生态学3生态系统中的生物与环境课件.ppt

1、3 3 生态系统中的生物与环境生态系统中的生物与环境3 生态系统中的生物与环境生态系统中的生物与环境3.1 生物与环境的基本概念生物与环境的基本概念3.2 生态作用的基本规律生态作用的基本规律3.3 生态适应的基本规律生态适应的基本规律3.4 生态因子对生物的影响及生物的适应生态因子对生物的影响及生物的适应3.5 生物的生态反作用生物的生态反作用3.1 生物与环境的基本概念生物与环境的基本概念3.1.1 生物种与个体生态学生物种与个体生态学3.1.2 环境与生态因子环境与生态因子3.1.3 生物与环境的基本关系生物与环境的基本关系3.1.1 生物种与个体生态学生物种与个体生态学1)物种（物种（

2、species）是指一类生物个体的集合，其中的个体之间是指一类生物个体的集合，其中的个体之间在自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正在自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正常后代个体。物种是自然界中的一个基本进化单常后代个体。物种是自然界中的一个基本进化单位和功能单位。位和功能单位。2)个体生态学（个体生态学（Anecology）是以生物个体及栖息地为研究对象，研究栖息地是以生物个体及栖息地为研究对象，研究栖息地环境因子对生物的影响及生物对栖息地的适应和生环境因子对生物的影响及生物对栖息地的适应和生态适应的形态、生理及生化机制。态适应的形态、生理及生化机制。由于个体生态学涉及生物个体的生活

3、及生物种由于个体生态学涉及生物个体的生活及生物种的生存和进化，所以可定义个体生态学是研究生物的生存和进化，所以可定义个体生态学是研究生物个体发育个体发育(Individual development)、系统发育、系统发育(Systematic development)及其与环境关系的生态及其与环境关系的生态学分支。学分支。个体发育与系统发育个体发育与系统发育适者生存适者生存3.1.2 环境与生态因子环境与生态因子1）环境的概念）环境的概念 广义的环境（广义的环境（environment）是指某一主体周围）是指某一主体周围一切事物的总和。一切事物的总和。在生态学中，环境是指生物的栖息地。生物是环

4、境在生态学中，环境是指生物的栖息地。生物是环境的主体。的主体。环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存与活动的及直接、间接影响该生物体或生物群体生存与活动的外部条件的的总和。外部条件的的总和。2）环境的类型）环境的类型（1）按环境的主体分：）按环境的主体分：以人为主体的人类环境，以人为主体的人类环境，以生物为主的生物环境。以生物为主的生物环境。（2）按环境性质分：）按环境性质分：自然环境，半自然环境，社会环境。自然环境，半自然环境，社会环境。（3）按人类对环境的影响分：）按人类对环境的影响分：原生环境（自然

5、环境），原生环境（自然环境），次生环境（半自然环境和人工环境）。次生环境（半自然环境和人工环境）。（4）按环境范围大小分：）按环境范围大小分：宇宙环境（星际环境），地球环境，宇宙环境（星际环境），地球环境，区域环境，微环境，内环境区域环境，微环境，内环境。微环境微环境内环境内环境区域环境区域环境地球环境地球环境宇宙环境宇宙环境不同等级生命体系的环境不同等级生命体系的环境3）生态因子的概念）生态因子的概念l构成环境的各要素称为环境因子。构成环境的各要素称为环境因子。l环境因子中一切对生物的生长、发育、生殖、行为和分环境因子中一切对生物的生长、发育、生殖、行为和分 布有直接或间接影响的因子则称为生

6、态因子（布有直接或间接影响的因子则称为生态因子（Ecological factor）。）。l生态因子中生物生存不可缺少的因子成为生物的生存因生态因子中生物生存不可缺少的因子成为生物的生存因 子（或生存条件、生活条件）。子（或生存条件、生活条件）。l所有的生态因子综合作用构成生物的生态环境所有的生态因子综合作用构成生物的生态环境 （Ecological environment）。）。l具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响 下的次生环境统称为生境（下的次生环境统称为生境（Habitat）。）。l环境因子、生态因子、生存因子是既有联系，又有

7、区别环境因子、生态因子、生存因子是既有联系，又有区别 的概念。的概念。4）生态因子的类型）生态因子的类型(1)气候因子气候因子(Climatic factors)，如光、温、湿度、降水量和大气运，如光、温、湿度、降水量和大气运 动等因子。动等因子。(2)土壤因子土壤因子(Edaphic factors)，主要指土壤物理、化学性，主要指土壤物理、化学性 质、营养质、营养 状况等，如土壤的深度、质地、拇指、容重、孔隙度、状况等，如土壤的深度、质地、拇指、容重、孔隙度、pH、盐碱度、肥力等。、盐碱度、肥力等。(3)地形因子地形因子(Topographic factors)，指地表特征，如地形起伏、海

