)境季節(jié)變化關(guān)系的科學(xué)叫物候?qū)W。2）物候差異：不同地區(qū)，不同氣候條件下物候狀況不同。3）物候?qū)W研究方法：平行觀(guān)測(cè)法。同時(shí)觀(guān)測(cè)生物物候現(xiàn)象和氣象因子的變化以研究其相互關(guān)系。4）動(dòng)植物節(jié)律性變化及準(zhǔn)確性說(shuō)明，說(shuō)明動(dòng)物體內(nèi)有生物鐘，其機(jī)制有兩種假說(shuō)：