農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)教學(xué)課件 2個體

2.生態(tài)系統(tǒng)中的生物與環(huán)境2.1生物與環(huán)境關(guān)系的基本概念2.2生態(tài)作用的基本規(guī)律2.3生態(tài)適應(yīng)的基本規(guī)律2.4主要生態(tài)因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)性2.5生物的生態(tài)反作用2.1生物與環(huán)境關(guān)系的基本概念2.1.1生物種與個體生態(tài)學(xué)2.1.2環(huán)境與生態(tài)因子2.1.3生物與環(huán)境的基本關(guān)系牛是牛馬是嗎，牛馬不相干；指鹿為馬是錯誤的；亞里士多德，物種是永恒不變的。上帝造物種：（1）物種劃分的簡單性2.1.1生物種與個體生態(tài)學(xué)1.物種（2）物種分類的復(fù)雜性形態(tài)學(xué)種：是一群在外觀上不同的生物，例如我們可以分辨出雞和鴨，但四不像讓人們困惑！以至于林奈認為有些事仿制品！麋鹿：鹿角、馬面、牛蹄驢尾，乃四不像也英國設(shè)計的四不像完美寵物物種(species)是指一類生物個體的集合，其中的個體之間在自然條件下能相互交配產(chǎn)生具有生殖能力的正常后代個體。一方面，馬和驢可交配產(chǎn)生騾另方面，水稻秈粳雜交困難但是：遺傳學(xué)種：物種分類的復(fù)雜性生物學(xué)種或隔離種：是一組能夠或潛在能夠相互配育的生物。配偶識別種：是一群能夠把種群中的其它個體識別為潛在配偶的生物。分類學(xué)的困境希臘哲學(xué)家，亞里士多德，認為生物可嚴格區(qū)分為不同的“物種”，而且物種是永恒不變的。18世紀(jì)林奈以生殖為生物分類。但受當(dāng)時歐洲創(chuàng)造論的影響，認為所有物種由神獨立創(chuàng)造，物種間并無任何聯(lián)系。林奈對一些差異極微的物種感到困惑，因而提出一些物種為完美的，樣板的；另一些則是仿造的。19世紀(jì)，拉馬克認為生物可以把需要的特質(zhì)遺傳后代，其最大貢獻是提出不同物種之間可以有連續(xù)不斷的系譜。因而，分類法開始強調(diào)物種之間是如何演變。他在1809年的著作《動物學(xué)哲學(xué)》首先否定創(chuàng)造論，后來達爾文的《進化論》廣為接受。后來有適應(yīng)突變、人工選擇從遺傳學(xué)觀點來看：物種是一個具有共同基因庫的、與其他類群有生殖隔離的類群，這個定義把有無基因交流作為劃分物種的主要依據(jù)。大洋洲及太平洋島嶼的）與事實不符。分類的對象是形形色色的種類，都是進化的產(chǎn)物；分類學(xué)在于闡明種類之間的歷史淵源，使建立的分類系統(tǒng)反映進化歷史。因而從理論意義上說，分類學(xué)是生物進化的歷史總結(jié)。種、物種的相關(guān)認識物種是進化單元，也是進化的產(chǎn)物，是生物系統(tǒng)線上的基本環(huán)節(jié)，是分類的基本單元。種、物種，生物分類的基本單位，位于生物分類法中最後一級，在屬之下物種是繁殖單元，由又連續(xù)又間斷的局群所組成；是指一群或多或少與其它這樣的群體形態(tài)不同，並能夠交配繁殖的相關(guān)的生物群體。林奈和達爾文的物種概念是個體概念——物種是一群相似的個體20世紀(jì)30、40年代，隨著“新系統(tǒng)學(xué)”的發(fā)展，強調(diào)了群體概念。物種不是毫不相干的個體，而是以個體集合為大大小小的種群單元而存在的，物種是“種群”集團，種群是種內(nèi)的繁殖單元。是以生物個體及棲息地為研究對象，研究棲息地環(huán)境因子對生物的影響及生物對棲息地的適應(yīng)和生態(tài)適應(yīng)的形態(tài)、生理及生化機制。由于個體生態(tài)學(xué)涉及生物個體的生活及生物種的生存和進化，所以可定義個體生態(tài)學(xué)是研究生物個體發(fā)育(Individualdevelopment)、系統(tǒng)發(fā)育(Systematicdevelopment)及其與環(huán)境關(guān)系的生態(tài)學(xué)分支。2.個體生態(tài)學(xué)(Anecology)個體發(fā)育與系統(tǒng)發(fā)育個體發(fā)育與系統(tǒng)發(fā)育適者生存廣義的環(huán)境（Environment）是指某一主體周圍一切事物的總和。在生態(tài)學(xué)中，環(huán)境是指生物的棲息地。生物是環(huán)境的主體，某一特定生物體或群體以外的空間，以及直接或間接影響該生物體或生物群體生存與活動的外部條件的總和。1.環(huán)境的概念2.1.2環(huán)境與生態(tài)因子(1)按環(huán)境的主體分：以人為主體的人類環(huán)境，以生物為主體的生物環(huán)境。(2)按環(huán)境性質(zhì)分:自然環(huán)境;半自然環(huán)境;社會環(huán)境。(3)按人類對環(huán)境的影響與否分:原生環(huán)境(自然環(huán)境);次生環(huán)境(半自然環(huán)境和人工環(huán)境)。(4)按環(huán)境范圍大小分:宇宙環(huán)境（星際環(huán)境）;地球環(huán)境;區(qū)域環(huán)境;微環(huán)境;內(nèi)環(huán)境2.環(huán)境的類型

