中学生生物竞赛 生态学冷欣生命科学学院 南京大学大纲生物与环境种群和群落生态系统第一章 生物与环境生态因子 1.定义环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环 境要素。 2.一般特征（1）综合作用； （2）主导因子作用； （3）直接作用和间接作用； （4）阶段性作用； （5）可调节（补偿）作用但不可代替性； （6）限制性作用耐度限制及耐度限制的调节。春化 3.分为非生物因子和生物因子非生物因子-光，温度，水，土壤光 是一切生命的最基本能源。作为生态因素它包括光质（波长或色）、 光强度、光照长度等方面。 1.光质 光质与植物植物的光合作用不能利用光谱中所有波长的光，只是可见光区（400 -760nm），这部分辐射通常称为生理有效辐射，约占总辐射的40- 50%。可见光中红、橙光是被叶绿素吸收最多的成分，其次是蓝、紫 光，绿光很少被吸收，因此又称绿光为生理无效光。此外，长波光 （红光）有促进延长生长的作用，短波光（蓝紫光、紫外线）有利 于花青素的形成，并抑制茎的伸长。 光质与动物大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近，但昆虫则偏于短波光， 大致在250-700nm之间，它们看不见红外光，却看得见紫外光。而且 许多昆虫对紫外光有趋光性，这种趋光现象已被用来诱杀农业害虫 。2.光照强度 光强与植物植物的光合器官叶绿素必须在一定光强条件下才能形成。在黑暗条件下，植物就会出现“黄化现象”。在植物完成光周期诱导和花芽开 始分化的基础上，光照时间越长，强度越大，形成的有机物越多，有利于 花的发育。阳性植物、阴性植物和中性植物（耐阴植物） 光强与动物1.白天的强光下活动，如灵长类、有蹄类和蝴蝶等，称为昼行性动物；2.夜晚或早晨黄昏的弱光下活动，如蝙蝠、家鼠和蛾类等，称为夜行性动物 或晨昏性动物；3.既能适应于弱光也能适应于强光，白天黑夜都能活动，如田鼠等。昼行性动物（夜行性动物）只有当光照强度上升到一定水平（下降到一定水平 ）时，才开始一天的活动，因此这些动物将随着每天日出日落时间的季节 性变化而改变其开始活动的时间。植物的光合强度和呼吸强度达到相等时的光照度值。 1. 光补偿点以上，植物的光合作用超过呼吸作用，可以积累有机物质。 光补偿点以下，植物的呼吸作用超过光合作用，消耗贮存的有机物质。 如长时间在光补偿点以下，植株逐渐枯黄以致死亡。 2. 当温度升高时，呼吸作用增强，光补偿点就上升。因此，在温室中栽培植 物，在光照不足时要避免温度过高，以降低光补偿点，利于有机物质的积累。 3. 植物群体的光补偿点也较单叶为高，因为群体内叶子多，相互遮荫，当光 照度弱时，上层叶片还能进行光合作用，但下层叶片呼吸作用强，光合作用弱 ，所以整个群体的光补偿点上升。 3.光照周期 植物的光周期现象长日照植物、短日照植物、中日照植物和中间型植物。长日照植物：日照时间长于一定数值（一般14小时以上） 才能开花的植物，如冬小麦、大麦、油菜和甜菜等，而 且光照时间越长，开花越早。短日照植物 日照时间短于一定数值（一般14小时以上 的黑暗）才能开花的植物，如水稻、棉花、大豆和烟草 等。日中照植物 开花要求昼夜长短比例接近相等（12小时 左右），如甘蔗等。在任何日照条件下都能开花的植物 是中间型植物，如番茄、黄瓜和辣椒等。 动物的光周期现象 鸟类迁徙 日照长短 鸟类繁殖 动物的换毛与生殖温度 （1）温度与生物生长发育 生长：“三基点”最低、最适、最高温度。 发育：植物的春化作用（某些植物要经过一个“低温“阶 段才能开花结果）。高温 蛋白质凝固，酶系统失活；（人42度） 低温 引起细胞膜系统渗透性改变、脱水、蛋白质 沉淀 不同生物的“三基点” 不一样 水稻种子发芽最适温度 = 2535； 最低温度 = 8， 45中止活动，46.5死亡； 雪球藻和雪衣藻只能在冰点温度范围内生长发育； 生长在温泉中的生物可以耐受100的高温。 