第1章 生物與太陽(yáng)輻射

討論 高山植物為什么矮小 海龜為什么定期曬太陽(yáng) 第一章生物與太陽(yáng)輻射 知識(shí)點(diǎn) 1 太陽(yáng)輻射光譜生態(tài)效應(yīng) 3 太陽(yáng)輻射時(shí)間的生態(tài)效應(yīng) 2 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的生態(tài)效應(yīng) 太陽(yáng)輻射的生態(tài)效應(yīng) 對(duì)生物的影響 生物的適應(yīng)和適應(yīng)類型 影片 第一章生物與太陽(yáng)輻射 一 太陽(yáng)輻射的特點(diǎn) 2 到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射 1 太陽(yáng)常數(shù) 3 太陽(yáng)光譜 1 太陽(yáng)的輻射光譜生態(tài)效應(yīng) 二 太陽(yáng)輻射的生態(tài)效應(yīng) 3 太陽(yáng)輻射時(shí)間的生態(tài)效應(yīng) 2 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的生態(tài)效應(yīng) 三 生物對(duì)光的適應(yīng) 問(wèn)題與討論 四 提高群體光能利用率的途徑 指平均日地距離時(shí) 在地球大氣層上界垂直于太陽(yáng)輻射的單位表面積上所接受的太陽(yáng)輻射能 1 1太陽(yáng)輻射常數(shù) 近年來(lái)通過(guò)各種先進(jìn)手段測(cè)得太陽(yáng)常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值 一年中日地距離的變化所引起的變化不超過(guò) 3 4 一 太陽(yáng)輻射的特點(diǎn) 23 5 秋分 9月23日 太陽(yáng) 春分 3月21日 夏至 6月21日 冬至 12月22日 地球 思考 為什么陸地表面氣候差異很大 1 2到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射 O A OA就稱為大氣質(zhì)量 m 它表示太陽(yáng)輻射穿過(guò)地球大氣的路徑與太陽(yáng)在天頂方向垂直入射時(shí)的路徑之比 一 太陽(yáng)輻射的特點(diǎn) 通常設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和O 時(shí)海平面上太陽(yáng)垂直入射時(shí) 大氣質(zhì)量m 1 它與海拔 坡向 植被有關(guān) 太陽(yáng)輻射有其本身的光譜組成 其中波長(zhǎng)在0 38 0 76 m的可見(jiàn)光 生態(tài)學(xué)上被植物色素吸收具有生理活性的波段成為光合有效生理輻射 photosyntheticradiation 它與可見(jiàn)光譜相符 0 29 0 38 0 49 0 58 0 76 紫外線藍(lán)紫光綠光紅橙光紅外線區(qū) 一 太陽(yáng)輻射的特點(diǎn) 3 太陽(yáng)光譜 Solarradiationspectrum 植物主要吸收 1 太陽(yáng)輻射光譜的生態(tài)效應(yīng) A紫外線 B可見(jiàn)光 C紅外線 殺菌 抑制細(xì)胞分裂 促進(jìn)V d合成 對(duì)植物的生理活性及光合產(chǎn)物有影響 生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn) 紅 橙光 葉綠素吸收最多 紅光亦能促進(jìn)葉綠素的形成 藍(lán) 紫光 亦可被葉綠素 類胡羅卜素吸收 它們與青光能抑制植物伸長(zhǎng)生長(zhǎng) 使植物形態(tài)矮小 向光性更敏感 促進(jìn)植物色素的形成 綠光 很少利用 因被葉子透過(guò)和反射 綠色即因此 熱線 提高植物體的溫度 促進(jìn)莖的延長(zhǎng)生長(zhǎng) 有利于種子和孢子的萌發(fā) 二 太陽(yáng)輻射的生態(tài)效應(yīng) 案例應(yīng)用 