1
云南大学生命科学学院
普通生态学
(2)
2
第二章 能量环境
2.1 地球上的能量类型
2.2 地球上光及温度的分布
2.3 生物对光的适应
2.4 生物对温度的适应
3
2.1 地球上的能量类型
2.1.1 太阳能，光能
2.1.2 地热能
2.1.3 风能
2.1.4 化学能
2.1.5 有机物中包含的化学能
2.1.6 其他能量
问题：生物可以利用那些能量？
4
2.2 地球上光及温度的分布
2.2.1 地球上光的分布
– 太阳辐射及其光谱组成
– 地球上光的分布规律
2.2.2 地球上温度的分布
– 大气温度的分布与变化
– 土壤温度的分布与变化
– 水体温度的分布与变化
5
500 1000 2000 3000
4000
可
见
光
红
外
线
紫
外
线
波长 nm
能
流
强
度
太阳辐射及其光谱组成
? 紫外光：波长 <380nm，
9%
? 可见光：波长 380～ 760nm，
45%
? 红外光：波长 >760nm，
46%
6
影响太阳辐射的因素和光的分布规律
? 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
? 光质 (光谱成分 )
– 低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多
– 夏季、中午短波光多，冬季、早晚长波光多
? 日照时间
– 夏季昼长夜短、冬季昼短夜长
– 纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜
? 光照强度
– 低海拔、高纬度光照强度弱，高海拔、低纬度光照强度大
– 夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱
– (北半球 )南坡光照强度大，北坡光照强度弱
7
地
球
表
面
的
太
阳
辐
射
8
The seasons in the Northern and Southern
Hemispheres
9
10°
20°
30°
35°
40°
45°
50°
10°
20°
30°
35°
40°
45°
50°
50°
45°
40°
35°
30°
20°
10°
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
光
期
hr
暗
期
hr
2 4 6 8 10 12M
不
同
季
节
各
纬
度
的
日
照
长
度
10
地表大气温度的分布与变化
? 空间分布与变化
– 纬度升高 1°,气温降低 0.5℃
– 沿海地区气温变化小，内陆地区变化大
– 南坡气温较北坡高，海拔升高 100m，气温降低 0.6～
1℃
– 逆温现象
? 时间变化
– 日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加
– 年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大
11
土壤温度的分布与变化
? 土壤温度与气温相关
? 土壤温度变化与深度有关
? 土壤温度变化时间较气温滞后，且与深度有关
? 温度变化周期与深度相关
? 土壤温度的年变化与纬度、海拔有关
12
土壤与空气温度变化比较
13
水体温度的分布与变化
? 水温的时间变化
– 变化幅度较气温小
– 不同深度水体的日变化
– 不同深度水体的年变化
? 水温的成层现象
– 水温分层：上湖层、斜温层 (温梯层 )和下湖层
– 春季环流和秋季环流
– 低纬度地区：雨季和干季
– 海洋：低纬度水域、中纬度水域
14
温带深水湖水温垂直变化
15
2.3 生物对光的适应
2.3.1 光质的生态作用和生物的适应
– 光质的生态作用
– 生物对光质的适应
2.3.2 光照强度的生态作用和生物的适应
– 光照强度的生态作用
– 植物对光照强度的适应
– 动物对光照强度的适应
2.3.3 生物对光周期的适应
– 生物的昼夜节律
– 生物的光周期现象
16
光质的生态作用
? 叶绿素的吸收光谱
– 蓝紫光,430～ 450nm 红光,640～ 660nm
? 不同光质的作用
– 蓝紫光：促进蛋白质的合成 红光：促进糖的合成
? 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
? 紫外线能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素 D的
合成
? 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
17
生物对光质的适应
? 太阳鱼视力的灵敏峰值为 500～ 530nm
? 绿色植物和绿藻、红藻、褐藻和硅藻光合色
素的差异
? 高山植物含花青素、页面缩小、毛绒发达
18
光照强度的生态作用
? 影响动物的生长发育
? 影响动物的体色
? 影响植物叶绿素的形成
– 黄化现象
? 影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的
生长和分化
? 影响植物花果的数量和质量
19
植物对光照强度的适应
? 植物的向光性
? 植物秋季落叶
? C3植物和 C4植物
– 光合能力
? 阳地植物和阴地植物、耐阴植物
– 生理差异
– 形态差异
20
动物对光照强度的适应
?
依
活
动
时
间
的
动
物
分
类
?