宇宙環(huán)境地球環(huán)境區(qū)域環(huán)境內(nèi)環(huán)境微環(huán)境不同等級生命體系的的環(huán)境構(gòu)成環(huán)境的各要素稱為環(huán)境因子。環(huán)境因子中一切對生物的生長、發(fā)育、生殖、行為和分布有直接或間接影響的因子則稱生態(tài)因子(Ecologicalfactor)。生態(tài)因子中生物生存不可缺少的因子稱為生物的生存因子(或生存條件、生活條件)。所有的生態(tài)因子綜合作用構(gòu)成生物的生態(tài)環(huán)境（Ecologicalenvironment）。具體的生物個體或群體生活區(qū)域的生態(tài)環(huán)境與生物影響下的次生環(huán)境統(tǒng)稱為生境（Habitat）。環(huán)境因子、生態(tài)因子、生存因子是既有聯(lián)系，又有區(qū)別的概念。3.生態(tài)因子的概念(1)氣候因子(Climaticfactors),如光、溫、濕度、降水量和大氣運動等因子。(2)土壤因子(Edaphicfactors),主要指土壤物理、化學(xué)性質(zhì)、營養(yǎng)狀況等,如土壤的深度、質(zhì)地、母質(zhì)、容重、孔隙度、pH、鹽堿度、肥力等。(3)地形因子(Topographicfactors),指地表特征，如地形起伏、海拔、山脈、坡度、坡向、高度等地貌特征。(4)生物因子(Bioticfactors),指生物之間的相互關(guān)系，如種群結(jié)構(gòu)、密度、競爭、捕食、共生、寄生等。(5)人為因子(Anthropogenicfactors),即指人類活動對生物和環(huán)境的影響。4.生態(tài)因子的類型I◆美國生態(tài)學(xué)家將環(huán)境因子分為3大類：氣候類;

土壤類;

生物類。◆這三大類可歸結(jié)為7個并列的項目：土壤、水分、溫度、光照、大氣、火、生物。5.生態(tài)因子的類型II(1)第一周期性因素，是指由地球自轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)及月相變化形成的光、溫、潮汐的日、月、季節(jié)、年的周期性變化，(2)次生性周期因素，取決于第一性周期因素，如太陽輻射和溫度周期性變化導(dǎo)致大氣濕度、降水量周期性變化。(3)非周期性因素，指突發(fā)性或間斷性出現(xiàn)的因素，如暴雨、山洪、冰雹、蝗災(zāi)及火山噴發(fā)、地震、地外物體撞擊等突發(fā)性災(zāi)難，生物對這類因素很難形成適應(yīng)性。6.生態(tài)因子的類型III2.1.3.生物與環(huán)境的基本關(guān)系環(huán)境對生命系統(tǒng)的影響稱為生態(tài)作用(Ecologicalaction)；生命系統(tǒng)改變其自身的結(jié)構(gòu)與過程以便與其生存環(huán)境相協(xié)調(diào)的過程稱為生態(tài)適應(yīng)(Ecologicaladaptation);而生物反過來對環(huán)境的影響和改變稱為生態(tài)反作用(ecologicalreaction)。1.基本概念

2.生態(tài)作用

(1)因子的質(zhì)。指因子的狀態(tài)是否對生物有意義。A或B的問題(2)因子的量。在因子的質(zhì)對生物有意義前提下，因子對生物的作用程度隨其量的變化而變化。

A、A+、A++的問題(3)因子的持續(xù)時間。在質(zhì)和量的基礎(chǔ)上，環(huán)境因子對生物的作用必須有一定的持續(xù)時間才能對生物起作用，使生物做出響應(yīng)。A×t

問題3.生態(tài)適應(yīng)生物為了適應(yīng)環(huán)境，從形態(tài)、生理及生化機制上作出有利于生存的改變。4.生態(tài)反作用與Gaia假說生命系統(tǒng)在其生命活動中對環(huán)境也起著改造作用，如植物的生長使巖石碎屑形成土壤；生命活動也使池塘變淺直至填平；植物的光合作用使地球古大氣從缺氧變成富氧狀態(tài)等。地球大氣的化學(xué)成分、溫度和氧化狀態(tài)受天文的、生物的或其他的干擾而發(fā)生變化，產(chǎn)生偏離，生物通過改變其生長和代謝，如光合作用吸收二氧化碳釋放出氧氣，呼吸作用吸收氧氣釋放出二氧化碳，還有排泄廢物、分解等，對偏離做出反應(yīng)，緩和地球表面的這些變化。自從36億年前地球上有生命以來,太陽的發(fā)熱能力已經(jīng)增強了25%，然而地球卻保持了有利于生命存在的溫度。太陽輻射強度增減10%就足以引起全球海洋蒸發(fā)干涸或全部凍結(jié)成冰。但地質(zhì)歷史記錄卻證明，地球上盡管發(fā)生過3次大冰期和大冰期內(nèi)的暖熱期交替變化，地表的平均溫度變化僅在10℃上下。地球為什么遠離化學(xué)平衡態(tài)：地球大氣的這種獨特的和不穩(wěn)定的氣體混合比率為什么在相當(dāng)長的時間內(nèi)能維持不變呢？2.2生態(tài)作用的基本規(guī)律2.2.1限制因子定律2.2.3生態(tài)因子綜合作用定律2.2.3生態(tài)因子的時空變化規(guī)律2.2.1限制因子定律1.生態(tài)因子的綜合作用；2.生態(tài)因子的交互作用；3.生態(tài)因子作用的主次；4.直接作用和間接作用；5.生態(tài)因子的階段性作用；6.不可代替性和補償作用。2.2.2生態(tài)因子綜合作用定律一個地區(qū)濕潤程度，不只決定于降水量一個因素，而是諸氣象因素相互作用的綜合效應(yīng)。濕潤程度決定于水分收入(降水)和水分支出(蒸發(fā)、蒸騰、徑流和滲漏等)。而蒸散是太陽輻射、溫度、大氣相對濕度、風(fēng)速以及地表復(fù)蓋等諸因素綜合作用的結(jié)果。0.16∑t（活動積溫）K（干燥度）=r（降水）1.因子的綜合作用——PE0——Pt0——P(t0+7)——P(t0+10)——NP(t0+10)——PdK（干燥度）=K（干燥度）=K（干燥度）=K（干燥度）=P降水量E蒸散量t溫度d飽和度N降水天數(shù)2.因子的主次作用秧苗水EhpH溫度病菌濕度養(yǎng)分光照顏色深淺表示因子的重要程度直接作用間接作用系統(tǒng)思考與系統(tǒng)動力學(xué)系統(tǒng)思考與公共系統(tǒng)管理3.因子的交互作用CO2濃度(mg/L)10060408020120100200300400500600700800吸收CO2[mg/(g鮮重min)]700lx350lx70lx4.同等重要不可替代和補償作用5.因子的間接作用玉米不同生長階段對水分和溫度的要求發(fā)育階段適宜土壤持水量（%）適宜溫度（℃）播種至出苗60-7028-35苗期60-7015-20拔節(jié)至抽雄70-8022-24花期8026-27灌漿至成熟7022-246.因子的階段作用CGCao1.生態(tài)因子的緯向遞變性2.生態(tài)因子的經(jīng)向遞變性3.生態(tài)因子的垂直遞變性4.生態(tài)因子非地帶性變化（生態(tài)因子的地形變化）2.2.3生態(tài)因子的時空變化規(guī)律CGCao1.生態(tài)因子的緯向遞變性南熱帶中熱帶北熱帶南亞熱帶中亞熱帶北亞熱帶南溫帶中溫帶北溫帶南北熱帶雨林亞熱帶常綠闊葉林溫帶落葉林寒溫帶針葉林CGCao熱帶雨林亞熱帶常綠闊葉林溫帶落葉林寒溫帶針葉林CGCao生態(tài)因子的緯向遞變性與植被

