第1章 生物与太阳辐射

1、讨论：讨论：高山植物为什么矮小？高山植物为什么矮小？海龟为什么定期晒太阳？海龟为什么定期晒太阳？discussion：Why are alpine plants short and small?Why turtles love to bask regularly in the sun? 第一章第一章 生物与太阳辐射生物与太阳辐射知识点：知识点：1 1、太阳辐射光谱生态效应、太阳辐射光谱生态效应3 3、太阳辐射时间的生态效应、太阳辐射时间的生态效应2 2、太阳辐射强度的生态效应、太阳辐射强度的生态效应太阳辐射的生态效应、对生物的影响、生物的太阳辐射的生态效应、对生物的影响、生物的适应和适应类型。

2、适应和适应类型。影影片片chapter 1 creatures and solar radiation knowledge point ：1.1. ecological effect of the sun radiation spectrum3.3.ecological effect of the time of the sun radiation2. 2. ecological effect of the sun radiation intensity ecological effect of the sun radiation; its effects on creature; biolo

3、gical adaptation and adaptive forms of creatures影影片片第一章第一章 生物与太阳辐射生物与太阳辐射一、太阳辐射的特点一、太阳辐射的特点2、到达地面的太阳辐射、到达地面的太阳辐射1、太阳常数、太阳常数3、太阳光谱、太阳光谱1、太阳的辐射光谱生态效应、太阳的辐射光谱生态效应二、太阳辐射的生态效应二、太阳辐射的生态效应3、太阳辐射时间的生态效应、太阳辐射时间的生态效应2、太阳辐射强度的生态效应、太阳辐射强度的生态效应三、生物对光的适应问题与讨论问题与讨论四、提高群体光能利用率的途径四、提高群体光能利用率的途径1. The characteristics

4、 of the solar radiation 2).solar radiation on the ground1).solar constant3).solar spectrum 2. ecological effect of the sun radiation3.Creatures adaptation to light4.Ways to improve the efficiency of light energy utilization1).1).ecological effect of the sun radiation spectrum2).2).ecological effect

5、of the sun radiation intensity 3).3).ecological effect of the time of the sun radiation指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。1.1 太阳辐射常数 近年来通过各种先进手段测得太阳常数的标准值,一年中日地距离的变化所引起的变化不超过3.4。一、太阳辐射的特点The accepted solar energy on the unit surface area above the upper

6、 earth atmosphere which is perpendicular to sun radiation at average distance from the earth to the sun1.1 The sun radiation constant 1.The characteristics of the solar radiation 23.5秋分（9月23日）太阳春分（3月21日） 夏至（6月21日） 冬至（12月22日）地球思考：为什么陆地表面气候差异很大？思考：为什么陆地表面气候差异很大？23.5Autumnal Equinox sunspring equinox S

7、ummer Solstice winter solstice ）earthWhy is climate difference of the land surface so great? 1.2 到达地面的太阳辐射OA/OA就称为大气质量大气质量(m):它表示太阳辐射穿过地球大气的路径与太阳在天顶方向垂直入射时的路径之比。一、太阳辐射的特点一、太阳辐射的特点通常设定标准大气压和O时海平面上太阳垂直入射时，大气质量m1。它与海拔、坡向、植被有关。它与海拔、坡向、植被有关。 1.2 Solar radiation reaching the surface of the earth OA/OA is

8、called air mass(m):m1 When the sunlight has a Normal incidence on the sea level under the condition of standard atmospheric pressure and temperature being zero. The air mass is related to Altitude, slope ,and vegetation. 太阳辐射有其本身的光谱组成。其中波长在0.38-0.76m的可见光:生态学上被植物色素吸收具有生理活性的波段成为生态学上被植物色素吸收具有生理活性的波段成为光

