植物生态学(第三章)(1).

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1、植 物 生 态 学 第三章 植物生理生态学 *1植物生态学 第三章 生理生态 第一节 植物生理生态学概述 一、植物生理生态学的概念 植物生理生态学属于植物生态学的一个分支，它主要 研究随环境因子变化而发生的植物生理学现象。因此它研 究生态因子和植物生理学现象之间但关系，即生态学和生 理学的结合。 植物生理生态学（eco-physiology）和植物生态生理 学（physio-ecology）是两个基本相同的概念，但是前者 比较侧重生态学，后者则更强调生理学。 Date2植物生态学 第三章 生理生态 第一节 植物生理生态学概述 n植物生理生态学研究的主要问题 n植物与环境系统内的相互作用和基本机

2、制 n植物的生命过程 n环境因素影响下植物的代谢和能量转化 n植物有机体适应环境因子改变的能力 Date3植物生态学 第三章 生理生态 第一节 植物生理生态学概述 n当前植物生理生态学研究的重点 n由于植物生理生态学可以给许多生态学问题提供生理机 制上的解释，因此，从20世纪60年代以来，得到了迅速 的发展。特别是近20年以来，植物生理生态学研究日新 月异，在渗透到细胞到生态系统各个层次的同时，重新 将研究重点集中到个体水平。研究对象从过去的作物和 常见种为主转向影响生物多样性和全球变化的关键植物 种类。当前的新动向是研究植物适应和进化机制，对有 限资源的合理利用，植物在全球变化中的行为表现，

3、光 温水气营养等多种环境因子的相互作用对植物行为的影 响，植物的抗逆性潜能和植物生长过程的自动监测和动 态模拟等。 Date4植物生态学 第三章 生理生态 第一节 植物生理生态学概述 二、植物生理生态学研究方法 依据植物生理生态学研究发展的历史进程，主要有下 列几种研究方法： n思辨方法（原始人的逻辑推理和非逻辑构想） n观察与描述方法 n实验方法 n理论方法和综合方法 Date5植物生态学 第三章 生理生态 第一节 植物生理生态学概述 二、植物生理生态学研究方法 n观察与描述方法：在植物生态学的初创阶段，Haberlandt (1884), Schimper (1898), Warming

4、(1896) 和 Clements (1907) 等人就分别从植物解剖学、植物地理学和植物生态学的 观点，提出了植物对环境条件反应和适应性的一系列重要的猜 测和假设，在很大程度上都是由于他们善于观察和勤于思索的 结果。因此观察和描述乃是生态学研究的重要方法。 n早期存在的主要问题是研究手段的缺乏，在和生理活动相应的 小尺度上测定气候因子很困难。 n观察方法的局限性：(1)研究结果的不确定性；(2)所得结果的 重复性较差；(3)只能得到事物整体综合的表明现象，无法了解 原因。 Date6植物生态学 第三章 生理生态 第一节 植物生理生态学概述 二、植物生理生态学研究方法 n实验方法：所谓实验方法

5、，就是使用仪器设备有意识地控制自 然过程条件，模拟自然现象，避开次要矛盾，突出主要因素， 在特定条件下探索客观规律的认识方法。 n实验方法与观察方法的不同点在于：(1)有人为干预，突出了主 要因素，使研究对象以纯粹的、更便于观察和分析的形态表现 出来；(2)实验结果重复性好。 n植物生理生态学乃是植物生态学中实验性最强的分支学科。比 如最小因子法则、耐受性法则、限制因子定律等都是实验方法 的成果，对于理解植物的生理活动与环境条件的关系具有十分 重要的意义。其后，植物对各主要环境因子的反应关系，如光 补偿点、饱和点、CO2补偿点以及植物对温度、水分等环境因 子耐受能力等，均进行了大量的研究，取得

