高中生物竞赛辅导-生态学

生物竞赛辅导3——生态学1.什么是生态学（Ecology）•研究生物与环境相互依赖、制约和协调关系的科学。•1869，德国进化论者海克尔提出“oecology”。•1893(美)一次生态学会议,把这个词简化确定为“ecology”。•1950s后，数学的引入发展成定量科学•近代生态破坏所带来的恶果日益严重和明显，生态学才引起全社会的重视。生态学概述生态学一览1.2生态学的分支学科•基础(纯粹)生态学•按组织层次分：个体(种群、群落、生态系统、分子)生态学等•按生物类别分动物（植物、微生物、真菌）生态学等•按栖息环境分陆地（海洋、河口、淡水）生态学等主要范围：一、生物与环境的相互关系：二、种群生态学：三、群落生态学：四、生态系统：五、环境问题：一、生物与环境的相互关系：一）、环境与生态因子的概念二）、生物与生态因子关系的基本规律三）、主要生态因子及其生态作用环境：是指某一特定生物体或生物群体以外的空间及直接、间接影响该生物群体生存的一切事物的总和，包括生物和非生物。环境总是针对某一特定的主体或中心而言的，离开了这个主体或中心也就无所谓环境了。像温度等环境中对生物的生长、发育、繁殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素就称为生态因子，除了温度以外还包括湿度、食物、氧气、二氧化碳和其他相关生物等等。生态因子中生物生存所不可缺少的环境条件，也称生物的生存条件。一）、生态因子的概念例题：以下关于动物对温度的适应的说法正确的是（）。A．在低温条件下，变温动物的寿命较长，随着温度的增高，其平均寿命缩短B．温暖地区，变温动物完成发育的时间比在冷的地区长C．恒温动物在低温下保持恒定的体温，而变温动物随环境温度的提高而有相应变化D．温度是动物分布的限制因子，最重要的是地区平均温度AC1．最小因子法则(lawoftheminimum)任何特定因子的存在量低于某种生物的最小需要量，因而成为决定该物种生存或分布的根本因素。二）、生物与生态因子关系的基本规律2．耐受性法则(lawoftolerance)各种生态因子对某一种生物都存在生物学的上限和下限，它们之间的幅度就是该种生物对某一生态因子的耐受范围。耐受性定律可用钟性曲线来表示。最适点最适区适宜区高死亡限低死亡限环境梯度生长、生殖0环境梯度生长、生殖广生态幅狭生态幅狭生态幅根据生物对环境因子的适应范围的大小对同一生态因子，不同种类的生物耐受范围是不相同的。有的可耐受很广的温度范围，称广温性动物；有的只能耐受很窄的温度范围，称狭温性生物。注意：1).一般来说，如果一种生物对所有生态因子的耐受范围都是广泛的，那么这种生物在自然界的分布也一定很广。2).一种生物的耐受范围越广，对某一特定点的适应能力也就越低；相反狭生态幅的生物，通常对范围狭窄的环境条件具有极强的适应能力，但却丧失了在其它条件下的生存能力。3).自然界中的动植物很少能够生活在对他们来说是最适宜的地方，而只能生活在它们占有更大竞争优势的地方。例如：很多沙漠植物在潮湿的气候条件下能够生长得更茂盛，但是它们却只分布在沙漠中，因为只有在那里它们才占有最大的竞争优势。生物对生态因子耐受限度的调整1.驯化：生物借助于驯化过程可以稍稍调整它们对某个生态因子或某些生态因子的耐受范围。如果一种生物长期生活在它的最适生存范围偏一侧的环境条件下，久而久之就会导致该种生物耐受曲线的位置移动。驯化在实验室条件下，一般只需较短时间；而在自然环境中这个变化通常要较长时间。驯化可以理解为生物体内决定代谢速率地酶系统的适应性改变。2.休眠：休眠是动植物抵御暂时不利环境条件的一种非常有效的生理机制，环境条件如果超出了生物的适宜范围(但不能超出致死限度)，虽然生物也能维持生活，但却常常以休眠的状态适应这种环境。动植物一旦进入休眠期，它们对环境条件的耐受范围就会比正常活动是宽得多。3．限制因子定律(limitingfactors)任何一种生态因子，只要接近或超过生物的耐受范围，它就阻止其生长、繁殖、分布、生理机能或者生存的因素就是限制因子。