生态学基础1.生态作用及生物适应

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2.生态因子的作用及生物适应

• 光的生态作用及生物适应
  • 光因子的组成与性质
    • 光由电磁波组成
      • 紫外光，波长<380nm,7%
        • 紫外线是电磁波谱中波长从100-400nm辐射的总称
      • 可见光，380-760nm,50%
      • 红外光，>760nm,43%
  • 光质的生态作用与生物适应
    • 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
        • 表层：吸收蓝、红光
        • 深水：利用绿光
      • 高山植物
        • 对紫外光的适应，特殊的莲座状叶丛
      • 动物
        • 不同的色觉，eg.蓝冠山雀四色视觉
    • 可见光对光合作用的影响
      • 红、橙光对叶绿素有促进作用，蓝紫光能被类胡萝卜素和叶绿素吸收，为生理有效辐射
      • 绿光不被植物吸收为生理无效辐射
      • 红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质的合成
    • 可见光对动物的影响
      • 生殖，体色变化、迁徙、羽毛更换、生长发育
    • 不可见光对生物的影响
      • 波长360nm开始有杀菌作用（240-340nm微生物停止活动）
      • 200-300nm，杀菌力强，抑制自然界传染病原体
      • 紫外光与维生素D的合成
      • 高山动物体色较暗，高山植物含青花素，叶面缩小，毛绒发达
  • 光强的生态作用与生物适应
    • 光照强度的变化规律
      • 纬度、海拔
      • 季节，时辰
      • 坡向
    • 光照对生物的影响及生物适应
      • 植物
        • 植物细胞的增长分裂、组织器官生长分化、叶绿素形成及光合速率
        • 光补偿点附近光合作用速率与光强成正比
        • 达饱和点后不随光强增加
      • 植物分布
        • 水生
          • 分布与光强有关
        • 陆生
          • 阳性植物
            • 足够光照才能正常生长，补偿点高（蒲公英）
          • 耐阴性植物
            • 介于两者之间，对光有广泛适应能力
          • 阴性植物
            • 补偿点低，呼吸作用、蒸腾作用较弱，抗高温、干旱能力较低（人参）
      • 动物
        • 生长、行为、发育
          • 昼行性
          • 夜行性
  • 生物对光周期的适应
    • 生物的昼夜节律
    • 生物的光周期现象
      • 生物对自然界昼夜长短规律性变化的反应
    • 植物对光周期的适应（对繁殖的影响）
      • 长日照植物
        • 日照超过一定数值才开花（小麦、油菜）
      • 短日照植物
        • 日照时数短于一定时数才开花，较长黑暗后（苍耳、水稻）
      • 应用
        • 杂交
          • 克服花期不育，培育新品种
        • 抗性选育
          • 缩短育种周期
        • 花期控制
          • 按人为意志开花
    • 动物对光周期的适应（对鸟类迁徙、繁殖）
      • 长日照动物（广光）
        • 温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼延长时繁殖
      • 短日照动物（狭光）
        • 日照逐渐缩短的秋冬之际繁殖
• 温度的生态作用及生物适应
  • 温度的生态作用
    • 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酶都有最低、最适、最高温度，即三基点温度
        • 不同生物的三基点不同
        • 一定温度范围内，生长速率和温度成正比
        • 外温的季节性变化引起植物生长加速和减弱交替，形成年轮
        • 外温影响动物生长规模
    • 温度与生物发育
      • 最普遍的依赖条件：有效积温
      • 植物春化
      • 动物繁殖的迟早
      • 物种分布范围
      • 有效积温法则
        • 定义：生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阶段的发育过程，而且各个阶段所需的总热量是一个常数，称为有效积温或总积温
        • 公式：K=N▪T
        • 考虑生物开始发育的温度：K=N（T-T。）
          • K为有效积温，N为发育所需时间，T为该时期当地平均温度，T。是发育起点温度（生物零度）
        • 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度
