1、3 物质环境Material Environment3.1 地球上水的存在形式及分布Forms and distribution of water on the Earth3.2 生物对水分的适应Adaptation of organisms to water3.3 大气组成及其生态作用Atmospheric composition and its ecological role3.4 土壤的理化性质及其对生物的影响Physical and chemical properties of soil and their influences on organisms教学目的了解地球水的存在形式及分
2、布；理解生物对水分的适应；掌握陆生植物的类型及其适应特点；水生植物对水环境的适应；水生动物对高盐度或低盐度环境的适应；了解大气的组成及其生态作用；大气中氧气、二氧化碳浓度与生物的关系；土壤的理化性质及其对生物的影响；掌握土壤的生物学特性。教学重点与难点1、陆地上水的分布及其变化规律;2、水生植物对水环境的适应;水生动物对高盐度或低盐度的适应;3、氧气和二氧化碳的生态作用；4、土壤的生物学特性;5、难点是湿生植物、中生植物、旱生植物、腐殖质、土壤质地、土壤结构、盐碱地植物、水平衡概念。学时数 2-33.1 地球上水的存在形式及分布水是生命物质的关键组成成分；A key component of
3、organic matters水是生命活动的基础；The basis of life activities水为水生生物提供资源和栖息地；Providing resources and habitats for aquatic organisms水影响陆生生物的生长与分布Influencing the growth and distribution of terrestrial organisms Chemical properties of waterWater is the universal internal medium of all organisms,comprising more
4、than 90%of living matter.The shape of the water molecule,with an HOH angle of 105results in the side with the hydrogen being positively charged(electropositive)whereas the other side is negatively charged(electronegative).This explains many of waters properties relative to physical and chemical reac
5、tions.It also explains why water is attracted to charged ions.3.1.1 水的特性与存在形式Properties and Forms of Water水分子具有极性polarity；水具有高热容量high thermal capacity；水具有特殊的密度变化special density change；水具有相变phase change3.1.2 陆地上水的分布降水量 precipitation 纬度变化：020湿润带；2040干燥带；4060湿润带；极地干燥带降水量的空间分布海陆分布坡向变化季节变化大气湿度我国降水量的地域分布3
6、.2 生物对水分的适应3.2.1 植物与水Plant and water3.2.1.1 陆地植物的水平衡water balance3.2.1.2 水生植物3.2.1.3 植物生产力3.2.2 动物对水的适应Adaptation of animals to water3.2.2.1 水生动物3.2.2.2 两栖类的水平衡3.2.2.3 陆生动物陆地植物的水平衡Water Balance of Terrestrial PlantsWater balance:得水（根吸水absorption）、失水（叶蒸腾evaporation）保持平衡陆地植物：湿生植物hygrophyte、中生植物mesad、旱
7、生植物siccocolous适应性：多得水、少失水；形态结构、生理生态、行为调节Changing leaf area:(a)following rainfall ocotillo(墨西哥刺木，蔓仙人掌)plants of the Sonoran Desert develop leaves and flower;(b)during dry periods they lose their leaves and blossoms.水生植物渗透压调节：高渗、等渗、低渗盐胁迫适应：耐受、分泌排除、降低叶蒸腾 【脯氨酸】缺氧适应：通气系统（开放型如荷、封闭型如金鱼藻）、无蒸腾作用、出水通气根mangrov
8、e 红树林植物生产力和降雨量密切相关Taxodium distichum Baldcypress,cypress,swamp cypress沼泽柏、落羽杉、池柏鱼类的水平衡渗透调节：水分渗入与排出淡水硬骨鱼：高渗性hyperosmotic,排尿（肾），摄盐（鳃）海洋硬骨鱼：低渗性hypoosmotic，吞海水，泌盐（鳃）海洋软骨鱼：等渗性Isosmotic，尿素（血液），离子调节广盐性洄游鱼类：肾调节水，鳃调节盐水生动物对水密度的适应密度大，浮力大：体型庞大，四肢退化，鱼鳔深海高压：鱼类皮肤通透性大，骨骼和肌肉不发达，无鳔；肺呼吸动物的胸腔结构，避免“减压病”鱼对水中低氧的适应水体溶解氧浓度大