8、，指地表特征，如地形起伏、海 拔、山脉、坡度、坡向高度等地貌特征。拔、山脉、坡度、坡向高度等地貌特征。(4)生物因子生物因子(Biotic factors)，指生物之间的相互关系，如种群结，指生物之间的相互关系，如种群结 构、密度、竞争、捕食、共生、寄生等。构、密度、竞争、捕食、共生、寄生等。(5)人为因子人为因子(Anthropogenic factors)，即指人类活动对生物和环境，即指人类活动对生物和环境 的影响。的影响。5）生态因子的类型）生态因子的类型美国生态学家将环境因子分为美国生态学家将环境因子分为3 3大类：大类：气候类；气候类；土壤类；土壤类；生物类。生物类。这三大类可归结为

9、这三大类可归结为7 7个并列的项目：个并列的项目：土壤、水分、温度、光照、大气、火、生物。土壤、水分、温度、光照、大气、火、生物。6）生态因子的类型）生态因子的类型(1)(1)第一周期性因素第一周期性因素，是指由地球自转或公转及月相变化形成的，是指由地球自转或公转及月相变化形成的 光、温、潮汐的日、月、季节、年的周期性变化。光、温、潮汐的日、月、季节、年的周期性变化。(2)(2)次生性周期因素，次生性周期因素，取决于第一周期性因素，如太阳辐射和温度取决于第一周期性因素，如太阳辐射和温度 周期性变化导致大气湿度、降水量周期性变化。周期性变化导致大气湿度、降水量周期性变化。(3)(3)非周期性因素

10、，非周期性因素，指突发性或间断性出现的因素，如暴雨、山指突发性或间断性出现的因素，如暴雨、山 洪、冰雹、蝗灾及火山喷发、地震、地外物体撞击等突发洪、冰雹、蝗灾及火山喷发、地震、地外物体撞击等突发 性灾难，生物对这类因素很难形成适应性。性灾难，生物对这类因素很难形成适应性。3.1.3 生物与环境的基本关系生物与环境的基本关系1）基本概念）基本概念 环境对生命系统的影响称为环境对生命系统的影响称为生态作用生态作用(Ecological action)；生命系统改变其自身的结构与过程一边与其生存环境相协调的生命系统改变其自身的结构与过程一边与其生存环境相协调的过程称为过程称为生态适应生态适应(Eco

11、logical adaptation)；而生物反过来对环境的影响和改变称为而生物反过来对环境的影响和改变称为生态反作用生态反作用(Ecological reaction)。2）生态作用）生态作用(1)(1)因子的质：因子的质：指因子的状态是否对生物有意义。指因子的状态是否对生物有意义。(2)(2)因子的量：因子的量：在因子的质对生物有意义的前提下，因子对生物在因子的质对生物有意义的前提下，因子对生物 的作用程度随其量的变化而变化。的作用程度随其量的变化而变化。(3)(3)因子的持续时间：因子的持续时间：在质和量的基础上，环境因子对生物的作在质和量的基础上，环境因子对生物的作 用必须有一定的持续

12、时间才能对生物起作用，使生物做用必须有一定的持续时间才能对生物起作用，使生物做 出响应。出响应。3）生态适应）生态适应 生物随着环境生态因子变化而改变自身形态、结构和生理生化特性，生物随着环境生态因子变化而改变自身形态、结构和生理生化特性，以便于环境相适应的过程。以便于环境相适应的过程。生态适应是在长期自然选择过程中形成的。不同种类的生物长期生生态适应是在长期自然选择过程中形成的。不同种类的生物长期生活在相同环境条件下时，会形成相同生活类型，它们的外形特征和生活在相同环境条件下时，会形成相同生活类型，它们的外形特征和生理特性具有相似性，这种适应性变化称为理特性具有相似性，这种适应性变化称为趋同

13、适应趋同适应。例如在湿热带，。例如在湿热带，许多不同科的木本植物具有柱状茎和板状根。具有缠绕茎的藤本植物许多不同科的木本植物具有柱状茎和板状根。具有缠绕茎的藤本植物也包括了在分类学上十分不同的许多植物种。高山和北极地带的垫状也包括了在分类学上十分不同的许多植物种。高山和北极地带的垫状植物包括亲缘关系很远的种类。此外，同种生物如长期生活在不同条植物包括亲缘关系很远的种类。此外，同种生物如长期生活在不同条件下，它们为了适应所在的环境，会在外形、习性和生理特性方面表件下，它们为了适应所在的环境，会在外形、习性和生理特性方面表现出明显差别，这种适应性变化被称为现出明显差别，这种适应性变化被称为趋异适应

14、趋异适应。如蓖麻在我国北方。如蓖麻在我国北方是一年生的高度草本植物，而在南方却呈树状的多年生植物。是一年生的高度草本植物，而在南方却呈树状的多年生植物。老榕树老榕树4）生态反作用与）生态反作用与Gaia假说假说 Gaia（盖亚）假说：（盖亚）假说：即地球生命体和非生命体形成了一个可互相即地球生命体和非生命体形成了一个可互相作用的复杂系统。作用的复杂系统。生命系统在其生命活动中对环境也起着改造作用，如植物的生长生命系统在其生命活动中对环境也起着改造作用，如植物的生长使岩石碎屑形成土壤；生命活动也使池塘变浅直至填平；植物的光使岩石碎屑形成土壤；生命活动也使池塘变浅直至填平；植物的光合作用使地球古大