动
物
开
始
活
动
的
时
间
21
生物对光周期的适应
? 生物的昼夜节律
– 光的周期性
– 生物的昼夜节律
– 外源性周期和内源性周期
? 生物的光周期现象
– 植物的光周期现象
? 植物的光周期：长日照、短日照、中日照和日中性植物
? 植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植
– 动物的光周期现象
? 动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义
? 昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期
22
实验室恒定条件下生物的节律
23
鸟
类
节
律
24
植物开花对日照长度的反应
? 长日照植物：萝卜、菠菜、小麦、凤仙花、牛蒡等
? 短日照植物：玉米、高粱、水稻、棉花、牵牛等
? 中日照植物：甘蔗等少数热带植物
? 日中性植物：蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄
～
25
2.4 生物对温度适应
2.4.1 温度与动物类型
2.4.2 温度对生物的影响
2.4.3 生物对极端环境温度的适应
– 生物对低温的适应
– 生物对高温的适应
2.4.4 生物对周期性变温的适应
2.4.5 物种分布与环境温度
26
温度与动物类型
? 常温动物
? 变温动物
? 外温动物
? 内温动物
27
温度对生物的影响
? 酶反应速率与温度域
? 生物发育和生长速度
? 驯化和气候驯化
28
酶反应速率与温度域
? 温度系数 Q10
? 高温对生物的伤害
– 高温的伤害：蛋白质 (酶 )变性、有机体脱水
– 不同物种对高温的耐受性不同
? 低温对生物的伤害
– 低温的伤害：冻害（ freeze injury）、冷害
(chilling injury)
– 不同物种对低温的耐受性不同
– 生物的抗寒锻炼
29
生物发育和生长速度
? 发育阈温度 (生物学零度 )
? 总积温 (有效积温 ),K=N(T-C)
? 发育历期和发育速率
30
驯化和气候驯化
? 春化 (vernalization), 植物在发芽前需要一个寒冷期，
由低温诱导开花。
? 驯化 (acclimation)和气候驯化 (acclimatization)
– 概念和过程
– 生物对环境的适应
– 生态适应和基因变异
31
生物对低温的适应
? 植物
– 形态结构：油脂、鳞片、短小、匍匐状，厚皮
– 生理适应：细胞内物质含量变化 (糖类、脂肪 )
? 动物
– 形态,贝格曼规律, 阿仑规律,毛、皮结构、
脂肪层
– 生理：基础代谢和非颤抖性产热 (褐色脂肪 )，身
体异温，水生哺乳动物的乳汁构成、热交换器等
– 行为：迁徙、冬眠、冬睡、滞育、集群、活动
位置
32
生物对高温的适应
? 植物
– 形态适应：叶片毛、鳞片、颜色、排列
– 生理适应：细胞含水量 (糖 /盐浓度、代谢强度 )
? 动物
– 形态适应：毛皮性质和颜色
– 生理适应：体温过热
– 行为适应：栖居地点、活动时间
33
生物对周期性变温的适应
? 生物与昼夜变温
– 昆虫的发育历期
– 植物的产量与品质
– 动物的活动规律
? 生物与季节变温
– 植物春花秋实
– 动物休眠、换毛换羽、迁徙、回游、繁殖季
节
34
物种分布与环境温度
? 生物群落分布与温度带
? 低温的限制作用 —— 致死
? 高温的限制作用 —— 春化
? 温度与其它生态因子的综合作用
35
蓝
紫 绿
橙
紅
红外线
400 500 600 70 0
波长 nm
↑
相
对
吸
收
叶绿素 α的吸收光谱
36
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
50
40
30
20
10
C4
C3
光强度 /J·m-1·g-1
CO
2摄取
/m
gc
o 2·
dm
-2 ·
h-1
光合作用与光照强度的关系
高粱 玉米
小麦
阳草
水青冈
阴草
37
阴地植物与阳地植物对光照强度的适应
38小时
植
物
光
合
作
用
的
昼
夜
变
化
39
不同物种对高温的耐受性
? 水生植物,30～ 40℃
? 旱生植物,50～ 60℃
? 兽类,42℃
? 鸟类,46～ 48℃
? 爬行类,45℃
40
贝格曼规律 (Bergmann’s rule)
? 内容, 高纬度的恒温动物比低纬度的
相似种类个体要大，如东北虎
大于华南虎。
? 原因, 一般认为，动物个体大则相同
质量所对应的体表面积就小，
对恒温动物来说在竞争中应付
体表散热所损失的能量相对较
少，在进化选择中是有利的。
41
阿仑规律 (Allen’s rule)
? 内容：在寒冷地区生活的哺乳动物的四肢、耳、鼻、尾均有
明显缩短的趋势。
? 原因：寒冷地区对哺乳动物的主要生态问题是保持体温，躯
体突出部分缩短可减少散热，对动物在环境中竞争显
然是有利的。
42本章结束，谢谢
云南大学生命科学学院
普通生态学
(2)
2
第二章 能量环境
2.1 地球上的能量类型
2.2 地球上光及温度的分布
2.3 生物对光的适应
2.4 生物对温度的适应
3
2.1 地球上的能量类型