自北向南的土壤分布順序大致為：冰沼土、灰化土、生草灰化土、灰色森林土、黑土、栗鈣土和荒漠土；我國東部和東南沿海由于季風(fēng)氣候的影響，自北向南土壤分布為：灰棕壤、棕壤、褐土、黃棕壤、黃褐土、黃壤、紅壤和磚紅壤。動物的種群分布也存在明顯地帶性。生態(tài)因子的緯向遞變性與土壤

CGCao經(jīng)度(東經(jīng))80o～90o90o～100o100o～110o110o～120o120o～125o125o～130o代表地區(qū)及分界線準(zhǔn)噶爾盆地馬鬃山阿拉善高原內(nèi)蒙古高原東北平原長白山脈年降水量(mm)100～12050～80100～120250～350400～500600～1000區(qū)域干旱區(qū)極端干旱區(qū)干旱區(qū)干旱區(qū)半濕潤區(qū)濕潤區(qū)植被半荒漠、荒漠荒漠、裸露荒漠半荒漠、荒漠草原森林草原森林土壤灰棕漠土棕漠土灰棕漠土、灰漠土粟鈣土、淡粟鈣土黑鈣土、暗粟鈣土暗棕壤2.生態(tài)因子的經(jīng)向遞變性CGCaoCGCao生態(tài)因子的經(jīng)向遞變性與植被3.生態(tài)因子的垂直遞變性海拔積雪

高山雪雪荒漠

高山草甸高山寒漠土

高山灌叢高山草原土

亞高山針葉林山地灰化土

落葉闊葉林山地棕壤

常綠闊葉林山地黃壤熱帶雨林紅壤熱帶山體亞熱帶山體溫帶山體緯向

永久雪線CGCao色季拉山森林類型及垂直分布CGCao海洋藻類的垂直分布CGCao植被的垂直分布4.生態(tài)因子非地帶性變化CGCaoCGCao生態(tài)因子非地帶性與植被分布

生態(tài)因子受生物群落影響的非地帶性變化CGCao3.3.1生物的耐受性3.3.2協(xié)迫與生態(tài)適應(yīng)3.3.3生態(tài)適應(yīng)方式與機制3.3.4生態(tài)適應(yīng)與生物進化