15、气从缺氧变成富氧状态等。合作用使地球古大气从缺氧变成富氧状态等。地球大气的化学成分、温度和氧化状态受天文的、生物的或其地球大气的化学成分、温度和氧化状态受天文的、生物的或其他的干扰而发生变化，产生偏离，生物通过改变其生长和代谢，如他的干扰而发生变化，产生偏离，生物通过改变其生长和代谢，如光合作用吸收二氧化碳释放出氧气，呼吸作用吸收氧气释放出二氧光合作用吸收二氧化碳释放出氧气，呼吸作用吸收氧气释放出二氧化碳，还有排泄废物、分解等，对偏离做出反应，缓和地球表面的化碳，还有排泄废物、分解等，对偏离做出反应，缓和地球表面的这些变化。这些变化。盖亚假说至少包含盖亚假说至少包含5 个层次的含义：个层次的含

16、义：一是认为地球一是认为地球上的各种生物有效地调节着大气的温度和化学构成；上的各种生物有效地调节着大气的温度和化学构成；二是地球上的各种生物体影响生物环境，而环境又反二是地球上的各种生物体影响生物环境，而环境又反过来影响达尔文的生物进化过程，两者共同进化；三过来影响达尔文的生物进化过程，两者共同进化；三是各种生物与自然界之间主要由负反馈环连接，从而是各种生物与自然界之间主要由负反馈环连接，从而保持地球生态的稳定状态；四是认为大气能保持在稳保持地球生态的稳定状态；四是认为大气能保持在稳定状态不仅取决于生物圈，而且在一定意义上为了生定状态不仅取决于生物圈，而且在一定意义上为了生物圈；五是认为各种生

17、物调节其物质环境，以便创造物圈；五是认为各种生物调节其物质环境，以便创造各类生物优化的生存条件。前两层被称为弱盖亚学说，各类生物优化的生存条件。前两层被称为弱盖亚学说，后三层为强盖亚学说。后三层为强盖亚学说。Gaia假说的生态学意义假说的生态学意义 自工业革命以来，热带雨林，对于调节气候、自工业革命以来，热带雨林，对于调节气候、维持空气维持空气O O2 2和和COCO2 2的平衡、保持水土的作用减少，的平衡、保持水土的作用减少，调节能力的减弱。目前大气调节能力的减弱。目前大气COCO2 2浓度的升高，一浓度的升高，一方面与大量燃烧化石燃料有关，另一方面森林面方面与大量燃烧化石燃料有关，另一方面

18、森林面积的急剧减小也是一个重要因素。积的急剧减小也是一个重要因素。3.2 生态作用的基本规律生态作用的基本规律3.2.1 限制因子定律限制因子定律3.2.2 生态因子综合作用定律生态因子综合作用定律3.2.3生态因子的时空变化规律生态因子的时空变化规律3.2.1 限制因子定律限制因子定律 李比希李比希(Von Liebig),德国化学家德国化学家,现代植物矿质营养学说的奠基现代植物矿质营养学说的奠基人。该学说作为化肥工业的理论基础，为农业生产力的发展起了巨人。该学说作为化肥工业的理论基础，为农业生产力的发展起了巨大推动作用。大推动作用。最小养分律说明作物产量受数量最少的养分控制。最小养分律说明

19、作物产量受数量最少的养分控制。3.2.2 生态因子综合作用定律生态因子综合作用定律1）生态因子的综合作用）生态因子的综合作用2）生态因子的交互作用）生态因子的交互作用3）生态因子作用的主次）生态因子作用的主次4）直接作用和间接作用）直接作用和间接作用5）生态因子的阶段性作用）生态因子的阶段性作用6）不可代替性和补偿作用）不可代替性和补偿作用1）生态因子的综合作用）生态因子的综合作用 一个地区湿润程度，不只决定于降水量一个因素，一个地区湿润程度，不只决定于降水量一个因素，而是主气象因素相互作用的综合效应。湿润程度决定而是主气象因素相互作用的综合效应。湿润程度决定于水分收入（降水）和水分支出（蒸发

20、、蒸腾、径流于水分收入（降水）和水分支出（蒸发、蒸腾、径流和渗漏等）。而蒸散是太阳辐射、温度、大气相对湿和渗漏等）。而蒸散是太阳辐射、温度、大气相对湿度、风速以及地表复盖等诸因素综合作用的结果。度、风速以及地表复盖等诸因素综合作用的结果。0.16(Ktr活动积温）（干燥度）（降水）秧苗秧苗病菌病菌温度温度水水湿度湿度养分养分EhpH光照光照颜色深浅表示因子的重要程度；直接作用间接作用2）因子的主次作用）因子的主次作用3）因子的交互作用）因子的交互作用在光照、土壤湿度和肥料同时影响下在光照、土壤湿度和肥料同时影响下 春黑麦的产量变化春黑麦的产量变化 吸收二氧化碳（mg/g鲜重.min）二氧化碳质

