生态与环境-第5讲生命能量环境

生物对温度适应的3个定律
• Bergman 定律：同种恒温动物的身体，在寒冷地区个体大， 在温暖地区个体小。如：野猪，老虎……
• Alen定律：同种恒温动物的突出部分，在寒冷地区小，在温 暖地区大。如：北极狐、赤狐、非洲大耳狐
• Jordan定律：水生同种脊椎动物，在寒冷水域个体大，在温 暖地区个体小。
➢ 被诱导的叶片中形成了 刺激开花的物质（成花
素）。CO(Constans)基
因感受光照，并参与诱
导FT(Flowering locus
T)基因在叶片表达，FT 蛋白运送到茎尖调控花 芽分化。
生物学通报，2007,14（2）
植物体黄化和花的诱导
➢ 光照条件下，胞内的原叶绿素酸酯还原成为叶绿素 酸酯，后者进一步形成叶绿素；黑暗条件下，不能 合成叶绿素，表现为植物体黄化。
主要内容回顾
• 一、生命能量代谢的特点 • 二、生命的能量环境 • 三、光的生态作用规律 • 四、温度的生态作用规律
N
温度变化的规律
地表的增温过程
1
1.太阳辐射S
s c b
a
2.地面辐射Ee 3.大气逆辐射Ea
32
太阳高度角
R= (S+S’) (1-α) + Ea - Ee
温度年较差的变化规律
温度对动物的影响
动物体温类型的划分
• 根据血液温度高低：温血动物/冷血动物 • 根据血液温度变化：常（恒）温动物/变温动物 • 据血液温度（能量）来源：内温动物/外温动物
耗 氧
在一定环境温度
量
范围内，耗氧量
维持在基础代谢
热中性区
率水平的能力。
内温动物耗氧与环境温度关系
温度
小型动物对温度的行为适应
动物对极端温度的主动适应
• 动物休眠——冬眠；夏眠。 冬眠——处在休眠（代谢率最低，体温最低1 ℃ ）状态过冬 (有冻死的)。 夏眠——处在昏睡（维持基础代谢，体温接近正常）状态渡 过高温或缺水夏天。
50-60天
• 我国小麦产区从南到北，品种依次为春性、弱冬性、冬性、 强冬性。
• 问题：如果在华北种春性冬小麦，在南方种强冬性小麦，各 自会出现什么情况？
变温与植物生长
• 变温有利于： 植物生长 植物开花 植物种子萌发 块根和块茎的生长 提高产品的品质 变温与形态（紫罗兰叶恒温时全缘，变温时缺刻） 变温与生态分布（郁金香喜变温；但红杉喜恒温）
• 恒温动物的休眠——真冬眠和假冬眠。 真冬眠——代谢降低，体温高于环境1-2℃，当到0 ℃时，褐色
脂肪团颤动产热会激醒动物，以免冻死。（黄鼠，蝙蝠） 假冬眠——深睡，体温变化不大，体温略低（熊，臭鼬）
动物的逆流热交换保温机制
非洲瞪羚大脑的温度变化
降温过程
脑温低
脊柱
核温高
生物学零度与积温
• 生物学零度——各种生物都有一个代谢活动的最低温度。低 于该温度生物受到伤害。香蕉18℃
• Mashoum家族的发现：祖孙5代人，在连续192年对房前7棵乔木 进行观察，结果（1）物候有周期，约12年。（2）物候的迟与 早，与1-5月的降水有关系。
例如，我国榆钱的成熟期也是自南向北的依次变化
日本樱花的物候特征
引种的原则与经验
• 原则：气候相似性原则。 • 经验：草本植物比木本植物容易引种成功。
归纳生命的能量环境
• 生物对体外能量环境的适应策略：形态、颜色、 行为、繁殖、生活史。
• 生物对体内能量环境的适应策略：组织结构、生 理生化、体制与寿命、主动调节机制。
• 生物从不浪费能量，达到最经济、最优化利用能 量。
• 能量在生命的各个层次中都发挥重要作用，并遵 循热力学第一（守恒）和第二定律（熵律）。
正负反应。
光是控制植物生长发育的最重要的环境因子
➢ 植物开花还同时受到诱导周期 数的影响。
➢ 诱导周期数就是光周期敏感植 物开花诱导所需的光周期数 （天数）。
➢ 光质对开花诱导也有影响。红 光是诱导长日植物开花和抑制 短日植物开花最有效的光质， 同时，红光效应可以被远红光 （红外光）所逆转。
植物感受光周期刺激的部位是叶片的实验
第5讲 生命的能量环境
主要内容
• 一、生命能量代谢的特点 • 二、生命的能量环境 • 三、光的生态作用规律 • 四、温度的生态作用规律
一、生命能量代谢的特点
• 生命能量的本质为化学能，能量的传递、转化的 形式ATP;
• 生命获得能量途径为光合磷酸化，氧化磷酸化， 无氧呼吸，氧化磷酸化解偶联；
