能量环境光的生态作用及生物对光的适应

　　能量环境
　　能量：是太阳表面以电磁波的形式不断释放的太阳辐射或太阳光，它为地球上所有的生命系统提供了能量来源。
　　能量环境：是指光合温度组成的地球环境。
　　能量的特点：为地球上所有的生命系统提供能源。
　　a）生物圈通过绿色植物将太阳能转化为化学能贮存于植物体内，是生物圈与太阳能发生联系的唯一环节。
　　b）太阳辐射的变化规律
　　c）地球表面太阳光分布不均的原因
　　d）太阳辐射能的组成
　　一、光的生态作用及生物对光的适应
　　（一）地球上光的分布
　　1。太阳辐射及其光谱组成
　　太阳辐射能通过大气层时，其辐射强度大大减弱。而地球截取的太阳能约为太阳输出总能量的20亿分之一，地球上绿色植物光合作用所固定的太阳能只占从太阳接受的总能量的千分之一。
　　2。太阳辐射的变化规律
　　1）光质随时间和空间的变化
　　a）维度变化：短波光随纬度升高而减少
　　b）海拔变化：短波光随海拔升高而增加
　　c）季节变化：冬季长波光多，夏季短波光多
　　d）日变化：早晚长波光多，中午短波光多
　　2）日照长度随时间和空间的变化
　　a）春分和秋分时全球昼夜相等；
　　b）在北半球，春分到秋分昼长夜短，夏至昼最长，并随纬度升高昼长增加；秋分到春分昼短夜长，冬至昼最短，并随纬度升高昼长变短；
　　c）北极夏半年全为白天，冬半年全为黑夜；赤道附近终年昼夜相等。
　　3）光照强度随时间和空间的变化
　　15
　　a）纬度：随纬度的升高而减少
　　b）经度：离海越远，强度越大
　　c）海拔：随海拔升高而增强
　　d）坡向、坡度：北纬30度地方，南坡平坡北坡
　　e）季节：一年中，夏季较强，冬季较弱
　　f）日变化：一天中，中午最强，早晚最弱
　　1）水体中光的变化
　　a）红外和紫外光仅在水中几米深就会被吸收完；紫光和蓝光易被水面反射和散射；红光在4米深水中光强降到1，蓝绿光能进入较深的水中。
　　b）绿藻分布在上层水中，褐藻分布在较深水层中，红藻分布在最深层，可达水深200米。
　　c）水中的辐射强度随水深的增加呈指数减弱。
　　d）根据水体中光的强弱或有无，可将水体分为光亮带、弱光带和无光带，分别对生物产生不同的影响。
　　2）植物的光合作用：380710nm之间的辐射能为光合有效辐射；叶绿素吸收峰为640660nm红光和430450nm蓝紫光。
　　（一）光质的生态作用及生物的适应
　　1）光质的生态作用
　　a）光质不同对植物的形态建成、向光性及色素形成的影响不同。
　　i。蓝紫光：促进蛋白质的合成；
　　ii。红光：促进糖的合成；
　　iii。青光、蓝紫光和紫外线等短波长抑制植物的伸长生长，使植物向光性更敏感。
　　a）红外线是地表热量的来源，对外温动物的体温调节和能量代谢起了决定作用。
　　b）太阳鱼视力的灵敏峰值为500530nm。
　　c）昆虫的可见光范围偏重短光波。
　　2）生物对光质的适应
　　a）植物形成相应的叶绿体结构来利用可见光部分制造碳水化合物。
　　b）动物发展形成不同的色觉，来感知外界环境的变化。
　　25
　　a）动物等生物体形成不同的保护性结构来适应紫外光的照射。如高山植物茎干短粗，叶面缩小，毛绒发达的生长型或莲座状叶丛。
　　（一）光照强度的生态作用及生物适应
　　影响生物的生长发育、形态建成
　　1。地球上光照强度的变化
　　1）空间：高纬度，低强度。高海拔，高强度。坡向：北纬2326以北，南坡、平地和北坡强度越来越低。与坡度有关，不同纬度的最强光照的坡度不同。
　　2）时间：夏季高强度，冬季低强度；中午强度最高，早晚强度较低。
　　3）生态系统：上层，强度大；下层，强度低。植物和水体都分层。清澈静止的水体15m深处，50衰减。
　　4）根据光照强度将水体分为：
　　a）光亮带：光合作用大于等于代谢能。
　　b）弱光带：光合作用小于代谢能。
　　c）无光带：无光合作用。
　　2。光照强度影响生物的生长、发育与形态建成
　　1）光照强度影响生物的生长速度。光照强度影响植物器官、组织的生长发育；果实的产量与品质；且能提高果实花青素含量，色彩好看。水生植物只能生活在水体的透光带（0100米），海带等巨型藻类在大陆沿岸生活，单细胞浮游植物只能在海洋上层生活。
