第二章个体生态学生物与环境 环境与生态因子 生物与环境关系的基本原理 生物与主要生态因子的相互关系 1环境与生态因子 环境概念 生态因子的类型 自然环境的基本特征 环境概念 环境( environment和环境因子( environmental factors):环境是指某一特定生 物体或生物群体以外的空间以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切 事物的总和,由许多环境要素构成,这些环境要素称环境因子。 生态因子 ecological factors):环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分 布有着直接或间接影响的环境要素。生态因子是环境中对生物起作用的因子,而 环境因子则是指生物体外部的全部要素。 胁迫因子( Stress factors)对生物生长、发育、行为和分布有不利影响的环境因 子,如高盐度、高温和低温、干旱、缺氧、污染等因子 生态因子的类型 生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类 生物因子( biotic factors):有机体(同种和异种) 非生物因子( abiotic factors):温度、光、湿度、pH、氧气等 有的学者将生态因子分为五类 气候因子( climatic factors)、土壤因子( edaphic factors)、地形因子( topographie factors)、生物因子、人为因子 anthropogenic factors) Begon等将非生物因子分为条件和资源两类 >条件( conditions):不可消耗的称条件,如温度、湿度、pH等。 >资源( (resources):可被消耗的称资源,如营养物质、水、辐射能等 生态因子的类型 ● Simith等将生态因子分成密度制约因子和非密度制约因子 >密度制约因子( density independent factors):食物、天敌等生物因子 非密度制约因子( density dependent factors):温度、降水、气候等因子 MOHY aIcκH苴(蒙恰斯基)将生态因子分为稳定因子和变 动物因子
第二章 个体生态学-生物与环境 ⚫ 环境与生态因子 ⚫ 生物与环境关系的基本原理 ⚫ 生物与主要生态因子的相互关系 1 环境与生态因子 ⚫ 环境概念 ⚫ 生态因子的类型 ⚫ 自然环境的基本特征 环境概念 ⚫ 环境(environment)和环境因子(environmental factors) ：环境是指某一特定生 物体或生物群体以外的空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切 事物的总和，由许多环境要素构成，这些环境要素称环境因子。 ⚫ 生态因子(ecological factors) ：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分 布有着直接或间接影响的环境要素。生态因子是环境中对生物起作用的因子，而 环境因子则是指生物体外部的全部要素。 ⚫ 胁迫因子(Stress factors): 对生物生长、发育、行为和分布有不利影响的环境因 子，如高盐度、高温和低温、干旱、缺氧、污染等因子 生态因子的类型 ⚫ 生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类 ➢ 生物因子（ biOtic factors） ：有机体（同种和异种） ➢ 非生物因子（ abiotic factors） ：温度、光、湿度、pH、氧气等 ⚫ 有的学者将生态因子分为五类 ➢ 气候因子(climatic factors)、土壤因子(edaphic factors) 、地形因子(topographic factors) 、生物因子、人为因子(anthropogenic factors) ⚫ Begon等将非生物因子分为条件和资源两类 ➢ 条件(conditions) ：不可消耗的称条件，如温度、湿度、 pH等。 ➢ 资源(resources)：可被消耗的称资源，如营养物质、水、辐射能等。 生态因子的类型 ⚫ Simith等将生态因子分成密度制约因子和非密度制约因子 ➢密度制约因子(density independent factors)：食物、天敌等生物因子 ➢非密度制约因子(density dependent factors)：温度、降水、气候等因子 ⚫ Мончадский（蒙恰斯基）将生态因子 分为稳定因子和变 动物因子
