环境生物学 第二章
生态学课件 第二章 生物与环境
第二章生物与环境第一节环境的概念及其类型一、环境（environment）指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。
二、环境的类型按主体划分人类环境：以人类为主体的环境生物环境：以生物为主体的环境按性质划分自然环境：未经人类破坏的环境；如原始森林等。
半自然环境：被人类破坏后的自然环境；如荒漠等。
社会环境：具有人类行为的环境；如城市等。
按范围划分宇宙环境地球环境区域环境微环境内环境三、环境因子和生态因子环境因子：从环境中分离出来的条件单位,称为环境因子,如气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子等。
生态因子：指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。
所有生态因子构成生物的生态环境。
第二节生态因子作用分析一、生态因子的一般特征（一）综合作用（二）主导因子作用（非等价性）主导因子：在诸多的环境因子中，有一个对生物起决定性作用的生态因子。
（三）直接作用和间接作用环境中的地形因子，它的坡度、坡向、坡位、海拔高度等对生物的作用不是直接的，但他们能影响光照、温度、水分等因子的分布，因而对生物产生间接作用，这些地方的光照、温度、水分状况则对生物类型、生长和分布起直接作用。
（四）阶段性作用生物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。
（五）不可替代性和补偿作用不可替代性：生态因子虽非等价，但都不可缺少，一个因子的缺失不能由另一个因子来代替。
但某一因子的数量不足，有时可以由其他因子来补偿。
但只能是在一定范围内作部分补偿。
（一）限制因子生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，其中限制生物的生存和繁殖的关键性因子就是限制因子。
如氧气对陆生动物和水生动物的作用。
限制因子往往是局部性和暂时性的。
一般情况下有两类生态因子最容易起限制作用：(1)有机体十分需要而环境中含量很低的物质和元素；(2)有机体对其耐性限度狭窄，而在环境中又易变化的因子。
生态学基础：第二章 生物与环境
地球环境
微环境
宇宙环境
（三）生物对环境的适应
1.趋异适应与生态型
• 同种生物适应不同的环境产生了不同 的适应叫趋异适应 • 趋异适应产生的同种生物的不同基因 型类群叫生态型
气候生态型（籼稻与粳稻） 土壤生态型（水稻与陆稻） 生物生态型（红花碗豆与白花碗豆）
C G Cao
2.趋同适应与生活型
3.生态位(niche)
生物完成其正常生活周期所表现的对特
定生态因子的综合适应位置．
空间生态位
生态位 营养生态位
多维生态位
湿度
湿度
pH
温度
温度
温度
基础生态位与实际生态位
一个物种所划定的多维体就可以看作生态位的抽 象描绘，他称之为基本生态位(基础生态位)。但在自 然界中，因为各物种相互竞争，每一物种只能占据基 本生态位的一部分，他称这部分为实际生态位。 实 际生态位小于基本生态位。
（二） 环境
1.环境的概念
广义的环境（Environment）是指某 一主体周围一切事物的总和。
在生态学中，环境是指生物的栖息 地,以及直接或间接影响生物生存和发展的 各种因素 。生物是环境的主体，主体不同， 环境不同。
2.环境的类型
(1)按环境的主体分类：
以人为主体的人类环境，其它生命 物质和非生命物质均被视为构成人类环境 的要素；
生态位宽度，又称生态位广度、生态位大小。Levins公式：
1
B i =
R
Pij2
=
Yi 2
R
N
2 ijj 1j 1Bi为物种i的生态位宽度，Pij =Nij/Yi是第i个物种利用资源 状态j的个体占总数的比例。
生态位宽度的计算公式
《环境生物学》 第二章
（二）动物对CAFs的排出