9、气氧浓度低氧适应：血氧容量增加、厌氧代谢两栖类的水平衡：肾功能类似于鱼肾 皮肤功能类似于鱼鳃陆生动物水平衡失水与得水动态平衡得水途径：饮水、进食、代谢水、吸水失水途径：蒸发、呼吸、排泄适应对策：增加得水、减少失水动物与湿度：行为、发育动物与雪被：dune crest 沙丘顶部groove凹槽evaporative cooling蒸发冷却tap into接近mesquite 豆科灌木burrow洞穴saguaro:巨人柱,insulated绝热的,stomate气孔3.3 大气组成及其生态作用大气层atmosphere：地表到1100 km范围内空气海拔300 m，大气压3.33 kPa。大气组
10、成：氮nitrogen、氧oxygen、二氧化碳carbon dioxide等CO2：植物光合作用原料、生物氧化代谢产物O2：几乎所有生物生存所依赖的媒介3.3.1 氧与生物氧与动物能量代谢:氧是陆生动物进化成恒温动物的保障；动物代谢率随环境氧分压而改变是一般规律内温动物对高海拔低氧的适应：限制因子 加大呼吸深度；增加肺泡气体弥散能力；增加肌红蛋白数量；增加红细胞数量及血红蛋白浓度植物与氧：主要生产者5、难点是湿生植物、中生植物、旱生植物、腐殖质、土壤质地、土壤结构、盐碱地植物、水平衡概念。3 大气组成及其生态作用Atmospheric composition and its ecologic
11、al roleThe solid phase consists of mineral and organic matter,including living organisms.氧与动物能量代谢:氧是陆生动物进化成恒温动物的保障；1 土壤的物理性质与生物O:Organic horizon有机质层，具有大量新鲜的或部分分解的有机物质。4、土壤的生物学特性;土壤质地与结构：砂土、壤土、粘土；美洲斑潜蝇国家“八五”攻关课题组的研究中也指出，偏施氮肥、复合肥的对照田美洲斑潜蝇的为害明显重于多施用农家肥、生物肥的综防田，而且被寄生率偏低。干旱、土壤过湿、低质量分数的 Na Cl胁迫都可能增加美洲斑潜蝇的
12、寄主选择性氮、磷、钾对美洲斑潜蝇寄主选择性的影响水分的短缺也可能引起含N、S的防御性化台物 及萜类化台物的增加；水具有相变phase change名词解释：mesad、humus、water balance4 土壤的理化性质及其对生物的影响Physical and chemical properties of soil and their influences on organismsBiological Role of OxygenMolecular oxygen,O2,is essential for cellular respiration in all aerobic好氧 organi
13、sms.It is used as electron acceptor电子接受体 in the mitochondria线粒体 to generate chemical energy in the form of adenosine triphosphate(ATP三磷酸腺苷)during oxidative phosphorylation氧化磷酸化.During this reaction,oxygen is reduced还原 to water.Conversely,free游离 oxygen is produced in the biosphere through photolysis光
14、解作用(light-driven oxidation and splitting)of water during photosynthesis in cyanobacteria蓝细菌,green algae and plants,thus closing the biological water-oxygen redox氧化还原 cycle.3.3.2 二氧化碳的生态作用大气中CO2与温室效应：greenhouse effect ！温室效应的积极意义CO2与植物：作物生长盛期和强光照下，CO2不足是光合作用的限制因素Biological Role of Carbon DioxideCarbon
15、 dioxide is an end product in organisms that obtain energy from breaking down sugars,fats and amino acids with oxygen as part of their metabolism,in a process known as cellular respiration.This includes all plants,animals,many fungi and some bacteria.In higher animals,the carbon dioxide travels in t
16、he blood from the bodys tissues to the lungs where it is exhaled.In plants using photosynthesis,carbon dioxide is absorbed from the atmosphere.3.4.1 土壤的物理性质与生物土壤的生态学意义固、水、气三相复合系统土壤质地与结构：砂土、壤土、粘土；微团粒结构、团粒结构、比团粒更大的结构；直接影响生物（水气肥协同）；影响土壤水、气、温土壤水分：过多过少均不利土壤空气：低氧、高二氧化碳土壤温度：SoilSoil comprising the pedosphe
17、re土壤圈 is positioned at the interface of the lithosphere岩石圈 and biosphere with the atmosphere and hydrosphere.Soil is considered a three phase system,consisting of solid,liquid,and gas.The solid phase consists of mineral and organic matter,including living organisms.The liquid phase is known as the s
