基礎生態學(第二版)常考基礎知識點總結緒論

*學習生態學的三條原則：

1、扎實的博物學知識基礎；

2、把生物作為生態學研究的基本單位；

3、進化論思想在生態學研究中具有核心地位。

當代生物進化論的三大理論來源及其發展

*當代生物進化論學派林立，但都來自三個不同而又相互關聯的基本學說：拉馬克學說、達爾文的自然選擇學說和孟德爾遺傳理論。

1.新拉馬克主義

*拉馬克是第一個從科學角度提出進化論的學者，主要觀點：①在生物演化的動力上，盡管他們也承認自然選擇的作用，但認為用進廢退和獲得性遺傳意義更大；②生物演化有內因（遺傳、變異）與外因（環境），兩者相比，他們更強調環境的作用；③生物的身體結構與其生理功能是協調一致的，但在因果關系上，即他們認為生理功能決定了結構特征，最典型的例子是對長頸鹿的脖子的解釋。

2.孟德爾遺傳理論

孟是奧地理利學者，1843年因生活所迫進入修道院，自不成才，1849年任大學預科的代課教師，1851年入維也納大學深造，1856年開始了豌豆雜交試驗，他的顆粒遺傳理論與達爾文1859年的《物種起源》幾乎同時完成，但卻沒人理解他為遺傳學和進化論做出的杰出貢獻。1884年，在達爾文去逝不到兩年，孟與世長辭。直到1900年他的遺傳學成果才被科學界重新發現，并概括為―孟德爾定律‖。

3.達爾文學說

(1)新達爾文主義：傳統的達爾文主義缺乏遺傳學基礎，孟德爾遺傳理論的創立，為新達爾文主義發展提供了契機。

其貢獻主要是提出了遺傳基因的概念，還證實了基因存在于染色體上；提出了突變論，認為非連續變異的突變可以形成新種；提出了基因型和表現型的概念；將孟德爾遺傳理論發展到了一個新階段，如連鎖遺傳定律。

*其局限性是：研究生物演化主要局限于個體水平，實際上進化是一種在群體范疇內發生的過程；忽視了自然選擇作用在進化中的地位，因而難以正確解釋進化的過程。

(2)現代達爾文主義（或稱現代綜合進化論）：是現代進化理論中影響最大的一個學派，是達爾文自然選擇理論與新達爾文主義遺傳理論的有機結合。如1908年英國數學家哈迪和德國醫生溫伯格分別證明了―哈迪—溫伯格定律‖，創立了群體遺傳學理論。其要點：①主張共享一個基因庫的群體是生物進化的基本單位，因而進化機制研究應屬于群體遺傳學的范圍。②主張物種形成的生物進化的機制應包括突變、自然選擇和隔離三個方面。

一、生態學的定義

生態學是研究有機體（生物）與其周圍環境相互關系的科學。

生物：動物（人類）、植物、微生物

環境：非生物環境（無機因素－溫度、陽光、水等）和生物環境（包括種認為分子生態學是利用分子生物學技術與方法研究生物對其所處

環境的適應以及產生這種適應反應的分子機制。

個體生態學:

*個體生態學的研究重點是個體對生物和非生物環境的適應，即生理適應及其機制，屬于生理生態學。

種群生態學

*種群是在同一時期內占有一定空間的同種生物個體的集合。

*研究重點是個體數量及其隨時間的變化，包括種群中的進化性變化。即研究多度及其波動的因素。

群落生態學

*群落是棲息在同一地域中的動物、植物和微生物種群組成的集合體，

*研究重點是決定群落組成和結構的生態過程，即關心同一地區生物體的多樣性和多度的理解。

生態系統

*是一定空間中生物群落和非生物環境的復合體

*研究能量流動和物質循環過程

景觀生態學

*景觀:由若干生態系統組成的異質區域，這些生態系統構成景觀中明顯的斑塊，這些斑塊稱景觀要素。

*景觀生態學:研究景觀結構及其過程的科學。

生物圈生態學

*生物圈：是指地球上的全部生物和一切適合于生物棲息的場所，它包括巖石圈的上層（風化殼）、全部水圈和大氣圈的下層（對流層）。生物圈的范圍在地表以上可達23KM的高空，在地表以下可延伸到12KM的深度。

*研究地球表面大氣和水的運動，以及大氣和水中包含著的能量和化學元素。如臭氧層破壞、全球變暖、厄爾尼諾等。

生物圈

生態學的研究重點是生態系統和生物圈中各組成成分之間，特別是生物與環境、生物與生物之間的相互關系。

各組分間通過大氣、水和生物體的運動彼此聯系在一起。

*尺度：是指某一現象或過程在空間和時間上所涉及到的范圍的發生的頻率，即能被感覺到的時間或空間變化的尺寸。

*包括空間尺度、時間尺度和組織尺度。

三、生態學的形成與發展

可分為四個時期：

1、生態學萌芽時期（公元16世紀以前）：

*在我國：公元前1200年《爾雅》一書記載了176種木本和50多種草本植物的形態和生態環

境；

*公元前200年《管子》―地員篇‖，記述了植物沿水分梯度的帶狀分布及土地的合理利用；*公元前100年前后，農歷確立了24節氣，同時《禽經》一書（鳥類生態）問世；*在歐洲：公元前285年也有類似著作問世。

2、生態學的建立時期（17世紀－19世紀末）

*1792年德國植物學家C.L.Willdenow出版了《草學基礎》；

*1807年德國A.Humbodt出版《植物地理學知識》提出―植物群落‖―外貌‖等概念；*1798年T.Malthus《人口論》的發表；

*1859年達爾文的《物種起源》；

*1866年Haeckel在他的著作《普通生物形態學》中首先提出ecology一詞，并首次提出了生態學定義。

*1895年E.Warming發表了他的劃時代著作《以植物生態地理為基礎的植物分布學》（1909年經改寫成《植物生態學》）

3、生態學的鞏固時期（20世紀初至20世紀50年代）

（1）動植物生態學并行發展，著作與教科書出版。

*代表作：C.Cowels(1910)發表的《生態學》；

*F.E.Chements(1907)發表的《生態學及生理學》；

*前蘇聯蘇卡切夫的《植物群落學》（1908）、《生物地理群落學與植物群落學》（1945）；*A.G.Tamsley(1911)發表的《英國的植被類型》等；

*R.N.Chapman(1931)的《動物生態學》；

*中國費鴻年（1937）的《動物生態學》；

*特別是W.C.Alle（1949）等的《動物生態學原理》出版，被認為是動物生態進入成熟期的重要標志。

（2）學派的形成：

①北歐學派：以注重群落結構分析為特點。代表人物：G.E.DuRietz

②法瑞學派：注重群落生態外貌，強調特征種的作用。代表人物是J.Braum-Blanquet③英美學派：以動態和數量生態為特點。代表人物是Clements和Tansley

④俄國學派（前蘇聯學派）：植物（群落）與地學結合。代表人物：B.H.Cykayeb

4、現代生態學時期（20世紀60年代至現在

（1）生態學研究對象的多層次性更加明顯

*現代生態學研究對象向宏觀和微觀兩極多層次發展，小自分子生態、細胞生態，大至景觀生態、區域生態、生物圈或全球生態，雖然宏觀仍是主流，但微觀的成就同樣重大而不可忽視。而在生態學建立時，其研究對象則主要是有機體、種群、群落和生態系統幾個宏觀層次。

（2）研究技術和方法上的進展

①遙感在生態學上已普遍應用。

②用放射性同位素對古生物的過去保存時間進行絕對的測定，使地質時期的古氣候及其生物群落得以重建，比較現存群落和化石群落成為可能。

③現代分子技術使微生物生態學出現革命，并使遺傳生態學獲得了巨大的發展。

④在生態系統長期定位觀測方面，自動記錄和監測技術、可控環境技術已應用于實驗生態，直觀表達的計算機多媒體技術也獲得較大發展。

⑤無論基礎生態和應用生態，都特別強調以數學模型和數量分析方法作為其研究手段。

（3）研究范圍的擴展

*現代生態學結合人類活動對生態過程的影響，從純自然現象研究擴展到自然－經濟－社會復合系統的研究

（4）生態學研究的國際性是其發展的趨勢

*生態學問題往往超越國界，二次大戰以后，有上百個國家參加的國際規劃一個接一個。*最重要的是60年代的IBP（國際生物學計劃），70年代的MAB（人與生物圈計劃），以及現在正在執行中的IGBP（國際地圈生物圈計劃）和DIVERSITAS（生物多樣性計劃）。為保證世界環境的質量和人類社會的持續發展，如保護臭氧層、預防全球氣候變化的影響，國際上一個緊接一個地簽定了一系列協定。1992年各國首腦在巴西里約熱內盧簽署的《生物多樣性公約》是近十年來對全球有較大影響力和約束力的一個國際公約，有許多方面涉及到了各國的生態學問題。

