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1、 绪论* 学习生态学的三条原则：1、扎实的博物学知识基础；2、把生物作为生态学研究的基本单位；3、进化论思想在生态学研究中具有核心地位。当代生物进化论的三大理论来源及其发展* 当代生物进化论学派林立，但都来自三个不同而又相互关联的基本学说：拉马克学说、达尔文的自然选择学说和孟德尔遗传理论。1.新拉马克主义* 拉马克是第一个从科学角度提出进化论的学者，主要观点：在生物演化的动力上，尽管他们也承认自然选择的作用，但认为用进废退和获得性遗传意义更大；生物演化有内因（遗传、变异）与外因（环境），两者相比，他们更强调环境的作用；生物的身体结构与其生理功能是协调一致的，但在因果关系上，即他们认为生理功能决
2、定了结构特征，最典型的例子是对长颈鹿的脖子的解释。2.孟德尔遗传理论孟是奥地理利学者，1843年因生活所迫进入修道院，自不成才，1849年任大学预科的代课教师，1851年入维也纳大学深造，1856年开始了豌豆杂交试验，他的颗粒遗传理论与达尔文1859年的物种起源几乎同时完成，但却没人理解他为遗传学和进化论做出的杰出贡献。1884年，在达尔文去逝不到两年，孟与世长辞。直到1900年他的遗传学成果才被科学界重新发现，并概括为孟德尔定律。3.达尔文学说(1)新达尔文主义：传统的达尔文主义缺乏遗传学基础，孟德尔遗传理论的创立，为新达尔文主义发展提供了契机。其贡献主要是提出了遗传基因的概念，还证实了基因
3、存在于染色体上；提出了突变论，认为非连续变异的突变可以形成新种；提出了基因型和表现型的概念；将孟德尔遗传理论发展到了一个新阶段，如连锁遗传定律。 * 其局限性是：研究生物演化主要局限于个体水平，实际上进化是一种在群体范畴内发生的过程；忽视了自然选择作用在进化中的地位，因而难以正确解释进化的过程。 (2)现代达尔文主义（或称现代综合进化论）：是现代进化理论中影响最大的一个学派，是达尔文自然选择理论与新达尔文主义遗传理论的有机结合。如1908年英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别证明了哈迪温伯格定律，创立了群体遗传学理论。其要点：主张共享一个基因库的群体是生物进化的基本单位，因而进化机制研究应属于群
4、体遗传学的范围。主张物种形成的生物进化的机制应包括突变、自然选择和隔离三个方面。 一、生态学的定义生态学是研究有机体（生物）与其周围环境相互关系的科学。生物：动物（人类）、植物、微生物环境：非生物环境（无机因素温度、阳光、水等）和生物环境（包括种认为分子生态学是利用分子生物学技术与方法研究生物对其所处环境的适应以及产生这种适应反应的分子机制。个体生态学:* 个体生态学的研究重点是个体对生物和非生物环境的适应，即生理适应及其机制，属于生理生态学。 种群生态学* 种群是在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。* 研究重点是个体数量及其随时间的变化，包括种群中的进化性变化。即研究多度及其波动的
5、因素。 群落生态学* 群落是栖息在同一地域中的动物、植物和微生物种群组成的集合体，* 研究重点是决定群落组成和结构的生态过程，即关心同一地区生物体的多样性和多度的理解。生态系统* 是一定空间中生物群落和非生物环境的复合体* 研究能量流动和物质循环过程景观生态学* 景观: 由若干生态系统组成的异质区域，这些生态系统构成景观中明显的斑块， 这些斑块称景观要素。* 景观生态学: 研究景观结构及其过程 的科学。生物圈生态学* 生物圈：是指地球上的全部生物和一切适合于生物栖息的场所，它包括岩石圈的上层（风化壳）、全部水圈和大气圈的下层（对流层）。生物圈的范围在地表以上可达23KM的高空，在地表以下可延伸
6、到12KM的深度。 * 研究地球表面大气和水的运动，以及大气和水中包含着的能量和化学元素。如臭氧层破坏、全球变暖、厄尔尼诺等。生物圈生态学的研究重点是生态系统和生物圈中各组成成分之间，特别是生物与环境、生物与生物之间的相互关系。各组分间通过大气、水和生物体的运动彼此联系在一起。 * 尺度：是指某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围的发生的频率，即能被感觉到的时间或空间变化的尺寸。* 包括空间尺度、时间尺度和组织尺度。三、生态学的形成与发展可分为四个时期：1、生态学萌芽时期（公元16世纪以前）：* 在我国：公元前1200年 尔雅一书记载了176种木本和50多种草本植物的形态和生态环境；* 公