3.3生態(tài)適應(yīng)的基本規(guī)律生理緊張帶環(huán)境梯度分布中心生物最多生物不多生物不多沒有生物沒有生物耐受上限耐受下限不能忍受帶不能忍受帶種群數(shù)量1.耐性定律CGCao2.3.1生物的耐受性(1)不同生物的耐性不同(2)同一生物不同時期的耐性不同(3)對不同因子的耐性無可比性(4)不同因子的耐性可相互影響(5)生物的耐性可人為改變（馴化）2.耐性的變化CGCao)95%85%90%適合度25203040溫度/℃35適合度858090100相對濕度%9530℃32.5℃35℃耐性受其它因子的影響CGCao生長量溫度10203040在18C馴化在32C馴化金魚在兩種不同溫度下鍛煉后的耐性變化耐性的鍛煉及變化CGCao定義：每個種對環(huán)境因子適應(yīng)范圍的大小窄食性(Stenophagic)、廣食性(Euryphagic)窄溫性(Stenothermal)、廣溫性(Eurythermal)窄水性(Stenohydric)、廣水性(Euryhydric)窄鹽性(Stenohaline)、廣鹽性(Euryhaline)窄棲性(Stenokecious)、廣棲性(Euryoecious)。3.生態(tài)幅(Ecologicalamplitute)CGCao環(huán)境梯度活動性(生長、繁殖)A冷窄溫B廣溫C暖窄溫最低最高最適最適最適最低最高生態(tài)幅的差異CGCao狹光與廣光動物CGCao實際耐性比潛在耐性要窄;維持一定的耐性需要消耗代謝能;適應(yīng)極端環(huán)境時，為提高對某一因子的忍耐要犧牲對其他因子的耐性;通過內(nèi)穩(wěn)態(tài)可提高耐性;休眠可躲避不利因子而間接提高耐性。4.生物的耐性機制CGCao1.脅迫自然界中的生物并非都在環(huán)境因子的最適范圍內(nèi)生存，在適宜區(qū)之外到最低點或最高點之間的區(qū)域稱為耐受區(qū),此時生命活動要遭受一定程度的限制,即脅迫(stress)。2.3.2協(xié)迫與生態(tài)適應(yīng)2.環(huán)境脅迫與生物體響應(yīng)過程(1)預(yù)警階段:(2)抗性階段:(3)耗盡階段:(4)再生階段:3.脅迫下個體的反應(yīng)與存活生物體如果能夠防止脅迫，或者其最易受傷害和不可缺少的器官的脅迫抗性足夠強，或有恢復(fù)能力足以修復(fù)損傷的話，那么該個體在脅迫生境下存活是可能的。植物對逆境的抵抗方式(1)逆境逃避（避逆性）：是指植物通過各種方式避開或部分避開逆境的影響（時間、空間、選擇逃避）。(2)逆境忍耐（耐逆性）：是指植物在不良環(huán)境中，通過代謝變化來阻止、降低甚至修復(fù)由逆境造成的損傷，從而保證正常的生理活動。(3)恢復(fù)：逆境協(xié)迫下植物的生理變化(1)光合速率下降(2)呼吸作用的變化

PPP途徑增強(戊糖磷酸途徑)①降低（凍害、熱害）②先升后降（冷害、旱害）③增高（病害）(3)物質(zhì)代謝的變化合成＜分解

(4)原生質(zhì)膜的變化膜脂雙分子層→星狀排列，膜蛋白變構(gòu)，膜透性增加，物質(zhì)外滲。

(5)蛋白質(zhì)的變化逆境蛋白：熱擊蛋白(HSP)

4.生物體對環(huán)境脅迫適應(yīng)能力的調(diào)節(jié)（1）馴化。（2）耐受性的節(jié)律變化。（3）休眠。（4）內(nèi)穩(wěn)態(tài)與生態(tài)適應(yīng)。2.3.3生態(tài)適應(yīng)方式與機制形態(tài)適應(yīng)行為適應(yīng)生理生化適應(yīng)適應(yīng)組合1.形態(tài)適應(yīng)2.行為適應(yīng)3.

生理生化適應(yīng)由于生態(tài)因子之間相互作用的關(guān)聯(lián)性、協(xié)同性和增效性，生物對環(huán)境的適應(yīng)通常并不僅僅表現(xiàn)在形態(tài)適應(yīng)，或生理生化適應(yīng)，或行為適應(yīng)一種單一的機制，往往要涉及到一組(或一整套)彼此相互關(guān)聯(lián)的適應(yīng)性，這一整套協(xié)同的適應(yīng)特性稱為適應(yīng)組合（Adaptivesuites）

4.適應(yīng)組合

駱駝的適應(yīng)組合2.3.4生態(tài)適應(yīng)與生物進化趨同適應(yīng)與生活型趨異適應(yīng)與生態(tài)型生物進化生態(tài)位基因、突變、選擇、進化與適應(yīng)分子生態(tài)學(xué)

不同生物適應(yīng)相同環(huán)境產(chǎn)生了相同的適應(yīng)叫趨同適應(yīng)趨同適應(yīng)產(chǎn)生的相同生態(tài)習(xí)性的不同生物類群叫生活型1.趨同適應(yīng)與生活型鯊魚魚龍海豚

CGCao非洲沙漠漿草霸王花仙人掌生活型CGCao饒基耶爾(Raunkier)的生活型圖解(Raunkier，1934)1.高位芽植物;2～3.地上芽植物;4.地面芽植物;5～9地下芽植物生活型分類CGCao同種生物適應(yīng)不同的環(huán)境產(chǎn)生了不同的適應(yīng)叫趨異適應(yīng)趨異適應(yīng)產(chǎn)生的同種生物的不同基因型類群叫生態(tài)型氣候生態(tài)型（秈稻與粳稻）土壤生態(tài)型（水稻與陸稻）生物生態(tài)型（紅花碗豆與白花碗豆）2.趨異適應(yīng)與生態(tài)型CGCaoCGCao溫度溫度濕度溫度濕度pH空間生態(tài)位多維生態(tài)位營養(yǎng)生態(tài)位生態(tài)位3.生態(tài)位(niche)生物完成其正常生活周期所表現(xiàn)的對特定生態(tài)因子的綜合適應(yīng)位置．一個物種所劃定的多維體就可以看作生態(tài)位的抽象描繪，他稱之為基本生態(tài)位(基礎(chǔ)生態(tài)位)。但在自然界中，因為各物種相互競爭，每一物種只能占據(jù)基本生態(tài)位的一部分，他稱這部分為實際生態(tài)位。實際生態(tài)位小于基本生態(tài)位。在沒有任何競爭或其它敵害情況下，被利用的整組資源稱為“原始”生態(tài)位（fundamnentalniche）。因種間競爭，一種生物不可能利用其全部原始生態(tài)位，所占據(jù)的只是現(xiàn)實生態(tài)位（realizedniche）。基礎(chǔ)生態(tài)位與實際生態(tài)位物種生態(tài)位寬度生態(tài)位寬度（nichebrendth）是指物種利用資源多樣性的一個指標(biāo)。生態(tài)位寬度也就是有機體單位所利用的各種各樣不同資源的總和。在現(xiàn)在資源譜中，僅能利用一小部分資源的生物，就稱為狹生態(tài)位的，而能利用其很大部分資源的生物則稱為廣生態(tài)位的。生態(tài)位寬度，又稱生態(tài)位廣度、生態(tài)位大小。Levins公式：==Bi為物種i的生態(tài)位寬度，Pij=Nij/Yi是第i個物種利用資源狀態(tài)j的個體占總數(shù)的比例。生態(tài)位寬度以香農(nóng)－威納多樣性指數(shù)為基礎(chǔ)生態(tài)位指數(shù)計算。為減少計算，可把資源分為若干等級，并調(diào)查記錄各個物種利用資源等級的數(shù)值。式中Bi為i種的生態(tài)位寬度；Nij為i種利用j資源等級的數(shù)值；r為生態(tài)位資源的等級數(shù)。生態(tài)位寬度的變動范圍從0到1，0表示沒有利用，1表示對所有的等級同樣地利用了。生態(tài)位寬度的計算公式公式中Oij代表物種i和物種j的生態(tài)位重疊；Pia

