能量环境.ppt

普通生态学普通生态学2 生物与环境之能量环境n地球上的能量类型地球上的能量类型n地球上光及温度的分布地球上光及温度的分布n生物对光的适应生物对光的适应n生物对温度的适应生物对温度的适应地球上的能量类型地球上的能量类型n太阳能，光能太阳能，光能n地热能地热能n风能风能n化学能化学能n有机物中包含的化学能有机物中包含的化学能n其他能量其他能量问题：生物可以利用那些能量？问题：生物可以利用那些能量？地球上光及温度的分布地球上光及温度的分布n地球上光的分布地球上光的分布n太阳辐射及其光谱组成太阳辐射及其光谱组成n地球上光的分布规律地球上光的分布规律n地球上温度的分布地球上温度的分布n大气温度的分布与变化大气温度的分布与变化n土壤温度的分布与变化土壤温度的分布与变化n水体温度的分布与变化水体温度的分布与变化电磁辐射各区段及与光的关系电磁辐射各区段及与光的关系1010 108 106 104 102 1 10-2 10-4u m102 1 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 cm无线电波无线电波无线电波无线电波X射线射线射线射线可可见见光光1000 800 600 400 200 nm1 2 3 4 5 6 7 E(eV)11 104 1.51 104 21 104 31 104 41 104 51 104 101 104 vm-1可见光可见光紫外紫外红外红外红红 橙橙 黄黄 绿绿 青青 蓝蓝光化学能光化学能500 1000 2000 3000 4000可可见见光光红红外外线线紫紫外外线线波长波长nm能能流流强强度度n紫外光：波长760nm，46%影响太阳辐射的因素和光的分布规律影响太阳辐射的因素和光的分布规律n影响地表太阳辐射的因素影响地表太阳辐射的因素大气圈，太阳高度角，纬度和季节，海拔、坡度和坡向大气圈，太阳高度角，纬度和季节，海拔、坡度和坡向n光质光质(光谱成分光谱成分)n低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多n夏季、中午短波光多，冬季、早晚长波光多夏季、中午短波光多，冬季、早晚长波光多n日照时间日照时间n夏季昼长夜短、冬季昼短夜长夏季昼长夜短、冬季昼短夜长n纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜n光照强度光照强度n低海拔、高纬度光照强度弱，高海拔、低纬度光照强度大低海拔、高纬度光照强度弱，高海拔、低纬度光照强度大n夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱n(北半球北半球)南坡光照强度大，北坡光照强度弱南坡光照强度大，北坡光照强度弱 水体中的光水体中的光春春秋秋夏夏冬冬秋秋春春冬冬夏夏The seasons in the Northern and Southern Hemispheres10203035404550102030354045505045403530201018171615141312111096789101112131415光光期期 h暗暗期期 h2 4 6 8 10 12M地表大气温度的分布与变化地表大气温度的分布与变化n空间分布与变化空间分布与变化n纬度升高纬度升高1，气温降低，气温降低0.5n沿海地区气温变化小，内陆地区变化大沿海地区气温变化小，内陆地区变化大n南坡气温较北坡高，海拔升高南坡气温较北坡高，海拔升高100m，气温降低，气温降低0.61n逆温现象逆温现象n时间变化时间变化n日较差日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加：随纬度增高减小，随海拔升高而增加 地面性质地面性质n年较差年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大，地形：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大，地形逆温现象逆温现象土壤温度的分布与变化土壤温度的分布与变化n土壤温度与气温相关，表层较气温变化剧烈土壤温度与气温相关，表层较气温变化剧烈n土壤温度变化与深度有关土壤温度变化与深度有关 