7、元前200年管子地员篇，记述了植物沿水分梯度的带状分布及土地的合理利用； * 公元前100年前后，农历确立了24节气，同时禽经一书（鸟类生态）问世； * 在欧洲：公元前285年也有类似著作问世。 2、生态学的建立时期（17世纪19世纪末）* 1792年德国植物学家C.L.Willdenow出版了草学基础；* 1807年德国A.Humbodt出版植物地理学知识提出植物群落外貌等概念； * 1798年T.Malthus人口论的发表；* 1859年达尔文的物种起源；* 1866年Haeckel在他的著作普通生物形态学中首先提出ecology一词，并首次提出了生态学定义。* 1895年E.Warmin
8、g发表了他的划时代著作以植物生态地理为基础的植物分布学（1909年经改写成植物生态学）3、生态学的巩固时期（20世纪初至20世纪50年代）（1）动植物生态学并行发展，著作与教科书出版。* 代表作：C.Cowels(1910)发表的生态学；* F.E.Chements(1907)发表的生态学及生理学；* 前苏联苏卡切夫的植物群落学（1908）、生物地理群落学与植物群落学（1945）； * A.G.Tamsley(1911)发表的英国的植被类型等；* R.N.Chapman(1931)的动物生态学；* 中国费鸿年（1937）的动物生态学；* 特别是W.C.Alle（1949）等的动物生态学原理出版
9、，被认为是动物生态进入成熟期的重要标志。（2）学派的形成：北欧学派：以注重群落结构分析为特点。代表人物：G.E.Du Rietz法瑞学派：注重群落生态外貌，强调特征种的作用。代表人物是J.Braum-Blanquet 英美学派：以动态和数量生态为特点。代表人物是Clements和Tansley俄国学派（前苏联学派）：植物（群落）与地学结合。代表人物：B.H.Cykayeb4、现代生态学时期（20世纪60年代至现在（1）生态学研究对象的多层次性更加明显* 现代生态学研究对象向宏观和微观两极多层次发展，小自分子生态、细胞生态，大至景观生态、区域生态、生物圈或全球生态，虽然宏观仍是主流，但微观的成就
10、同样重大而不可忽视。而在生态学建立时，其研究对象则主要是有机体、种群、群落和生态系统几个宏观层次。 （2）研究技术和方法上的进展遥感在生态学上已普遍应用。用放射性同位素对古生物的过去保存时间进行绝对的测定，使地质时期的古气候及其生物群落得以重建，比较现存群落和化石群落成为可能。现代分子技术使微生物生态学出现革命，并使遗传生态学获得了巨大的发展。在生态系统长期定位观测方面，自动记录和监测技术、可控环境技术已应用于实验生态，直观表达的计算机多媒体技术也获得较大发展。无论基础生态和应用生态，都特别强调以数学模型和数量分析方法作为其研究手段。 （3）研究范围的扩展* 现代生态学结合人类活动对生态过程的
11、影响，从纯自然现象研究扩展到自然经济社会复合系统的研究 （4）生态学研究的国际性是其发展的趋势* 生态学问题往往超越国界，二次大战以后，有上百个国家参加的国际规划一个接一个。 * 最重要的是60年代的IBP（国际生物学计划），70年代的MAB（人与生物圈计划），以及现在正在执行中的IGBP（国际地圈生物圈计划）和DIVERSITAS（生物多样性计划）。为保证世界环境的质量和人类社会的持续发展，如保护臭氧层、预防全球气候变化的影响，国际上一个紧接一个地签定了一系列协定。1992年各国首脑在巴西里约热内卢签署的生物多样性公约是近十年来对全球有较大影响力和约束力的一个国际公约，有许多方面涉及到了各国
12、的生态学问题。 我国的世界生物圈保护区* 人与生物圈计划（简称MAB计划）是针对人口、资源、环境问题发起的一项政府间的国际科学研究计划。1992年后，人与生物圈计划的重点集中于通过生物圈保护区网络的建设，来研究和保护生物多样性，促进自然资源的可持续利用。自1979年起，我国的一批著名自然保护区，如长白山、神农架、九寨沟、西双版纳等，陆续被认定为世界生物圈保护区。这不仅提高了我国自然保护区在国际上的地位，也加强了中国自然保护事业与国际上的交流和联系。 * 2000至2001年，我国新一批保护区加入世界生物圈保护区网络。甘肃白水江、云南高黎贡山、四川黄龙、河南宝天曼与内蒙古赛罕乌拉5个自然保护区也