我國的世界生物圈保護區

*人與生物圈計劃（簡稱MAB計劃）是針對人口、資源、環境問題發起的一項政府間的國際科學研究計劃。1992年后，人與生物圈計劃的重點集中于通過生物圈保護區網絡的建設，來研究和保護生物多樣性，促進自然資源的可持續利用。自1979年起，我國的一批著名自然保護區，如長白山、神農架、九寨溝、西雙版納等，陸續被認定為世界生物圈保護區。這不僅提高了我國自然保護區在國際上的地位，也加強了中國自然保護事業與國際上的交流和聯系。

*2000至2001年，我國新一批保護區加入世界生物圈保護區網絡。甘肅白水江、云南高黎貢山、四川黃龍、河南寶天曼與內蒙古賽罕烏拉5個自然保護區也被認定為世界生物圈保護區。至此，人與生物圈計劃30周年之際，中國的世界生物圈保護區的數量已經達到21個，將推動中國自然保護事業的發展和人與生物圈計劃在中國更好的實施。

四、生態學的分支學科

1.根據研究對象的組織層次劃分：

*分子生態學（MolecularEcology）

*個體生態學（Autecology）

*種群生態學（PopulationEcology）

*群落生態學（CommunityEcology，Synecology）生態系統生態學（EcosystemEcology）*景觀生態學（LandscapeEcology）

*全球生態學等

2.研究對象的生物分類劃分

*如按生物類群來劃分，生態學的研究對象為：植物、微生物、昆蟲、魚類、鳥類、獸類等單一的生物類群，研究它們與環境之間的相互關系。從而分化出植物生態學（Plant

Ecology）、動物生態學（AnimalEcology）、微生物生態學（Microbialecology）、昆蟲生態學（Insectecology）、人類生態學（HumanEcology）等。

3.研究對象的生境類別劃分

*淡水生態學（Fresh-waterEcology）、海洋生態學（MarineEcology）、河口生態學（EstuaryEcology）、濕地生態學（WetlandEcology）、熱帶生態學（TropicalEcology）、陸地生態學（TerrestrialEcology）。

*陸地生態學又可再分為森林生態學（ForestEcology）、草地生態學（GrasslandEcology）、荒漠生態學（DesertEcology）和凍原生態學（Tundraecology）

4.按交叉學科劃分

*如數學生態學、化學生態學、物理生態學、地理生態學、生態經濟學等

5.按應用領域劃分

*如農業生態學（Agroecology）、城市生態學（UrbanEcology）、污染生態學（PollutionEcology）、漁業生態學（FisheryEcology、放射生態學（RadioEcology）、資源生態學（ResourceEcology）。

五、生態學的研究方法

1、野外考察：在自然中觀察和收集資料

優點：直接觀察，獲得自然狀態下的資料；缺點：不易重復。

2、受控實驗：在實驗室條件和自然條件下進行實驗研究。如―微宇宙‖模擬系統是在人工氣候室或人工水族箱中建立自然的生態系統的模擬系統

優點：條件控制嚴格，對結果的分析比較可靠，重復性強，是分析因果關系的一種有用的補充手段；缺點：實驗條件往往與野外自然狀態下的條件有區別。

3、理論研究：種用數學模型進行模擬研究

數學模型研究的優點：高度抽象，可研究真實情況下不能解決的問題；缺點：與客觀實際距離甚遠，若應用不當，易產生錯誤

*生態學研究的過程，也反映科學研究的三個側面：觀察和描述；提出假說或解釋；用實驗的方法檢驗假說。

一個假說的實驗檢驗

*觀察：在生長季節里，森林中有部分葉子被植食性昆蟲吃掉；鳥類吃昆蟲；但森林中僅有小比例的葉子被吃掉。

*假說：鳥類捕食植食性昆蟲從而減少了葉子的消費量。

*實驗檢驗：用防鳥類的欄網遮蓋部分樹林，鳥類不能進入，但昆蟲能夠自由進出。*對照：用不完全的欄網遮蓋另一部分樹林，鳥類和昆蟲都能夠自由進出。

*結果：實驗組昆蟲數目增加了70%，葉面積損失從22%提高到35%。

*結論：鳥類捕食減少了植食昆蟲的多度，進而減少了對樹木的危害。

樹木周圍被置以欄網，排除鳥類

六、生態學的學習方法

（一）樹立生態學的基本觀念

1、層次觀

傳統的生態學主要研究有機體以上的宏觀層次，現在生態學向宏觀和微觀兩極發展，雖然宏觀仍是主流，但微觀的成就同樣重大而不可忽視。

*例如，以視覺捕獵的捕食者，其獵物的體色常常與環境背景相融合，以免被發現；許多生長在熱而干旱氣候中的植物具有厚而蠟質的表皮，可以減少通過葉子表面的蒸發失水。這此構造和功能使生物適合其環境條件的屬性就叫適應。

哥斯達黎加螳螂和北美樹蛙的保護色

參考書籍

*RobertE.Ricklefs的《TheEconomyofNature》（自然的經濟學）2001年第5版，孫儒泳等譯為《生態學》中文版，高等教育出版社，2004。

*李博主編.《生態學》.高等教育出版社,2000.

*傅伯杰,陳利頂,馬克明,王仰麟.《景觀生態學原理及其應用》,科學出版社,2002．*孫儒泳,李博,諸葛陽,尚玉昌編.《普通生態學》.高等教育出版社,1993.

生態學期刊

*《生態學報》[中國生態學會，1982]

*《生態雜志》[中國生態學會，1982]

*《應用生態學報》[中國生態學會，1990]

*《生物多樣性》[中國科學院瀕危物種委員會，1993]

*《Ecology》[theEcologicalSocietyofAmerica，1920]

一、環境與生態因子

1、環境：是指某一特定生物體或生物群體以外的空間，以及直接或間接影響該生物體或生物群體生存的一切事物的總和。由許多環境要素構成，這些環境要素稱環境因子。

2、環境的類型

1）按環境的主體：

*人類環境：在環境科學中，人類是主體，其它的生命物質和非生命物質為人類環境*環境：在生態科學中，生物為主體，生物以外的所有自然環境條件稱為環境

2）按環境的性質

*自然環境

*半自然環境：被人類破壞后的自然環境

*社會環境

3）按環境的范圍：

大環境：指宇宙環境、地球環境、區域環境

宇宙環境：大氣層以外的宇宙空間。如太陽黑子與降雨量有明顯相關關系等。

地球環境：指大氣圈中的對流層、水圈、土壤圈、巖石圈和生物圈，又稱全球環境或地理環境。

區域環境：指占有某一特定地域空間的自然環境，是由地球表面不同地區的5個自然圈層相互配合而形成的。不同地區形成各不相同的區域環境特點，分布著不同的生物群落。

*大環境中的氣候稱大氣候，指離地面1.5m以上的氣候

*大環境直接影響著小環境，對生物體也有直接或間接的影響

*大環境影響到生物的生存與分布，產生了生物種類的一定組合特征或生物群系，如熱帶雨林、溫帶森林等

小環境：是指對生物有直接影響的鄰接環境，即小范圍內的特定棲息地。是區域環境中由于某一個或幾個圈層的細微變化而產生的環境差異形成的。

內環境：生物體內組織或細胞間的環境

*小環境中的氣候稱小氣候，指離地面1.5m以下的氣候

*小環境直接影響生物的生活，如嚴寒的冬季，雪被上溫度很低，已達到-40℃，但雪被下的溫度并不很低且相當穩定。這種雪被下的小氣候保護了雪被下的植物與動物安全越冬

3、生態因子（ecologicalfactors）

*生態因子：指環境要素中對生物起作用的因子（即環境中對生物生長、發育、生殖、行為和分布有直接或間接影響的環境要素），如光照、溫度、水分、氧氣、二氧化碳、食物和其他生物等。

*生態因子是環境中對生物起作用的因子，而環境因子則是指生物體外部的全部要素。

*生存條件：在生態因子中對生物生存不能缺少的環境要素。二氧化碳和水對于植物，食物和氧氣對于動物。

*生態環境：所有生態因子構成生物的生態環境。

*生境（habitat）：特定生物體或群體的棲息地的生態環境。

4、生態因子的分類

*按性質：氣候因子、地壤因子、地形因子、生物因子、人為因子

*按有無生命特征：生物因子、非生物因子

*按動物種群數量變動的作用：密度制約因子、非密度制約因子

*按生態因子的穩定性和作用特點：穩定因子、變動因子

5、生態因子的作用特征

1）綜合作用

2）主導因子作用（非等價性）

3）直接作用和間接作用

4）階段性作用

5）不可替代性和補償作用

1）綜合作用

生態因子之間相互影響、相互作用、相互制約，任何一因子的變化都會在不同程度上引起其它因子的變化。例如：水體溫度與溶解氧的關系

2）主導因子作用（非等價性）

*主導因子：在諸多的因子中，有一個對生物起決定性作用的生態因子。

*主導因子的改變常會引起其他生態因子發生明顯變化或使生物的生長發育發生明顯變化，如光合作用時，光強是主導因子，溫度和CO2為次要因子；春化作用時，溫度為主導因子，

