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1、教学重点： 环境与生态因子的概念、类型、特征、作用 生物与环境关系的基本原理 生物与主要生态因子的相互关系,第二章 生物与环境,生物种的概念,传统生物学家的物种(species)概念 真实存在、形态相似、自由交配、产生可育后代 达尔文的物种概念 人为分类单位，亲缘关系密切的个体群 物种可变、个体差异在种间渐变 近代的物种概念 形态和遗传结构相似的种群构成，种类个体间存在差异 现代的物种概念 由许多群体形成的生殖单元(与其他单元生殖上隔离)，占有一定的生境位置 物种是由内在因素（生殖、遗传、生理、生态、行为）联系起来的个体的集合，是自然界中的一个基本进化单位和功能单位,环境概念,环境和环境因子：
2、环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。由许多环境要素构成，这些环境要素称环境因子。 内涵：环境的本质就是生物生存和发展的资源或影响这种资源的因素,环境类型,生态因子的概念,生态因子：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。 生态因子是环境中对生物起作用的因子，而环境因子则是指生物体外部的全部要素。 生存条件：生态因子中生物生存不能缺少的生态因子的总称。 生态环境：一定区域所有生态因子的总和。 生境：具体生物个体或群体的栖息地的生态环境。,生态因子的类型,生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类 生
3、物因子：有机体（同种和异种） 非生物因子：温度、光、湿度、pH、氧气等 有的学者将生态因子分为五类 气候因子:如温度、水分、光照、风、气压和雷电等 土壤因子:如土壤结构、土壤成分的理化性质等 地形因子:如陆地、海洋、海拔、山脉的走向与坡度等 生物因子:包括动物、植物和微生物之间的相互作用 人为因子:人类活动对自然的破坏及对环境的污染,生态因子的类型,Smith等将生态因子分成密度制约因子和非密度制约因子 密度制约因子(density independent factors)：食物、天敌等生物因子 非密度制约因子(density dependent factors)：温度、降水、气候等因子 （蒙
4、恰斯基）将生态因子 分为稳定因子和变动因子 稳定因子(steady factors)：地心引力、地磁、太阳辐射常数等长年恒定的因子 变动物因子(variable factors)：周期性变动：春夏秋冬、潮夕涨落；非周期性变动：风、降水、捕食,生态因子的作用特征,综合作用： 生态因子间相互联系、相互影响、相互制约 主导因子作用：生态因子的非等价 直接作用和间接作用： 直接因子：直接对生物发生影响的生态因子 间接因子：通过影响直接因子而对生物发生影响 作用的阶段性： 生物发育的不同阶段，需要不同 不可替代性和补偿性：生态因子间不可替代，但在一定程度上可以补偿,生态因子的限制性作用,限制因子(lim
5、iting factors) 在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限而限制其生存、生长、繁殖或扩散的关键性因子称为限制因子 限制因子概念的意义 为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点； 有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。,生物对非生物因子的耐受限度,“最小因子定律”(Liebigs law of minimum) (1840,德国) 植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营养元素称最小因子。 两个补充条件（Odum,1973）： 1）严格的稳定状态 2）因子补偿作用。,南北较高纬度地区的低温是影响非洲蜂进一步向高纬度范围扩散的限制因
6、子。,案例：低温对非洲蜂分布的限制,生物对非生物因子的耐受限度,“耐性定律”(Shelfords law of tolerance)(1913，美国) 生物的生存与繁殖需要依赖环境中的多种环境因子的存在，而且生物有机体对环境因子的耐受性有一个上限和下限，任何因子不足或过多，接近或超过了某种生物的耐受限度，该种生物的生存就会受到影响，甚至灭绝。,种 群 数 量,数量很低,种群消失,种群消失,数量很低,数量最高,不能耐受区,生理受抑制,生理受抑制,不能耐受区,最适区,环境梯度,高,低,耐受性下限,耐受性上限,生物种的耐受性限度图解（仿Smith,1980）,Shelford耐受性定律的发展,生物对
7、不同生态因子的耐受范围不同，不同年龄、季节、栖息地等同种生物对生态因子的耐受性不同 对很多生态因子耐受范围都很宽的生物，其分布区一般比较广 个体发育的不同阶段，对生态因子的耐受限度不同 不同的生物种，对同一生态因子的耐受性不同 某一生态因子处于非最适状态下时，生物对其他生态因子的耐受限度也下降,截距,对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响：如温湿的关系；湿度和溶氧的关系；温度和盐的协同作用,生态幅 (ecological amplitude）,概念 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(或称耐受性的上限和下限)之间的范围就称为
8、生态幅 (ecological amplitude) 或生态价(ecological valence)。 类型划分 广温性(eurythermal 窄温性(stenothermal) 广水性(euryhydric) 窄水性(stenohydric) 广盐性(euryhaline) 窄盐性(stenohaline) 广食性(euryphagic) 窄食性(stenophagic) 广光性(euryphotic) 窄光性(stenophotic) ,生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：物种之间的竞争产生的生态位分离,内稳态,内稳态(homeostasis): 生物系统通过内在的调节机制使内环境
