第2章生物与环境(精)

第2章生物与环境主要内容•地球上的生物•环境的概念与类型•主要环境因子的生态作用•生态因子作用的一般规律第一节地球上的生物•生命的产生与进化–生命的起源–生物种的概念–生物的协同进化•生物多样性–生物多样性的概念–影响生物多样性的因素•地球自我调节理论–Gaia假说的形成和发展–假说的主要论点林奈物种观点•物种是形态相似个体组成，同种个体可自由交配，并产生可育后代。

•特点：形态•问题：物种并不是一成不变的。

此外，物种是与其他物种存在着亲缘关系的。

达尔文观点•将亲缘关系密切的一群个体统称为物种•特点：物种的可变性•问题：物种是客观存在的，并不是人可以随意划分的。

物种间的亲缘关系不应过分强调而忽略不同物种间的明显的差异。

Mayr关于物种的定义•物种是由许多群体组成的生殖单元（与其他生殖单元隔离），它在自然界中占有一定的生境位置。

–生物种在自然界是真实存在的，是由生物、生态学、行为等特征相互认同的一群形态相似的个体–遗传学特征：生殖隔离–形态学特征：相对稳定的形态特征–生态学特征：在生态系统中占据一定的生态位–进化特征：生物的可变化、进化特征Gaia假说—1•Gaia：又为Gaea, Ge；希腊神话中的大地女神，Uranus的妻子；有3子：Titans, Furies and Cyclopes.•J. Lavelock 1965提出。

英国科学家，时在研究金星存在生命的可能性。

•Gaia 假说又可称为大地假说。

Gaia假说—2•主要内容：假说认为，地球表面的温度和化学组成是受地球表面的生命总体（生物圈）所主动调节的。

•假说的说明•佐证：①火星，②模拟地球在去除生命后的大气状态，与火星、金星的状态相似（表1），但远未达到平衡。

③在地球历史中，陨星大冲撞至今已发现有30次，但是，生命与环境持续地存在下来。

第二节环境的概念及其类型•概念•类型•环境因子环境和环境因子•环境(environment)是指某一特定生物体或生物群体周围一切的总和，包括空间及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的各种因素,这些环境要素称环境因子。

•环境依主体而定，有大小之分，大到整个宇宙，小到基本粒子。

环境的类型•生物环境一般可分为大环境(macroenvironment)和小环境(microenviroment)。

•大环境是指地区环境、地球环境和宇宙环境。

大环境中的气候称为大气候(macroclimate)，是指离地面1.5m以上的气候，是由大范围因素所决定，如大气环流、地理纬度、距海洋距离、大面积地形等。

•小环境是指对生物有直接影响的邻接环境，即指小范围内的特定栖息地。

大环境直接影响着小环境，对生物体也有直接或间接影响。

•小环境对生物的影响也更为重要，它的存在，为生物提供选择自身所需要的生活条件。

小环境中的气候称小气候(microclimate)，是指近地面大气层中1.5 m以内的气候。

小气候变化大，受局部地形、植被和土壤类型的调节，与大气候有极大的差别。

环境因子分类•1 依生物种类分类•2 依性质分类•3 依与生物密度关系分类环境因子分类之1依生物种类分类•1 生物因子（biotic factor)–同种或异种生物是所研究生物的环境因子，它们可能影响所研究生物的生命活动。

如在研究虎时，其它成为其食物的动物对虎的生命活动有重要作用。

•2 非生物因子(abiotic factor)–环境中的各种物质或物质的属性都可能成为影响所研究生物的环境因子。

如温度、湿度、风、土壤中的各种物质和营养元素，所在环境的纬度、高度等等。

环境因子分类之2依性质分类•2.1 气候因子–温度、湿度、光、降水、风、气压、雷电等•2.2 土壤因子–土壤结构、土壤有机/无机质、理化性质和土壤生物•2.3 地形因子–地面起伏，山的阴/阳坡等•2.4 生物因子：参见按照物种分类•2.5 人为因子–人类活动对生物发生巨大影响，表现多方面，如污染等。

环境因子分类之3依与生物密度关系分类•3.1 密度制约因子(density-dependent factor)–环境因子中，对生物作用的强度随生物的密度而变化的因子。

–类型有正负两类，在密度增加的状态下，正者作用导致生物的密度进一步增长；负者导致密度的反馈性降低，有调节种群密度的作用。

一般是生物因子常常为密度制约性的环境因子。

如密度高时食物不足导致死亡率升高从而降低了种群密度，生物因子一般就成为密度制约性环境因子。

•3.2 非密度制约因子(density-independent factor)–环境因子中，对生物作用的强度与生物密度变化无关的因子。

如温度等非生物因子。

突然降温导致部分生物死亡，这对密度大或小的种群的作用是相同的。

气候因子一般就成为非密度制约性环境因子。

环境因子分类之4依因子的稳定程度分类•4.1 稳定因子–指终年恒定的因子，如太阳辐射、地磁等，主要决定生物的分布•4.2 变动因子–周期性变动的因子：周期性变化的因素，如潮汐，季节性气候变化，昼夜变化如光照–非周期性变动的因子：风、捕食、寄生等因素–这些因子主要影响生物的数量变化主要环境因子的生态作用•光因子的生态作用•温度因子的生态作用及生物的适应•水因子的生态作用及生物的适应•土壤因子的生态作用及生物的适应环境对生物的作用•A. 环境因子对生物的影响•B．影响的方式、类别•C．影响的局限性•D．环境因素对生物影响的非一致性A 环境因子对生物的影响•1 对生物生存的影响：光、水、温度、营养、食物•2 对生物生长的影响，温度：范德合福规律。