>稳定因子( steady factors):地心引力、地磁、太阳辐射常数等长年恒定的因 子 >变动物因子 variable factors):周期性变动:春夏秋冬、潮夕涨落;非周期性 变动:风、降水、捕食 自然环境的基本特征 纬度地带性:从赤道到两极,整个地球表面具有过渡状的分带性规律 太阳辐射量差异太阳辐射一一热量带一一水分差异一一植被分带一一土 壤分带 ≯自然地理带:赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带 植被地带性分布 ·垂直地带性:因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同,生物和气候自 山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,1℃M00m湿润空 气,0.6℃M00m) 经度地带性:地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分 异。如北美大陆和欧亚大陆。 2生物与环境关系的基本原理 生态因子作用的特点 生物对非生物因子的耐受限度 生物对各生态因子耐受性之间的相互关系 生物对生态因子耐受限度的调整 生态位 生态因子作用的特点 综合性:如气候的作用 非等价性(主导因子作用):塚雉孵卵的温度控制;渔业高密度养殖增氧 直接性和间接性:食物,降水 限定性(因子作用的阶段性):中华绒螯蟹的孵化 ·生态因子的不可替代性和互补性:水体内的钙和锶 生物对非生物因子的耐受限度 最小因子定律 Liebig’ slawof minimun) 耐受性定律(she| ord's law of tolerance) 限制因子( limiting factors
➢稳定因子(steady factors)：地心引力、地磁、太阳辐射常数等长年恒定的因 子 ➢变动物因子(variable factors)：周期性变动：春夏秋冬、潮夕涨落；非周期性 变动：风、降水、捕食 自然环境的基本特征 ⚫ 纬度地带性：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。 ➢太阳辐射量差异 太阳辐射－－热量带 －－水分差异－－植被分带－－土 壤分带 ➢自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带 ➢植被地带性分布 ⚫ 垂直地带性：因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同，生物和气候自 山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,-1℃ /100m;湿润空 气,-0.6℃ /100m)。 ⚫ 经度地带性：地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分 异。如北美大陆和欧亚大陆。 2 生物与环境关系的基本原理 ⚫ 生态因子作用的特点 ⚫ 生物对非生物因子的耐受限度 ⚫ 生物对各生态因子耐受性之间的相互关系 ⚫ 生物对生态因子耐受限度的调整 ⚫ 生态位 生态因子作用的特点 ⚫ 综合性: 如气候的作用 ⚫ 非等价性（主导因子作用）:塜雉孵卵的温度控制；渔业高密度养殖增氧 ⚫ 直接性和间接性：食物，降水 ⚫ 限定性（因子作用的阶段性）：中华绒螯蟹的孵化 ⚫ 生态因子的不可替代性和互补性：水体内的钙和锶 生物对非生物因子的耐受限度 ⚫ 最小因子定律(Liebig’s law of minimum) ⚫ 耐受性定律(Shelford’s law of tolerance） ⚫ 限制因子(limiting factors)
