第1章 生物与太阳辐射

讨论：光污染对环境的损害 1、种类 夜间汽车照明灯、核武器爆炸时的强闪光、 紫外光、红外光等，但对环境污染最严重的 是光化学烟雾，其主要成分为臭氧、过氧乙 酰硝酸酯类、NOx等。 2、危害
臭氧对植物的影响
外部症状
在生态学上被植物色素吸收具有生理活性的波段成为光合 有效生理辐射（photosynthetic radiation）。它与可见 光谱相符。
二、太阳辐射的生态效应 1、太阳辐射光谱的生态效应 A 紫外线： 杀菌，抑制细胞分裂;促进V-d合成。 B 可见光： 对植物的生理活性及光合产物有影响，生态
学研究的重点。
案例应用：彩色薄膜的应用(p23) 动物体色变化
如何解释高山植物的矮小？
• 环境条件； • 蓝紫光与青光抑制植物的伸长生长； • 紫外线抑制植物茎的生长，使高山植物 茎干短粗，叶面缩小、莲座状叶丛，毛 绒发达的生长型。 • 是对高山多短波光的适应。
紫外线的危害和植物的防护
• 致癌和杀伤； • UV-A、UV-B、UV-C； • 臭氧减少1%，UV-B辐射引起的皮肤癌增加 1.4%； • UV-B损伤DNA、抑制光合作用、改变植物的 生长型和减缓植物的生长； • 防护研究是热点。
光合能力（photosynsetic capacity）：当传入的辐射能是 饱和的、温度适宜、相对湿度高、大气中的CO2和O2的浓 度正常时的光合作用速率。
2、太阳辐射强度的生态效应
• • • • 1）光照强度的变化 2）光照强度与水生植物 3）光照强度与陆生植物 4）光照强度与动物的行为
测量太阳辐射的仪器
二、太阳辐射的生态效应
1、太阳的辐射光谱生态效应 2、太阳辐射强度的生态效应 3、太阳辐射时间的生态效应
三、生物对光的适应
四、提高群体光能利用率的途径
问题与讨论
在光合作用中，植物只能利用辐射能的1～5％！
一、太阳辐射的特点
1.1 太阳辐射常数
太阳辐射常数指平均日地距离时，在地球大气层上界 垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。
动物的光周期现象
迁徙：如家燕、鱼类 繁殖：如家鸡照明可增产 换毛和换羽：鸟、哺乳动物 昆虫滞育（diapause)：梨小食心虫。
总之，与其他因子相比，日照是地球上最稳 定和规律性的变化，通过长期进化，生物最终选 择了光周期作为生物节律的信号，成为生命活动 的定时器和启动器。
三、生物对光的适应
生活在弱光环境中的动物，在形 态结构上也常有相应的特征。如 壁虎、猫头鹰。 鱼眼睛加大，体呈红色。 洋面的动物常常是背面蓝色、绿 色或棕色，而侧面与腹面呈银白 色。深水层中，动物却呈黑色。 动物行为的趋性：如趋光性是对 光刺激所表现的趋向或回避运动。 在适宜的光强度内，眼虫表现正 趋光性，在强光下它就回避而改 变运动方向。绿头蝇有向光飞行 的习性。马铃薯叶甲和七星瓢虫 有正趋光性，地中海粉螟和红头 绿蝇的幼虫则表现出负趋光性， 即移向黑暗。夜间活动的动物在 光亮达某阈值时即回巢穴。
在森林群落中，不同的植物 分别处于不同的层次便是对 光适应的反映。 干形和叶形态的变化亦是对 光的适应，陆地上绿色植物 的向上生长和枝叶的分布， 是充分利用阳光的适应形式； 光的照射常常使植物的生长 表现出向光性，即单向的光 可引起植物的向性生长运动 （向日葵）。
不同光强要求的植物生态类型 （战略差异）
增强免疫力。增加红血球和白血球的数量。 有助于减肥。阳光促进新陈代谢，保持血糖水平。 自然消毒抗炎。杀死病毒和细菌，“自然的抗生素和消毒剂”。 防癌。V-d抗癌中发挥重要作用。 改善睡眠。大脑松果腺产生的褪黑激素可辅助睡眠，阳光可促进它的产生。
讨论：
下列植物随太阳辐射强度变化的光合能 力（photosynsetic capacity）的变化？ • 1、玉米、高粱等（C4） • 2、小麦、水青冈等（C3）
小知识：晒太阳的10个好处
增加V-d。借助紫外线发生光合作用，由人体皮肤中唯一合成的维生素。 增加快乐激素——内啡肽。 促进心脏健康。阳光能扩张血管，促进血液循环，降低血压。 自然排毒。提高肝脏功能过滤和排出体内毒素，血液循环加速也利于排毒。
有益皮肤。可促进湿疹、溃疡真菌感染及痤疮等皮肤疾病的痊愈。
1）植物光周期现象的类型
A 开花的光周期现象
短日（照）植物（short-day plant）:
多半起源于低纬度地区，也包括 早春或晚秋开花的花卉如菊、腊 梅，和作物大豆、玉米等。 长日（照）植物（long-day plant）： 如温带起源的作物油菜、罗卜等， 晚春与初夏开花的花卉或野花。
中日（照）性植物
红、橙光：叶绿素吸收最多，红光亦能促进叶绿素的形成。 蓝、紫光：亦可被叶绿素、类胡罗卜素吸收；它们与青光能 抑制植物伸长生长，使植物形态矮小，向光性更敏感，促进 植物色素的形成。 绿光：很少利用，因被叶子透过和反射，绿色即因此。