13、被认定为世界生物圈保护区。至此，人与生物圈计划30周年之际，中国的世界生物圈保护区的数量已经达到21个，将推动中国自然保护事业的发展和人与生物圈计划在中国更好的实施。 四、生态学的分支学科1.根据研究对象的组织层次划分：* 分子生态学（Molecular Ecology）* 个体生态学（Autecology）* 种群生态学（Population Ecology）* 群落生态学（Community Ecology，Synecology）生态系统生态学（Ecosystem Ecology） * 景观生态学（Landscape Ecology）* 全球生态学等2.研究对象的生物分类划分* 如按生物类
14、群来划分，生态学的研究对象为：植物、微生物、昆虫、鱼类、鸟类、兽类等单一的生物类群，研究它们与环境之间的相互关系。从而分化出植物生态学（PlantEcology）、动物生态学（Animal Ecology）、 微生物生态学（Microbial ecology）、 昆虫生态学（Insectecology）、人类生态学（Human Ecology）等。3. 研究对象的生境类别划分* 淡水生态学（Fresh-water Ecology）、海洋生态学（Marine Ecology）、河口生态学（Estuary Ecology）、湿地生态学（Wetland Ecology）、热带生态学（Tropical
15、 Ecology）、陆地生态学（Terrestrial Ecology）。* 陆地生态学又可再分为森林生态学（Forest Ecology）、草地生态学（Grassland Ecology）、荒漠生态学（Desert Ecology）和冻原生态学（Tundra ecology） 4.按交叉学科划分* 如数学生态学、化学生态学、物理生态学、地理生态学、生态经济学等 5.按应用领域划分* 如农业生态学（Agroecology）、城市生态学（Urban Ecology）、污染生态学（Pollution Ecology）、渔业生态学（Fishery Ecology、放射生态学（Radio Ecolog
16、y）、资源生态学（Resource Ecology）。 五、生态学的研究方法1、野外考察：在自然中观察和收集资料优点：直接观察，获得自然状态下的资料；缺点：不易重复。2、受控实验：在实验室条件和自然条件下进行实验研究。如微宇宙 模拟系统是在人工气候室或人工水族箱中建立自然的生态系统的模拟系统优点：条件控制严格，对结果的分析比较可靠，重复性强，是分析因果关系的一种有用的补充手段；缺点：实验条件往往与野外自然状态下的条件有区别。3、理论研究：种用数学模型进行模拟研究数学模型研究的优点：高度抽象，可研究真实情况下不能解决的问题；缺点：与客观实际距离甚远，若应用不当，易产生错误 * 生态学研究的过程，
17、也反映科学研究的三个侧面：观察和描述；提出假说或解释；用实验的方法检验假说。 一个假说的实验检验* 观察：在生长季节里，森林中有部分叶子被植食性昆虫吃掉；鸟类吃昆虫；但森林中仅有小比例的叶子被吃掉。* 假说：鸟类捕食植食性昆虫从而减少了叶子的消费量。* 实验检验：用防鸟类的栏网遮盖部分树林，鸟类不能进入，但昆虫能够自由进出。 * 对照：用不完全的栏网遮盖另一部分树林，鸟类和昆虫都能够自由进出。* 结果：实验组昆虫数目增加了70%，叶面积损失从22%提高到35%。* 结论：鸟类捕食减少了植食昆虫的多度，进而减少了对树木的危害。树木周围被置以栏网，排除鸟类六、生态学的学习方法（一）树立生态学的基本
18、观念1、层次观传统的生态学主要研究有机体以上的宏观层次，现在生态学向宏观和微观两极发展，虽然宏观仍是主流，但微观的成就同样重大而不可忽视。 * 例如，以视觉捕猎的捕食者，其猎物的体色常常与环境背景相融合，以免被发现；许多生长在热而干旱气候中的植物具有厚而蜡质的表皮，可以减少通过叶子表面的蒸发失水。这此构造和功能使生物适合其环境条件的属性就叫适应。哥斯达黎加螳螂和北美树蛙的保护色 参考书籍* Robert E.Ricklefs的The Economy of Nature（自然的经济学）2001年第5版，孙儒泳等译为生态学中文版，高等教育出版社，2004。* 李博主编. 生态学.高等教育出版社,2