濕度和通氣條件是次要因子。

3）直接作用和間接作用

*直接作用：直接作用于生物的，如光照、水分、氧、溫度、二氧化碳等

*間接作用：通過影響直接因子而間接影響生物的，如環境中的地形因子，它的坡度、坡向、坡位、海拔高度等對生物的作用不是直接的，但他們能影響光照、溫度、雨水等因子的分布，因而對生物產生間接作用，這些地方的光照、溫度、水分狀況則對生物類型、生長和分布起直接作用。

如：四川二郎山的東坡濕潤多雨，分布常綠闊葉林，而西坡干熱缺水，只分布耐旱的灌草叢。4）階段性作用

*生物在生長發育的不同階段往往需要不同的生態因子或生態因子的不同強度。例如低溫對冬小麥的春化階段是必不可少的，但在其后的生長階段則是有害的。

*如大馬哈魚生活在海洋中，生殖季節回游到淡水河流中產卵。

*鰻鱺就是日常所指的鰻魚。一生中半輩子生活在海洋里，半輩子生活在江河中。鰻鱺是海里出生，江河里長大。每到秋天，成熟的鰻鱺就穿上銀白色的婚裝，作好了旅行產卵的準備。鰻鱺經過長途旅行，行程幾千里，終于疲勞不堪地從江河漫游入海，到達產卵場，婚配產卵后生命也到盡頭了。在西沙群島和南沙群島附近或其他海區約四五百米深處的海底產卵。孵化后的鰻苗，又能成群結隊地競相逆流而上，游回江河內發育生長。

5）不可替代性和補償作用

*不可替代性：生態因子雖非等價，但都不可缺少，一個因子的缺失不能由另一個因子來代替。

*總體來說，生態因子是不可代替的，但是局部是能補償的。

*補償作用：在一定條件下，某一因子的數量不足，有時可以由其他因子來補償。但只能是在一定范圍內作部分補償。例如光照不足所引起的光合作用的下降可由CO2濃度的增加得到補償。

*生態因子的補償作用只能在一定范圍內作部分補償，而不能以一個因子代替另一個因子，且因子之間的補償作用也不是經常存在的。

二、生物與環境的相互作用

1、作用：環境的非生物因子對生物的影響

（1）環境對生物的作用：

*影響生物的生長、發育、繁殖和行為；

*影響生物出生率和死亡率，導致種群數量的改變；

*某些生態因子能夠限制生物的分布區域。

（2）生物對自然環境的適應：

*生物可以從自身的形態、生理、行為等方面不斷進行調整，以適應環境變化，減小生態因子的限制作用；

*生物能積極地利用某些生態因子的周期性變化，作為確定時間，調節其生理節律和生活史中的各種節律線索。

2、反作用：生物對環境的影響

*如過度放牧、植樹造林

3、相互作用：生物與生物間的作用

*如捕食者與被捕食者、寄生者與宿主

三、生態因子的限制性作用

（一）Liebig最小因子定律（Liebig’slawofminimum）

1840年農業化學家J.Liebig1840年農業化學家J.Liebig分析了土壤與植物生長的關系，認為每一種植物都需要一定種類和一定數量的營養元素，并闡明在植物生長所必需的元素中，供給量最少（與需要量比相差最大）的元素決定著植物的產量。

如一塊土壤中

氮：可維持200千克產量

鉀：可維持250千克產量

磷：可維持500千克產量

實際產量為200千克；若氮增加1倍，產量為350千克。

*因此他提出：

*―植物的生長取決于處在最小量（與需要量比相差最大）狀態的營養元素‖。

*Liebig最小因子定律：低于某種生物需要的最小量的任何特定因子，是決定該種生物生存和分布的根本因素。

*這個理論也適用于其他生物種類或生態因子。

*E.P.Odum：補充兩點：

*一是Liebig定律只能嚴格地適用于穩定狀態，即能量和物質的流入和流出是處于平衡的情況下才適用；

*二是要考慮生態因子間的替代作用。

（二）限制因子

*任何生態因子，當接近或超過某種生物的耐受性極限而阻止其生存、生長、繁殖或擴散時，這個因素稱為限制因子

*如果一種生物對某一生態因子的耐受范圍很廣，而且這種因子又非常穩定，那么這種因子就不太可能成為限制因子，相反，就可能成為一種限制性因子。如氧對于陸生動物來說，一般不會成為限制因子，而對于水生生物來說，常常成為水生物的限制性因子。

（三）耐受性定律（Shelford’slawoftolerance）

*生態學家V.E.Shelford于1913年研究指出，生物的生存需要依賴環境中的多種條件，而且生物有機體對環境因子的耐受性有一個上限和下限，任何因子在數量上或質量上不足或過多，接近或超過了某種生物的耐受限度，該種生物的生存就會受到影響，甚至滅絕。這就是Shelford耐受定律。

生物對每一種生態因子都有其耐受的上限和下限，上下限之間是生物對這種生態因子的耐受范圍，可以用鐘形耐受曲線表示。

*后來的研究對Shelford耐受定律也進行了補充：

（1）每一種生物對不同生態因子的耐受范圍存在著差異。生物能夠對一個因子耐受范圍很廣，而對另一因子耐受范圍很窄；對所有因子耐受范圍都很寬的生物，一般分布很廣；

（2）不同的生物種，對同一生態因子的耐受性是不同的；

（3）生物在整個發育過程中，對環境因子的耐受限度是不同的。在動物的繁殖期、卵和幼體、種子的萌發期通常是一個敏感期，耐受限度一般比較低；

（4）生物實際上并不在某一特定環境因子最適的范圍內生活，可能是因為有其他更重要的因子在起作用。

（5）生物的各因子間存在明顯的相互關聯，在一個因子處在不適狀態時，對另一個因子的耐受能力可能下降；如陸生動物對溫度與濕度的耐受

生物對生態因子耐受性之間的相互關系

*在對生物產生影響的各種生態因子之間存在明顯的相互影響。如生物對溫度的耐性限度與濕度有密切關系。如Pianka(1978)指出：一種生物在什么濕度下適合度最大取決于溫度，當溫度適中（32.5℃）和濕度適中（90%），該生物適合度最大。同樣沿著溫度梯度上的最適點取決于濕度。

溫度、濕度結合考慮，在中濕和中溫條件下，生物耐受限度最高。

*從以上可見，固定不變的最適概念只有在單一生態因子起作用時才能成立，當同時由幾個因子作用于一種生物時，這種生物的適合度將隨著幾個因子的不同組合而發生變化，也就

是說，這幾個生態因子之間是相互作用、相互影響的。

四、生態幅

生態幅：每一種生物對每一生態因子都有一個耐受范圍，即有一個生態上的最低點和最高點。在最低點和最高點之間的范圍稱為生態幅。或說每一種生物對環境因子適應范圍的大小即生態幅。

對同一生態因子不同種類的生物的耐受范圍是不同的。

生態學中常用―廣‖（eury-)t―狹‖（steno-)表示生態幅的寬度

*Eurythermal(廣溫性)stenothermal(狹溫性）

*euryhydric(廣濕性)stenohydric(狹濕性)

*euryhaline(廣鹽性)stenohaline(狹鹽性)

*euryphagic(廣食性)stenophagic(狹食性)

*euryphotic(廣光性)stenophotic(狹光性)

*euryecious(廣棲性)stenoecious(狹棲性)

廣溫性生物與狹溫性生物的生態幅比較

五、生物內穩態及耐性限度的調整

1.內穩態（homeostasis）及其保持機制：

（1）內穩態：生物控制體內環境使其保持相對穩定的機制，它能減少生物對外界條件的依賴性，從而大大提高生物對外界環境的適應能力。

（2）保持機制：

a.生理過程：恒溫動物通過控制體內產熱過程以調節體溫；

b.行為調整：變溫動物靠減少散熱或利用環境熱源是身體增溫。如沙漠蜥蜴

*具內穩態機制的生物增加自己的生態耐受幅度，成為廣生態幅種，但不能無限擴大耐受范圍。

沙漠蜥蜴

*太陽東升開始，早上溫度較低，蜥蜴使身體的側面迎向陽光，身體緊貼在溫暖的巖石使體溫升高；

*白天體溫逐漸增加，他們會爬上沙丘頂，面向陽光，利用吹過的微風將皮膚上散發的熱帶走；或是移動至較蔭涼的地方，以降低體溫；

2.耐性限度的馴化

*馴化：生物在環境變化的反應中，形態和生理的可逆變化。

*生物對環境生態因子的耐受范圍并不是固定不變的，通過自然馴化或人工馴化可改變生物的耐受范圍，使適宜生存范圍的上下限發生移動，形成一個新的最適度，去適應環境的變化。

