能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)

1、能量環(huán)境能量：是太陽表面以電磁波的形式不斷釋放的太陽輻射或太陽光，它為地球上所有的生命系統(tǒng)提供了能量來源。能量環(huán)境：是指光合溫度組成的地球環(huán)境。能量的特點：為地球上所有的生命系統(tǒng)提供能源。a）生物圈通過綠色植物將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存于植物體內(nèi)，是生物圈與太陽能發(fā)生聯(lián)系的唯一環(huán)節(jié)。b）太陽輻射的變化規(guī)律c）地球表面太陽光分布不均的原因d）太陽輻射能的組成一、光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)（一）地球上光的分布1 .太陽輻射及其光譜組成太陽輻射能通過大氣層時，其輻射強(qiáng)度大大減弱。而地球截取的太陽能約為太陽輸出總能量的20億分之一，地球上綠色植物光合作用所固定的太陽能只占從太陽接受的總能量的千分之一。

2、2 .太陽輻射的變化規(guī)律，地球自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)引起的變化隨緯度變化隨季節(jié)變化.極地的差異太陽輻射變化的規(guī)律地形等引起的變化隨海拔高度變化，隨坡向變化.隨地貌變化1） 光質(zhì)隨時間和空間的變化a）維度變化：短波光隨緯度升高而減少b）海拔變化：短波光隨海拔升高而增加c）季節(jié)變化：冬季長波光多，夏季短波光多d）日變化：早晚長波光多，中午短波光多2）日照長度隨時間和空間的變化a）春分和秋分時全球晝夜相等；b）在北半球，春分到秋分晝長夜短，夏至?xí)冏铋L，并隨緯度升高晝長增加；秋分到春分晝短夜長，冬至?xí)冏疃?，并隨緯度升高晝長變短；c）北極夏半年全為白天，冬半年全為黑夜；赤道附近終年晝夜相等。3 ）光照強(qiáng)度隨時間和空間

3、的變化a）緯度：隨緯度的升局而減少b）經(jīng)度：離海越遠(yuǎn)，強(qiáng)度越大c）海拔：隨海拔升高而增強(qiáng)d）坡向、坡度：北緯30度地方，南坡平坡北坡e）季節(jié)：一年中，夏季較強(qiáng)，冬季較弱f）日變化：一天中，中午最強(qiáng)，早晚最弱4 ）水體中光的變化a）紅外和紫外光僅在水中幾米深就會被吸收完；紫光和藍(lán)光易被水面反射和散射；紅光在4米深水中光強(qiáng)降到1%,藍(lán)綠光能進(jìn)入較深的水中。b）綠藻分布在上層水中，褐藻分布在較深水層中，紅藻分布在最深層，可達(dá)水深200米。c）水中的輻射強(qiáng)度隨水深的增加呈指數(shù)減弱。d）根據(jù)水體中光的強(qiáng)弱或有無，可將水體分為光亮帶、弱光帶和無光帶，分別對生物產(chǎn)生不同的影響。5）植物的光合作用：380-7

4、10nm之間的輻射能為光合有效輻射；葉綠素吸收峰為640-660nm紅光和430-450nm藍(lán)紫光。4UUSUUM。700葉綠素（X的吸收光譜波長巾（二）光質(zhì)的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)1）光質(zhì)的生態(tài)作用a）光質(zhì)不同對植物的形態(tài)建成、向光性及色素形成的影響不同。i. 藍(lán)紫光：促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成；ii. 紅光：促進(jìn)糖的合成；iii. 青光、藍(lán)紫光和紫外線等短波長抑制植物的伸長生長，使植物向光性更敏感。a）紅外線是地表熱量的來源，對外溫動物的體溫調(diào)節(jié)和能量代謝起了決定作用。b）太陽魚視力的靈敏峰值為500-530nm。c）昆蟲的可見光范圍偏重短光波。2）生物對光質(zhì)的適應(yīng)a）植物形成相應(yīng)的葉綠體結(jié)構(gòu)來利用可

5、見光部分制造碳水化合物。b）動物發(fā)展形成不同的色覺，來感知外界環(huán)境的變化。c）動物等生物體形成不同的保護(hù)性結(jié)構(gòu)來適應(yīng)紫外光的照射。如高山植物莖干短粗，葉面縮小，毛絨發(fā)達(dá)的生長型或蓮座狀葉叢。（三）光照強(qiáng)度的生態(tài)作用及生物適應(yīng)影響生物的生長發(fā)育、形態(tài)建成1 .地球上光照強(qiáng)度的變化1）空間：高緯度，低強(qiáng)度。高海拔，高強(qiáng)度。坡向：北緯2326以北，南坡、平地和北坡強(qiáng)度越來越低。與坡度有關(guān)，不同緯度的最強(qiáng)光照的坡度不同。2）時間：夏季高強(qiáng)度，冬季低強(qiáng)度；中午強(qiáng)度最高，早晚強(qiáng)度較低。3）生態(tài)系統(tǒng)：上層，強(qiáng)度大；下層，強(qiáng)度低。植物和水體都分層。清澈靜止的水體15m深處，50%衰減。4）根據(jù)光照強(qiáng)度將水體分