• 经肺随同呼出气体排出。气态或挥发性物质(CO、SO2、HS、 C6H6)可经肺呼出
• 其他排出途径（1）经乳汁排出 （2）随同汗腺、皮脂腺和 唾液排出。 （3）随同动物体组织的坏死而脱落。如毛发和 指甲等。
特点： ①需要有载体参加－－生物膜上的蛋白质； ②逆浓度转运需要消耗一定的能量； ③载体对转运的化学物具有选择性； ④载体有容量限制； ⑤竞争性抑制，如铝利用钙的载体；钴和锰利用铁 的载运系统
（3）膜动转运
• 细胞与环境进行的一些大分子物质(颗粒物)的交换过程，主 要特点是在转运过程中生物膜的结构发生变化。具有特异性， 并要消耗一定的能量。
（三）CAFs在生物体内的分布
• CAFs通过吸收进入体液后，经循环系统、输导 组织或其它途径分散到机体各组织细胞的过程称为 分布。
1、CAFs在植物体内的分布
• 植物不同器官中CAFs的含量有很大差异。一般而言，从根 部吸收的CAFs大部分分布在根内，其次为茎叶部，种子和 果实组织最少。
• 与物质是否参与循环利用有关。如参与循环的物质如氮和 磷，多分布于代谢较为旺盛的幼嫩部位；不参与循环的物 质如钙和铁则器官越老含量越多。
• 存在于所有动物之中，主要分布于肝脏和肾脏的胞液中。
（五）过氧化物酶 1、过氧化氢酶
可专一性催化H2O2分解成H2O和O2，使H2O2不能在机体 内积累而与O2反应生成非常有害的·OH。具有保护生物机体的 作用。
2、谷胱甘肽过氧化物酶
是目前已知的哺乳动物体内唯一的一种含硒酶，该酶能利用 GSH作电子供体，即催化氧化GSH，在此同时使H2O2还原为 H2O，消除体内H2O2，也能使其它有机过氧化物（ROOH）还 原生成醇（ROH），前者在抗氧化防御系统中起重要的作用， 后者在脂质的过氧化过程中起重要的作用，所以对组织细胞有 保护作用。
《环境生态学》第二章：生物与环境
土壤的碱化过程
土壤的碱化过程是指土壤胶体中吸附有相当 数量的交换性钠。一般交换性钠占交换性阳离子 总量20％以上的土壤称为碱土。碱土含 Na2CO3 较多（也有含NaHCO3或K2CO3较多的），碱土 是强碱性的，其pH一般在8.5以上，碱土上层的 结构被破坏，下层常为坚实的柱状结构，通透性 和耕作性能极差。
2．碱土对植物的影响
（1）土壤的强碱性能毒害植物根系 （2）土壤物理性质恶化，土壤结构受破坏，
质地变劣，透水性差
3．植物对盐碱土的适应
盐碱土植物是植物对盐碱生境适应的最好表现。 盐土植物分为：
旱生盐土植物、湿生盐土植物
根据对过量盐类的适应特点分为：
聚盐性植物、泌盐性植物、透盐性植物
第四节
生态因子作用的一般规律
（2）陆生动物对环境湿度的适应
影响陆生动物水平衡更多的是环境中的 湿度，动物在形态结构上、行为上、生理上 都有不同程度的适应。
如两栖类体表分泌黏液以保持湿润，昆 虫、爬行类、啮齿类等白天躲在洞内夜里出 来活动，荒漠鸟兽具有可重新吸收水分功能 的肾脏。
四、土壤因子的生态作用及生物的 适应
（一）土壤因子的生态作用
蒲公英
杨树
柳树
阳地植物 阴地植物
三七
铁杉
人参
（二）光质的生态作用与生物的适应
光质变化规律
空间变化 随纬度增加而减少，随海拔升高 而增加；
时间变化 冬季长波光增多，夏季短波光增 多；中午短波光最多，早晚长波 光较多。
生物的适应
植物
不同的光质对植物的光合作用，色素 形成，向光性，形态建成的诱导等的 影响是不同的。例如光合作用的光谱 范围只是可见光区。
低温 将引起细胞膜渗透性改变、脱水、蛋 白质沉淀等不可逆转的化学变化。
环境生物学复习
