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1、高级生态学高级生态学中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）环境科学与工程系环境科学与工程系贾建丽贾建丽2011.05个体生态学个体生态学(Autecology)(生物与环境生物与环境)个体对环境的反应个体对环境的反应提纲提纲n生物种的概念生物种的概念n环境概念及其类型环境概念及其类型n生态因子作用分析生态因子作用分析n生态因子的生态作用及生物的适应生态因子的生态作用及生物的适应生物种的概念生物种的概念n生物一般以个体形式存在，自然界的生物个体生物一般以个体形式存在，自然界的生物个体几乎是无穷的。几乎是无穷的。n物种概念物种概念n形态相似的的个体之集合形态相似的的个体之集合17世纪世纪,Ray
2、,植物史植物史1753年年,C.Linna,植物种志植物种志n能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合1963,E.Mayr生物种的概念生物种的概念n种的性状种的性状n基因型：种的遗传本质，即生物性状表现所必须具备的基因型：种的遗传本质，即生物性状表现所必须具备的 内在因素；内在因素；n表型：为与环境结合后实际表现出的可见性状。表型：为与环境结合后实际表现出的可见性状。n物种是由内在因素物种是由内在因素(生殖、遗传、生理、生态、生殖、遗传、生理、生态、行为行为)联系起来的个体的集合，是自然界中的联系起来的个体的集合，是自然界中的一个基本进化单位和功能单位。一个基
3、本进化单位和功能单位。物种是生物存在的基本形式物种是生物存在的基本形式环境概念及其类型环境概念及其类型n环境：某一特定生物体或生物群体以外的空间，环境：某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。的一切事物的总和。n环境总是针对某一特定主体或中心而言，是相对环境总是针对某一特定主体或中心而言，是相对的概念的概念n环境因子：生物体外部的全部环境要素环境因子：生物体外部的全部环境要素环境概念及其类型环境概念及其类型n以环境主体分：以环境主体分：人类环境环境科学分类方法人类环境环境科学分类方法生物环境生态学和生
4、物科学分类方法生物环境生态学和生物科学分类方法n以环境性质分：以环境性质分：自然环境自然环境半自然环境（人类破坏后的自然环境）半自然环境（人类破坏后的自然环境）社会环境社会环境环境概念及其类型环境概念及其类型n按环境范围的大小分按环境范围的大小分宇宙环境宇宙环境地球环境地球环境区域环境区域环境微环境微环境内环境内环境大气层外的宇宙大气层外的宇宙空间空间对流层、水圈、土壤圈、对流层、水圈、土壤圈、岩石圈、生物圈岩石圈、生物圈占有某一特定地域占有某一特定地域空间的自然环境空间的自然环境生物体内组织或细生物体内组织或细胞间的环境胞间的环境由于一个（几个）圈由于一个（几个）圈层细微变化产生的环层细微变
5、化产生的环境差异形成的小环境境差异形成的小环境生物体生物体环境概念及其类型环境概念及其类型n生态学重视生物的微环境与生境生态学重视生物的微环境与生境即使在同一地区、同一季节和同一天气类型，由于微环境与即使在同一地区、同一季节和同一天气类型，由于微环境与生境的差异，使生物实际上相当于生活在完全不同的气候条生境的差异，使生物实际上相当于生活在完全不同的气候条件：雪上气温与雪下土壤层气温的差别，植物根系与叶片接件：雪上气温与雪下土壤层气温的差别，植物根系与叶片接触环境的差别触环境的差别n环境的全球化对生命系统的影响环境的全球化对生命系统的影响环境概念及其类型环境概念及其类型n生物能够对周围的气候条件
6、起修改作用生物能够对周围的气候条件起修改作用森林、草原等对区域气候的影响森林、草原等对区域气候的影响穴居动物在建立微环境方面的作用穴居动物在建立微环境方面的作用环境概念及其类型环境概念及其类型n环境因子分类环境因子分类nR.F.Daubenmire(1947)：以环境因子特点为标准以环境因子特点为标准l气候类、土壤类、生物类气候类、土壤类、生物类l土壤、水分、温度、光照、大气、火和生物因子土壤、水分、温度、光照、大气、火和生物因子nDajoz(1972)：生物有机体对环境的反应和适应性生物有机体对环境的反应和适应性l第一性周期因子、次生性周期因子及非周期性因子第一性周期因子、次生性周期因子及非
7、周期性因子nGill(1975)：三层次三层次l植物生长必需的环境因子：温度、光、水分；植物生长必需的环境因子：温度、光、水分；l不以植被是否存在而发生的对植物有影响的环境因子：风不以植被是否存在而发生的对植物有影响的环境因子：风暴、火山爆发、洪涝等；暴、火山爆发、洪涝等；l存在与发生受植被影响，反过来又直接或间接影响植被的存在与发生受植被影响，反过来又直接或间接影响植被的环境因子：放牧、火烧。环境因子：放牧、火烧。生态因子的概念生态因子的概念n生态因子生态因子(Ecological factors)：环境中对生物的生：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为及分布有着直接或间接影响长、发育、生殖
