生物与环境 课件

尽管生物环境的一些物理性质对生命不利，但是 生物对许多问题都有解决办法。
第二章 生物与环境




生态系统中的生物与环境 生态因子及其限制作用 主要环境因子生态作用及生物的适应 水 温度 光 矿物营养 生物对极端环境的适应 摄食对策 驯化
1. 生态系统中的生物与环境


如何区分生物和非生物？
陆生植物对水分的获取




大部分陆生植物从土壤得到需要的水分.土壤中水 的数量及植物对它的可利用性随土壤的物理结构 而变化. 土壤由粘粒(直径<0.002mm)、粉粒(0.002-0.05mm) 和沙粒(>0.05mm)以及有机质颗粒所组成.当土壤 颗粒的大小下降时,一定体积土壤中的颗粒总表面 积增加.具有丰富粘粒和粉粒的土壤比粗沙土壤蓄 水多. 植物根容易吸取松散附着在土壤颗粒上的水分,但 随土壤颗粒表面的靠拢,使水被强大的吸附力紧紧 地黏附在土壤颗粒上. 水势测量了一种物质从另一种物质中吸取水的能 力. 水向水势较低的方向(更负)移动.

1.2 环境的概念及类型
环境：某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接 或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。

环境主体：以人为主体;以生物为主体 环境的性质：自然环境;半自然环境(人类破坏） 社会环境 环境范围大小: 大环境和小环境 大环境-地区环境、地球环境和宇宙环境,如不同 气候的地理区域,影响到生物的生存与分布,产生 了生物种类的一定组合特征或生物群系,例如热带 森林,温带森林和苔原 小环境-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.
温度、湿度结合考虑，在中湿和中温条件下，生物耐受限度最高。
3.主要生态因子的作用及生物的适应
3.1 水因子生态作用及生物的适应 3.1.1 水因子的生态作用及特性: 水是生物体的重要组成部分 水是新陈代谢的直接参与者 水是光合作用的原料。 水是很好的溶剂，许多化学元素都是在水溶液中被生物吸收。 （1）温度越低密度越大 当温度低于4度时，温度越低， 水密度越大。水结冰时体积增 加而密度减少，因此，冰漂浮 在水面，这不仅能使冰滑动， 还能阻止湖泊和海洋底部结冰， 使水生植物和动物能在冬天找 到一个避难所。
植物从土壤中吸收水分的过程
植物把水输送到叶是通过根茎中心的 木质部细胞空腔首尾相接形成的输水 管. 水穿过木质部从根到叶,叶的水势 必须超过根的水势,足以抵抗根细胞的 渗透势、重力和木质部成分的阻力向 上吸取水. 当水从叶片细胞表面蒸发到大气中时, 叶产生了水势,这个过程称为蒸腾作 用.20度的干燥空气具有-134.96 MPa的 水势. 植物的根系吸水,一是由根压引起的主 动吸水,一是由蒸腾拉力引起的被动吸 水.早春,多年生植物叶片还未开放以 前及土壤水分充足,大气湿度大, 蒸腾 作用小时,根压是主要动力.植物生长 旺盛时期,蒸腾强度较大时以蒸腾拉力 被动吸水为主.
生态幅

在自然界,由于长期自然选择的结果,每个种都适 应于一定的环境,并有其特定的适应范围.例如,熊 猫仅见于秦巴山区,大象只生长在热带丛林,野兔、 麻雀的分布则广的多 生态幅：每个种对环境因子适应范围的大小。

在自然界,生物种往往并不处于其最适生境下,因 为生物间的相互作用,常常妨碍它们去利用最适宜 的环境条件,因此,生理最适点与生态最适点常常 是不一致
发达的储水组织

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。

直接作用和间接作用：地形（起伏程度，坡向，坡度，
海拔，经纬度）对生物作用不是直接的，通过影响光照，温度，水， 雨水等间接影响生物; 新疆的天山：阴坡森林，阳坡草地
2.1.3 生态因子的限制性作用
限制因子: 生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子
的综合作用,其中限制生物生存和繁殖的关键性因子. 任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围, 它就会成为这种生物的限制因子. 例如,氧气对陆生动物来说,数量多,含量稳定,且容 易得到,因此一般不会成为限制因子(寄生生物、土 壤生物和高山生物除外).但是氧气在水体中的含量 有限,且经常波动,常常成为水生生物的限制因子.
首先，与自然系统不同，活的生物有目的地生存。其结构、 生理和行为直接用于获得能量、资源和产生后代; 生命受物 理和化学条件的制约，就像建筑物受建筑材料性质的制约 一样。 其次，生命是自然界的一个特殊部分，但它和物理环境存 在一种持续的紧张状态。生物最终从阳光中获得能量，从 土壤和水中获得营养物质，并且必须忍受环境中极端的温 度、湿度、盐度和其他物理因子
每类生物有一个受环境条件限制的活动空间



地球表面是非均质的,就气候而言,温度沿纬度或 海拔高度呈梯度分布,从赤道往两极每移动一个纬 度(平均111km)或从低海拔到高海拔每升高100m, 气温降低0.5-0.7º C 降水则受到海陆分布与大气环流影响,各地变化甚 大;加之地表形态、母岩性质及基质状况的不同, 使地表呈现多样性. 每个生物种在其形成背景的基础上都有自己的分 布区,这是它的生态幅及其环境相互作用所决定的， 地球上几乎没有任何不同生物种的分布区是完全 重叠的.

