贝格曼规律-生态学精品课程课件.ppt

1、1云南大学生命科学学院云南大学生命科学学院 普通生态学普通生态学(2)2第二章第二章 能量环境能量环境2.1 2.1 地球上的能量类型地球上的能量类型2.2 2.2 地球上光及温度的分布地球上光及温度的分布2.3 2.3 生物对光的适应生物对光的适应2.4 2.4 生物对温度的适应生物对温度的适应32.1 2.1 地球上的能量类型地球上的能量类型2.1.1 2.1.1 太阳能，光能太阳能，光能2.1.2 2.1.2 地热能地热能2.1.3 2.1.3 风能风能2.1.4 2.1.4 化学能化学能2.1.5 2.1.5 有机物中包含的化学能有机物中包含的化学能2.1.6 2.1.6 其他能量其他

2、能量问题：生物可以利用那些能量？问题：生物可以利用那些能量？42.2 地球上光及温度的分布地球上光及温度的分布2.2.1 地球上光的分布地球上光的分布 太阳辐射及其光谱组成太阳辐射及其光谱组成 地球上光的分布规律地球上光的分布规律2.2.2 地球上温度的分布地球上温度的分布 大气温度的分布与变化大气温度的分布与变化 土壤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水体温度的分布与变化5500 1000 2000 3000 500 1000 2000 3000 40004000可可见见光光红红外外线线紫紫外外线线波长波长nmnm能能流流强强度度 紫外光：波长760nm，46%6影响

3、太阳辐射的因素和光的分布规律影响太阳辐射的因素和光的分布规律 影响影响地表太阳辐射地表太阳辐射的因素的因素 大气圈，太阳高度角，纬度和季节，海拔、坡度和坡向大气圈，太阳高度角，纬度和季节，海拔、坡度和坡向 光质光质(光谱成分光谱成分)低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多 夏季、中午短波光多，冬季、早晚长波光多夏季、中午短波光多，冬季、早晚长波光多 日照时间日照时间 夏季昼长夜短、冬季昼短夜长夏季昼长夜短、冬季昼短夜长 纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜 光照强度光照强度 低海拔、高纬度光照强度弱，高海

4、拔、低纬度光照强度大低海拔、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、早晚光照强度弱夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱(北半球北半球)南坡光照强度大，北坡光照强度弱南坡光照强度大，北坡光照强度弱78春春秋秋夏夏冬冬秋秋春春冬冬夏夏The seasons in the Northern and Southern Hemispheres910203035404550102030354045505045403530201018171615141312111096789101112131415光光期期 hr暗暗期期 hr2 4 6 8 10 12M10地表大气温度

5、的分布与变化地表大气温度的分布与变化 空间分布与变化空间分布与变化 纬度升高纬度升高1，气温降低，气温降低0.5 沿海地区气温变化小，内陆地区变化大沿海地区气温变化小，内陆地区变化大 南坡气温较北坡高，海拔升高南坡气温较北坡高，海拔升高100m，气温降低，气温降低0.61 逆温现象逆温现象 时间变化时间变化 日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加 年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大11土壤温度的分布与变化土壤温度的分布与变化 土壤温度与气温相关土壤温度与气温相关 土壤温度变化与深度有关土壤温度变化与深度

6、有关 土壤温度变化时间较气温滞后，且与深度有关土壤温度变化时间较气温滞后，且与深度有关 温度变化周期与深度相关温度变化周期与深度相关 土壤温度的年变化与纬度、海拔有关土壤温度的年变化与纬度、海拔有关12土壤与空气温度变化比较土壤与空气温度变化比较13水体温度的分布与变化水体温度的分布与变化 水温的时间变化水温的时间变化 变化幅度较气温小变化幅度较气温小 不同深度水体的日变化不同深度水体的日变化 不同深度水体的年变化不同深度水体的年变化 水温的成层现象水温的成层现象 水温分层：上湖层、斜温层水温分层：上湖层、斜温层(温梯层温梯层)和下湖层和下湖层 春季环流和秋季环流春季环流和秋季环流 低纬度地区

