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1,第二章 能量环境,2.1 地球上的能量类型 2.2 地球上光及温度的分布 2.3 生物对光的适应 2.4 生物对温度的适应,2,2.1 地球上的能量类型,2.1.1 太阳能,光能 2.1.2 地热能 2.1.3 风能 2.1.4 化学能 2.1.5 有机物中包含的化学能 2.1.6 其他能量,问题:生物可以利用那些能量?,3,2.2 地球上光及温度的分布,2.2.1 地球上光的分布 太阳辐射及其光谱组成 地球上光的分布规律 2.2.2 地球上温度的分布 大气温度的分布与变化 土壤温度的分布与变化 水体温度的分布与变化,4,500 1000 2000 3000 4000,可 见 光,红 外 线,紫 外 线,波长nm,能 流 强 度,太阳辐射及其光谱组成,紫外光:波长760nm, 46%,5,影响太阳辐射的因素和光的分布规律,影响地表太阳辐射的因素 大气圈,太阳高度角,纬度和季节,海拔、坡度和坡向 光质(光谱成分) 低海拔、高纬度长波光多,高海拔、低纬度短波光多 夏季、中午短波光多,冬季、早晚长波光多 日照时间 夏季昼长夜短、冬季昼短夜长 纬度升高、变化加大,两极有极昼、极夜 光照强度 低海拔、高纬度光照强度弱,高海拔、低纬度光照强度大 夏季、中午光照强度大,冬季、早晚光照强度弱 (北半球)南坡光照强度大,北坡光照强度弱,6,地球表面的太阳辐射,7,春 秋,夏 冬,秋 春,冬 夏,The seasons in the Northern and Southern Hemispheres,8,102030 35404550,102030 35404550,50454035302010,1817161514131211109,6789101112131415,光期hr,暗期hr,2 4 6 8 10 12M,不同季节各纬度的日照长度,9,地表大气温度的分布与变化,空间分布与变化 纬度升高1,气温降低0.5 沿海地区气温变化小,内陆地区变化大 南坡气温较北坡高,海拔升高100m,气温降低0.61 逆温现象 时间变化 日较差:随纬度增高减小,随海拔升高而增加 年较差:随纬度增高增大,大陆性气候越强越大,10,土壤温度的分布与变化,土壤温度与气温相关 土壤温度变化与深度有关 土壤温度变化时间较气温滞后,且与深度有关 温度变化周期与深度相关 土壤温度的年变化与纬度、海拔有关,11,土壤与空气温度变化比较,12,水体温度的分布与变化,水温的时间变化 变化幅度较气温小 不同深度水体的日变化 不同深度水体的年变化 水温的成层现象 水温分层:上湖层、斜温层(温梯层)和下湖层 春季环流和秋季环流 低纬度地区:雨季和干季 海洋:低纬度水域、中纬度水域,13,温带深水湖水温垂直变化,14,2.3 生物对光的适应,2.3.1 光质的生态作用和生物的适应 光质的生态作用 生物对光质的适应 2.3.2 光照强度的生态作用和生物的适应 光照强度的生态作用 植物对光照强度的适应 动物对光照强度的适应 2.3.3 生物对光周期的适应 生物的昼夜节律 生物的光周期现象,15,光质的生态作用,叶绿素的吸收光谱 蓝紫光:430450nm 红光:640660nm 不同光质的作用 蓝紫光:促进蛋白质的合成 红光:促进糖的合成 青光、蓝紫光和紫外线等短波光抑制植物的伸长生长,使植物向光性更敏感 紫外线能杀菌,对生物体造成损伤,促进维生素D的合成 红外线是地表的基本热源,对外温动物的体温调节和能量代谢有决定性作用,16,生物对光质的适应,太阳鱼视力的灵敏峰值为500530nm 绿色植物和绿藻、红藻、褐藻和硅藻光合色素的差异 高山植物含花青素、页面缩小、毛绒发达,17,光照强度的生态作用,影响动物的生长发育 影响动物的体色 影响植物叶绿素的形成 黄化现象 影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和分化 影响植物花果的数量和质量,18,植物对光照强度的适应,植物的向光性 