9、合有光合有效生理辐射效生理辐射（photosynthetic radiationphotosynthetic radiation）。它与可见光）。它与可见光谱相符。谱相符。 0.290.290.38 0.38 0.49 0.49 0.58 0.58 0.760.76 紫外线紫外线 蓝紫光蓝紫光 绿光绿光 红橙光红橙光 红外线区红外线区一、太阳辐射的特点一、太阳辐射的特点3、太阳光谱、太阳光谱(Solar radiation spectrum)植物主要吸收植物主要吸收Solar radiation has its own spectral composition . the wavelength

10、 ranging from 0.38 to 0.76m belong to visible light.The wavebands with physiological activity absorbed The wavebands with physiological activity absorbed by phytochrome are called photosynthetic radiation by phytochrome are called photosynthetic radiation which correspond to visible light.which corr

11、espond to visible light. 0.290.290.38 0.38 0.49 0.49 0.58 0.58 0.760.76 ultraviolet blue and purple green red and orange infrared3、Solar radiation spectrumMainly absorbed by vegetationMainly absorbed by vegetation1 1、太阳辐射光谱的生态效应、太阳辐射光谱的生态效应A 紫外线：B 可见光：C 红外线：杀菌，抑制细胞分裂杀菌，抑制细胞分裂;促进促进V-d合成。合成。对植物的生理活性及光

12、合产物有影响，生态对植物的生理活性及光合产物有影响，生态学研究的重点。学研究的重点。红、橙光：红、橙光：叶绿素吸收最多，红光亦能促进叶绿素的形成。叶绿素吸收最多，红光亦能促进叶绿素的形成。蓝、紫光：蓝、紫光：亦可被叶绿素、类胡罗卜素吸收；它们与青光能亦可被叶绿素、类胡罗卜素吸收；它们与青光能抑制植物伸长生长，使植物形态矮小，向光性更敏感，促进抑制植物伸长生长，使植物形态矮小，向光性更敏感，促进植物色素的形成。植物色素的形成。绿光：绿光：很少利用，因被叶子透过和反射，绿色即因此。很少利用，因被叶子透过和反射，绿色即因此。热线，提高植物体的温度，促进茎的延长热线，提高植物体的温度，促进茎的延长生长

13、，有利于种子和孢子的萌发。生长，有利于种子和孢子的萌发。二、太阳辐射的生态效二、太阳辐射的生态效应应案例应用：彩色薄膜的应用案例应用：彩色薄膜的应用(p23)(p23) 动物体色变化动物体色变化1) 1) ecological effect of the sun radiation spectrumA ultraviolet ：B visible light：C infrared ：Red and orange light：Blue and purple：green：2. ecological effect the sun radiationapplication：application of

14、 colorful plastic film color change of animal body如何解释高山植物的矮小？如何解释高山植物的矮小？ 环境条件；环境条件； 蓝紫光与青光抑制植物的伸长生长；蓝紫光与青光抑制植物的伸长生长； 紫外线抑制植物茎的生长，使高山植物紫外线抑制植物茎的生长，使高山植物茎干短粗，叶面缩小、莲座状叶丛，毛茎干短粗，叶面缩小、莲座状叶丛，毛绒发达的生长型。绒发达的生长型。 是对高山多短波光的适应。是对高山多短波光的适应。The reasons for small and short of alpine plants environment condition ；

15、 elongation growth suppressed by blue and purple light ； Ultraviolet suppress the growth of plants stems adaption to the more short waves at alpine area紫外线的危害和植物的防护紫外线的危害和植物的防护 致癌和杀伤；致癌和杀伤； UV-A、UV-B、UV-C； 臭氧减少臭氧减少1%，UV-B辐射引起的皮肤癌增加辐射引起的皮肤癌增加1.4%； UV-B损伤损伤DNA、抑制光合作用、改变植物的、抑制光合作用、改变植物的生长型和减缓植物的生长；生长型和

16、减缓植物的生长； 防护研究是热点。防护研究是热点。Uv damage and plant protection Carcinogenic and kill ； UV-A、UV-B、UV-C； Ozone reduced by 1%，UV-B exposure can cause 1.4% more skin cancer; UV-B damage DNA, Inhibiting photosynthesis , and altering growth pattern and retarding growth of plants； Research on protection for Uv is

