第第4 4章章 生物与水生物与水WATER RELATION主要内容主要内容4.1 水的生态意义水的生态意义4.2 水的运动及生物获水和失水的途径水的运动及生物获水和失水的途径4.3 植物与水的关系植物与水的关系4.4 动物与水的关系动物与水的关系4.1 水的生态意义水的生态意义(1)水是任何生物体都不可缺少的重要组成成分水是任何生物体都不可缺少的重要组成成分l生物体一般含生物体一般含6080的水的水,低等水生动物甚低等水生动物甚至更高2)水是生物体所有代谢活动的介质水是生物体所有代谢活动的介质,是生命活动是生命活动的基础的基础l营养的运输营养的运输,废物的排除废物的排除,激素的转递激素的转递,各种生化各种生化反应反应.,都必须在水溶液中进行都必须在水溶液中进行;所有物质也所有物质也都必须以溶解状态才能进入细胞都必须以溶解状态才能进入细胞3)水为生物创造稳定的温度环境水为生物创造稳定的温度环境l水的特征水的特征:3.98 时密度最大时密度最大,结冰从上至下进结冰从上至下进行行;热容量很大热容量很大,吸热和放热缓慢吸热和放热缓慢4)生物起源于水环境生物起源于水环境l生物进化生物进化90的时间是在海洋中进行的。
的时间是在海洋中进行的从水从水生到陆生的进化生到陆生的进化4.2 水的运动及生物获水和失水的途径水的运动及生物获水和失水的途径4.2.1 水的运动水的运动液态液态(水水)固态固态(冰冰)气态气态(水蒸气水蒸气)水的三相变化水的三相变化l空气中的水空气中的水水蒸气水蒸气 相对湿度相对湿度=水蒸气密度水蒸气密度/饱和水蒸气密度饱和水蒸气密度 100%l液态水液态水 浓度梯度浓度梯度l土壤中的水土壤中的水 毛细管水毛细管水4.2.2 生物获水与失水的途径生物获水与失水的途径(1)水分的丧失途径水分的丧失途径l植物蒸发植物蒸发(蒸腾作用、扩散作用蒸腾作用、扩散作用)失水失水,分泌失分泌失水l动物蒸发失水动物蒸发失水,排泄、分泌失水排泄、分泌失水2)水分的获得途径水分的获得途径l植物根部吸收植物根部吸收,叶面吸收叶面吸收l动物食物动物食物,体表吸收体表吸收,代谢水根据植物对水的依赖程度可以把植物分为以下几根据植物对水的依赖程度可以把植物分为以下几种生态类型种生态类型:(1)水生植物水生植物 沉水植物沉水植物:根退化或消失根退化或消失,金鱼藻、狐尾藻等金鱼藻、狐尾藻等浮水植物浮水植物:无根漂浮植物无根漂浮植物(凤眼莲、浮萍等凤眼莲、浮萍等);浮浮叶根生植物叶根生植物(睡莲和眼子菜睡莲和眼子菜)挺水植物挺水植物:芦苇、菰、香蒲、芦苇、菰、香蒲、莲莲等。
等4.3 植物与水的关系植物与水的关系(2)陆生植物陆生植物 湿生植物湿生植物:生态上依赖于湿地的植物？生态上依赖于湿地的植物？中生植物中生植物:种类最多、分布最广、数量最多种类最多、分布最广、数量最多旱生植物旱生植物:少浆液植物少浆液植物(骆驼刺骆驼刺)和多浆液植物和多浆液植物(仙人掌等仙人掌等)湿生植物湿生植物池杉池杉中生中生植物植物诗人草诗人草旱生植物旱生植物仙人球仙人球肉质旱生植物肉质旱生植物景天景天4.3.1 陆生植物与水陆生植物与水(1)陆生植物体内水分平衡陆生植物体内水分平衡Wip=Wr+Wa Wt WsWip:植物体内的水分植物体内的水分Wr:植物的根从土壤中吸收的水分植物的根从土壤中吸收的水分Wa:植物从空气中吸收的水分植物从空气中吸收的水分Wt:蒸腾丧失的水分蒸腾丧失的水分 Ws:分泌丧失的水分分泌丧失的水分(2)(2)陆生植物保水机制陆生植物保水机制陆生植物保水机制陆生植物保水机制 A.形态适应形态适应发达的发达的根系根系,以利于根从土壤中吸收的水分以利于根从土壤中吸收的水分叶叶面小面小,气孔气孔下陷下陷,表面有表面有厚的蜡质层厚的蜡质层或或白色绒白色绒毛毛,许多单子叶植物叶具许多单子叶植物叶具扇状运动细扇状运动细胞胞,可使可使叶叶面卷曲面卷曲,减少水分丢失减少水分丢失茎、枝茎、枝的外层是木栓层的外层是木栓层具发达的具发达的贮水组织贮水组织B.生理适应生理适应水分运输的动力水分运输的动力原生质的渗透压特高原生质的渗透压特高,从土壤中吸收水分从土壤中吸收水分,同时同时不至于发生反渗透现象使植物失水不至于发生反渗透现象使植物失水:淡水植物淡水植物一般一般23Pa,中生植物不超过中生植物不超过20Pa,旱生植物可达旱生植物可达4060Pa,甚至高达甚至高达100Pa。
