草地生态学ppt课件:基础生态课件2.ppt
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参见附件(2644KB)。
第二节 生物与环境关系的基本原理
一、生物对生态因子的耐受限度
? 1、 Liebig最小因子定律(Liebig's law of minimum)
1840年德国农业化学家Liebig《有机化学及其在农业和生理学中的应用》供给量最少的元素决定着植物的产量
* 土壤中的氮：可维持250千克产量
钾：可维持350千克产量
磷：可维持500千克产量
一、生物对生态因子的耐受限度
"植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素"--利比希最小因子定律
? 限制因子：任何生态因子，当接近或超过某种生物的耐受极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因素称为限制因子。--最小因子定律的扩展。
? 在一个固定条件下，生态因子不等同。
最小因子定律适用条件
? A、严格的稳定状态(平衡)
? 湖泊富营养化问题：鱼类大量死亡和藻类大量繁殖。
? 输入》输出
过度放牧的草地生态系统
最小因子定律适用条件
? B、考虑生态因子的相互作用
光合作用中，光强和二氧化碳的补偿作用
一、生物对生态因子的耐受限度
2、耐受限度与生态幅
A、Shelford耐性定律(law of tolerance)
任何一个生态因子在数量或质量上的不足或过多，即当其接近或达到某种生物的耐受限度时会使该种生物衰退或不能生存。
耐性：指生物能够忍受外界极端条件的能力。
耐受曲线tolerance curve
2、耐受限度与生态幅
? B、生态幅
? 每一种生物对每一生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上的最低点和最高点。生物对某一个生态因子耐受性的上限和下限之间的范围称为生态幅。
生态幅的宽度
不同生物耐受性不同
生态幅的表示
? eurytherm(广温性生物) and stenotherm (狭温性生物)
? euryhydric (广水性生物) and stenohydric
? euryhaline (广盐性生物) andstenohaline
? euryphagic (广食性生物) and stenophagic
? euryphotic (广光性生物) and stenophotic
? euryecious (广栖性生物) and stenoecious
生理分布区与生态分布区的不同
生物不能分布在什么地方?
将会分布在什么地方?
生态因子耐受性之间相互影响
? 如：生物对温度的耐性限度与湿度之间有密切关系
? Pianka(1978)指出：一种生物在什么湿度下适合度最大取决于温度，当温度适中和湿度适中，该生物适合度最大。同样沿着温度梯度上的最适点取决于湿度。
温度、湿度结合考虑，在中湿和中温条件下，生物耐受限度最高。
生态因子耐受性之间相互影响
? P.A.Haefner(1970)研究含盐量、温度因子在决定褐虾最适耐受范围时的相互作用。用死亡百分数确定褐虾的忍受限度。
褐虾的最大适合度在两个因子的中值处
二、生物对生态因子的耐受限度的调整
? 耐受限度的主要调节方式
- 驯化
- 休眠
- 生理节律变化和其他周期性补偿变化
耐受限度的主要调节方式
- 驯化：
- 休眠： 种子
- 昼夜节律变化和其他周期性补偿变化
调节的目的是对恶劣环境的克服，通过这些方式，使体内生理、行为达到平衡，而抵抗恶劣环境。
三、应付环境变异机制
? 稳态：有机体在可变动的外部环境中维持一个相对恒定的内部环境。
? 它能减少生物对外界条件的依赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。
? 非内稳态生物
? 内稳态生物
三、应付环境变异机制
稳态的保持机制：
? a.生理调节
? b.行为调节
第三节生态因子的生态作用及生物的适应
一、光因子的生态作用及生物的适应
一、光因子的生态作用及生物的适应
? (一)光强的生态作用与生物的适应
光强在地球上分布不均匀。
赤道地区最大，随纬度的增加而逐渐减弱。
海拔高度的增加而增强
南坡>平地>北坡
(一)光强的生态作用与生物的适应
? 1、光强的作用
? 影响生物生长、发育、形态建成
? 细胞的增长和分化、体积的增大和重量的增加、促进组织和器官的分化
? 典型例子-黄化现象
(一)光强的生态作用与生物的适应
? 2、生物对光照强度的适应类型
2、生物对光照强度的适应类型
? 光饱和点：在一定范围内，光合作用的速率与光强成正比，但达到一定强度，若继续增加光强，光合作用效率不仅不会提高，反而下降，这时的光照强度成为光饱和点。
