温度的生态作用与生物的适应

1普通生态学GeneralEcology2二、温度的生态作用与生物的适应（一）温度因子的生态作用1．温度对生物生长的影响温度对生物的作用可分为最低温度、最适温度和最高温度，即生物的三基点温度。最适温度温度是对生物影响最为明显的环境因素之一3•不同生物的三基点温度是不一样的•同一生物不同的发育阶段忍受的温度范围也有差异。4•生长在温带地区的树木，形成层细胞的分裂活动，受气温变化的影响很明显，长成春材和秋材，同一年的春材与秋材区同构成一个环带--年轮。（一）温度因子的生态作用5动物与环境温度相互关系类型外温动物内温动物恒温动物变温动物温度变化特点热源来源不同6（一）温度因子的生态作用2．温度与生物发育•发育阈温度：高于一定的温度，生物才开始发育，这个温度称为发育阈温度或称为生物学零度。•A有效积温法则：植物在生长发育过程中，必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而且植物各个发育阶段所需要的总热量是一个常数。K=N(T-T0)7•K=N(T-T0)•K为该生物所需的有效积温（常数），N为发育历期即生长发育所需时间，T为发育期间的平均温度，T0为生物发育起点温度K=N·(T-T0)（1）T=T0+K/N(2)T=T0+KV(1/N=V)(3)（一）温度因子的生态作用2．温度与生物发育82．温度与生物发育（一）温度因子的生态作用温度发育速率T=T0+KV发育历程T=T0+K/N9有效积温的计算如果知道某种生物在实验温度T1下发育时间N1，实验温度T2下发育时间N2.T0＝(N2*T2-N1T1)/(N2-N1)10有效积温法则的用途•预测生物地理分布北界；•预测害虫发生的世代数；•来年发生程度；•根据有效积温制定农业规划。合理安排作物和预测农时（不同作物的有效积温不同：如马铃薯的有效积温为1000-1600度；玉米为2000-4000度；椰子为5000度以上）。112．温度与生物发育•春化：某些植物由低温诱导才能开花。（一）温度因子的生态作用12（二）生物对极端温度的适应1.生物对低温的适应低温的危害（P25)：寒害:是指温度在0℃以上对喜温生物造成的伤害。植物寒害的主要原因有蛋白质合成受阻、碳水化合物减少和代谢紊乱等。冻害:是指0℃以下的低温使生物体内（细胞内和细胞间）形成冰晶而造成的损害。植物在温度降至冰点以下时，会在细胞间隙形成冰晶，原生质因此而失水破损。极端低温对动物的致死作用主要是体液的冰冻和结晶，使原生质受到机械损伤、蛋白质脱水变性。13（1）动物对低温的适应*形态结构：贝格曼（Bergman）规律：生活在高纬度地区的恒温动物，其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大,导致相对体表面积变小，单位体重散热量相对较少。1415阿伦规律（Allen）•恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低温环境下有变小变短的趋势。北极狐赤狐大耳狐北极狐、赤狐、大耳狐16生理适应：•增加体内产热量来增强御寒能力和保持恒定的体温；•热中性区：指动物的代谢率最低，并不随环境温度而变化的环境温度范围（P28）。17北极灰狼的脚温度可低于冰点生理适应：大大降低身体终端部位的温度，而身体中央的温暖血液很少流到这些部位。站立在冰面的银鸥，其脚掌的温度为0-5度，温度自下而上逐渐升高，到达生有羽毛的胫部为32度，而银鸥的体温38-41度。休眠18*行为适应：•集群（抗寒）•迁徙（避寒）19（2）植物对低温的适应•植物对低温的形态适应：表现在芽及叶片常有油脂类物质保护，芽具有鳞片。器官的表面有蜡粉和密毛，树皮有较发达的木栓组织。植株矮小，常呈匍匐、垫状或莲座状；高山植物红景天20（2）植物对低温的适应生理适应：减少细胞中的水分和增加细胞液的浓度。极地和高山植物能吸收更多的红外线。行为适应：休眠来增加抗寒能力21（2）植物对低温的适应•研究意义：•植物抵抗低温能力的强弱，主要决定于植物体内内含物的多少。