生长在低纬度的生物高温阈值偏高 生长在高纬度的生物低温阈值偏低生物生命周期 = 生长 + 个体发育 + 繁衍后代种 族延续有效积温：温度与生物发育的最普遍规律 法国学者Reaumur（1735）变温动物 算式：KN（TT。） 式中：K该生物所需的有效积温，它是个常 数； T当地该时期的平均温度，； T。该生物生长活动所需最低临界温度（生 物零度），； N天数，d。（2）生物对极端温度的适应 生物对低温环境的适应 形态：*北极和高山植物的芽和叶片 常受到 油脂类物质保护 芽具鳞片、植物体表面生有蜡粉和密毛 植物矮小并常成匍匐状、垫状或莲座状等 *生活在高纬度地区的恒温动物身体 低纬度地区同类 个体 = 贝格曼（Bergman）规律 *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 = 阿伦（A11en）规律恒温动物在寒冷地区和寒冷季节增加毛或羽毛的数量和 质量或增加皮下脂肪的厚度，提高身体的隔热性能。生理：低温环境中的植物 通过以减少细胞中的水分和增 加细胞中的糖类、脂肪和色素等物质 降低植物的 冰点，增加抗寒能力。 *动物靠增加体内产热量来增强御寒能力和保持恒定的体 温 *寒带动物的隔热性能良好的毛皮 *动物对低温环境的适应 = 热中性区宽、下临界点温度 低生物对高温环境的适应 形态：*植物生有密绒毛和鳞片，能过滤一部分阳光； *呈白色、银白色，叶片发亮（照叶树林 常绿阔叶林），反射一 大部分阳光，使植物体免受热伤害； *叶片垂直排列使叶缘向光或在高温条件下叶片折叠，减少光的吸 收面积； *树干和根茎生有很厚的木栓层，具有绝热和保护作用。 生理：*降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度 减缓代谢速率 增加原生质的抗凝结力 *通过旺盛的蒸腾作用避免植物体过热受害 *具有反射红外线的能力，夏季反射的红外线比冬季多。 行为：*动物通过适当放松恒温性 体温有较大的变幅 *沙漠中的啮齿动物适应对策：夏眠、穴居和夜出水 水是生物生存的重要条件 植物体含水量：6080%（水葫芦凤 眼莲 93）；动物体含水量比植物更高 水是光合作用原料之一 水对生物是一个限制因素水对动植物生长发育的影响 植物：*水量对植物的生长有3个基点（最高、最适和最 低） 最低点 植物萎焉、生长停止； 最高点 根系缺氧、窒息、烂根； *种子萌发 = 需要较多的水分 软化种皮，增强透性 ，呼吸加强，使种子内凝胶状态的原生质转变为溶胶状 态 增强生理活性动物：在水分不足时，可以引起动物的滞育或休眠。 例，降雨季节草原上形成的暂时性水潭中的水生昆虫， 其密度很高，但雨季后，它们就进人滞育期。 许多动物的周期性繁殖与降水季节密切相关。植物对水因子的适应（1） 水生植物 水体环境特点：弱光、缺氧、密度大、粘性高、温度变 化平缓，能溶解各种无机盐类。*具有发达的通气组织 保证各器官组织对氧的需要。 例，荷花从叶片气孔进人的空气，通过叶柄、茎进人地 下茎和根部的气室，形成完整的通气组织，保证植物各 部分对氧气的需要。 *机械组织不发达甚至退化增强弹性和抗扭曲能力， 适应水体流动 *水下叶片多分裂成带状、线状，很薄 增加吸收阳光、无机盐和CO2的面积。 *出现异型叶 毛茛：在水面上呈片状，在水下丝裂成带状。分类 根据生长环境中水的深浅 划分 沉水、浮水和挺水植物3 类 浮水植物：漂浮植物（根在水中）：凤眼莲、浮萍 浮叶植物（根扎在泥中）：睡莲（2） 陆生植物*湿生植物 *中生植物 *旱生植物 维护水分平衡和正常的生长发育，多分布在干热草原和荒漠区。形态结构特征： 发达的根系 = 增加水分摄取的重要途径。 例，沙漠地区的骆驼刺地面部分只有几公分，地下部分深达15m， 扩展的范围达623 m2 较小的叶面积 = 减少水分丢失 例，仙人掌科，叶片化成刺状； 松柏类植物叶片呈针状或鳞片状，且气孔下陷 夹竹桃叶表面被有很厚的角质层或白色绒毛 许多单子叶植物，具有扇状的运动细胞，缺水时，收缩，使叶面卷 曲，减少水分的散失。 