? 生物对不同光强有适应性，但有耐受范围。
2、生物对光照强度的适应类型
? 当传入的辐射能是饱和的、温度适宜、相对湿度高、大气CO2和O2的浓度正常时的光合作用速率，称为光合能力。
? 不同植物，植物光合能力对光照强度的反应是有差异的。
? 植物光合能力的主要差别是在C3和C4植物之间。
2、生物对光照强度的适应类型
? 固定CO2的 途径不同。
? C3受体是戊糖(RuBP)
产物是PGA(3-磷酸甘油酸)
? C4受体是PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)
?产物是OAA (草酰乙酸)
2、生物对光照强度的适应类型
2、生物对光照强度的适应类型
? 不同植物对光强的反应是不一样的，根据植物对光强适应的生态类型可分为
? 阳性植物
? 阴性植物
? 耐阴植物
阳性植物
阳性植物对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能正常生长，其光饱和点、光补偿点都较高，光合作用的速率和代谢速率都比较高。如蒲公英、桦树、栎。
阴性植物
阴性植物对光的需求远较阳性植物低，光饱和点和光补偿点都较低。其光合速率和呼吸速率都比较低。如人参、红豆杉、三七。
耐阴植物
? 也叫中性植物，对光照具有较广的适应能力，在完全的光照下生长，也能忍耐适度的荫蔽或在生育期间需要较轻度的遮荫。如党参、沙参。
阳性植物和阴性植物的比较
? 植物外形
? 茎的形态
? 叶的形态和结构
阴生叶和阳生叶形态结构差别
2、生物对光照强度的适应类型
? 生产上有实际的用途：如麻的生产。
? 光强对动物的生长发育和行为也产生重要的影响，同时产生相应的适应性。
如蛙卵、鲑鱼卵在有光下孵化快，发育快；蚜虫
对动物的行为也产生重要影响。
昼行性动物
夜行性动物或晨昏性动物
2、生物对光照强度的适应类型
(二)生物对光周期的适应
1、光周期的变化
日周期和年周期
北半球：春分 秋分昼长夜短 (夏至白昼最长)
秋分 春分昼短夜长 (冬至夜最长)
赤道附近：终年昼夜平分；纬度越高夏半年(春分到秋分)昼越长，而冬半年(秋分到春分)昼越短。在两极地区则半年是白天，半年是黑夜。
(二)生物对光周期的适应
2、生物对光周期变化的反应
* 昼夜节律
动物的活动行为、植物的光合作用表现出昼夜节律。
*光周期现象：生物对日照长短规律性变化的反应。
2、生物对光周期变化的反应
根据对日照长度的反应类型
> 长日照植物
> 短日照植物
> 中日照植物
> 中间型植物
长日照植物
? 是指在日照时间长于一定数值(一般14小时以上)才能开花的植物。
? 如冬小麦、大麦、油菜和甜菜等，而且光照时间越长，开花越早。
短日照植物
是日照时间短于一定数值(一般14小时以上的黑暗)才能开花的植物。
通常早春或深秋开花。如牵牛花、水稻、烟草等。
中日照植物
? 要求昼夜长短比例接近相等(12小时左右)
? 如甘蔗
中间型植物
? 在任何日照条件下都能开花的植物。
? 如番茄、黄瓜和辣椒等。
实际意义
? 短日照植物大多数原产地是日照时间短的热带、亚热带；长日照植物大多数原产于温带和寒带。
? 如果把长日照植物栽培在热带，由于光照不足，就不会开花。同样，短日照植物栽培在温带和寒带也会因光照时间过长而不开花。
? 对植物的引种、育种工作有重要的意义。
动物的光周期
? 繁殖的光周期现象
? 昆虫的滞育
? 换毛与换羽
? 动物迁徙的光周期现象
(三)光质对生物的影响
(三)光质对生物的影响
? 短波光随纬度的增加而减少，随海拔的增高而增加。
应用
? 实验研究表明：浅蓝色薄膜育秧与无色薄膜相比，浅蓝色薄膜秧苗根系较粗壮，插后成活快，生长茁壮，叶色浓绿，鲜重和干重都有增加，测定的淀粉、蛋白质含量较高，主要因为太阳光通过有色薄膜时，被选择透过和吸收，这样薄膜内的光质因薄膜颜色不同而发生变化。如浅蓝色薄膜可以大量透过光合作用所需的380-490纳米的光(透过率60%以上)，因而有利于植物的光合过程和代谢过程。
(三)光质对生物的影响
紫外光与动物维生素D产生关系密切，过强有致死作用，波长360nm即开始有杀菌作用，在340nm~240nm的辐射条件下，可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒等停止活动。200~300nm的辐射下，杀菌力强，能杀灭空气中、水面和各种物体边面的微生物，这对于抑制自然界的传染病病原体是极为重要的。
三.生态因子对生物的生态作用
? (1)温度与生物生长发育
生长："三基点"--最低、最适、最高温度。
发育：植物的春化作用(某些植物要经过一个"低温"阶段才能开花结果)。
? (2)生物对极端温度的适应
对低温适应--在形态、生理和行为方面的表现
