植物生态学第二章-生物和环境-精品课件.ppt

1、第二章 生物与环境生物与环境生生 态态 学学20091环境环境（environment）概述（1）环境的定义环境的定义：环境是指生物有机体赖以生存的所有因素和条件的综合。某一特定生物体或生物群体以外的空间及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和（孙振鈞，基础生态学，2019）（2）环境因素（environment factor）：直接参加有机体物质和能量循环的组成部分。（3）环境条件（environment condition）：为环境因素提供物质和能量基质的组成部分。2大环境与小环境（环境分类环境分类）见下图。一、一、环环 境境 概概 述述生生 态态 学学2009生生 态态 学

2、学20092.生态因子作用的一般特征（一般规律）生态因子作用的一般特征（一般规律）p16-18（1）综合作用；）综合作用；（2）主导因子作用；）主导因子作用；（3）直接作用和间接作用；）直接作用和间接作用；（4）阶段性作用；）阶段性作用；（5）可调节（补偿）作用但不可代替性；）可调节（补偿）作用但不可代替性；（6）限制性作用）限制性作用耐度限制及耐度限制的调节耐度限制及耐度限制的调节。限制因子（限制因子（limiting factor）：限制生物生存和繁殖的关键性因子。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，而且阻止其生长、繁殖或扩散甚至生存的因素。最小因子定律最小因子定律（la

3、w of minimum）：能够影响生物的无数因子中，总有一个因素限制生物的生长、生存或繁殖耐性定律耐性定律（law of tolerance）：耐性（tolerance）：指生物能够忍受外界极端条件的能力；指单个有机体或种群能够生存的某一生态因子的范围。又称shelford 耐性定律。任何一个生态因子在数量或质量数量或质量上的不足或过不足或过多多，即当其接近或达到某种生物的耐受性限制时，而使该种生物衰退或不能生存。2.生态因子作用的一般特征（一般规律）生态因子作用的一般特征（一般规律）耐性限度耐性限度（the limits of tolerance）：）：每个种只能在环境条件一定范围内生存和

4、繁殖。也即生物种每个种只能在环境条件一定范围内生存和繁殖。也即生物种在其生存范围内，对任一生态因子的需求总有其上限与下限，在其生存范围内，对任一生态因子的需求总有其上限与下限，两者之间的距离就是两者之间的距离就是该种对该因子的耐性限度；上限与下限之该种对该因子的耐性限度；上限与下限之间的范围，称为生态幅（间的范围，称为生态幅（ecological amplitude）或生态价）或生态价(ecological valence)。耐性限制用曲线表示，称为耐性曲线（耐性限制用曲线表示，称为耐性曲线（tolerance curve）。）。广幅广幅分布生物分布生物与与狭幅分布生物狭幅分布生物分布耐性曲线

5、。分布耐性曲线。耐度限制的耐度限制的调节调节通过下列主要方式：通过下列主要方式：新环境适应：驯化培育新环境适应：驯化培育 休眠休眠“逃避逃避”限制限制 生理节律变化和其他周期性补偿变化生理节律变化和其他周期性补偿变化 调节的目的是对恶劣环境的克服，通过这些方式，使体内生调节的目的是对恶劣环境的克服，通过这些方式，使体内生理、行为达到平衡，而抵抗恶劣环境。理、行为达到平衡，而抵抗恶劣环境。2.生态因子作用的一般特征（一般规律）生态因子作用的一般特征（一般规律）三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用（植物与生态因子的关系（植物与生态因子的关系p241-280）1 1光因子对生物的生态

6、作用光因子对生物的生态作用2 2温度因子对生物的生态作用温度因子对生物的生态作用 3 3水因子对生物的生态作用水因子对生物的生态作用4大气因子对生物的生态作用大气因子对生物的生态作用5土壤因子对生物的生态作用土壤因子对生物的生态作用（1）光强光强的作用：的作用：植物色的生长（光合作用）短植物色的生长（光合作用）短 飞蓬在阳性生境飞蓬在阳性生境和阴性生境的光补偿点不同：和阴性生境的光补偿点不同：生长发育、形态建构作用。光照充足和不足植物生长发育、形态建构作用。光照充足和不足植物形态比较形态比较P243：典型例子典型例子植物黄化现象（植物黄化现象（eitiolation phenomenon）。）