6、了有意义的成果。 Date7植物生态学 第三章 生理生态 第一节 植物生理生态学概述 二、植物生理生态学研究方法 n理论方法和综合方法 近年来自然科学呈现出联结成一个整体统一发展的趋势，即 交叉化、多元化、综合化的发展趋势。和生态学其他分支学科 一样，系统论、控制论、耗散结构理论以及计算机技术等也渗 透到了植物生理生态学研究之中。 比如有关叶片能量平衡研究（Gates 1962）、气体进出叶 片阻力研究（Gaastra 1959）、植物干物质生产气候模型研 究（Monteith 1972）、农作物同化呼吸和蒸腾系统模型的研究 （Brouwerde & de Wit 1969, de Wit 1

7、978）等等。 植物生理学的数学模型简介。 Date8植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 一、光环境与光的性质 1. 太阳辐射及其季节变化 整个地球一年所接受的太阳辐 射总量约 5.41024焦耳，平均每分 钟每平方厘米所接受的太阳辐射能 为 8.1焦耳。 但由于地球的公转和地球赤道 面对于地球运动轨道平面的倾斜， 对于地球上任何特定地点来说，一 年四季所接受的太阳辐射是不断变 化的（图2-15）。 又由于地球的自传，在一天的 不同时刻，这种辐射能也是在不断 变化的。 Date9植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 一、光环境与光的性质 2. 到达地面的太阳辐射分

8、析 到达地球大气层的太阳辐射， 大约有一半不能透过对流层到达地 面。如图所示，在北半球大约有43 的太阳辐射能被反射，云层反射 34，尘埃反射9；还有10被云 层中的臭氧、CO2和水汽等吸收或漫 射。 能够到达地球表面的太阳辐射 能占到达地球大气圈总辐射的47 ，其中还会有一部分被（4）被地 面反射。 Date10植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 一、光环境与光的性质 2. 到达地面的太 阳辐射分析 Date11植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 一、光环境与光的性质 2. 叶片对太 阳辐射的反 射、吸收和 透射 Date12植物生态学 第三章 生理生态 第二

9、节 光的生态作用 一、光环境与光的性质 3. 太阳辐射 在针阔混交 林中的分配 Date13植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 一、光环境与光的性质 3. 光的性质 光是由波长范围在1504,000 nm的电磁波组成的，其中可见 光波长在380760nm之间。红外光占太阳辐射的5060，紫外光 占1，其余为可见光。 红外光产生大量的热，地表热量基本上由红外光能所产生。 紫外光对于生物和人具有杀伤和致癌作用，但是波长小于290 nm的紫外光被臭氧层中的臭氧所吸收，290380之间的紫外光的一 部分能够到达地面。一般高山和高原地区紫外光比较强烈。 可见光具有最大的生态学意义，因为只

10、有可见光才能在光合作用 中被植物利用并转化为化学能。叶绿素是绿色的，主要吸收红光和 蓝光，因此波长为620760的红光和435490nm的蓝光对于光合 作用最为重要。 Date14植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 二、光质变化及其对植物的影响 n光质（光谱成分）随空间变化 的一般规律是短波光随纬度增 加而减少，随海拔高度增加而 增加。 n在时间上的变化体现在冬季长 波光增加，夏季短波光增加； 一天中早晚长波光多，中午短 波光多。 n光质于光合作用：绿藻和红藻 的光合作用光谱比较（图2 14）。 Date15植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 二、光质变化及其对

11、植物的影响 n光质（光谱成分）随空间变化 的一般规律是短波光随纬度增 加而减少，随海拔高度增加而 增加。 n在时间上的变化体现在冬季长 波光增加，夏季短波光增加； 一天中早晚长波光多，中午短 波光多。 n光质于光合作用：绿藻和红藻 的光合作用光谱比较（图2 14）。图3-11 太阳光谱能量分布 和光合作用光谱 Date16植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 二、光质变化及其对植物的影响 n光质与光合产物：红光有利于碳水化合物的合成，蓝光则促进蛋 白质合成。 n光质与植物生长： n红外光能提高植物体温，促进器官伸长和种子萌发；红光也能促 进器官伸长； n蓝光被类胡萝卜素吸收，能促