环境生物学复习第一章――环境生物学01（概述）社会环境和自然环境的主要环境问题P3温室效应P3臭氧层破坏P4酸沉降p6环境内分泌干扰物p7持久性有机污染物p7各学科关系p8第二章-环境生物学02（基础生物学和生态学）细胞的生命物质、细胞的形态结构和功能p5、细胞通讯p11第三章-环境生物学03（生态学基础知识）生态学基本概念、生态系统组成与功能p1、生态平衡与生态失调p4、种群生活史p5第四章-环境生物学04（污染物的环境生态行为）污染物与优先污染物污染物在环境中的迁移p2污染物形态分类p4污染物在环境中的转化p5生物膜基本结构和跨膜转运（脂水分配系数）p8环境化学物的吸收p10环境化学物质在动物体内的分布（内部屏障、血脑屏障、胎盘屏障、靶细胞和蓄水池）P14环境化学物质在植物体内的分布（凯氏带）p16化学物质的排泄p16外源化学物的生物转化（机理p19、类型p20、酶诱导与抑制p26、个体和物种差异p27）生物蓄积与浓缩p28污染物的生物放大p30第五章环境生物学05（环境污染的生物净化原理）环境污染物类型与来源治理方法概述p3污染与净化指标p5微生物对污染物的降解与转化特点p7微生物降解与转化途径与因素p8微生物降解和转化常见污染物（理解）P9忽略了p10-12危险化合物p12 P13水自净P13的生物降解性和方法第六章――环境生物学06（环境污染物的生物净化方法）一级污水处理二级污水处理（生物处理）P3好氧处理P3厌氧处理p6微生物脱氮p7微生物除磷p9固体废弃物微生物处理p9大气污染物微生物处理p11第七章环境生物学01一、生物浓缩、生物蓄积、生物放大（生物浓缩系数bcf）二、生态平衡：指生态系统的物质循环、能量流动和信息传递处于稳定、通畅的状态。
在自然生态系统中，平衡还表现为物种数量的相对稳定。
生态系统之所以能保持相对的平衡稳定状态是由于其内部具有自动调节(或自我恢复)能力。
自动调节能力是有限度的，外力干扰超过限度，就会引起生态平衡破坏，表现为结构破坏或功能衰退三、环境污染对平衡生态系统的破坏：1.结构性失调2.生物多样性减少3.污染生态系统中的生物链成员减少甚至中断。
环境生态学 第二章 生物与环境PPT课件
• 海洋植物— 光合作用色素对光谱变化具有明显的 适应性:
–海水表层植物色素吸收蓝、红光； –深水植物光合色素有效地利用绿光。
• 高山植物— 对紫外光作用的适应，发展了特殊的 莲座状叶丛。
• 动物— 不同动物发展不同的色觉。
不同光谱成分对植物的生态作用
1、红光的生态作用 （1）光合活性大； （2）促进叶绿素的合成； （3）有利于碳水化合物的合成； （4）促进发芽； （5）增加植物体温度。
假说认为，地球表面的温度和化学组成是受地球 表面的生命总体（生物圈）所主动调节的。
一、光因子的生态作用及生态适应
1. 太阳辐射及其变化规律 2. 光强度变化对生物的影响 3. 光质变化对生物的影响 4. 光周期现象
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２）影响地表太阳辐射的因素
a.大气圈的对太阳辐射的削弱作用 b.太阳高度角对太阳辐射强度的影响 (0°~90°) c. 日照长度的变化 d. 地形因素的影响：朝向、坡度、海拔高度 e. 不同的生境中的太阳辐射：
第一节 地球上的生物
一、生命的产生与进化 （重点） (一)、生命起源的几种学说：
1.神创论 2.从自然发生说到生源论
自然发生说的代表人物：古希腊的哲学家自然 科学家亚里士多德（Aristotle, 384—前322）， 他认为生物的繁殖有三种主要方式： ①自然发生，如通常产生蚤类、蚊虫和各种虱子。 ②无性生殖，像海星、蠕虫、贝类等。 ③有性生殖。
环境生态学---第二章 适应
Key Notes
Fitess
Fitness is a measure of the ability of an individual to produce viable offspring and contribute to future generations．Individuals vary in their relative fitness, and this variation is due partly to genetic differences among individuals and partly to environmental influences.