7、：雨季和干季低纬度地区：雨季和干季 海洋：低纬度水域、中纬度水域海洋：低纬度水域、中纬度水域14温带深水湖水温垂直变化温带深水湖水温垂直变化152.3 生物对光的适应生物对光的适应2.3.1 光质的生态作用和生物的适应光质的生态作用和生物的适应 光质的生态作用光质的生态作用 生物对光质的适应生物对光质的适应2.3.2 光照强度的生态作用和生物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光照强度的生态作用 植物对光照强度的适应植物对光照强度的适应 动物对光照强度的适应动物对光照强度的适应2.3.3 生物对光周期的适应生物对光周期的适应 生物的昼夜节律生物的昼夜节律 生物的光周期现象生

8、物的光周期现象16光质的生态作用光质的生态作用 叶绿素的吸收光谱叶绿素的吸收光谱 蓝紫光：蓝紫光：430450nm 红光：红光：640660nm 不同光质的作用不同光质的作用 蓝紫光：促进蛋白质的合成蓝紫光：促进蛋白质的合成 红光：促进糖的合成红光：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，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，促进维生素紫外线能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素D的的合成合成 红外线是地表的基本热源，对外温动物的体温调节和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

9、决定性作用能量代谢有决定性作用17 生物对光质的适应生物对光质的适应 太阳鱼视力的灵敏峰值为太阳鱼视力的灵敏峰值为500530nm 绿色植物和绿藻、红藻、褐藻和硅藻光合色绿色植物和绿藻、红藻、褐藻和硅藻光合色素的差异素的差异 高山植物含花青素、页面缩小、毛绒发达高山植物含花青素、页面缩小、毛绒发达18 光照强度的生态作用光照强度的生态作用 影响动物的生长发育影响动物的生长发育 影响动物的体色影响动物的体色 影响植物叶绿素的形成影响植物叶绿素的形成 黄化现象黄化现象 影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和分化生长和分化 影响植物花果的数量和质量影响植物花果

10、的数量和质量19 植物对光照强度的适应植物对光照强度的适应 植物的向光性植物的向光性 植物秋季落叶植物秋季落叶 C3植物和植物和C4植物植物 光合能力光合能力 阳地植物和阴地植物、耐阴植物阳地植物和阴地植物、耐阴植物 生理差异生理差异 形态差异形态差异20动物对光照强度的适应动物对光照强度的适应依活动时间的动物分类依活动时间的动物分类动物开始活动的时间动物开始活动的时间21生物对光周期的适应生物对光周期的适应 生物的昼夜节律生物的昼夜节律 光的周期性光的周期性 生物的昼夜节律生物的昼夜节律 外源性周期和内源性周期外源性周期和内源性周期 生物的光周期现象生物的光周期现象 植物的光周期现象植物的光

11、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、抗性选育、异地种植植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植 动物的光周期现象动物的光周期现象 动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义 昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期22实验室恒定条件下生物的节律实验室恒定条件下生物的节律23鸟类节律鸟类节律24植物开花对日照长度的反应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、牛蒡等长日照植物：萝卜、菠菜、小麦、凤仙花、牛

12、蒡等 短日照植物：玉米、高粱、水稻、棉花、牵牛等短日照植物：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、番茄日中性植物：蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄 252.4 生物对温度适应生物对温度适应2.4.1 温度与动物类型温度与动物类型2.4.2 温度对生物的影响温度对生物的影响2.4.3 生物对极端环境温度的适应生物对极端环境温度的适应 生物对低温的适应生物对低温的适应 生物对高温的适应生物对高温的适应2.4.4 生物对周期性变温的适应生物对周期性变温的适应2.4.5 物种分布与环境温度物种分布与环境温度26 温度与

13、动物类型温度与动物类型 常温动物常温动物 变温动物变温动物 外温动物外温动物 内温动物内温动物27 温度对生物的影响温度对生物的影响 酶反应速率与温度域酶反应速率与温度域 生物发育和生长速度生物发育和生长速度 驯化和气候驯化驯化和气候驯化28 酶反应速率与温度域酶反应速率与温度域 温度系数温度系数Q10 高温对生物的伤害高温对生物的伤害 高温的伤害：蛋白质高温的伤害：蛋白质(酶酶)变性、有机体脱水变性、有机体脱水 不同物种对高温的耐受性不同不同物种对高温的耐受性不同 低温对生物的伤害低温对生物的伤害 低温的伤害：冻害（低温的伤害：冻害（freeze injury）、冷害）、冷害(chillin