9、保持相对稳定的机制，它能减少生物生物对外界条件的依赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。 扩大了生物的生态幅与适应范围，但并不能完全摆脱环境的限制 内稳态通过形态、行为和生理适应实现。,适 应,适应：生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类，后者又包括可逆适应和不可逆适应。 适应方式（形态、生理 、行为的适应） ： 行为适应：运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌 生理适应：生物钟、休眠、生理生化变化 形态适应：保护、保护色、警戒色与拟态,动物的保护色、警戒色与拟态,A 树皮纺织娘 B 枭蝶 C 枯叶蝶 D 捕食花螳螂 E 蛙鱼,A,B,D,E,C,驯 化,驯化：生物在实验自然条
10、件下，诱发的生理补偿变化，导致该种耐性限度的改变，适宜生存范围的上下限会发生移动，并形成一个新的最适点。前者需要较短的时间，后者需要较长的时间。 驯化过程是通过酶系统的调整而实现的，因为酶只能在特定的环境范围内起作用，并决定着生物的代谢速率与耐性限度，所以驯化过程是生物体内酶系统的改变过程。,不同温度下驯化导致耗氧量的差异,200 160 120 80 40 0,10 20 30,温度 ,耗氧量 （mlg-1h-1 ）,5 驯化,25 驯化,指示生物,生物在与环境相互作用、协同进化的过程中，每个种都留下了深刻的环境烙印。因此，常用生物来反映环境的某些特征，称这类生物为指示生物。 如南宋诗人陆游
11、“野人无历日，鸟啼知四时”。如预报天气有“燕子低飞蛇过道，大雨不久要来到”。如美国学者Curtis (1959) 列出威斯康星地区湖泊中软水的指示植物为Gratiola aurea, 硬水指示植物为Ranunculus aquatilis。颤蚓的大量发生可指示水中溶解氧的缺乏。再如“秋风响，蟹角痒”，反之“蟹行秋至“。 指示生物的指示作用是相对的。,思考题-名词解释,环境因子 生态因子 限制因子 生态幅 谢尔福德耐性定律 内稳态 驯化 指示生物,思考题-问答题,简述生态因子的概念及其作用的一般特征特点 举例说明限制因子概念在生态学研究中的重要性 简述Shelford耐性定律及其补充原理 比较L
12、iebig最小因子定律和Shelford耐性定律的异同,生态因子的生态作用及生物的适应,光因子的生态作用及生物的适应 温度因子的生态作用及生物的适应 水因子的生态作用及生物的适应 土壤因子的生态作用及生物的适应,光因子的生态作用及生物的适应,光强的生态作用与生物的适应 光质的生态作用与生物的适应 生物对光周期的适应,光照强度的变化规律,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,光照强度的生态作用与生物的适应,影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和分化 影响植物叶绿素的形成 黄化现象 影
13、响动物的生长、发育、行为 昼行性动物 夜行性动物,光强对生物的影响及生物的适应,水生植物水生植物在水中的分布与光照强度有关。 透光带：光合作用大于呼吸作用 补偿点：光合作用等于呼吸作用 陆生生物对不同光照强度的适应产生阳地植物和阴地植物。 阳地植物对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能进行正常生长，补偿点位置较高； 阴性植物对光的需要远较阳性植物低，光补偿点低，呼吸作用、蒸腾作用都较弱，抗高温和干旱能力较低； 耐阴性植物对光照具有较广泛的适应能力，对光的需要介于前两类植物之间。,光 合 作 用 率,光 合 作 用 率,光强度,光强度,净生产力,光合作用,呼吸作用,A,B,A,B,A,CP,
14、光补偿点,CP,CP,a,b,sp,sp,光饱和点,B,光补偿点 (compensation point)光饱和点(saturate point)：光合作用强度和呼吸作用强度相当处的光强度为光补偿点；当光照强度达到一定水平后，光合产物不再增加或增加得很少，该处的光强度即为光饱和点。,植物的光补偿点示意图(仿Emberlin,1983),太阳辐射能(仿A. Mackenzie et. al,1999),光的性质：波长1504000nm,分紫外光、可见光和红外光三类，波长在380760nm之间的光为可见光。绿色植物的光合作用有效范围是380700nm之间。,紫外线,可见光,红外线,400,630,
15、1000,2500,4000,波长(nm),能 量 强 度,可见光对光合作用的影响 红、橙光对叶绿素有促进，蓝紫光能被叶绿素和类胡萝卜素吸收，称为生理有效辐射；绿光不被植物吸收称生理无效辐射。 红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质的合成。 可见光对动物的影响 光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长发育有影响，如不同动物发展不同的色觉。,光质的生态作用与生物的适应,不可见光对生物的影响 波长360nm即开始有杀菌作用，在340nm240nm的辐射条件下，可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒等停止活动。200300nm的辐射下，杀菌力强，能杀灭空气中、水面和各种物体边面的微生物，这对于抑制自然界的
16、传染病病原体是极为重要的。 紫外光与动物维生素D产生关系密切，过强有致死作用。 高山动物体色较暗，高山植物含花青素、叶面缩小、毛绒发达都是因为短波光较多的缘故。,光质的生态作用与生物的适应,生物对光周期的适应,生物的昼夜节律 生物的昼夜节律：24小时循环一次 光的周期性、温度、湿度的昼夜变化 光周期现象：生物对自然界日照长度规律性变化的反应。 植物光周期现象 对繁殖(开花)的影响：区分为长日照植物和短日照植物。 长日照植物：日照超过一定数值才开花的植物，如小麦、油菜 短日照植物：日照短于一定数值才开花的植物，一般需要较长的黑暗才能开花，如苍耳、水稻。 植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植、园艺,生物对光周期的适应,动物光周期现象 对鸟类等迁徙影响；对繁殖的影响
