第二章生物与环境11版.ppt
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1、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? 为什么极地海鱼的血液和组织中盐浓度不高? 在如此低温下这些鱼是如何存活的?,第二章 生物与环境,生物与环境概要 生态因子及其限制作用 主要环境因子及生物的适应 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. 生物与环境概要,植物利用太阳光生产有机质,叶子以捕获太阳光能;茎支持植物的地上部分。通过叶子进行光合作用的同时,也通过蒸发向大气散失大量的水分。通过根系从土壤中吸收水分,以补偿光合作用所丢掉的水分。 动物取食别的生物或其残留物,微生物是高效的分解者,细菌是生态系统中的生物化学专家
2、某些细菌能够同化分子氮,用来合成蛋白质和核酸 另一些能够利用无机化合物,例如硫化氢作为能量来源 细菌广泛的代谢能力使它们能够完成许多独特的生物化学转化过程,生物环境: 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.,每类生物有一个受环境条件限制的活动空间,每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围,即有一个生态上的最低点和最高点。在最低点和最高点之间的范围,称为生态幅或生态价,趋同适应 不同种类的生物,由于长期
3、生活在相同或相似的环境条件下,通过变异、选择和适应,在形态、生理、发育以及适应方式和途径等方面表现出相似性的现象。,芦荟与仙人掌均具有发达的贮水组织,适应的类型,趋异适应 亲缘关系相近的同种生物,长期生活在不同的环境条件下,形成了不同的形态结构、生理特性、适应方式和途径等。又称为辐射适应。,不同海拔中萎陵菜的形态具有差别,栖息地与生态位,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 生态因子及其限制作用,根据生态因子的性
4、质,归纳为5大类 气候因子(climatic factors) 土壤因子(edaphic factors) 地形因子(topographic factors) 生物因子(biotic factors) 人为因子(anthropogenic factors),生态因子的类型,生态因子的类型,2.蒙恰斯基(1958)根据生态因子的稳定性将生态因子分为 稳定因子:如地心引力、地磁力、太阳辐射常数等较恒定。 变动因子:变动因子包括周期变动因子和非周期变动因子。,3.Smith(1935)将生态因子分为: 密度制约因子(density dependent factors) 非密度制约因子(density
5、 independent factors),生态因子的作用特征,综合作用 主导因子作用 阶段性作用 不可替代性和补偿性作用 直接作用和间接作用,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.,2.2 Ligbig 最小因子定律,Ligbig 最小因子定律-每一种植物都
6、需要一定种类和一定数量的营养元素, 在植物生长所必需的元素中,供给量最少的元素决定植物的产量.,“一个有多块木板拼成的水桶,当其中一块木板较短时,不管其他木板多高,木桶装水的总量是受最小木板制约的” 。,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
7、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.,广生态幅物种和狭生态幅物种(引自孙儒泳等,1993),我们可以把生物的分布区分为两种情况: (1)生理分布区和生理最适分布区; (2)生态分布区和生态最适分布区。,非生物因子的生理耐受范围对植物和动物的分布显然具有重要影响,告诉我们一种生物不能分布在什么地方,却不能准确地告诉我们生物将会分布在什么地方,水的高粘性阻碍了一些海洋生物的运动时,
8、一些微小的海洋动物进化出长的丝状附肢来阻止下沉。,微小的单细胞藻类,大量地漂浮在湖泊和海洋的表面,它们含有小油滴,补偿了自然下沉的趋势。,3. 生物的适应,3.1 生物对水分的适应,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。,植物对干旱环境的适应,当叶的水势下降时,围绕着气孔的细胞轻微地萎陷,关闭气孔,以防止进一步的水分散失,也阻止了CO2进入叶中.,植物可通过表面覆盖厚而不透水的蜡质表皮以及使气孔凹进深的陷窝并覆盖毛来降低蒸腾作用.,生物对冰冻的适应 形成高浓度的可溶性甘油或糖蛋白来降低结冰温度 超冷 冰一般是围绕着某个物体形成的,它可以是一个小的冰晶
9、或其他颗粒,即冰核.没有冰核时,纯水能够冷却到熔点以下20度而不结冰. 已记录到爬行动物超冷状态的温度是-8度,无脊椎动物是-18度 这些冷适应动物血液中的糖蛋白通过包被冰晶而阻止冰的形成.,3.2 温度的生态作用及生物的适应 3.2.1 冰冻的耐受性,贝格曼规律-来自寒冷气候的内温动物,往往比来自温暖气候的内温动物个体更大,导致相对体表面积变小,使单位体重的热散失减少,有利于抗寒。,阿伦定律(Allens rule)- 寒冷地区内温动物身体的突出部分,如四肢、尾巴和外耳有变小变短的趋势,3.2.2 热的耐受性,热给予生命系统高的动能,引起生物分子以较快的速率运动和改变形状.通过增加分子的运动
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