最小因子定律 “最小因子定律 Liebig' s lawof minimum 植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素,这些处于最低量的营 养元素称最小因子( Justus von Liebig,1840德国)。 两个补充条件(odum,1983): 1)严格的稳定状态; >2)因子补偿作用 (factor compensation):生物在一定程度和范围内,能 够减少温度、光、水等生态因子的限制作用。 耐受性定律 耐受性定律( Shelford's law of tolerance)(V.E. Shelford,1913,美国) ·每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围,即一个生态学上的最低点和一个生 态学上的最高点,在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅 (ecological amplitude)或生态价 ecological valence)。 限制因子 限制因子( limiting factors) 在众多生态因子中,任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、 繁殖或扩散的因子称限制因子 限制因子概念的意义 >为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点; 有助于把握问题的本质,寻找解决问题的薄弱环节。 生物种的耐受性限度图解(仿 Smith,1980) 生物对各生态因子耐受性之间的相互关系 对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响:如耐受性与温度和湿 度的关系;耐受性与湿度和溶氧的关系;耐受性与温度、湿度和盐的协同作用 生物因子和非生物因子之间也是相互影响的:物种之间的竞争产生的生态位分离 生物对生态因子耐受限度的调整 新陈代谢 生长、发育和繁殖 遗传、变异与进化 感应性与运动 ●内环境稳定性 生物对生态因子耐受限度的调整 适应
最小因子定律 ⚫ “最小因子定律”(Liebig’s law of minimum) ⚫ 植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营 养元素称最小因子（Justus von Liebig,1840,德国） 。 ⚫ 两个补充条件（Odum,1983）： ➢1）严格的稳定状态； ➢2）因子补偿作用(factor compensation) ：生物在一定程度和范围内，能 够减少温度、光、水等生态因子的限制作用。 耐受性定律 ⚫ “耐受性定律”(Shelford’s law of tolerance) (V. E. Shelford, 1913，美国) ⚫ 每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围，即一个生态学上的最低点和一个生 态学上的最高点，在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅 (ecological amplitude) 或生态价(ecological valence) 。 限制因子 ⚫ 限制因子(limiting factors) ⚫ 在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、 繁殖或扩散的因子称限制因子 ⚫ 限制因子概念的意义 ➢为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点； ➢有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。 生物种的耐受性限度图解（仿Smith,1980） 生物对各生态因子耐受性之间的相互关系 ⚫ 对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响：如耐受性与温度和湿 度的关系；耐受性与湿度和溶氧的关系；耐受性与温度、湿度和盐的协同作用 ⚫ 生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：物种之间的竞争产生的生态位分离 生物对生态因子耐受限度的调整 ⚫ 新陈代谢 ⚫ 生长、发育和繁殖 ⚫ 遗传、变异与进化 ⚫ 感应性与运动 ⚫ 内环境稳定性 生物对生态因子耐受限度的调整 ⚫ 适应
驯化 内稳态 适应 适应的概念 适应的类型 适应的方式 适应组合 环境对适应的影响-趋同适应和趋异适应 适应概念 适应 adapatation) 生物对环境压力作用的调整过程 适应的例子: 桦尺蠖( Biston betularia)在污染地区的色型变化 适应的类型 ●适应分基因型适应和表型适应两类 基因适应: ◆进化适应 表型适应: ◆可逆适应:生理适应,感觉适应 ◆不可逆适应:学习适应 适应方式 形态适应:保护、保护色、警戒色与拟态 行为适应:运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌 生理适应:生物钟、休眠、生理生化变化 营养适应:食性的泛化与特化 植物对水胁迫的适应 c途径 ( Melvin Calvin(卡尔文循环和c3植物 c途径( Hatch- Slack途径)和c4植物 cAM途径(景天酸代谢途径)和CAM植物