7、。三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用1光光因子对生物的生态作用（2）光质光质的作用：光合作用影响的作用：光合作用影响 红、橙光能对叶绿素有促进，绿光不被植物吸收称红、橙光能对叶绿素有促进，绿光不被植物吸收称“生理无生理无效辐射效辐射”。红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质的合成。红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质的合成。光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长发育有影光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长发育有影响。响。紫外光紫外光与动物与动物维生素维生素D产生关系密切，过强有致死作用，波产生关系密切，过强有致死作用，波长长360nm即开始有即开始有杀菌杀菌作用，

8、在作用，在340nm240nm的辐射条件下，的辐射条件下，可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒等停止活动。可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒等停止活动。200300nm的的辐射下，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，这对于生物，这对于抑制自然界的传染病病原体抑制自然界的传染病病原体是极为重要的。是极为重要的。三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用1光光因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用（3）光周期现象光周期现象生物对光的生态反应与适应 定义：生物对昼夜光暗循环格局昼夜光暗循环格局的反

9、应所表现出的现象称之为光周期现象。生物和许多周期现象是受日照长短控制的，光周期是生命活动的定时器和启动器。例如植物的花芽诱导与开花、种子萌发、茎的伸长、叶的生长、根和贮藏器官的形成等 纬度01020304050606566.5最长日12.0012.5813.2213.9314.8516.1518.5021.1524.00最短日12.0011.4210.7810.079.157.855.502.850.00表表1 不同纬度地区的日照时间不同纬度地区的日照时间 单位：单位：h三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用（3）光周期现象光周期现象生物对光的生态反应与适应u植物对光强变化的适应

10、P246，以光强为主导因子的生态类型：阳性植物、阴性植物、耐阴植物（表（表123 阳性植物和阴阳性植物和阴性植物形态结构和生理特征比较）性植物形态结构和生理特征比较）u植物的光周期现象：长日照植物、短日照植物、中日照植物、日照中植物。（不同光照时间对开花的作用而定）u动物的光周期现象：鸟类的光周期现象最为明显，它的迁徙是由日照长短变化所引起的；鸟类及某些兽类的生殖也与日照长短有关，如雪貂、野兔和刺猬等都是随着春天日照长度增加而开始生殖（称为长日照兽类）；绵羊、山羊和鹿等总随着秋天短日照的到来而进入生殖期（称短日照兽类）。三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用（1）温度与生物生长发

11、育）温度与生物生长发育 生长：生长：“三基点三基点”最低、最适、最高温度。最低、最适、最高温度。发育：发育：植物的春化作用植物的春化作用（某些植物要经过一个（某些植物要经过一个“低温低温“阶段才能开花结阶段才能开花结果）。果）。变温与种子萌发变温与种子萌发；（2）生物对极端温度的适应）生物对极端温度的适应 对低温适应对低温适应在形态、生理和行为方面的表现在形态、生理和行为方面的表现 高山和极低植物，含有更多的深色的色素，呈匍匐、低矮的垫状或莲座状。高山和极低植物，含有更多的深色的色素，呈匍匐、低矮的垫状或莲座状。生活在高纬度地区的恒温动物其身体往往比生活在生活在高纬度地区的恒温动物其身体往往比

12、生活在低纬度低纬度地区的同类地区的同类个体大个体大。个体大的动物，其单位体重散热量相对减少（贝格曼个体大的动物，其单位体重散热量相对减少（贝格曼Begman定律）（调查定律）（调查表）。表）。阿伦（阿伦（Allen）规律：恒温动物身体的突出部分为四肢、尾巴、外身等在）规律：恒温动物身体的突出部分为四肢、尾巴、外身等在低温低温环境中环境中有变有变小小的趋势的趋势。2温度温度因子对生物的生态作用因子对生物的生态作用 三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用 在生理方面，生活在低温环境中的在生理方面，生活在低温环境中的植物植物通过减少细胞中的通过减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪等

13、物质来降低植物的冰点，增水分和增加细胞中的糖类、脂肪等物质来降低植物的冰点，增加抗寒能力。加抗寒能力。动物动物对低温的适应主要表现在对低温的适应主要表现在代谢率与温度关系代谢率与温度关系中的热中性区宽，下临界点温度以下的曲线率小等几个方面中的热中性区宽，下临界点温度以下的曲线率小等几个方面（图）。（图）。对高温的适应 植物为提高抗高温能而发生的变化有哪些？（3）物候节律：）物候节律：物候又称物候现象（物候又称物候现象（phenological phenomenon），是指生物的），是指生物的生命活动对季节变化的反应现象。物候学（生命活动对季节变化的反应现象。物候学（pheology）则是指）则