植物秋季落叶 C3植物和C4植物 光合能力 阳地植物和阴地植物、耐阴植物 生理差异 形态差异,19,动物对光照强度的适应,依活动时间的动物分类 动物开始活动的时间,20,生物对光周期的适应,生物的昼夜节律 光的周期性 生物的昼夜节律 外源性周期和内源性周期 生物的光周期现象 植物的光周期现象 植物的光周期:长日照、短日照、中日照和日中性植物 植物光周期的应用:杂交、抗性选育、异地种植 动物的光周期现象 动物繁殖的光周期:长日照和短日照动物,意义 昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期,21,实验室恒定条件下生物的节律,22,鸟类节律,23,植物开花对日照长度的反应,长日照植物:萝卜、菠菜、小麦、凤仙花、牛蒡等 短日照植物:玉米、高粱、水稻、棉花、牵牛等 中日照植物:甘蔗等少数热带植物 日中性植物:蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄,24,2.4 生物对温度适应,2.4.1 温度与动物类型 2.4.2 温度对生物的影响 2.4.3 生物对极端环境温度的适应 生物对低温的适应 生物对高温的适应 2.4.4 生物对周期性变温的适应 2.4.5 物种分布与环境温度,25,温度与动物类型,常温动物 变温动物 外温动物 内温动物,26,温度对生物的影响,酶反应速率与温度域 生物发育和生长速度 驯化和气候驯化,27,酶反应速率与温度域,温度系数Q10 高温对生物的伤害 高温的伤害:蛋白质(酶)变性、有机体脱水 不同物种对高温的耐受性不同 低温对生物的伤害 低温的伤害:冻害(freeze injury)、冷害 (chilling injury) 不同物种对低温的耐受性不同 生物的抗寒锻炼,28,生物发育和生长速度,发育阈温度(生物学零度) 总积温(有效积温):K=N(T-C) 发育历期和发育速率,29,驯化和气候驯化,春化 (vernalization) :植物在发芽前需要一个寒冷期,由低温诱导开花。 驯化 (acclimation)和气候驯化 (acclimatization) 概念和过程 生物对环境的适应 生态适应和基因变异,30,生物对低温的适应,植物 形态结构:油脂、鳞片、短小、匍匐状,厚皮 生理适应:细胞内物质含量变化(糖类、脂肪) 动物 形态:贝格曼规律、阿仑规律、毛、皮结构、脂肪层 生理:基础代谢和非颤抖性产热(褐色脂肪),身体异温,水生哺乳动物的乳汁构成、热交换器等 行为:迁徙、冬眠、冬睡、滞育、集群、活动位置,31,生物对高温的适应,植物 形态适应:叶片毛、鳞片、颜色、排列 生理适应:细胞含水量(糖/盐浓度、代谢强度) 动物 形态适应:毛皮性质和颜色 生理适应:体温过热 行为适应:栖居地点、活动时间,32,生物对周期性变温的适应,生物与昼夜变温 昆虫的发育历期 植物的产量与品质 动物的活动规律 生物与季节变温 植物春花秋实 动物休眠、换毛换羽、迁徙、回游、繁殖季节,33,物种分布与环境温度,生物群落分布与温度带 低温的限制作用致死 高温的限制作用春化 温度与其它生态因子的综合作用,34,蓝,紫,绿,橙,紅,红外线,400 500 600 700 波长nm, 相 对 吸 收,叶绿素的吸收光谱,35,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9,5040302010,C4,C3,光强度/Jm-1g-1,CO2摄取/mgco2dm-2h-1,光合作用与光照强度的关系,高粱,玉米,小麦,阳草,水青冈,阴草,36,阴地植物与阳地植物对光照强度的适应,37,小时,植物光合作用的昼夜变化,38,不同物种对高温的耐受性,水生植物:3040 旱生植物:5060兽类:42 鸟类:4648 爬行类:45,39,思考题,1 生物对光照会产生哪些适应?2 物种分布完全由温度决定吗?,40,本章结束,
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