*例如：把同一種金魚長期飼養在24℃和37.5℃兩種不同溫度下，它們對溫度的耐受限度與生態幅會發生改變。

*海水含大約3.5%的可溶性鹽，在-1.9℃以下結冰，人和大多數脊椎動物的血液和組織中含鹽不到海水的一半，為什么《泰坦尼克號》中的人們在冰水中很快凍死，而極地的魚是如何生存的呢？

一、地球上光及溫度的分布

1、太陽輻射光譜

*紫外線：波長<380nm，占9％

*可見光：波長380～760nm，占45％

*紅外線：波長>760nm，占46％

2、地球表面的太陽輻射受以下因素影響

（1）大氣圈內的各種成分對太陽光的吸收、反射、散射；

（2）太陽高度角影響太陽輻射強度；

（3）太陽輻射的時間呈周期性變化；

（4）地面的海拔高度、朝向和坡度，影響太陽輻射強度和日照時間

太陽光被吸收、反射和散射后，到達地面的僅為47％

太陽高度角越小，太陽輻射穿過大氣層的路程越長，輻射強度越弱。

3、地球上太陽光的分布

（1）光質：

*短波光多：低緯度、高海拔、夏季、中午

*長波光多：高緯度、低海拔、冬季、早晚

（2）日照時間

*

（3）光照強度

*光照強度增加：

低緯度、高海拔、夏季、中午

*光照強度減弱：

高緯度、低海拔、冬季、早晚

*（4）水體中太陽輻射：

*水體吸收太陽光的順序：

紅光>橙光>黃光>紫光>綠光>藍光

*在水的表面1M內，大部分紅外光被吸收了

*在純凈的海水中，可見光的能量在10M深時只是表面的50%，在100M深降到7%*紫光和藍光遇到水分子時容易散射，也不能射入水中很深的地方

*在較深的水層中只有綠光占有較大優勢

4、地球上溫度的分布

（1）地表大氣溫度的分布與變化

*溫度的空間分布與變化：

*緯度，每增加1°，年平均氣溫降低0.5°，從赤道到北極形成了熱帶、亞熱帶、北溫帶

和寒帶

*我國的東南到西北，海洋性氣候到大陸性氣候

*山脈走向、地形變化、海拔高度

*溫度的時間變化：

*日較差：一天中最高與最低氣溫之差

*年較差：一年中最熱月與最冷月的平均溫度差

（2）土壤溫度變化

*土壤表層的溫度變化幅度較氣溫大，隨土壤深度加深，土壤溫度的變化幅減小。

*隨土壤深度增加，土壤最高溫和最低溫出現的時間后延，其后延落后于氣溫的時間與土壤深度成正比。

*土壤溫度的短周期變化主要出現在土壤上層，長周期變化出現在較深的位置。*土壤溫度的年變化在不同地區差異很大。

（4）水體溫度的變化

*水體溫度隨時間變化：海洋晝夜溫差不超過4℃，15m以下無晝夜變化，140m以下無季節變化

*水體溫度的成層現象：

*冬季：冰下水溫0℃，至水底逐漸增加到4℃

*春季：春季環流

*夏季：上湖層（水溫一致）、斜溫層（每加深1M，水溫下降1℃）、下湖層（水溫接近4℃）*秋季：秋季環流

二、生物對光的適應

（一）光質的生態作用及生物適應

（1）光質與植物

不同波長的光對植物作用不同：

綠色植物的光合作用不能利用光譜中所有波長的光，只是可見光區（380-710nm），這部分輻射通常稱為光合有效輻射，約占總輻射的40-50%。

*可見光中紅、橙光是被葉綠素吸收最多的成分，其次是藍、紫光，綠光很少被吸收，因此又稱綠光為生理無效光。

*短波光（藍紫光、紫外線）有利于蛋白質和有機酸的合成，促進花青素的形成，并抑制莖的伸長（在高山上，由于紫外光強，陽生植物大多成蓮座狀，而且花色特別鮮艷）；*紅光對糖的合成有利。

光質不同對植物的影響

有色薄膜改變光質影響作物生長，可以增產，改善品質。

實驗研究表明：淺藍色薄膜育秧，秧苗根系較粗壯，插后成活快，生長茁壯，葉色濃綠，鮮重和干重都有增加，測定的淀粉、蛋白質含量較高。

紫色薄膜對茄子有增產作用；藍色薄膜可提高草莓產量，但對洋蔥生長不利；紅色

薄膜可加速甜瓜植株發育，果實提前20天成熟，糖分和維生素含量增加。

（2）光質與動物

*可見光對動物生殖、體色變化、遷徙、羽毛更換、生長和發育都有影響。

不可見光：大多數脊椎動物的可見光波范圍與人接近，但昆蟲則偏于短波光，大致在

250-700nm之間，它們看不見紅外光，卻看得見紫外光。而且許多昆蟲對紫外光有趨光性，這種趨光現象已被用來誘殺農業害蟲。

（二）光強的生態作用與生物的適應

1.光強與陸生植物

（1）光強對植物細胞的增長和分化、體積的增長和重量的增加有重要作用；光還促進組織和器官的分化，制約器官的生長發育速度，使植物各器官和組織保持發育上的正常比例；光強還有利于果實的成熟，對果實的品質也有良好作用。

如：葉綠素必須在一定光強條件下才能形成，許多其他器官的形成也有賴于一定的光強。在黑暗條件下，植物就會出現―黃化現象‖。

（2）陸生植物對光照強度的適應類型

光飽和點（lightsaturationpoint）：在一定范圍內，光合作用的效率與光強成正比，但是到達一定強度，倘若繼續增加光強，光合作用的效率不僅不會提高，反而下降，這點稱為光飽和點。

光補償點（Lightcompensationpoint）：當光合作用合成的有機物剛好與呼吸作用的消耗相等時的光照強度稱為光補償點。

*不同植物對光強的反應是不一樣的，根據植物對光強適應的生態類型可分為：陽地植物和陰地植物

陽地植物對光要求比較迫切，只有在足夠光照條件下才能正常生長，其光飽和點、光補償點都較高，光合作用的速率和代謝速率都比較高。如蒲公英、樺樹、櫟。

陰地植物：

陰地植物對光的需求遠較陽性植物低，光飽和點和光補償點都較低。其光合速率和呼吸速率都比較低。如人參、紅豆杉、三七。

陰生葉和陽生葉形態結構差別

2、光強與水生植物

*只有在海洋表層的透光帶內，植物的光合作用量才能大于呼吸量，其下部即為光補償點。*因此，在特別清澈的海水（如熱帶海洋）或湖水中，光補償點可深達幾百米；在浮游生物很大的水體或含有大量泥沙顆粒的水體，透光帶只在水面下1米處；而受到污染的河流中只有幾厘米。

3、光強與動物

（1）光強與生長發育：

如蛙卵、鮭魚卵在有光下孵化快，發育快；蚜蟲在連續有光和連續無光下，產生的多為無翅個體；但在光暗交替條件下么產生較多的有翅個體。

（2）光強與體色：

如蛺蝶在光亮環境體色淡，在黑暗環境體色深

（3）動物對光照強度的適應

光強與視覺器官：光強使動物的視覺器官產生了遺傳的適應性變化

夜行性動物的眼睛比晝行性動物的大

終生營地下生活的獸類，眼睛一般很小

深海魚有發達的視覺器官或本身具有發光器官

光強與行為：

晝行性動物：有些動物適應于在白天的強光下活動，如靈長類、有蹄類和蝴蝶等；

夜行性動物或晨昏性動物：另一些動物則適應于在夜晚或早晨黃昏的弱光下活動，如蝙蝠、家鼠和蛾類等；

還有一些動物既能適應于弱光也能適應于強光，白天黑夜都能活動，如田鼠等。

晝行性動物（夜行性動物）只有當光照強度上升到一定水平（下降到一定水平）時，才開始一天的活動，因此這些動物將隨著每天日出日落時間的季節性變化而改變其開始活動的時間。