222.生物对高温的适应•自学5分钟232.生物对高温的适应温度超过生物适宜温区的上限后就会对生物产生有害影响，温度越高对生物的伤害作用越大。高温对植物的危害：高温可减弱光合作用，增强呼吸作用，使植物的这两个重要过程失调；破坏植物的水分平衡，促使蛋白质凝固、脂类溶解，导致有害代谢产物在体内的积累。高温对动物的危害：（动物对高温的忍受能力因种而异，一般哺乳动物不能忍受42度以上高温；鸟类不能忍受48度以上高温）主要是破坏酶的活性，使蛋白质凝固变性，造成缺氧、排泄功能失调和神经系统麻痹等。24（1）植物对高温的适应•a形态适应：有些植物体具有密绒毛或鳞片，能过滤一部分阳光；有些植物体呈白色、银白色，叶片革质发亮，能反射大部分光线；有些植物叶片垂直排列，或高温下叶片折叠，减少吸光面积等。•b生理适应：降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度，有利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力；蒸腾作用避免值物体因过热受害。25（2）动物对高温的适应•夏眠•穴居•昼伏夜出26（三）生物对周期性变温的适应由于地表太阳辐射的周期性变化产生温度有规律的昼夜变化,许多生物适应了变温环境,多数生物在变温下比恒温下生长得更好。271.植物的温周期现象主要表现：•（1）种子萌发大多数植物在变温下发芽较好。如毛冬青在变温20-30度发芽率为70-80%，恒温条件25度发芽率为20-30%。28（2）促进生长与开花•植物生长往往要求温度因子有规律的昼夜变化的配合。温度条件番茄茎的日生长量/mm昼夜26.5度23.1昼夜19度19.5白天20度，夜间26.5度19.4白天26.5度，夜间20度26.1-35.029（3）变温与干物质积累•变温对于植物体内物质的转移和积累具有良好的作用。3010℃20℃燕麦昼夜温差对生物量的影响同化产量300公斤17513012517031（4）物候节律•物候是指生物长期适应于一年中温度的节律性变化，形成的与此相适应的发育节律。例如大多数植物春天发芽，夏季开花，秋天结实，冬季休眠。•物侯学:研究生物的季节性节律变化与环境季节变化关系的科学.32动物的物候变化（如生物钟）的解释•动物的休眠有冬眠和夏眠（夏蛰）•人的时差问题•内源说：生物体内有定时器。•外源说：受固定的外界信息影响。33（四）温度与生物的分布1.有效总积温：2.极端温度（最高、最低温度）根据生物有效临界温度的天数的日平均温度累计计算。苹果不能在热带栽培，由于高温的限制不能开花结实；可可、椰子只能在热带分布，因为是受低温的限制；等温线：地图上将一年特殊时间上有相同平均温度的地方连接起来的线。34长江流域植物垂直分布的界限马尾松黄山松35温度对动物的分布温度的直接限制作用：如昆虫生存地区有效积温少于发育所需的积温时，昆虫不能完成生活史。玉米螟生物学0度为15度，若气温15度以上的日子少于70天，它就不能持久生存。温度对恒温动物分布的直接限制较小，常常是通过其他生态因子（如食物）而间接影响其分布。36三、水的生态作用与生物的适应（一）水因子的生态作用1.水有重要的生态意义：（1）水是任何生物体的重要组成部分。（2）水是生命活动的基础。（3）水对稳定环境温度有重要意义。（4）生物起源于水环境。372.水对动植物生长发育的影响•水对植物生长发育的影响：水分对植物生长有最低、最适和最高值3基点。•水对动物生长发育的影响：水分不足时，引起动物的滞育和休眠；许多动物的周期性繁殖与降水季节密切相关。如澳洲鹦鹉在干旱年份就停止发育。383.水对动植物数量和分布的影响•降水分布不均：由于地理纬度、海陆位置、海拔高度不同所造成。•对植被的分布：我国从东南到西北可分为3个等雨量区，因而植被类型也分为3个区：湿润森林区、干旱草原区和荒漠区。草地的梯度分布。•水分与动植物种类与数量：降水量最大的赤道热带雨林种的植物达52种/公顷，而降水量较少的大兴安岭红松林中，仅有植物10种/公顷。