环境生态学 第二章 生物与环境ppt课件

1第一节地球上的生物一、生命的产生与进化（重点）(一)、生命起源的几种学说：神创论从自然发生说到生源论自然发生说的代表人物：古希腊的哲学家自然科学家亚里士多德（Aristotle,公元前384—前322），他认为生物的繁殖有三种主要方式：①自然发生，如通常产生蚤类、蚊虫和各种虱子。②无性生殖，像海星、蠕虫、贝类等。③有性生殖。\n2天外起源说或称宇生说(Cosmozoatheory)这一学说认为地球上的生命来自宇宙间其他星球,某些微生物孢子可以附着在星际尘埃颗粒上而落入地球,从而使地球出现了生命.细胞论和机体演化论细胞学说于1838～1839年由施莱登和施旺正式确立.细胞学成为生物学的基础,也成为生命科学的研究热点和前沿.达尔文关于物种起源的进化论：生物的发展源于变异和选择(自然选择---即适者生存，那些对环境变化不适应者将被淘汰而死亡、性选择和人工选择)，生存斗争、机体变异、选择积累，由渐变到突变而产生新种。\n1、生命的定义——由核酸和蛋白质组成的，具有自我更新和自我复制能力的多分子体系即：凡生命物质都具备的特征物质基础有自我更新能力、自我复制能力有新陈代谢活动\n2、生命起源的基本条件（1）具有能合成有机物的原料——还原性的原始大气（2）具有能合成有机物的能源（3）具有能使有机物不被破坏，并不断地积累发展的环境条件——原始海洋3、生命的起源及进化生命的起源——指地球上非生命物质演变成原始生命的过程\n5生命发生的最早阶段是化学进化，即从无机小分子进化到原始生命阶段。化学进化的全过程又可分为4个连续的阶段。地球年龄和生物进化（×10亿万年）（二）、生命起源的现代理论——化学进化论（重点）\n（二）生物种的概念p24种的性状分两类：基因型与表现型可随时间进化改变的个体集合种(species)是生物基本的分类单元；是形态、结构、功能、发育特征和生态分布基本相同的一群生物。不同种生物具有生殖隔离现象；在自然界中占有一定的生境位置。\n（三）生物的协同进化:一个物种的进化必然改变作用于其他生物的选择压力，引起其他生物也发生改变，这些改变反过来又会引起相关生物的进一步变化。在很多情况下，两个或更多物种的单独进化常常相互影响，形成一个相互作用的协同适应系统.1、生物的进化2、生物的协同进化一个物种的进化改变作用于其他生物的选择压力引起其他生物发生变化再反过来引起相关物种的进一步变化\n3、生命起源的基本条件（1）具有能合成有机物的原料——还原性的原始大气（2）具有能合成有机物的能源（3）具有能使有机物不被破坏，并不断地积累发展的环境条件——原始海洋4、生命的起源及进化生命的起源——指地球上非生命物质演变成原始生命的过程\n无机小分子有机小分子生物大分子多分子体系原始生命现代生物化学进化阶段生物进化阶段\n（1）昆虫与植物间的协同进化（2）大型草食动物与植物的协同进化（3）互惠共生物种间的协同进化（4）协同适应系统二、生物多样性（一）生物多样性的概念P35（二）生物多样性的四个水平遗传多样性物种多样性生态系统多样性景观多样性\n三、地球自我调节理论（一）Gaia假说的形成和发展（重点）11Gaia假说(盖娅假说)：地球自我调节学说（进化的系统理论，evolutionsystem）Lovelock于1969年第一次提出，地球就是一个生命整体，她和任何有机体一样具有形态特征和生理规律。地球是一个生物、海洋、大气和土壤组成的复合系统。该系统是完全自我调节，生物区系不仅产生有一定成分的大气和特定的温度，保持生物自我调节生理特征稳定性的条件。\n1、地球上所有生物都起着调控作用2、地球生态系统保持稳定性3、地球本身是进化系统4、地球系统是有机整体5、地球生理学是地球进化的方式（二）假说的主要论点p30----32假说认为，地球表面的温度和化学组成是受地球表面的生命总体（生物圈）所主动调节的。\n13一、光因子的生态作用及生态适应太阳辐射及其变化规律光强度变化对生物的影响光质变化对生物的影响光周期现象\n14a.大气圈的对太阳辐射的削弱作用b.太阳高度角对太阳辐射强度的影响(0°~90°)c.日照长度的变化d.地形因素的影响：朝向、坡度、海拔高度e.不同的生境中的太阳辐射：２）影响地表太阳辐射的因素\n2、生态作用与生物的适应1）光照强度对生物生长发育和形态建成有重要的作用细胞的增长、分化、体积增长、重量增加黄化现象（P46）2)光照强度与水生植物：水生植物在水中的分布与光照强度有关。透光带水中的光辐射强度①随水深而成指数下降。污染、浑浊水中深于50cm处光强可降低7%；②与水平平静程度关系也大。水中光质也随水深而不同，表层吸收长波长的多，蓝绿光可到十几~二十米深。光补偿点（P37）——光合作用强度和呼吸作用强度相当处的光强度。\n3)植物对光照强度的适应类型光饱和点（P46）——在一定范围内，光合作用的效率与光强成正比，但是到达一定强度．光合效率不会再增加，倘若继续增加光强．光合效率不仅不会提高，反而下降，这点谓之饱和点。\n光强度净生产力光合作用呼吸作用光补偿点CPCPspsp光饱和点植物的光补偿点示意图(Emberlin,1983)陆生生物—对不同光照强度的适应产生阳性植物和阴性植物和耐阴性植物。