8、、行为及分布有着直接或间接影响的环境要素。的环境要素。n生物因子：生物种内和种间的相互关系生物因子：生物种内和种间的相互关系n非生物因子：光、温度、湿度、降水、土壤、大气等非生物因子：光、温度、湿度、降水、土壤、大气等生态环境生态环境（Ecological environment)所有的所有的生态因子生态因子生态因子的概念生态因子的概念n生态环境：所有生态因子生态环境：所有生态因子n生境：具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境。生境：具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境。生态因子是环境因子的一部分生态因子是环境因子的一部分n生态因子是环境因子中对生物起作用的因子生态因子是环境因子中对生物
9、起作用的因子n环境因子则是生物体外部的全部环境要素环境因子则是生物体外部的全部环境要素生态因子的概念生态因子的概念生态因子的概念生态因子的概念n生态因子生态因子气候因子气候因子：温度、湿度、光、降水等温度、湿度、光、降水等土壤因子土壤因子：土壤结构、成分、理化和生物性质土壤结构、成分、理化和生物性质地形因子地形因子：地面起伏、坡度及坡向等：地面起伏、坡度及坡向等生物因子生物因子：捕食、寄生、竞争、互惠等：捕食、寄生、竞争、互惠等人为因子人为因子：人对自然界的改变对生物带来的影响：人对自然界的改变对生物带来的影响生态因子的概念生态因子的概念n生态因子生态因子稳定因子：地心引力、地磁、太阳辐射常数
10、稳定因子：地心引力、地磁、太阳辐射常数主要决定生物的分布主要决定生物的分布变动因子变动因子：周期变动因子：光、湿度、潮汐周期变动因子：光、湿度、潮汐影响生物分布影响生物分布非周期变动因子：风、降水、捕食非周期变动因子：风、降水、捕食影响生物数量影响生物数量生态因子作用的特点生态因子作用的特点n综合性：每个生态因子都是在与其他生态因子的相综合性：每个生态因子都是在与其他生态因子的相互影响、相互制约中起作用的互影响、相互制约中起作用的n非等价性（主导因子作用）：主导因子的决定性作非等价性（主导因子作用）：主导因子的决定性作用，主导因子发生变化会引起其他因子也发生变化用，主导因子发生变化会引起其他因
11、子也发生变化n光合作用时，光强是主导因子，温度和光合作用时，光强是主导因子，温度和CO2是次要因子；是次要因子；n春化作用时，温度为主导因子，湿度和通气条件是次要因子。春化作用时，温度为主导因子，湿度和通气条件是次要因子。生态因子作用的特点生态因子作用的特点n直接作用的间接作用：区分生态因子的直接作用和直接作用的间接作用：区分生态因子的直接作用和间接作用对认识生物的生长、发育、繁殖及分布都间接作用对认识生物的生长、发育、繁殖及分布都很重要。很重要。n直接因子：直接影响生物分布的生态因子，如光照、温度等，直接因子：直接影响生物分布的生态因子，如光照、温度等，有时受间接因子的影响；有时受间接因子的
12、影响；n间接因子地形：对生物的作用不是直接的，但能影响光照、间接因子地形：对生物的作用不是直接的，但能影响光照、温度等直接因子的分布，从而间接对生物产生作用。温度等直接因子的分布，从而间接对生物产生作用。例：四川二郎山东坡与西坡的植被分布例：四川二郎山东坡与西坡的植被分布生态因子作用的特点生态因子作用的特点n阶段性：主要由生态环境的规律性变化所引起阶段性：主要由生态环境的规律性变化所引起n光照长短在植物春化阶段不起作用，在光周期阶段则十分重要光照长短在植物春化阶段不起作用，在光周期阶段则十分重要n鱼类的洄游：大马哈鱼、中华鲟鱼类的洄游：大马哈鱼、中华鲟n不可替代性和互补性不可替代性和互补性n生
13、态因子作用虽不尽相同，但都各具有重要性，尤其是主导因生态因子作用虽不尽相同，但都各具有重要性，尤其是主导因子，如果缺少会影响生物的正常生长发育，甚至造成其生病或子，如果缺少会影响生物的正常生长发育，甚至造成其生病或死亡死亡生态因子的不可替代性；生态因子的不可替代性；n局部可补偿性：某因子在量上的不足可由其他因子来补偿以获局部可补偿性：某因子在量上的不足可由其他因子来补偿以获得相似的生态效应，如植物光合作用时若光照不足可增加得相似的生态效应，如植物光合作用时若光照不足可增加CO2的量来补足、软体动物在锶多的地方可用锶补偿钙的不足；的量来补足、软体动物在锶多的地方可用锶补偿钙的不足；n生态因子的补