12、进叶绿体移动并沿侧壁分布，避开 直射光，接收散射光；蓝光还能够破坏器官向光面的生长素，使 得背光面的生长素相对较多，因而使器官向光弯曲。 n青光、蓝紫光和紫外光能够抑制生长素的形成、破坏生长素或抑 制生长素的活性，从而抑制植物的伸长生长，因此很多高山植物 一般具有特殊的莲座状叶丛。 Date17植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 三、光照强度变化对植物的影响 1. 光照强度变化的一般规律 n光照强度一般在赤道地区最大，随纬度增加逐渐减弱。 n光照强度随海拔升高而增加。 n山地的坡向和坡度对于光照强度具有显著的影响。 n一年中以夏季光照强度最大，冬季最小。 n一天中以中午光照强度

13、大，早晚光照强度小。 n在陆生生态系统中，一般光照强度自上而下逐渐减弱。 n在水生生态系统中，光强随水深增加而迅速递减。在清澈静止的 水体中，照射到水面的光大约只有50能够到达15米深处。而在 流动或混浊的水体中，能够到达这一深度的光量就要少得多。 Date18植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 三、光照强度变化对植物的影响 2. 光照强度与水生植物 n透光带（euphotic zone）：光的穿透性限制着植物在海洋和淡 水水体中分布，一般是限制在水体表层的透光带内。 n补偿点：在透光带的下部，植物的光合作用正好与呼吸作用达到 平衡，即所谓补偿点。如果浮游藻类沉降到补偿点之下，

14、或者被 洋流携带到补偿点之下又不能很快回升到表层时，这些藻类便会 死亡。 n在一些特别清澈的水体，补偿点可以深达几百米，但是这很少见 。一般只有几米或1米，有的甚至只有几厘米。 n扎根海底的巨型藻类通常只能出现在大陆沿岸附近，那里的海水 深度一般不超过100米。生活在开阔大洋和沿岸透光带中的植物主 要是单细胞浮游藻类。动物的分布却不一定局限在水体表层。 Date19植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 三、光照强度变化对植物的影响 3. 光照强度与陆生植物 n当影响植物光合作用和呼吸作用的其他生态因子保持恒 定时，生产和呼吸之间的平衡就主要取决于光照强度了 （图2-16） n光补

15、偿点、光饱和点和有机物积累（图2-16 ） n阳地植物与阴地植物（图2-16 ） Date20植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 三、光照强度变化对植物的影响 3. 光照强度与陆生植物 Date21植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 三、光照强度变化对植物的影响 3. 光照强度与陆生植物 Date22植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 四、日照长度变化和植物的光周期现象 q日照长度是指白昼的持续时间或太阳的照射时间。 q在北半球从春分到秋分是昼长夜短，夏至昼最长；从秋 分到春分昼短夜长，冬至夜最长。 q纬度越高，日照长度变化越大。在赤道地区昼夜终年平 分；两极地区则半年是白天，半年是夜晚。 q日照长度变化对于动植物都具有显著的生态作用。由于 动植物长期生活在具有一定昼夜变化格局的环境中，自 然选择和进化造就了各类生物所特有的对于日照长度变 化的反应方式，这就是生物中普遍存在的光周期现象。 Date23植物生态学 第三章 生理生态 第二节 光的生态作用 四、日照长度变化和植物的光周期现象 q昼夜节律：大多数生物 活动都表现出24小时循 环一次的现象，即昼夜 节律。植物也普遍存在 昼夜节律的现象，如光 合作用、蒸腾作用、积 累与消耗等均表现出有 规律的昼夜变化，这除 了与光周期有关外，还 与温度、湿度等昼夜变 化密切相关。 Date