⚫ 驯化 ⚫ 内稳态 适应 ⚫ 适应的概念 ⚫ 适应的类型 ⚫ 适应的方式 ⚫ 适应组合 ⚫ 环境对适应的影响-趋同适应和趋异适应 适应概念 ⚫ 适应(adapatation) ： ➢生物对环境压力作用的调整过程。 ⚫ 适应的例子： ➢桦尺蠖（Biston betularia）在污染地区的色型变化。 适应的类型 ⚫ 适应分基因型适应和表型适应两类 ➢基因适应： ❖进化适应 ➢表型适应： ❖可逆适应：生理适应，感觉适应 ❖不可逆适应：学习适应 适应方式 ⚫ 形态适应：保护、保护色、警戒色与拟态 ⚫ 行为适应：运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌 ⚫ 生理适应：生物钟、休眠、生理生化变化 ⚫ 营养适应：食性的泛化与特化 植物对水胁迫的适应 ⚫C3途径(Melvin Calvin)(卡尔文循环)和C3植物 ⚫C4途径（Hatch-Slack途径）和C4植物 ⚫CAM途径（景天酸代谢途径）和CAM植物
趋同适应和趋异适应 趋同适应和生活型 亲缘关系不同的生物,长期生活在同一环境条件下,形态结构上表 现一些相似的特征 ●趋异适应和生态型 亲缘关系相近的生物,由于生活在不同的环境条件下,形态结构上 表现一定的差异。 驯化 ·驯化 acclimation/ acclimatization):生物在实验/自然条件下,诱 发的生理补偿变化,前者需要较短的时间,后者需要较长的时间 ·实验驯化 acclimation):有机体对实验环境条件变化产生的生理调 节反应,实验驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆 反应 ·气候驯化 acclimatization):有机体对自然环境条件变化产生的生理 调节反应。 驯化的应用:植物的引种栽培 内稳态 ·内稳态( homeostasis):生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定 内稳态通过形态、行为和生理适应实现。 大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组成成份:接受器;控制中 心;效应器。 生态位 ·生态位nche)与栖息地( habita) 生态位一一有机体在环境中占据的地位; 栖息地一一有机体所处的物理环境。 超体积生态位( hy covolume) 生态位的每一个环境变量称一维,生态位空间的环境变量可以是多个,超过3 个维度的生态位空间称超体积生态位。 基础生态位 undamental niche)和实际生态位 (realized niche 物种理论上占据的生态位空间称基础生态位; 实际占有的生态位空间称实际生态位
趋同适应和趋异适应 ⚫ 趋同适应和生活型 ➢亲缘关系不同的生物，长期生活在同一环境条件下，形态结构上表 现一些相似的特征。 ⚫ 趋异适应和生态型 ➢亲缘关系相近的生物，由于生活在不同的环境条件下，形态结构上 表现一定的差异。 驯化 ⚫ 驯化(acclimation/acclimatization) ：生物在实验／自然条件下，诱 发的生理补偿变化，前者需要较短的时间，后者需要较长的时间。 ⚫ 实验驯化(acclimation) ：有机体对实验环境条件变化产生的生理调 节反应，实验驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆 反应。 ⚫ 气候驯化(acclimatization) ：有机体对自然环境条件变化产生的生理 调节反应。 ⚫ 驯化的应用：植物的引种栽培 内稳态 ⚫ 内稳态(homeostasis): 生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。 ⚫ 内稳态通过形态、行为和生理适应实现。 ⚫ 大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组成成份：接受器；控制中 心；效应器。 生态位 ⚫ 生态位(niche)与栖息地(habitat) ➢生态位－－有机体在环境中占据的地位； ➢栖息地－－有机体所处的物理环境。 ⚫ 超体积生态位(hypovolume) ➢生态位的每一个环境变量称一维，生态位空间的环境变量可以是多个，超过3 个维度的生态位空间称超体积生态位。 ⚫ 基础生态位(fundamental niche)和实际生态位(realized niche) ➢物种理论上占据的生态位空间称基础生态位； ➢实际占有的生态位空间称实际生态位