14、偿只能在一定范围内进行，不能相互替代。生态因子的补偿只能在一定范围内进行，不能相互替代。nLiebig最小最小因子定律：植物生长取决于处于因子定律：植物生长取决于处于最小量最小量的食物量。的食物量。n例：土壤中的例：土壤中的N可维持可维持250kg产量、产量、K可维持可维持350kg、P可可维持维持500kg，则实际产量只有，则实际产量只有250kg，如多施，如多施1倍的倍的N此此时时K为最小食物量则产量停留在为最小食物量则产量停留在350kg。n米氏产量递减定律：当限制因子增加时，开始增米氏产量递减定律：当限制因子增加时，开始增产效果很大，继续下去，效果渐减。产效果很大，继续下去，效果渐减。
15、生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理n谢氏耐性定律：生物的存在与繁殖依赖于某种综谢氏耐性定律：生物的存在与繁殖依赖于某种综合环境因子的存在，只要其中一项因子的量或质合环境因子的存在，只要其中一项因子的量或质不足或过多，超过了该生物的耐性限度，则该物不足或过多，超过了该生物的耐性限度，则该物种不能生存，甚至灭绝。种不能生存，甚至灭绝。限制因子限制因子 （limiting factor)任何接近或超过耐性任何接近或超过耐性上限或下限的因子上限或下限的因子（一个或几个）（一个或几个）生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理n不同生物物种对各种生态因子的耐受范围不不同生物物种对各种生态因子
16、的耐受范围不同，同一生物对不同生态因子的耐受范围也同，同一生物对不同生态因子的耐受范围也可能有差异，同一生物不同发育期的耐受范可能有差异，同一生物不同发育期的耐受范围亦不同围亦不同生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理n限制因子限制因子(limiting factor)：生物的生存和繁殖依生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，其中限制生物生赖于各种生态因子的综合作用，其中限制生物生存和繁殖的关键因子称为限制因子存和繁殖的关键因子称为限制因子n定义：当生态因子（一个或相关的几个）接近或定义：当生态因子（一个或相关的几个）接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、超过某种生物
17、的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖、扩散或分布时，即为限制因子繁殖、扩散或分布时，即为限制因子n特点：耐受范围窄、易变化。特点：耐受范围窄、易变化。n氧是水生生物的限制因子；氧是水生生物的限制因子；n一般氧不会成为陆生生物的限制因子。一般氧不会成为陆生生物的限制因子。生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理n生物的耐性限度会因发育时期、季节、环境条件的不生物的耐性限度会因发育时期、季节、环境条件的不同而改变同而改变n自然界耐性限度的实际范围几乎都比潜在范围窄自然界耐性限度的实际范围几乎都比潜在范围窄n不利因素影响提高对基础代谢率的生理调节付出的代价不利因素影响提高对基础代谢率的生理调节付
18、出的代价n生态环境中的辅助因子降低了代谢强度上限或下限水平生态环境中的辅助因子降低了代谢强度上限或下限水平n生物的耐性限度可以发生改变生物的耐性限度可以发生改变-生物的调整适应能力生物的调整适应能力n高山雪莲、温泉中的生物等高山雪莲、温泉中的生物等n适应性是以减弱对其他环境因子的适应能力为代价的适应性是以减弱对其他环境因子的适应能力为代价的n生态因子间存在明显的相互关联生态因子间存在明显的相互关联生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理两因子作用对生物适合度的影响（两因子作用对生物适合度的影响（Pianka,1978)适适合合度度80859095100相对湿度（相对湿度（%）适适合合度度2
19、025303540温度（温度（）30 32.5 35 85%90%95%生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理两因子作用对生物适合度的影响（两因子作用对生物适合度的影响（Pianka,1978)温温度度（）80859095100相对湿度（相对湿度（%）40353025低适合度低适合度中适合度中适合度高适合度高适合度生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理n限制因子的研究对生态学具有重要意义限制因子的研究对生态学具有重要意义n在实际工作中集中关注可能起限制作用的因子；在实际工作中集中关注可能起限制作用的因子；n限制因子的确定要通过观察、分析、实验相结合的途径：限制因子的确定要通过观察、
