第七章生物群落与生态系统

环境与旅游学院教案第1页一、章目第七章生物群落与生态系统第2节生物与环境二、单元教学目标与课时分配1.理解各种生态因子对生物的作用2.掌握生物对环境的适应（3学时）三、授课重点各种生态因子对生物的作用四、授课难点生物对环境的适应五、授课形式理论课六、授课方法讲述法、归纳法、课堂讨论与训练七、课前准备安排预习课程相关内容，了解学生已学课程同期课程相关内容的掌握程度。准备好教案（或教案与讲稿合一）、多媒体课件、参考资料展示、课外训练计划、自学指导方案等。八、参考文献主要参考书：孙儒泳等.《基础生态学》.高等教育出版社,2003.李博主编.《生态学》.高等教育出社,2000.孙儒泳.《动物生态学原理》(第三版).北京师范大学出版社,2001.孙儒泳,李博,诸葛阳,尚玉昌编.《普通生态学》.高等教育出版社,1993.蔡晓明等.普通生态学.北京：北京大学出版社，1995.参考期刊：1.《生态学报》2.《生态杂志》3.《AMBIO--人类环境杂志》4.《应用生态学报》5.《生物多样性》6.《植物生态学报》7.《Ecology》8.《JournalofEcology》九、网络教学资源搜索引擎--湿地国际—十、作业及课外训练论述生态因子与生物之间的关系教研室审查意见系主任签字：年月日环境与旅游学院教案第2页教学设计与实施方法基本内容新课导入从生态学观点看，环境是指生物有机体或生物群体所在空间内的一切事物和要素的总和。生物是主体，环境是相对主体而言的,它包括非生物的所有自然要素也包括主体生物之外的其他一切动植物。1环境对于生物的影响很大，控制和塑造着生物的全部生理过程形态结构和地理分布。2在环境对生物发生影响的同时，生物有机体特别是他们的群体也对环境产生相当明显的改造作用。一、生态因子作用的一般特点（一）概念环境中对生物的生长、发育、繁殖、行为和分布有影响的环境要素叫生态因子（Ecologicalfactors）。生态因子种生物生存不可缺少的那些因子称作生存条件（Existingconditions）。（二）生态因子对生物的作用的一般特点１）综合性各种生态因子并非孤独地对生物发生作用，而是相互制约、相互影响，并共同在一起对生物产生影响。２）非等价性诸因子中必有１～２个是起关键作用的主导因子，而其他因子的作用相对小些。３）不可替代性都不可缺少，一个因子的缺失不能用另一个因子来代替。４）限制性地球上各种生态因子的变动幅度非常大，而每种生物所能忍受的范围却有一定的限度。当一个或几个生态因子的质或量低于或高于生物生存所能忍受的临界限度时,生物的生长发育、繁殖就会受到限制，甚至引起死亡，这些接近或超过耐性上下限的生态因子称作限制因子（limitingfactors）。（三）生态幅生物在其生存过程中对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限，上限和下限之间就是生物的对这种生态因子的耐受范围或称作生态幅（ecologicalamplitude），其中包括最适宜范围，在这里生物生长发育得最好。各种生物对生态因子的耐受范围不同，有耐受范围很宽广，称作广生态幅生物；有的被限制在一个狭小的环境中生存，为狭生态幅生物。一般的，生物对生态因子的耐受范围越广，它对环境的适应能力越强，这种生物在自然界的分布也一定很广，反之分布范围便是有限的。二、生态因子与生物生物生态环境中的生态因子主要有光、温度、水、空气、土壤、周围其他生物等。（一）光和生物地球上所有生物的生存都必须有能量的供给。太阳辐射被绿色植物所吸收，光能转化为化学能贮存在合成的有机物中，除植物本身消耗外，还为其他一切生物提供所需的能量。光的性质、光照强度和光照时间的长短对生物的生长、发育、形态特征、生殖、行为和地理分布都有明显影响。