17、 hot spot.小知识：晒太阳的小知识：晒太阳的10个好处个好处增加增加V-d。借助紫外线发生光合作用，由人体皮肤中唯一合成的维生素。增加快乐激素增加快乐激素内啡肽。促进心脏健康。促进心脏健康。阳光能扩张血管，促进血液循环，降低血压。自然排毒。自然排毒。提高肝脏功能过滤和排出体内毒素，血液循环加速也利于排毒。有益皮肤。有益皮肤。可促进湿疹、溃疡真菌感染及痤疮等皮肤疾病的痊愈。增强免疫力。增强免疫力。增加红血球和白血球的数量。有助于减肥。有助于减肥。阳光促进新陈代谢，保持血糖水平。自然消毒抗炎。自然消毒抗炎。杀死病毒和细菌，“自然的抗生素和消毒剂”。防癌。防癌。V-d抗癌中发挥重要作用。改善

18、睡眠。改善睡眠。大脑松果腺产生的褪黑激素可辅助睡眠，阳光可促进它的产生。tips：10 benefits for baskIncrease V-dMore happy hormonePromote heart healthNatural detoxifyingGood for skinincrasing immunnityContribute to losing weightNatural disinfection and anti-inflammatory cancer prevention Sleep improvement讨论：讨论： 下列植物随太阳辐射强度变化的光合能下列植物随太阳辐射

19、强度变化的光合能力（力（photosynthetic capacity）的变化？）的变化？ 1、玉米、高粱等（、玉米、高粱等（C4） 2、小麦、水青冈等（、小麦、水青冈等（C3）光合能力：当传入的辐射能是饱和的、温度适宜、相对湿光合能力：当传入的辐射能是饱和的、温度适宜、相对湿度高、大气中的度高、大气中的CO2和和O2的浓度正常时的光合作用速率。的浓度正常时的光合作用速率。discussion： the variation of the photosynthetic capacity of the following plants with the change of the sun radi

20、ation 1、maize、sorghum（C4） 2、wheat、beech（C3）photosynthetic capacity is photosynthetic rate when the incoming radiation is saturated under the condition of adequate temperature, high relative humidity, and normal CO2 and O2 in the air2、太阳辐射强度的生态效应、太阳辐射强度的生态效应 1）光照强度的变化）光照强度的变化 2）光照强度与水生植物）光照强度与水生植物 3）

21、光照强度与陆生植物）光照强度与陆生植物 4）光照强度与动物的行为）光照强度与动物的行为2、The ecological effect of sun radiation intensity 1）The change of light intensity 2）Light intensity and aquatic plants 3）Light intensity and terrestrial plant 4）Light intensity and animal behavior 测量太阳辐射的仪器照度计天空辐射表紫外辐射表散射辐射表instruments for measuring the su

22、n radiationilluminometer pyranometer ultraviolet radiation scattering radiation 光补偿点光补偿点光饱和点光照强度光照强度 过量呼吸过量呼吸（C O 2）净释放）净释放 净光合作用净光合作用（C O2 ）净吸收）净吸收耐荫植物不耐荫植物2、太阳辐射强度的生态效应、太阳辐射强度的生态效应Compensation point，CP植物同化器官中当光合作用吸收的CO2与呼吸释放的CO2 相等时的光照强度。Saturation pointSaturation point，SPSP在自然条件下，当光强光补偿点时，光合强度随光强

23、的增加而增加，当增加到一定值后，光合强度不再增加时的光强。light compensation point Saturation pointillumination intensity over respiration（C O 2）net releasenet photosynthesis （C O2 ）Net absorptionshade tolerant plant No shade tolerant plant2. The ecological effect of sun radiation intensityCompensation point，CPThe point that ab