20、分析、实验相结合的途径：l通过野外观察和分析找出起显著作用的因子，分析其对生物的通过野外观察和分析找出起显著作用的因子，分析其对生物的作用途径，随后设计室内实验确定其与生物的定量关系。作用途径，随后设计室内实验确定其与生物的定量关系。生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理n生态幅生态幅n熊猫仅见于秦巴山区，大象只生长在热带丛林，野兔、熊猫仅见于秦巴山区，大象只生长在热带丛林，野兔、麻雀则分布很广；麻雀则分布很广；n红松主要生长在北温带湿润区山地，望天树主要见于西红松主要生长在北温带湿润区山地，望天树主要见于西双版纳热带雨林，而芦苇则到处可见；双版纳热带雨林，而芦苇则到处可见；n高山冻原上
21、的衣藻只能在高山冻原上的衣藻只能在0上下繁衍，温泉中的一些上下繁衍，温泉中的一些嗜温细菌和蓝绿藻只能在高温下生存，而一般的陆生维嗜温细菌和蓝绿藻只能在高温下生存，而一般的陆生维管植物可以在很宽的温度范围内生长。管植物可以在很宽的温度范围内生长。生态幅（生态幅（ecological valence）：每一个种对环境因子适）：每一个种对环境因子适应范围的大小主要取决于各个种的遗传特性应范围的大小主要取决于各个种的遗传特性生物耐受最高点（上限）与最低点（下限）包含的范围生物耐受最高点（上限）与最低点（下限）包含的范围生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理冷窄温冷窄温广温广温暖窄温暖窄温最适最适
22、最适最适最适最适最低最低最高最高最低最低最高最高生态因子生态因子活活动动性性（生生长长）窄温性与广温性生物的生态幅窄温性与广温性生物的生态幅生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理n稳态（稳态（homeostasis)：生命系统的重要特征：生命系统的重要特征n生命系统通过内在的调节机制，各组成成分和生命系统通过内在的调节机制，各组成成分和谐共处，从而使相对的平衡条件得以保持谐共处，从而使相对的平衡条件得以保持内稳态内稳态生物控制体内环境使其保持相对稳定生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制，以减少生物对外界条件的依赖性，提的机制，以减少生物对外界条件的依赖性，提高生物对外界环境的适应能力高
23、生物对外界环境的适应能力n内稳态通过生理过程或行为调整而实现内稳态通过生理过程或行为调整而实现n沙漠蜥蜴沙漠蜥蜴n向日葵向日葵n内稳态是生物扩大耐性限度的一种重要机制内稳态是生物扩大耐性限度的一种重要机制生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理n非内稳态生物（非内稳态生物（homeostatic organisms)：其耐性：其耐性限度仅取决于体内酶系统在什么生态因子范围内限度仅取决于体内酶系统在什么生态因子范围内起作用；起作用；n内稳态生物（内稳态生物（non-homeostatic organisms)：其耐：其耐性限度除取决于体内酶系统外，还有赖于内稳态性限度除取决于体内酶系统外，还
24、有赖于内稳态机制发挥作用的大小。机制发挥作用的大小。生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理体体内内环环境境体外环境体外环境非内稳态生物非内稳态生物内稳态生物内稳态生物环境变化对内稳态与非内稳态生物体内环境的影响环境变化对内稳态与非内稳态生物体内环境的影响生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理n驯化驯化n除内稳态机制外的人为改变生物耐性范围的方法除内稳态机制外的人为改变生物耐性范围的方法l南方果树的北移、野生植物的栽培化、南方果树的北移、野生植物的栽培化、降解微生物的驯化培养降解微生物的驯化培养等等。生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理n指示生物指示生物(indicator
25、organism)：生物指示器生物指示器n生物在与环境相互作用、协同进化的过程中留下的环境生物在与环境相互作用、协同进化的过程中留下的环境烙印，可以生物作为指示都是为反映环境的某些特征。烙印，可以生物作为指示都是为反映环境的某些特征。枣芽发，点棉花枣芽发，点棉花 杏花开，快种麦杏花开，快种麦l钟虫和轮虫出现时表明水质较好；钟虫和轮虫出现时表明水质较好；l海洲香薷在海洲为铜矿的指示生物；海洲香薷在海洲为铜矿的指示生物；l湖南念同的野韭指示金矿；湖南念同的野韭指示金矿；l有芨芨草成片生长的地方都有浅层地下水分布。有芨芨草成片生长的地方都有浅层地下水分布。生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理
