1、植物生理生态学 植物生理生态学的学科起源与发展简史 植物生长的环境 光合作用的生理生态基础 植物的水分生理生态 植物的矿质营养 植物生长发育的生理生态 自然环境的胁迫与植物的适应性 环境污染与植物的反应环境：环境：某一特定生物体或生物群体以外的某一特定生物体或生物群体以外的空间以及直接或间接影响该生物体或生物空间以及直接或间接影响该生物体或生物群体的一切事物的总和。群体的一切事物的总和。植物环境包括在植物生境内直接或间接影响植物生存和发展的各种因素以及其他生物所施加的影响。在植物生理生态学研究中，以自然环境要素为主。1 1）全球环境）全球环境大气圈：由下到上分为对流层、平流层、电离层和扩散层。
2、对流层：10km厚，含有O2和CO2以及水汽、粉尘和各种化学物质，天气现象产生于此层，顶部的臭氧层吸收紫外线。水圈：包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川及地下水，是一个连续而不规则的圈层。岩石圈：地球表面坚硬的外壳，分大陆型和海洋型。土壤圈：覆盖在岩石圈表面并能生长植物的疏松层。生物圈：指在大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈等的界面上的生物有机体，构成一个具有生命的、有再生能力的生命圈层。上达海平面以上12km，下达海平面以下15km。2 2）区域环境）区域环境 是指占有某一特定区域空间的自然环境，其尺度是大洋和大洲，受大气环流及太阳高度角等因素影响。3 3）群落环境）群落环境 即群落（或生态系统）附近
3、的环境，一般是群落所在的山体、平原或水体等，尺度的数量级与植物群落相当。4 4）种群环境）种群环境 即种群周围的植物和非植物环境，尺度一般在植物群落之内或附近的非植物环境或同种或异种的植物环境。5 5）植物个体环境）植物个体环境 即接近植物个体表面或表面不同部位的环境。植物生理生态学所研究的环境尺度一般是植物个体环境。按人类影响划分：自然环境：基本未受人类干扰或干扰较少的环境，如原始森林、地球两极、冻原和天然草场等。半自然环境：人类干扰较强或部分结构是由人类建造的环境，如农田、人工林。人工环境：由人类建造的环境。环境因子：构成环境的各种因素。生态因子：对生物的生长发育具有直接或间接影响的外界环
4、境要素（食物、热量、水分、气候、地形等）。生态环境：所有生态因子构成的生物生存和发展的环境。生境：具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境。是否对目标生物体起作用是否对目标生物体起作用最基本的生态因子：最基本的生态因子：光照、温度、水分、光照、温度、水分、CO2CO2、O2O2、土壤、土壤 稳定因子 变动因子 周期性变动因子 非周期性变动因子海平面 0m-9000m+9000m大陆架，三角洲，海岸带-3000m 寡氧区-5000m 深海区作用、适应、反作用作用、适应、反作用 质：是否有意义； 量：作用的程度； 持续时间：量的累积。长期适应可能引起基因型的改变，使新结构被一代代遗传长期适应可能引
5、起基因型的改变，使新结构被一代代遗传下来。下来。生态反作用生态反作用：植物对环境的影响所做出的反馈并改变环境的作用。 土壤的形成 O2和CO2的比例一般，植物在某一生态因子维度上的分布呈正态分布，该曲线称为资源利用曲线，最低点到最高点之间的跨度称为生态幅。胁迫：胁迫：在资源利用曲线上，适宜区之外到最低或最高点之间的区间称为耐受区，此时植物受到一定程度的限制，即胁迫。 短期可逆 长期可变为不可逆（永久）胁迫因子：胁迫因子：对植物胁迫刺激的生态因子。对植物胁迫刺激的生态因子。胁迫反应：胁迫反应：又称胁迫状态，植物对胁迫刺激的反应又称胁迫状态，植物对胁迫刺激的反应或适应的即时状态。或适应的即时状态。
6、耐受性定律原理：耐受性定律原理：任何一个生态因子在量上的不足或过任何一个生态因子在量上的不足或过多，即当其接近或达到某种植物的耐受性限度时，就会使该多，即当其接近或达到某种植物的耐受性限度时，就会使该植物衰退甚至不能生存。植物衰退甚至不能生存。 按植物耐受性范围差异：按植物耐受性范围差异：广适性植物（广生态幅物种）广适性植物（广生态幅物种）窄适性植物（狭生态幅物种）窄适性植物（狭生态幅物种） 生殖阶段对生态因子的要求严格；生殖阶段对生态因子的要求严格； 可对此因子广适而对彼因子窄适；可对此因子广适而对彼因子窄适； 对所有生态因子耐受范围都很宽的植物分布广；对所有生态因子耐受范围都很宽的植物分布