采用采用C4途径进行光合作用，如途径进行光合作用，如玉米、高梁、甘玉米、高梁、甘蔗等植物蔗等植物一些旱生植物和中生植物下陷的气孔4.3.2 水生植物与水水生植物与水l海水植物是等渗的海水植物是等渗的,淡水植物具有自动调节渗淡水植物具有自动调节渗透压的能力透压的能力l体内具有发达的体内具有发达的通气系统通气系统,保证体内个部分对保证体内个部分对氧气的需要氧气的需要l叶的表面积大叶的表面积大,有利于采光和吸收无机盐和有利于采光和吸收无机盐和CO2 沉水植物金鱼藻浮水植物凤眼莲挺水植物莲水生植物的通气组织水生植物的通气组织(莲藕）莲藕）4.4 动物与水动物与水4.4.1 陆生动物与水陆生动物与水(1)(1)陆生动物体内水分平衡陆生动物体内水分平衡Wia=Wm+Wd+Wf+Wa We WsWia:动物体内水分动物体内水分Wm:代谢水代谢水 Wd:从饮水中获得的水分从饮水中获得的水分Wf:从食物中获得的水分从食物中获得的水分Wa:从空气中吸收的水分从空气中吸收的水分We:体表蒸发和呼吸丧失的水分体表蒸发和呼吸丧失的水分Ws:排泄丧失的水分排泄丧失的水分(2)陆生动物保持水分的方法陆生动物保持水分的方法不透水的皮肤、覆盖了蜡质层的外骨骼不透水的皮肤、覆盖了蜡质层的外骨骼,减少减少蒸发失水蒸发失水冷凝回收肺内呼出的水蒸气冷凝回收肺内呼出的水蒸气浓缩排泄物浓缩排泄物回避极端环境回避极端环境:如迁徙、休眠等如迁徙、休眠等 保水与降温的矛盾保水与降温的矛盾,解决方法解决方法:体温的波动体温的波动Similar Desert Modifications(诱变诱变)lCamelsCan withstand water loss up to 20%.lFace into sun to reduce exposure.lThick hair:Increased body temp,lowers heat gradient(变化变化/梯度梯度).lSaguaro Cactus(巨巨状状仙人掌仙人掌)Trunk树干树干/Arms act as water storage organs.Dense network of shallow roots(浅根浅根).Reduces Evaporative loss.4.4.2 水生动物与水水生动物与水(1)咸水动物咸水动物等渗动物等渗动物:体内渗透压大致与环境渗透压相等体内渗透压大致与环境渗透压相等(无脊椎动物无脊椎动物,海参和盲鳗海参和盲鳗)低渗动物低渗动物:体内渗透压低于环境渗透压体内渗透压低于环境渗透压,体内的体内的水向体外渗透水向体外渗透(易脱水易脱水),必须大量饮水必须大量饮水;同时依同时依靠发达的排泄器官靠发达的排泄器官,把把饮水中的大量饮水中的大量溶质排泄溶质排泄出去出去,使其尿液量减少到最低限度使其尿液量减少到最低限度。
硬骨鱼和硬骨鱼和甲壳动物通过甲壳动物通过鳃鳃排盐排盐(逆浓度梯度向外分泌盐逆浓度梯度向外分泌盐类类),软骨鱼类通过软骨鱼类通过直肠腺直肠腺排盐如七鳃鳗如七鳃鳗特异功能是异功能是:防脱水防脱水(要饮水要饮水)又排盐水生动物面临的问题水生动物面临的问题:保持体内的水盐平衡保持体内的水盐平衡高渗动物高渗动物:体内渗透压高于环境渗透压体内渗透压高于环境渗透压,环境中环境中的水向体内渗透的水向体内渗透;能大量排尿能大量排尿(排浓尿排浓尿)维持高维持高渗状态如软骨鱼类如软骨鱼类,鲨鱼特异功能是鲨鱼特异功能是:防防排盐排盐(要吸盐要吸盐)又排水变渗动物变渗动物:体液浓度随环境渗透浓度的改变而体液浓度随环境渗透浓度的改变而改变如溯河的改变如溯河的鲑鱼鲑鱼和降海的和降海的鳗鱼鳗鱼以及广盐性以及广盐性鱼类鱼类(罗非鱼、赤鳟、刺鱼罗非鱼、赤鳟、刺鱼等等)恒渗动物恒渗动物:体液浓度保持恒定体液浓度保持恒定,不随环境改变而不随环境改变而改变2)淡水动物淡水动物l淡水的渗透压极低淡水的渗透压极低,动物血液或体液渗透浓度比动物血液或体液渗透浓度比较高较高,水不断渗入动物体内水不断渗入动物体内,过剩的水必须排出体过剩的水必须排出体外外,才能保持体内水分平衡才能保持体内水分平衡(排大量的稀尿排大量的稀尿)。
l淡水动物还面临着丢失溶质的问题淡水动物还面临着丢失溶质的问题(由于随尿或由于随尿或由于扩散作用而丢失由于扩散作用而丢失),丢失的溶质弥补丢失的溶质弥补有有2个途个途径径:食物中获取食物中获取;鳃或上皮组织表面主动把钠吸收鳃或上皮组织表面主动把钠吸收到体内到体内l维持渗透压的机能类似海洋中的高渗动物维持渗透压的机能类似海洋中的高渗动物,但是但是排大量的排大量的稀尿稀尿。