19、000.* 傅伯杰,陈利顶,马克明,王仰麟.景观生态学原理及其应用,科学出版社,2002 * 孙儒泳,李博,诸葛阳,尚玉昌编. 普通生态学. 高等教育出版社,1993.生态学期刊* 生态学报 中国生态学会，1982* 生态杂志 中国生态学会，1982* 应用生态学报 中国生态学会，1990* 生物多样性 中国科学院濒危物种委员会，1993* Ecology the Ecological Society of America ，1920 一、环境与生态因子1、环境：是指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。由许多环境要素构成，这些环境要素称
20、环境因子。2、环境的类型1）按环境的主体：* 人类环境：在环境科学中，人类是主体，其它的生命物质和非生命物质为人类环境 * 环境：在生态科学中，生物为主体，生物以外的所有自然环境条件称为环境2）按环境的性质* 自然环境* 半自然环境：被人类破坏后的自然环境* 社会环境3）按环境的范围：大环境：指宇宙环境、地球环境、区域环境宇宙环境：大气层以外的宇宙空间。如太阳黑子与降雨量有明显相关关系等。地球环境：指大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈，又称全球环境或地理环境。区域环境：指占有某一特定地域空间的自然环境，是由地球表面不同地区的5个自然圈层相互配合而形成的。不同地区形成各不相同的区域环
21、境特点，分布着不同的生物群落。 * 大环境中的气候称大气候，指离地面1.5m以上的气候* 大环境直接影响着小环境，对生物体也有直接或间接的影响* 大环境影响到生物的生存与分布，产生了生物种类的一定组合特征或生物群系，如热带雨林、温带森林等 小环境：是指对生物有直接影响的邻接环境，即小范围内的特定栖息地。是区域环境中由于某一个或几个圈层的细微变化而产生的环境差异形成的。内环境：生物体内组织或细胞间的环境 * 小环境中的气候称小气候，指离地面1.5m以下的气候* 小环境直接影响生物的生活，如严寒的冬季，雪被上温度很低，已达到-40 ，但雪被下的温度并不很低且相当稳定。这种雪被下的小气候保护了雪被下
22、的植物与动物安全越冬3、生态因子（ecological factors）* 生态因子：指环境要素中对生物起作用的因子（即环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素） ， 如光照、温度、水分、氧气、二氧化碳、食物和其他生物等。* 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。 * 生存条件：在生态因子中对生物生存不能缺少的环境要素。二氧化碳和水对于植物，食物和氧气对于动物。* 生态环境：所有生态因子构成生物的生态环境。* 生境（habitat）：特定生物体或群体的栖息地的生态环境。4、生态因子的分类* 按性质：气候因子、地壤因子、地形因子、生物
23、因子、人为因子* 按有无生命特征：生物因子、非生物因子* 按动物种群数量变动的作用：密度制约因子、非密度制约因子* 按生态因子的稳定性和作用特点：稳定因子、变动因子5、生态因子的作用特征1）综合作用2） 主导因子作用（非等价性）3 ）直接作用和间接作用4 ）阶段性作用5 ）不可替代性和补偿作用1 ）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 2 ）主导因子作用（非等价性）* 主导因子：在诸多的因子中，有一个对生物起决定性作用的生态因子。* 主导因子的改变常会引起其他生态因子发生明显变化或使生物的生长发育发生
24、明显变化，如光合作用时，光强是主导因子，温度和CO2为次要因子；春化作用时，温度为主导因子，湿度和通气条件是次要因子。3 ）直接作用和间接作用* 直接作用：直接作用于生物的，如光照、水分、氧、温度、二氧化碳等* 间接作用：通过影响直接因子而间接影响生物的，如环境中的地形因子，它的坡度、坡向、坡位、海拔高度等对生物的作用不是直接的，但他们能影响光照、温度、雨水等因子的分布，因而对生物产生间接作用，这些地方的光照、温度、水分状况则对生物类型、生长和分布起直接作用。如：四川二郎山的东坡湿润多雨，分布常绿阔叶林，而西坡干热缺水，只分布耐旱的灌草丛。 4 ）阶段性作用* 生物在生长发育的不同阶段往往需要