24、sorbed CO2=released CO2 Saturation pointSaturation point，SPSPThe point that photosynthesis doesnt increase. 阳生叶阳生叶 阴生叶阴生叶小而厚 大而薄较厚 较薄 密 疏 较少 较多 较密 较稀叶片大小角质层 叶脉 叶绿素 气孔同种植物在不同的光环境下生长有明显同种植物在不同的光环境下生长有明显的差异的差异,如阴暗的角落的草、苗柔细泛黄如阴暗的角落的草、苗柔细泛黄为黄化现象（为黄化现象（etiolation）。）。根根/茎：弱光下减小，根系不发达，茎生茎：弱光下减小，根系不发达，茎生长相对较

25、大，蔽荫下死亡的原因之一。长相对较大，蔽荫下死亡的原因之一。茎形态：弱光下通直，分枝少。茎形态：弱光下通直，分枝少。叶片形态：不同光下的适光变态叶片形态：不同光下的适光变态战术响应战术响应光强对植物形态建成的作用光强对植物形态建成的作用 Sunleaf shadeleafSunleaf shadeleafSmall and thick Large and thin thicker thiner more less more lessmore lessBlade sizeCuticleleaf vein Chlorophyllstoma Effect of light intensity on

26、morphogenesis of plantsetiolationroots/stemsStems formBlade formTactical response 光照强度与动物的行为 昼行性动物：多数鸟类、灵长类、有蹄昼行性动物：多数鸟类、灵长类、有蹄类等，又称广光性种类，包括有些部分类等，又称广光性种类，包括有些部分昼夜活动的动物，如田鼠。昼夜活动的动物，如田鼠。 夜行性动物或晨昏性动物：蝙蝠、家鼠、夜行性动物或晨昏性动物：蝙蝠、家鼠、夜鹰、蛾类等，又称狭光性种类。夜鹰、蛾类等，又称狭光性种类。 自然条件下动物每天活动时间由光照强自然条件下动物每天活动时间由光照强度决定。度决定。Light

27、 intensity and animal behavior diurnal animal nocturnal animals or morning and night animals Decided by the light intensity decision. 3 3、太阳辐射时间的生态效应、太阳辐射时间的生态效应 光周期现象及其类型光周期诱导生物钟生态学意义光周期控制应用光周期现象及其类型光周期现象及其类型光周期诱导光周期诱导生物钟生物钟生态学意义生态学意义光周期控制应用光周期控制应用3 3、 ecological effect of the time of the sun radia

28、tionPhotoperiodism and typesphotoperiodic inductionbiological clockEcological significanceapplication of photoperiodism control思考：思考：动物和植物对日照有规律变化的各种物候节律？动物和植物对日照有规律变化的各种物候节律？Ponder over：various phenological rhythm of Animals and plants to regular change of sunshine? 光周期现象（photoperiodism）： 在生态学上把生物对

29、日照长短或昼夜在生态学上把生物对日照长短或昼夜周期变化的各种生理反应称为光周期周期变化的各种生理反应称为光周期现象。现象。对植物主要是诱导对植物主要是诱导花芽的形成花芽的形成和和开始开始休眠休眠，根据，根据开花、休眠和器官的形成开花、休眠和器官的形成可划分如下类型：可划分如下类型：3、太阳辐射时间的生态效应 photoperiodism： creatures various physiological response to the sunshine time and periodic change of the day and night 。3、 ecological effect of t

30、he time of the sun radiation 日中性植物 短日（照）植物（short-day plant）:长日（照）植物（long-day plant）：如温带起源的作物油菜、萝卜等，如温带起源的作物油菜、萝卜等，晚春与初夏开花的花卉或野花。晚春与初夏开花的花卉或野花。多半起源于低纬度地区，也包括多半起源于低纬度地区，也包括早春或晚秋开花的花卉如菊、腊早春或晚秋开花的花卉如菊、腊梅，和作物大豆、玉米等。梅，和作物大豆、玉米等。甘蔗属的一些种。甘蔗属的一些种。绝大部分乔木、蒲公英、黄瓜、菜豆等。绝大部分乔木、蒲公英、黄瓜、菜豆等。1）植物光周期现象的类型A A 开花的光周期现象开花