具有发达的贮水组织 = 贮备大量水分 例，美洲沙漠的仙人掌树，高达1520m，贮水2t；南美的瓶子树 、西非的猴面包树，可贮水4t以上。 生理上的适应：原生质渗透压特别高。 淡水水生植物的渗透压一般只有23 Pa， 中生植物一般不超过20 Pa， 旱生植物渗透压可高达4060 Pa，甚至可达到100 Pa高渗透压使 植物根系能够从干旱的土壤中吸收水分， 同时不发生反渗透现象使植物失水 2. 动物对水因子的适应（1） 水生动物对水因子的适应 *不存在缺水问题（2） 陆生动物对水因子的适应 形态结构上的适应 目的：防止体内水分过分蒸发，保持体内水分平衡。 昆虫具有几丁质（chitin）的体壁； 生活在高山干旱环境中的烟管螺产生膜以封闭壳口； 两栖类动物体表分泌粘液； 爬行动物具有很厚的角质层； 鸟类具有羽毛和尾脂腺； 哺乳动物有皮脂腺和毛 行为的适应 沙漠地区夏季昼夜地表温度相差很大，因此，地面和地下的相对湿度和蒸发力相差 也很大。 沙漠动物（如，昆虫、爬行类、啮齿类等）白天躲在洞内，夜里出来活动。 一些动物白天躲藏在潮湿地方或水中，以避开干燥的空气， 干旱地区的鸟类和兽类在水分缺乏、食物不足的时候，迁移到别处去，以避开不良 的环境条件。 在非洲大草原旱季到来时，大型草食动物往往开始迁徒。干旱还会引起暴发性迁徙 ，例，蝗虫有趋水喜洼特性，常由干旱地带成群迁飞至低洼易涝地区。 生理适应 许多动物在干旱的情况下具有生理上的适应特点。 例，“沙漠之舟”骆驼可以17d不喝水，身体脱水达体重的27， 不仅具有贮水的胃，驼峰中还储藏有丰富的脂肪，在消耗过程中产生大量水分，血 液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。 土壤 陆生生物生活的基质， 提供生物生活所必须的矿物质元素和水分。 生态系统中物质与能量交换的重要场所； 植物对于长期生活的土壤会产生一定的适应特性 形成 各种以土壤为主导因素的植物生态类型 *根据对土壤酸度反应 划分为 酸性土、中性土、碱性土植物生态类型 *根据对土壤矿质盐类（如钙盐）的反应划分为 钙质土植物（南天竺、青冈）和嫌钙植物 *根据对土壤含盐量的反应 划分出盐土和碱土植物 *根据对风沙基质的关系 划分为抗风蚀沙埋、耐沙 割、抗日灼、耐干旱、耐贫瘠等一系列生态类型。 土壤与植物 土壤中有水分，各种养分只有溶解在水里，并在水的参与 下，才能分解、合成、转化和移动，供植物吸收和利用 。但是水分过多，空气减少会产生烂根，也会造成养分 流失；水分过少，会出现干旱，造成植物萎蔫，影响养 料的吸收、运输和光合作用的进行，同时好气性细菌活 跃，氧化分解作用过强，使土壤有机质缺乏，造成土壤 瘠薄。 土壤里有空气，土壤通气程度直接影响植物根系的呼吸、 营养状况和土壤微生物的种类、数量和活动情况。 土壤温度直接影响植物种子萌发扎根，根系生长、呼吸、 吸收、生长发育和繁殖能力。同时制约各种盐类的溶解 速度、土壤气体交换、水分蒸发、微生物活动、有机质 的分解、养分的转化等，一般植物都宜在1035之 间生活。 土壤还有一定的酸碱度，植物生活范围大多在pH49之间 。过酸、过碱都会引起蛋白质变性、酶钝化（活性降低 ）、根细胞受伤甚至受毒害。如十字花科肿根病常发生 在酸性土壤中，马铃薯疮痂病发生在碱性土壤中。土壤与动物 土壤是许多陆地动物栖息、活动的重要场所。 土壤的含水量不同，会影响动物的呼吸、生殖和生 长。如果土壤水分过多，缺氧死亡，灌水法来防 治虫害。 土壤的气体，动物的呼吸和行为。 土壤中的温度既有季节差异也有昼夜差异，温度的 变化常影响无脊椎动物的垂直迁移，温度高则在 上层活动，温度低则往土壤深处迁移。 土壤pH值要求不同，叩头虫类大多数生活在pH4 5.2的土壤中，蚯蚓喜在 pH4.5