25、不同的生态因子或生态因子的不同强度。例如低温对冬小麦的春化阶段是必不可少的，但在其后的生长阶段则是有害的。* 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。 * 鳗鲡就是日常所指的鳗鱼。一生中半辈子生活在海洋里，半辈子生活在江河中。鳗鲡是海里出生，江河里长大。每到秋天，成熟的鳗鲡就穿上银白色的婚装，作好了旅行产卵的准备。鳗鲡经过长途旅行，行程几千里，终于疲劳不堪地从江河漫游入海，到达产卵场，婚配产卵后生命也到尽头了。在西沙群岛和南沙群岛附近或其他海区约四五百米深处的海底产卵。孵化后的鳗苗，又能成群结队地竞相逆流而上，游回江河内发育生长。5 ）不可替代性和补偿作用* 不可替代性：生态因子
26、虽非等价，但都不可缺少，一个因子的缺失不能由另一个因子来代替。* 总体来说，生态因子是不可代替的，但是局部是能补偿的。* 补偿作用：在一定条件下，某一因子的数量不足，有时可以由其他因子来补偿。但只能是在一定范围内作部分补偿。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。* 生态因子的补偿作用只能在一定范围内作部分补偿，而不能以一个因子代替另一个因子，且因子之间的补偿作用也不是经常存在的。 二、生物与环境的相互作用1、作用：环境的非生物因子对生物的影响（1）环境对生物的作用：* 影响生物的生长、发育、繁殖和行为；* 影响生物出生率和死亡率，导致种群数量的改变；* 某些生态因子能
27、够限制生物的分布区域。 （2）生物对自然环境的适应：* 生物可以从自身的形态、生理、行为等方面不断进行调整，以适应环境变化，减小生态因子的限制作用；* 生物能积极地利用某些生态因子的周期性变化，作为确定时间，调节其生理节律和生活史中的各种节律线索。 2、反作用：生物对环境的影响* 如过度放牧、植树造林 3、相互作用：生物与生物间的作用* 如捕食者与被捕食者、寄生者与宿主三、生态因子的限制性作用（一）Liebig最小因子定律（Liebigs law of minimum）1840年农业化学家J. Liebig1840年农业化学家J.Liebig分析了土壤与植物生长的关系，认为每一种植物都需要一定
28、种类和一定数量的营养元素，并阐明在植物生长所必需的元素中，供给量最少（与需要量比相差最大）的元素决定着植物的产量。 如一块土壤中氮：可维持200千克产量钾：可维持250千克产量磷：可维持500千克产量实际产量为200千克；若氮增加1倍，产量为350千克。* 因此他提出：* 植物的生长取决于处在最小量（与需要量比相差最大）状态的营养元素。 * Liebig最小因子定律：低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。* 这个理论也适用于其他生物种类或生态因子。 * E.P.Odum：补充两点：* 一是Liebig定律只能严格地适用于稳定状态，即能量和物质的流入和流出是
29、处于平衡的情况下才适用；* 二是要考虑生态因子间的替代作用。（二）限制因子* 任何生态因子，当接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因素称为限制因子* 如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很广，而且这种因子又非常稳定，那么这种因子就不太可能成为限制因子，相反，就可能成为一种限制性因子。如氧对于陆生动物来说，一般不会成为限制因子，而对于水生生物来说，常常成为水生物的限制性因子。（三）耐受性定律（Shelfords law of tolerance）* 生态学家V. E. Shelford于1913年研究指出，生物的生存需要依赖环境中的多种条件，而且生物有机体对环境因