美洲飛鼠

（三）生物對光周期的適應

1、生物的晝夜節律

受兩個周期的影響：

外源性周期：除光周期外，還有溫度、濕度、磁場等

內源性周期：內部生物鐘

2.生物的光周期現象

*地球的公轉與自轉，帶來了地球上日照長短的周期性變化，長期生活在這種晝夜變化環境中的動植物，借助于自然選擇和進化形成了各類生物所特有的對日照長度變化的反應方式。

*光周期現象：植物的開花、結果、落葉及休眠，動物的繁殖、冬眠、遷徙和換毛換羽，是對日照長短的規律性變化的反應。

（1）植物的光周期現象

根據對日照長度的反應類型可把植物分為長日照植物、短日照植物、中日照植物和日中性植物。

中日照植物的開花要求晝夜長短比例接近相等（12小時左右），如甘蔗只在12.5h的光照下才開花，高于或低于這一時數對開花都有影響。僅少數熱帶植物屬這一類型。

日中性植物是在任何日照條件下都能開花的植物，如番茄、黃瓜和辣椒、蒲公英等。

光周期與植物的地理分布

短日照植物大多數原產地是日照時間短的熱帶、亞熱帶；長日照植物大多數原產于溫帶和寒帶。

如果把長日照植物栽培在熱帶，由于光照不足，就不會開花。同樣，短日照植物栽培在溫帶和寒帶也會因光照時間過長而不開花。這對植物的引種、育種工作有極為重要的意義。

（2）動物的光周期現象

許多動物的行為對日照長短也表現出周期性。鳥、獸、魚、昆蟲等的繁殖，以及鳥、魚的遷移活動，都受光照長短的影響。

A、繁殖的光周期現象：

*長日照動物：野生哺乳動物（特別是高緯度地區的種類）都是隨著春天日照長度的逐漸增加而開始生殖，如雪貂、野兔等。

（如延長光照時間，提高母雞產蛋量）

*短日照動物：哺乳動物總是隨著秋天短日照的來到而進入生殖期，幼子在春天條件最有利時出生。如綿羊、鹿等。

B、昆蟲滯育的光周期現象：

*滯育是動物進化過程中形成的一種比休眠更深化的新陳代謝被抑制的生理狀態，是動物對于有節律地重復到來的不良環境的歷史性反應。這經常是由光周期決定的。

C、換毛換羽的光周期現象

D、動物遷徙的光周期現象

三、生物對溫度適應

1、溫度與動物類型：

常溫動物：當環境溫度升高時，維持大致恒定的體溫

變溫動物：體溫隨環境溫度而變化

外溫動物：依賴外部的熱源

2．溫度對生物生長的影響

生物正常的生命活動一般是在相對狹窄的溫度范圍內進行，大致在零下幾度到50℃左右之間。

溫度對生物的作用可分為最低溫度、最適溫度和最高溫度，即生物的三基點溫度。如，水稻種子發芽的最適溫度是25-35℃，最低溫度是8℃，45℃中止活動，46.5℃死亡

*當環境溫度在最低和最適溫度之間時，生物體內的生理生化反應會隨著溫度的升高而加快，代謝活動加強，從而加快生長發育速度；

*因此，當環境溫度低于最低溫度或高于最高溫度，生物將受到嚴重危害，甚至死亡。不同生物的三基點溫度是不一樣的，即使是同一生物不同的發育階段所能忍受的溫度范圍也有很大差異。

3、溫度對生物發育的影響及有效積溫法則

發育閾溫度（或生物學零度）：

生物（外溫動物和植物）的發育生長是在一定的溫度范圍上才開始的，低于這個溫度，生物不發育，這個溫度稱為發育閾溫度或生物學零度。

有效積溫法則：生物在生長發育過程中，必須從環境中攝取一定的總熱量（稱總積溫或有效積溫）才能完成某一階段的發育。用公式表示：

K=N(T-C)

式中，K為該生物所需的有效積溫（常數），N為發育歷期即生長發育所需時間，T為發育期間的環境平均溫度，C為該生物的發育閾溫度

*由K=N(T-C)得

*T=C+K/N表示溫度與發育歷期呈雙曲線關系

*或T=C+KV其中V=1/N，V為發育速率

*表示溫度與發育速度呈直線關系

地中海果蠅發育歷程、發育速度與環境溫度的關系

求C、K值的方法

*在兩種實驗溫度下T1和T2下，分別觀察和記錄兩個相應的發育時間N1和N2后求得：*C=（N2T2-N1T1）/（N2-N1）

有效積溫法則的應用

*預測生物地理分布北界；

*預測害蟲發生的世代數；

*推算生物的年發生歷；

*預測害蟲來年發生程度以及害蟲的分布區；

*根據有效積溫制定農業規劃，合理安排作物和預測農時（不同作物的有效積溫不同：如馬鈴薯的有效積溫為1000-1600日度；玉米為2000-4000日度；椰子為5000度日以上）。

4、生物對極端溫度的適應

*生物個體通過輻射、傳導、對流、蒸發等途徑獲得熱和散失熱。

*輻射：指吸收和散失電磁能。

物體通過輻射丟失能量的速度取決于輻射表面的溫度，如表皮溫度為37℃的小哺乳動物比同樣大小的表皮溫度為17℃的晰蜴散熱快30%。

*傳導：指相互接觸的物體間熱能的傳遞

*蒸發：當體表溫度為30℃時，從體表蒸發1g水會帶走2.43KJ熱量。

對流：指不同溫度下氣體和液體中的熱運動。

如在氣溫為-7℃，風速為32KM/H時和無風但氣溫在-23℃時一樣冷

生物與環境間的熱交換途徑

（1）生物對低溫的適應

低溫對生物的危害：

冷害:是指喜溫生物在0℃以上的條件下受害或死亡。植物冷害的主要原因有蛋白質合成受阻、碳水化合物減少和代謝紊亂等。

凍害:是指溫度在冰點以下時使生物體內（細胞內和細胞間）形成冰晶而造成的損害。植物在溫度降至冰點以下時，會在細胞間隙形成冰晶，原生質因此而失水破損。極端低溫對動物的致死作用主要是體液的冰凍和結晶，使原生質受到機械損傷、蛋白質脫水變性。

A、植物對低溫的適應

形態適應：表現在芽及葉片常有油脂類物質保護，芽具有鱗片，器官的表面有蠟粉和密毛，樹皮有較發達的木栓組織，植株矮小，常呈匍匐、墊狀或蓮座狀；

生理適應：低溫環境的植物減少細胞中的水分和增加細胞中的糖類、脂肪和色素來降低植物的冰點，增加抗寒能力。如鹿蹄草通過在葉細胞中大量貯存五碳糖、粘液來降低冰點，可使結冰溫度下降到-31℃。

行為適應：休眠來增加抗寒能力。

B、動物對低溫的適應

行為適應：休眠（抗寒）和遷徙（避寒）

形態結構：

貝格曼（Bergman）規律：生活在高緯度地區的恒溫動物，其身體往往比生活在低緯度地區的同類個體大。因為個體大的動物，其單位體重散熱量相對較少。

阿倫規律（Allen）：

恒溫動物身體的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低溫環境下有變小變短的趨勢。

北極的北極狐、溫帶的赤狐、熱帶大耳狐

生理適應：

增加體內產熱量：來增強御寒能力和保持恒定的體溫

*包括：增加基礎代謝產熱與非顫抖性產熱（發生在褐色脂肪，不涉及肌肉活動而釋放化學能的熱量）。

*減少身體散熱：

*增加羽、毛密度，提高羽、毛的質量，增加皮下脂肪的厚度，提高身體的隔熱性；

*空間異溫性：降低身體終端部位的溫度，如生活在冰天雪地的北極灰狼，其腳爪可保持在接近冰點的溫度；站立在冰面的鷗，其腳掌的溫度為0-5℃，溫度自下而上逐漸升高，到達生有羽毛的脛部為32℃，而鷗的體溫38-41℃。

站在冰上的鷗，通過腿部動、靜脈血管間的逆流熱交換保存熱量

*時間異溫性：內溫動物的冬眠，動物在冬眠之前貯存大量低融點脂肪，冬眠期時，低謝率比活動狀態下低幾十倍，甚至近百倍，核體溫可降到與環境溫度相差僅1-2℃，心率及呼吸速率都大降低。當環境溫度過低時，內溫動物會自發地從冬眠中醒來恢復到正常狀態，而不致凍死，這是與外溫動物冬眠的根本區別。

*利用防凍劑防止降低身體的結冰溫度：

*一是許多海洋生物的體液含有高濃度的可溶性甘油，或糖蛋白，用來降低結冰溫度。10%的甘油能將水的冰點降低約2.3℃，而不影響生化過程，在冬天，一些陸地無脊椎動物體液能含有30%的甘油。

*二是超冷，即在某種環境下，液體能在冰點以下而不結冰。這些冷適應動物血液中的糖蛋白通過包被冰晶而阻止冰的形成。已記錄到爬行動物超冷狀態的溫度為-8℃，無脊椎動物是-18℃。

（2）生物對高溫的適應

高溫對植物的危害：高溫可減弱光合作用，增強呼吸作用，使植物的這兩個重要過程失調；破壞植物的水分平衡，促使蛋白質凝固、脂類溶解，導致有害代謝產物在體高溫對動物的危害：（動物對高溫的忍受能力因種而異，一般哺乳動物不能忍受42℃以上高溫；鳥類不能忍受48℃以上高溫）主要是破壞酶的活性，使蛋白質凝固變性，造成缺氧、排泄功能失調和神經系統麻痹等。

A、植物對高溫的適應

形態適應：有些植物體具有密絨毛或鱗片，能過濾一部分陽光；有些植物體呈白色、銀白色，葉片革質發亮，能反射大部分光線；有些植物葉片垂直排列，或高溫下葉片折疊，減少吸光面積等。