2.1.1 太阳能，光能
2.1.2 地热能
2.1.3 风能
2.1.4 化学能
2.1.5 有机物中包含的化学能
2.1.6 其他能量
问题：生物可以利用那些能量？
4
2.2 地球上光及温度的分布
2.2.1 地球上光的分布
– 太阳辐射及其光谱组成
– 地球上光的分布规律
2.2.2 地球上温度的分布
– 大气温度的分布与变化
– 土壤温度的分布与变化
– 水体温度的分布与变化
5
500 1000 2000 3000
4000
可
见
光
红
外
线
紫
外
线
波长 nm
能
流
强
度
太阳辐射及其光谱组成
? 紫外光：波长 <380nm，
9%
? 可见光：波长 380～ 760nm，
45%
? 红外光：波长 >760nm，
46%
6
影响太阳辐射的因素和光的分布规律
? 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
? 光质 (光谱成分 )
– 低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多
– 夏季、中午短波光多，冬季、早晚长波光多
? 日照时间
– 夏季昼长夜短、冬季昼短夜长
– 纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜
? 光照强度
– 低海拔、高纬度光照强度弱，高海拔、低纬度光照强度大
– 夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱
– (北半球 )南坡光照强度大，北坡光照强度弱
7
地
球
表
面
的
太
阳
辐
射
8
The seasons in the Northern and Southern
Hemispheres
9
10°
20°
30°
35°
40°
45°
50°
10°
20°
30°
35°
40°
45°
50°
50°
45°
40°
35°
30°
20°
10°
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
光
期
hr
暗
期
hr
2 4 6 8 10 12M
不
同
季
节
各
纬
度
的
日
照
长
度
10
地表大气温度的分布与变化
? 空间分布与变化
– 纬度升高 1°,气温降低 0.5℃
– 沿海地区气温变化小，内陆地区变化大
– 南坡气温较北坡高，海拔升高 100m，气温降低 0.6～
1℃
– 逆温现象
? 时间变化
– 日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加
– 年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大
11
土壤温度的分布与变化
? 土壤温度与气温相关
? 土壤温度变化与深度有关
? 土壤温度变化时间较气温滞后，且与深度有关
? 温度变化周期与深度相关
? 土壤温度的年变化与纬度、海拔有关
12
土壤与空气温度变化比较
13
水体温度的分布与变化
? 水温的时间变化
– 变化幅度较气温小
– 不同深度水体的日变化
– 不同深度水体的年变化
? 水温的成层现象
– 水温分层：上湖层、斜温层 (温梯层 )和下湖层
– 春季环流和秋季环流
– 低纬度地区：雨季和干季
– 海洋：低纬度水域、中纬度水域
14
温带深水湖水温垂直变化
15
2.3 生物对光的适应
2.3.1 光质的生态作用和生物的适应
– 光质的生态作用
– 生物对光质的适应
2.3.2 光照强度的生态作用和生物的适应
– 光照强度的生态作用
– 植物对光照强度的适应
– 动物对光照强度的适应
2.3.3 生物对光周期的适应
– 生物的昼夜节律
– 生物的光周期现象
16
光质的生态作用
? 叶绿素的吸收光谱
– 蓝紫光,430～ 450nm 红光,640～ 660nm
? 不同光质的作用
– 蓝紫光：促进蛋白质的合成 红光：促进糖的合成
? 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
? 紫外线能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素 D的
合成
? 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
17
生物对光质的适应
? 太阳鱼视力的灵敏峰值为 500～ 530nm
? 绿色植物和绿藻、红藻、褐藻和硅藻光合色
素的差异
? 高山植物含花青素、页面缩小、毛绒发达
18
光照强度的生态作用
? 影响动物的生长发育
? 影响动物的体色
? 影响植物叶绿素的形成
– 黄化现象
? 影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的
生长和分化
? 影响植物花果的数量和质量
19
植物对光照强度的适应
? 植物的向光性
? 植物秋季落叶
? C3植物和 C4植物
– 光合能力
? 阳地植物和阴地植物、耐阴植物
– 生理差异
– 形态差异
20
动物对光照强度的适应
?
依
活
动
时
间
的
动
物
分
类
?