14、是指研究生物与气候周期变化相互关系的科学。研究生物与气候周期变化相互关系的科学。2温度温度因子对生物的生态作用因子对生物的生态作用 三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用（1）水因子对生物生长发育的作用：）水因子对生物生长发育的作用：水的高比热和高汽化热植物体温调节；水的高比热和高汽化热植物体温调节；干旱地区植物形成特殊的适应对策。植物有的还形成庞大的根系干旱地区植物形成特殊的适应对策。植物有的还形成庞大的根系增加吸水量，减少叶面积，甚至退化消失。增加吸水量，减少叶面积，甚至退化消失。水分不足，使植物萎蔫；使动物滞育或休眠。某些动物的周期水分不足，使植物萎蔫；使动物滞育或休眠。某

15、些动物的周期性繁殖与降水季节密切相关，如澳洲鹦鹉遇到干旱年份，就停性繁殖与降水季节密切相关，如澳洲鹦鹉遇到干旱年份，就停止繁殖；而某些龙脑香科植物遇到干旱年份却产生止繁殖；而某些龙脑香科植物遇到干旱年份却产生“爆发性开爆发性开花结果花结果”，等等。，等等。（2）生物对水因子的适应（见下）生物对水因子的适应（见下）3水因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用（2）生物对水因子的适应）生物对水因子的适应 植物依其对水分需求划分为水生植物、陆生植物两大类型。各类型植物依其对水分需求划分为水生植物、陆生植物两大类型。各类型下又分别划分为沉水植物、浮水植物、挺水植物、湿生

16、植物、旱生下又分别划分为沉水植物、浮水植物、挺水植物、湿生植物、旱生植物和中生植物等。（图解）植物和中生植物等。（图解）陆生动物对水因子的适应陆生动物对水因子的适应l形态结构上的适应：以各种不同形态结构，使体内水分平衡。形态结构上的适应：以各种不同形态结构，使体内水分平衡。l行为上的适应：沙漠动物昼伏夜出；迁徙等。行为上的适应：沙漠动物昼伏夜出；迁徙等。l生理上的适应：生理上的适应：“沙漠之舟沙漠之舟”骆驼可以骆驼可以17天不喝水，身体脱水天不喝水，身体脱水达体重的达体重的27%，仍然照常行走。它不仅具有贮水的胃，驼峰中，仍然照常行走。它不仅具有贮水的胃，驼峰中还储藏丰富的脂肪，有消耗过程中产

17、生大量水分；其血液中具还储藏丰富的脂肪，有消耗过程中产生大量水分；其血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。3水水因子对生物的生态作用生生 态态 学学2009植物对极端水分条件的适应1、植物的抗旱性能：避旱植物的抗旱性能：避旱 耐旱耐旱植物逃避干旱的方式有：缩短生长发育期，休眠或旱季落叶；改善吸水性能，降低水势提高吸水能力，延伸根系扩大吸水范围；减少水分丢失，增加角质厚度，及时关闭气孔阻止蒸腾；CAM代谢途径，提高水分利用率。；贮存水分并增加输水能力；2、植物的抗涝植物的抗涝发达的通气系统三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用（1）氧的生态作用；）

18、氧的生态作用；（2）氮的生态作用；）氮的生态作用；（3）CO2的生态作用（对动植物个体潜在的影响）；的生态作用（对动植物个体潜在的影响）；使植物气孔开度减少，减少蒸腾，提高水分利用。使植物气孔开度减少，减少蒸腾，提高水分利用。CO2 浓度相对提高，使浓度相对提高，使C3植物光合作用不断增加（植物光合作用不断增加（C4植植物达到饱和点后则不随物达到饱和点后则不随CO2 浓度提高，光合作用增加）。浓度提高，光合作用增加）。CO2 能促进植物的生长能促进植物的生长植物生长速率随全球植物生长速率随全球CO2 浓浓度的提高而增加。度的提高而增加。高浓度的高浓度的CO2 能改变植物形态结构能改变植物形态结

19、构幼苗分枝增多，幼苗分枝增多，叶面积指数加大等。叶面积指数加大等。4大气大气因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用（4）大气污染与植物（）大气污染与植物（了解了解）；）；u大气主要污染物对植物的危害（影响）大气主要污染物对植物的危害（影响）二氧化硫（二氧化硫（SO2）对植物的影响：伤害阈值为）对植物的影响：伤害阈值为0.250.55ppm，28小时；典型小时；典型症状症状叶片脉间呈不规则的点状、条状或块状坏死区。叶片脉间呈不规则的点状、条状或块状坏死区。氟化氢（氟化氢（HF）对植物的影响：伤害阈值）对植物的影响：伤害阈值40ppm；典型症状；典型症状叶尖和叶缘