2.1.2 生态因子的作用特征

综合作用：植物生长：光，温度，水分，土壤养分 主导因子作用: 光和作用：光强; 春化作用：温度; 阶段性作用:春化：光照长短不起作用;鱼类的洄游:大马哈鱼生
活在海洋中，生殖季节在淡水产卵
不可替代性和补偿性作用：总体生态因子是不可替
代的，但局部可以补偿;光和作用，光照不足，可增加二氧化碳补足
快速游动的水生动物进化出流线型体形，减少了在密 度大的和粘性的的介质中运动时的阻力。在开阔海洋 中的鮻鱼和其他游动迅速的鱼，身体比例非常均衡， 可在水中快速游动。


猴面包树属木棉科 , 它树形高大雄伟 , 寿命长达 5000 年 , 是 典型的非洲植物。当生长到一定年限后 , 猴面包树不是越长 越粗 , 而且还有变细的趋势 ! 猴面包树木质部分非常疏松 , 木质细胞里充满了水。在非洲 的旱季, 中午气候极为炎热、干燥 , 植物的蒸腾作用非常剧 烈。在这种情况下 , 猴面包树的根部来不及吸水 , 损失了大 量的水分 , 因此 , 导管细胞就被挤瘪 , 树干慢慢变细
2.3 Shelford 耐性定律
Shelford 耐性定律- 美国生态学家V.E.Shelford 1913年指出:生 物的存在与繁殖,要依赖于综合环境因子的存在,只要其中一 项因子的量不足或过多,超过了某种生物的耐受限度,则该物 种不能生存,甚至灭绝. 注意： 生物耐性限度因发育时期、季节、环境条件不同而变化 生物耐性限度可以改变,因为生物对环境的缓慢变化有一定 的调整适应能力,甚至能逐渐适应于极端环境,如高山雪莲, 温泉中的细菌; 影响生物的各因子之间,存在明显的相互关联.如,生物对温 度的耐性限度与湿度有密切联系.美国生态学家E.P.Pianka (1978)指出,一种生物在什么湿度下适合度最大要取决于温 度,同样在温度梯度上的最适点则取决于湿度.

1.1 不同的生物在自然系统中具有不同的功能
早期的生态系统是受各种不同形态的细菌所统治的，是其 他所有其他生命形式的祖先。如某些光合细菌同化CO2 产 生O2，使大气和海洋中O2浓度上升，并进化出更加复杂， 具有高代谢需求的生命形式。
地球约形成于46亿年前。 生命-35亿年前，水蒸气， H2S, N2, CH4, NH3, H2, 在 紫外辐射条件下形成蛋白质 和核酸分子。 光合自养生物-30亿年前 绿色植物-4亿年前
1.3 栖息地与生态位
栖息地是指它们生活的地方，用清楚的物理特征 进行描述，常常是动物和植物的主要生活型。
生态位代表生物能够耐受的条件范围，它们的生活方式， 即在生态系统中的作用。每一个物种都具有独特生态位。
2 生态因子及其限制作用
生态因子及限制因子 Liebig 最小因子定律 Shelford 耐性定律 生态幅


2.1 生态因子及限制作用
2.1.1 生态因子概念及分类 生态因子的概念 环境要素中对生物起作用的因子,如光照、温度、水分、食物等. 生态因子的分类 按其性质:气候因子(温度、水分、光照等)、土壤因子(土壤结构、土壤成 分的理化性质及土壤生物等)、地形因子(海拔高度、坡度等)、生物因 子(包括动物、植物和微生物之间的各种相互作用)和人为因子(人类活 动的破坏) 按有无生命特征: 生物因子和非生物因子 按生态因子对种群数量变动的作用:密度制约因子和非密度制约因子.前者 如食物、天敌等生物因子,其对动物种群数量影响的强度随其种群密度 而变化,从而调节了种群数量;后者指温度、降水等气候因子,它们的影 响强度不随其种群密度而变化 按生态因子的稳定性及作用特点:稳定因子和变动因子.前者指地心引力、 地磁、太阳常数等恒定因子,它们决定了生物的分布.后者分为两类:周 期性变动因子,如一年四季变化和潮汐涨落等,主要影响生物分布;非周 期性变动因子,如风、降雨、捕食等,主要影响生物的数量
(2) 水的热稳定性 蒸发一定数量水所需能量，是使其温度升高1度 所需能量的500倍。结冰所耗能量是使同等数量水温 降低1度所耗能量的80倍。水的这种特性使大部分水 体在冬天都不会结冰。 (3) 粘性 水密度大(空气密度的800倍)，对生物提供了支 持作用，但水还具有粘性，阻止流动或生物在其内 运动。

泰坦尼克号中冰冷的北极冰水吞掉了很多人的生命。 在液态的水中血液和组织怎么会冻结成固体呢?
答案:可溶性物质降低了冻结温度。海水含3.5%可溶性盐， -2度结冰。大多数脊椎动物的血液和组织，所含盐浓度 比海水低，结冰温度比海水高。