动
物
开
始
活
动
的
时
间
21
生物对光周期的适应
? 生物的昼夜节律
– 光的周期性
– 生物的昼夜节律
– 外源性周期和内源性周期
? 生物的光周期现象
– 植物的光周期现象
? 植物的光周期：长日照、短日照、中日照和日中性植物
? 植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植
– 动物的光周期现象
? 动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义
? 昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期
22
实验室恒定条件下生物的节律
23
鸟
类
节
律
24
植物开花对日照长度的反应
? 长日照植物：萝卜、菠菜、小麦、凤仙花、牛蒡等
? 短日照植物：玉米、高粱、水稻、棉花、牵牛等
? 中日照植物：甘蔗等少数热带植物
? 日中性植物：蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄
～
25
2.4 生物对温度适应
2.4.1 温度与动物类型
2.4.2 温度对生物的影响
2.4.3 生物对极端环境温度的适应
– 生物对低温的适应
– 生物对高温的适应
2.4.4 生物对周期性变温的适应
2.4.5 物种分布与环境温度
26
温度与动物类型
? 常温动物
? 变温动物
? 外温动物
? 内温动物
27
温度对生物的影响
? 酶反应速率与温度域
? 生物发育和生长速度
? 驯化和气候驯化
28
酶反应速率与温度域
? 温度系数 Q10
? 高温对生物的伤害
– 高温的伤害：蛋白质 (酶 )变性、有机体脱水
– 不同物种对高温的耐受性不同
? 低温对生物的伤害
– 低温的伤害：冻害（ freeze injury）、冷害
(chilling injury)
– 不同物种对低温的耐受性不同
– 生物的抗寒锻炼
29
生物发育和生长速度
? 发育阈温度 (生物学零度 )
? 总积温 (有效积温 ),K=N(T-C)
? 发育历期和发育速率
30
驯化和气候驯化
? 春化 (vernalization), 植物在发芽前需要一个寒冷期，
由低温诱导开花。
? 驯化 (acclimation)和气候驯化 (acclimatization)
– 概念和过程
– 生物对环境的适应
– 生态适应和基因变异
31
生物对低温的适应
? 植物
– 形态结构：油脂、鳞片、短小、匍匐状，厚皮
– 生理适应：细胞内物质含量变化 (糖类、脂肪 )
? 动物
– 形态,贝格曼规律, 阿仑规律,毛、皮结构、
脂肪层
– 生理：基础代谢和非颤抖性产热 (褐色脂肪 )，身
体异温，水生哺乳动物的乳汁构成、热交换器等
– 行为：迁徙、冬眠、冬睡、滞育、集群、活动
位置
32
生物对高温的适应
? 植物
– 形态适应：叶片毛、鳞片、颜色、排列
– 生理适应：细胞含水量 (糖 /盐浓度、代谢强度 )
? 动物
– 形态适应：毛皮性质和颜色
– 生理适应：体温过热
– 行为适应：栖居地点、活动时间
33
生物对周期性变温的适应
? 生物与昼夜变温
– 昆虫的发育历期
– 植物的产量与品质
– 动物的活动规律
? 生物与季节变温
– 植物春花秋实
– 动物休眠、换毛换羽、迁徙、回游、繁殖季
节
34
物种分布与环境温度
? 生物群落分布与温度带
? 低温的限制作用 —— 致死
? 高温的限制作用 —— 春化
? 温度与其它生态因子的综合作用
35
蓝
紫 绿
橙
紅
红外线
400 500 600 70 0
波长 nm
↑
相
对
吸
收
叶绿素 α的吸收光谱
36
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
50
40
30
20
10
C4
C3
光强度 /J·m-1·g-1
CO
2摄取
/m
gc
o 2·
dm
-2 ·
h-1
光合作用与光照强度的关系
高粱 玉米
小麦
阳草
水青冈
阴草
37
阴地植物与阳地植物对光照强度的适应
38小时
植
物
光
合
作
用
的
昼
夜
变
化
39
不同物种对高温的耐受性
? 水生植物,30～ 40℃
? 旱生植物,50～ 60℃
? 兽类,42℃
? 鸟类,46～ 48℃
? 爬行类,45℃
40
贝格曼规律 (Bergmann’s rule)
? 内容, 高纬度的恒温动物比低纬度的
相似种类个体要大，如东北虎
大于华南虎。
? 原因, 一般认为，动物个体大则相同
质量所对应的体表面积就小，
对恒温动物来说在竞争中应付
体表散热所损失的能量相对较
少，在进化选择中是有利的。
41
阿仑规律 (Allen’s rule)
? 内容：在寒冷地区生活的哺乳动物的四肢、耳、鼻、尾均有
明显缩短的趋势。
? 原因：寒冷地区对哺乳动物的主要生态问题是保持体温，躯
体突出部分缩短可减少散热，对动物在环境中竞争显
然是有利的。
42本章结束，谢谢