39（二）生物对水因子的适应•需水量：生产1克干物质所需的水量。40（二）生物对水因子的适应1.植物对水的适应根据栖息地，通常把植物划分为水生植物和陆生植物。（1）水生植物：是所有生活在水中的植物总称。水体环境：弱光、缺氧、粘性高、密度大、温度变化平缓，以及能溶解各种无机盐类。41水生植物特点：a.发达的通气组织，以保证各器官组织对氧的需要。根、茎、叶形成连贯的通气组织，以保证植物体各部分对氧气的需要。42如荷花从叶片气孔进入的空气，通过叶柄、茎进入地下茎和根部的气室，形成了一个完整的通气组织。43又如金鱼藻，属于封闭式的通气组织，该系统不与大气直接相通。系统内可以储存由呼吸作用释放的二氧化碳，供光合作用的需要，而光合作用释放的氧气又被呼吸作用所利用。44b.水下叶片很薄，且多分裂成带状、线状水生植物的水下叶片很薄，且多分裂成带状、线状，以增加吸收阳光、无机盐和CO2的面积。45c.机械组织不发达甚至退化•增强植物的弹性和抗扭曲的能力，适应水体流动。46水生植物类型水生植物根据生长环境水的深浅又可分成：A沉水植物：整株植物沉没在水下，根退化或消失。如金鱼藻、黑藻。47B浮水植物：如浮萍、睡莲。生长在浅水区，叶片浮在水面，形状多为扁平，机械组织不发达。叶表面有气孔，分为扎根的浮水植物如睡莲，根系或地下茎固定在泥土里，根部所需要的氧气由叶片的气孔经由外界提供，叶柄会随水的深度而伸长；和不扎根的浮水植物，如浮萍，植物根系并沒有固定于泥土中，而是沉于水中，植物体則飘浮在水面，某些还具有特化的气囊以利于飘浮。水生植物类型48水生植物类型•C挺水植物：生长在浅水区，植物体大部分挺出水面，根系固定在水底土壤，将其茎叶的一部份或大部份伸出水面。如荷花、芦苇。49（2）陆生植物生长在陆地上的植物统称陆生植物，以对水分的需要量及耐旱程度进行划分。50①湿生植物：不能长时间忍受缺水，抗旱能力差，多生长在水边或潮湿的环境中。如水稻、秋海棠。51②中生植物：适于生长在水分条件适中的环境中，形态结构及适应性介于湿生植物与旱生植物之间，种类最多、分布最广和数量最大的陆生植物。52③旱生植物：生长在干旱环境中，能忍受较长时间的干旱，且能维护水分平衡和正常的生长发育。主要分布在干热草原和荒漠地区。53旱生植物旱生植物的分类：少浆液植物多浆液植物54旱生植物的形态及生理适应•（a）含水量极少或具备发达的储水组织55•多浆液这类植物能够贮备大量水分，适应干旱条件下的生活。•如南美的瓶子树：可储水4吨以上。它的树干两头细中间粗，最粗的地方直径达5米，纺锤树的上端有少数生叶子的枝条。远远看去，这种树又象一个插着枝条的花瓶，因此又叫瓶子树。旱季时，人们常砍棵纺锤树作为饮水的来源。若以每人平均每天饮水6斤计算，砍一棵纺锤树至少可供四口之家饮用半年。56西非的猴面包树，树干最粗可达4人合围，可储水4吨。57旱生植物的形态及生理适应：（a）含水量极少或具备发达的储水组织（b）发达的根系：如沙漠地区的骆驼刺地面部分只有几公分，而地下部分可深达15米，扩展范围623m2，可更多吸收水分。58旱生植物的形态及生理适应：（a）含水量极少或具备发达的储水组织（b）发达的根系：（c）叶面积很小。叶片化成刺状、针状或鳞片状。如仙人掌科：叶片化成刺状59旱生植物的形态及生理适应：（a）含水量极少或具备发达的储水组织（b）发达的根系：（c）叶面积很小。（d）叶表皮细胞厚，角质层发达，气孔多，但下陷。（e）原生质渗透压特别高。淡水水生植物的渗透压：2-3PA，中生植物不超过20PA，旱生植物渗透压高达40-60PA602.动物对水的适应动物按栖息地也可以分水生和陆生两类。（1）水生动物：水生动物主要通过调节体内的渗透压来维持与环境的水分平衡。（2）陆生动物：a.形态结构；b.行为；c.生理上来适应不同环境水分条件。动物对水因子的适应与植物不同之处在于动物有活动能力，动物可以通过迁移等多种行为途径来主动避开不良的水分环境。•61（1）水生动物对水因子的适应•保持盐分与水分的平衡：•a.淡水动物对环境是高渗性（淡水的渗透浓度为2-3毫摩尔/升，而动物体液或血液渗透浓度高）：•导