彩色薄膜的應(yīng)用 p23 動(dòng)物體色變化 如何解釋高山植物的矮小 環(huán)境條件 藍(lán)紫光與青光抑制植物的伸長(zhǎng)生長(zhǎng) 紫外線抑制植物莖的生長(zhǎng) 使高山植物莖干短粗 葉面縮小 蓮座狀葉叢 毛絨發(fā)達(dá)的生長(zhǎng)型 是對(duì)高山多短波光的適應(yīng) 紫外線的危害和植物的防護(hù) 致癌和殺傷 UV A UV B UV C 臭氧減少1 UV B輻射引起的皮膚癌增加1 4 UV B損傷DNA 抑制光合作用 改變植物的生長(zhǎng)型和減緩植物的生長(zhǎng) 防護(hù)研究是熱點(diǎn) 小知識(shí) 曬太陽(yáng)的10個(gè)好處 增加V d 借助紫外線發(fā)生光合作用 由人體皮膚中唯一合成的維生素 增加快樂(lè)激素 內(nèi)啡肽 促進(jìn)心臟健康 陽(yáng)光能擴(kuò)張血管 促進(jìn)血液循環(huán) 降低血壓 自然排毒 提高肝臟功能過(guò)濾和排出體內(nèi)毒素 血液循環(huán)加速也利于排毒 有益皮膚 可促進(jìn)濕疹 潰瘍真菌感染及痤瘡等皮膚疾病的痊愈 增強(qiáng)免疫力 增加紅血球和白血球的數(shù)量 有助于減肥 陽(yáng)光促進(jìn)新陳代謝 保持血糖水平 自然消毒抗炎 殺死病毒和細(xì)菌 自然的抗生素和消毒劑 防癌 V d抗癌中發(fā)揮重要作用 改善睡眠 大腦松果腺產(chǎn)生的褪黑激素可輔助睡眠 陽(yáng)光可促進(jìn)它的產(chǎn)生 討論 下列植物隨太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化的光合能力 photosynseticcapacity 的變化 1 玉米 高粱等 C4 2 小麥 水青岡等 C3 光合能力 當(dāng)傳入的輻射能是飽和的 溫度適宜 相對(duì)濕度高 大氣中的CO2和O2的濃度正常時(shí)的光合作用速率 2 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的生態(tài)效應(yīng) 1 光照強(qiáng)度的變化2 光照強(qiáng)度與水生植物3 光照強(qiáng)度與陸生植物4 光照強(qiáng)度與動(dòng)物的行為 測(cè)量太陽(yáng)輻射的儀器 照度計(jì) 天空輻射表 紫外輻射表 散射輻射表 光補(bǔ)償點(diǎn) 光飽和點(diǎn) 光照強(qiáng)度 過(guò)量呼吸 CO2 凈釋放 凈光合作用 CO2 凈吸收 耐蔭植物 不耐蔭植物 2 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的生態(tài)效應(yīng) Compensationpoint CP植物同化器官中當(dāng)光合作用吸收的CO2與呼吸釋放的CO2相等時(shí)的光照強(qiáng)度 Saturationpoint SP在自然條件下 當(dāng)光強(qiáng) 光補(bǔ)償點(diǎn)時(shí) 光合強(qiáng)度隨光強(qiáng)的增加而增加 當(dāng)增加到一定值后 光合強(qiáng)度不再增加時(shí)的光強(qiáng) 陽(yáng)生葉陰生葉 小而厚大而薄較厚較薄密疏較少較多較密較稀 葉片大小角質(zhì)層葉脈葉綠素氣孔 光強(qiáng)對(duì)植物形態(tài)建成的作用 同種植物在不同的光環(huán)境下生長(zhǎng)有明顯的差異 如陰暗的角落的草 苗柔細(xì)泛黃為黃化現(xiàn)象 etialation 根 莖 弱光下減小 根系不發(fā)達(dá) 莖生長(zhǎng)相對(duì)較大 蔽蔭下死亡的原因之一 莖形態(tài) 弱光下通直 分枝少 葉片形態(tài) 不同光下的適光變態(tài) 戰(zhàn)術(shù)響應(yīng) 光照強(qiáng)度與動(dòng)物的行為 晝行性動(dòng)物 多數(shù)鳥(niǎo)類 靈長(zhǎng)類 有蹄類等 又稱廣光性種類 包括有些部分晝夜活動(dòng)的動(dòng)物 如田鼠 夜行性動(dòng)物或晨昏性動(dòng)物 蝙蝠 家鼠 夜鷹 蛾類等 又稱狹光性種類 