• 环境温度直接影响生命能量的代谢速率； • 人为什么要吃饭？
光能在生产中的应用
• 农业上彩色薄膜 • 人工温室（山东利用温室种香蕉） • 立体温室 • 养鸡场照明 • 养鸭场雏鸭24小时照明 • 花卉生产……
四、温度的生态作用规律
• 地球上温度变化规律（自学） • 温度对生命影响的本质（酶活性） • 动物和植物对温度环境的适应 • 生物适应温度变化的规律
环境的类型
根据性质：自然环境、半自然环境和社会环境 根据范围：宇宙环境、地球环境、区域环境、
微环境和内环境 根据因子作用：物质环境、能量环境。
生物对生境的适应策略
生物对生境的适应策略
山脉影响局部降雨模式
Rain Shadows
加利福尼亚
环境对植物表型的影响
菊科的植物耆蒿在不同海拔与不同生境下的表现型（环境饰变）
0.02
T
发育速度V
0.12 V=1/N
温度与速 度成正比 T=KV+C
温度与时 间成反比 T=K/N+C
N
春化作用
• 二年生植物在营养生长时期需要经过一定时间的低温刺激后 ，才能转为生殖生长。
• 冬小麦：春性 0-120C
5-15天
弱冬性 0-70C
15-30天
冬性 0-70C
30-35天
强冬性 0-30C
二、生命的能量环境
环境是直接或间接影响某一特定生命体生存的一切事 物的总和。
生态因子：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为 和分布有着直接或间接影响的环境要素，如温度、湿度、 食物、氧气等。
生态因子的分类：气候因子、土壤因子、地形因子、 生物因子、人为因子。
生态因子的3要素：大小（数量）、质量、性能。
生态适应幅度的改变——驯化
生物对环境的适应
• 趋同适应——亲缘较远的不同物种适应相同或相似环境，形成 了相似的形态外貌（生活型，常绿植物、落叶植物）。
• 趋异适应——亲缘相近或相同的物种长期适应不同的环境，形 成了不同的形态外貌或生理上出现差异（生态型，水稻的趋 异适应）。
三、光的生态作用规律
• 光的变化规律（自学：年变化，日变化） • 一、光对植物的作用 • 二、光对动物的作用
根据植物开花的光周期反应， 可把植物分为3种类型
➢ 短日植物:日照长度短于临界日长条件下开花的植物 ，如水稻,菊花
➢ 长日植物:日照长度长于临界日长条件下才能开花的 植物，如小麦,波菜
➢ 日中性植物:开花不受日照时间影响 ➢ 长日植物与短日植物的确定，取决于对临界日长的
在太平洋东岸，南 北各有1种大型裸子 植物。
北半球——红杉
南半球——南洋杉
物候与物候定律
• 物候——生物长期适应原产地的气候条件，形成了与此相适应 的发育节律。
• Hopkins定律：在北美洲温带地区，自南向北1度，自东向西5 度，自山下向上400英尺，同种植物的物候阶段在春季推迟4天 ；在秋季提前4天。
• 积温——在生物某发育阶段或生活史，逐天的温度累计值。 （1）活动积温——大于0℃ 的积温。 （2）有效积温——大于生物学零度的积温。
K = N (T-C) 积温定律：每种生物某发育阶段或生活史，需要的有效 积温是个常数（固定值）。 如何求C 值？ 根据 K1= K2 得到 N1(T1- C) = N2(T2- C)
➢ 光是重要的环境信号，可以调控组织的分化和器官 的发育。光对植物的成花诱导（成花素）是最为典 型的现象。
光对动物的信号作用
• 根据恒温动物的繁殖分为： 长日照动物——在春夏交配繁殖，鸟、兽 短日照动物——在秋交配繁殖，山羊、鹿 无光周期反应——家鼠、猪
• 昆虫对光周期的反应 长日照昆虫——玉米螟、棉铃虫、瓢虫 短日照昆虫——家蚕、小麦吸浆虫 中间型昆虫——桃小食心虫 无光周期反应——苹果舞毒蛾、丁香天蛾
短日作物：（秋季收割，玉米）南北温差大 南种北引——生育期延长——引早熟品种 北种南引——生育期缩短——引晚熟品种Fra Baidu bibliotek
长日作物： （春季收割，小麦）南北温差小 南种北引——生育期缩短——引晚熟品种 北种南引——生育期延长——引早熟品种
海拔高度的影响： （温度的作用） 高向低引——生育期缩短——引晚熟品种 低向高引——生育期延长——引早熟品种