3生物与主要生态因子的相互关系 生物与光的关系 生物与温度的关系 生物与水的关系 ●生物与土壤的关系 1)生物与光的关系 太阳辐射及其变化规律 ●光质变化对生物的影响 光强度变化对生物的影响 光周期现象 太阳辐射及其变化规律 地球自转时,赤道附近照射的时间长(日周期) 地球公转时,夏天北半球照射的时间长;冬天南半球照射的时间长(季节周期) 低纬度地区有较为恒定的热量,高纬度比低纬度地区接受的能量更少 光质变化对生物的影响 海洋植物光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性: 海水表层植物色素吸收蓝、红光; 深水植物光合色素有效地利用绿光。 高山植物对紫外光作用的适应,发展了特殊的莲座状叶丛。 动物一不同动物发展不同的色觉。 光强度变化对生物的影响 ·植物一光合作用率在光补偿点附近与光强度成正比,但达光饱和点后,不随光强 增加。 水生生物一水生植物在水中的分布与光照强度有关 陆生生物对不同光照强度的适应产生阳性植物和阴性植物和耐阴性植物。 >阳性植物 heliophytes):对光要求比较迫切,只有在足够光照条件下才能进行正常生长 阴性植物( sciophyte):对光的需要远较阳性植物低,光补偿点低,呼吸作用、蒸腾作用都 较弱,抗高温和干旱能力较低 >耐阴性植物( shade plant):对光照具有较广泛的适应能力,对光的需要介于前两类植物之 动物一光照强度影响动物的行为,昼行性动物在白天强光下活动,夜行性动物 在夜晚或弱光下活动
3 生物与主要生态因子的相互关系 ⚫ 生物与光的关系 ⚫ 生物与温度的关系 ⚫ 生物与水的关系 ⚫ 生物与土壤的关系 1）生物与光的关系 ⚫ 太阳辐射及其变化规律 ⚫ 光质变化对生物的影响 ⚫ 光强度变化对生物的影响 ⚫ 光周期现象 太阳辐射及其变化规律 ⚫ 地球自转时，赤道附近照射的时间长（日周期） ⚫ 地球公转时，夏天北半球照射的时间长；冬天南半球照射的时间长（季节周期） ⚫ 低纬度地区有较为恒定的热量，高纬度比低纬度地区接受的能量更少 ⚫ 光质变化对生物的影响 ⚫ 海洋植物— 光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性: ➢海水表层植物色素吸收蓝、红光； ➢深水植物光合色素有效地利用绿光。 ⚫ 高山植物— 对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛。 ⚫ 动物— 不同动物发展不同的色觉。 光强度变化对生物的影响 ⚫ 植物—光合作用率在光补偿点 附近与光强度成正比，但达光饱和点后, 不随光强 增加。 ⚫ 水生生物— 水生植物在水中的分布与光照强度有关。 ⚫ 陆生生物— 对不同光照强度的适应产生阳性植物和阴性植物和耐阴性植物。 ➢ 阳性植物(cheliophytes)：对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能进行正常生长； ➢ 阴性植物(sciophytes)：对光的需要远较阳性植物低，光补偿点低，呼吸作用、蒸腾作用都 较弱，抗高温和干旱能力较低； ➢ 耐阴性植物(shade plant)：对光照具有较广泛的适应能力，对光的需要介于前两类植物之间。 ⚫ 动物— 光照强度影响动物的行为，昼行性动物在白天强光下活动，夜行性动物 在夜晚或弱光下活动