光合作用率光合作用率A阳性植物阴性植物abBACP\n18光补偿点:阳性植物和阳性叶子偏高，阴性植物和遮阴的叶子偏低。同一植株上，阴性叶偏低，阳性叶偏高。C3植物偏高，C4植物偏，低光补偿点高低与呼吸作用强弱成正比。光饱和点:阳性植物高，阴性植物低。C4植物光饱和点比C3植物高。苗期和发育后期光饱和点低，生长盛期光饱和点高。\n动物对光强度的适应1.动物的光感觉器官2.动物的活动性类型日行性活动型夜行性～晨昏性～全昼夜活动型动物—光照强度影响动物的行为，昼行性动物在白天强光下活动，夜行性动物在夜晚或弱光下活动。\n(二)光质的生态作用与生物的适应光质变化：随空间变化随纬度增加而短波光减少随海拔升高而短波光增加随时间变化一年中：冬季长波光增多（光照弱）夏季短波长增多（光照强）一天中：中午短波长多早、晚长波长多\n海洋植物—光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性:海水表层植物色素吸收蓝、红光；深水植物光合色素有效地利用绿光。高山植物—对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛。动物—不同动物发展不同的色觉。红、橙光被叶绿素吸收最多，具有最大的光合活性蓝光有利于蛋白质合成，红光有利于糖类的形成，蓝紫光与青光对植物的伸长有抑制作用。1、不同光质对植物的光合作用.色素形成.形态建成不同\n22不同光谱成分对植物的生态作用1、红光的生态作用（1）光合活性大；（2）促进叶绿素的合成；（3）有利于碳水化合物的合成；（4）促进发芽；（5）增加植物体温度。\n23不同光谱成分对植物的生态作用2、兰紫光、青光的生态作用（1）光合活性大；（2）有利于蛋白质的合成；（3）促进花青素的合成；（4）抑制植物的伸长生长。3、紫外光的生态作用（1）抑制生长素的形成和茎的伸长；（2）促进花青素的合成；（3）杀菌作用。\n光周期现象——各类生物对自然界昼夜长短规律性变化的反应方式。*短日照植物：日照短于一定数值（8-10小时）才开花的植物.如苍耳、水稻。植物光周期现象对繁殖(开花)的影响:*长日照植物：日照超过一定数值（12-14小时以上）才开花的植物。如小麦、油菜中日照植物：日照与黑夜长度接近时才能开花的植物，如甘蔗等少数热带植物属之。(三)、生物对光周期的适应1、植物的光周期\n动物光周期现象—对鸟类等迁徙影响；对繁殖的影响：区分为长日照动物和短日照动物。2、动物的光周期短日照动物——一些动物只有在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺发育和进行繁殖。如绵羊、山羊和鹿等。长日照动物——在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐渐延长的季节繁殖后代。如雪貂、野兔、刺猬滞育现象\n二.温度因子的生态作用及生物的适应节律性变温(温周期)------生物生长发育与温度昼夜和季节性变化同步的现象温度的变化规律:日变化规律日较差变化规律随纬度増加而减少低海拔大,高海拔小同一地点,夏天大,冬天小年变化规律年较差变化规律随纬度增加而增加陆地大海洋小低海拔大,高海拔小干燥地大,湿润地小日较差——一天内气温最高值与最低值之差。年较差北方大，南方小\n(一)温度因子的生态作用1.温度与生物生长酶活性高温:蛋白质凝固,酶系统失活低温:膜系统渗透性改变,脱水,蛋白质沉淀生物生长的“三基点”最高温度最适温度最低温度一定范围内,生长速率与温度成正比\n2.温度与生物发育有效积温法则:(p41)k=N(t-t0)——植物及低等动物的发育需要从环境中吸取一定热量。k=N(t-t0)K:常数，生物所需的有效积温N:时间，天数t：发育期当地环境平均温度，℃t0:发育起点温度，生物生长活动所需最低临界温度生物学零度(发育起点温度)----产生积极效应的最低温度\n(二)极端温度对生物的影响及生物对极端温度的适应1.低温环境对生物的影响和生物对低温环境的适应环境对生物的影响生物的分布\n生物对极端温度的适应生物对低温的适应：保暖、抗冻－－形态、生理、行为的适应生物对高温的适应：抗辐射、保水、散热－－形态、生理、行为的适应\n(1)形态方面的适应北极和高山植物的芽和叶片-----利于保温抵抗严寒芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小；贝格曼(Bergman)规律恒温动物在寒冷地区和季节增加羽毛数量和质量或皮下脂肪厚度,提高身体的隔热性能增加隔热层，体形增大（贝格曼规律），外露部分减小（阿伦规律）。生活在寒冷气候中的恒温动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大，这种趋向称贝格曼规律，是减少散热的适应。\n阿伦(Allen)规律寒冷地区的内温动物较温暖地区内温动物外露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明显趋于缩小的现象，称阿伦规律，是减少散热的适应。\n(2)生理方面的适应生活在低温环境中的植物:减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类.脂肪.