7、广； 耐受范围广的植物对某一特定地点的适应能力低，生态幅耐受范围广的植物对某一特定地点的适应能力低，生态幅窄的植物对某一特定地点的适应能力强。（雪莲）窄的植物对某一特定地点的适应能力强。（雪莲）竞争常影响植物在它们最适宜的生境中分布，结果只能竞争常影响植物在它们最适宜的生境中分布，结果只能生活在它们占有更大优势的地方。（沙漠植物）生活在它们占有更大优势的地方。（沙漠植物）是植物抵御暂时不利环境条件的一种生理机制，这时其耐受范围比平时宽得多。（睡莲）太阳辐射是地球上能量的主要来源，是生物可利用能量的唯一来源。地球每秒钟获得的能量为500万吨标煤。阳光的波长范围150-4000nm，其中可见光（3
8、80-760nm）40-50%，红外光（760nm）50-60%，紫外光（380）1%。可见光中，遂波长变短：红橙黄绿青蓝紫红外光：为大气所吸收，转变为热能。紫外光：为臭氧层所吸收（290-380nm除外），高原强烈。可见光：植物叶绿素吸收红光（620-760）和蓝光（435-490）（颜色的成因）。叶绿素是绿叶绿素是绿色？色？类胡萝卜素类胡萝卜素是黄色？是黄色？空间变化：短波光随纬度增加而减少，随海拔高度增加。时间变化：夏季、中午短波光多，长波光少。树冠截流：森林生态系统，下层多绿光。紫外光：影响高山植被（莲座状叶丛成因，限制散布）。海洋中：水的吸收和散射 10m减半，100米7%（浮游植物
9、生活） 长波吸收，短波散射（表层植物） 绿光射入最深（深水植物）太阳射向地球的能量为8.12J/cm min，称为太阳常数。经吸收、反射、散射等作用，到达地面47%（见图例）。云云吸收吸收10%10%，反射反射42%42%浮沉散射浮沉散射15%15%太阳光太阳光向阳坡向阳坡1向阳坡向阳坡2向阳坡向阳坡3背阳坡背阳坡地平面地平面abcde绿色植物吸收阳光的能量，同化二氧化碳和水，制造有机物并释放氧气的过程。光光叶绿体叶绿体CO2 + H2O（CH2O）+ O2 低能反应（与光和作用相差低能反应（与光和作用相差1010个数量级）个数量级） 光信号（激发光受体活性）光信号（激发光受体活性） 光受体：
10、光敏色素。光受体：光敏色素。种子萌发种子萌发 小叶运动小叶运动 光周期光周期 叶脱落叶脱落弯钩张开弯钩张开 摸透性摸透性 光诱导光诱导 块茎形成块茎形成节间延长节间延长 向光敏感性向光敏感性 子叶张开子叶张开 性别表现性别表现根原基起始根原基起始 花色素形成花色素形成 肉质化肉质化 叶张开叶张开叶分化叶分化 质体形成质体形成 偏上性偏上性 节律现象节律现象（一）温度的分布： 昼夜 四季 纬度(纬度带热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、寒带) 地形（向阳坡与背阳坡） 海拔 海陆（季风）。温度在空间上的变化： 纬度+1，温度-0.5 海拔+100，温度-0.4-0.7地形：秦岭，天山，喜马拉雅山四
11、季：海南，西双版纳；滇中；青藏高原四季：海南，西双版纳；滇中；青藏高原温度在土壤和水体内的变化 土壤吸热，散热； 土壤热量传递：向下1m。 海水比热大，温变不大温度在植物群落内的变化 内部：白天或夏天低于外部； 夜间或冬季高于外部； 群落庇护作用，森林“地球空调”。 蒸腾作用，相互掩蔽作用，枯枝败叶层储热、绝热作用（三）温度的生理生态意义 温度对植物生长的作用 体内代谢必需在一定温度下才能进行； 生化反应（Q10）随温度升高加快； 温度在生态幅外导致发育受阻、死亡； 光合速率随温度的辩证关系。 （热带光合作用最适温度30-35，温带20-25）植物需要在一定温度以上才能发育（发育起点温度，植物
12、学零度）；有效积温：植物在某段时间内有效温度的总和； K=N（T-C）或 T=C+K/N 或 T=C+KV K生物学积温，N发育时间，T发育期均温，C植物学零度，V发育速率，发育时间的倒数；有效积温的应用： 制定农业气候区划，合理安排作物； 预报农时； 利用科学手段，扩大种植面积到积温不足地区； 预测昆虫发病时代数（虫灾等）； 预测植物地理分布北界。有效积温法则：生物在生长发育过程中，必须从环境摄取一定的热量才能完成某一阶段发育，这一热量是一常数。反应在有效积温上，即K是常数。温度对植物分布的影响地表70%为水覆盖；94%是海水；其余淡水陆地淡水，冰川淡水；水的流动和再分配有三种方式： 大气环