21、量浓度（mg/L）植物光合作用中光照强度与二氧化碳的相互补偿作用植物光合作用中光照强度与二氧化碳的相互补偿作用4）同等重要不可替代和补偿作用）同等重要不可替代和补偿作用5）因子的间接互作用）因子的间接互作用地形对气候因子重新分布的影响示意图地形对气候因子重新分布的影响示意图3）因子的阶段作用）因子的阶段作用玉米不同生长阶段对水分和温度的要求玉米不同生长阶段对水分和温度的要求发育阶段适宜土壤持水量（%）适宜温度（）播种至出苗60-7028-35苗期60-7015-20拔节至抽穗78-8022-24花期8026-27灌浆至成熟7022-243.2.3生态因子的时空变化规律生态因子的时空变化规律1）

22、生态因子的纬向递变性）生态因子的纬向递变性2）生态因子的经向递变性）生态因子的经向递变性3）生态因子的垂直递变性）生态因子的垂直递变性4）生态因子非地带性变化）生态因子非地带性变化 （生态因子的地形变化）（生态因子的地形变化）1）生态因子的纬向递变性）生态因子的纬向递变性南热带中温带南温带北亚热带中亚热带南亚热带北热带中热带北温带南南北北热带雨林亚热带常绿阔叶林温带落叶林寒温带针叶林生态因子的纬向递变性与植被生态因子的纬向递变性与植被 热带雨林热带雨林亚热带常绿阔叶林亚热带常绿阔叶林温带落叶林温带落叶林寒温带针叶林寒温带针叶林生态因子的纬向递变性与土壤生态因子的纬向递变性与土壤 l 自北向南的

23、突然个分部顺序大致为：自北向南的突然个分部顺序大致为：冰沼土、灰化土、生草灰冰沼土、灰化土、生草灰 化土、灰色森林土、黑土、栗钙土和荒漠土；化土、灰色森林土、黑土、栗钙土和荒漠土；l 我国东部和东南沿海由于季风气候的影响，自北向南土壤分布我国东部和东南沿海由于季风气候的影响，自北向南土壤分布 为：为：灰棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤、黄褐土、黄壤、红壤和灰棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤、黄褐土、黄壤、红壤和 砖红壤。砖红壤。l 动物的种群分布也存在明显地带性。动物的种群分布也存在明显地带性。中国土壤发生分类主要土壤分布图中国土壤发生分类主要土壤分布图 中国土壤系统分类主要土纲分布模式中国土壤系统分类主要土

24、纲分布模式 三大土壤区域三大土壤区域1616个土壤地区个土壤地区2）生态因子的经向递变性）生态因子的经向递变性经度（东经）80-9090-1001 00-110 110-120120-125125-130代表地区及分界线准噶尔盆地马鬃山阿拉善高原内蒙古高原东北平原长白山脉年降水量（mm）100-12050-80100-120250-350400-500600-1000区域干旱区极端干旱区干旱区干旱区半湿润区湿润区植被半荒漠、荒漠荒漠、裸露荒漠半荒漠、荒漠草原森林草原森林土壤灰棕漠土棕漠土灰棕漠土灰漠土栗钙土淡栗钙土黑钙土暗栗钙土暗棕壤生态因子的经向递变性与植被生态因子的经向递变性与植被叶落林叶

25、落林有刺林有刺林有刺有刺灌木灌木荒漠荒漠灌丛灌丛海拔海拔 纬向纬向山体气候垂直带与植被、土壤分布山体气候垂直带与植被、土壤分布3）生态因子的垂直递变性）生态因子的垂直递变性 秦岭土壤垂直分布(Soil Vertical Distribution of Qinling)高山草甸土 亚高山草甸森林土 暗棕壤暗棕壤棕壤棕壤黄棕壤黄褐土褐土南坡南坡北坡北坡棕壤剖面针阔混交林秦岭北坡（太白山：北纬34）褐土（侧柏林及耐旱性落叶阔叶林：600-1000m）棕壤（栎林：1000-1500m,松栎林：1500-2200m）暗棕壤（红桦林2200-2700m，冷杉林2700-3100m）亚高山草甸森林土（落叶松

26、疏林：3100-3500m）高山草甸土（高山灌丛草甸：3500-3767m）秦岭南坡（太白山：北纬34）黄褐土（600-820m）黄棕壤（栓皮栎林：820-1300m）棕壤（松栎林：1300-2200m）暗棕壤（红桦林：2200-2600m，冷杉林：2600-3000m）亚高山草甸森林土（落叶松疏林：3000-3350m）高山草甸土（高山灌丛草甸：3350-3767m）4）生态因子非地带性变化）生态因子非地带性变化冷空气下沉山谷、暖空气带抬升产生的逆温现象冷空气下沉山谷、暖空气带抬升产生的逆温现象 生态因子非地带性与植被分布生态因子非地带性与植被分布生态因子受生物群落影响的非地带性变化生态因子