和Pja分別代表物種i和物種j對資源a（a=1→n）的利用部分，或者說物種i和物種j中利用資源a（a=1→n）的個體數(shù)。把兩個物種對一定資源位(即n維生態(tài)因子空間中的一點或一很小的體積)的共同利用程度作為生態(tài)位重疊。食物量食物量食物量①基本上重疊②彼此部分重疊③完全分離生態(tài)位重疊（nicheoveriap）教育生態(tài)位與教育改革社會生態(tài)位與正確定位產(chǎn)業(yè)生態(tài)位與結(jié)構(gòu)調(diào)整經(jīng)濟生態(tài)位與發(fā)展生態(tài)位企業(yè)生態(tài)位與生存競爭生態(tài)位理論的應(yīng)用擴大實際生態(tài)位分離原先生態(tài)位鞏固已有生態(tài)位尋求共生生態(tài)位企業(yè)生態(tài)位1、錯位經(jīng)營策略2、生態(tài)位拓展策略3、虛擬生態(tài)位策略企業(yè)競爭策略2.4主要生態(tài)因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)性CGCao2.4.1光的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)性2.4.2溫度的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)性2.4.3水分的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)性2.4.4土壤的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)性2.4.5大氣的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)性光照強度的生態(tài)作用光質(zhì)的生態(tài)作用光照時間的生態(tài)作用2.4.1光的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)性CGCao光譜成分1.光質(zhì)的生態(tài)作用葉綠素a的吸收光譜，有兩個吸收高峰分別位于430nm及660nm處。不同波段的光對植物的生理生態(tài)效應(yīng)光的波段光色吸收特性生理生態(tài)效應(yīng)>1000nm紅外能被組織中的水吸收熱效應(yīng)1000～720nm遠紅光植物稍有吸收促進種子萌發(fā)，刺激植物延伸720～610nm紅光被葉綠素強烈吸收對植物的光合作用和光周期有強烈的影響610～510nm黃橙葉綠素吸收稍有下降對植物的光合作用和形態(tài)建成的影響稍有下降510～400nm藍光被葉綠素與胡羅卜素強烈吸收能強烈影響光合作用，并抑制植物的生長，使之形成矮粗形體400～315nm綠藍被葉綠素與原生質(zhì)吸收對光合作用光稍有影響，對植物沒有特殊效應(yīng)315～280nm紫光被原生質(zhì)吸收強烈影響植物形態(tài)建成，影響生理過程，刺激某些生物合成<280nm紫外被原生質(zhì)吸收大的劑量能使植物致死CGCao黃化現(xiàn)象光的形態(tài)建成作用CGCao

光補償點光飽和點光合作用呼吸作用光合作用率凈生產(chǎn)力光補償點光飽和點呼吸作用光合作用光合作用率凈生產(chǎn)力光強與光合作用CGCao2.光強的生態(tài)作用植物對光強的適應(yīng)適應(yīng)類型生境代表陽性植物曠野、路邊、森林中的上層喬木，草原及荒漠中的旱生、超旱生植物高山植物及多數(shù)大田作物等均屬此類型，如蒲公英、薊、槐、松、杉和栓皮礫等陰性植物潮濕背陰或密林的下部，生長季節(jié)的生境往往較濕潤苔蘚類、部分蕨類、連錢草、觀音座蓮、鐵杉、紫果云杉、紅豆杉、熱帶相思樹下的咖啡、亞熱帶地區(qū)山林中的茶樹等，很多藥用植物如人參、三七、半夏和細辛等耐陰植物葉菜類一些豆科植物CGCaoCGCao陽性植物陰性植物CGCaoCGCao陰陽結(jié)合468101214161820春分夏至秋分冬至102030405060（1）光長及變化CGCao3.光長的生態(tài)作用長日照植物：牛旁、紫苑、鳳仙花和除蟲菊等，作物中有冬小麥、大麥、油菜、菠菜、甜菜、甘藍和蘿卜等。短日照植物：牽牛、蒼耳和菊類，作物中則有水稻、玉米、大豆、煙草、麻、棉等。日中性植物：黃瓜、番薯、四季豆和蒲公英等，（2）植物對光長的適應(yīng)：光周期現(xiàn)象CGCao日照長度的變化對哺乳動物的換毛和生殖，對鳥的遷飛等有十分明顯的影響。長日照獸類：雪貂、野兔和刺猬等短日照獸類：綿羊、山羊和鹿鳥類生殖腺的年周期發(fā)育與日照長度的周期變化完全吻合。在鳥類生殖期間人為改變光周期可以控制鳥類的產(chǎn)卵量。CGCao（3）光長對動物的影響平均溫度極端溫度積溫溫周期2.4.2溫度的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)性