动物的保护色、警戒色与拟态
A 树皮纺织娘(Bark katydid) B 枭蝶(Owl butterfly) C 枯叶蝶 (Leaflike insect(Anaea)) D 捕食花螳螂 (Predatory flower mantis) E 蛙鱼(Frog fish)
A B
C
D
E
趋同适应和趋异适应
1．趋同适应（生活型） 趋同适应（convergent adaptation）:是指亲缘关系相 当疏远的生物，由于长期生活在相同或相似的环境条件下， 通过变异、选择和适应，在形态、生理、发育以及适应方 式和途径等方面表现出相似性的现象。 蝙蝠属哺乳动物，但它与大多数鸟类一样通过飞行来捕捉 空中的昆虫，它的前肢不同与一般的兽类，而形同于鸟类 的翅膀，适应于飞行活动； 鲸、海豚、海狮均属哺乳动物，但由于长期生活在水环境 中，体形呈纺锤形，它们的前肢也发育成类似鱼类的胸 鳍。 植物中的趋同现象如生活在沙漠中的仙人掌科植物、大戟 科的霸王鞭以及菊科的仙人笔等，分属不同类群的植物， 但都以肉质化的茎、叶子退化呈刺状来适应干旱生境。
环境生态学第二章
第一节 环境与生态因子 第二节生物与环境相互作用的 基本形式
第三节主要因子的生态作用
第四节生物对环境的适应
第一节
一、环境
环境与生物
（一）环境的概念
（二）环境的功能 （三）环境的基本特征 （四）生态环境
二、生态因子 环境因子：环境是人类及生物赖以生存的各种外界 客观条件。对环境进行研究，就会发现环境由若干 因素或条件单位组成。这种从环境中分析出来的条 件要素或条件单位，称为环境因子。这些因子影响 着生物的形态、构造、生长发育、递传变异、分布 等。 生态因子：对生物的生长、发育、繁殖、行为和分 布有直接或间接影响的因子。有气候因子、土壤因 子、地理因子、生物因子、认为因子五类。 二者没有质的区别。
（三）贝格曼规律
动物体型随外界环境温度不同而有差异。 温度低，个体大，温度高而体小。这种趋 势称为贝格曼规律。 这是动物对环境适应的结果。个体大，相 对体表面积小，单位体重上的相对散热量 也变小，适应低温。反之个体小，其相对 体表面积大，相对散热量也大，有利于温 暖环境的适应。南方人比北方人个子小。 P61表2—16。
活动和行为：沙漠动物，如昆虫、爬行 类等，由于白天炎热干燥，温度很高， 影响他们的觅食活动，因此多躲在洞内， 到日落时才出来活动。蚊子的活动随大 气中的温度升高而增加，在相对温度为 85%时，歇在人身上的数量最多。 寿 命 ： 如 鼠 蚤 在 32℃ ， 相 对 温 度 80~90%时，平均寿命152小时，27%时， 27小时。
生物有机体的生理活动，只能在一定 温度下进行。 0~50℃是生物生存的基本温度范围。 每种生物都有自己的温度上限和下限， 超过温度上限由于蛋白质凝固而死亡， 超过温度下限，由于冰晶的形成，会使 原生质膜破裂产生冻害。
环境生物学1--11章
环境⽣物学1--11章环境⽣物学1、⽐较古细菌和真细菌在细胞结构上有什么不同？研究古细菌有何意义？2、微⽣物⽣长所需的营养物质有哪五类？各⾃的作⽤是什么？3、微⽣物有什么特点？4、原⽣动物有什么样的特点？举例说明原⽣动物在污⽔⽣物处理中的作⽤？5、轮⾍的主要特征有哪些？在污⽔⽣物处理中有哪些作⽤？6、叙述细胞质膜的结构及⽣理功能？7、何谓芽孢？芽孢有什么样的特点？8、放线菌在⽣产⽣活中的意义与作⽤？9、真核与原核细胞之间最显著的区别是什么？10、引起富营养化的藻类有哪些？11、真菌的特点有哪些？12、霉菌有什么样的应⽤？13、培养基的类别有⼏个？14、营养物质进⼊微⽣物细胞的⽅式有哪些？15、影响酶活动⼒的因素有哪些？16、ATP在产甲烷菌中的作⽤？1、环境⽣物学:是研究⽣物与受⼈类⼲扰的环境之间相互作⽤规律及其机理的科学，是环境科学的⼀个分⽀学科。