中国南北方几种兽类颅骨长度的比较：
第二节 生物与环境关系的基本原理
一、生物对生态因子的耐受限度
? 1、 Liebig最小因子定律(Liebig's law of minimum)
1840年德国农业化学家Liebig《有机化学及其在农业和生理学中的应用》供给量最少的元素决定着植物的产量
* 土壤中的氮：可维持250千克产量
钾：可维持350千克产量
磷：可维持500千克产量
一、生物对生态因子的耐受限度
"植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素"--利比希最小因子定律
? 限制因子：任何生态因子，当接近或超过某种生物的耐受极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因素称为限制因子。--最小因子定律的扩展。
? 在一个固定条件下，生态因子不等同。
最小因子定律适用条件
? A、严格的稳定状态(平衡)
? 湖泊富营养化问题：鱼类大量死亡和藻类大量繁殖。
? 输入》输出
过度放牧的草地生态系统
最小因子定律适用条件
? B、考虑生态因子的相互作用
光合作用中，光强和二氧化碳的补偿作用
一、生物对生态因子的耐受限度
2、耐受限度与生态幅
A、Shelford耐性定律(law of tolerance)
任何一个生态因子在数量或质量上的不足或过多，即当其接近或达到某种生物的耐受限度时会使该种生物衰退或不能生存。
耐性：指生物能够忍受外界极端条件的能力。
耐受曲线tolerance curve
2、耐受限度与生态幅
? B、生态幅
? 每一种生物对每一生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上的最低点和最高点。生物对某一个生态因子耐受性的上限和下限之间的范围称为生态幅。
生态幅的宽度
不同生物耐受性不同
生态幅的表示
? eurytherm(广温性生物) and stenotherm (狭温性生物)
? euryhydric (广水性生物) and stenohydric
? euryhaline (广盐性生物) andstenohaline
? euryphagic (广食性生物) and stenophagic
? euryphotic (广光性生物) and stenophotic
? euryecious (广栖性生物) and stenoecious
生理分布区与生态分布区的不同
生物不能分布在什么地方?
将会分布在什么地方?
生态因子耐受性之间相互影响
? 如：生物对温度的耐性限度与湿度之间有密切关系
? Pianka(1978)指出：一种生物在什么湿度下适合度最大取决于温度，当温度适中和湿度适中，该生物适合度最大。同样沿着温度梯度上的最适点取决于湿度。
温度、湿度结合考虑，在中湿和中温条件下，生物耐受限度最高。
生态因子耐受性之间相互影响
? P.A.Haefner(1970)研究含盐量、温度因子在决定褐虾最适耐受范围时的相互作用。用死亡百分数确定褐虾的忍受限度。
褐虾的最大适合度在两个因子的中值处
二、生物对生态因子的耐受限度的调整
? 耐受限度的主要调节方式
- 驯化
- 休眠
- 生理节律变化和其他周期性补偿变化
耐受限度的主要调节方式
- 驯化：
- 休眠： 种子
- 昼夜节律变化和其他周期性补偿变化
调节的目的是对恶劣环境的克服，通过这些方式，使体内生理、行为达到平衡，而抵抗恶劣环境。
三、应付环境变异机制
? 稳态：有机体在可变动的外部环境中维持一个相对恒定的内部环境。
? 它能减少生物对外界条件的依赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。
? 非内稳态生物
? 内稳态生物
三、应付环境变异机制
稳态的保持机制：
? a.生理调节
? b.行为调节
第三节生态因子的生态作用及生物的适应
一、光因子的生态作用及生物的适应
一、光因子的生态作用及生物的适应
? (一)光强的生态作用与生物的适应
光强在地球上分布不均匀。
赤道地区最大，随纬度的增加而逐渐减弱。
海拔高度的增加而增强
南坡>平地>北坡
(一)光强的生态作用与生物的适应
? 1、光强的作用
? 影响生物生长、发育、形态建成
? 细胞的增长和分化、体积的增大和重量的增加、促进组织和器官的分化
? 典型例子-黄化现象
(一)光强的生态作用与生物的适应
? 2、生物对光照强度的适应类型
2、生物对光照强度的适应类型
? 光饱和点：在一定范围内，光合作用的速率与光强成正比，但达到一定强度，若继续增加光强，光合作用效率不仅不会提高，反而下降，这时的光照强度成为光饱和点。
? 生物对不同光强有适应性，但有耐受范围。
2、生物对光照强度的适应类型