1光的性质即光的波长对植物的生态作用最为明显。红橙光和蓝光被绿色植物吸收得最多，是光合作用中最有效的生理辐射光；红光与糖的形成关系密切；蓝光则有利于蛋白质的形成；黄光和绿光多被植物反射；紫外光能抑制茎的伸长和促进花青素的形成，还对生物具有杀伤致死作用。2光照强度因时空而发生变化，各种生物对光强的适应程度不同。有些植物喜欢生长在阳光充足的空旷地方或森林中的最上层，而有些植物只有在阴暗处或森林的最下层才能找到。据此将植物分为阳性植物和阴性植物等类型。环境与旅游学院教案第3页教学设计与实施方法基本内容不同的动物对光强的反应不一样。有的动物是应予在弱光下生活，为夜行性动物，有的则适应于在较强光照下生活，是昼行性动物，第三类动物在拂晓或黄昏时分出巢活动，为晨昏性动物。3光照时间地球上不同纬度地区每天的日照长度即白昼持续时数有差别。日照长短的变化之地球上最严格和最稳定的周期变化，是形成生物节律最可靠的信号系统。长期的适应使各类生物对日照长短或说对昼夜长短比例的反应格式不同，就在生物中普遍存在光周期现象（Photoperiodism）。对植物有影响：日照长短对动物的生殖、换毛和迁移有明显影响。（二）温度与生物各种生物对温度都有一定的适应范围。在此范围内生物体内的生物化学过程才能正常进行。1植物一般是0～45℃的温度范围。高温的伤害主要在于减弱光合作用而增强呼吸作用，使两者失衡。高温还可破坏植物体内水分平衡，促使蛋白质和酶失去活性乃至发生凝固变性。低温的不利主要是冻害，低于零下的温度会使细胞间隙的自由水结冰，挤压细胞质造成机械损伤并使细胞失水而萎缩。2大多数动物生活在﹣2～50℃温度范围。动物忍受高温的能力比忍受低温的能力差。温度对动物生长发育和形态的影响表现在低温可以延缓恒温动物的生长，由于其性成熟延缓，动物可活得更久、长得更大。贝格曼定律个体大的动物其单位体重散热量较少，有利于保温，个体小者体表面积较大则增加散热量，有利于降低体温。阿伦定律在寒冷地带的哺乳动物类动物，身体上的突出部分如四肢尾巴和外耳有缩短变小的趋势。恒温动物对低温的另一种形态适应是增加毛和羽毛的数量和质量或增加皮下脂肪的厚度。温度对动物行为的影响在于使动物主动选择适宜的温度环境，以利其生存。温度还影响动植物的地理分布。（三）水和生物生命起源于水环境。水是所有生物生存不可缺少的重要因素。首先，水是生物有机体的重要组成成分。其次，生物的一切代谢活动都必须有水为介质，营养物质的吸收和运输、食物的消化、激素的传递以及其他各种生物化学过程都必须在水溶液中进行。第三，水是植物进行光合作用的重要原料。第四，水的热容量大，吸热和放热的进程比较缓慢，为水生生物创造了一个稳定的温度环境。第五，通过蒸发水分而散热可降低陆生生物的体温，对于生物的热量调节和能量代谢具有重要作用。陆生植物：当环境严重缺水时环境中水分过多时植物的四个生态类型：水生植物湿生植物旱生植物中生植物动物保持体内的水分平衡。（四）空气和生物空气对生物的影响包括空气化学成分和空气运动两方面。环境与旅游学院教案第4页教学设计与实施方法基本内容1空气的化学成分比较复杂，其中氧和二氧化碳对生物的影响显著。氧是动植物呼吸作用所必需的物质，生物正是借助于吸收氧气分解体内贮存的有机物，取得维持生命活动所需的能量。二氧化碳是植物光合作用的原料之一，主要来自于空气，其浓度的高低直接影响光合作用的强度。绿色植物对大气污染具有净化作用：1）绿色植物对有害气体的吸收具有巨大的叶面积有吸收有害污染物的主要器官。2）绿色植物的减尘作用植物的茎叶以其粗糙的表面、绒毛或分泌的树脂、粘液等滞留空气中的尘埃，净化大气。3）绿色植物的杀菌作用通过绿色植物的减尘作用和植物分泌的杀菌素都可以减少大气的细菌数量。