物质环境.ppt
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1、第三章第三章物质环境物质环境1.地球上水的存在及分布地球上水的存在及分布2.生物对水分的适应生物对水分的适应3.大气组成及其生态作用大气组成及其生态作用4.土壤的理化性质及其对生物的影响土壤的理化性质及其对生物的影响陆地上水的分布陆地上水的分布1.降雨量降雨量随纬度的变化随纬度的变化2降雨量受到海陆位置,地形及季节的影响。降雨量受到海陆位置,地形及季节的影响。3我国降水量的地域分布我国降水量的地域分布基本规律:从东南往西北降水逐渐减少基本规律:从东南往西北降水逐渐减少1陆地植物陆地植物陆陆地地植植物物光光和和作作用用获获得得1mlCO2需需要要交交换换3000ml空空气气,因而易失水因而易失水
2、植物需水量大。,植物需水量大。一株玉米一天需水一株玉米一天需水2kg。植植物物必必须须在在得得水水(根根吸吸水水)和和失失水水(叶叶蒸蒸腾腾)之之间间保保持平衡持平衡。生物对水分的适应生物对水分的适应植物与水植物与水n根系根系吸水吸水:在潮湿土壤在潮湿土壤中中,浅根系,缺乏根毛。在干,浅根系,缺乏根毛。在干燥土壤中,发达的深根系燥土壤中,发达的深根系,侧根扩展范围很广,根毛发达侧根扩展范围很广,根毛发达。图图骆驼刺地下部分骆驼刺地下部分(根根)和地上部分和地上部分(茎叶)茎叶)比。比。地上部分只有几厘米,根深达到地上部分只有几厘米,根深达到15m,扩展的范围达,扩展的范围达623mn气气孔孔
3、蒸蒸腾腾:不不同同生生境境植植物物具具有有不不同同的的调调节节气气孔孔开开闭闭的的能能力。力。n叶叶面面蒸蒸腾腾:覆覆盖盖有有蜡蜡质质的的、不不易易透透水水的的角角质质层层,减减少少蒸蒸腾腾;干燥地区植物缩小叶面积以减少蒸腾量。;干燥地区植物缩小叶面积以减少蒸腾量。陆生植物陆生植物随生长环境的潮湿状态分三类随生长环境的潮湿状态分三类湿湿生生植植物物:抗抗旱旱能能力力小小,但但抗抗涝涝性性强强,根根部部通气组织和茎叶相连通气组织和茎叶相连。eg.大海芋大海芋根系极不发达根系极不发达中生植物中生植物:根系更大,叶片具角质层。:根系更大,叶片具角质层。eg.大部分农作物、森林树种大部分农作物、森林树
4、种旱旱生生植植物物:抗抗旱旱能能力力极极强强。根根据据其其形形态态、生生理理特特征征和和抗抗旱旱方方式式,分分为为少少浆浆液液植植物物和和多多浆浆液植物液植物。少浆液植物少浆液植物体内含水量极少体内含水量极少,失水,失水50%也死不了。也死不了。叶面积缩小,叶片极度退化成针刺状,或小鳞片状叶面积缩小,叶片极度退化成针刺状,或小鳞片状;以绿色茎进行光合作用;以绿色茎进行光合作用;叶片结构改变,气孔多下陷;叶片结构改变,气孔多下陷;根系发达,可从深的地下吸水;根系发达,可从深的地下吸水;细细胞胞内内有有大大量量亲亲水水胶胶体体物物质质,使使胞胞内内渗渗透透压压高高,能能使使根根从从含水量很少的土壤
5、中吸收水分。含水量很少的土壤中吸收水分。刺叶石竹刺叶石竹多浆液植物多浆液植物根、茎、叶薄壁组织逐渐变为储水组织,成为肉质根、茎、叶薄壁组织逐渐变为储水组织,成为肉质性器官性器官,故,故能在极端干旱的荒漠地带长的很高大;能在极端干旱的荒漠地带长的很高大;表面积与体积比减少;表面积与体积比减少;大多数失去叶片,由绿色茎代行光合作用;大多数失去叶片,由绿色茎代行光合作用;景天酸代谢(景天酸代谢(白天气孔关闭以减少蒸腾量,夜间气白天气孔关闭以减少蒸腾量,夜间气孔张开,孔张开,CO2进入细胞内被有机酸固定。进入细胞内被有机酸固定。)树形仙人掌生石花2水生植物水生植物n盐碱地水生植物,水倾向从植物进入环境
