课件：生物与环境.ppt

基础生物学,第六课：生物的多样性与 生物环境,基础生物学,5.1 生物的类群 5.2 生物与环境 5.3 生态系统及其功能 5.4 生物圈与大规模物种灭绝 5.5 人类生命活动与环境,本节纲要,生物的类群,一、物种分类,根据生物的形态结构、功能以及生物之间的亲缘关系为依据进行分类。,现今地球上生存的生物已经确定名称的约有200多万种，人们根据生物的形态、结构和生活习性的差异，分为动物、植物、真菌、细菌和病毒几大类。,脊椎动物,无脊椎动物,动物,哺乳动物 鸟类 爬行类 两栖类 鱼类,鲫鱼,蝌蚪,蟾蜍,青蛙,蝾螈,胸肌,灵长类,毒蛇和无毒蛇区别：,有无毒牙和毒腺,竹叶青,水蛇,根本区别：,蟾蜍,游禽,猛禽,陆禽,攀禽,鸣禽,涉禽,5.1 生物的类群 5.2 生物与环境 5.3 生态系统及功能 5.4 生物圈与大规模物种灭绝 5.5 人类生命活动与环境,本节纲要,生物与环境,一、环境与生态因子,环境因子：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。,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。,1、生态因子的分类,非生物因子：温度、光、湿度、pH、氧气 生物因子（biotic factors）：有机体（同种/异种） 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) 两类： 条件：温度、湿度、 pH等 资源：营养物质、水、辐射能等,2、生态因子的空间分布,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。,植被的空间格局(M.C.Molles,Jr,1999),3、生物与生态因子的关系,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）:温度控制；高氧环境 直接性和间接性：食物，降水 限定性（因子作用的阶段性）：物种孵化 生态因子的不可替代性和互补性：水体内钙/锶,生物对非生物因子的耐受限度,“最小因子定律”(Liebigs 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） 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”(Shelfords law of tolerance) 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)。(V.E.Shelford,1913，美国) 限制因子(limiting factors) 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。,种 群 数 量,数量很低,种群消失,种群消失,数量很低,数量最高,不能耐受区,生理受抑制,生理受抑制,不能耐受区,最适区,环境梯度,高,低,耐受性下限,耐受性上限,生物种的耐受性限度图解,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相互影响： 温湿的关系； 湿度和溶氧的关系； 温度和盐的协同作用 生物因子和非生物因子之间相互影响： 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,驯化 内稳态 适应,驯化,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 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 驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆反应。,生物在实验自然条件下，诱发的生理补偿变化。,内稳态(homeostasis),生物系统通过内在的调节机制使内环境保持对稳定。 依赖于负反馈过程： 三个基本组成成份：接受器；控制中心；效应器。,负反馈过程（维持哺乳动物血液渗透性）,接受器 （下丘脑）,控制中心 （下丘脑）,效应器 （肾脏）,血液太浓,饮水,血液渗透性上升,口渴反应,血液太稀,失水反应,血液渗透性下降,失水,适应,生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类，后者又包括可逆适应和不可逆适应。 适应方式（形态、生理 、行为的适应） ： 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 适应组合(adaptive suites): 生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性，称适应组合。 趋同适应和趋异适应 胁迫适应,D,E,树皮纺织娘,枭蝶,枯叶蝶,捕食花螳螂,蛙鱼,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,光,太阳辐射及其变化规律,紫外线,可见光,红外线,400,630,1000,2500,4000,波长(nm),能 量 强 度,光质变化对生物的影响,海洋植物： 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： 紫外光作用的适应产生特殊的莲座状叶丛。 动物：不同动物发展不同的色觉。,光强度变化对生物的影响,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。,植物： 光照强度影响光合作用，光强耐受性等。,光周期现象,植物光周期现象，对繁殖(开花)产生影响。 长日照植物和短日照植物。 动物光周期现象， 对鸟类等迁徙影响；对繁殖的影响。 长日照动物和短日照动物 。 长日照动物：温带和高纬度地区鸟兽在春夏之际白昼逐渐延长的季节繁殖后代； 短日照动物：在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺发育和进行繁殖。