能量环境 2009.ppt

1、普通生态学,2 生物与环境之能量环境,本章内容,地球上的能量类型 地球上光及温度的分布 生物对光的适应 生物对温度的适应,地球上的能量类型,太阳能，光能 地热能 风能 化学能 有机物中包含的化学能 其他能量,问题：生物可以利用那些能量？,地球上光及温度的分布,地球上光的分布 太阳辐射及其光谱组成 地球上光的分布规律 地球上温度的分布 大气温度的分布与变化 土壤温度的分布与变化 水体温度的分布与变化,电磁辐射各区段及与光的关系,1010 108 106 104 102 1 10-2 10-4u m,102 1 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 cm,无线电波,无线电波,X射线,

2、射线,可 见 光,1000 800 600 400 200 nm,1 2 3 4 5 6 7 E(eV),1104 1.5104 2104 3104 4104 5104 10104 vm-1,可见光,紫外,红外,红 橙 黄 绿 青 蓝,光化学能,500 1000 2000 3000 4000,可 见 光,红 外 线,紫 外 线,波长nm,能 流 强 度,太阳辐射及其光谱组成,紫外光：波长760nm， 46%,影响太阳辐射的因素和光的分布规律,影响地表太阳辐射的因素 大气圈，太阳高度角，纬度和季节，海拔、坡度和坡向 光质(光谱成分) 低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多 夏季、中午短波

3、光多，冬季、早晚长波光多 日照时间 夏季昼长夜短、冬季昼短夜长 纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜 光照强度 低海拔、高纬度光照强度弱，高海拔、低纬度光照强度大 夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱 (北半球)南坡光照强度大，北坡光照强度弱 水体中的光,地球表面的太阳辐射,春 秋,夏 冬,秋 春,冬 夏,The seasons in the Northern and Southern Hemispheres,10 20 30 35 40 45 50,10 20 30 35 40 45 50,50 45 40 35 30 20 10,18 17 16 15 14 13 12 11 10

4、9,6 7 8 9 10 11 12 13 14 15,光 期 h,暗 期 h,2 4 6 8 10 12M,不同季节各纬度的日照长度,地表大气温度的分布与变化,空间分布与变化 纬度升高1，气温降低0.5 沿海地区气温变化小，内陆地区变化大 南坡气温较北坡高，海拔升高100m，气温降低0.61 逆温现象 时间变化 日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加 地面性质 年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大，地形,逆温现象,土壤温度的分布与变化,土壤温度与气温相关，表层较气温变化剧烈 土壤温度变化与深度有关 荒漠植物的适用/为外温动物提供选择 土壤温度变化时间较气温滞后，且与深度有关 温度变化

5、周期与深度相关，1m无昼夜30m无季节 土壤温度的年变化与纬度、海拔有关,土壤与空气温度变化比较,沙漠晴天时，空气与土壤温度的日变化,水体温度的分布与变化,水温的时间变化 变化幅度较气温小 不同深度水体的日变化 15m 不同深度水体的年变化 140m 水温的成层现象 水温分层（陆地中高纬度）：上湖层、斜温层(温梯层)和下湖层 春季环流和秋季环流 陆地低纬度地区不明显，雨季和干季破坏斜温层 海洋：仅出现在低、中纬度水域,温带深水湖水温垂直变化,生物对光的适应,光质的生态作用和生物的适应 光质的生态作用 生物对光质的适应 光照强度的生态作用和生物的适应 光照强度的生态作用 植物对光照强度的适应 动

6、物对光照强度的适应 生物对光周期的适应 生物的昼夜节律 生物的光周期现象,光质的生态作用,叶绿素的吸收光谱 光合细菌 叶黄素 花青素 蓝紫光：430450nm 红光：640660nm 不同光质的作用 蓝紫光：促进蛋白质的合成 红光：促进糖的合成 青光、蓝紫光和紫外线等短波光抑制植物的伸长生长，使植物向光性更敏感 紫外线能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素D的合成 红外线是地表的基本热源，对外温动物的体温调节和能量代谢有决定性作用,生物对光质的适应,太阳鱼视力的灵敏峰值为500530nm，此正是透明水层中的光波。 绿色植物和绿藻与深海中的红藻、褐藻和硅藻光合色素的差异 高山植物含花青素、茎短粗

7、、叶面缩小、毛绒发达,光照强度的生态作用,影响动物的生长发育 影响动物的体色 峡蝶 影响植物叶绿素的形成 黄化现象 光补偿点 光饱和点 影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和分化 影响植物花果的数量和质量,黄化现象 光补偿点 光饱和点,黄化现象：一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，但能形成胡萝卜素，导致叶子发黄。茎细长软弱 光补偿点：植物的光合作用量刚好与植物的呼吸作用消耗相平衡之处就是所谓光补偿点。 光饱和点：当光照强度达到一定水平后，光合产物就不再增加或增加得很少，该处的光照强度就是光饱和点。,植物对光照强度的适应,植物的向光性和秋季落叶对光强年周变化的适用 C3植物和C4植物（光合作用最