CGCao致死低溫區(qū)亞致死低溫區(qū)亞致使高溫區(qū)致死高溫區(qū)溫區(qū)溫度對生物的作用原生質(zhì)結(jié)冰，組織凍結(jié)破壞，以致死亡。代謝過程很慢，引起生理功能失調(diào)，死亡決定于低溫強度和持續(xù)時間發(fā)育速度隨溫度降低而減漫死亡率最小,繁殖率最大,發(fā)育速度接近最快發(fā)育速度隨溫度升高而減漫死亡決定于高溫強度和持續(xù)時間短時間內(nèi)造成死亡-40-30-20-100102030405060溫度℃圖解冷眠冷死活動下限活動下降新陳代謝下限活動正常活動上限熱眠熱死最適溫區(qū)高適溫區(qū)低適溫區(qū)最低有效溫度最高有效溫度適宜溫區(qū)(有效溫區(qū))生物量1.溫度對生物的影響CGCao-1001020304050607020406080100溫度℃光合速率(最大值的百分比)最低最高最適15℃最低最高最適45℃苔蘚植物沙漠灌叢三基點溫度CGCao2.植物的低溫傷害與適應(yīng)（1）冷害

(chillinginjury)

冰點以上的低溫對植物造成的傷害（2）凍害

(freezinginjury)

是指冰點以下的低溫使植物組織內(nèi)結(jié)冰而引起的傷害冷害凍害冷害引起的生理生化變化①生化反應(yīng)失調(diào)：水解酶類活性＞合成酶類氧化磷酸化解偶聯(lián)，

ATP含量減少②呼吸代謝失調(diào)：③光合作用受阻：④原生質(zhì)流動受阻：ATP減少，原生質(zhì)粘性增加

⑤吸收機能減弱：芽和葉片常受到油脂類物質(zhì)的保護，芽具鱗片，植物體表面生有臘粉和密毛，植物矮小并常成匍匐狀、墊狀或蓮座狀等，反射光3.植物對低溫的形態(tài)適應(yīng)：CGCaoCGCao植物對溫度的適應(yīng)CGCao減少細胞中的水分和增加細胞中的糖類、脂肪和色素等物質(zhì)來降低植物的冰點，增加抗寒能力?？梢姽庾V中的吸收帶較寬，并能吸收更多的紅外線，一些植物的葉片在冬季由于葉綠素破壞和其他色素增加而變?yōu)榧t色，有利于吸收更多的熱量4.植物對低溫的生理生化適應(yīng)：CGCao適應(yīng)變化①細胞含水量降低：自由水/束縛水比值下降②保護性物質(zhì)的積累：脂肪、蛋白質(zhì)和糖類，淀粉→可溶性糖，使細胞液的冰點下降。不飽和脂肪酸含量越高，膜脂相變溫度越低，越耐低溫。③內(nèi)源激素的變化：IAA、GA下降，ABA上升，抑制生長，促進脫落、休眠。

④呼吸減弱冬小麥低溫鍛煉前后質(zhì)膜的變化A．鍛煉前的細胞，水在通過細胞質(zhì)時可能發(fā)生結(jié)冰B．鍛煉后的細胞，水通過質(zhì)膜內(nèi)陷形成的排水渠，直接排出到細胞外Bergmam規(guī)律：降低比表面積Allen規(guī)律：縮減無效附件休眠：（冬眠、夏眠、晝眠夜出）CGCao5.動物對低溫的適應(yīng)A.非洲大耳狐B.赤狐C.北極狐6.積溫定律Ｋ=∑（Ｔi-Ｔ0

）i=1n喜涼作物：小麥、早熟的馬鈴薯需要l0℃以上的有效積溫為1000℃～1600℃；溫涼作物：番茄等需有效積溫1500℃～2100℃；喜溫作物：玉米、棉花等約為2000℃～4000℃；耐熱作物：柑桔和椰子約4000℃～5000℃。CGCaoCGCaoＫ=∑（Ｔi-Ｔ0

）i=1nCGCao7.變溫與溫周期性CGCao促進某些種子萌發(fā)促進植物生長提高產(chǎn)品質(zhì)量影響動物的行為晝夜變溫：形成溫周期現(xiàn)象溫周期現(xiàn)象CGCao物候現(xiàn)象:受環(huán)境（氣候、水文、土壤）影響出現(xiàn)的以年為周期的自然現(xiàn)象，都是物候現(xiàn)象。植物的發(fā)芽、展葉、開花、葉變色、落葉等現(xiàn)象;候鳥、昆蟲以及其他動物的飛來、初鳴、終鳴、離去、冬眠等現(xiàn)象;水文氣象現(xiàn)象，如初霜、終霜、結(jié)冰、消融、初雪、終雪等。

物候

植物適應(yīng)一年中的氣候條件的季節(jié)性變化，形成與之相應(yīng)的生長發(fā)育規(guī)律物候期:物候現(xiàn)象發(fā)生的時間物候CGCaoCGCao北京不同地區(qū)植物的物候期CGCao物候規(guī)律春季:山上比山下晚高緯度比低緯度晚沿海比內(nèi)陸晚棗發(fā)芽、種棉花杏花開、快種麥野人無歷日,鳥啼知四時CGCaoCGCao植物物候變化對氣候變暖的響應(yīng)