生理適應：降低細胞含水量，增加糖或鹽的濃度，有利于減緩代謝速率和增加原生質的抗凝結力；旺盛的蒸騰作用避免植物體因過熱受害。

B、動物對高溫的適應

*形態適應：皮毛隔熱，毛色變淺，具光澤

*行為適應：夏眠或夏季滯育，穴居，晝伏夜出。

*生理適應：放松恒溫性，使體溫有較大幅度的波動；特殊的血管結構

荒漠中的駱駝，飲水時晝夜體溫變化為3℃，缺水時達7℃

白尾黃鼠在白天活動時，體溫升到43℃時，躲回洞中，體溫降低后再出洞活動，體溫為周期性升降

羚羊類的頸動脈在腦下部形成復雜的小動脈網，包圍在從較冷的鼻區過來的靜脈外，通過逆流熱交換降溫，使腦血液溫度低3℃

5、生物對周期性變溫的適應

由于地表太陽輻射的周期性變化產生溫度有規律的晝夜變化，許多生物適應了變溫環境，多數生物在變溫下比恒溫下生長得更好。周期性變溫成為生物生長發育不可缺少的重要因素。

（1）種子萌發

大多數植物在變溫下發芽較好。如毛冬青在變溫20-30℃度發芽率為70-80%，恒溫條件25℃發芽率為20-30%。

*但也有些植物的種子在恒溫下與變溫下發芽同樣良好，如胡蘿卜、黑麥草等

*植物生長往往要求溫度因子有規律的晝夜變化的配合

*又如波斯菊生長在變溫條件下（白天26.4℃，夜間19℃）比在恒溫條件下（晝夜均為26.4℃或19℃）重量要增加1倍。

*大陸區域的植物在夜溫低10-15℃時發育最好，而海洋區域的植物種更喜歡5-10℃的溫差。*植物的形態特點有時與變溫也有一定關系：如紫羅蘭在晝夜11℃時是完全葉，19℃時葉子產生裂片，在晝溫19℃夜溫11℃時，葉全緣但呈波狀。

6、物種分布與環境溫度

年平均溫度、最高溫度、最低溫度都是影響生物分布的重要因子

植物：高溫限制生物分布的原因主要是破壞生物體內的代謝過程和光合呼吸平衡；并且植物因得不到必要的低溫刺激而不能完成發育階段。低溫對生物分布的限制作用更為明顯，對植物和變溫動物來說，決定其水平分布北界和垂直分布上限的主要因素就是低溫。

如：蘋果不能在熱帶栽培，由于高溫的限制不能開花結實；可可、椰子只能在熱帶分布，因為是受低溫的限制；垂直分布：長江流域馬尾松分布在海拔1000-1200米以下，這個界限的上部為黃山松，是因為在海拔1000-1200米是馬尾松的低溫界限，而是黃山松的高溫界限。

動物：

如昆蟲生存地區有效積溫少于發育所需的積溫時，昆蟲不能完成生活史。玉米螟生物學零度為15度，若氣溫15度以上的日子少于70天，它就不能持久生存。

溫度對恒溫動物分布的直接限制較小，常常是通過其他生態因子（如食物）而間接影響其分布。

一、水的生態作用及生物的適應

（一）陸地上水的分布

1、降雨量

在赤道南北兩側20o范圍內，降雨量最大，達每年1000-2000mm；

緯度20o-40o地帶，降雨量最少；

在南北半球40o-60o地帶，由于南北暖冷氣團相交，降雨量超過250mm，成為中緯度濕潤帶；

極地地區降水很小，成為極地干燥帶。

地球表面的不同溫度產生了哈得萊環流圈

地球上主要荒漠區和濕潤區的分布

*陸地上降雨量的多少還受到海陸位置、地形和季節的影響：

*由于海洋蒸發量大，離海越遠降雨量越小；

*山的迎風坡降雨量大，背風坡降雨量小；

*夏季降雨量大，冬季降雨量小。

*在非洲納米比亞的海岸線，是長達1600KM的納米博大沙漠，是由于沿岸有一股強大的―本格拉寒流‖，導致海水蒸發緩慢，且水分不易到達高空，難以形成降雨。

2、大氣濕度

*反映了大氣中氣態水的含量，通常用相對濕度表示空氣中的水汽含量，即單位容積空氣中的實際水氣含量與同一溫度下的飽和水汽含量之比。

3、我國降雨量的分布和對動植物的影響

*從東南往西北降水逐漸減少：華南降水量為1500-2000mm，長江流域為1000-1500mm，秦嶺、淮河地區約750mm，從大興安嶺西坡向西，經燕山到秦嶺北坡為500mm，內蒙古西部至新疆南部為100mm。

*植被類型可分為：濕潤森林、干旱草原和荒漠

*水分與動植物種類與數量的關系：降水量最大的赤道熱帶雨林中的植物達52種/公頃，而降水量較少的大興安嶺紅松林中，僅有植物10種/公頃。

（二）水的生態作用

1.水是生物生存的重要條件：

（1）水是任何生物體的重要組成部分

（2）水是很好的溶劑，是生命活動的基礎

（3）水對穩定環境溫度有重要意義

（4）水是光合作用的原料

（5）水使生物保持一定的狀態

2.水對動植物生長發育的影響

*水對植物生長發育的影響：

水分對植物生長有最低、最適和最高值3基點。

*水對動物生長發育的影響：

水分不足時，引起動物的滯育和休眠；許多動物的周期性繁殖與降水季節密切相關。如澳洲鸚鵡在干旱年份就停止發育。

3、水對動植物數量和分布的影響

*降水在地球上分布是不均勻的，主要因地理緯度、海陸位置和海拔高度的不同所致，從低緯度地區向高緯度地區植被分布也呈現不同類型。

*我國從東南至西北，可以分為3個等雨量區，因而植被類型也分為三個區，即濕潤森林區、干旱草原區和荒漠區。

（三）生物對水分的適應

1.植物對水的適應

根據棲息地，通常把植物劃分為水生植物和陸生植物。

（1）水生植物：是所有生活在水中的植物總稱。

水體環境：弱光、缺氧、粘性高、密度大、溫度變化平緩，以及能溶解各種無機鹽類。

水生植物特點：

a.發達的通氣組織，以保證各器官組織對氧的需要；

b.機械組織不發達甚至退化；

c.水下葉片很薄，且多分裂成帶狀、線狀；

d、許多水生植物具備自動調節滲透壓的能力，以適應鹽度不同的水環境。

生長在沿海沼澤地的紅樹林能耐受高鹽濃度

水生植物類型

水生植物根據生長環境水的深淺又可分成：

沉水植物：整株植物沉沒在水下，如金魚藻等

浮水植物：葉片飄浮水面，如浮萍

挺水植物：植物體大部分挺出水面，如蘆葦

（2）陸生植物

生長在陸地上的植物統稱陸生植物，根據對水分的需要量及耐旱程度可分為濕生、中生和旱生植物。

①濕生植物：

不能長時間忍受缺水，抗旱能力差，多生長在水邊或潮濕的環境中。如水稻、秋海棠。

②中生植物：

適于生長在水分條件適中的環境中，形態結構及適應性介于濕生植物與旱生植物之間，種類最多、分布最光和數量最大的陸生植物。

③旱生植物：

生長在干旱環境中，能忍受較長時間的干旱，且能維護水分平衡和正常的生長發育。主要分布在干熱草原和荒漠地區。

其對干旱環境的適應表現在根系發達、葉面積很小、發達的貯水組織以及高滲透壓的原生質等。

a.形態適應：

發達的根系：

如沙漠地區的駱駝刺地面部分只有幾公分，而地下部分可深達15米，擴展范圍623m2，可更多吸收水分。

葉面積很小：

葉片化成刺狀、針狀或鱗片狀，且氣孔下陷。

如仙人掌科：葉片化成刺狀

發達的儲水組織：

這類植物能夠貯備大量水分，適應干旱條件下的生活。

b.生理適應

*原生質滲透壓特別高

*淡水水生植物的滲透壓：2-3PA，中生植物不超過20PA，旱生植物滲透壓高達40-60PA，高滲透壓使植物根系能夠從干旱的土壤吸收水分，同時不發生反滲透現象使植物失水。

2.動物對水的適應

動物按棲息地也可以分水生和陸生兩類。

（1）水生動物：水生動物主要通過調節體內的滲透壓來維持與環境的水分平衡。

（2）陸生動物：a.形態結構；b.行為；c.生理上來適應不同環境水分條件。動物對水因子

的適應與植物不同之處在于動物有活動能力，動物可以通過遷移等多種行為途徑來主動避開不良的水分環境。

（1）水生動物對水的適應

*淡水魚類：高滲

*水通過鰓和口咽腔擴散到體內，多余的水，通過腎臟排出大量的低濃度尿，因此，淡水魚的腎臟發育完善，腎小體發達，膀胱很小或沒有。丟失的溶質通過食物和鰓的主動攝取獲得。