13、流 洋流 河流水循环由二部分组成大循环：海洋蒸发的水分有一部分经大气环流输送到大陆，并形成降水；大陆上的降水经过江河流返回海洋。小循环：海洋和陆地水蒸发后又以降水形式返回海洋或陆地。海陆大循环海陆大循环陆地水分再分配气态水海平面、湖泊、河流、地表、蒸腾作用。相对湿度：大气中实际水气压同最大水气压之比。相对湿度随温度变化关系。霜、雪、冰雹、冰。形成原理。对植物生长发育的作用季节：夏季低于冬季时间：夜晚高于白天地点：城市高于城郊生物圈中的C循环：umol/mol2703601700 1800 1900 2000光合作用的原料 叶片与周围空气的交换 叶肉组织呼吸作用产生 根部吸收呼吸作用的产物 昼夜
14、都进行呼吸作用 生长发育=光合作用-呼吸消耗 植物的物质生产干物质的合成平均CO2吸收量，最高吸收量的50-60% 浓度在浓度在10%10%以下时，植物生长机能衰退；以下时，植物生长机能衰退； 浓度下限，浓度下限，2%2%； 地下水位的影响（浅根层）；地下水位的影响（浅根层）； 适应性植物（垂柳、水稻等）适应性植物（垂柳、水稻等）土壤是岩石圈在综合作用下的产物，不同地区形成不同的土壤类型。成土因素：生物条件、气候、母质、地形、水文、温度、成土时间。纬度地带性湿润海洋性地带谱（由北向南）： 暗棕壤、棕壤、黄棕壤、红壤、黄壤、砖红壤经度地带性干旱内陆性地带谱（由东向西）： 黑钙土、栗钙土、棕钙土、
15、灰钙土、荒漠土过渡地带谱（东北向西南）： 黑土、黑钙土、栗钙土、褐土、黑垆土主导因子：对植物生长发育期决定性作用的因子。当所有生态因子处于通常状态时，关键因子的变化会引起全部生态关系的改变；某一因子的存在与否与数量变化时期存在和发展的必需。限制因子：在植物生存和繁殖所依赖的众多环境因子中，任何接近或超过其耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子。限制因子与生态幅的关系主导因子与限制因子的区别：限制因子的量位于胁迫区而主导因子的量位于适宜区。植物对环境的适应一般是被动的。生态型中有些是对单一因子的适应，有些是对复合因子的适应。 植物对光强的适应 阳性植物（群落先锋植物） 阴性植物（蕨类、兰
16、科，叶绿素b比列高） 耐阴植物：两种含义，一为能忍耐一定的荫蔽，另为生活史某阶段需要适度弱光（青冈、红松，幼苗不耐光，成年后成为阳性植物） 信息作用和能量总量 植物发育和行为节律的可靠信息光周期现象：分布在地球各个地区的植物长期适应特定的昼夜变化日常稳定地点，植物繁殖信息归因于其他因素。日常稳定地点，植物繁殖信息归因于其他因素。植物引种时要考虑光周期现象。植物引种时要考虑光周期现象。结构适应和生理适应水生植物 长期适应缺氧环境 沉水植物（藻类） 浮水植物（睡莲、浮萍） 挺水植物（芦苇）陆生植物 湿生植物（秋海棠、水稻） 中生植物（树木、双子叶植物，农作物） 旱生植物（草黄麻、骆驼刺、沙棘） 酸
17、性土植物酸性土植物 中性土植物中性土植物 碱性土植物碱性土植物 低氧浓度下生长植物：玉米、豆科植物种子 成年植株在缺氧环境下生长：无氧呼吸产生有机酸而非醇 在形态上对通气不良适应：红树林植物 水涝环境下的植物：物候现象：植物长期适应一年中温度、水分的节律变化，形成与之相适应的发育规律。物候期：高等植物的发芽、生长、现蕾、开花、结实、成熟、落叶、休眠等发育阶段。又称物候期。 北京5月1日柳絮纷飞（节气的产生，小满） 随经、纬、海拔等变化。生活型：类群以相似的方式适应相似的环境，表现出相似的外貌、结构、体积、行为和寿命等形态类型。趋同适应：亲缘关系很远的植物适应同一环境表现出相似的外贸。趋异适应：同种植物适应不同的环境产生个体群间的生态变异。1、植物和生态因子之间的相互关系有哪些？2、用生态幅解释某一植物对某一环境因子的耐受性。3、光的生理生态作用有哪些？4、什么是有效积温法则？5、简述土壤物理化学性质与植物生理生态的关系。6、生态因子的基本观点有哪些？7、简述植物对光的适应型。8、植物根据生活型可分为哪几类，分别适应哪类环境？