6、為：a）光亮帶：光合作用大于等于代謝能。b）弱光帶：光合作用小于代謝能。c）無光帶：無光合作用。2 .光照強(qiáng)度影響生物的生長、發(fā)育與形態(tài)建成1 ）光照強(qiáng)度影響生物的生長速度。光照強(qiáng)度影響植物器官、組織的生長發(fā)育；果實的產(chǎn)量與品質(zhì)；且能提高果實花青素含量，色彩好看。水生植物只能生活在水體的透光帶（0-100米），海帶等巨型藻類在大陸沿岸生活，單細(xì)胞浮游植物只能在海洋上層生活。?黃化現(xiàn)象：一般植物在黑暗中不能合成葉綠色，而形成胡蘿卜素，導(dǎo)致葉子發(fā)黃，稱為黃化現(xiàn)象。黃化植物在形態(tài)、色澤和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上都與正常植物不同，表現(xiàn)為莖細(xì)長軟弱、節(jié)間距離拉長，葉片小而不展開，植株長度伸長而重量顯著下降。一一這是光

7、對植物形態(tài)建成作用的典型例子。2 ）在動物中，蛙卵、昆蟲卵和海星卵的發(fā)育與光照強(qiáng)度正相關(guān)，但過強(qiáng)的關(guān)照也會使發(fā)育延緩或停止；中華鱉在低光照光強(qiáng)度下生長更快。3）光照還會引起動物的體色變化，岐蝶在光照環(huán)境中體色變淡，黑暗環(huán)境中體色變深。總結(jié)：影響動物的生長發(fā)育，影響動物的體色，影響植物葉綠素的形成，影響植物細(xì)胞的增長和分裂、組織器官的生長和分化，影響植物花果的數(shù)量和質(zhì)量。3 .植物對光照強(qiáng)度適應(yīng)的生態(tài)類型1）陽生植物：在全光照環(huán)境下才能正常生長的植物；2）陰生植物：在較弱光照環(huán)境下比在強(qiáng)光照環(huán)境下生長更好的植物；3） 耐陰植物：在全光照下生長最好，但也能忍受適度的蔭蔽。4 .生物對光照強(qiáng)度的適應(yīng)

8、1） 植物對光照強(qiáng)度的適應(yīng)a）光合作用率在光補(bǔ)償點附近與光照強(qiáng)度成正比，但達(dá)光飽和點后，不隨光強(qiáng)度增加。b）陸生植物對不同光照強(qiáng)度產(chǎn)生了適應(yīng)，形成陽性植物、陰性植物和耐陰性植物。c）水生植物對光照強(qiáng)度產(chǎn)生了適應(yīng)性的水中分布。2） 動物對光照強(qiáng)度的適應(yīng)a）動物結(jié)構(gòu)的適應(yīng)1. 視覺器官形態(tài)上的遺傳適應(yīng)性變化。i. 夜行性動物的眼睛比晝行性動物的要大，如懶猴、飛鼠等ii. 某些嚙齒類的睛球突出于眼眶外，以便從各個方面感受微弱的光線iii. 終生營地下生活的獸類，如颶鼠等眼睛一般很小，有的表面為皮膚覆蓋，成為盲者。II.深海魚或者是具有發(fā)達(dá)的視覺器官，或者本身具有發(fā)光器官。（簸糠的深海發(fā)光器官）b）動

9、物行為的適應(yīng),晝行性動物：白天的強(qiáng)光下活動三種適應(yīng)行為4晝夜性動物：白天晚上均可活動夜行性動物】僅在晚上或弱光下活動5.生物對光照周期的適應(yīng)光周期：北半球夏至最長，冬至最短；南半球相反；赤道晝夜平分；兩級半年白天，半年黑夜。1）生物的晝夜節(jié)律生物的生理活動具有晝夜周期性變化，稱為晝夜節(jié)律。（如動物的活動行為、體溫變化、能量代謝、激素水平，植物的光合作用、蒸騰作用、積累與消耗等）一般認(rèn)為，生物的晝夜節(jié)律受兩個周期的影響，即外源性周期（除光周期外，還有溫度、濕度、磁場等的晝夜變化）和內(nèi)源性周期（內(nèi)部生物鐘）。只有光周期使動植物的晝夜節(jié)律與外界環(huán)境的晝夜變化同步起來。2）生物的光周期現(xiàn)象生物借助于自

10、然選擇與進(jìn)化而形成的對日照長短的規(guī)律性變化的反應(yīng)方式，稱為光周期現(xiàn)象。（如植物的開花結(jié)果、落葉及休眠，動物的繁殖、冬眠、遷徙和換毛換羽等）a）植物的光周期現(xiàn)象根據(jù)植物開花對日照長度的反應(yīng)，將植物分成四種類型：I .長日照植物：日照超過某一數(shù)值或黑夜小于某一數(shù)值時才能開花的植物，如蘿卜、菠菜、小麥等。II .短日照植物：日照小于某一數(shù)值或黑夜長于某一數(shù)值時才能開花的植物，如玉米、高粱、水稻、棉花等。III .中日照植物：晝夜長度接近相等時才開花的植物，如甘蔗只在12.5小時的光照下才開花。僅少數(shù)熱帶植物屬于這一類型。IV .日中性植物：開花不受日照長度影響的植物，如蒲公英、四季豆、黃瓜、番茄及番薯等。植物的光周期現(xiàn)象在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中具有很大的應(yīng)用價值。如新品種培育，引種馴化，園藝上控制開花時間，便于觀賞等。b）動物的光周期現(xiàn)象I .影響動物的生殖時間。長日照動物：春季交配繁殖，雉雞，水貂，刺猬等；短日照動物：秋季交配，羊、鹿、麝等，但產(chǎn)子也在春夏。I