6、因此植物必须具盐碱地水生植物,水倾向从植物进入环境,因此植物必须具备调节渗透压的能力。备调节渗透压的能力。eg.红树林红树林根系和叶子中有高浓度脯氨酸、山梨醇、甘氨酸-甜菜苷等,增加渗透压叶片有盐腺根的半渗透膜阻止盐进入降低叶子的蒸腾盐碱也是一种干旱。红树林(Conocarpuserecta)叶子的特殊盐腺分泌盐,沉淀在叶子的外表面上n水体中缺氧,水生植物水体中缺氧,水生植物具发达的通气系统具发达的通气系统。开放式通气组织开放式通气组织eg.荷花封闭式通气组织封闭式通气组织eg.金鱼藻出水通气根出水通气根eg.丝柏树图丝柏树的出水通气根从侧根上长出水面来动物与植物一样,必须保持体内的水平衡才
7、能维持生存。动物与植物一样,必须保持体内的水平衡才能维持生存。水水生生动动物物保保持持体体内内的的水水平平衡衡(waterbalance)是是依依赖赖于于水水的的渗渗透调节作用。透调节作用。陆陆生生动动物物则则依依靠靠水水分分的的摄摄入入与与排排出出的的动动态态平平衡衡,从从而而形形成成了了生理的、组织形态的及行为上的适应。生理的、组织形态的及行为上的适应。生物对水分的适应生物对水分的适应动物对动物对水水的适应的适应1.(一)(一)水生动物的渗透压调节水生动物的渗透压调节水水生生动动物物,当当他他们们体体液液溶溶质质浓浓度度高高于于环环境境中中的的溶溶质质浓浓度度时时,水水将将从从环环境境中中
8、进进入入动动物物体体,而而溶溶质质将将从从动动物物体体内内出出来来进进入入水水中中,动动物物会会涨涨死死;当当体体内内溶溶质质浓浓度度低低于于环环境境中中时时,水水将将从从机机体体进进入入环环境境,盐盐将将从从环环境境进进入入机机体体,动动物物会会出现出现缺水缺水。解决这一问题的机制是靠渗透压调节。解决这一问题的机制是靠渗透压调节。1淡水硬骨鱼淡水硬骨鱼:淡水硬骨鱼血液渗透压高于水的渗透压,属于高高渗性渗性的的。渗透压调节机制:肾脏肾脏发达,发达,排出大量低浓度尿排出大量低浓度尿;鳃能主动摄取盐离子鳃能主动摄取盐离子2海洋硬骨鱼类:海洋硬骨鱼类:海洋硬骨鱼的血液渗透压低于环境渗透压,是低低渗性
9、的渗性的。渗透渗透压压调节机制:调节机制:经常吞海水,补充水分;经常吞海水,补充水分;肾小球退化,排出极少的低渗尿;肾小球退化,排出极少的低渗尿;鳃主动向外排盐。鳃主动向外排盐。3海洋软骨鱼:等渗性海洋软骨鱼:等渗性。图海洋硬骨鱼与海洋软骨鱼渗透压比较3海洋软骨鱼:等渗性海洋软骨鱼:等渗性。渗透压调节机制:渗透压调节机制:高渗透压的维持是依靠血液中储存大量尿素和氧化三钾胺。高渗透压的维持是依靠血液中储存大量尿素和氧化三钾胺。尿素本是蛋白质代谢废物,但在软骨鱼进化过程中变废为宝。但尿素使蛋白质和酶不稳定,氧化三钾胺正好抵消了尿素对酶的抑制作用。抵消作用最大出现在尿素含量与氧化三钾胺含量为2:1时
10、这个比例数字正好通常出现在海洋软骨鱼中。4广盐性洄游鱼类:广盐性洄游鱼类:渗透调节机制:渗透调节机制:靠肾脏调节水靠肾脏调节水。在淡水中排尿量大,在海水中排尿量少。在淡水中排尿量大,在海水中排尿量少。在海水中大量吞水,以补充水分。在海水中大量吞水,以补充水分。靠鳃调节盐的代谢靠鳃调节盐的代谢。鳃在海水中排出盐,在淡水中摄取盐。鳃在海水中排出盐,在淡水中摄取盐。水的浮力大,水生动物水的浮力大,水生动物身体庞大身体庞大且失去四肢且失去四肢;具有鳔具有鳔,调节鱼体密度;,调节鱼体密度;肺呼吸动物海豹和肺呼吸动物海豹和鲸鲸,能够潜泳,能够潜泳肋骨无胸骨附着,肋骨无胸骨附着,或无肋骨,潜入深海时可把肺