          • 制定农业气象区划，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
      • 温度低于临界（下限）温度，生物产生寒害或冻害
      • 冻害原因：冰结晶使原生质破裂损坏胞内和胞间的细微结构；溶剂水结冰，电解质浓度变化，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
    • 高温对生物影响
      • 温度高于临界温度，对生物有害eg.蛋白质变性、酶失活、破坏水分平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等
    • 对植物的影响
      • 冷害
        • 冰点以上低温
      • 冻害
        • 冰点以下低温
      • 热害（高温影响）
    • 对动物的影响
      • 分布区系
        • 变温动物
          • 低温决定其水平分布的最高纬度界限和垂直分布的最高海拔界限
        • 恒温动物
          • 温度通过影响其他生态因子（如食物）间接影响分布
      • 行为
        • 沙漠中大多夜间活动
        • 鸟类和哺乳类动物有较高的热代谢水平，受外界温度影响较小
  • 生物对极端温度的适应
    • 对低温
      • 形态上的适应
        • 植物
          • 芽具鳞片，体具蜡粉和密毛、植株矮小
        • 动物
          • 外加隔热层，体型增大、外露部分减小
            • 贝格尔曼定律
              • 生活在高纬度的恒温动物的身体比生活在低纬度地区的同类个体更大，是减少散热的适应
            • 阿伦定律
              • 寒冷地区的恒温动物较温暖地区恒温动物突出部分（四肢、尾、耳、鼻）有明显缩小的现象，也是减少散热
      • 生理上的适应
        • 植物
          • 减少细胞水分，增加有机质浓度以降低冰点，增加红外线和可见光的吸收带（高山和极地植物）
        • 动物
          • 增加产热、加厚皮毛
      • 行为上
        • 迁移和冬眠/休眠
    • 对高温
      • 形态上
        • 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；杆和茎具有厚的木栓层，绝热
        • 动物
          • 体型变小，外露部分增大，腿长将体抬离地面；背部具有厚脂肪层隔热
      • 生理上
        • 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；储存热量，减少内外温差
      • 行为上
        • 植物
          • 关闭气孔
        • 动物
          • 休眠、穴居、昼伏夜出
  • 变温与温周期现象
  • 物候节律
    • 生物长期适应于一年中的温度节律变化，形成与此相适应的发育节律
• 水分的生态作用及生物适应
  • 水分的生态作用
    • 水的生物学意义
      • 生物体不可缺少的组成成分
      • 生物体所有代谢活动的介质，生命活动的基础
      • 水为生物创造稳定的温度环境
      • 光合作用的原料
      • 使生物保持一定的状态
      • 生物起源于水环境
    • 水对生物生长发育的影响
      • 对植物有三基点
      • 水分不足会引起动物休眠或滞育
      • 许多动物的周期性繁殖与降水季节密切相关
    • 对植被分布的影响
      • 我国从东南到西北三个等降雨区，植被类型也有三个区
        • 湿润森林区
        • 干旱草原区
        • 荒漠区
    • 对动植物种类和数量的影响
      • 降水量越大的地区种类越丰富
  • 生物体的水分获得与损失途径
    • 丧失
      • 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
    • 获得
      • 植物
        • 根部吸收
        • 叶面吸收
      • 动物
        • 食物
        • 体表吸收
        • 代谢水
  • 生物对水分因子的适应
    • 陆生
      • 植物
        • 适应特征
          • 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
            • 具发达的储水组织
          • 生理适应
            • 水分运输的动力
            • 原生质的渗透浓度高
        • 生态类型
          • 湿生
            • 根系缺氧，根茎叶具有通气组织连接，有较发达输导组织，叶片有角质层，根系不发达，无根毛，抗旱能力差。