例题：在下列情况下，测定了不同光照强度光合作用速率的影响（4种实验条件）：0.10%CO2、30℃(1)0.10%CO2、20℃(2)0.03%CO2、30℃(3)0.03%CO2、20℃(4)从以上实验可以得知，对实验2、实验4和P点起到限制作用的因素分别是A．光强度、0.03%CO2、温度B．0.10%CO2、光强度、温度C．温度、光强度、CO2浓度D．温度、0.03%CO2、光强度光强度光合速率123和4PD注意：如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很广(窄)，而且这种因子又非常稳定(不稳定)，那么这种因子就不太可能(很容易)成为限制因子。例如：氧气对陆生动物来说，数量多，含量稳定，因此一般不会成为限制因子；但是氧气在水体中的含量是有限的，而且经常发生波动，因此常常成为水生生物的限制因子。4．贝格曼定律（Bergman’srule）恒温动物（内温动物）在寒冷的气候条件下，体型趋向于大，在温暖的气候条件下，体型趋向于小。因为个体大的动物，其相对表面积小，单位体重散热量相对较少，这样有利于保持体温。5．阿伦定律（Allen’srule）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中有变小变短的趋势，在温暖地区有变长的趋势。这也是在寒冷地区减少散热和在温暖地区增加散热的一种形态适应。6．乔丹定律（Jordan’srule）栖息于冷水水域中的鱼类，比栖息于温暖水域中的同种鱼的脊椎骨数目多。解释：低温使鱼类的生长和发育速度变慢，因而延长了其性成熟时间，从而产生更大的个体，其脊椎骨的数目也增多。7．葛洛格定律（Gloger’srule）一般来说，在干燥而寒冷的地区，动物的体色较淡；而在潮湿而温暖的地区，其体色较深。解释：温热地区动物毛色较深的原因，可能与色素产生和酶活动有关，较高的湿度和温度能增强酶的活性，提高代谢速率，使皮肤中产生较多的黑色素，体色则较深。8．阿利氏定律动物有一个最适宜的种群密度，种群过密或过疏都可能对自身产生不利影响。随着种群密度过大，将对整个种群带来不利影响，如它将抑制种群的增长率，增大死亡率等。三）、主要生态因子及其生态作用1．光光质的变化：光质随空间发生变化的一般规律是短波光随纬度增加而减少，随海拔升高而增加。在时间变化上，冬季长波光增多，夏季短波光增多；一天内中午短波光较多，早晚长波光较多。深水中的红藻(紫菜)能够较有效的利用绿光。紫外光的作用抑制了植物茎的伸长，所以很多高山植物都具有特殊的莲座状叶丛。（1）光对植物的影响光合作用强度光合作用呼吸作用光强度CP光合作用和呼吸作用两条线的交叉点就是光补偿点。在此处的光照强度是植物开始生长和进行净生产所需要的最小光照强度。阳生植物和阴生植物有差异。光对植物光合作用的影响光照强度有机物积累量光补偿点光饱和点ab光照强度有机物积累量阳生植物阴生植物阳生植物和阴生植物的补偿点和饱和点一般来说，植物个体对光能的利用率远不如群体高，夏季当阳光最强时，单株植物很难充分利用这些光能，但在植物群体中对反射、散射和透射光的利用要充分的多。对植物群体的总光能利用率产生影响的主要因素是光合面积、光合时间和光合能力。光合面积主要指叶面积，通常用叶面积指数来表示，即植物叶面积总和与植株所覆盖的土地面积的比值。光合时间是指植物全年进行光合作用的时间，光合时间越长，植物体内就能积累更多的有机物质并增加产量。延长光合时间主要是靠延长叶片的寿命和适当延长植物的生长期。光合能力是指大气中二氧化碳含量正常和其它生态因子处于最适状态时的植物最大净光合作用速率。光对植物其它生理的影响a．与代谢的关系：对光照强度的要求不同植物分（阳生植物、阴生植物、耐阴植物）。阳生植物的光饱和点比阴生植物要高，当然通常光补偿点也会高一些b．与生殖的关系（光周期现象）：根据植物对日照长度的反应可分为长日照植物、短日照植物、中日照植物和中间型植物。（具体情况请看植物的生殖生理）（2）光对动物的影响影响动物的体色、生长发育、繁殖、行为、视觉。有很多的动物繁殖、行为都由日照长度来决定。