海洋動物：等滲和低滲

*等滲：軟骨魚類（和大部分海洋無脊椎動物）

*這些動物不會由于滲透作用而失水或得水，但隨代謝廢物的排泄損失一部分水。補充水分方法：從食物中得到；飲用海水并排出海水中的溶質；食物氧化過程中產生代謝水。

海水及Na+和Cl-由鰓進入體內，通過排尿及鹽腺將多余的鹽排至體外

*低滲：海洋硬骨魚

*通過食物、代謝水和飲水獲得水，同時排尿少，只排出極少的低滲尿，因此，腎小體退化。通過泌鹽組織（鰓）排出多余的鹽分。

廣鹽性洄游魚類

具有淡水硬骨魚與海水硬骨魚的調節特征：

水的代謝依靠腎臟，鹽的代謝依靠鰓調節。在淡水中攝取鹽，排尿量大；在海水中大量飲水，排尿量少，排出鹽。

高鹽環境

*猶他州大鹽湖含鹽20%，死海含鹽23%，（海水的鹽度一般為3.5%）這些水體的滲透壓會使大多數生物枯萎。但少數水生動物，如鰓足蟲，能在濃縮到結晶點的鹽水中（約30%）存活，它以極大的速度排泄鹽，以高能耗維持體內鹽濃度低于周圍環境。

水生動物對水密度的適應

*體形大，無四肢

*很多硬骨魚類有鰾，軟骨魚類沒有鰾，沒有骨質的骨骼，由于缺乏礦物鹽（密度是水的3倍），其軟骨密度接近于水。

*深海魚類骨骼和肌肉不發達，沒有鰾，肋骨無胸骨附著，甚至無肋骨。

*浮游植物含有小油滴，許多微小的海洋動物進化出長的絲狀附肢來阻止下沉。*快速游動的水生動物進化出流線型體形。

（2）兩棲類對水的適應

*兩棲類的皮膚像魚的鰓一樣，能夠滲透水和主動攝取無機鹽離子

（3）陸生動物對水的適應

*失水的主要途徑：

*皮膚蒸發、呼吸失水、排泄失水

*補充水的主要途徑：

*食物、代謝水、飲水

*保水機制:

*減小皮膚的透水性

*減少身體的表面蒸發

*減少呼吸失水

*減少排泄失水

*利用代謝水

a.形態結構：

昆蟲具有幾丁質的體壁，防止水分的過量蒸發；兩棲類動物體表分泌粘液以保持濕潤；哺乳動物有皮質腺和毛，防止體內水分過多蒸發。

b.行為的適應

*沙漠動物晝伏夜出：沙漠地區夏季晝夜地表溫度相差很大，因此地面和地下的相對濕度和蒸發力相差很大。

*遷徙：在水分和食物不足時，遷移到別處。

c.生理適應

*駱駝：儲水的胃；儲藏豐富的脂肪，在消耗過程中產生大量的水分；血液中具有特殊的脂肪和蛋白質，不易脫水。

*通過逆流交換回收呼出氣體全部水分的95%。

減少排泄失水：

*排出濃縮的尿：河貍2倍，人4倍，更格盧鼠14倍，沙鼠17倍，跳鼠25倍。

*鳥類與爬行類的大腸和泄殖腔、昆蟲的直腸腺有重吸收水分的作用。

*蛋白質代謝產物的排泄方式：魚類蛋白質代謝以氨形式排出；陸生動物中兩棲類、獸類排泄尿素；爬行類、鳥類及昆蟲排尿酸；排1g氨需水300-500ml，排1g尿素需水50ml，排1g

尿酸需水10ml。

二、大氣組成及其生態作用

（一）氧與生物

*大氣是指地球表面到高空1100km范圍內的空氣層。

*海拔每增高12m，大氣壓降低1mmHg，氧分壓也隨之降低。

1、氧與動物能量代謝

*陸生動物比水生動物有更高的代謝率

*由于陸地上氧分壓高，動物代謝率不隨氧分壓而改變

*水中溶氧少，氧成為水生動物存活的限制性因子。水生動物代謝率隨環境氧分壓而改變，氧分壓下降，代謝率下降。

水的溶氧量

2、內溫動物對高海拔低氧的適應

*血紅蛋白氧離曲線的形態和位置，表示在不同氧分壓下血紅蛋白對氧的親和力，用血氧飽和度為50%時的氧分壓（P50）作為血氧親和力的指標

*P50升高，曲線向右移，血紅蛋白對氧的親和力小；P50降低，曲線向左移，血紅蛋白對氧的親和力增加

*外溫動物在低氧環境中氧離曲線P50降低，對氧結合的能力增加，因此，高山氧分壓的下降對外溫動物的生存和分布不是重要的生態因子。

*內溫動物在低氧環境中氧離曲線右移，P50升高，對氧結合的能力降低，因此，高山氧分壓的下降成為內溫動物生存和分布的重要的限制性生態因子

*動物或人從低海拔進入高海拔地區后，最明顯的適應性反應為：

*過度通氣：由于低氧刺激，動物產生過度通氣，（呼吸深度增加），使肺泡能補充更多新鮮空氣。

*肺泡余氣量增加，有利于氧的交換。

*低氧刺激組織內毛細血管增生，縮短氣體彌散距離，有利于供氧。

*骨骼肌中的肌紅蛋白濃度均增加，由于肌紅蛋白的攜氧能力遠大于血紅蛋白，可為低氧狀態下的組織提供更多的氧。

*血液中的紅細胞數量、血紅蛋白濃度和血球比積將升高。

3、植物與氧

*植物是大氣中氧的主要生產者，植物光合作用釋放的氧比呼吸作用所消耗的氧氣大20倍。*城市中每人需要10m2森林或50m2草坪才能滿足呼吸需要。

（二）CO2的生態作用

1、大氣中濃度與溫室效應

*CO2占大氣總量的0.032%

*溫室效應：太陽輻射能透過大氣中的CO2，但從地面反射的紅外線則不能透過大氣中的CO2，導致地面溫度升高。

短波的陽光能透過花房周圍的玻璃，室內的長波輻射卻逃不出去。大氣也具有這種特性，我們稱之為溫室效應

2、CO2與植物

*CO2對植物生長發育具有重要作用，在高產植物中，生物產量的90~95%是取自空氣中的CO2

*因此，在強光照下，CO2不足是作物光合作用效率的主要限制因素，增加CO2濃度能直接增加作物產量

*各種植物利用CO2的效率是不同的，C3植物利用CO2效率低，增加CO2濃度來提高產量，C3比C4植物效果要好

三、土壤的理化性質及其對生物的影響

（一）土壤的物理性質

*土壤是由固體、液體和氣體組成的三相系統，其中固體顆粒是組成土壤的物質基礎。

1、土壤質地與結構

*土粒按直徑大小分為粗砂（2.0-0.2mm）、細砂（0.2-0.02mm）、粉砂（0.02-0.002mm）和粘粒（0.002mm以下）。這些大小不同的土粒的組合百分比稱為土壤質地。

*根據土壤質地可把土壤分為砂土、壤土和粘土三大類。

*砂土：以粗砂和細砂為主，粉砂和粘粒所占比重不到10%，土壤疏松、保水保肥性差、通氣透水性強。

*壤土：質地較均勻，細砂、粉砂和粘粒所占比例大體相等，通氣透水、保水保肥性能都較好，抗旱能力強，適宜生物生長。

*粘土：以粉砂和粘粒為主，質地粘重，保水保肥能力較強，通氣透水性差

*土壤結構是指固體顆粒的排列方式、孔隙的數量和大小以及團聚體的大小和數量等。*最重要的土壤結構是團粒結構（直徑0.25-10mm），團粒結構是腐殖質把礦質土粒互相粘結成直徑0.25-10mm的小團塊，具有泡水不散的水穩定性。由其組成的土壤，能協調土壤中水分、空氣和營養物之間的關系，改善土壤的理化性質，是土壤中最好的結構。*土壤質地與結構常常通過影響土壤的物理化學性質來影響生物的活動。

2、土壤水分

土壤水分與鹽類組成的土壤溶液參與土壤中物質的轉化，促進有機物的分解與合成。土壤的礦質營養必需溶解在水中才能被植物吸收利用。

土壤水分能調節土壤溫度

土壤水分太少引起干旱，太多又導致澇害，對植物、土壤動物與微生物的生長不利。土壤水分還影響土壤內無脊椎動物的數量和分布。

3、土壤空氣

土壤空氣組成與大氣不同，土壤中O2的含量只有10-12%，在不良條件下，可以降至10%以

下，這時就可能抑制植物根系的呼吸作用。

土壤中CO2濃度則比大氣高幾十到上千倍，但是，當土壤中CO2含量過高時（如達到10-15%），

根系的呼吸和吸收機能就會受阻，甚至會窒息死亡。

土壤通氣程度影響土壤微生物的種類、數量和活動，進而影響植物的營養狀況。

4、土壤溫度

*土壤溫度對植物種子的萌發和根系的生長、呼吸及吸收能力有直接影響，還通過限制養分的轉化來影響根系的生長活動。

*一般來說，低的土溫會降低根系的代謝和呼吸強度，抑制根系的生長，減弱其吸收作用；土溫過高則促使根系過早成熟，根部木質化加大，從而減少根系的吸收面積。

*土溫的變化導致土壤動物產生行為的適應變化。

（二）土壤的化學性質

1、土壤酸堿度

*土壤酸堿度與土壤微生物活動、有機質的合成與分解、營養元素的轉化與釋放、微量元素的有效性、土壤保持養分的能力及生物生長等有密切關系。

*土壤酸堿度在PH6-7的微酸條件下，土壤養分的有效性最好，最有利于植物生長。

2、土壤有機質

*土壤有機質是土壤肥力的一個重要標志，可分為腐殖質和非腐殖質

*非腐殖質是死亡動植物組織和部分分解的組織，主要是糖和含氮化合物

*腐殖質是土壤微生物分解有機質時，重新合成的具有相對穩定性的多聚體化合物，主要是胡敏酸和富里酸，占土壤有機質總量的85~90%以上，是植物營養的重要碳源和氮源。*土壤腐殖質還是異養微生物的重要養料和能源

