第二章生物与环境

第二章生物与环境主讲教师：杜正清Contents第一节生物种的概念1第二节环境的概念及其类型2第三节生态因子作用分析3第四节生态因子的生态作用及生物适应4第一节生物种的概念Ray《植物史》“形态相似的个体的集合。”C.Linna《植物种志》“同种个体可以自由交配，能产生可育的后代。”E.Mayr“能实际地或者潜在地彼此杂交的种群的集合构成一个种，而种群是某一地区具有实际或潜在杂交能力的个体的集群。”物种是客观存在的实体，不同物种之间存在明显的形态上的不连续性及不同形式的升值隔离。物种是由内在因素（生殖、遗传、生理、生态、行为）联系起来的个体的集合。是自然界中一个基本进化单位和功能单位。种的性状可分两类：基因型与表型。前者是遗传本质，后者是与环境结合后实际表现的可见性状。第二节环境的概念及其类型一、环境的概念

指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以其直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。二、环境的类型

按环境主体划分：人类环境、自然环境

按环境性质划分：自然环境、半自然环境、社会环境

按环境范围的大小：宇宙环境、地球环境、区域环

境、微环境、内环境第二节环境的概念及其类型1、大气圈：指在地球引力作用下聚集在地球外部的气体包层，由混合气体组成，N2、CO2、O2等，下限是对流层（距地10公里）。对流层对生物的影响和作用最大。1）CO2含量多，密度和质量最大，是光合作用的原料。CO2量的变化影响全球的气候变化（温室效应），意义重大。2）对流层上方的臭氧层能吸收高能紫外线的辐射，对保护生物十分重要。全球环境(Globalenvironment)第二节环境的概念及其类型2．水圈：地球表面的海洋、河流、湖泊等形成的圈。在全球生态系统的物质循环（水循环、碳循环等）中作用重大。3．岩石圈和土壤圈：地表的岩石和上面的土层。岩石圈是土壤形成的物质基础；土壤圈的特点是松散，透水透气，蓄水和吸附能力，含有有机体所需的各种化学元素。

第二节环境的概念及其类型区域环境（Regionalenvironment）：一定地域空间范围的自然环境。地区或流域尺度上。微环境（Micro-environment）：是区域环境中，某一部分产生的环境差异所形成的小环境。也可以是植物体表面或周围的局部小范围的物理环境。可形成小气候。内环境（Innerenvironment）：也叫体内环境，指组织间或细胞间的环境。如：叶肉细胞间的气腔、气室等。生物圈Biosphere:指地表所有存在生命的部分。大致包括：大气圈下层，水圈，岩石圈表层和土壤圈。生境(Habit):生物生活的具体的、小范围空间内，各种环境要素的总和。环境概念的具体化，如：山坡、水边、林下，沟谷等。

三、环境因子分类

R.F.Daubenmire

3大类：气候类、土壤类和生物类；7个并列项目：土壤、水分、温度、光照、大气、火和生物因子。

Dajoz

按生物体对环境的反应和适应性分类：第一性周期因子、次生性周期因子及非周期因子。

Gill根据非生物的环境因子分为三个层次：第一层，生物生长所必需的环境因子；第二层，不以植被是否存在而发生的对植物有影响的环境因子；第三层，存在与发生受植被影响，反过来又直接或间接影响植被的环境因子。依生物种类分类

生物因子（bioticfactor)