加拿大西部山楊比半個世紀(jì)前提早了26天發(fā)芽。北美1959—1993年間春季生物的物候提早了6天。在歐洲，1959—1993年期間，葉子提早6天發(fā)芽，秋季葉子推遲5天變色，即春季事件平均提前大約6天，而秋季事件平均推遲大約5天。2.4.3水分的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)性CGCao生物起源于水環(huán)境水是生物體不可缺少的組成成分，水是生物代謝過程中的重要原料。生是生物新陳代謝的介質(zhì)水分保持植物的固有姿態(tài)、保持動物體水分平衡水能調(diào)節(jié)體溫1.水的生理生態(tài)作用CGCao2.動物對水的適應(yīng)CGCao

昆蟲的幾丁質(zhì)體壁；煙管螺產(chǎn)生膜以封閉殼口適應(yīng)低濕條件；兩棲類動物體表分泌粘液以保持濕潤；爬行動物的角質(zhì)層；鳥類的羽毛和尾脂腺；哺乳動物有尾脂腺和毛。(1)動物對水的形態(tài)適應(yīng)CGCao駱駝可以17d不喝水，身體脫水達體重的27%，仍然照常行走。它不僅具有貯水的胃，駝峰中還儲藏有豐富的脂肪，在消耗過程中產(chǎn)生大量水分，血液中具有特殊的脂肪和蛋白質(zhì)，不易脫水。(2)動物對水的生理適應(yīng)CGCao沙漠地區(qū)夏季晝夜地表溫度相差很大，因此，地面和地下的相對濕度和蒸發(fā)力相差也很大。一般沙漠動物白天躲在洞內(nèi)，夜里出來活動。(3)動物對水的行為適應(yīng)CGCao水生植物旱生植物沉水植物：浮葉植物：挺水植物：濕生植物：中生植物：旱生植物：少漿植物多漿植物黑藻、苦草浮萍、荷花蘆葦、香蒲水稻、澤瀉棉花、大豆3.植物對水的適應(yīng)CGCao生境：水很深。弱光、流動、缺氧、密度大、粘性高、溫度變化平緩，能溶解各種無機鹽類。(1)沉水植物黑藻金魚藻CGCaoCGCao黃化貍藻苦草沉水植物水車前根退化或消失，通氣系統(tǒng)發(fā)達，葉片常呈帶狀、絲狀或極薄，有利于增加采光面積和對CO2，與無機鹽的吸收，表皮細胞可直接吸收水中氣體、營養(yǎng)物和水分，葉綠體大而多，適應(yīng)水中的弱光環(huán)境。植物體具有較強的彈性和抗扭曲能力以適應(yīng)水的流動，淡水植物具有自動調(diào)節(jié)滲透壓的能力，而海水植物則是等滲的。無性繁殖比有性繁殖發(fā)達。沉水植物特征：CGCao生境：水較深。流動、溫度變化平緩，根系缺氧。特征：葉片飄浮水面，氣孔通常分布在葉的上面，維管束和機械組織不發(fā)達，輸導(dǎo)組織弱，通氣組織發(fā)達，根扎于泥土中，抗旱性差，無性繁殖快。(2)浮葉植物CGCao野菱大漂CGCao睡蓮浮萍滿江紅槐葉蘋CGCao杏菜鳳眼蓮CGCao根扎于泥土中，莖葉下部浸于水中，上部露于空氣中。通氣組織發(fā)達。(3)挺水植物：CGCao蓮水蔥CGCao千屈菜CGCaoCGCao水生植物分布多生于沼生環(huán)境。根系缺氧，根、莖、葉有通氣組織連接，有較發(fā)達輸導(dǎo)組織，葉片有角質(zhì)層，根系不發(fā)達，無根毛，抗旱力較差。(4)濕生植物：CGCao多生于旱生環(huán)境、土壤通氣良好。根莖葉結(jié)構(gòu)，抗旱能力介于濕生植物和旱生植物之間。無通氣組織，不能生長于積水或干旱土壤中。(5)中生植物：CGCao沙漠環(huán)境的多漿植物：有根、莖、葉特化形成的貯水組織，表面積對體積比例小，葉片小或退化，角質(zhì)層厚，氣孔少而深埋，有特殊的水分與光合代謝途徑。(6)旱生植物：多漿植物CGCao旱生植物有多漿植物和少漿植物。干旱環(huán)境的少漿植物：根系發(fā)達，葉面積小，有各種減少蒸騰的特化結(jié)構(gòu)，有親水性強的原生質(zhì)體，抗旱能力強。少漿植物CGCao細胞脫水細胞膨壓降低代謝紊亂膜透性改變機械損傷生長受抑減少細胞間隙氣孔關(guān)閉光合酶活性降低呼吸酶活性增加蛋白質(zhì)核酸講解ABA,ETH增加細胞區(qū)域化被破壞質(zhì)膜，液泡膜破裂CO2擴散阻力增大貯藏物質(zhì)的消耗光合下降代謝失控離子和酶外流失水和保水能力喪失細胞自溶饑餓衰老死亡受害程度小大4.干旱脅迫①根系發(fā)達，R／T比大，R／T比越大，越抗旱。②維管束發(fā)達，葉脈致密，單位面積氣孔數(shù)目多。③葉細胞較小，能減輕機械損傷。(1)形態(tài)適應(yīng)特征5.陸生植物對干旱的適應(yīng)(2)生理適應(yīng)特征：①原生質(zhì)具有較大的粘性與彈性②在干旱條件下酶的活性保持穩(wěn)定③光合和呼吸作用仍維持較高水平④Pro和ABA增加6.提高植物抗旱性的途徑(1)抗旱鍛煉：蹲苗,擱苗,餓苗,種子鍛煉(雙芽法)

植株根系發(fā)達,保水能力強,葉綠素含量高,干物質(zhì)積累多,抗逆能力強。(2)化學(xué)誘導(dǎo)

0.25％CaCl2

浸種20h0.05％ZnSO4噴灑葉面ABAB9CCC(3)礦質(zhì)營養(yǎng)