30、子的耐受性有一个上限和下限，任何因子在数量上或质量上不足或过多，接近或超过了某种生物的耐受限度，该种生物的生存就会受到影响，甚至灭绝。这就是Shelford耐受定律。生物对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限，上下限之间是生物对这种生态因子的耐受范围，可以用钟形耐受曲线表示。 * 后来的研究对Shelford耐受定律也进行了补充：（1）每一种生物对不同生态因子的耐受范围存在着差异。生物能够对一个因子耐受范围很广，而对另一因子耐受范围很窄；对所有因子耐受范围都很宽的生物，一般分布很广； （2）不同的生物种，对同一生态因子的耐受性是不同的； （3）生物在整个发育过程中，对环境因子的耐受限度是不同的
31、。在动物的繁殖期、卵和幼体、种子的萌发期通常是一个敏感期，耐受限度一般比较低； （4）生物实际上并不在某一特定环境因子最适的范围内生活，可能是因为有其他更重要的因子在起作用。 （5）生物的各因子间存在明显的相互关联，在一个因子处在不适状态时，对另一个因子的耐受能力可能下降；如陆生动物对温度与湿度的耐受生物对生态因子耐受性之间的相互关系* 在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。如生物对温度的耐性限度与湿度有密切关系。如Pianka(1978)指出：一种生物在什么湿度下适合度最大取决于温度，当温度适中（32.5 ）和湿度适中（90%），该生物适合度最大。同样沿着温度梯度上的最适点取
32、决于湿度。 温度、湿度结合考虑，在中湿和中温条件下，生物耐受限度最高。 * 从以上可见，固定不变的最适概念只有在单一生态因子起作用时才能成立，当同时由几个因子作用于一种生物时，这种生物的适合度将随着几个因子的不同组合而发生变化，也就是说，这几个生态因子之间是相互作用、相互影响的。四、生态幅生态幅：每一种生物对每一生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上的最低点和最高点。在最低点和最高点之间的范围称为生态幅。或说每一种生物对环境因子适应范围的大小即生态幅。对同一生态因子不同种类的生物的耐受范围是不同的。生态学中常用广（eury-)t 狭（steno-)表示生态幅的宽度* Eurythermal(
33、广温性) stenothermal(狭温性）* euryhydric (广湿性) stenohydric (狭湿性)* euryhaline (广盐性) stenohaline (狭盐性)* euryphagic (广食性) stenophagic (狭食性)* euryphotic (广光性) stenophotic (狭光性)* euryecious (广栖性) stenoecious (狭栖性)广温性生物与狭温性生物的生态幅比较五、生物内稳态及耐性限度的调整1.内稳态（homeostasis）及其保持机制：（1）内稳态：生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制，它能减少生物对外界条件的依赖
34、性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。 （2）保持机制：a.生理过程：恒温动物通过控制体内产热过程以调节体温；b.行为调整：变温动物靠减少散热或利用环境热源是身体增温。如沙漠蜥蜴* 具内稳态机制的生物增加自己的生态耐受幅度，成为广生态幅种，但不能无限扩大耐受范围。沙漠蜥蜴* 太阳东升开始，早上温度较低，蜥蜴使身体的侧面迎向阳光，身体紧贴在温暖的岩石使体温升高；* 白天体温逐渐增加，他们会爬上沙丘顶，面向阳光，利用吹过的微风将皮肤上散发的热带走；或是移动至较荫凉的地方，以降低体温； 2.耐性限度的驯化* 驯化：生物在环境变化的反应中，形态和生理的可逆变化。* 生物对环境生态因子的耐受范围并不
35、是固定不变的，通过自然驯化或人工驯化可改变生物的耐受范围，使适宜生存范围的上下限发生移动，形成一个新的最适度，去适应环境的变化。* 例如：把同一种金鱼长期饲养在24和37.5两种不同温度下，它们对温度的耐受限度与生态幅会发生改变。 * 海水含大约3.5%的可溶性盐，在-1.9以下结冰，人和大多数脊椎动物的血液和组织中含盐不到海水的一半，为什么泰坦尼克号中的人们在冰水中很快冻死，而极地的鱼是如何生存的呢？一、地球上光及温度的分布1、太阳辐射光谱* 紫外线：波长<380nm，占9* 可见光：波长380760nm，占45* 红外线：波长>760nm，占462、地球表面的太阳辐射受以下因素
