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编号:24232
草地生态学ppt课件:基础生态课件3.ppt
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    二、温度的生态作用与生物的适应

    (一)温度因子的生态作用

    1.温度对生物生长的影响

    温度对生物的作用可分为最低温度、最适温度和最高温度,即生物的三基点温度。

    ? 生长在温带地区的树木,形成层细胞的分裂活动,受气温变化的影响很明显,长成春材和秋材,同一年的春材与秋材区同构成一个环带--年轮。

    动物与环境温度相互关系类型

    (一)温度因子的生态作用

    2.温度与生物发育

    ? 发育阈温度:高于一定的温度,生物才开始发育,这个温度称为发育阈温度或称为生物学零度。

    ? A 有效积温法则:植物在生长发育过程中,必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育,而且植物各个发育阶段所需要的总热量是一个常数。K=N (T-T0)

    (一)温度因子的生态作用

    2.温度与生物发育

    ? K=N (T-T0)

    ? K为该生物所需的有效积温(常数),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,T0为生物发育起点温度

    K=N·(T-T0)(1)

    T=T0+K/N (2)

    T= T0 +KV (1/N=V)(3)

    2.温度与生物发育

    有效积温的计算

    如果知道某种生物在实验温度T1下发育时间N1,实验温度T2下发育时间N2.

    T0=(N2*T2-N1T1)/(N2-N1)

    有效积温法则的用途

    ? 预测生物地理分布北界;

    ? 预测害虫发生的世代数;

    ? 来年发生程度;

    ? 根据有效积温制定农业规划。合理安排作物和预测农时(不同作物的有效积温不同:如马铃薯的有效积温为1000-1600度;玉米为2000-4000度;椰子为5000度以上)。

    2.温度与生物发育

    ? 春化:某些植物由低温诱导才能开花。

    (二)生物对极端温度的适应

    1.生物对低温的适应

    低温的危害(P25):

    寒害:是指温度在0℃以上对喜温生物造成的伤害。植物寒害的主要原因有蛋白质合成受阻、碳水化合物减少和代谢紊乱等。

    冻害:是指0℃以下的低温使生物体内(细胞内和细胞间)形成冰晶而造成的损害。植物在温度降至冰点以下时,会在细胞间隙形成冰晶,原生质因此而失水破损。极端低温对动物的致死作用主要是体液的冰冻和结晶,使原生质受到机械损伤、蛋白质脱水变性。

    (1)动物对低温的适应

    *形态结构:

    贝格曼(Bergman)规律:生活在高纬度地区的恒温动物,其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大,导致相对体表面积变小,单位体重散热量相对较少。

    阿伦规律(Allen)

    ? 恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低温环境下有变小变短的趋势。

    生理适应:

    ? 增加体内产热量来增强御寒能力和保持恒定的体温;

    ? 热中性区:指动物的代谢率最低,并不随环境温度而变化的环境温度范围(P28)。

    生理适应:

    大大降低身体终端部位的温度,而身体中央的温暖血液很少流到这些部位。

    *行为适应:

    ? 集群(抗寒)

    ? 迁徙(避寒)

    (2)植物对低温的适应

    ? 植物对低温的形态适应:

    > 表现在芽及叶片常有油脂类物质保护,芽具有鳞片。

    > 器官的表面有蜡粉和密毛,树皮有较发达的木栓组织。

    > 植株矮小,常呈匍匐、垫状或莲座状;

    (2)植物对低温的适应

    生理适应:

    > 减少细胞中的水分和增加细胞液的浓度。

    > 极地和高山植物能吸收更多的红外线。

    行为适应:休眠来增加抗寒能力

    (2)植物对低温的适应

    ? 研究意义:

    ? 植物抵抗低温能力的强弱,主要决定于植物体内内含物的多少。

    2.生物对高温的适应

    ? 自学 5分钟

    2.生物对高温的适应

    温度超过生物适宜温区的上限后就会对生物产生有害影响,温度越高对生物的伤害作用越大。

    高温对植物的危害:高温可减弱光合作用,增强呼吸作用,使植物的这两个重要过程失调;破坏植物的水分平衡,促使蛋白质凝固、脂类溶解,导致有害代谢产物在体内的积累。

    高温对动物的危害:(动物对高温的忍受能力因种而异,一般哺乳动物不能忍受42度以上高温;鸟类不能忍受48度以上高温)主要是破坏酶的活性,使蛋白质凝固变性,造成缺氧、排泄功能失调和神经系统麻痹等。

    (1)植物对高温的适应

    ? a 形态适应:有些植物体具有密绒毛或鳞片,能过滤一部分阳光;有些植物体呈白色、银白色,叶片革质发亮,能反射大部分光线;有些植物叶片垂直排列,或高温下叶片折叠,减少吸光面积等。