31、的光周期现象中日（照）性植物 day-neutral plant short-day plantlong-day plantMiddle latitudesrape、radish，flowers in late spring and early summerlow latitudeschrysanthemum , wintersweet and soybean, maize.sugarcane Most of the trees , dandelion , cucumber, kidney bean 。1）Plant photoperiodism type A A photoperiodism

32、 for floweringneutrophilous plants 如杨树、落叶松等。如杨树、落叶松等。如马铃薯、地瓜等。如马铃薯、地瓜等。2）植物光周期现象的类型C C 地下器官形成的光周期现象地下器官形成的光周期现象A A 开花的光周期现象开花的光周期现象B B 休眠的光周期现象休眠的光周期现象poplar , larch Potato,sweet potatoC C photoperiodism for underground organ formation ofB B Dormant photoperiodism 光周期现象的生态意义光周期现象的生态意义 在温带，温度的季节变化幅度很

33、大，随纬度的增高而冬季延长。植物如不能在低温、霜冻来临之前形成种子，就不能繁殖后代。许多植物在长期的适应过程中形成了这种感应季节的本领。1、使不同花期的植物同时开花，便于杂交；、使不同花期的植物同时开花，便于杂交；2、采用短日照诱导提高植物的抗性；、采用短日照诱导提高植物的抗性；3、南种北移等。、南种北移等。ecological significance of photoperiodism 1.Facilitating hybrid ；2.improving plant resistance induced by using short day ；3.Growing species from

34、the south in the north光周期诱导（光周期诱导（photoperiod inducement ） 无论长日植物还是短日植物，一般只要求经历一定天数的长日或短日就能成花，并不要求长期处于那种日照长度之下。有些短日照植物，如苍耳，甚至一个短日长夜周期，即可成花 。但光周期处理到花芽分化需要一段时间。 这种适合的光暗周期使植物从不分化花芽的营养生长这种适合的光暗周期使植物从不分化花芽的营养生长阶段转入分化花芽的状态的作用，称为阶段转入分化花芽的状态的作用，称为光周期诱导。光周期诱导。 花卉春节、教师节上市花卉春节、教师节上市按E.比宁的理论，许多植物体内有一种内在节奏，称为生生物

35、钟或生理钟（物钟或生理钟（Biological clock）,它的周期接近但不等于24小时，一般在21与28小时之间。photoperiod inducement the effect of light and dark period on plant to make it from vegetative growth to reproductive growth is called photoperiod inducement.Flowers in Spring Festival , National Teachers DayBiological clockunequal to 24 hou

36、rs，ranging from 21 to 28 hours光周期处理24小时对各种光周期的成花反应图解对各种光周期的成花反应图解短日照植物 长日照植物 开花 营养生长 营养生长 开花 营养生长 开花营养生长 开花 营养生长 开花开花 营养生长光明黑暗1 长夜反应2 短夜反应 3 夜间断效应=短夜反应 4 长光期插入暗处理=短夜反应5 短光期+短暗期=短夜反应6 24小时的长光期+长暗期=长夜反应无论对于短日植物或长日植物，以光将长夜打断，都产生类似于短夜的效应；而以暗间断将长日打断却不影响长日效应。Photoperiodic treatment 24 hourschartchartshort

37、-day plant long day plant blossom vegetative growth lightdark1 long night reaction 2 Short night reaction 3 Night interruption effect= Short night reaction 4 interrupted by dark= Short night reaction 5 Short light +Short dark = Short night reaction 6 24 hours long light+long dark=long night reaction

38、vegetative growth blossomvegetative growth blossomvegetative growth blossom vegetative growth blossom blossom vegetative growth 利用对植物光周期特性控制生长发育的办法：利用对植物光周期特性控制生长发育的办法：1、人工改变日长 2、选择品种特性4光周期控制的应用光周期控制的应用 详细了解当地日长的季节变化和待引品种的光详细了解当地日长的季节变化和待引品种的光周期要求；周期要求；人工缩短或延长光照时间可促进或延迟开花；人工缩短或延长光照时间可促进或延迟开花；育种中，当收获