生物的光周期现象 ·光周期现象( photoperiodism) Garner等人(1920)发现明相暗相的交替与长短对植物的开花结实有很大的影 响 >这种植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应,称光周期现象 光周期不仅植物中普遍存,在动物中也普遍存在 植物光周期现象 植物光周期现象一对繁殖(开花的影响:区分为长日照植物和短日照植物。 ·长日照植物( ong- day plants):日照超过一定数值才开花的植物称长日照植物。 如小麦、油菜 短日照植物( short-day plants):短日照短于一定数值才开花的植物称短日照植 物,一般需要较长的黑暗才能开花。如苍耳、水稻。 动物光周期现象 ·动物光周期现象一对鸟类等迁徙影响;对繁殖的影响:区分为长日照动物和短 日照动物。 长日照动物 long-day animals在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐 渐延长的季节繁殖后代,称长日照动物。如雪貂、野兔、刺猬 短日照动物( short-day animals):与些相反,一些动物只有在白昼逐步缩短的秋 冬之际才开始性腺发育和进行繁殖,称短日照动物。如绵羊、山羊和鹿等 2)生物与温度的关系 温度对生物的作用(温度的生态学意义 极端温度对生物的影响 生物对极端温度的适应 温度对生物的作用 温度与生物生长:温度是最重要的生态因子之一,参与生命活动的各种酶都有其 最低、最适和最高温度,即三基点温度;不同生物的三基点不同;在一定温度范 围内,生物生长的速率与温度成正比;外温的季节性变化引起植物和变温动物生 长加速和减弱的交替,形成年轮;外温影响动物的生长规模。 温度与生物发育:温度与生物发育最普遍的规律是有效积温。 温度与生物的繁殖和遗传性:植物春化,动物繁殖的早迟 温度与生物分布:许多物种的分布范围与温度区相关。 有效积温法则及其意义 有效积温法则 植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发 育过程,而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数,称总积温或有效积温,因
生物的光周期现象 ⚫ 光周期现象(photoperiodism) ➢Garner等人(1920)发现明相暗相的交替与长短对植物的开花结实有很大的影 响。 ➢这种植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应，称光周期现象。 ⚫ 光周期不仅植物中普遍存，在动物中也普遍存在。 植物光周期现象 ⚫ 植物光周期现象— 对繁殖(开花)的影响：区分为长日照植物和短日照植物。 ⚫ 长日照植物(long-day plants)：日照超过一定数值才开花的植物称长日照植物。 如小麦、油菜。 ⚫ 短日照植物(short-day plants) ：短日照短于一定数值才开花的植物称短日照植 物，一般需要较长的黑暗才能开花。如苍耳、水稻。 动物光周期现象 ⚫ 动物光周期现象— 对鸟类等迁徙影响；对繁殖的影响：区分为长日照动物和短 日照动物 。 ⚫ 长日照动物(long-day animals)在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐 渐延长的季节繁殖后代，称长日照动物。如雪貂、野兔、刺猬。 ⚫ 短日照动物(short-day animals)：与些相反，一些动物只有在白昼逐步缩短的秋 冬之际才开始性腺发育和进行繁殖，称短日照动物。如绵羊、山羊和鹿等。 2）生物与温度的关系 ⚫ 温度对生物的作用(温度的生态学意义) ⚫ 极端温度对生物的影响 ⚫ 生物对极端温度的适应 温度对生物的作用 ⚫ 温度与生物生长：温度是最重要的生态因子之一，参与生命活动的各种酶都有其 最低、最适和最高温度，即三基点温度；不同生物的三基点不同；在一定温度范 围内，生物生长的速率与温度成正比；外温的季节性变化引起植物和变温动物生 长加速和减弱的交替，形成年轮；外温影响动物的生长规模。 ⚫ 温度与生物发育：温度与生物发育最普遍的规律是有效积温。 ⚫ 温度与生物的繁殖和遗传性：植物春化 ，动物繁殖的早迟。 ⚫ 温度与生物分布：许多物种的分布范围与温度区相关。 有效积温法则及其意义 ⚫ 有效积温法则 ➢ 植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发 育过程，而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数，称总积温或有效积温，因