14、g injury)不同物种对低温的耐受性不同不同物种对低温的耐受性不同 生物的抗寒锻炼生物的抗寒锻炼29生物发育和生长速度生物发育和生长速度发育阈温度发育阈温度(生物学零度生物学零度)总积温总积温(有效积温有效积温)：K=N(T-C)发育历期和发育速率发育历期和发育速率30 驯化和气候驯化驯化和气候驯化 春化春化 (vernalization(vernalization)：植物在发芽前需要一个寒冷植物在发芽前需要一个寒冷期，由低温诱导开花。期，由低温诱导开花。驯化驯化 (acclimation)(acclimation)和气候驯化和气候驯化 (acclimatization)(acclimat

15、ization)概念和过程概念和过程生物对环境的适应生物对环境的适应生态适应和基因变异生态适应和基因变异31 生物对低温的适应生物对低温的适应 植物植物形态结构：油脂、鳞片、短小、匍匐状，厚皮形态结构：油脂、鳞片、短小、匍匐状，厚皮生理适应：细胞内物质含量变化生理适应：细胞内物质含量变化(糖类、脂肪糖类、脂肪)动物动物形态：形态：贝格曼规律贝格曼规律、阿仑规律阿仑规律、毛、皮结构、毛、皮结构、脂肪层脂肪层生理：基础代谢和非颤抖性产热生理：基础代谢和非颤抖性产热(褐色脂肪褐色脂肪)，身，身体异温，水生哺乳动物的乳汁构成、热交换器等体异温，水生哺乳动物的乳汁构成、热交换器等行为：迁徙、冬眠、冬睡、

16、滞育、集群、活动行为：迁徙、冬眠、冬睡、滞育、集群、活动位置位置32 生物对高温的适应生物对高温的适应 植物植物 形态适应：叶片毛、鳞片、颜色、排列形态适应：叶片毛、鳞片、颜色、排列 生理适应：细胞含水量生理适应：细胞含水量(糖糖/盐浓度、代谢强度盐浓度、代谢强度)动物动物 形态适应：毛皮性质和颜色形态适应：毛皮性质和颜色 生理适应：体温过热生理适应：体温过热 行为适应：栖居地点、活动时间行为适应：栖居地点、活动时间33生物对周期性变温的适应生物对周期性变温的适应 生物与昼夜变温生物与昼夜变温 昆虫的发育历期昆虫的发育历期 植物的产量与品质植物的产量与品质 动物的活动规律动物的活动规律 生物与

17、季节变温生物与季节变温 植物春花秋实植物春花秋实 动物休眠、换毛换羽、迁徙、回游、繁殖季动物休眠、换毛换羽、迁徙、回游、繁殖季节节34 物种分布与环境温度物种分布与环境温度 生物群落分布与温度带生物群落分布与温度带 低温的限制作用低温的限制作用致死致死 高温的限制作用高温的限制作用春化春化 温度与其它生态因子的综合作用温度与其它生态因子的综合作用35蓝蓝紫紫绿绿橙橙紅紅红外线红外线400 500 600 700波长波长nm相相对对吸吸收收叶绿素叶绿素的吸收光谱的吸收光谱360 1 2 3 4 5 6 7 8 95040302010C4C3光强度光强度/Jm m-1-1g g-1-1CO2摄取摄

18、取/mgco2dm-2h-1 光合作用与光照强度的关系光合作用与光照强度的关系高粱高粱玉米玉米小麦小麦阳草阳草水青冈水青冈阴草阴草37阴地植物与阳地植物对光照强度的适应阴地植物与阳地植物对光照强度的适应38小时小时植物光合作用的昼夜变化植物光合作用的昼夜变化39 不同物种对高温的耐受性不同物种对高温的耐受性 水生植物：水生植物：3040 旱生植物：旱生植物：5060 兽类：兽类：42 鸟类：鸟类：4648 爬行类：爬行类：4540贝格曼规律贝格曼规律 (Bergmanns rule)(Bergmanns rule)内容内容：高纬度的恒温动物比低纬度的高纬度的恒温动物比低纬度的 相似种类个体要大

19、，如东北虎相似种类个体要大，如东北虎 大于华南虎。大于华南虎。原因原因：一般认为，动物个体大则相同一般认为，动物个体大则相同 质量所对应的体表面积就小，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体表散热所损失的能量相对较 少，在进化选择中是有利的。少，在进化选择中是有利的。41阿仑规律阿仑规律(Allens rule)内容：在寒冷地区生活的哺乳动物的四肢、耳、鼻、尾均有内容：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。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。然是有利的。42