39、后立即播种，而光周期不利于育种中，当收获后立即播种，而光周期不利于开花结实时，人工调整日长，可使之及时成花、开花结实时，人工调整日长，可使之及时成花、结实，从而加速世代繁育，缩短育种年限。中国结实，从而加速世代繁育，缩短育种年限。中国育种学家创造了育种学家创造了南繁北育南繁北育的办法，利用异地温度的办法，利用异地温度和光周期的条件，某些作物可一年繁育和光周期的条件，某些作物可一年繁育2 23 3代。代。对收获营养体的作物对收获营养体的作物, , 利用长日条件推迟成花利用长日条件推迟成花以提高营养体产量或品质。以提高营养体产量或品质。 The application of photoperiod

40、 learn the requirements of species shorten or extend the time of light by humanAccelerated generation breeding, such as propagating in the south and breeding in the northImprove the vegetative yield or quality 3 3）动物的光周期现象）动物的光周期现象 迁徙：如家燕、鱼类繁殖：如家鸡照明可增产换毛和换羽：鸟、哺乳动物昆虫滞育（diapause)：梨小食心虫。 总之，与其他因子相比，日照是

41、地球上最稳定和规总之，与其他因子相比，日照是地球上最稳定和规律性的变化，通过长期进化，生物最终选择了光周期作律性的变化，通过长期进化，生物最终选择了光周期作为生物节律的信号，成为生命活动的定时器和启动器。为生物节律的信号，成为生命活动的定时器和启动器。3 3）Animal photoperiodism migration ：barn swallow ,fishreproduction ：increase production by giving more light to hensMolt and moulting ：birds、mammalsInsect diapause: Grapholi

42、tha molesta Busck 不同光强要求的植物生态类型不同光强要求的植物生态类型阳性植物：阴性植物： 耐荫植物：必须指出，植物的耐荫性是相对的，其喜光程度必须指出，植物的耐荫性是相对的，其喜光程度与纬度、气候、年龄、土壤等条件有密切关系。与纬度、气候、年龄、土壤等条件有密切关系。 如木棉、梭树、木麻黄、椰子、芒果、杨、柳、桦、槐、油松及许多一、二年生植物。如红豆杉、三尖杉、粗榧、香榧、铁杉、可可、咖啡、肉桂、萝芙木、珠兰、茶、拎木、地锦、紫金牛、中华常春藤、三七、草果、人参、黄连、细辛、宽叶、麦冬及吉祥草等。如罗汉松、竹柏、山楂、锻、栾、君迁子、桔梗、白笈、棣棠、珍珠梅、虎刺及蝴蝶花等

43、。plant ecological type produced by different requirements for light intensityheliophilous plant ：heliophobous plant: shade tolerant plants:poplar,willow,birch, Chinese scholar treeChinese yew 、ginseng ,Pink Reineckea Herbyacca ,hawthorn,Diospyros lotus ,Kerria japonica .四、提高群体光能利用率的途径 光能利用率光能利用率是指植物生长发育期中单位面积上的光合产物是指植物生长发育期中单位面积上的光合产物与到达冠层上部的光量子辐射能量的比值。与到达冠层上部的光量子辐射能量的比值。 可以通过仪器测定。可以通过仪器测定。植物或生态系统植物或生态系统转换的辐射能转换的辐射能KJ/m2d转换效率（转换效率（%）热带雨林热带雨林5503.5微藻类微藻类3003.0珊瑚礁珊瑚礁1606302.4糖甘蔗糖甘蔗3101.8玉米田玉米田1401.6热带森林人工林热带森林人工林1200.7外海外海120.09北极冻原北极冻原80.08热荒漠热荒漠20.05way to im