P、K、B、Cu肥2.4.4.土壤的作用及生物的適應(yīng)CGCao作用：生物的生存場所、生存基質(zhì)和營養(yǎng)庫。物理因素：土壤溫度、水分含量、空氣含量及土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)因素：土壤化學(xué)組成、有機質(zhì)的合成和分解、礦質(zhì)元素的轉(zhuǎn)化和釋放、土壤酸堿度等。CGCao1.土壤及其生態(tài)作用粘土沙土壤土2.土壤質(zhì)地對植物根系的影響CGCao3.土壤鹽脅迫對植物的傷害(1)吸水困難:土壤鹽分過多，降低土壤溶液的滲透勢，植物吸水困難,形成生理干旱。(2)生物膜破壞:高濃度的NaCl

可置換細胞膜結(jié)合的Ca2+，膜結(jié)構(gòu)破壞，功能也改變。(3)生理紊亂:降低蛋白質(zhì)合成速率，加速貯藏蛋白質(zhì)的水解，氨積累。(4)抑制光合:光合速率、呼吸速率降低,缺乏營養(yǎng)。4.植物對鹽脅迫的適應(yīng)①泌鹽：把鹽分從莖葉表面的鹽腺排出體外，本身不積存鹽分;②拒鹽：根細胞對鹽離子的透性很小,不吸收;③稀鹽：快速生長胞內(nèi)區(qū)域化作用（液泡）;④耐鹽：Pro,甜菜堿等,降低水勢,增加耐鹽性。

生態(tài)類型舉例適應(yīng)機制及特征土壤特性鹽堿土植物聚鹽性植物堿蓬、濱藜、鹽角草等可吸收土壤可溶性鹽聚集于體內(nèi)，不受傷害植物體干而硬，葉子不發(fā)達，蒸騰表面強烈縮小，氣孔下陷；表皮具有厚的外壁，常具灰白色絨毛。在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，細胞間隙強烈縮小，柵欄組織發(fā)達。有一些鹽土植物枝葉具有肉質(zhì)性，葉肉中有特殊的貯水細胞。似旱生植物特征鹽土：NaCl、Na2SO4等可溶性鹽含量大于土重的1%。堿土：富含Na2CO3、NaHCO3、K2SO4，鈣、鎂鹽類。鹽堿度高毒害植物根系，土壤結(jié)構(gòu)破壞，引起植物生理干旱、代謝失調(diào)。一般植物不能正常生長泌鹽性植物紅樹、大米草、檉柳等吸收土壤可溶性鹽，通過莖、葉表面鹽腺分泌排出不透鹽性植物蒿屬、鹽地鳳毛菊、田菁等不吸收或很少吸收土壤鹽類CGCao5.植物的土壤生態(tài)類型酸性土植物茶、杜鵑、馬尾松等生長慢，葉小而厚，直根深扎。不能在鈣土中生長土壤酸性或強酸性，缺鈣，多鐵、鋁。土壤質(zhì)堅實，通氣差，缺水，土溫低鈣土植物南天竹、刺柏、黃連木、野花椒等喜鈣富含CaCO3的石灰性土壤，堿性較強沙生植物駱駝刺、檸條、花棒等具旱生植物特征，根系特別發(fā)達，無性繁殖力強?？购?、耐熱、耐冷、細胞滲透壓高沙丘性土質(zhì)，流動性強、干旱、缺營養(yǎng)、溫度變化大生態(tài)類型舉例適應(yīng)機制及特征土壤特性CGCao崗松酸性土壤指示植物芒萁CGCao6.指示植物鈣質(zhì)土壤指示植物蜈蚣草沙質(zhì)鹽堿地植物勝柳CGCao7.鹽土植物改良CGCao2.4.5.大氣的作用及生物的適應(yīng)CGCao在干燥空氣中，O2占大氣總量的20.95%，N2占78.9%，CO2

占0.032%。局部環(huán)境空氣組成由差異，地下洞穴或通氣不良的環(huán)境中，空氣中的O2和CO2含量與大氣不相同。由于海拔增高大氣壓降低，氧分壓也隨海拔增高而降低，這給哺乳動物的生存帶來威脅。在大氣組成成分中，對生物關(guān)系最為密切的是O2與CO2。N2屬于惰性氣體，不能直接參參與代謝。1.大氣組成及其生態(tài)作用空氣的一些組分參與、影響生物過程由于水中溶解氧少，氧成為水生動物存活的限制因子，一些魚類耗O2量依賴于水中溶氧量而改變。氧的作用與生物的適應(yīng)空氣中的氧比水中容易獲得，所以陸地動物能得到足夠多的氧，保證了陸生動物有高的代謝率，能進化成恒溫動物。動物或人從低海拔進入高海拔后，最明顯的適應(yīng)性反應(yīng)表現(xiàn)在呼吸與血液組成方面。首先是由于低氧刺激，動物產(chǎn)生過度通氣（呼吸深度的增加）。高海拔土著動物、人，或是馴化到高海拔上，其骨骼肌中的肌紅蛋白濃度均增加(肌紅蛋白的攜氧能力遠大于血紅蛋白)，為低氧狀態(tài)的組織提供更多氧。人與其他哺乳動物從平原進入高海拔后，血液中的紅血球數(shù)量、血紅蛋白濃度及血球比積將升高。恒溫動物對高海拔低氧的適應(yīng)人由海拔850m進入4540m高度后，這三項指標(biāo)逐漸升高，數(shù)周后達到最大值，并維持在此高水平上。當(dāng)從高海拔回到平原后，這些指標(biāo)將逐漸下降，恢復(fù)到原水平。血紅蛋白紅細胞血球比積

植物在光能作用下，同化CO2與水，