27、受生物群落影响的非地带性变化高度/in温度/不同玉米群体内不同垂直高度中午时刻的温度梯度变化不同玉米群体内不同垂直高度中午时刻的温度梯度变化3.3 生态适应的基本规律生态适应的基本规律3.3.1 生物的耐受性生物的耐受性3.3.2 胁迫与生态适应胁迫与生态适应3.3.3 生态适应方式与机制生态适应方式与机制3.3.4 生态适应与生物进化生态适应与生物进化3.3.1 生物的耐受性生物的耐受性1）耐性定律）耐性定律生物种的耐受性限度图解（仿生物种的耐受性限度图解（仿Smith,1980Smith,1980）生理受抑制生理受抑制不能耐受不能耐受不能耐受区不能耐受区 生理受抑制生理受抑制耐受性下限耐受

28、性下限种种群群数数量量低低种群消失种群消失数量很低数量很低数量很低数量很低种群消失种群消失耐受性上限耐受性上限高高最适区最适区环境梯度环境梯度数量最高数量最高耐受性下限耐受性下限种种群群数数量量没有生物没有生物生物不多生物不多耐受性上限耐受性上限生理紧张带生理紧张带环境梯度环境梯度分布中心分布中心生物最多生物最多不能忍受带不能忍受带生物不多生物不多不能忍受带不能忍受带2）耐性的变化）耐性的变化(1)(1)不同生物的耐性不同不同生物的耐性不同(2)(2)同一生物不同时期的耐性不同同一生物不同时期的耐性不同(3)(3)对不同因子的耐性无可比性对不同因子的耐性无可比性(4)(4)不同因子的耐性可相互

29、影响不同因子的耐性可相互影响(5)(5)生物的耐性可人为改变（驯化）生物的耐性可人为改变（驯化）耐性受其它因子的影响耐性受其它因子的影响两个因子相互作用对生物耐性范围的影响两个因子相互作用对生物耐性范围的影响 相对湿度生长生长量量温度温度10203040在18驯化在32驯化金鱼在两种不同温度下锻炼后的耐性变化金鱼在两种不同温度下锻炼后的耐性变化3）生态幅（）生态幅（Ecology amplitute）定义：每个种对环境因子适应范围的大小。定义：每个种对环境因子适应范围的大小。l 窄食性窄食性(Stenophagic)、广食性、广食性(Euryphagic)l 窄温性窄温性(Stenotherm

30、al)、广温性、广温性(Eurythermal)l 窄水性窄水性(Stenohydric)、广水性、广水性(Euryhydric)l 窄盐性窄盐性(Stenohaline)、广盐性、广盐性(Euryhaline)l 窄栖性窄栖性(Stenokecious)、广栖性、广栖性(Euryoecious)。窄温性与广温性生物的生态幅窄温性与广温性生物的生态幅 狭光与广光动物狭光与广光动物4)生物的耐性机制生物的耐性机制l 实际耐性比潜在耐性要窄；实际耐性比潜在耐性要窄；l 维持一定的耐性需要消耗代谢能；维持一定的耐性需要消耗代谢能；l 适应极端环境时，为提高对某一因子的忍适应极端环境时，为提高对某一因

31、子的忍 耐要牺牲对其他因子的耐性；耐要牺牲对其他因子的耐性；l 通过内稳态可提高耐性；通过内稳态可提高耐性；l 休眠可躲避不利因子而间接提高耐性。休眠可躲避不利因子而间接提高耐性。3.3.2 胁迫与生态适应胁迫与生态适应1）胁迫）胁迫 自然界中的生物并非都在环境因子的最适自然界中的生物并非都在环境因子的最适范围内生存，在适宜区之外到最低点或最高点范围内生存，在适宜区之外到最低点或最高点之间的区域称为耐受区，此时生命活动要遭受之间的区域称为耐受区，此时生命活动要遭受一定程度的限制，即胁迫一定程度的限制，即胁迫(stress)。2）环境胁迫与生物体响应过程）环境胁迫与生物体响应过程(1)(1)预警

32、阶段；预警阶段；(2)(2)抗性阶段；抗性阶段；(3)(3)耗尽阶段；耗尽阶段；(4)(4)再生阶段；再生阶段；3）胁迫下个体的反应与存活）胁迫下个体的反应与存活 生物体如果能够防止胁迫，或者其最易受生物体如果能够防止胁迫，或者其最易受伤害和不可缺少的器官的胁迫抗性足够强，或伤害和不可缺少的器官的胁迫抗性足够强，或有恢复能力足以修复损伤的话，那么该个体在有恢复能力足以修复损伤的话，那么该个体在胁迫生境下存活是可能的。胁迫生境下存活是可能的。植物对逆境的抵抗方式植物对逆境的抵抗方式(1)(1)逆境逃避（避逆性）：逆境逃避（避逆性）：是指植物通过各种方式避是指植物通过各种方式避开或部分避开逆境的影

33、响。开或部分避开逆境的影响。(2)(2)逆境忍耐（耐逆性）：逆境忍耐（耐逆性）：是指植物在不良环境中，是指植物在不良环境中，通过代谢变化来阻止、降低甚至修复由逆境造成的通过代谢变化来阻止、降低甚至修复由逆境造成的损伤，从而保证正常的生理活动。损伤，从而保证正常的生理活动。(3)(3)恢复恢复逆境胁迫下植物的生理变化逆境胁迫下植物的生理变化(1)光合速率下降光合速率下降 PPP（磷酸戊糖途径）途径增强（磷酸戊糖途径）途径增强 降低降低(冻害、热害）冻害、热害）(2)呼吸作用的变化呼吸作用的变化 先升后降（冷害、旱害）先升后降（冷害、旱害）增高（病害）增高（病害）(3)物质代谢的变化物质代谢的变化