4）绿色植物减弱噪声、吸滞放射性物质和CO2作用2空气运动1）风是植物孢子、花粉、种子和果实传播的动力。2）风力可促使环境中的氧、二氧化碳和水气的均匀分布和加速循环，形成有利于动植物生存的环境。3）大气中的污染物也可由于风力的扩散作用而降低其浓度，减轻对生物的危害。4）风的有害作用主要是使植物变形。风对动物的直接作用主要是影响动物的行为活动。（五）土壤与生物1.土壤是陆生植物生长发育的基地和营养库，它具有供应和调节植物生活中所需水分、养料和空气等条件的双重作用。2.土壤和植物之间以极大的接触面积进行着频繁的物质交换。土壤供应植物的水分和矿质营养元素，植物的代谢产物和枯叶又促进土壤的形成和影响其理化性质。3.土壤的酸碱度影响矿质营养盐类的溶解度，从而影响矿质元素被植物吸收利用的有效性。4.土壤中易溶性盐类含量过高时发生盐渍化现象，使土壤溶液浓度过高，渗透压增大、植物吸收水分困难，出现生理性干旱，种子发芽和植株生长不良，限制了一般植物的生存。5.对动物来说，土壤是比大气更为稳定的生活环境，其温度和湿度的变化幅度小得多，因此土壤常成为动物极好的隐蔽场所，在土壤中可以躲避高温、干燥、大风和阳光直射等不利因素的影响。（六）生物之间的关系1.竞争（Competition）对食物、生存空间和其他条件具有相似或相同要求的不同物种，为了自身生存，相互间都力求抑制对方，从而给对方都带来不利影响，谓之竞争。种间竞争的结果是发生生态分离．高斯的竞争排斥原理（competitiveexclusionprinciple）:生态学（或生态位）上相同的两个物种不可能在同一地区内共存。２.寄生作用（Parasitism）：一个物种的个体（寄生物）生活在另一个物种个体（寄主）的体内或体表，并从其体液或组织中吸取营养以维持生存。寄生常降低寄主生物的抵抗力，但并不一定导致寄主生物的死亡。3.捕食作用（Predation)捕食生物袭击并捕杀被捕食者生物作为食物。捕食者生物因获得食物而受益，被捕食者或猎物则受到抑制（植物）或死亡（动物）。环境与旅游学院教案第5页教学设计与实施方法基本内容捕食并不总是有害的，一方面不是这作为一种自然选择的力量淘汰了有疾病衰老或有其他方面不理想的被捕食者，可以说是一种天然的质量控制法。另一方面通过捕食作用可以调节生物种群的数量，维持生物种群间和生物与环境负荷间的平衡。4.原始合作（Cooperation)与互利共生（Mutualism）原始合作又称互助，在一起生活的两个物种彼此从中都受到利益，但他们并不需要互相依赖，可以单独生存。互利共生则是两个不同物种的有机体密切地结合在一起，在共同的生活中双方均获得利益，但彼此不能分开单独生存。三、生物对环境的适应生物的适应（Adaptation)是指生物的形态结构、生理机能、个体发育和行为等特征与其长期生存的一定环境条件相互统一、彼此适合的现象。生物对环境的适应有趋同适应和趋异适应两类。趋同适应（Convergentadaptation）是指亲缘关系相当疏远的不同种类的生物，由于长期生活在相同或相似的环境中，通过变异和选择，形成相同或相似的适应特征和适应方式的现象。趋异适应（Divergentadaptation）或称辐射适应是指同一种生物的若干个体，在不同环境条件下长期生活，形成了不同的适应特征和适应方式。注意：1不论是趋同适应还是趋异适应都是通过改变生物的形态结构、生理生态机能或行为等特征而实现的。2生物的适应现象不是固定不变的，而是有节奏的季节变化和昼夜变化，使得适应性具有动态变化的特征。3生物能够产生某些生态适应特征而与环境相协调，是生物与生物之间、以及生物与无机环境之间在长期的生存竞争中通过遗传变异和自然选择逐渐产生和形成的。4适应是相对的。