26、n指示作用的相对性指示作用的相对性n海洲香薷在辽宁、河北等地为路边杂草，无指示意义；海洲香薷在辽宁、河北等地为路边杂草，无指示意义；n铜矿的指示植物在海洲为香薷，在四川西部则为头状蓼，铜矿的指示植物在海洲为香薷，在四川西部则为头状蓼，在辽宁则为丝石竹。在辽宁则为丝石竹。生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理n指示生物指示生物海洲香薷海洲香薷丝石竹丝石竹生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理n生物对环境的适应生物对环境的适应n适应：生物对其环境压力的调整过程适应：生物对其环境压力的调整过程l基因型适应：可遗传，发生在进化过程中，桦尺蠖的工业黑化基因型适应：可遗传，发生在进化过程中，桦
27、尺蠖的工业黑化l表型适应：发生在生物个体身上表型适应：发生在生物个体身上n适应种类适应种类l进化适应进化适应l生理适应生理适应l感觉适应感觉适应l学习适应学习适应生物与环境关系基本原理生物与环境关系基本原理生态因子的生态作用及生物的适应生态因子的生态作用及生物的适应n光光n温度温度n水水n土壤土壤光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应n光的性质光的性质n范围很广的电磁波：范围很广的电磁波：150-4000nm150-4000nmn红外、紫外、可见红外、紫外、可见光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应n光强光强生物的生长发育与形态建成生物的生长发育与形态建成n
28、影响植物细胞的增长和分化、体积的增长和重量的增加影响植物细胞的增长和分化、体积的增长和重量的增加n促进组织和器官的分化、制约器官的生长发育速度、保促进组织和器官的分化、制约器官的生长发育速度、保持各器官组织发育正常比例持各器官组织发育正常比例n黄化现象黄化现象（eitiolation phenomenon)是植物对黑暗环境的是植物对黑暗环境的特殊适应，是光与形态建成关系极端的典型例子特殊适应，是光与形态建成关系极端的典型例子n光对植物的形态建成的影响受光敏色素等因子的调节光对植物的形态建成的影响受光敏色素等因子的调节光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应n光强光强生物的生长发
29、育与形态建成生物的生长发育与形态建成n影响动物的生长发育速度影响动物的生长发育速度l蛙卵、鲑鱼卵在有光的情况下孵化快，发育也快蛙卵、鲑鱼卵在有光的情况下孵化快，发育也快l贻贝和生活在海洋深处的浮游生物在黑暗情况下生长较快贻贝和生活在海洋深处的浮游生物在黑暗情况下生长较快l蚜虫在连续有光和连续无光的条件下多为无翅个体，而在蚜虫在连续有光和连续无光的条件下多为无翅个体，而在光暗交替条件下则多产生有翅个体光暗交替条件下则多产生有翅个体光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应n光强光强对水生植物的影响对水生植物的影响n光的穿透性是植物在海洋中分布的限制因子光的穿透性是植物在海洋中分布的
30、限制因子n光补偿点：透光带下部植物光合作用量与呼吸消耗平衡光补偿点：透光带下部植物光合作用量与呼吸消耗平衡之处之处l特别清澈的海水和湖水可达几百米特别清澈的海水和湖水可达几百米l浮游植物密度大或含有大量泥沙颗粒的水体为水下浮游植物密度大或含有大量泥沙颗粒的水体为水下1 1米左右米左右l受污染河流中光补偿点则可能只有水面下几厘米受污染河流中光补偿点则可能只有水面下几厘米n光饱和点：在一定范围内，光合作用的效率与光强成正光饱和点：在一定范围内，光合作用的效率与光强成正比，但是到达一定强度，若继续增加光强，光合作用的比，但是到达一定强度，若继续增加光强，光合作用的效率不再增加或增加很少，这点称为光饱
31、和点效率不再增加或增加很少，这点称为光饱和点光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应n光强光强植物对光照强度的适应类型植物对光照强度的适应类型n阳地植物：适应于强光照地区生活的植物，光补偿点位阳地植物：适应于强光照地区生活的植物，光补偿点位置较高，光合作用速率和代谢速率较高置较高，光合作用速率和代谢速率较高蒲公英、杨、柳、槐、榆、松等蒲公英、杨、柳、槐、榆、松等n阴地植物：适应于弱光照地区生活的植物，光补偿点位阴地植物：适应于弱光照地区生活的植物，光补偿点位置较低，光合作用速率和代谢速率较低置较低，光合作用速率和代谢速率较低铁杉、红豆杉、山酢浆草、三七、半夏等铁杉、红豆杉、山酢