,温度,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； 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,有效积温（K）：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，且各个发育阶段所需的总热量是一个常数。 NTK N ( TC )K N：生长发育所需时间，T：发育期间的平均温度，C：发育起点温度（生物学零度）,水,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。,土壤,为陆生植物提供基底，为土壤生物提供栖息场所； 提供生物生活所必须遥矿质元素为水分； 提供植物生长所需的水热肥气； 维持丰富的土壤生物区系； 生态系统的许多很重要的生态过程都是在土壤中进行。,5.1 生物的类群 5.2 生物与环境 5.3 生态系统及其功能 5.4 生物大规模物种灭绝 5.5 人类生命活动与环境,本节纲要,生态系统,组成： 非生物部分：水、空气、光照、温度、土壤、风等 生物部分：生产者、消费者、分解者,概念,生态系统是生物群落与非生物因子通过能量流动和物质循环相互作用而构成的生态集合体,生态系统的共同特征,生态系统内部在一定范围和限度下具有自我调节的能力。(这种自我调节的能力与生物多样性程度成正比)； 生态系统中的能量流动、物质（流）循环和信息（流）传递体现了生态系统的动力学特征，生态系统内部始终处于运动之中，能量的流动是单向的，物质流动是循环式的； 生态系统吸收的太阳能量一般都通过45个不同营养等级的生物进行传递； 从地球上生物起源到现在，生态系统经历了从简单到复杂的发育阶段。,食物链,食物网,能量流,初级生产力:光合细菌和植物等生产者所制造的有机质.,以热的形式散失的能量不能再回到生态系统参与流动和被利用,物质流,生物地球化学循环：碳、氮、磷和水等与生命活动相关的物质以多种形式（生物的或非生物的形式，原子的、分子的或生物大分子的形式等）在自然界中循环.,（1）碳、氮、磷和水等都有一个非生物的库；（2）有一些物质的一部分可以完全通过地学过程进行循环；（3）有些需要经过微生物的加工才能被生物所利用；（4）微生物对各级别营养水平生物有机质的分解作用是生物地球化学循环的关键环节。,水的循环,碳循环,氮循环,磷的循环,1999年世界人口突破了60亿大关，到2050年将达到100多亿 从1800年到2000年间，中国人口增长按指数增长模型进行； 按照中国人口战略的第一个目标，到2030年，将争取实现人口数量的“零增长”？,人口、资源与生态平衡,土地资源压力 水资源压力 能源危机 森林资源减少 环境污染加剧,资源压力及生态环境恶化,大气中CO2捕捉热量的方法与温室类似，大气中的二氧化碳能够阻止地面向空间辐射热量，导致大气层增温，形成了温室效应,环境污染加剧,资源压力及生态环境恶化,?,生态平衡和人类社会可持续发展的策略,生态系统中的能量流动、物质循环与信息交流总是不断地进行着，在一定时间内，生态系统内的生物种类与数量相对稳定，它们之间及它们与环境之间的能量流动、物质循环与信息交流也保持稳定，达到统一协调的状态生态平衡。,动态的和相对的生态平衡： （1）生物的种类和数量保持相对稳定； （2）物质与能量的输入和输出保持相对稳定； （3）物质与能量的循环与流动保持合理的比例与速度； （4）生态系统具有良好的自我调节能力。,5.1 生物的类群 5.2 生物与环境 5.3 生态系统及其功能 5.4 生物大规模物种灭绝 5.5 人类生命活动与环境,本节纲要,生物大规模物种灭绝,自然灭绝：进化理论指出一个物种可能挤占另一个物种的生态 位，环境的变化反应或基因的随机变化都可能导致 物种的灭绝和新种的产生。 灾变灭绝：环境发生剧烈变化如：大规模的火山爆发、小行星 的撞击、冰川等引起的大规模物种的灭绝。 与人类的行为相关？,物种自然灭绝可能的原因,生 物 群,灭绝 现代：大型哺乳类、鸟类 灭绝 白垩纪：爬行类（恐龙）等许多海 洋生物。 灭绝 三叠纪：总科数达35%的爬行类和海 洋生物。 灭绝 二叠纪：所有的三叶虫、95%以上的 海洋生物、50%以上的其它生物。 灭绝 泥盆纪：总科数达30%的生物 灭绝 寒武纪：总科数达50%以上的生物,0.01_ 65_ 180_ 250_ 345_ 500_,第四纪 第三纪 白垩纪 侏罗纪 三叠纪 二叠纪 石炭纪 泥盆纪 志留纪 奥陶纪 寒武纪,宽度代表存活类群的相对数量,时期 百万年前 灭绝的主要类群,目前的物种数是有史以来最多的。但是，有众多的证据表明，我们正处在新的大规模绝灭事件中，它有可能超过历史上的任何一次， 产生的原因是：人类的发展壮大。,非自然灭绝人类的行为,5.1 生物的类群 5.2 生物与环境 5.3 生态系统及其功能 5.4 生物大规模物种灭绝 5.5 人类生命活动与环境,本节纲要,人类和环境,(一)生物圈（biosphere） 有生物生存的地球表层。其范围大致包括了11km的地壳和海洋以及15km以内的地表大气层。 (二)环境(environment) 在特定时刻由物理、化学、生物及社会的各种因素构成的整体状态，这些因素可能对生命机体或人类活动直接地或间接地产生现时的或远期的作用。,环境的构成因素 1.物理因素（physical factor） 2.化学因素（chemical factor） 3.生物因素（biological facto） 4.社会心理因素（social psychic factor）,目前存在的主要环境问题,（一）全球气候变暖,1.全球气候变暖会改变病原体和虫媒的生存环境和地理分布，使虫媒传染病流行范围扩大，流行时间延长。 疟疾、登革热、黄热病和锥虫病 2.急性心脑血管病、肺心病、风心病并发心力衰竭、各种呼吸道感染和哮喘及冬季传染病如流脑、猩红热、疟疾、麻疹和乙脑； 3.热相关疾病的死亡人数；,(1)免疫系统、呼吸系统； (2)增加皮肤癌的发病率； (3)增加白内障的发病率。,（二）臭氧层破坏（ozone layer）,急性 阳光灼伤、皮肤变厚 慢性 皮肤变化、表皮变薄 致癌作用 基底细胞癌、鳞状细胞癌、皮肤黑瘤 眼部疾病 白内障、雪盲、视网膜受损、角膜肿瘤 免疫功能障碍 传染病、自身免疫系统功能紊乱,（三）环境激素（Environmental hormone）,植物雌激素 大豆异黄酮 人工合成药用雌激素 已烯雌酚 烷基酚类 双酚A 杀虫剂类 西维因 邻苯甲酸酯类 邻苯二甲酸酯 多氯联苯与二恶英类 金属及非金属类 铅、汞,（1）对生殖系统的影响; （2）对神经系统的影响;通