34、 合成合成合成酶类合成酶类 氧化磷酸化解偶联，氧化磷酸化解偶联，ATP含量减少含量减少呼吸代谢失调呼吸代谢失调光合作用受阻光合作用受阻原生质流动受阻：原生质流动受阻：ATP减少，原生质粘性增加减少，原生质粘性增加吸收机能减弱吸收机能减弱膜破裂膜透性增加膜内溶质外渗直接损害膜紧缩膜透性降低（根）阻碍吸水派生干旱损害抑制光合与呼吸冷害冷害膜脂相变液相固相代谢破坏间接损害膜结合酶失活骤冷渐冷冷害机理冷害机理冻害机理冻害机理冰冻伤害冰冻伤害 胞间结冰胞间结冰 胞内结冰胞内结冰膜损伤假说膜损伤假说 膜透性加大，膜透性加大，电解质外渗；电解质外渗；膜脂相变，膜结合酶游离而失活。膜脂相变，膜结合酶游离而失活

35、。巯基假说巯基假说 Levitt(1962)认为结冰对细胞的伤害主要是低温下破坏了蛋白质认为结冰对细胞的伤害主要是低温下破坏了蛋白质空间结构，使分子中的空间结构，使分子中的-SH暴露，氧化形成暴露，氧化形成-S-S-健，健，破坏了蛋白质活性。破坏了蛋白质活性。3）植物对低温的形态适应）植物对低温的形态适应 芽和叶片常受到油脂类物质的保护，芽具鳞片，芽和叶片常受到油脂类物质的保护，芽具鳞片，植物体表面生有腊粉和密毛，植物矮小并成匍匐状、植物体表面生有腊粉和密毛，植物矮小并成匍匐状、垫状或莲座状等，反射光。垫状或莲座状等，反射光。植物对温度的适应植物对温度的适应 植物蜡粉、密毛、莲座状增温效应植物

36、蜡粉、密毛、莲座状增温效应 4）植物对低温的生理生化适应）植物对低温的生理生化适应 减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪和减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪和色素等物质来降低植物的冰点，增加抗寒能力。可见色素等物质来降低植物的冰点，增加抗寒能力。可见光谱中的吸收带较宽，并能吸收更多的红外线，一些光谱中的吸收带较宽，并能吸收更多的红外线，一些植物的叶片在冬季由于叶绿素破坏和其他色素增加而植物的叶片在冬季由于叶绿素破坏和其他色素增加而变成红色，有利于吸收更多的热量。变成红色，有利于吸收更多的热量。适应变化适应变化细胞含水量降低：细胞含水量降低：自由水自由水/束缚水比值下降束缚水比值下降保

37、护性物质的积累：保护性物质的积累：脂肪、蛋白质和糖类，淀脂肪、蛋白质和糖类，淀粉粉可溶性糖，使细胞液的冰点下降。不饱和脂可溶性糖，使细胞液的冰点下降。不饱和脂肪酸含量越高，膜脂相变温度越低，约耐低温。肪酸含量越高，膜脂相变温度越低，约耐低温。内源激素的变化：内源激素的变化：IAA、GA下降，下降，ABA上升，上升，抑制生长，促进脱落、休眠。抑制生长，促进脱落、休眠。(IAA、GA、ABA吲哚乙酸、赤霉素、脱落酸吲哚乙酸、赤霉素、脱落酸)A.锻炼前的细胞，水在通过细胞质时可能发生结冰。锻炼前的细胞，水在通过细胞质时可能发生结冰。B.锻炼后的细胞，水通过质膜内陷形成的排水渠，直接排出到锻炼后的细胞

38、，水通过质膜内陷形成的排水渠，直接排出到细胞外。细胞外。冬小麦低温锻炼前后质膜的变化冬小麦低温锻炼前后质膜的变化5）动物对低温的适应）动物对低温的适应A.非洲大耳狐 C.北极狐 B.赤狐 不同温度带狐狸耳朵大小比较不同温度带狐狸耳朵大小比较 Bergmam规律：规律：降低比表面积降低比表面积Allen规律：规律：缩减无效附件缩减无效附件休眠：休眠：（冬眠、夏眠、昼眠夜出）（冬眠、夏眠、昼眠夜出）作物发育期下限温度有效积温水稻播种-出苗出苗-拔节抽穗-成熟10-1210-1210-1530-40600-700150-300冬小麦播种-出苗出苗-分蘖拔节-抽穗抽穗-黄熟3 3 7370-10013