和色素等物来降低冰点,增加抗寒能力生活在低温环境中的动物:增加体内产热量来增强御寒能力和保持恒定体温2.生物对高温环境的适应植物形态生理动物适当放松恒温性行为上改变行为上的适应－－迁移和冬眠／休眠等。\n植物：密毛、鳞片滤光；体色反光；叶缘向上或暂时折叠，减少辐射伤害；干和茎具厚的木栓层，绝热。动物：体形变小，外露部分增大；腿长将体抬离地面；背部具厚的脂肪隔热层。(2)生理方面的适应植物：降低细胞含水量，增加糖或盐浓度，减缓代谢率；蒸腾作用旺盛，降低体温；反射红外光。动物：放宽恒温范围；贮存热量，减少内外温差。行为上的适应植物：关闭气孔。动物：休眠，穴居，昼伏夜出等。\n3.温度与生物的地理分布温度因子节律性变温绝对温度----极端温度最高最低4.变温对生物的影响是限制生物分布的最重要条件\n六、环境因子作用的一般规律（重点）（一）环境因子与生态因子生态因子(ecologicalfactors)：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。生态因子与环境因子的联系与区别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。生境:具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境称为生境，其中包括生物本身对环境的影响.所有生态因子构成生物的生态环境。\n（二）环境因子作用的一般特征1.综合作用:彼此联系,互相促进,互相制约2.主导因子作用-------------起决定作用的因子3.直接作用和间接作用如气候的作用非等价性如渔业高密度养殖增氧如食物，降水4.环境因子的阶段性作用5.环境因子的不可代替性和补偿作用如大马哈鱼生活在海洋中，生殖季节回游到淡水河流中产卵例如光照不足所引起的光合作用的下降可由CO2浓度的增加得到补偿例:四川二郎山\n☆综合作用生态因子之间相互影响、相互作用、相互制约，任何一因子的变化都会在不同程度上引起其它因子的变化。例如：水体温度与溶解氧的关系\n生态因子的空间分布纬度地带性：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。(热量为主导因子)太阳辐射量差异太阳辐射－－热量带－－水分差异－－植被分带－－土壤分带自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带经度地带性：（水分为主导因子）地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。垂直地带性：因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化。我国长白山典型代表\n（三）环境因子的限制性作用1.限制因子-----生态因子中限制生物生存和繁殖的关键性因子（P66）-------诸多生态因子中使生物的耐受性接近或达到极限时，生物的生长发育、生殖、活动以及分布等直接受到限制、甚至死亡的因子。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。\n2.Liebig（李比希）最小因子定律(德.化学家)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（JustusvonLiebig,1840,德国）。最小因子定律:在稳定条件下，处于最小量的营养元素将影响植物的生命活动.即生物受生态因子最低量的限制两个补充条件（Odum,1983）：1）严格的稳定状态；2）要考虑各因子的相互影响。\n3.Shelford（谢尔富特）耐受性定律(美.生态学家)耐受性定律:生物对每种环境因子都有耐受的上限和下限生态幅(ecologicalamplitude)或生态价(ecologicalvalence):每种生物对一种环境因子都有一个耐受范围，即一个生态学上的最低点和一个生态学上的最高点，在最高点和最低点之间的范围.\n生态学概述谢尔福特耐受定理耐受下限生理紧张带不能耐受带最适值适宜范围生理紧张带不能耐受带耐受上限\n最适范围亚适范围亚适范围不适范围不适范围不能生存因子梯度渐增生命活动或数量最适范围亚适范围亚适范围不适范围不适范围不能生存因子梯度生命活动或数量生物对环境因子的耐受曲线\n45最适范围不适范围不能生存因子梯度渐增生命活动强度或数量生物对环境因子耐受曲线的实际表现Shelford定律亚适范围亚适范围不适范围不能生存\n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（据Smith,1980）\n474、生态幅：物种适应于生境范围的大小。1）生态幅既对某一生态因子，又指环境条件的综合。2）生态幅一般从生态适应的角度来讨论。\n耐受限度调整驯化：人工的定向诱导可以导致生物的耐受限度的变化。20016012080400102030温度℃耗氧量（ml·g-1·h-1）5℃驯化25℃驯化豹娃在不同温度条件下驯化导致耗氧量的差异\n生物对各生态因子耐受性之间的相互关系；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