36、影响（1）大气圈内的各种成分对太阳光的吸收、反射、散射；（2）太阳高度角影响太阳辐射强度；（3）太阳辐射的时间呈周期性变化；（4）地面的海拔高度、朝向和坡度，影响太阳辐射强度和日照时间太阳光被吸收、反射和散射后，到达地面的仅为47太阳高度角越小，太阳辐射穿过大气层的路程越长，辐射强度越弱。3、地球上太阳光的分布（1）光质：* 短波光多：低纬度、高海拔、夏季、中午* 长波光多：高纬度、低海拔、冬季、早晚（2）日照时间* （3）光照强度* 光照强度增加：低纬度、高海拔、夏季、中午* 光照强度减弱：高纬度、低海拔、冬季、早晚 * （4）水体中太阳辐射：* 水体吸收太阳光的顺序：红光>橙光>
37、;黄光>紫光>绿光>蓝光* 在水的表面1M内，大部分红外光被吸收了* 在纯净的海水中，可见光的能量在10M深时只是表面的50%，在100M深降到7% * 紫光和蓝光遇到水分子时容易散射，也不能射入水中很深的地方* 在较深的水层中只有绿光占有较大优势 4、地球上温度的分布（1）地表大气温度的分布与变化* 温度的空间分布与变化：* 纬度，每增加1，年平均气温降低0.5 ，从赤道到北极形成了热带、亚热带、北温带和寒带* 我国的东南到西北，海洋性气候到大陆性气候* 山脉走向、地形变化、海拔高度 * 温度的时间变化：* 日较差：一天中最高与最低气温之差* 年较差：一年中最热月与最冷月的
38、平均温度差（2）土壤温度变化* 土壤表层的温度变化幅度较气温大，随土壤深度加深，土壤温度的变化幅减小。* 随土壤深度增加，土壤最高温和最低温出现的时间后延，其后延落后于气温的时间与土壤深度成正比。* 土壤温度的短周期变化主要出现在土壤上层，长周期变化出现在较深的位置。 * 土壤温度的年变化在不同地区差异很大。（4）水体温度的变化* 水体温度随时间变化：海洋昼夜温差不超过4 ，15m以下无昼夜变化，140m以下无季节变化* 水体温度的成层现象：* 冬季：冰下水温0 ，至水底逐渐增加到4 * 春季：春季环流* 夏季：上湖层（水温一致）、斜温层（每加深1M，水温下降1 ）、下湖层（水温接近4 ） *
39、 秋季：秋季环流 二、生物对光的适应（一）光质的生态作用及生物适应（1）光质与植物不同波长的光对植物作用不同：绿色植物的光合作用不能利用光谱中所有波长的光，只是可见光区（380-710nm），这部分辐射通常称为光合有效辐射，约占总辐射的40-50%。 * 可见光中红、橙光是被叶绿素吸收最多的成分，其次是蓝、紫光，绿光很少被吸收，因此又称绿光为生理无效光。* 短波光（蓝紫光、紫外线）有利于蛋白质和有机酸的合成，促进花青素的形成，并抑制茎的伸长（在高山上，由于紫外光强，阳生植物大多成莲座状，而且花色特别鲜艳）； * 红光对糖的合成有利。光质不同对植物的影响有色薄膜改变光质影响作物生长，可以增产，改
40、善品质。实验研究表明：浅蓝色薄膜育秧，秧苗根系较粗壮，插后成活快，生长茁壮，叶色浓绿，鲜重和干重都有增加，测定的淀粉、蛋白质含量较高。紫色薄膜对茄子有增产作用；蓝色薄膜可提高草莓产量，但对洋葱生长不利；红色薄膜可加速甜瓜植株发育，果实提前20天成熟，糖分和维生素含量增加。（2）光质与动物* 可见光对动物生殖、体色变化、迁徙、羽毛更换、生长和发育都有影响。 不可见光：大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近，但昆虫则偏于短波光，大致在250-700nm之间，它们看不见红外光，却看得见紫外光。而且许多昆虫对紫外光有趋光性，这种趋光现象已被用来诱杀农业害虫。 （二）光强的生态作用与生物的适应1.光强与陆
41、生植物（1）光强对植物细胞的增长和分化、体积的增长和重量的增加有重要作用；光还促进组织和器官的分化，制约器官的生长发育速度，使植物各器官和组织保持发育上的正常比例；光强还有利于果实的成熟，对果实的品质也有良好作用。如：叶绿素必须在一定光强条件下才能形成，许多其他器官的形成也有赖于一定的光强。在黑暗条件下，植物就会出现黄化现象。（2）陆生植物对光照强度的适应类型光饱和点（light saturation point）：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，倘若继续增加光强，光合作用的效率不仅不会提高，反而下降，这点称为光饱和点。光补偿点（Light compensation