同种或异种生物是所研究生物的环境因子，它们可能影响所研究生物的生命活动。如在研究虎时，其它成为其食物的动物对虎的生命活动有重要作用非生物因子(abioticfactor)环境中的各种物质或物质的属性都可能成为影响所研究生物的环境因子。如温度、湿度、风、土壤中的各种物质和营养元素，所在环境的纬度、高度等等。依性质分类2.1气候因子温度、湿度、光、降水、风、气压、雷电等2.2土壤因子土壤结构、土壤有机/无机质、理化性质和土壤生物2.3地形因子地面起伏，山的阴/阳坡等2.4生物因子：参见按照物种分类2.5人为因子人类活动对生物发生巨大影响，表现多方面，如污染等。依与生物密度关系分类3.1密度制约因子(density-dependentfactor)环境因子中，对生物作用的强度随生物的密度而变化的因子。类型有正负两类，在密度增加的状态下，正者作用导致生物的密度进一步增长；负者导致密度的反馈性降低，有调节种群密度的作用。一般是生物因子常常为密度制约性的环境因子。如密度高时食物不足导致死亡率升高从而降低了种群密度，生物因子一般就成为密度制约性环境因子。3.2非密度制约因子(density-independentfactor)环境因子中，对生物作用的强度与生物密度变化无关的因子。如温度等非生物因子。突然降温导致部分生物死亡，这对密度大或小的种群的作用是相同的。气候因子一般就成为非密度制约性环境因子依因子的稳定程度分类4.1稳定因子指终年恒定的因子，如太阳辐射、地磁等，主要决定生物的分布4.2变动因子周期性变动的因子：周期性变化的因素，如潮汐，季节性气候变化，昼夜变化如光照非周期性变动的因子：风、捕食、寄生等因素这些因子主要影响生物的数量变化阳光温度大气土壤14种群死亡率变化密度制约因子与非密度制约性因子比较种群密度梯度密度制约非密度制约逆密度制约导致种群死亡率变化的环境因子作用于种群的强度随种群密度梯度变化而改变的环境因子15种群出生率变化密度制约因子与非密度制约性因子比较种群密度梯度密度制约非密度制约逆密度制约导致种群出生率变化的环境因子作用于种群的强度随种群密度梯度变化而改变的环境因子；具有调节种群密度作用第三节生态因子作用分析一、生态因子的概念

生态因子（ecologicalfactors）是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。例如：温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳和其它相关生物等。区分概念：生存条件

生态环境

环境因子

生境二、生态因子作用的一般特征（一）综合作用

不是孤立存在的，而是彼此联系、相互促进、相互制约。（二）主导因子作用

主导因子（三）直接作用和间接作用（四）阶段性作用（五）不可替代性和补偿作用

各种生态因子的重要性，对于生物的作用各不相同，各有重要性。生态因子是不可代替的，但是局部上是能够补偿的。三、生态因子的限制性作用

（一）限制因子

限制因子：限制生物生存和繁殖的关键性因子就是限制因子。任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，它就会接近或者超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。

（二）Liebig最小因子定律

植物的生长取决于处在最小量状况的食物的量。B.JLeibig1840

（三）Shelford耐性定律

V.E.Shelford1913生物的存在与繁殖，要依赖于某种综合环境因子的存在，只要其中一项因子的量（或质）不足或过多，超过了某种生物的耐性限度，则使该物种不能生存，甚至灭绝。

（四）生态幅

（五）生物内稳态及耐受限度的调整指生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制，可以减少生物对外界条件的依赖性，提高适应性。（六）指示生物限制作用表现在对生物的生存上：北美鲭鱼生长阶段

结果：产卵106个卵，到50mm,仅余约4尾。原因：天敌、食物

严酷的自然条件，浪击，温度等限制作用实例生长阶段所用时间每日死亡率孵化～10mm10mm～幼鱼后期幼鱼后期～50mm40日数日40日14%

30%

10%

蝗虫大发生原因马世俊曾研究中国历史上蝗灾发生与气候因子的关系得出结论干旱温度在干旱高温两因子与蝗灾发生表现正相关限制作用实例21最适范围亚适范围亚适范围不适范围不适范围不能生存因子梯度渐增生命活动或数量生物对环境因子的耐受曲线Shelford定律22最适范围不适范围不能生存因子梯度渐增生命活动强度或数量生物对环境因子耐受曲线的实际表现Shelford定律亚适范围亚适范围不适范围23广温性生物狭温喜热生物生命活动或数量温度变化梯度

低→高生物对温度的耐受狭温喜冷生物24生物环境因子同种生物不同生物同种因子受生物年龄季节栖息地等影响存在差异不同因子存在差异存在差异生物耐受性表现特点25广生态幅度狭生态幅度生命活动或数量环境因子变化梯度生态幅度的宽狭比较驯化(acclimation):在实验条件下诱发的生理补偿机制。过程迅速。驯化(acclimatisation):在自然环境下所诱发的生理补偿变化。过程较缓慢。思考：请考虑生理变化的遗传基础，变化是否可能遗传？是个体水平还是群体基因频率发生了变化？驯化27200

160120

80400102030温度

℃

耗氧量

（ml·g-1·h-1

）5℃驯化25℃驯化在不同温度条件下驯化导致耗氧量的差异第四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）光强的生态作用与生物的适应