　　黄化现象：一般植物在黑暗中不能合成叶绿色，而形成胡萝卜素，导致叶子发黄，称为黄化现象。黄化植物在形态、色泽和内部结构上都与正常植物不同，表现为茎细长软弱、节间距离拉长，叶片小而不展开，植株长度伸长而重量显著下降。这是光对植物形态建成作用的典型例子。
　　2）在动物中，蛙卵、昆虫卵和海星卵的发育与光照强度正相关，但过强的关照也会使发育延缓或停止；中华鳖在低光照光强度下生长更快。
　　3）光照还会引起动物的体色变化，蛱蝶在光照环境中体色变淡，黑暗环境中体色变深。
　　总结：影响动物的生长发育，影响动物的体色，影响植物叶绿素的形成，影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和分化，影响植物花果的数量和质量。
　　3。植物对光照强度适应的生态类型
　　1）阳生植物：在全光照环境下才能正常生长的植物；
　　2）阴生植物：在较弱光照环境下比在强光照环境下生长更好的植物；
　　3）耐阴植物：在全光照下生长最好，但也能忍受适度的荫蔽。
　　4。生物对光照强度的适应
　　1）植物对光照强度的适应
　　a）光合作用率在光补偿点附近与光照强度成正比，但达光饱和点后，不随光强度增加。
　　b）陆生植物对不同光照强度产生了适应，形成阳性植物、阴性植物和耐阴性植物。
　　c）水生植物对光照强度产生了适应性的水中分布。
　　2）动物对光照强度的适应
　　a）动物结构的适应
　　I。视觉器官形态上的遗传适应性变化。
　　i。夜行性动物的眼睛比昼行性动物的要大，如懒猴、飞鼠等
　　ii。某些啮齿类的睛球突出于眼眶外，以便从各个方面感受微弱的光线
　　iii。终生营地下生活的兽类，如鼹鼠等眼睛一般很小，有的表面为皮肤覆盖，成为盲者。
　　35
　　I。深海鱼或者是具有发达的视觉器官，或者本身具有发光器官。（鮟鱇的深海发光器官）
　　a）动物行为的适应
　　1。生物对光照周期的适应
　　光周期：北半球夏至最长，冬至最短；南半球相反；赤道昼夜平分；两级半年白天，半年黑夜。
　　1）生物的昼夜节律
　　生物的生理活动具有昼夜周期性变化，称为昼夜节律。（如动物的活动行为、体温变化、能量代谢、激素水平，植物的光合作用、蒸腾作用、积累与消耗等）
　　一般认为，生物的昼夜节律受两个周期的影响，即外源性周期（除光周期外，还有温度、湿度、磁场等的昼夜变化）和内源性周期（内部生物钟）。只有光周期使动植物的昼夜节律与外界环境的昼夜变化同步起来。
　　2）生物的光周期现象
　　生物借助于自然选择与进化而形成的对日照长短的规律性变化的反应方式，称为光周期现象。（如植物的开花结果、落叶及休眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙和换毛换羽等）
　　a）植物的光周期现象
　　根据植物开花对日照长度的反应，将植物分成四种类型：
　　I。长日照植物：日照超过某一数值或黑夜小于某一数值时才能开花的植物，如萝卜、菠菜、小麦等。
　　II。短日照植物：日照小于某一数值或黑夜长于某一数值时才能开花的植物，如玉米、高粱、水稻、棉花等。
　　III。中日照植物：昼夜长度接近相等时才开花的植物，如甘蔗只在12。5小时的光照下才开花。仅少数热带植物属于这一类型。
　　IV。日中性植物：开花不受日照长度影响的植物，如蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄及番薯等。
　　植物的光周期现象在农林业生产中具有很大的应用价值。如新品种培育，引种驯化，园艺上控制开花时间，便于观赏等。
　　b）动物的光周期现象
　　I。影响动物的生殖时间。长日照动物：春季交配繁殖，雉鸡，水貂，刺猬等；短日照动物：秋季交配，羊、鹿、麝等，但产子也在春夏。
　　II。影响动物的冬眠和昆虫滞育（场与温度有关）
　　影响换毛与换羽：温带和寒带地区，大部分兽于春秋两季换毛，许多鸟每
　　45
　　I。年换羽一次。
　　II。决定动物迁徙、迁移或洄游的时间。夏候鸟杜鹃、家燕，冬候鸟大雁。（光周期决定三刺鱼体内激素的变化，激素的变化又影响着它们对水体含盐量的选择。而这就是三刺鱼春季进入淡水而秋季返回海洋的原因。）
　　55