42、 point）：当光合作用合成的有机物刚好与呼吸作用的消耗相等时的光照强度称为光补偿点。 * 不同植物对光强的反应是不一样的，根据植物对光强适应的生态类型可分为：阳地植物和阴地植物 阳地植物对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能正常生长，其光饱和点、光补偿点都较高，光合作用的速率和代谢速率都比较高。如蒲公英、桦树、栎。 阴地植物：阴地植物对光的需求远较阳性植物低，光饱和点和光补偿点都较低。其光合速率和呼吸速率都比较低。如人参、红豆杉、三七。阴生叶和阳生叶形态结构差别 2、光强与水生植物* 只有在海洋表层的透光带内，植物的光合作用量才能大于呼吸量，其下部即为光补偿点。 * 因此，在特别清澈的
43、海水（如热带海洋）或湖水中，光补偿点可深达几百米；在浮游生物很大的水体或含有大量泥沙颗粒的水体，透光带只在水面下1米处；而受到污染的河流中只有几厘米。3、光强与动物（1）光强与生长发育：如蛙卵、鲑鱼卵在有光下孵化快，发育快；蚜虫在连续有光和连续无光下，产生的多为无翅个体；但在光暗交替条件下么产生较多的有翅个体。（2）光强与体色：如蛱蝶在光亮环境体色淡，在黑暗环境体色深 （3）动物对光照强度的适应光强与视觉器官：光强使动物的视觉器官产生了遗传的适应性变化夜行性动物的眼睛比昼行性动物的大终生营地下生活的兽类，眼睛一般很小深海鱼有发达的视觉器官或本身具有发光器官 光强与行为：昼行性动物：有些动物适应
44、于在白天的强光下活动，如灵长类、有蹄类和蝴蝶等；夜行性动物或晨昏性动物：另一些动物则适应于在夜晚或早晨黄昏的弱光下活动，如蝙蝠、家鼠和蛾类等；还有一些动物既能适应于弱光也能适应于强光，白天黑夜都能活动，如田鼠等。昼行性动物（夜行性动物）只有当光照强度上升到一定水平（下降到一定水平）时，才开始一天的活动，因此这些动物将随着每天日出日落时间的季节性变化而改变其开始活动的时间。美洲飞鼠（三）生物对光周期的适应1、生物的昼夜节律受两个周期的影响：外源性周期：除光周期外，还有温度、湿度、磁场等内源性周期：内部生物钟 2.生物的光周期现象* 地球的公转与自转，带来了地球上日照长短的周期性变化，长期生活在这
45、种昼夜变化环境中的动植物，借助于自然选择和进化形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式。* 光周期现象：植物的开花、结果、落叶及休眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙和换毛换羽，是对日照长短的规律性变化的反应。（1）植物的光周期现象根据对日照长度的反应类型可把植物分为长日照植物、短日照植物、中日照植物和日中性植物。 中日照植物的开花要求昼夜长短比例接近相等（12小时左右），如甘蔗只在12.5h的光照下才开花，高于或低于这一时数对开花都有影响。仅少数热带植物属这一类型。 日中性植物是在任何日照条件下都能开花的植物，如番茄、黄瓜和辣椒、蒲公英等。光周期与植物的地理分布短日照植物大多数原产地是日照时间短
46、的热带、亚热带；长日照植物大多数原产于温带和寒带。如果把长日照植物栽培在热带，由于光照不足，就不会开花。同样，短日照植物栽培在温带和寒带也会因光照时间过长而不开花。这对植物的引种、育种工作有极为重要的意义。（2）动物的光周期现象许多动物的行为对日照长短也表现出周期性。鸟、兽、鱼、昆虫等的繁殖，以及鸟、鱼的迁移活动，都受光照长短的影响。A、繁殖的光周期现象：* 长日照动物：野生哺乳动物（特别是高纬度地区的种类）都是随着春天日照长度的逐渐增加而开始生殖，如雪貂、野兔等。（如延长光照时间，提高母鸡产蛋量）* 短日照动物：哺乳动物总是随着秋天短日照的来到而进入生殖期，幼子在春天条件最有利时出生。如绵羊、鹿等。 B、昆虫滞育的光周期现象：* 滞育是动物进化过程中形成的一种比休眠更深化的新陈代谢被抑制的生理状态，是动物对于有节律地重复到来的不良环境的历史性反应。这经常是由光周期决定的。C、换毛换羽的光周期现象D、动物迁徙的