20、叶尖和叶缘坏死。坏死。臭氧（臭氧（O3）对植物的影响：伤害阈值）对植物的影响：伤害阈值0.050.15ppm 0.58小时；典型症状小时；典型症状叶面上出现密集的细小斑点。叶面上出现密集的细小斑点。乙烯乙烯对植物的影响：伤害阈值对植物的影响：伤害阈值10100ppb；典型症状；典型症状“偏上生长偏上生长”致使叶致使叶片、花、果脱落。片、花、果脱落。u植物植物对大气的净化作用对大气的净化作用（参考，夏汉平文章参考，夏汉平文章）吸收吸收CO2，放出，放出O2：造林绿化与人类维系呼吸；：造林绿化与人类维系呼吸；吸收有毒气体：吸收二氧化硫（吸收有毒气体：吸收二氧化硫（SO2）及氟化氢（）及氟化氢（HF

21、）最优；）最优；驱菌杀菌作用：有些植物分泌杀菌素，如驱菌杀菌作用：有些植物分泌杀菌素，如1ha松柏林松柏林24小时分泌小时分泌34kg杀菌素；杀菌素；阻滞粉尘：针叶林阻粉尘量阻滞粉尘：针叶林阻粉尘量3234吨吨/年，阔叶林年，阔叶林68吨吨/年；年；吸收放射性物质：吸收中子吸收放射性物质：吸收中子-射线。射线。4大气因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用（4）大气污染与植物（）大气污染与植物（了解了解）；）；u大气污染监测大气污染监测指示植物指示植物la.作为指示植物的基本条件：作为指示植物的基本条件：能够综合反映大气污染对生态系统影响的强度；能够综合反映大气

22、污染对生态系统影响的强度；能够较早地发现污染（对大气污染敏感）；能够较早地发现污染（对大气污染敏感）；能够同时检测多种大气污染物；能够同时检测多种大气污染物；能够反映出一个地区的污染历史（基本年轮的化学分析）。能够反映出一个地区的污染历史（基本年轮的化学分析）。lb常见（用）的指示植物：地衣最敏感，常见（用）的指示植物：地衣最敏感，0.0150.105ppm二氧化硫下无法生二氧化硫下无法生存（但反应慢）。存（但反应慢）。u大气污染的植物监测大气污染的植物监测形态及生长量观测：形态及生长量观测：IA=Wo/Wm；群落生活力调查（见群落生活力调查（见城市生态学城市生态学孟德政等译，孟德政等译，19

23、86）；）；现场盆栽定点监测；现场盆栽定点监测；生理生化指标测定生理生化指标测定光合作用，呼吸作用，气孔开放度，细胞膜透性，光合作用，呼吸作用，气孔开放度，细胞膜透性，叶液叶液PH值变化，植物体内酶体变化等。值变化，植物体内酶体变化等。4大气因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用（1）土壤化学性质与植物的关系）土壤化学性质与植物的关系 PH值值 9对根系严重伤害对根系严重伤害 矿质营养元素与植物矿质营养元素与植物（2）植物的盐害和抗盐性）植物的盐害和抗盐性植物的抗盐方式：植物的抗盐方式：排除盐分排除盐分泌盐植物；泌盐植物；稀盐植物（稀释盐分）；稀盐植物（稀释盐

24、分）；富集盐分；富集盐分；拒绝吸收拒绝吸收（3）植物对土壤适应的生态类型）植物对土壤适应的生态类型 对对PH值的适应值的适应嗜酸性植物、嗜酸嗜酸性植物、嗜酸耐碱植物、嗜碱耐碱植物、嗜碱耐酸植耐酸植物、嗜碱植物。物、嗜碱植物。钙土植物、盐生植物、抗盐植物钙土植物、盐生植物、抗盐植物（4）土壤污染的植物监测）土壤污染的植物监测 土壤污染土壤污染重金属污染、如汞、镉、砷、化学农药污染等重金属污染、如汞、镉、砷、化学农药污染等。监测：植物群落调查，蔬菜及作物调查，实验分析监测：植物群落调查，蔬菜及作物调查，实验分析5土壤因子对生物的生态作用四、四、植物的生态适应植物的生态适应 一）植物的生活史格局一）