39、0-200150-200200-300棉花播种-出苗出苗-现蕾开花-裂铃10-1210-1315-1880-130300-400400-600常见作物有效积温常见作物有效积温6）积稳定律）积稳定律01()niiKTT喜凉作物：小麦、早熟的马铃薯需要10 以上的 有效积温为1000 -1600；温凉作物：番茄等需要有效积温为1500 -2100；喜温作物：玉米、棉花等约为2000 -4000；耐热作物：柑橘和椰子约为4000 -5000 01()niiKTT中国中国10积温状况积温状况温度带 10积温范围作物熟制寒温带1600黑龙江省北部，内蒙古东北部。一年一熟；早熟的春小麦、马铃薯等。中温带1

40、600-3400东北和内蒙古大部分，北疆一年一熟；春小麦、大豆、玉米、高粱等。暖温带3400-4500黄河中下游大部分地区和南疆两年三熟或一年两熟，冬小麦复种早熟糜子、荞麦等，或冬小麦复种玉米、谷子、甘薯等亚热带4500-8000秦岭淮河以南，青藏高原以东。一年两熟到三熟；稻麦两熟或双季稻，双季稻加冬作油菜或冬小麦。热 带8000水稻一年三熟高原区2000一年一熟（有些地区生长期过短不能种作物）青稞。7）变温与温周期）变温与温周期温周期现象温周期现象昼夜变温：形成温周期现象昼夜变温：形成温周期现象l 促进某些种子萌发促进某些种子萌发l 促进植物生长促进植物生长l 提高产品质量提高产品质量l 影

41、响动物的行为影响动物的行为 物物 候候 物候现象：物候现象：受环境（气候、水文、土壤）影响出现的以年为周受环境（气候、水文、土壤）影响出现的以年为周 期的自然现象，都是物候现象。植物的发芽、展叶、开期的自然现象，都是物候现象。植物的发芽、展叶、开 花、叶变色、落叶等现象；候鸟、昆虫以及其他动物的花、叶变色、落叶等现象；候鸟、昆虫以及其他动物的 飞来、初鸣、终鸣、离去、冬眠等现象；水文气象现飞来、初鸣、终鸣、离去、冬眠等现象；水文气象现 象，如初霜、终霜、结冰、消融、初雪、终雪等。象，如初霜、终霜、结冰、消融、初雪、终雪等。物候物候:植物适应一年中的气候条件的季节性变化，形成与之相植物适应一年中

42、的气候条件的季节性变化，形成与之相 应的生长发育规律。应的生长发育规律。物候期：物候期：物候现象发生的时间。物候现象发生的时间。北京不同地区植物的物候期北京不同地区植物的物候期 物候期物候期北京城区北京城区门头沟地区门头沟地区通州镇通州镇加拿大杨芽膨大加拿大杨芽膨大3.13.173.5加拿大杨始花加拿大杨始花4.24.223.27山桃花芽膨大山桃花芽膨大3.23.43.9榆钱散落榆钱散落4.274.284.21枣树发芽枣树发芽4.114.154.17紫丁香始花紫丁香始花4.153.314.17臭椿始花臭椿始花5.245.275.21洋槐盛花洋槐盛花5.95.145.9加拿大杨叶开始变色加拿大杨

43、叶开始变色10.910.410.25枣落叶末期枣落叶末期10.3110.311.5旱柳叶落尽旱柳叶落尽11.110.1811.25北京物候季的划分指标北京物候季的划分指标 季季别别季季段段物候指标物候指标日平均气温日平均气温（）平均起止日期平均起止日期（月（月日）日）经历天数经历天数春春初春野草（羊胡子草）发青3-63.8-3.181162 仲春榆树始花6-143.19-4.1629季春紫荆始花14-204.17-5.822夏夏初夏刺槐盛花20-245.9-6.629127仲夏板栗盛花，栾树盛花24-266.7-7.2852季夏槐树盛花26-217.29-.1246秋秋初秋木槿开花末期21-1

44、69.13-9.261443仲秋野菊始花，桑树开始落叶16-139.27-10.1317季秋合欢开始落叶10月13日10.14-10.2512冬冬初冬色木槭，黄栌叶完全变色，土壤开始冻结10月5日10.26-11.814133隆冬树叶次第落光5-011.9-3.7119物候规律物候规律春季：山上比山下晚春季：山上比山下晚 高纬度比低纬度晚高纬度比低纬度晚 沿海比内陆晚沿海比内陆晚枣发芽、种棉花枣发芽、种棉花杏花开、快种麦杏花开、快种麦野人无历日，鸟啼知四时野人无历日，鸟啼知四时 把地球公转的轨道(3600)分成24个弧段,每150为一个节气.于是便有了如下的二十四节气:春雨惊春清谷天,夏满芒至

45、二暑连,秋处露春寒霜降,冬雪雪冬小大寒。二十四节气又可以分为四类,表示寒来暑往变化的立春,春分,立夏,夏至,立秋,秋分,立冬,冬至八个节气;象征温度变化的小暑,大暑,处暑,小寒,大寒五个节气;反映降水量的雨水,谷雨,白露,寒露,霜降,小雪,大雪七个节气;反应物候现象或农事活动的惊蛰,清明,小满,芒种四个节气。节气、物候与谚语节气、物候与谚语 花木管时令花木管时令,鸟鸣报农时（鸟鸣报农时（北方的节气歌北方的节气歌）立春阳气转立春阳气转,雨水雁河边雨水雁河边;惊蛰乌鸦叫惊蛰乌鸦叫,春分地皮干春分地皮干;清明忙种麦清明忙种麦,谷雨种大田谷雨种大田;立夏鹅毛住立夏鹅毛住,小满雀来全小满雀来全;芒种开了