自然條件下動(dòng)物每天活動(dòng)時(shí)間由光照強(qiáng)度決定 3 太陽(yáng)輻射時(shí)間的生態(tài)效應(yīng) 光周期現(xiàn)象及其類型 光周期誘導(dǎo) 生物鐘 生態(tài)學(xué)意義 光周期控制應(yīng)用 光周期現(xiàn)象及其類型 光周期誘導(dǎo) 生物鐘 生態(tài)學(xué)意義 光周期控制應(yīng)用 思考 動(dòng)物和植物對(duì)日照有規(guī)律變化的各種物候節(jié)律 光周期現(xiàn)象 photoperiodism 在生態(tài)學(xué)上把生物對(duì)日照長(zhǎng)短或晝夜周期變化的各種生理反應(yīng)稱為光周期現(xiàn)象 對(duì)植物主要是誘導(dǎo)花芽的形成和開(kāi)始休眠 根據(jù)開(kāi)花 休眠和器官的形成可劃分如下類型 3 太陽(yáng)輻射時(shí)間的生態(tài)效應(yīng) 日中性植物 短日 照 植物 short dayplant 長(zhǎng)日 照 植物 long dayplant 如溫帶起源的作物油菜 羅卜等 晚春與初夏開(kāi)花的花卉或野花 多半起源于低緯度地區(qū) 也包括早春或晚秋開(kāi)花的花卉如菊 臘梅 和作物大豆 玉米等 甘蔗屬的一些種 絕大部分喬木 蒲公英 黃瓜 菜豆等 1 植物光周期現(xiàn)象的類型 A開(kāi)花的光周期現(xiàn)象 中日 照 性植物 如楊樹(shù) 落葉松等 如馬鈴薯 地瓜等 2 植物光周期現(xiàn)象的類型 C地下器官形成的光周期現(xiàn)象 A開(kāi)花的光周期現(xiàn)象 B休眠的光周期現(xiàn)象 光周期現(xiàn)象的生態(tài)意義 在溫帶 溫度的季節(jié)變化幅度很大 隨緯度的增高而冬季延長(zhǎng) 植物如不能在低溫 霜凍來(lái)臨之前形成種子 就不能繁殖后代 許多植物在長(zhǎng)期的適應(yīng)過(guò)程中形成了這種感應(yīng)季節(jié)的本領(lǐng) 1 使不同花期的植物同時(shí)開(kāi)花 便于雜交 2 采用短日照誘導(dǎo)提高植物的抗性 3 南種北移等 光周期誘導(dǎo) photoperiodinducement 無(wú)論長(zhǎng)日植物還是短日植物 一般只要求經(jīng)歷一定天數(shù)的長(zhǎng)日或短日就能成花 并不要求長(zhǎng)期處于那種日照長(zhǎng)度之下 有些短日照植物 如蒼耳 甚至一個(gè)短日長(zhǎng)夜周期 即可成花 但光周期處理到花芽分化需要一段時(shí)間 這種適合的光暗周期使植物從不分化花芽的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)入分化花芽的狀態(tài)的作用 稱為光周期誘導(dǎo) 花卉春節(jié) 教師節(jié)上市 按E 比寧的理論 許多植物體內(nèi)有一種內(nèi)在節(jié)奏 稱為生物鐘或生理鐘 Biologicalclock 它的周期接近但不等于24小時(shí) 一般在21與28小時(shí)之間 光周期處理 24小時(shí) 對(duì)各種光周期的成花反應(yīng)圖解 短日照植物長(zhǎng)日照植物 開(kāi)花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng) 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)開(kāi)花 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)開(kāi)花 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)開(kāi)花 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)開(kāi)花 開(kāi)花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng) 光明 黑暗 1長(zhǎng)夜反應(yīng)2短夜反應(yīng)3夜間斷效應(yīng) 