第章生物與太陽輻射

第一章生物與太陽輻射知識點：1、太陽輻射光譜生態(tài)效應3、太陽輻射時間的生態(tài)效應2、太陽輻射強度的生態(tài)效應太陽輻射的生態(tài)效應、對生物的影響、生物的適應和適應類型。影片當前1頁，總共32頁。第一章生物與太陽輻射一、太陽輻射的特點2、到達地面的太陽輻射1、太陽常數(shù)3、太陽光譜1、太陽的輻射光譜生態(tài)效應二、太陽輻射的生態(tài)效應3、太陽輻射時間的生態(tài)效應2、太陽輻射強度的生態(tài)效應三、生物對光的適應問題與討論四、提高群體光能利用率的途徑當前2頁，總共32頁。當前3頁，總共32頁。指平均日地距離時，在地球大氣層上界垂直于太陽輻射的單位表面積上所接受的太陽輻射能。1.1太陽輻射常數(shù)近年來通過各種先進手段測得太陽常數(shù)的標準值,一年中日地距離的變化所引起的變化不超過±3.4％。一、太陽輻射的特點當前4頁，總共32頁。23.5°秋分（9月23日）太陽春分（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？當前5頁，總共32頁。1.2到達地面的太陽輻射O′A/OA就稱為大氣質量(m):它表示太陽輻射穿過地球大氣的路徑與太陽在天頂方向垂直入射時的路徑之比。一、太陽輻射的特點通常設定標準大氣壓和O℃時海平面上太陽垂直入射時，大氣質量m＝1。它與海拔、坡向、植被有關。當前6頁，總共32頁。太陽輻射有其本身的光譜組成。其中波長在0.38--0.76μm的可見光:生態(tài)學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）。它與可見光譜相符。——0.29——0.38——0.49——0.58——0.76——

紫外線

藍紫光

綠光

紅橙光紅外線區(qū)一、太陽輻射的特點3、太陽光譜(Solarradiationspectrum)植物主要吸收當前7頁，總共32頁。1、太陽輻射光譜的生態(tài)效應A紫外線：B可見光：C紅外線：殺菌，抑制細胞分裂;促進V-d合成。對植物的生理活性及光合產(chǎn)物有影響，生態(tài)學研究的重點。紅、橙光：葉綠素吸收最多，紅光亦能促進葉綠素的形成。藍、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生長，使植物形態(tài)矮小，向光性更敏感，促進植物色素的形成。綠光：很少利用，因被葉子透過和反射，綠色即因此。熱線，提高植物體的溫度，促進莖的延長生長，有利于種子和孢子的萌發(fā)。二、太陽輻射的生態(tài)效應案例應用：彩色薄膜的應用(p23)動物體色變化當前8頁，總共32頁。如何解釋高山植物的矮??？環(huán)境條件；藍紫光與青光抑制植物的伸長生長；紫外線抑制植物莖的生長，使高山植物莖干短粗，葉面縮小、蓮座狀葉叢，毛絨發(fā)達的生長型。是對高山多短波光的適應。當前9頁，總共32頁。紫外線的危害和植物的防護致癌和殺傷；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、改變植物的生長型和減緩植物的生長；防護研究是熱點。當前10頁，總共32頁。小知識：曬太陽的10個好處增加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。增加快樂激素——內啡肽。促進心臟健康。陽光能擴張血管，促進血液循環(huán)，降低血壓。自然排毒。提高肝臟功能過濾和排出體內毒素，血液循環(huán)加速也利于排毒。有益皮膚?？纱龠M濕疹、潰瘍真菌感染及痤瘡等皮膚疾病的痊愈。增強免疫力。增加紅血球和白血球的數(shù)量。有助于減肥。陽光促進新陳代謝，保持血糖水平。自然消毒抗炎。殺死病毒和細菌，“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，陽光可促進它的產(chǎn)生。當前11頁，總共32頁。討論：

下列植物隨太陽輻射強度變化的光合能力（photosynseticcapacity）的變化？1、玉米、高粱等（C4）2、小麥、水青岡等（C3）光合能力：當傳入的輻射能是飽和的、溫度適宜、相對濕度高、大氣中的CO2和O2的濃度正常時的光合作用速率。當前12頁，總共32頁。2、太陽輻射強度的生態(tài)效應1）光照強度的變化2）光照強度與水生植物3）光照強度與陸生植物4）光照強度與動物的行為當前13頁，總共32頁。測量太陽輻射的儀器照度計天空輻射表紫外輻射表散射輻射表當前14頁，總共32頁。光補償點光飽和點光照強度過量呼吸（CO2）凈釋放凈光合作用（CO2）凈吸收耐蔭植物不耐蔭植物2、太陽輻射強度的生態(tài)效應Compensationpoint，CP植物同化器官中當光合作用吸收的CO2與呼吸釋放的CO2

相等時的光照強度。Saturationpoint，SP在自然條件下，當光強〉光補償點時，光合強度隨光強的增加而增加，當增加到一定值后，光合強度不再增加時的光強。當前15頁，總共32頁。