8、初产物分别是3个碳原子的磷酸甘油酸和4个碳原子的二羧酸） 光和能力：当传入的辐射能饱和，温度适宜，相对湿度高，大气中的CO2和O2的浓度正常时的光合作用速率 阳地植物和阴地植物、耐阴植物 生理和形态差异；阳叶更小更厚更多细胞叶绿体叶脉 叶面积指数：植物叶面积总和与植株所覆盖的土地面积的比值,动物对光照强度的适应,依活动时间的动物分类 动物开始活动的时间,生物对光周期的适应,生物的昼夜节律 光的周期性：日周和年周 生物的昼夜节律 外源性周期（光、温度、湿度、磁场）和内源性周期：生物钟 生物的光周期现象 植物的光周期现象 植物的光周期：长日照、短日照、中日照和日中性植物 植物光周期的应用：杂交、抗

9、性选育、异地种植 动物的光周期现象 动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，春夏产子 昆虫滞育的光周期 换毛换羽的光周期 动物迁徙的光周期（思考题：为什么生物选择光周期？）,蓝,紫,绿,橙,紅,红外线,400 500 600 700 波长nm, 相 对 吸 收,叶绿素的吸收光谱,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9,50 40 30 20 10,C4,C3,光强度/Jm-1g-1,CO2摄取/mgco2dm-2h-1,光合作用与光照强度的关系,高粱,玉米,小麦,阳草,水青冈,阴草,阳地植物与阴地植物对光照强度的适应,昼行性动物,全昼夜活动性动物,晨昏活动性动物,动物活动与光照强度,小时,植物光

10、合作用的昼夜变化,实验室恒定条件下生物的节律,鸟类节律,植物开花对日照长度的反应,长日照植物：萝卜、菠菜、小麦、凤仙花、牛蒡等 短日照植物：玉米、高粱、水稻、棉花、牵牛等 中日照植物：甘蔗等少数热带植物 日中性植物：蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄,生物对温度适应,温度与动物类型 温度对生物的影响 生物对极端环境温度的适应 生物对低温的适应 生物对高温的适应 生物对周期性变温的适应 物种分布与环境温度,温度与动物类型,常温动物 变温动物 外温动物 内温动物,温度对生物的影响,酶反应速率与温度域 生物发育和生长速度 驯化和气候驯化,酶反应速率与温度域,温度系数Q10 ：描述代谢速率随温度增加 高温对生

11、物的伤害 高温的伤害：蛋白质(酶失活)变性、植物体脱水 不同物种对高温的耐受性不同 低温对生物的伤害 低温的伤害：冻害（小于-1摄氏度）、冷害（0） 不同物种对低温的耐受性不同 生物的抗寒锻炼,不同物种对高温的耐受性,水生植物：3040 旱生植物：5060 兽类：42 鸟类：4648 爬行类：45,生物发育和生长速度,发育阈温度(生物学零度 C) 总积温(有效积温)：K=N(T-C) 发育历期和发育速率,驯化和气候驯化,春化 ：植物在发芽前需要一个寒冷期，由低温诱导开花 驯化和气候驯化 概念和过程:内温动物经过低温的锻炼后，其代谢产热水平会比在温暖环境中高，分在实验中与在自然中 生物对环境的适

12、应 生态适应和基因变异,生物对低温的适应,植物 形态结构：叶油脂、牙鳞片、树干短小、匍匐状，树皮坚厚 生理适应：细胞内物质含量变化(水分、糖类、脂肪、色素) 动物 适用对策：逃避对策和抵抗对策 形态：伯格曼规律、阿仑规律、毛、皮结构、脂肪层 生理：基础代谢和非颤抖性产热(褐色脂肪组织)，身体异温热交换器、冬眠(包括内温和外温动物)、冬睡、滞育等 行为：迁徙、集群、活动位置、利用小环境,逆流热量交换器模型,伯格曼规律,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

13、较少，在进化选择中是有利的。,阿仑规律,内容：在寒冷地区生活的哺乳动物的四肢、耳、鼻、尾均有明显缩短的趋势。 原因：寒冷地区对哺乳动物的主要生态问题是保持体温，躯体突出部分缩短可减少散热，对动物在环境中竞争显然是有利的。,生物对高温的适应,植物 形态适应：叶密绒毛和鳞片、白或银百色、竖直排列 生理适应：细胞含水量(糖/盐浓度、代谢强度) 、蒸腾 动物 形态适应：毛皮有光泽和颜色变浅 生理适应：体温升高、汗蒸发、身体异温（脑） 行为适应：栖居地点（土壤中的动物）、活动时间、夏眠,生物对周期性变温的适应,生物与昼夜变温 昆虫的发育历期 植物的产量与品质 动物的活动规律 生物与季节变温 植物春花秋实 动植物的年轮 动物休眠、换毛换羽、迁徙、回游、繁殖季节,物种分布与环境温