此可用公式:N·T=K表示,考虑到生物开始发育的温度,又可写成:N(T C)=K,T=C+K/N,其中,N为发育历期,即生长发育所需时间,T为发 育期间的平均温度,C是发育起点温度,又称生物学零度,K是总积温(常数) 有效积温法则的意义 预测生物发生的世代数; 预测生物地理分布的北界 预测害虫来年的发生程历; 制定农业气候区划,合理安排作物; 应用积温预报农时。 极端温度对生物的影响 ·低温对生物的影响:当温度低于临界(下限)温度 生物便会因低温而寒害 和冻害。冻害原因:冰结晶使原生质破裂损坏胞内和胞间的微细结构;溶剂水结 冰,电解质浓度改变,引起细胞渗透压变化,导致蛋白质变性;脱水使蛋白质沉 淀;代谢失调。 高温对生物的影响:当温度超过临界(上限)温度,对生物产生有害作用,如蛋 白质变性、酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等。 生物对极端温度的适应 生物对低温的适应:保暖、抗冻一一形态、生理、行为的适应 ·生物对高温的适应:抗辐射、保水、散热一一形态、生理、行为的适应 生物对低温的适应 形态上的适应一一植物:芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小;动物:增加隔热层, 体形增大,外露部分减小。 生理上的适应一一植物:减少细胞中的水分和增加细胞中有机质的浓度以降低冰 点,增加红外线和可见光的吸收带(高山和极地植物);动物:超冷和耐受冻结, 当环境温度偏离热中性区增加体内产热,维持体温恒定,局部异温等 ·行为上的适应一一迁移和冬眠/休眠等。 动物对低温的形态上适应 阿伦规律(Aen’ rule)寒冷地区的内温动物较温暖地区内温动物外 露部分(如四肢、尾、耳朵及鼻)有明显趋于缩小的现象,称阿伦规 律,是减少散热的适应。 ·贝格曼规律( Bergman' rule):生活在寒冷气候中的内温动物的身体 比生活在温暖气候中的同类个体更大,这种趋向称贝格曼规律,是减 少散热的适应。 约旦规律( Jordan' s rule):鱼类的脊椎骨数目在低温水域比在温暖水 域的多
此可用公式： N•T＝K 表示，考虑到生物开始发育的温度，又可写成： N ( T －C )＝K, T＝C＋K／N ，其中，N为发育历期，即生长发育所需时间，T为发 育期间的平均温度，C是发育起点温度，又称生物学零度，K是总积温（常数）。 ⚫ 有效积温法则的意义 ➢ 预测生物发生的世代数； ➢ 预测生物地理分布的北界； ➢ 预测害虫来年的发生程历； ➢ 制定农业气候区划，合理安排作物； ➢ 应用积温预报农时。 极端温度对生物的影响 ⚫ 低温对生物的影响：当温度低于临界(下限) 温度 ，生物便会因低温而寒害 和冻害。冻害原因：冰结晶使原生质破裂损坏胞内和胞间的微细结构；溶剂水结 冰，电解质浓度改变，引起细胞渗透压变化，导致蛋白质变性；脱水使蛋白质沉 淀；代谢失调。 ⚫ 高温对生物的影响：当温度超过临界（上限）温度，对生物产生有害作用，如蛋 白质变性、酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等 。 生物对极端温度的适应 ⚫ 生物对低温的适应：保暖、抗冻－－形态、生理 、行为的适应 ⚫ 生物对高温的适应：抗辐射、保水、散热－－形态 、生理 、行为的适应 生物对低温的适应 ⚫ 形态上的适应－－植物：芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小；动物：增加隔热层， 体形增大，外露部分减小。 ⚫ 生理上的适应－－植物：减少细胞中的水分和增加细胞中有机质的浓度以降低冰 点，增加红外线和可见光的吸收带（高山和极地植物）；动物：超冷和耐受冻结， 当环境温度偏离热中性区增加体内产热，维持体温恒定，局部异温等。 ⚫ 行为上的适应－－ 迁移和冬眠／休眠等。 动物对低温的形态上适应 ⚫ 阿伦规律(Allen’s rule):寒冷地区的内温动物较温暖地区内温动物外 露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明显趋于缩小的现象，称阿伦规 律，是减少散热的适应。 ⚫ 贝格曼规律(Bergman’s rule):生活在寒冷气候中的内温动物的身体 比生活在温暖气候中的同类个体更大，这种趋向称贝格曼规律，是减 少散热的适应。 ⚫ 约旦规律(Jordan’s rule):鱼类的脊椎骨数目在低温水域比在温暖水 域的多