11、泡内气全部排出,或无肋骨,潜入深海时可把肺泡内气全部排出,血液中无血液中无溶解氮气,溶解氮气,不得减压病。不得减压病。水生动物对水密度的适应水生动物对水密度的适应(二二)陆生动物陆生动物水平衡水平衡有有机机体体在在陆陆地地生生存存中中面面对对的的最最严严重重问问题题之之一一是是连连续续地地失失水水(皮皮肤肤蒸蒸发发失失水水、呼呼吸吸失失水水与与排排泄泄失失水水),使使有有机机体体有有可可能能因因失失水水而而干干死死,因因而而陆陆生生动动物物在在进进化化过过程程中中形形成成了了各各种种减减少少失失水水或保持水分的机制。或保持水分的机制。脊脊椎椎动动物物羊羊膜膜动动物物卵卵的的产产生生就就代代表表
12、了了一一种种机机制制,使使脊脊椎椎动动物在发育过程中能阻止水的丢失,而允许脊椎动物去开拓陆地。物在发育过程中能阻止水的丢失,而允许脊椎动物去开拓陆地。生物体水分饮水饮水食物水食物水代谢水代谢水排泄失水排泄失水皮肤失水皮肤失水呼吸失水呼吸失水动物减少失水的适应形式动物减少失水的适应形式有有:1.减少蒸发失水。减少蒸发失水。逆逆流流交交换换机机制制(骆驼,通过逆流交换可回收呼出气全部水分的95%)昆虫通过气孔的开放与关闭,可使失水量相差数倍昆虫通过气孔的开放与关闭,可使失水量相差数倍节节肢肢动动物物具具厚厚的的角角质质层层及及上上腊腊膜膜;爬爬行行动动物物具具鳞鳞片片;鸟鸟兽兽皮肤防止水分蒸发。皮
13、肤防止水分蒸发。图图 黄粉?黄粉?幼虫在幼虫在0-15%0-15%相对湿度下的失水率。相对湿度下的失水率。“”表示加入表示加入5%CO5%CO2 2,使气孔开放,使气孔开放2.减少排泄和粪便失水减少排泄和粪便失水哺哺乳乳动动物物肾肾脏脏的的保保水水能能力力:肾肾脏脏通通过过亨亨利利氏氏袢袢和和集集合合管管的的吸水作用使尿浓缩。吸水作用使尿浓缩。鸟鸟类类与与爬爬行行类类的的大大肠肠和和泄泄殖殖腔腔以以及及昆昆虫虫的的直直肠肠腺腺具具重重吸吸收水的作用。收水的作用。兽类虽无泄殖腔,但大肠也能重吸收水。兽类虽无泄殖腔,但大肠也能重吸收水。3.陆生动物排泄尿素和尿酸代替氨陆生动物排泄尿素和尿酸代替氨鱼
14、类排氨鱼类排氨(排排1克需水克需水300500ml)两栖类、兽类排泄尿素两栖类、兽类排泄尿素(排(排1克需水克需水50ml)爬行类、鸟类及昆虫排尿酸爬行类、鸟类及昆虫排尿酸(排排1克需水克需水10ml)4.行为适应:夜间活动、穴居、夏眠行为适应:夜间活动、穴居、夏眠等。等。第三章第三章物质环境物质环境1.地球上水的存在及分布地球上水的存在及分布2.生物对水分的适应生物对水分的适应3.大气组成及其生态作用大气组成及其生态作用4.土壤的理化性质及其对生物的影响土壤的理化性质及其对生物的影响大大气气组成组成氧与生物氧与生物1氧与动物能量代谢氧与动物能量代谢动物生存必须依靠食物氧化产生的能量。动物生存
15、必须依靠食物氧化产生的能量。陆陆生生动动物物耗耗能能大大于于水水生生动动物物。中中华华鳖鳖陆陆生生代代谢谢是是水水下下代代谢谢的的5.9-8.3倍。倍。空空气气中中氧氧气气够够多多,保保证证陆陆生生动动物物高高的的代代谢谢率率,进进化化成成恒恒温温动物。动物。空空气气中中氧氧气气足足,陆陆生生动动物物代代谢谢率率不不随随氧氧浓浓度度改改变变;水水中中溶溶解氧少,解氧少,水生动物水生动物代谢率随氧浓度改变。代谢率随氧浓度改变。图在低氧浓度下,金鱼的氧耗随水中氧浓度成线性改变。图内温动物的耗氧量与环境温度的关系鱼类对鱼类对低氧的适低氧的适应应(mmol/Kg鱼)组织中乳酸组织中的乙醇水中的乙醇正常
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