32、浆草、三七、半夏等光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应n光质光质生态作用与生物的适应生态作用与生物的适应n不同光质对植物的光合作用，色素形成、向光性、形态不同光质对植物的光合作用，色素形成、向光性、形态建成的诱导等的影响不同建成的诱导等的影响不同l红、橙光可被叶绿素吸收，对叶绿素形成有促进作用红、橙光可被叶绿素吸收，对叶绿素形成有促进作用l蓝紫光可被叶绿素和胡萝卜素吸收蓝紫光可被叶绿素和胡萝卜素吸收l绿光很少被吸收利用绿光很少被吸收利用l红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质的合成红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质的合成光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适
33、应生理有生理有效辐射效辐射生理无效辐射生理无效辐射n光质光质生态作用与生物的适应生态作用与生物的适应n可见光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长、发可见光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长、发育都有影响育都有影响l光照环境使蛱蝶体色变淡光照环境使蛱蝶体色变淡n不可见光对生物的影响也是多方面的不可见光对生物的影响也是多方面的l昆虫对紫外光有趋光反应，草履虫则为避光反应昆虫对紫外光有趋光反应，草履虫则为避光反应l340240nm辐射条件下可使细菌、真菌、线虫卵和病毒等停止活动辐射条件下可使细菌、真菌、线虫卵和病毒等停止活动l200300nm辐射条件下能杀灭空气中、水面和各种物体表面的
34、微生物辐射条件下能杀灭空气中、水面和各种物体表面的微生物光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应n光周期光周期生物对光周期的适应生物对光周期的适应n昼夜节律：生物活动表现出昼夜节律：生物活动表现出24h循环一次的现象循环一次的现象l有些动物夜间活动白天休息：猿有些动物夜间活动白天休息：猿l有些浮游生物夜间浮向水面，白天游向深水处有些浮游生物夜间浮向水面，白天游向深水处l植物的昼夜交替现象，如光合作用、蒸腾作用、积累与消耗植物的昼夜交替现象，如光合作用、蒸腾作用、积累与消耗l昼夜节律存在内部控制机制：人的睡眠、活动与休息的交替等昼夜节律存在内部控制机制：人的睡眠、活动与休息的交替
35、等光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应昼夜节律的内部控昼夜节律的内部控制机制生命的基制机制生命的基本特征：休息与睡本特征：休息与睡眼（时差）、活动眼（时差）、活动与休息的交替与休息的交替n光周期光周期生物对光周期的适应生物对光周期的适应n光周期现象：分布在地球各地的动植物长期生活在具有光周期现象：分布在地球各地的动植物长期生活在具有一定昼夜变化格局的环境中，借助于自然选择和进化而一定昼夜变化格局的环境中，借助于自然选择和进化而形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式，形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式
36、，这就是光周期现象。光周期现象是生物长期适应光的周这就是光周期现象。光周期现象是生物长期适应光的周期性变化形成的节律。期性变化形成的节律。光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应n光周期光周期生物对光周期的适应生物对光周期的适应l植物的光周期：植物的光周期：光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应长日照植物：北半球高纬度带，日照必须大于某一时长日照植物：北半球高纬度带，日照必须大于某一时数：凤仙花、冬小麦、油菜等数：凤仙花、冬小麦、油菜等中间性植物：日照与黑暗各半，甘蔗；日照长度要求中间性植物：日照与黑暗各半，甘蔗；日照长度要求不严，黄瓜、蕃茄、蒲公英等不严，黄
37、瓜、蕃茄、蒲公英等短日照植物：光照短于临界光期，牵牛、玉米、棉等短日照植物：光照短于临界光期，牵牛、玉米、棉等n光周期光周期生物对光周期的适应生物对光周期的适应l动物的光周期：动物的光周期：光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应鸟类迁徙、生殖时间鸟类迁徙、生殖时间哺乳动物换毛和生殖哺乳动物换毛和生殖长日照兽类长日照兽类短日照兽类短日照兽类n温度的变化规律温度的变化规律n温度影响因素温度影响因素l昼夜、四季、纬度、地形、海拔、海陆位置昼夜、四季、纬度、地形、海拔、海陆位置l土壤、水域、生物群落内土壤、水域、生物群落内温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应n