? 当传入的辐射能是饱和的、温度适宜、相对湿度高、大气CO2和O2的浓度正常时的光合作用速率，称为光合能力。
? 不同植物，植物光合能力对光照强度的反应是有差异的。
? 植物光合能力的主要差别是在C3和C4植物之间。
2、生物对光照强度的适应类型
? 固定CO2的 途径不同。
? C3受体是戊糖(RuBP)
产物是PGA(3-磷酸甘油酸)
? C4受体是PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)
?产物是OAA (草酰乙酸)
2、生物对光照强度的适应类型
2、生物对光照强度的适应类型
? 不同植物对光强的反应是不一样的，根据植物对光强适应的生态类型可分为
? 阳性植物
? 阴性植物
? 耐阴植物
阳性植物
阳性植物对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能正常生长，其光饱和点、光补偿点都较高，光合作用的速率和代谢速率都比较高。如蒲公英、桦树、栎。
阴性植物
阴性植物对光的需求远较阳性植物低，光饱和点和光补偿点都较低。其光合速率和呼吸速率都比较低。如人参、红豆杉、三七。
耐阴植物
? 也叫中性植物，对光照具有较广的适应能力，在完全的光照下生长，也能忍耐适度的荫蔽或在生育期间需要较轻度的遮荫。如党参、沙参。
阳性植物和阴性植物的比较
? 植物外形
? 茎的形态
? 叶的形态和结构
阴生叶和阳生叶形态结构差别
2、生物对光照强度的适应类型
? 生产上有实际的用途：如麻的生产。
? 光强对动物的生长发育和行为也产生重要的影响，同时产生相应的适应性。
如蛙卵、鲑鱼卵在有光下孵化快，发育快；蚜虫
对动物的行为也产生重要影响。
昼行性动物
夜行性动物或晨昏性动物
2、生物对光照强度的适应类型
(二)生物对光周期的适应
1、光周期的变化
日周期和年周期
北半球：春分 秋分昼长夜短 (夏至白昼最长)
秋分 春分昼短夜长 (冬至夜最长)
赤道附近：终年昼夜平分；纬度越高夏半年(春分到秋分)昼越长，而冬半年(秋分到春分)昼越短。在两极地区则半年是白天，半年是黑夜。
(二)生物对光周期的适应
2、生物对光周期变化的反应
* 昼夜节律
动物的活动行为、植物的光合作用表现出昼夜节律。
*光周期现象：生物对日照长短规律性变化的反应。
2、生物对光周期变化的反应
根据对日照长度的反应类型
> 长日照植物
> 短日照植物
> 中日照植物
> 中间型植物
长日照植物
? 是指在日照时间长于一定数值(一般14小时以上)才能开花的植物。
? 如冬小麦、大麦、油菜和甜菜等，而且光照时间越长，开花越早。
短日照植物
是日照时间短于一定数值(一般14小时以上的黑暗)才能开花的植物。
通常早春或深秋开花。如牵牛花、水稻、烟草等。
中日照植物
? 要求昼夜长短比例接近相等(12小时左右)
? 如甘蔗
中间型植物
? 在任何日照条件下都能开花的植物。
? 如番茄、黄瓜和辣椒等。
实际意义
? 短日照植物大多数原产地是日照时间短的热带、亚热带；长日照植物大多数原产于温带和寒带。
? 如果把长日照植物栽培在热带，由于光照不足，就不会开花。同样，短日照植物栽培在温带和寒带也会因光照时间过长而不开花。
? 对植物的引种、育种工作有重要的意义。
动物的光周期
? 繁殖的光周期现象
? 昆虫的滞育
? 换毛与换羽
? 动物迁徙的光周期现象
(三)光质对生物的影响
(三)光质对生物的影响
? 短波光随纬度的增加而减少，随海拔的增高而增加。
应用
? 实验研究表明：浅蓝色薄膜育秧与无色薄膜相比，浅蓝色薄膜秧苗根系较粗壮，插后成活快，生长茁壮，叶色浓绿，鲜重和干重都有增加，测定的淀粉、蛋白质含量较高，主要因为太阳光通过有色薄膜时，被选择透过和吸收，这样薄膜内的光质因薄膜颜色不同而发生变化。如浅蓝色薄膜可以大量透过光合作用所需的380-490纳米的光(透过率60%以上)，因而有利于植物的光合过程和代谢过程。
(三)光质对生物的影响
紫外光与动物维生素D产生关系密切，过强有致死作用，波长360nm即开始有杀菌作用，在340nm~240nm的辐射条件下，可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒等停止活动。200~300nm的辐射下，杀菌力强，能杀灭空气中、水面和各种物体边面的微生物，这对于抑制自然界的传染病病原体是极为重要的。
三.生态因子对生物的生态作用
? (1)温度与生物生长发育
生长："三基点"--最低、最适、最高温度。
发育：植物的春化作用(某些植物要经过一个"低温"阶段才能开花结果)。
? (2)生物对极端温度的适应
对低温适应--在形态、生理和行为方面的表现
中国南北方几种兽类颅骨长度的比较：
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