戰(zhàn)術響應陽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層葉脈葉綠素氣孔光強對植物形態(tài)建成的作用同種植物在不同的光環(huán)境下生長有明顯的差異,如陰暗的角落的草、苗柔細泛黃為黃化現(xiàn)象（etialation）。根/莖：弱光下減小，根系不發(fā)達，莖生長相對較大，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)當前16頁，總共32頁。光照強度與動物的行為晝行性動物：多數(shù)鳥類、靈長類、有蹄類等，又稱廣光性種類，包括有些部分晝夜活動的動物，如田鼠。夜行性動物或晨昏性動物：蝙蝠、家鼠、夜鷹、蛾類等，又稱狹光性種類。自然條件下動物每天活動時間由光照強度決定。當前17頁，總共32頁。3、太陽輻射時間的生態(tài)效應光周期現(xiàn)象及其類型光周期誘導生物鐘生態(tài)學意義光周期控制應用光周期現(xiàn)象及其類型光周期誘導生物鐘生態(tài)學意義光周期控制應用當前18頁，總共32頁。思考：動物和植物對日照有規(guī)律變化的各種物候節(jié)律？當前19頁，總共32頁。光周期現(xiàn)象（photoperiodism）：

在生態(tài)學上把生物對日照長短或晝夜周期變化的各種生理反應稱為光周期現(xiàn)象。對植物主要是誘導花芽的形成和開始休眠，根據(jù)開花、休眠和器官的形成可劃分如下類型：3、太陽輻射時間的生態(tài)效應

當前20頁，總共32頁。

日中性植物

短日（照）植物（short-dayplant）:長日（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開花的光周期現(xiàn)象中日（照）性植物當前21頁，總共32頁。如楊樹、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開花的光周期現(xiàn)象B休眠的光周期現(xiàn)象當前22頁，總共32頁。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。植物如不能在低溫、霜凍來臨之前形成種子，就不能繁殖后代。許多植物在長期的適應過程中形成了這種感應季節(jié)的本領。1、使不同花期的植物同時開花，便于雜交；2、采用短日照誘導提高植物的抗性；3、南種北移等。當前23頁，總共32頁。光周期誘導（photoperiodinducement）無論長日植物還是短日植物，一般只要求經(jīng)歷一定天數(shù)的長日或短日就能成花，并不要求長期處于那種日照長度之下。有些短日照植物，如蒼耳，甚至一個短日長夜周期，即可成花。但光周期處理到花芽分化需要一段時間。

這種適合的光暗周期使植物從不分化花芽的營養(yǎng)生長階段轉入分化花芽的狀態(tài)的作用，稱為光周期誘導。

花卉春節(jié)、教師節(jié)上市按E.比寧的理論，許多植物體內有一種內在節(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，一般在21與28小時之間。當前24頁，總共32頁。光周期處理24小時對各種光周期的成花反應圖解短日照植物長日照植物開花營養(yǎng)生長營養(yǎng)生長開花營養(yǎng)生長開花營養(yǎng)生長開花營養(yǎng)生長開花開花營養(yǎng)生長光明黑暗1長夜反應2短夜反應3夜間斷效應=短夜反應4長光期插入暗處理=短夜反應5短光期+短暗期=短夜反應6>24小時的長光期+長暗期=長夜反應無論對于短日植物或長日植物，以光將長夜打斷，都產(chǎn)生類似于短夜的效應；而以暗間斷將長日打斷卻不影響長日效應。當前25頁，總共32頁。利用對植物光周期特性控制生長發(fā)育的辦法：1、人工改變日長2、選擇品種特性4當前26頁，總共32頁。光周期控制的應用①詳細了解當?shù)厝臻L的季節(jié)變化和待引品種的光周期要求；②人工縮短或延長光照時間可促進或延遲開花；③育種中，當收獲后立即播種，而光周期不利于開花結實時，人工調整日長，可使之及時成花、結實，從而加速世代繁育，縮短育種年限。中國育種學家創(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。④對收獲營養(yǎng)體的作物,利用長日條件推遲成花以提高營養(yǎng)體產(chǎn)量或品質。當前27頁，總共32頁。3）動物的光周期現(xiàn)象遷徙：如家燕、魚類繁殖：如家雞照明可增產(chǎn)換毛和換羽：鳥、哺乳動物昆蟲滯育（diapause)：梨小食心蟲?？傊c其他因子相比，日照是地球上最穩(wěn)定和規(guī)律性的變化，通過長期進化，生物最終選擇了光周期作為生物節(jié)律的信號，成為生命活動的定時器和啟動器。當前28頁，總共32頁。在森林群落中，不同的植物分別處于不同的層次便是對光適應的反映。干和葉形態(tài)的變化亦是對光的適應，陸地上綠色植物的向上生長和枝葉的分布，是充分利用陽光的適應形式；光的照射常常使植物的生長表現(xiàn)出向光性，即單向的光可引起植物的向性生長運動（向日葵）。當前29頁，總共32頁。不同光強要求的植物生態(tài)類型（戰(zhàn)略差異）陽性植物：陰性植物：耐蔭植物：必須指出，植物的耐蔭性是相對的，其喜光程度與緯度、氣候、年齡、土壤等條件有密切關系。

如木棉、梭樹、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。當前30頁，總共32頁。四、提高群體光能利用率的途徑光能利用率是指植物生長發(fā)育期中單位面積上的光合產(chǎn)物與到達冠層上部的光量子輻射能量的比值?？梢酝ㄟ^儀器測定。植物或生態(tài)系統(tǒng)轉換的輻射能KJ/m2·d轉換效率（%）熱帶雨林5503.5微藻類3003.0珊瑚礁160~6302.4糖甘蔗3101.8玉米田1401.6熱帶森林人工林1200.7外海120.09北極凍原80.08熱荒漠20.0