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生物課PPT:以生物與環境的相互作用案例講透生物與環境知識點
生物與環境是相互作用的關系,環境影響生物分布,生物也會慢慢的改變環境,兩者相輔相成。
環境對生物的作用是多方面的,可以影響生物的生長、發育、繁殖和行為,影響生物的生育力和死亡率,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。比如企鵝只能分布南極大陸,主要是受溫度的限制;荒漠地帶物種稀少主要受水分的限制。當溫度劇烈變化時,會導致生物死亡或停止生殖。隨著自然的季節性變化,會導致動物的遷移、脫毛脫羽,動植物的休眠等。
生物與環境的相互作用:沙漠荒漠景觀
生物并不是消極被動地對待環境的作用,它可以從自身的形態、生理、行為等方面不斷進行調整,以適應環境中的生態因子變化,將其限制作用減小。因此,在不同的環境中,生物會產生不同的適應性變異。例如,溫度會影響海龜卵的孵化性別,如果將龜卵放置在20℃至27℃溫度下孵化,出生的小龜往往是雄性;如果放置在30℃至35℃溫度下,出生的小龜則以雌性為多。因此這樣的現象也被認為是環境因子影響下的結果。還有水溫是影響魚類繁殖的首要因素。生活在歐洲的一種淡水魚歐鳊,隨著氣溫由南到北逐漸變冷,它的繁殖也由南方的一年連續產卵逐級變成一年產一次卵,以適應環境的溫度,并形成遺傳固定性特征。高山低氧是哺乳類生存的限制因子,美洲鹿鼠從海平面到4000米海拔連續分布10個亞種,它們的血液氧結合能力隨著海拔升高而增加,既對低氧環境產生了適應性的遺傳變異。
生物與環境的相互作用:沙漠荒漠景觀
生物對自然環境的適應,還表現在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的線索。例如光照周期的變化作為季節變化的信號,對生物體的生物鐘起到板機作用,引起一系列的生理、形態和行為的變化。
生物與環境的相互作用:過度放牧破壞草場
生物對環境的影響,一般稱為反作用。生物對環境的反作用表現在改變了生態因子的狀況。如荒地上培育起樹林,樹林能吸收大量的太陽輻射,能保持水分、降低風速,形成新的小氣候環境;樹林的凋落物作為絕熱層,可防止土壤凍結。又如土壤微生物與土壤動物的活動,改變了土壤的結構與理化性質;動植物的殘體分解后加入土壤,使土壤養分發生很大變化。由于人類技術的發展和對土地運用方式的變化,而導致全球氣候的變化,是有機體如何影響環境的最突出的例子。又如草場的過度放牧導致的草場退化。
一、環境對生物的限制作用
環境的生物的影響存在最小因子、限制因子、受限性及生態幅等定律。
最小因子定律(Liebig)
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。
限制因子定律(Blackman)
任何生態因子,只要接近或超過某種生物的耐受性極限,就會影響生物的生存、生長、繁殖或擴散。
生態因子低于最低狀態時,生理現象完全停止;在最適狀態下,顯示生理狀態的最大觀測值;在最大狀態之上,生理現象又停止了。
耐受性定律(Shelford)
任何一個生態因子在數量上和質量上的不足或過多,都會導致該生物的衰退和不能生存。
每一種生物對不同生態因子的耐受范圍存在差異。生物在整個個體發育過程中,對環境因子耐受限度不同。不同生物種對同一生態因子的耐受性是不同的。
影響生物的各因子之間,存在明顯的相互關聯。
不同生態因子的影響圖
生態幅(ecological amplitude)
一種生物對一種生態因子耐受性的上下限之間的范圍,為生態幅。
生態幅是生物進化的結果,是由生物的遺傳特性決定的,在生態幅最適區,生物的生理狀態最佳,繁殖率最高,數量最多。
生態幅與環境梯度關系圖
二、生物對環境的適應
生物通過生態因子的調節可以適應環境的變化,但對環境的適應是有一定限度的。
下圖仿哈迪在1984年對駱駝做的實驗,在得不到飲水時肛溫可出現高達5~6℃的晝夜波動;在飲水情況下,體溫的晝夜波動小得多。
駱駝在得不到飲水和得到飲水情況下肛溫變化圖
內穩態適應模式
生物對環境的適應主要機理是內穩態模式,是生物適應環境的基礎,是一種內穩態機制的進化方式。
生物控制自身的體內環境使其保持相對穩定,從而增加生態因子的耐受幅度,提高對環境的適應力。
內穩態有其生理和行為基礎,如,動物體溫調節和滲透壓調節體內鹽分濃度適應環境和生態因子的變化。
內穩態生物和非內穩態生物適應模式
根據生物對非生物因子的反應或依據外部條件變化對生物體內狀態的影響劃分內穩態或非內穩態適應模式。
內穩態與非內穩態生物的耐受限度如下下圖,內穩態型在一定程度內生物因子梯度變化時生物因子維持相對穩定;而非穩態型隨著環境因子梯度的變化,生物因子發生相應變化。
內穩態和非內穩態生物環境梯度圖
兩類生物的基本差異是:決定其耐受限度的根據不同,對內穩態生物來說,其耐受限度只簡單地決定于其特定的酶系統能在什么溫度范圍內起作用;對非內穩態生物來說,其內穩態機制能發揮作用的范圍就是他的耐受限度。
揭示生物適應環境的機理:
一是馴化,可以通過耐受限度的調整來實現對生物的馴化目的。生物能借助馴化過程可以稍微調整它們對某個或某些生態因子的耐受范圍。
二是形態改變適應環境。如,絲柏樹通過生長通氣根適應了在水環境的生存,熊通過冬眠適應冬季食物不足的環境,蜥蜴通過顏色的變化調節體溫適應環境,等。
絲柏樹通過通氣根適應水環境的生存
熊冬眠、蜥蜴形態改變適應環境的方式
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