2、环境⽣物学的研究⽅法1.野外调查和试验防⽌模拟试验的盲⽬性；2.实验室试验严格控制条件；3.⽣态模拟研究根据⼀些经验或模型，进⾏运算，得到抽象的结果。
3、微⽣物：是⾁眼看不见的必须在电⼦显微镜或光学显微镜下才能看见的微⼩⽣物的统称。
4、微⽣物的特点：1个体极⼩ 2种类繁多，分布⼴ 3繁殖快 4易变异5代谢能⼒强 6适应性强5、病毒：是没有细胞结构，是明显区别于原核微⽣物与真核微⽣物的⼀类特殊的超微⽣物。
6、原核微⽣物原核微⽣物的核很原始，发育不全，DNA链⾼度折叠形成的⼀个核区，没有核膜，核质裸露，与细胞质没有明显界线，叫拟核。
原核微⽣物没有细胞器，只有由细胞质膜内陷形成的不规则的泡沫结构体系，如：间体和光合作⽤层⽚及其他内折。
也不进⾏有丝分裂。
原核微⽣物包括古菌（即古细菌）、细菌、蓝细菌、放线菌、黏细菌、⽴克次⽒体、⽀原体、⾐原体和螺旋体。
原核微⽣物包括真细菌的细菌门和蓝细菌门中的所有细菌原核微⽣物中古⽣菌和细菌两个域具有⼴泛多样性，依据rRNA序列将古⽣菌分为两个门：1.泉古⽣菌门2. ⼴古⽣菌门7、真核微⽣物真核微⽣物有发育完好的细胞核，核内有核仁和染⾊质。
第二章 生物与环境
4
按环境的性质分可分成自然环境、半 自然环境和人工环境三类。
5
按环境的范围大小分可分为宇宙环境(或 称星际环境)、地球环境、区域环境、微环境 和内环境。
6
二、环境因子分类
Daubenmire(1947、1959)将环境 因子分为三大类：气候类、土壤类 和生物类；
７个并列的项目：土壤、水分、 温度、光照、大气、火和生物因子。 这是以环境因子特点为标准进行分 类的代表。
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图 2-7 植物光合作用 的昼夜变化 (Larcher, 1975)
37
温度对生物分布有重要作用
我国从南到北植被分布
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二、温度因子的生态作用及生物的适应
1.温度因子的生态作用
（1） 温度与生物生长 任何一种生物，其生命活动中每一生理 生化过程都有酶系统的参与。然而，每一种 酶的活性都有它的最低温度、最适温度和最 高温度，相应形成生物生长的“三基点”。 一旦超过生物的耐受能力，如高温使蛋白质 凝固，酶系统失活；低温将引起细胞膜系统 渗透性改变、脱水、蛋白质沉淀以及其他不 可逆转的化学变化。
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3.直接作用和间接作用
环境中的地形因子，其起伏程 度、坡向、坡度、海拔及经纬度等 对生物的作用不是直接的，但它们 能影响光照、温度、雨水等因子的 分布，因而对生物产生间接作用， 这些地方的光照、温度、水分状况 则对生物类型、生长和分布起直接 的作用。
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4.阶段性作用
由于生物生长发育不同阶段对生态因子的需 求不同，因此生态因子对生物的作用也具阶段 性，这种阶段性是由生态环境的规律性变化所 造成的。如光照长短，在植物的春化阶段并不 起作用，但在光周期阶段则是很重要的。有些 鱼类不是终生都定居在某一环境中，根据其生 活史的各个不同阶段，对生存条件有不同的要 求，如鱼类的洄游，大马哈鱼生活在海洋中， 生殖季节就成群结队洄游到淡水河流中产卵， 而鳗鲡则在淡水中生活，洄游到海洋中去生殖 。