C 红外线： 热线，提高植物体的温度，促进茎的延长
生长，有利于种子和孢子的萌发。
四、提高群体光能利用率的途径
光能利用率与光合面积、光合时间、光合能力及外界因子 有关。 1）提高群体光合作用强度：从个体角度培育、筛选良种； 2）群体结构上的途径： 合理栽植密度，保持合适的叶面积指数（LAI）； 充分利用土地利用的时间差； 多层次多物种配置，提高土地覆盖率（间作、套种）； 设施农业技术； 利用种间互补原理进行物种搭配。 3）科学管理，创造最优环境条件（肥、水等）。
近年来通过各种先进手段测得太阳常数的标准值,一年中由 于日地距离的变化所引起太阳辐射强度的变化不超过±3.4％。
23.5°
秋分（9月23日） 冬至 （12月22日）
太阳
夏至 （6月21日）
地球
春分（3月21日）
思考：为什么陆地表面气候差异很大？
一、太阳辐射的特点
1.2 到达地面的太阳辐射 O´A/OA就称为大气质量(m): 它表示太阳辐射穿过地球大气 的路径与太阳在天顶方向垂直 入射时的路径之比。
光照强度
光补偿点 Compensation point，CP 植物同化器官中当光合作用 吸收的CO2与呼吸释放的CO2 相等时的光照强度。
思考：
不同光强下的生物反应？
有什么样的战略差异（strategic difference） 和战术响应（tactical response）？
光强对植物形态建成的作用 同种植物在不同的光环境下生长有明显 的差异,如阴暗的角落的草、苗柔细泛黄 为黄化现象（etialation）。
梗、白笈、棣棠、珍珠梅、虎刺及蝴蝶花等。
必须指出，植物的耐荫性是相对的，其喜光程度 与纬度、气候、年龄、土壤等条件有密切关系。
四、提高群体光能利用率的途径
光能利用率是指植物生长发育期中单位面积上作物的光合 产物与到达植被冠层上部的光量子辐射能量的比值。
可以通过仪器测定。
植物或生态系统 热带雨林 微藻类 珊瑚礁 糖甘蔗 玉米田 热带森林人工林 外海 北极冻原 热荒漠 转换的辐射能KJ/m2· d 550 300 160~630 310 140 120 12 8 2 转换效率（%） 3.5 3.0 2.4 1.8 1.6 0.7 0.09 0.08 0.05
讨论：
高山植物为什么矮小？ 海龟为什么定期晒太阳？
第一章 生物与太阳辐射
太阳辐射的生态效应、对生物的影响、生物的 适应和适应类型。
影 片
知识点：
1、太阳辐射光谱生态效应 2、太阳辐射强度的生态效应 3、太阳辐射时间的生态效应
第一章 生物与太阳辐射
一、太阳辐射的特点
1、太阳常数 2、到达地面的太阳辐射 3、太阳光谱
甘蔗属的一些种。
日中性植物
绝大部分乔木、蒲公英、黄瓜、菜豆等。
2）植物光周期现象的类型
A 开花的光周期现象 B 休眠的光周期现象 如杨树、落叶松等。 C 地下器官形成的光周期现象 如马铃薯、地瓜等。
光周期现象的Байду номын сангаас态意义
在温带，温度的季节变化幅度很大，随纬 度的增高而冬季延长。植物如不能在低温、霜 冻来临之前形成种子，就不能繁殖后代。许多 植物在长期的适应过程中形成了这种感应季节 的本领。 1、使不同花期的植物同时开花，便于杂交； 2、采用短日照诱导提高植物的抗性； 3、南种北移获取收成等。
阳性植物：
如木棉、梭树、木麻黄、椰子、芒 果、杨、柳、桦、槐、油松及许多 一、二年生植物。
阴性植物： 如红豆杉、三尖杉、粗榧、香榧、铁杉、可可、
咖啡、肉桂、萝芙木、珠兰、茶、拎木、地锦、 紫金牛、中华常春藤、三七、草果、人参、黄连、 细辛、宽叶、麦冬及吉祥草等。
耐荫植物： 如罗汉松、竹柏、山楂、锻、栾、君迁子、桔
对各种光周期的成花反应图解
短日照植物 长日照植物 开花 营养生长 营养生长 营养生长 营养生长 开花 开花 开花 光周期处理
1 长夜反应 2 短夜反应
3 夜间断效应=短夜反应 4 长光期插入暗处理=短夜反应 5 短光期+短暗期=短夜反应 6 >24小时的长光期+长暗期= 长夜反应
24小时
光明 黑暗
根/茎：弱光下减小，根系不发达，茎生 长相对较大，蔽荫下死亡的原因之一。
茎形态：弱光下通直，分枝少。
叶片形态：不同光下的适光变态
阳生叶 叶片大小 角质层 叶脉 叶绿素 气孔 阴生叶
小而厚 较厚 密 较少 较密
大而薄 较薄 疏 较多 较稀
战术响应
光照强度与动物的行为
• 昼行性动物：多数鸟类、灵长类、有蹄 类等，又称广光性种类，包括有些部分 昼夜活动的动物，如田鼠。 • 夜行性动物或晨昏性动物：蝙蝠、家鼠、 夜鹰、蛾类等，又称狭光性种类。 • 自然条件下动物每天活动时间由光照强 度决定。
通常设定标准大气压和O℃时海平面上太阳垂直入 射时，大气质量m＝1。 它与海拔、坡向、植被有关。
一、太阳辐射的特点