生态学实验1--环境因子对植物形态结构的影响

实验1环境因子对植物形态结构的影响

一、实验目的

1、掌握生长在不同环境下的植物形态结构的特点，理解植物形态结构是如何适应于其生境特征。掌握从植物外部形态及生长，生境特点上鉴别植物耐荫性的方法。

2、理解植物器官的结构特点对植物生长发育及其环境适应的意义。初步判定植物对光照强度的适应类型.。

3、使学生掌握划分植物生活型的方法，并通过不同地区和不同植被类型植物生活型的分析，进一步认识植物与环境的关系及划分植物生活型的生态意义

二、实验原理：

1、在植物的生长发育过程中，光和水是极其重要的生态因子。根据植物与其生境中水分的的关系，把植物分为水生植物、陆生植物（包括了中生植物和旱生植物）。水生植物依据其生活型又可分为沉水植物、浮水植物和挺水植物。生长在不同环境中的植物，在演化过程中会形成一些适应环境的结构特征，其中以叶的结构变化最为显著。叶子是植物的重要器官，它有两大生理功能，光合作用和蒸腾作用。蒸腾作用是根系吸收水分的动力之一，植物根系吸收的矿物质主要是随蒸腾液流上升并转运到植物体的其他部位。另外，蒸腾作用也能降低叶片的表面温度，从而使叶子在强烈的日光照射下，不至于因温度过分升高而受损伤。但蒸腾作用会消耗很到植物体内的水分，因而植物根系吸收的水分和叶片蒸腾作用消耗的水分之间需达到一个等量的状态，即水分平衡状态。植物在长期的进化过程中，逐渐形成了防止水分散失的结构，如叶表面的角质层，密生绒毛，气孔下陷或形成气孔窝，叶片内储水组子发达等，都是为了适应保持水分，减少水分蒸腾的特征。植物生活于不同的生态环境中其叶片的这些适应性结构不同，形态变化也较大。

阳光是植物光合作用的能量来源，但是由于植物长期适应不同的环境条件，不同植物需要的光强不同。根据植物对光强的不同要求，把它们分为阳性植物、阴性植物、耐阴植物三大类。阳地植物与阴生植物是生长在不同光照强度环境中的植物，由于叶是直接接受光照的器官，因此，受光照强度的影响，也就容易反映在它们的形态和结构上。又因为具有相同基因型的植物若长期生活在不同的生态环境中，会出现结构和生理的趋异性；而不同基因型的植物生活在同一环境中，又会出现趋同性，所以，即使是同一植物，因叶所处位置的光照不同，也会有阴生与阳生的差异。一般来说树冠上部和向阳一面的叶，具阳生叶特征；而树冠下部和阴面的叶则具阴生叶的特点。由此也可以看出叶是最具变化的器官。

2、生活型是生物对外界环境适应的外部表现形式，同一生活型的生物，不但体态相似，而且在适应特点上也是相似的。对植物而言，其生活型是植物对综合环境条件的长期适应，而在外貌上反映出来的植被类型。它的形成是植物对相同环境条件趋同适应的结果。在同一类生活型中，常常包括了在分类系统上地位不同的许多种，因为不论各种植物在系统分类上的位置如何，只要它们对某一类环境具有相同或（相似）的适应方式和途径，并在外貌上具有相似的特征，它们都属于同一类生活型。

关于植物生活型的分类有各种标准和系统，这里采用丹麦生态学家Raunkiaer的生活型分类系统和《中国植被》中的生活型系统。

（1）Raunkiaer 的生活型分类系统

他以植物体在度过生活不利时期（冬季严寒、夏季干旱）对恶劣条件的适应方式作为作为分类的基础。具体的是以休眠或复苏芽所处位置的高低和保护的方式为依据，把陆生植物划分为五类生活型。

1）高位芽植物（Phanerophytes）休眠芽位于距地面25 厘米以上，又依高度分为四个亚类，即大高位芽植物（高度＞30 米），中高位芽植物（8～30米），小高位芽植物（2～8米）与矮高位芽植物（25厘米到2米）。如乔木、灌木和一些生长在热带潮湿气候条件下的草本等。