生物对高温的适应 形态上的适应一一植物:密毛、鳞片滤光;体色反光;叶缘向上或暂时折叠,减 少辐射伤害;干和茎具厚的木栓层,绝热。动物:体形变小,外露部分增大;腿 长将体抬离地面;背部具厚的脂肪隔热层。 ·生理上的适应一一植物:降低细胞含水量,增加糖或盐浓度,减缓代谢率;蒸腾 作用旺盛,降低体温;反射红外光。动物:放宽恒温范围;贮存热量,减少内外 温差。 行为上的适应一一植物:关闭气孔。动物:休眠,穴居,昼伏夜出等 3)生物与水的关系 水的生物学意义 生物体的水分获得与损失途径 生物对水因子的适应 水的生物学意义 水是生物体不可缺少的组成成份; 水是生物体所有代谢活动的介质; 水为生物创造稳定的温度环境; 生物起源于水环境。 生物体的水分获得与损失途径 ●水分的丧失途径 植物一一蒸发(蒸腾作用、扩散作用)失水,分泌失水 动物一一蒸发失水,排泄、分泌失水 水分获得途径 植物一一根部吸收,叶面吸收。 动物一一食物,体表吸收,代谢水。 生物对水因子的适应 水生植物对水环境的适应 陆生植物水平衡的调节机制 水生动物水平衡的调节机制 陆生动物水平衡的调节机制
生物对高温的适应 ⚫ 形态上的适应－－植物：密毛、鳞片滤光；体色反光；叶缘向上或暂时折叠，减 少辐射伤害；干和茎具厚的木栓层，绝热。动物：体形变小，外露部分增大；腿 长将体抬离地面；背部具厚的脂肪隔热层。 ⚫ 生理上的适应－－植物：降低细胞含水量，增加糖或盐浓度，减缓代谢率；蒸腾 作用旺盛，降低体温；反射红外光。动物：放宽恒温范围；贮存热量，减少内外 温差。 ⚫ 行为上的适应－－植物：关闭气孔。动物：休眠，穴居，昼伏夜出等。 3）生物与水的关系 ⚫ 水的生物学意义 ⚫ 生物体的水分获得与损失途径 ⚫ 生物对水因子的适应 水的生物学意义 ⚫ 水是生物体不可缺少的组成成份； ⚫ 水是生物体所有代谢活动的介质； ⚫ 水为生物创造稳定的温度环境； ⚫ 生物起源于水环境。 生物体的水分获得与损失途径 ⚫ 水分的丧失途径 ➢植物－－蒸发（蒸腾作用、扩散作用）失水，分泌失水。 ➢动物－－蒸发失水，排泄、分泌失水。 ⚫ 水分获得途径 ➢植物－－根部吸收，叶面吸收。 ➢动物－－食物，体表吸收，代谢水。 生物对水因子的适应 ⚫ 水生植物对水环境的适应 ⚫ 陆生植物水平衡的调节机制 ⚫ 水生动物水平衡的调节机制 ⚫ 陆生动物水平衡的调节机制
水生植物对水因子的适应 适应方式 有发达的通气组织 机械组织不发达或退化 叶片薄而长以增加光合和吸收营养物质的面积。 生态类型 >沉水植物 浮水植物 挺水植物 陆生植物对水因子的适应 陆生植物的水平衡调节机制 形态适应: ◆发达的根系; ◇叶面小; ◆单子叶植物中一些具扇状的运动细胞,可使叶面卷曲; ☆具发达的贮水组织; 生理适应: ◆水分运输的动力 ◆原生质的渗透浓度高。 陆生植物的生态类型 湿生植物 中生植物 旱生植物 陆生植物的水势梯度 空气中的水势一一较低 植物体的水势一一中度 土壤中的水势一一较高 ·等渗( osmotic organism)体内和体外的渗透压相等,水和盐以大致相等的速度在体内外之间 扩散。仅排泄失水,通过食物、饮水、代谢水获得水,泌盐器官排出多余的盐分 高渗( hyperosmotic organism):体内的渗透压高于体外,水由环境中向体内扩散,体内的盐分 向外扩散。通过排泄作用排出多余的水,盐分通过食物和组织摄入。 低渗( hypoosmotic organism):体内渗透压低于体外,水分向外扩散,盐分进入体内。通过食 物、代谢水和饮水获得水,多种多样的泌盐组织排出多余的盐分。 海洋动物 鲨鱼和无脊椎动物:等渗
水生植物对水因子的适应 ⚫ 适应方式 ➢有发达的通气组织; ➢机械组织不发达或退化; ➢叶片薄而长,以增加光合和吸收营养物质的面积。 ⚫ 生态类型 ➢沉水植物 ➢浮水植物 ➢挺水植物 陆生植物对水因子的适应 ⚫ 陆生植物的水平衡调节机制 ➢形态适应： ❖发达的根系； ❖叶面小； ❖单子叶植物中一些具扇状的运动细胞，可使叶面卷曲； ❖具发达的贮水组织； ➢生理适应： ❖水分运输的动力 ❖原生质的渗透浓度高。 ⚫ 陆生植物的生态类型 ➢湿生植物 ➢中生植物 ➢旱生植物 ⚫ 陆生植物的水势梯度 ➢ 空气中的水势－－较低 ➢ 植物体的水势－－中度 ➢ 土壤中的水势－－较高 ⚫ 等渗(isosmotic organism)：体内和体外的渗透压相等，水和盐以大致相等的速度在体内外之间 扩散。仅排泄失水，通过食物、饮水、代谢水获得水，泌盐器官排出多余的盐分。 ⚫ 高渗(hyperosmotic organism)：体内的渗透压高于体外，水由环境中向体内扩散，体内的盐分 向外扩散。通过排泄作用排出多余的水，盐分通过食物和组织摄入。 ⚫ 低渗(hypoosmotic organism)：体内渗透压低于体外，水分向外扩散，盐分进入体内。通过食 物、代谢水和饮水获得水，多种多样的泌盐组织排出多余的盐分。 ⚫ 海洋动物 ➢ 鲨鱼和无脊椎动物：等渗