18、oil solution,and is the phase from which plants take up nutrients.The gaseous phase is important for supplying oxygen to the roots for respiration.SoilSoil formation,or pedogenesis土壤发生,is the combined effect of physical,chemical,biological,and anthropogenic processes on soil parent material母质层 resul
19、ting in the formation of soil horizons土层.O:Organic horizon有机质层，具有大量新鲜的或部分分解的有机物质。A:Mineral soil mixed with some organic matter受气候、植被、耕作等自然和人为影响最强的最上部土层,称为淋溶层。B:Depositional horizon某种形式受成土因子的影响而形成的独特层次,称淀积层。C:Weathered parent material底土层，一般不受成土因子的影响3.4.2 土壤化学性质与生物土壤酸度：植物养分有效性、动物区系土壤有机质：腐殖质humus:腐殖质是土
20、壤微生物分解有机质时，重新合成的具有相对稳定性的多聚体化合物，主要是humic acid和fulvic acid土壤矿质元素：植物生长发育、动物生长分布土壤的生物属性及生物对土壤的适应 土壤的生物特性：植物、动物、微生物；促进成土作用、改善土壤植物对土壤的适应：盐碱土植物halophyte:A halophyte is a plant that naturally grows where it is affected by salinity in the root area or by salt spray,such as in saline semi-deserts,mangrove swa
21、mps,marshes and sloughs,and seashores 沙生植物psammophyte：抗风蚀沙割、耐沙埋、抗日灼、耐干旱贫瘠注：“湿地”一词是指被浅水或暂时性积水所覆盖的低地。一般包括：草本沼泽（mashes），灌丛沼泽（swamp），苔藓泥炭沼泽（bogs），湿草甸（wetmeadow），泡沼（potholes），浅水沼泽（sloughs）以及滨河泛滥地（bottom land），也包括生长挺水植物（emergent vegetation）的浅水湖泊或浅水水体，但河、溪、水库和深水湖泊等稳定水体不包括在内。因为这些水体不具有这种暂时性，对湿地土壤植被的发展几乎毫无作用。
22、黑梭梭Haloxylon aphyllum shrubby psammophyte and halophyte,growing on old reed-remnants土壤水分和盐分对美洲斑潜蝇寄主选择性的影响水分和盐分都会影响美洲斑潜蝇的寄主选择性.干旱、土壤过湿、低质量分数的 Na Cl胁迫都可能增加美洲斑潜蝇的寄主选择性水分胁迫(干旱或土壤过湿)和盐分胁迫不但会影响植物的含水量，而且会抑制蛋白质合成，促使植物蛋白质的降解及可溶性氮的增加，从而有利于昆虫的选择同时它降低植物的光台作用 ，影响了植物的CN 平衡，从而导致昆虫寄主选择性的增强、涝害还会使植物体内的不饱和肪酸下降 另外，这些胁迫
23、可以促使植物细胞渗透势下降和膨压上升，王珂指出，细胞质渗透压较高时 许多刺吸式害虫不能取食；水分的短缺也可能引起含N、S的防御性化台物 及萜类化台物的增加；土壤水分和盐分对美洲斑潜蝇寄主选择性的影响盐分胁迫也会导致一些有毒氪基酸的积累，从而不利于昆虫的选择；高盐质量分数可以导致N 同化受损，蛋白质代谢失调，二胺如腐胺、尸胺及多胺发生积累 引实际上，盐分对昆虫寄主选择性的影响还可能是由于Na 或Cl一对植物生长的影响，如Cl盐可以增加甜菜的糖含量，而且在大多数情况下可使其氨基酸和甜菜碱降低；而使用Na肥也可以增加甜菜的含糖量 因此，土壤水分和盐分对美洲斑潜蝇寄主选择性的影响，是有刹因素和不利因素
24、综合作用的结果土壤缺水或过湿及低浓度盐分胁迫都可能有利于美洲斑潜蝇的为害因此，在田间应适当控制浇水和施肥，使土壤不会过于或过湿，并碱少土壤的盐碱化，减轻美洲斑潜蝇的为害氮、磷、钾对美洲斑潜蝇寄主选择性的影响氮、磷、钾对美洲斑潜蝇寄主选择性影响的研究表明，土壤缺氮不利于美洲斑潜蝇的选择，而随着土壤氮浓度的增加，美洲斑潜蝇的选择性也相应上升，最后在到达一个峰值后开始下降，因此低氮或者高氮都能够减少美洲斑潜蝇的取食和产卵。而无论缺磷还是高磷，都不利于美洲斑潜蝇的取食和产卵。但总的说来，磷对美洲斑潜蝇寄主选择性的影响不是很大。缺钾时最有利于美洲斑潜蝇的取食和产卵，而随着钾浓度的提高，美洲斑潜蝇的选择性
25、呈下降的趋势。氮、磷、钾对美洲斑潜蝇寄主选择性的影响当然，氮、磷、钾对昆虫的影响，不仅和昆虫及植物有关，而且会受到土壤各种条件的影响。氮、磷、钾之间也存在着相互作用。在实践中，氮、磷、钾的综合效应可能比单一元素的影响更为重要，而氮、磷、钾的合理搭配使用可以降低昆虫的为害(高希武，1993)因此，对于氮、磷、钾等矿质元素对昆虫一植物关系的影响有待进一步的研究我们在田间调查中也发现，偏施氮肥的豇豆更易受到美洲斑潜蝇的为害。美洲斑潜蝇国家“八五”攻关课题组的研究中也指出，偏施氮肥、复合肥的对照田美洲斑潜蝇的为害明显重于多施用农家肥、生物肥的综防田，而且被寄生率偏低。可见，氯、磷、钾合理搭配，不偏施氮肥，可以减轻美洲斑潜蝇的为害。作业p601.名词解释：mesad、humus、water balance6.陆生动物如何适应于干旱环境？附加思考题：为什么中纬度地区能够成为大粮仓？试从光照、温度和水分等因素综合分析