3、土壤礦質元素

*植物所需的全部元素均來自土壤礦物質的有機質的礦物分解。

*土壤的無機元素對動物的生長和動物的數量也有影響

（三）土壤的生物特性

*土壤是許多生物的棲息場所。土壤中的生物包括細菌、真菌、放線菌、藻類、原生動物、輪蟲、線蟲、蚯蚓、軟體動物、節肢動物和少數高等動物。

*土壤是植物生長的基質和營養庫。土壤提供了植物生活的空間、水分和必需的礦質元素。*土壤是污染物轉化的重要場地。土壤中大量的微生物和小型動物，對污染物都具有分解能力。

（四）植物對土壤因子的適應

*根據植物對土壤酸堿度的適應范圍和要求分為，酸性土植物（pH<6.5）、中性土植物（pH6.5-7.5）和堿性土植物（pH>7.5）。

*根據植物對土壤中礦質鹽類（如鈣鹽）的反應分為鈣質土植物、嫌鈣植物。

*根據植物對土壤含鹽量的反應分為：鹽土植物和堿土植物

*生活在風沙基質中的植物為沙生植物

1.鹽堿土植物

鹽堿土是鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土的統稱。對植物的危害有：

（1）引起植物的生理干旱

（2）傷害植物組織

（3）引起細胞中毒

（4）影響植物的正常營養

（5）在高濃度鹽類作用下，氣孔保衛細胞的淀粉形成過程受到妨礙，氣孔不能關閉

（6）使土壤的物理性質惡化，破壞土壤結構

2.鹽土植物分類

（1）聚鹽性植物

*這類植物能適應在強鹽漬化土壤生長，能從土壤里吸收大量的可溶性鹽類，并把這些鹽類積聚在體內而不受傷害。該類植物原生質對鹽的抗性強，有極高的滲透壓，能吸收高濃度土壤溶液中的水分。如鹽角草、鹽穗木等

（2）泌鹽性植物

*這類植物的根細胞對于鹽類的透過性與聚鹽性植物一樣是很大，但是他們吸進體內的鹽分不積累在體內，而是通過莖、葉表面上密布的分泌腺，把所吸收的過多鹽分排出體外，這種作用稱為泌鹽作用。如檉柳、大米草、濱海的紅樹植物等

泌鹽性植物—紅樹

（3）不透鹽性植物

*這類植物的根細胞對鹽類的透過性非常小，所以他們雖然生長在鹽堿土上，但在一定鹽分濃度的土壤溶液中，幾乎不吸收或很少吸收土壤中的鹽類。（抗鹽植物）。如鹽地紫菀、鹽地鳳毛菊等。植物體內含有較多可溶性有機物質，如有機酸、糖、氨基酸等，細胞的滲透壓也很高。

3、沙生植物

*沙生植物生長在以砂粒為基質的沙區，被流沙埋沒時，在埋沒的莖上能長也不定芽和不定根，在風蝕露根時，根上能長出不定芽。根上具有根套，是由一層團結的沙粒形成的囊套，能保護暴露到沙面上的根。并具有旱生植物的許多特征。

四、火作為生態因子對生物的影響

*火有兩個主要的類型，即林冠火與地面火。

*林冠火發生在林冠上，其破壞性大，可毀滅地面上的全部植物群落，以及動物的組成成分。*地面為發生在地面上，其破壞性具有選擇性，其作用經常是有利的。

火的積極作用

*把枯枝落葉燒成灰，加速物質循環；

*有利于抗火的物種或適應于火的自然更新的物種；

*高冷杉等植物種子需要高溫刺激才能萌發。

火的有害作用

*破壞自然界的生態平衡，特別是破壞了生物群和它們錯綜復雜的關系；

*使土地表面受到侵蝕，改變了土壤的結構與化學成分，降低了土壤吸水與保水能力；*植物在燃燒過程中，氮等營養物質損失。

生物的生態適應

一、生物的生態適應

*適應：一種遺傳決定的加強個體應付環境能力的特征；生物變得更加適合環境的進化過程。*一般區分為趨同適應和趨異適應兩類。

1．趨同適應（生活型）

*趨同適應是指親緣關系相當疏遠的生物，由于長期生活在相同或相似的環境條件下，通過

變異、選擇和適應，在形態、生理、發育以及適應方式和途徑等方面表現出相似性的現象。*蝙蝠與鳥類一樣通過飛行來捕捉空中的昆蟲，它的前肢不同于一般的獸類，而形同于鳥類的翅膀，適應于飛行活動；

*鯨、海豚、海獅均屬哺乳動物，但由于長期生活在水環境中，體形呈紡錘形，它們的前肢也發育成類似魚類的胸鰭。

由于青蛙、鱷魚和河馬都呼吸空氣并生活的水中，所以它們的鼻孔和眼睛在身體浸在水中時可以突出水面，這是趨同進化的另一個例子

*植物中的趨同現象如生活在沙漠中的仙人掌科植物、大戟科的霸王鞭以及菊科的仙人筆等，分屬不同類群的植物，但都以肉質化的莖、葉子退化呈刺狀來適應干旱生境。

*按趨同作用的結果，對生物進行劃分稱為生活型。

*植物的生活型劃分。不論植物在分類系統上的地位如何，只要它們的適應方式和途徑相同，都屬同一生活型。生活型的劃分有不同的方法，例如將植物分為喬木、灌木、半灌木、木質藤本、多年生草本、一年生草本等。

2．趨異適應（生態型）

*趨異適應是指親緣關系相近的同種生物，長期生活在不同的環境條件下，形成了不同的形態結構、生理特性、適應方式和途徑等。

*趨異適應的結果是使同一類群的生物產生多樣化，以占據和適應不同的空間，減少競爭，充分利用環境資源。

作業

*以你所熟悉的（或是查閱到的）一種或幾種具有代表性的生物為例子，說明生物與環境之間的關系，即生物是怎樣適應環境或環境對生物有哪些影響？題目《神奇的生物適應》或自擬，要求1000字以上。

第二章種群生態學

第一節種群及其基本特征

一、種群的概念及其特征

1.種群（population）是在同一時期內占有一定空間的同種生物個體的集合。

理解：

（1）不等于個體的簡單相加：有機體之間相互作用，在整體上呈現有組織有結構的特性。

（2）個體之間差異性：不同的發育階段（年齡不同）；即使同一生長階段，個體貢獻也不同。

（3）個體水平與種群水平的差異：個體有出生、死亡，種群稱為出生率和死亡率。

(4)種群是一個自我調節系統，通過系統的自動調節，使其能在生態系統種群動態

*種群動態是種群數量在時間和空間上的變動規律，涉及：

*有多少（種群數量或密度）？

*哪里多，哪里少（種群分布）？

*怎樣變動（數量變動和擴散遷移）？

*為什么這樣變動（種群調節）？

（一）種群的密度和分布

1、種群的數量統計

（1）種群的大小：是一定區域種群個體的數量，也可以是生物量或能量。

（2）密度：單位面積、單位體積或單位生境中個體的數目。

*絕對密度：指單位面積或空間的實有個體數。

*相對密度：表示數量高低的相對指標。

A絕對密度：

(A)總數量調查法：在某一面積的同種個體數目。

(B)樣方法：在若干樣方中計算全部個體，以其平均值推廣來估計種群整體。樣方需要有代表性并隨機取樣。

(C)標志重捕法：對移動位置的動物，在調查樣地上，捕獲一部分個體進行標志，經一定期限進行重捕。根據重捕取樣中標志比例與樣地總數中標志比例相等的假定，來估計樣地中

被調查的動物總數。N:M=n:mN=M*n/m，M為標志數，n為再捕個數，m為再捕中標記數,N為樣地個體總數。

標志重捕法的前提假設

*研究期間內,標記永久性,且再捕獲時可正確記錄。

*加標記處理后,再被捕的概率不變。

3.加標記處理后,沒有出生、死亡、遷入、遷出，即死亡率和遷移率不受影響。

4.加標記處理后,此個體與其他個體的混合(隨機，不會影