•3 对生物发育的影响。

•4 对形态结构的影响。

•5 对生物遗传的影响：污染物的影响。

曼彻斯特蛾类的种群基因频率变化.•6 对生物繁殖的影响：干燥食物导致鼠类不育。

•7 对生物分布的影响：•8 对生物种群数量变化的影响•9 对生物的种内关系的影响•10 对生物的种间关系的影响B1影响的方式、类别•1 直接作用–环境因子对生物的直接作用表现在上述影响的1-7，举例说明。

这种直接作用的表现特点为：–不同的环境因子对同种生物的作用不一，如水陆环境中的氧气–同种环境因子对不同生物的作用也不一致，如温度对鸟和两栖爬行动物–同种因子在生物的生活史的不同时期作用不一致，如环境温度对晚成鸟的幼鸟和成鸟–在不同的环境当中的作用也不一致。

B2影响的方式、类别•2 间接作用–主要表现在因子的相互作用上。

例如光照、温度等环境因子影响植物的生长状况，间接影响以植物为食物的食草动物，再间接影响以这些动物为食物的食肉动物C 影响的局限性•1.决定生物形态、生理、行为特征的因素有2个方面：遗传与环境•2.两因素的比较–遗传因素：遗传因素应该是决定生物命运、生物的生活史内容的主要因素–环境因素应该是决定生物命运等的条件–问题：如何估量其影响程度？D 环境因素对生物影响的非一致性1. 在自然界环境因子的变化幅度2. 在生物进化过程中，环境因子的历史变化的幅度3. 生物在进化过程中对环境因子变化的适应程度，希尔福德规律4. 生物对当前的环境因子变化的适应•原因：•生物的特征：不同遗传特征，不同的进化背景，不同的适应能力，•环境的特征：环境因子的不同作用方式及变化幅度导致了环境因素对生物影响的非一致性。

第三节主要环境因子的生态作用•光因子•温度因子•水因子•土壤因子光因子的生态作用及生物对光的适应光质的生态作用及生物的适应光照强度的生态作用及生物的适应生物对光照周期的适应光质的生态作用及生物的适应•380～710nm之间波长的辐射能，称为光合有效辐射•叶绿素吸收最强的光谱部分是640～660nm波长的红光和430～450nm波长的蓝紫光，吸收最少的是绿光•光质不同对植物形态建成、向光性及色素形成的影响也不同。

光照强度的生态作用及生物的适应光照强度对生物的生长、发育和形态建成的作用植物对光照强度的适应性动物对光照强度的适应光照强度对生物的生长、发育和形态建成的作用光照强度影响发育、成长、繁殖等植物对光照强度的适应性很多种植物叶子的每日运动反映了光强度和光方向的日变化，而温带落叶树叶子的脱落是对光强度的年周期变化的反映。

动物对光照强度的适应•光照强度使动物在视觉器官的形态上产生了遗传的适应性变化•动物的活动行为与光照强度有密切关系。

•动物每天开始活动的时间常常是由光照强度决定的生物对光照周期的适应•植物的开花结果、落叶及休眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙和换毛换羽等，是对日照长短的规律性变化的反应，称为光周期现象。

•长日照植物、短日照植物、中日照植物、日中性植物动物对光因子的反应(1)繁殖的光周期现象(2)昆虫滞育的光周期现象(3)换毛与换羽的光周期现象(4)动物迁徙的光周期现象生物对温度的适应温度与动物类型生物对温度的反应生物对极端温度的适应生物对周期性变温的适应物种分布与环境温度温度与动物类型1.通常将有机体划分为“温血动物”和“冷血动物”。

2. 将有机体分为常温动物和变温动物。

3.把有机体分为外温动物和内温动物。

生物对温度的反应－－－酶反应速率与温度阈1.酶催化反应的速度随温度而增加2.当环境温度超过生物耐受的高温限和低温限时，酶的活性将受到制约。

3.高温导致有机体脱水，使动物失去了降温的能力，使植物大量失水，破坏水分平衡，高温下的失水率能够成为致死因子。

4.低温对生物的伤害有两种：冻害、冷害生物对温度的反应－－－生物发育和生长速度1.温度直接影响了外温动物和植物的发育和生长速率2.生物学零度;有效积温 K＝N(T-C)生物对温度的反应－－－驯化和气候驯化1.温度能够作为一种刺激物起作用，决定有机体是否将开始发育。

2.内温动物经过低温的锻炼后，其代谢产热水平会比在温暖环境中高。

这些变化称为驯化。

3.如果是在自然界中产生的驯化称为气候驯化。

生物对极端温度的适应－－－生物对低温的适应1.植物的芽和叶片常受到油脂类物质的保护，芽具鳞片，体表有蜡粉和密毛，茎粗短弯曲，枝条常成匍匐状，皮坚厚等。

2.贝格曼规律、阿伦规律生物对极端温度的适应－－－生物对低温的适应3.内温动物在冬季增加了羽、毛的密度及质量，增加了皮下脂肪的厚度。

4. 植物通常减少细胞中的水分，增加糖类、脂肪和色素等物质以降低冰点。

生物对极端温度的适应－－－生物对低温的适应5.北方小内温动物对寒冷适应的另一种生理表现为异温性生物对极端温度的适应－－－生物对高温的适应1.在形态上，有密绒毛和鳞片，或色呈白色、银白色，叶片发光，或叶片垂直主轴排列，使叶缘向光等。

2.生理上降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度，增加原生质的抗凝结能力。

3.以靠旺盛的蒸腾作用避免植物体过热。

生物对周期性变温的适应•植物适应温度及水的年周期变化，形成了春天发芽、生长，夏季开花、结果，秋季落叶，随即进入休眠的生长发育节律。