    ? b 生理适应:降低细胞含水量,增加糖或盐的浓度,有利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力;蒸腾作用避免值物体因过热受害。

    (2)动物对高温的适应

    ? 夏眠

    ? 穴居

    ? 昼伏夜出

    (三)生物对周期性变温的适应

    由于地表太阳辐射的周期性变化产生温度有规律的昼夜变化,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得更好。

    1. 植物的温周期现象主要表现:

    ? (1)种子萌发

    大多数植物在变温下发芽较好。如毛冬青在变温20-30度发芽率为70-80%,恒温条件25度发芽率为20-30%。

    ? 植物生长往往要求温度因子有规律的昼夜变化的配合。

    (4)物候节律

    ? 物候是指生物长期适应于一年中温度的节律性变化,形成的与此相适应的发育节律。例如大多数植物春天发芽,夏季开花,秋天结实,冬季休眠。

    ? 物侯学:研究生物的季节性节律变化与环境季节变化关系的科学.

    动物的物候变化(如生物钟)的解释

    ? 动物的休眠有冬眠和夏眠(夏蛰)

    ? 人的时差问题

    ? 内源说:生物体内有定时器。

    ? 外源说:受固定的外界信息影响。

    (四)温度与生物的分布

    1.有效总积温:

    2.极端温度(最高、最低温度)

    > 根据生物有效临界温度的天数的日平均温度累计计算。

    > 苹果不能在热带栽培,由于高温的限制不能开花结实;可可、椰子只能在热带分布,因为是受低温的限制;

    > 等温线:地图上将一年特殊时间上有相同平均温度的地方连接起来的线。

    温度对动物的分布

    温度的直接限制作用:

    如昆虫生存地区有效积温少于发育所需的积温时,昆虫不能完成生活史。玉米螟生物学0度为15度,若气温15度以上的日子少于70天,它就不能持久生存。

    温度对恒温动物分布的直接限制较小,常常是通过其他生态因子(如食物)而间接影响其分布。

    三、水的生态作用与生物的适应

    (一)水因子的生态作用

    1.水有重要的生态意义:

    > (1)水是任何生物体的重要组成部分。

    > (2)水是生命活动的基础。

    > (3)水对稳定环境温度有重要意义。

    > (4)生物起源于水环境。

    2.水对动植物生长发育的影响

    ? 水对植物生长发育的影响:

    水分对植物生长有最低、最适和最高值3基点。

    ? 水对动物生长发育的影响:

    水分不足时,引起动物的滞育和休眠;许多动物的周期性繁殖与降水季节密切相关。如澳洲鹦鹉在干旱年份就停止发育。

    3.水对动植物数量和分布的影响

    ? 降水分布不均:由于地理纬度、海陆位置、海拔高度不同所造成。

    ? 对植被的分布:我国从东南到西北可分为3个等雨量区,因而植被类型也分为3个区:湿润森林区、干旱草原区和荒漠区。草地的梯度分布。

    ? 水分与动植物种类与数量:降水量最大的赤道热带雨林种的植物达52种/公顷,而降水量较少的大兴安岭红松林中,仅有植物10种/公顷。

    (二)生物对水因子的适应

    ? 需水量:生产1克干物质所需的水量。

    (二)生物对水因子的适应

    1.植物对水的适应

    根据栖息地,通常把植物划分为水生植物和陆生植物。

    (1)水生植物:是所有生活在水中的植物总称。

    水体环境:弱光、缺氧、粘性高、密度大、温度变化平缓,以及能溶解各种无机盐类。

    水生植物特点:

    a.发达的通气组织,以保证各器官组织对氧的需要。根、茎、叶形成连贯的通气组织,以保证植物体各部分对氧气的需要。

    如荷花从叶片气孔进入的空气,通过叶柄、茎进入地下茎和根部的气室,形成了一个完整的通气组织。

    又如金鱼藻,属于封闭式的通气组织,该系统不与大气直接相通。系统内可以储存由呼吸作用释放的二氧化碳,供光合作用的需要,而光合作用释放的氧气又被呼吸作用所利用。

    b. 水下叶片很薄,且多分裂成带状、线状

    水生植物的水下叶片很薄,且多分裂成带状、线状,以增加吸收阳光、无机盐和CO2的面积。

    c. 机械组织不发达甚至退化

    ? 增强植物的弹性和抗扭曲的能力,适应水体流动。

    水生植物类型

    水生植物根据生长环境水的深浅又可分成:

    A 沉水植物:整株植物沉没在水下,根退化或消失。如金鱼藻、黑藻。

    水生植物类型

    B 浮水植物:如浮萍、睡莲。生长在浅水区,叶片浮在水面,形状多为扁平,机械组织不发达。叶表面有气孔,分为扎根的浮水植物如睡莲,根系或地下茎固定在泥土里,根部所需要的氧气由叶片的气孔经由外界提供,叶柄会随水的深度而伸长;和不扎根的浮水植物,如浮萍,植物根系并沒有固定于泥土中,而是沉于水中,植物体則飘浮在水面,某些还具有特化的气囊以利于飘浮。

    水生植物类型

    ? C 挺水植物:生长在浅水区,植物体大部分挺出水面,根系固定在水底土壤,将其茎叶的一部份或大部份伸出水面。如荷花、芦苇。

    (2)陆生植物

    生长在陆地上的植物统称陆生植物,以对水分的需要量及耐旱程度进行划分。

    ①湿生植物:

    不能长时间忍受缺水,抗旱能力差,多生长在水边或潮湿的环境中。如水稻、秋海棠。

    ②中生植物:

    适于生长在水分条件适中的环境中,形态结构及适应性介于湿生植物与旱生植物之间,种类最多、分布最广和数量最大的陆生植物。

    ③旱生植物:

    生长在干旱环境中,能忍受较长时间的干旱,且能维护水分平衡和正常的生长发育。主要分布在干热草原和荒漠地区。

    旱生植物

    旱生植物的分类:

    > 少浆液植物

    > 多浆液植物

    旱生植物的形态及生理适应

    ? (a)含水量极少或具备发达的储水组织

    ? 多浆液这类植物能够贮备大量水分,适应干旱条件下的生活。

    ? 如南美的瓶子树:可储水4吨以上。它的树干两头细中间粗,最粗的地方直径达5米,纺锤树的上端有少数生叶子的枝条。远远看去,这种树又象一个插着枝条的花瓶,因此又叫瓶子树。

    旱季时,人们常砍棵纺锤树作为饮水的来源。若以每人平均每天饮水6斤计算,砍一棵纺锤树至少可供四口之家饮用半年。

    西非的猴面包树,树干最粗可达4人合围,可储水4吨。

    旱生植物的形态及生理适应:

    (a)含水量极少或具备发达的储水组织

    (b)发达的根系:

    如沙漠地区的骆驼刺地面部分只有几公分,而地下部分可深达15米,扩展范围623m2,可更多吸收水分。

    旱生植物的形态及生理适应:

    (a)含水量极少或具备发达的储水组织

    (b)发达的根系:

    (c) 叶面积很小。叶片化成刺状、针状或鳞片状。

    如仙人掌科:叶片化成刺状

    旱生植物的形态及生理适应:

    (a)含水量极少或具备发达的储水组织

    (b)发达的根系:

    (c) 叶面积很小。

    (d) 叶表皮细胞厚,角质层发达,气孔多,但下陷。

    (e)原生质渗透压特别高。淡水水生植物的渗透压:2-3PA,中生植物不超过20PA,旱生植物渗透压高达40-60PA

    2. 动物对水的适应

    动物按栖息地也可以分水生和陆生两类。

    (1)水生动物:水生动物主要通过调节体内的渗透压来维持与环境的水分平衡。

    (2)陆生动物:a.形态结构;b.行为;c.生理上来适应不同环境水分条件。动物对水因子的适应与植物不同之处在于动物有活动能力,动物可以通过迁移等多种行为途径来主动避开不良的水分环境。

    ?

    (1)水生动物对水因子的适应

    ? 保持盐分与水分的平衡:

    ? a.淡水动物对环境是高渗性(淡水的渗透浓度为2-3毫摩尔/升,而动物体液或血液渗透浓度高):

    ? 导致水不断渗入动物体内,过剩的水不断排出体外,保持水分平衡。

    ? 补充丢失的盐分方法:食物、动物的鳃主动吸收盐类。

    b. 海洋生物:

    ? (a)大多数生物体内盐量与海洋为等渗:

    如海胆、贻贝。这些动物不会由于渗透作用而失水或得水,但随代谢废物的排泄损失一部分水。补充水分方法:从食物中得到;饮用海水并排出海水中的溶质;食物氧化过程中产生代谢水。

    (b)动物血液或体液渗透浓度比海水低(低渗)

    ? 如鲑鱼、鲱鱼。由于渗透作用失去一些水,会从食物、代谢中或海水摄入更多的水,其中喝水是主要来源。

    ? 保持低渗:喝水同时吸入盐,对多余的盐类排除方法:尿液量;鳃通过主动作用把盐类排出体外。

    (c)动物血液或体液渗透浓度比海水高(高渗)

    ? 龙虾、枪乌贼等。体外的水会渗透到体内,这些动物不需要饮水、食物和代谢过程中摄取水,而是借助于排泄器官把体内的过剩水排出。......(后略) ......