25、植物的生活史格局 二）植物对环境的适应与进化 三）趋同适应和趋异适应生生 态态 学学2009四、四、植物的生态适应植物的生态适应 适应（adaptation）：植物在生长发育生长发育和系统进化系统进化过程中为了应对所面临的环境条件环境条件，在形态结构形态结构、生理机制生理机制、遗传特性遗传特性等生物学特征上出现的能动相应和积极调整能动相应和积极调整。适应是一种结果，更是一个过程。判断生物是否适应的标准是什么？临界期（critical period）环境胁迫（environment stress）生生 态态 学学2009植物的生态适应植物的生态适应 一）植物的生活史格局一）植物的生活史格局植物的

26、生活史格局植物的生活史格局（life history patterns）:植物在生活史中维持生存（maintenance)、生长(growth)和繁殖(reproduction)方式的组合。这种组合以资源的获取和配置为核心，以实现最大的繁殖成功为目的，是植物适应环境的最集中的体现。收益成本分析收益成本分析（Analysis of benefit cost,ABC）：资源获取策略资源获取策略：资源比假说（最小因子原理）、多元限制假说生存维持策略生存维持策略：生活史繁殖活动方式（一次结实植物、多次结实植物）、寿命（一年生、二年生、多年生植物）、抵抗动物和病害对资源的需求利用。生殖繁衍策略生殖繁衍策

27、略：最大种子产量或成功繁衍后代并最大程度将种质基因有效传递给后代生生 态态 学学2009 植物的生态适应植物的生态适应 生活史格局类型（了解，见后补充）R-型生活史对策（对环境最大的占有）和K型（密度制约）R-,P225C-和S-型生活史对策生生 态态 学学2009植物的生态适应 二）植物对环境的适应与进化植物对极端自然环境的适应与进化植物对极端自然环境的适应与进化（1）极端自然环境影响植物遗传的表达和表型范围（2）极端自然环境中选择诞生了很多不利于常规条件下植物的性状特征（3）极端环境影响植物种群的大小，既可能加速植物的灭亡，也可能加速植物的新生植物对污染环境的适应与进化植物对污染环境的适应

28、与进化污染环境的”非常规”极端性；植物采取拒绝吸收、分解转化、隔离等策略作用；植物出现快速分化并微进化生生 态态 学学2009草类植物的对自然环境和动物都有良好的适应能力的特征:1、草类 植物种类繁多，以禾本科为主。世界上禾本科植物有8，000余种2、禾本科植物的生长策略：根 茎(草地生态学P12）生生 态态 学学2009植物的生态适应植物的生态适应 三）趋同适应和趋异适应趋异适应：趋异适应：属于同一个种同一个种的植物个体群，因为长期生活在不同的环境中，它们的高度、叶片大小、开花时间以及其它相关性状都有或多或小的差异差异。趋同适应：趋同适应：不同种类的植物，由于长期生活在同一环境中，受相同或相

29、近环境因子的影响和制约，它们在形态结构、生理生化特征等方面却很相似或相近。植物的生态适应植物的生态适应 三）趋同适应和趋异适应 生态型生态型：同种植物的对特定生境适应所形成的在形态结构、生理生态和遗传特性上有显著差异的个体群。是种内的生态分化生态分化；是同一种植物的不同种群对不同环境条件发生遗传响应的产物。生活型生活型：不同种类的植物对相似环境的趋同适应而在形态、结构、生理，尤其是外貌上所反映出来的植物类型。生生 态态 学学2009植物的生态适应 生活型和生态型生活型的划分及适应方式：生活型的划分及适应方式：乔木、灌木、半灌木、藤本、草本（一年生、多年生）、垫状植物；阳性植物、阴性植物；水生植物陆生植物；常绿、落叶植物、针叶植物等等 （休眠或复苏芽）高位芽、地上芽、地面芽、地下芽、一年生植物生态型的划分生态型的划分：1）气候生态型：早、中、晚稻（光照）；冬、春小麦（温度）；水稻、陆稻（水分）；2）土壤生态型 3）生物生态型：稗子（水稻）和其它稗子；放牧型黑麦草、草坪性黑麦草；栽培种和野生种课后作业 1、解释概念（小）生境（植物生态学197页）、植被、生态型 生活型 2、植物为提高抗低温能力而发生的适应性变化有哪些？P258 高温呢？3、植物逃避干旱的方式有哪些？P267 4、列举草类植物适应环境的特点。5、列举不同生态型的草类植物。第二章 生物与环境生物与环境