2）地上芽植物（Chamaephytes）更新芽位于土壤表面之上，25厘米之下，多为半灌木或草本植物。受土表的残落物保护，在冬季地表积雪地区也受积雪的保护。

3）地面芽植物（Hemicryptophytes）又称浅地下芽植物或半隐芽植物，更新芽位于近地面土层内，在不利季节，地上部分全枯死，即为多年生草本植物。

4）地下芽植物（Cryptophytes）又称隐芽植物，更新芽位于较深土层中或水中，多为鳞茎类、块茎类和根茎类多年生草本植物或水生植物。

5）一年生植物（Therophytes）是只能在良好季节生长的植物，以种子的形式度过不良季节。

（2）《中国植被》一书中即按植物体态划分出下列生长型类群：

Ⅰ.木本植物

1.乔木：具有明显主干，又分出针叶乔木，阔叶乔木，并进一步分出常绿的，落叶的，簇生叶的，叶退化的。

2.灌木：无明显主干，也可按上述原则进一步划分。

3.竹类。

4.藤本植物。

5.附生木本植物。

6.寄生木本植物。

Ⅱ．半木本植物

7.半灌木与小半灌木。

Ⅲ．草本植物

8.多年生草本植物：又可分出蕨类，芭蕉型，丛生草，根茎草，杂类草，莲座植物，垫状植物，肉质植物，类短命植物等。

9.一年生植物：又分冬性的，春性的与短命植物。

10.寄生草本植物。

11.腐生草本植物。

12.水生草本植物：又分挺水的，浮叶的，漂浮的，沉水的。

Ⅳ.叶状体植物

13.苔藓及地衣。

14.藻菌。

统计某个地区或某个植物群落内各类生活型的数量对比关系称为生活型谱。通过生活型谱可以分析一定地区或某一植物群落中植物与生境（特别是气候）的关系。从各个不同地区或各个不同群落的生活型谱的比较，可以看出各个地区或群落的环境特点，特别是对于植物有重要作用的气候特点。

三、实验材料：

校园内生长在不同生境条件下植物种类

四、方法与步骤：

1、在校园内选择20种完全展叶的成年植物（包括乔木和灌木），分别按下列指标分级进行观测，结果填入”结果1-1”中。

生活型：乔木（针叶、阔叶、常绿、落叶）、灌木（常绿、落叶）。冠形：伞形、近伞形、近圆锥形、圆锥形。枝叶分布：稀疏、较稀疏、较浓密、浓密。透光度：枝叶透光面积占树冠面积的百分比。

叶型：“阳生叶”－只着生阳生叶；“阳、阴”－有阳生叶和阴生叶分化；“阴生叶”－只着生阴生叶。

枝下高（m）：最下一轮活枝到地面的高度。冠高比：树冠长度与树高之比。

相对高：植物株高（树高m）与基径（胸径cm）之比。生长速度：快，较快，较慢，慢。

开花结实：早，较早，较晚，晚。寿命：短，较短，较长，长。

生境：干旱贫瘠，较干旱贫瘠，较湿润肥沃，湿润肥沃。

2、综合考虑各观测指标，对20种植物的耐荫性按由强到弱的顺序（1，2，3，…）排序；

3、根据各植物的耐荫性顺序，并结合年龄、气候、土壤条件对耐荫性的影响，确定不同植物的耐荫性类型（阳性植物、中性植物、阴性植物）

结果1-1植物耐荫性鉴别调查记录表

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植物耐阴性指标量化表

结果1-2植物阳生叶、阴生叶形态、解剖结构特征观察记录表

结果1-3植物阳生叶、阴生叶形态、解剖结构特征观察记录表

附注：根据不同植物对气温的反应，可将其生态类型分为：（1）喜冷植物：例如某些藻类，在零上低温（0～20℃）环境中生长发育，当温度在15～20℃以上即受高温伤害。（2）中生植物：例如水生和阴生的高等植物，地衣和苔藓等，在中等温度10～30℃环境下生长和发育，温度超过35℃就会受伤。（3）喜温植物：可能在30～100℃中生长。其中有一些是在45℃以上就受伤害，称为适度喜温植物，在65～100℃才受害，称为极度喜温植物。

实验报告要求

写出小组合作成员姓名（以6-12人一组为宜），根据调查记录表分析你所调查植物的耐荫性、光适应性、生活型、生长型的典型特征，主要内容就是三个表格（结果1-1、1-2、1-3）。简要说明根据植物生长发育过程中对光照强度的不同适应性在栽培管理及群落配置的应用上应注意的问题。