荒漠植物的适用荒漠植物的适用/为外温动物提供选择为外温动物提供选择n土壤温度变化时间较气温滞后，且与深度有关土壤温度变化时间较气温滞后，且与深度有关n温度变化周期与深度相关，温度变化周期与深度相关，1m无昼夜无昼夜30m无季节无季节n土壤温度的年变化与纬度、海拔有关土壤温度的年变化与纬度、海拔有关土壤与空气温度变化比较土壤与空气温度变化比较沙漠晴天时，空气与土壤温度的日变化沙漠晴天时，空气与土壤温度的日变化水体温度的分布与变化水体温度的分布与变化n水温的时间变化水温的时间变化n变化幅度较气温小变化幅度较气温小n不同深度水体的日变化不同深度水体的日变化 15mn不同深度水体的年变化不同深度水体的年变化 140mn水温的成层现象水温的成层现象n水温分层水温分层（陆地中高纬度）：上湖层、斜温层（陆地中高纬度）：上湖层、斜温层(温梯温梯层层)和下湖层和下湖层n春季环流和秋季环流春季环流和秋季环流n陆地低纬度地区不明显，雨季和干季破坏斜温层陆地低纬度地区不明显，雨季和干季破坏斜温层n海洋：仅出现在低、中纬度水域海洋：仅出现在低、中纬度水域温带深水湖水温垂直变化温带深水湖水温垂直变化生物对光的适应生物对光的适应n光质的生态作用和生物的适应光质的生态作用和生物的适应n光质的生态作用光质的生态作用n生物对光质的适应生物对光质的适应n光照强度的生态作用和生物的适应光照强度的生态作用和生物的适应n光照强度的生态作用光照强度的生态作用n植物对光照强度的适应植物对光照强度的适应n动物对光照强度的适应动物对光照强度的适应n生物对光周期的适应生物对光周期的适应n生物的昼夜节律生物的昼夜节律n生物的光周期现象生物的光周期现象光质的生态作用光质的生态作用n叶绿素的吸收光谱 光合细菌 叶黄素 花青素n蓝紫光：430450nm 红光：640660nmn不同光质的作用n蓝紫光：促进蛋白质的合成 红光：促进糖的合成n青光、蓝紫光和紫外线等短波光抑制植物的伸长生长，使植物向光性更敏感n紫外线能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素D的合成n红外线是地表的基本热源，对外温动物的体温调节和能量代谢有决定性作用生物对光质的适应生物对光质的适应n太阳鱼视力的灵敏峰值为太阳鱼视力的灵敏峰值为500530nm，此正是透明，此正是透明水层中的光波。水层中的光波。n绿色植物和绿藻与深海中的红藻、褐藻和硅藻光合绿色植物和绿藻与深海中的红藻、褐藻和硅藻光合色素的差异色素的差异n高山植物含花青素、茎短粗高山植物含花青素、茎短粗、叶面缩小、毛绒发达、叶面缩小、毛绒发达光照强度的生态作用光照强度的生态作用n影响动物的生长发育影响动物的生长发育n影响动物的体色影响动物的体色 峡蝶峡蝶n影响植物叶绿素的形成影响植物叶绿素的形成n黄化现象黄化现象 光补偿点光补偿点 光饱和点光饱和点n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细胞的增长和分裂、组织器官的生长和分化n影响植物花果的数量和质量影响植物花果的数量和质量黄化现象黄化现象 光补偿点光补偿点 光饱和点光饱和点n黄化现象：一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，黄化现象：一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，但能形成胡萝卜素，导致叶子发黄。茎细长软但能形成胡萝卜素，导致叶子发黄。茎细长软弱弱n光补偿点：植物的光合作用量刚好与植物的呼光补偿点：植物的光合作用量刚好与植物的呼吸作用消耗相平衡之处就是所谓光补偿点。吸作用消耗相平衡之处就是所谓光补偿点。n光饱和点：当光照强度达到一定水平后，光合光饱和点：当光照强度达到一定水平后，光合产物就不再增加或增加得很少，该处的光照强产物就不再增加或增加得很少，该处的光照强度就是光饱和点。度就是光饱和点。