短夜反應(yīng)4長(zhǎng)光期插入暗處理 短夜反應(yīng)5短光期 短暗期 短夜反應(yīng)6 24小時(shí)的長(zhǎng)光期 長(zhǎng)暗期 長(zhǎng)夜反應(yīng) 無(wú)論對(duì)于短日植物或長(zhǎng)日植物 以光將長(zhǎng)夜打斷 都產(chǎn)生類似于短夜的效應(yīng) 而以暗間斷將長(zhǎng)日打斷卻不影響長(zhǎng)日效應(yīng) 利用對(duì)植物光周期特性控制生長(zhǎng)發(fā)育的辦法 1 人工改變?nèi)臻L(zhǎng) 2 選擇品種特性 4 光周期控制的應(yīng)用 詳細(xì)了解當(dāng)?shù)厝臻L(zhǎng)的季節(jié)變化和待引品種的光周期要求 人工縮短或延長(zhǎng)光照時(shí)間可促進(jìn)或延遲開(kāi)花 育種中 當(dāng)收獲后立即播種 而光周期不利于開(kāi)花結(jié)實(shí)時(shí) 人工調(diào)整日長(zhǎng) 可使之及時(shí)成花 結(jié)實(shí) 從而加速世代繁育 縮短育種年限 中國(guó)育種學(xué)家創(chuàng)造了南繁北育的辦法 利用異地溫度和光周期的條件 某些作物可一年繁育2 3代 對(duì)收獲營(yíng)養(yǎng)體的作物 利用長(zhǎng)日條件推遲成花以提高營(yíng)養(yǎng)體產(chǎn)量或品質(zhì) 3 動(dòng)物的光周期現(xiàn)象 遷徙 如家燕 魚(yú)類繁殖 如家雞照明可增產(chǎn)換毛和換羽 鳥(niǎo) 哺乳動(dòng)物昆蟲(chóng)滯育 diapause 梨小食心蟲(chóng) 總之 與其他因子相比 日照是地球上最穩(wěn)定和規(guī)律性的變化 通過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化 生物最終選擇了光周期作為生物節(jié)律的信號(hào) 成為生命活動(dòng)的定時(shí)器和啟動(dòng)器 在森林群落中 不同的植物分別處于不同的層次便是對(duì)光適應(yīng)的反映 干和葉形態(tài)的變化亦是對(duì)光的適應(yīng) 陸地上綠色植物的向上生長(zhǎng)和枝葉的分布 是充分利用陽(yáng)光的適應(yīng)形式 光的照射常常使植物的生長(zhǎng)表現(xiàn)出向光性 即單向的光可引起植物的向性生長(zhǎng)運(yùn)動(dòng) 向日葵 不同光強(qiáng)要求的植物生態(tài)類型 戰(zhàn)略差異 陽(yáng)性植物 陰性植物 耐蔭植物 必須指出 植物的耐蔭性是相對(duì)的 其喜光程度與緯度 氣候 年齡 土壤等條件有密切關(guān)系 如木棉 梭樹(shù) 木麻黃 椰子 芒果 楊 柳 樺 槐 油松及許多一 二年生植物 如紅豆杉 三尖杉 粗榧 香榧 鐵杉 可可 咖啡 肉桂 蘿芙木 珠蘭 茶 拎木 地錦 紫金牛 中華常春藤 三七 草果 人參 黃連 細(xì)辛 寬葉 麥冬及吉祥草等 如羅漢松 竹柏 山楂 鍛 欒 君遷子 桔梗 白笈 棣棠 珍珠梅 虎刺及蝴蝶花等 四 提高群體光能利用率的途徑 光能利用率是指植物生長(zhǎng)發(fā)育期中單位面積上的光合產(chǎn)物與到達(dá)冠層上部的光量子輻射能量的比值 可以通過(guò)儀器測(cè)定 四 提高群體光能利用率的途徑 光能利用率與光合面積 光合時(shí)間 光合能力及外界因子有關(guān) 1 提高群體光合作用強(qiáng)度 從個(gè)體角度培育 篩選良種 2 群體結(jié)構(gòu)上的途徑 合理栽植密度 保持合適的葉面積指數(shù) LAI 充分利用土地利用的時(shí)間差 多層次多物種配置 提高土地覆蓋率 間作 套種 設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù) 利用種間互補(bǔ)原理進(jìn)行物種搭配 3 科學(xué)管理 創(chuàng)造最優(yōu)環(huán)境條件 肥 水等 1 種類夜間汽車(chē)照明燈 核武器爆炸時(shí)的強(qiáng)閃光 紫外光 紅外光等 但對(duì)環(huán)境污