原因：光周期变化很有规律、很稳定，以它为信号一般不会“上当”。而其它因素如温度等稳定性不强。（一年中的同一天日照长短都是一致的，但是温度、湿度、食物等因素可能不一致）2．温度最适点、最低点、最高点，在生态学上称为温度的三基点（1）植物和温度a.植物的春化b．昼夜温差与有机物积累：白天温度高有利于光合作用，夜间温度低降低呼吸作用。c．季节变温与物候：生物长期适应于一年中温度的寒暑节律性变化，形成于此相适应的生物发育节律称为物候，实质是生物对季节性变温的适应。d.极端温度对植物的影响：低温对植物的伤害可分为冷害、霜害和冻害三种。冷害是指喜温生物在零度以上的温度条件下受害或死亡，例如海南岛的热带植物丁子香在气温降到6.1℃时叶片便受害，降到3.4℃时顶梢干枯，受害严重。冷害是喜温生物向北方引种和扩展分布区的主要障碍。冷害冻害是指冰点以下的低温使生物体内(细胞内或细胞间隙)形成冰晶而造成的损害。冰晶的形成会使原生质膜发生破裂和使蛋白质失活与变性。当温度不低于-3℃或-4℃时，植物受害主要是由于细胞膜破裂引起的；当温度下降到-8℃或-10℃时，植物受害则主要是由于生理干燥和水化层的破坏引起的。冻害e.高温对植物的影响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。例如马铃薯在温度达到40℃时，光合作用等于零，而呼吸作用在温度达到50℃以前一直随温度的上升而增强，但这种状况只能维持很短的时间。高温还可破坏植物的水分平衡，加速生长发育，促使蛋白质凝固和导致有害代谢产物在体内的积累。注：高温和低温（极端温度）对植物的致死，使植物的地理分布也受到温度的限制。植物水平分布的南界和北界，垂直分布的海拔高低。f.植物对极端温度的适应：低温适应：*形态的适应。芽叶具有油脂类物质，芽具鳞片，植表有蜡粉密毛，植株矮小。*生理的适应。减少细胞内的水，增加糖、脂、色素，以降低冰点，增加吸热。高温适应：*加强反光、滤光，形成木栓层（隔热），降低含水量增加糖、盐（减慢代谢速率、增强原生质抗凝结力）加强蒸腾，反射红外线。（2）动物和温度a．影响动物的繁殖：b．温度与生物的发育：有效积温法则：指生物（植物和变温动物）的生长发育过程中，必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育。如：水稻在浙江只能种两季，而在海南岛可以种三季。有效积温法则的应用：①预测生物发生的世代数；②预测生物地理分布的北界；③预测害虫来年发生程度；④推算生物的年发生历；c．温度影响动物的形态：贝格曼定律、阿伦法则。d．影响动物的分布：有效积温和极端温度；e．极限温度对动物造成的影响：低温使动物致死，主要是由于细胞内形成冰晶的损伤所致。高温对动物的有害影响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。f．动物对极端温度的适应。例题：以下关于动物对温度的适应的说法正确的是（）。A．在低温条件下，变温动物的寿命较长，随着温度的增高，其平均寿命缩短B．温暖地区，变温动物完成发育的时间比在冷的地区长C．恒温动物在低温下保持恒定的体温，而变温动物随环境温度的提高而有相应变化D．温度是动物分布的限制因子，最重要的是地区平均温度AC3．水植物与水：水生植物（沉水植物、浮水植物、挺水植物）陆生植物（湿生植物、中生植物、旱生植物）各种生态类型的植物的形态、解剖学结构特点（具体参照植物形态、解剖学）动物与水：a．影响动物的分布；b．影响动物的体色；葛洛格定律（Gloger’srule）c．影响动物的繁殖；d．影响动物的行为；e．影响动物的生长发育一）水生植物适应特点是体内有发达的通气系统；叶片常呈带状、丝状或极薄，有利于增加采光面积和对CO2与无机盐的吸收；植物体具有较强的弹性和抗扭曲能力以适应水的流动；淡水植物具有自动调节渗透压的能力，而海水植物则是等渗的。1．沉水植物整株植物沉没在水下，为典型的水生植物。根退化或消失，表皮细胞可直接吸收水中气体、营养物和水分，叶绿体大而多，适