38、温度的生态作用温度的生态作用生物生长生物生长n温度三基点：酶活性的最低温度、最适温度、最高温度温度三基点：酶活性的最低温度、最适温度、最高温度l高温将使蛋白质凝固、酶系统失活；低温将引起细胞膜系统渗高温将使蛋白质凝固、酶系统失活；低温将引起细胞膜系统渗透性改变、脱水、蛋白质沉淀以及其他不可逆转的化学变化透性改变、脱水、蛋白质沉淀以及其他不可逆转的化学变化l不同生物的三基点不同：水稻种子发芽的温度三基点、雪球藻不同生物的三基点不同：水稻种子发芽的温度三基点、雪球藻和雪衣藻的生长发育和雪衣藻的生长发育l低纬度生物高温阈值偏高、高纬度生物低温阈值偏低低纬度生物高温阈值偏高、高纬度生物低温阈值偏低n年
39、轮：一定温度范围内，植物生长快慢与温度成正比年轮：一定温度范围内，植物生长快慢与温度成正比l多年生木禾本植物茎横断面上的年轮多年生木禾本植物茎横断面上的年轮l动物的鳞片、耳石动物的鳞片、耳石温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应n温度的生态作用温度的生态作用生物发育生物发育n温度在在生物发育中的作用：完成全生命周期的重要因子温度在在生物发育中的作用：完成全生命周期的重要因子低温低温“春化春化”（信号开关）（信号开关）n有效积温：温度与生物发育最普遍的规律有效积温：温度与生物发育最普遍的规律KN（T-T0）K该生物所需的有效积温，它是个常数该生物所需的有效积温，它是个常数T
40、当地该时期的平均温度当地该时期的平均温度T0该生物生长活动所需最低临界温度（生物零度）该生物生长活动所需最低临界温度（生物零度）N天数，天数，d温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应安排农业生产安排农业生产植物保护植物保护防治病虫害防治病虫害n生物对极端温度的适应生物对极端温度的适应n生物对低温环境的适应生物对低温环境的适应形态方面形态方面植物：植物：叶片受到油脂类物质保护叶片受到油脂类物质保护芽具鳞片芽具鳞片表面生有蜡粉和密毛表面生有蜡粉和密毛矮小且成匍匐状、垫状或莲座状矮小且成匍匐状、垫状或莲座状动物：动物：个体大个体大单位体重散热量较小（单位体重散热量较小（Berg
41、man定律）定律）身体突出部分变小变短身体突出部分变小变短减少散热（减少散热（Allen定律定律)增加毛或羽毛数量或质量、增加脂肪厚度增加毛或羽毛数量或质量、增加脂肪厚度提高身提高身体隔热性能体隔热性能温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应保持较高温度、保持较高温度、减轻严寒影响减轻严寒影响温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应耐寒苜蓿耐寒苜蓿紫花苜蓿紫花苜蓿温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应三七景天三七景天温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应蛇鞭菊蛇鞭菊雪莲雪莲n生物对极端温度的适应生物对极端温度的
42、适应n生物对低温环境的适应生物对低温环境的适应生理方面生理方面植物：植物：减少细胞水分减少细胞水分增加细胞中的糖类、脂肪和色素增加细胞中的糖类、脂肪和色素动物：动物：增加体内产热量来增强御寒能力增加体内产热量来增强御寒能力保持恒定体温保持恒定体温温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应降低植物冰点降低植物冰点n生物对极端温度的适应生物对极端温度的适应n生物对高温环境的适应生物对高温环境的适应植物：植物：密绒毛和鳞片密绒毛和鳞片过滤阳光过滤阳光植物体呈白色、银白色，叶片革质发亮植物体呈白色、银白色，叶片革质发亮反射太阳光反射太阳光叶片垂直排列、折叠叶片垂直排列、折叠减少光吸收
43、面积减少光吸收面积树干和根茎有木栓层树干和根茎有木栓层绝热和保护绝热和保护温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应形态上形态上n生物对极端温度的适应生物对极端温度的适应n生物对高温环境的适应生物对高温环境的适应植物：植物：1.1.降低细胞含水量、增加糖或盐的浓度，减缓代谢速降低细胞含水量、增加糖或盐的浓度，减缓代谢速度，增加原生质抗凝结力度，增加原生质抗凝结力 2.2.旺盛的蒸腾作用避免植物体因过热受害旺盛的蒸腾作用避免植物体因过热受害 3.3.反射红外线反射红外线温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应生理上生理上n生物对极端温度的适应生物对极端温度的
44、适应n生物对高温环境的适应生物对高温环境的适应动物：动物：适当放松恒温性，增加体温变辐适当放松恒温性，增加体温变辐夏眠、穴居、夜间活动、昼伏夜出等夏眠、穴居、夜间活动、昼伏夜出等温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应形态上形态上n温度与生物的地理分布温度与生物的地理分布植物分布植物分布n温度制约着生物的生长发育，每个地区生长繁衍着适应于温度制约着生物的生长发育，每个地区生长繁衍着适应于该地区气候特点的生物该地区气候特点的生物l温度生态因子包括节律性变温和绝对温度，它们是综合起作温度生态因子包括节律性变温和绝对温度，它们是综合起作用的用的n节律性温度节律性温度年温度、最冷、