              • 例：水稻、秋海棠
          • 中生
            • 适于生长在水分条件适中的环境中、土壤通气良好。根茎叶结构抗旱能力介于湿生与旱生之间。无通气组织。不能生长在积水或干旱土壤中
              • 种类最多、分布最广和数量最大的陆生植物
          • 旱生
            • 多浆
              • 有根茎叶特化形成贮水组织，表面积小、叶片小或退化，角质层厚，气孔少而深埋，有特殊的水分与光合代谢途径
                • 主要分布在干热草原和荒漠地区
                • eg.仙人掌
            • 少浆
              • 根系发达，叶面积小，有各种减少蒸腾的特化结构，有亲水性强的原生质体，抗旱能力强
                • eg.骆驼刺
      • 动物
        • 形态结构
          • 昆虫
            • 几丁质体壁
          • 两栖
            • 体表分泌粘液保持湿润
          • 爬行
            • 厚的角质层
          • 鸟类
            • 羽毛和尾脂腺
          • 哺乳
            • 皮脂腺和毛
        • 行为
          • 昼伏夜出，迁徙
        • 生理
          • 骆驼：储水的胃、驼峰富脂肪，血流中有特殊蛋白质和脂肪
    • 水生
      • 水体环境的特征
        • 弱光
        • 缺氧（最重要的因素之一）
        • 粘性高
        • 密度大
        • 温度变化平缓
        • 能溶解各类无机盐
      • 植物
        • 适应特征
          • 发达的通气组织
          • 机械组织不发达甚至退化
          • 水下叶片薄，且多分裂为带状、线状、以增加光合和吸收营养物质的面积
        • 生态类型
          • 挺水
          • 浮水
          • 沉水
      • 动物
        • 保持盐分与水分的平衡是适应基础
          • 通过调节体内渗透压来维持
        • 高渗
          • 渗透压高于体外
            • 水由环境向体内扩散，体内盐分向外扩散
              • 排泄排出多余的水
              • 食物和组织摄入盐分
          • 淡水硬骨鱼
        • 等渗
          • 体内外渗透压相等
            • 水和盐以大致相等的速度在体内外扩散
              • 仅排泄失水
              • 食物、饮水、代谢水获得水
              • 泌盐器官排出多余盐分
          • 鲨鱼和无脊椎海洋动物
        • 低渗
          • 体内渗透压低于体外
            • 水分向外扩散，盐分进入体内
              • 食物、代谢水、饮水获得水
              • 泌盐组织排出盐分
          • 海洋硬骨鱼
        • 变渗
          • 洄游鱼类
• 大气的生态作用及生物的适应
  • 大气的生态作用
    • 二氧化碳和氧气
    • 臭氧层
    • 大气流动
  • 生物对大气因子的适应
    • 好气性生物（广氧性和狭氧性）
    • 嫌气性生物
• 土壤的生态作用及生物适应
  • 土壤的生态学意义
    • 土壤是岩石圈表面能够生长植物、动物的疏松表层，是陆生生物生活的基底
    • 作用
      • 提供基底和栖息场所
      • 提供矿质元素和水分
      • 提供植物所需的水热肥气
      • 维持丰富 的土壤生物区系
      • 很多重要生态过程在土壤中进行
  • 土壤的理化性质及其对生物的影响
    • 土壤是固液气三相系统
    • 土壤酸碱度
      • 过酸过碱均不利于植物，过酸不利于动物
    • 土壤有机质
      • 植物重要碳源、氮源
    • 土壤无机元素
      • 大量元素和微量元素
  • 植物对土壤因子的适应
    • 植物对土壤pH的反应可分三类
      • 酸性土植物
        • pH<6.5
      • 中性土植物(大多数)
      • 碱性土植物
        • pH>7.5
• 陆生植物的水势梯度
  • 空气中较低
  • 植物体中度
  • 土壤中较高
• 变温动物
  • 耐受冻结
    • 少数动物能够耐受一定程度发身体冻结而避免冻害现象
  • 超冷现象
    • 动物（昆虫）体液温度下降到冰点以下而不结冰发现象（由于体内积聚了抗冰冻的溶质，降低了液体的冰点，冰晶不能形成）
• 春化作用：植物为了开花需要低温的现象
• 黄化现象是光与形态建成的各种关系中最极端的典型案例（是植物对黑暗环境的特殊适应）