植物对光照强度的适应植物对光照强度的适应n植物的向光性和秋季落叶对光强年周变化的适用植物的向光性和秋季落叶对光强年周变化的适用nC3植物和植物和C4植物植物（光合作用最初产物分别是（光合作用最初产物分别是3个碳原子的磷酸个碳原子的磷酸甘油酸和甘油酸和4个碳原子的二羧酸）个碳原子的二羧酸）n光和能力光和能力：当传入的辐射能饱和，温度适宜，相对湿度：当传入的辐射能饱和，温度适宜，相对湿度高，大气中的高，大气中的CO2和和O2的浓度正常时的光合作用速率的浓度正常时的光合作用速率n阳地植物和阴地植物阳地植物和阴地植物、耐阴植物、耐阴植物n生理和形态差异；阳叶更小更厚更多细胞叶绿体叶脉生理和形态差异；阳叶更小更厚更多细胞叶绿体叶脉n叶面积指数：植物叶面积总和与植株所覆盖的土地面积叶面积指数：植物叶面积总和与植株所覆盖的土地面积的比值的比值动物对光照强度的适应动物对光照强度的适应n依活动时间的动物分类依活动时间的动物分类n动物开始活动的时间动物开始活动的时间生物对光周期的适应生物对光周期的适应n生物的昼夜节律生物的昼夜节律n光的周期性：日周和年周光的周期性：日周和年周n生物的昼夜生物的昼夜节律节律n外源性周期（光、温度、湿度、磁场）和内源性周期：生物钟外源性周期（光、温度、湿度、磁场）和内源性周期：生物钟n生物的光周期现象生物的光周期现象n植物的光周期现象植物的光周期现象n植物的光周期植物的光周期：长日照、短日照、中日照和日中性植物：长日照、短日照、中日照和日中性植物n植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植n动物的光周期现象动物的光周期现象n动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，春夏产子动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，春夏产子n昆虫滞育的光周期昆虫滞育的光周期n换毛换羽的光周期换毛换羽的光周期n动物迁徙的光周期（思考题：为什么生物选择光周期？）动物迁徙的光周期（思考题：为什么生物选择光周期？）蓝蓝紫紫绿绿橙橙紅紅红外线红外线400 500 600 700波长波长nm相相对对吸吸收收叶绿素叶绿素的吸收光谱的吸收光谱0 1 2 3 4 5 6 7 8 95040302010C4C3光强度光强度/Jm m-1-1g g-1-1CO2摄取摄取/mgco2dm-2h-1光合作用与光照强度的关系光合作用与光照强度的关系高粱高粱玉米玉米小麦小麦阳草阳草水青冈水青冈阴草阴草阳地植物与阴地植物对光照强度的适应阳地植物与阴地植物对光照强度的适应昼行性动物昼行性动物全昼夜活动性动物全昼夜活动性动物晨昏活动性动物晨昏活动性动物动动物物活活动动与与光光照照强强度度小时小时植物光合作用的昼夜变化植物光合作用的昼夜变化实验室恒定条件下生物的节律实验室恒定条件下生物的节律鸟类节律鸟类节律植物植物开花开花对日照长度的反应对日照长度的反应n长日照植物：萝卜、菠菜、小麦、凤仙花、牛蒡等n短日照植物：玉米、高粱、水稻、棉花、牵牛等n中日照植物：甘蔗等少数热带植物n日中性植物：蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄 生物对温度适应生物对温度适应n温度与动物类型温度与动物类型n温度对生物的影响温度对生物的影响n生物对极端环境温度的适应生物对极端环境温度的适应n生物对低温的适应生物对低温的适应n生物对高温的适应生物对高温的适应n生物对周期性变温的适应生物对周期性变温的适应n物种分布与环境温度物种分布与环境温度温度与动物类型温度与动物类型n常温动物常温动物n变温动物变温动物n外温动物外温动物n内温动物内温动物温度对生物的影响温度对生物的影响n酶反应速率与温度域酶反应速率与温度域n生物发育和生长速度生物发育和生长速度n驯化和气候驯化驯化和气候驯化酶反应速率与温度域酶反应速率与温度域n温度系数温度系数Q10：描述代谢速率随温度增加描述代谢速率随温度增加n高温对生物的伤害高温对生物的伤害n高温的伤害：蛋白质高温的伤害：蛋白质(酶失活酶失活)变性、植物体脱水变性、植物体脱水n不同物种对高温的耐受性不同不同物种对高温的耐受性不同n低温对生物的伤害低温对生物的伤害n低温的伤害：冻害（小于低温的伤害：冻害（小于-1摄氏度）、冷害（摄氏度）、冷害（0）n不同物种对低温的耐受性不同不同物种对低温的耐受性不同n生物的抗寒锻炼生物的抗寒锻炼不同物种对高温的耐受性不同物种对高温的耐受性n水生植物：水生植物：3040n旱生植物：旱生植物：