45、最热月温度年温度、最冷、最热月温度 _划分植被气候类型的依据，划分植被气候类型的依据，R.H.Boekern极端温度极端温度最高、最低温度最高、最低温度 _限制生物分布的最重要条件，如苹果和某些限制生物分布的最重要条件，如苹果和某些 梨不能在热带栽培梨不能在热带栽培(高温限制高温限制)，橡胶、椰子、可，橡胶、椰子、可 可等只能分布在热带可等只能分布在热带(低温限制低温限制)温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应n温度与生物的地理分布温度与生物的地理分布动物分布动物分布n温度对动物的分布有时可起到直接的限制作用温度对动物的分布有时可起到直接的限制作用l气温气温15以上的日子
46、少于以上的日子少于70d的地区，玉米螟不能持久生存的地区，玉米螟不能持久生存l苹果蚜向北分布的界限是苹果蚜向北分布的界限是1月等温线月等温线34 的地区的地区l北半球动物分布的北界受低温限制，南界受高温限制北半球动物分布的北界受低温限制，南界受高温限制温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应n温度与生物的地理分布温度与生物的地理分布n暖和地区生物种类多，寒冷地区生物种类较少暖和地区生物种类多，寒冷地区生物种类较少l我国两栖类动物广西我国两栖类动物广西57种、福建种、福建41种、浙江种、浙江40种、江苏种、江苏21种、种、山东河北各山东河北各9种、内蒙古种、内蒙古8种；种；l
47、爬行类动物广东广西分别有爬行类动物广东广西分别有121种和种和110种、海南种、海南104种、福建种、福建101种、浙江种、浙江78种、江苏种、江苏47种、山东河北不到种、山东河北不到20种、内蒙古种、内蒙古6种；种；l我国高等植物我国高等植物3万多种、巴西万多种、巴西4万多种、苏联万多种、苏联1万万6千多种千多种温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应n变温与温周期现象变温与温周期现象n自然界温度受太阳辐射的制约，存在昼夜之间及季节之间自然界温度受太阳辐射的制约，存在昼夜之间及季节之间温度差异的周期性变化温度差异的周期性变化起源于不同地带的生物对昼夜起源于不同地带的生物对
48、昼夜变温与温度周期性变化的反应也不相同变温与温度周期性变化的反应也不相同n变温与生物生长变温与生物生长l温周期现象（温周期现象（thertnoperiodism)：昼夜温度变化使许多生物：昼夜温度变化使许多生物适应了变温环境，多数生物在变温下比恒温下生长更好，植适应了变温环境，多数生物在变温下比恒温下生长更好，植物生长与昼夜温度变化的关系更为物生长与昼夜温度变化的关系更为密切。密切。温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应n变温与温周期现象变温与温周期现象n变温与生物生长变温与生物生长l植物的温周期现象植物的温周期现象种子萌发期：大多数植物在变温下发芽较好种子萌发期：大多数
49、植物在变温下发芽较好毒芹、草地早熟禾、鸭茅毒芹、草地早熟禾、鸭茅某些种在恒温和变温下发芽同样良好：胡萝卜、猫尾草、黑麦某些种在恒温和变温下发芽同样良好：胡萝卜、猫尾草、黑麦草草生长期：植物的生长往往要求温度因子有规律的昼夜变化的配生长期：植物的生长往往要求温度因子有规律的昼夜变化的配合。合。波斯菊（波斯菊（G.Bonnier试验）在变温条件下比恒温条件下重量增加试验）在变温条件下比恒温条件下重量增加1倍、蕃茄的正常生长也要求昼夜温度的变化（倍、蕃茄的正常生长也要求昼夜温度的变化（F.W.Went）。）。温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应温
50、度因子的生态作用及生物的适应毒芹毒芹(Conium Maculatum)伞形科，草本植物。伞形科，草本植物。布于荒川野草丛中。布于荒川野草丛中。气味难闻，毒性很气味难闻，毒性很大。大。分布于东北、分布于东北、华北、西北及内蒙华北、西北及内蒙一带，根状茎肥大一带，根状茎肥大有香气和甜味，秋有香气和甜味，秋季茎中空，花为白季茎中空，花为白色，全草有毒。色，全草有毒。温度因子的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用及生物的适应草地早熟禾草地早熟禾草地早熟禾又名六月草地早熟禾又名六月禾、肯塔基等。适宜禾、肯塔基等。适宜于我国西北、东北和于我国西北、东北和华北的大部分地区种华北的大部分地区种植，与多年生