1.光强对生物生长发育和形态建成有重要作用：黄化现象

2.光照强度与水生植物

3.植物对光强的适应类型——光补偿点

（二）光质的生态作用与生物的适应

（三）生物对光周期的适应

1.昼夜节律

2.光周期现象：植物的光周期、动物的光周期305001000200030004000400可见光红外线紫外线波长

μm能流强度进入地球大气的太阳光谱31蓝紫绿橙紅红外线400500600700波长/nm↑相对吸收叶绿素α的吸收光谱

3201234567895040302010C4C3光强度/J·m-1·g-1CO2摄取/mgco2·dm-2·h-1不同植物在最适温度和正常CO2浓度时光合作用与光强度33小时植物光合作用的昼夜变化长/短/中日照植物

long/shortdayplant,dayintermediate～

长/短日照植物：日照超过/小于一定数值或黑夜小于/长于某一数值才能开花的植物；前者如萝卜、菠菜、小麦、凤仙花、牛蒡等；后者如玉米、高粱、水稻、棉花、牵牛等。中日照植物：日照与黑夜长度接近时才能开花的植物，如甘蔗等少数热带植物属之。二、温度因子的生态作用及生物的适应

（一）温度因子的生态作用

1.温度与生物的生长

2.温度与生物的发育

（二）生物对极端环境的适应

1.生物对低温环境的适应

2.生物对高温环境的适应

（三）温度与生物的地理分布

（四）变温与温周期现象

1.变温与生物生长：种子萌发期、生长期

2.变温与干物质积累

（五）物候节律

（六）休眠寒带动植物沙漠动植物内/外温(热)动物

ecto-/endo-thermanimal内温动物：凡具有物理保温、散热机制并依靠代谢产热调节体温的动物称为內温动物，如鸟类、兽类高温度熊类冬睡时体温降低，但具有上述特征，仍为內温动物外温动物：凡不完全具备上述特征的动物称为外温动物，如爬行类以下的各类动物金枪鱼中心体温稳定，月32℃，但没有物理调节机制，仍未外温动物3801020℃42040鱈鱼(Gaduscallarias)Y=25.03-1.30tR=-0.9626鲭鱼Y=13.43-0.56tR=-0.9747胚胎发育与环境温度关系时间日水温度伯格曼规律

Bergmann’slaw内容：高纬度的恒温动物比低纬度的相似种类个体要大。如东北虎大于华南虎。原因：一般认为，动物个体大则相同质量所对应的体表面积就小，对恒温动物来说在竞争中应付体表散热所损失的能量相对较少，在进化选择中是有利的。有例外：如北欧的鹿类有生活在靠南方的反而略大。原因：请你考虑为什么？请自己思考！40

几种分布在不同纬度的企鹅身体大小比较种类

分布纬度

体长金冠企鹅 61N 700(Eudypteschrysolophus) 火地岛

盔羽企鹅 55N 500-600(E.crestatus) 火地岛麦克兰企鹅 52N 700(Spheniscusmagellanicus) 福克兰岛加拉帕戈斯企鹅

赤道0 490(S.mendiculus) 加拉帕戈斯群岛中国南北分布的几种兽类头骨长度比较种类

颅骨长

种类

颅骨长

mm mm东北虎 331-345 华南虎 273-318华北赤狐 148-160 华南赤狐 127-140东北野猪 400-472 华南野猪 295-354雪兔95-97 华北草兔85-89 华南兔67-8641Citellustereticandus44

42

4038363406:0012:0018:00HoursofdayBodytemperature℃

Hudson,1962Citellustereticandus42HoursofdayTemperature℃

060810121416182060

50

40

30

20GroundsurfaceLethalBodytemperature蜥蜴Dipsosaurusdorsalis的体温调节与环境温度三、水因子的生态作用及生物的适应

（一）水因子的生态作用

1.水是生物生存的重要条件

2.水对动植物生长发育的影响

3.水对动植物数量和分布的影响

（二）生物对水因子的适应

1.植物对水因子的适应

（1）水生植物：沉水植物、浮水植物、挺水植物

（2）陆生植物：湿生、中生、旱生

2.动物对水因子的适应

（1）水生动物的适应

（2）陆生动物的适应45动物

皮肤蒸发

呼吸蒸发

蒸发量/体重 %游蛇88122.9森王蛇64340.9鬣蜥72280.8叩壁蜥66340.3金龟76240.9沙漠陆龟76240.2爬行类皮肤失水与呼吸道失水比率(%)动物皮肤蒸发呼吸蒸发蒸发量/体重游蛇森王蛇鬣蜥叩壁蜥金龟沙漠陆龟8864726676761234283424242.90.90.80.30.90.2爬