46、铲芒种开了铲,夏至不纳棉夏至不纳棉;小暑不算热小暑不算热,大暑三伏天大暑三伏天;立秋忙打靛立秋忙打靛,处暑动刀镰处暑动刀镰;白露正割地白露正割地,秋分无生田秋分无生田;寒露不算冷寒露不算冷,霜降变了天霜降变了天;立冬封了地立冬封了地,小雪河封严小雪河封严;大雪江封上大雪江封上,冬至不行船冬至不行船;小寒不太冷小寒不太冷,大寒三九天大寒三九天.二十四番花信风二十四番花信风 小寒小寒:一候梅花一候梅花,二候山茶二候山茶,三候水仙三候水仙;大寒大寒:一候瑞香一候瑞香,二候兰花二候兰花,三候山矾三候山矾;立春立春:一候迎春一候迎春,二候樱桃二候樱桃,三候望春三候望春;雨水雨水:一候菜花一候菜花,二候杏

47、花二候杏花,三候李花三候李花;惊蛰惊蛰:一候桃花一候桃花,二候棣棠二候棣棠,三候蔷薇三候蔷薇;春分春分:一候海棠一候海棠,二候梨花二候梨花,三候木兰三候木兰;清明清明:一候桐花一候桐花,二候麦花二候麦花,三候柳花三候柳花;谷雨谷雨:一候牡丹一候牡丹,二候酴糜二候酴糜,三候栋花三候栋花.候鸟候鸟,昆虫、动物与物候昆虫、动物与物候家燕惊蛰始见,立冬南飞;蝉惊蛰始鸣,白露绝鸣;蟋蟀清明初鸣,秋分终鸣;大雁清明始现,秋分绝见;蟾蜍清明出现,寒露不见;青蛙春分初鸣,秋分终鸣.动物物候狗猫换毛早,冬季冷得早.画眉多藏粮,大雪下得长.麻雀囤食要落雪.狗进灶,雪就到.猪衔草,寒潮到.青蛙呱呱叫,正好种早稻.布

48、谷布谷,种禾割麦.黄鹂唱歌,麦子要割.癞蛤蟆出洞,下雨靠得稳.蚯蚓爬上路,雨水乱如麻.雨中闻蝉叫,预告晴天到.鸡迟宿,鸭欢叫,风雨不久到.蚂蚁垒窝要落雨.燕子低飞要落雨.鱼跳水,有雨来.龟背潮,下雨兆.泥鳅静,天气晴。物候与物候与农事农事 桃花开,燕子来,准备谷种下田畈.柳树发芽暖洋洋,冷天不会有几长.荷花开,秧正栽.菊花黄,种麦忙.桐子树开花,霜雪不再落.九尽杨花开,农活一齐来.柳絮乱攘攘,家家下稻秧.梅子金黄杏子肥,榴花似火桃李坠,蜓立荷角作物旺,欣欣向荣见丰收。植物物候变化对气候变暖的响应植物物候变化对气候变暖的响应l 加拿大西部山杨比半个世纪前提早了加拿大西部山杨比半个世纪前提早了26

49、天发芽；天发芽；l 北美北美19501993年间春季生物的物候提早了年间春季生物的物候提早了6天；天；l 在欧洲，在欧洲，19591993年期间。叶子提早年期间。叶子提早6天发芽，秋季叶天发芽，秋季叶 子推迟子推迟5天变色，即春季时间平均提前大约天变色，即春季时间平均提前大约6天，而秋季时天，而秋季时 间平均推迟大约间平均推迟大约5天。天。3.4.3 水分的生态作用及生物的适应水分的生态作用及生物的适应1）水的生理生态作用）水的生理生态作用2）动物对水的适应）动物对水的适应3）植物对水的适应）植物对水的适应4）干旱胁迫）干旱胁迫5）陆生植物对干旱的适应）陆生植物对干旱的适应6）提高植物抗旱性的

50、途径）提高植物抗旱性的途径1）水的生理生态作用）水的生理生态作用l生物起源于水环境；生物起源于水环境；l水是生物体不可缺少的组成部分；水是生物体不可缺少的组成部分；l水是生物代谢过程中的重要原料；水是生物代谢过程中的重要原料；l水是生物新陈代谢的介质；水是生物新陈代谢的介质；l水分保持植物的固有姿态、保持动物体水水分保持植物的固有姿态、保持动物体水 分平衡；分平衡；l水能调节体温。水能调节体温。食物水溶质饮水水Na+Cl-Mg2+SO42-鳃水（渗透作用）Na+Cl-主动运输尿水Na+Mg2+SO42-废物2）动物对水的适应）动物对水的适应(1)动物对水的形态适应动物对水的形态适应 昆虫的几丁