生物与太阳辐射精.ppt

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1、生物与太阳辐射第1页，本讲稿共39页第一章第一章 生物与太阳辐射生物与太阳辐射知识点：知识点：1 1、太阳辐射光谱生态效应、太阳辐射光谱生态效应3 3、太阳辐射时间的生态效应、太阳辐射时间的生态效应2 2、太阳辐射强度的生态效应、太阳辐射强度的生态效应太阳辐射的生态效应、对生物的影响、生物的适太阳辐射的生态效应、对生物的影响、生物的适应和适应类型。应和适应类型。影影片片第2页，本讲稿共39页第一章 生物与太阳辐射一、太阳辐射的特点2、到达地面的太阳辐射1、太阳常数3、太阳光谱1、太阳的辐射光谱生态效应二、太阳辐射的生态效应3、太阳辐射时间的生态效应2、太阳辐射强度的生态效应三、生物对光的适应问

2、题与讨论问题与讨论四、提高群体光能利用率的途径第3页，本讲稿共39页第4页，本讲稿共39页在光合作用中，植物只能利用辐射能的在光合作用中，植物只能利用辐射能的1 15 5！第5页，本讲稿共39页太阳辐射常数指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太太阳辐射常数指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。1.1 太阳辐射常数 近年来通过各种先进手段测得太阳常数的标准值,一年中由于日地距离的变化所引起太阳辐射强度的变化不超过3.4。一、太阳辐射的特点第6页，本讲稿共39页23.5秋分（9月23日）太阳春分（3月21日）夏

3、至（6月21日）冬至（12月22日）地球思考：为什么陆地表面气候差异很大？思考：为什么陆地表面气候差异很大？第7页，本讲稿共39页 1.2 到达地面的太阳辐射OA/OA就称为大气质量大气质量(m):它表示太阳辐射穿过地球大气的路径与太阳在天顶方向垂直入射时的路径之比。一、太阳辐射的特点一、太阳辐射的特点通常设定标准大气压和O时海平面上太阳垂直入射时，大气质量m1。它与海拔、坡向、植被有关。它与海拔、坡向、植被有关。第8页，本讲稿共39页太阳辐射有其本身的光谱组成。其中波长在0.38-0.76m的可见光:在生态学上被植物色素吸收具有生理活性的波段成为在生态学上被植物色素吸收具有生理活性的波段成为

4、光合有效生光合有效生理辐射理辐射（photosynthetic radiationphotosynthetic radiation）。它与可见光谱相符。）。它与可见光谱相符。0.290.38 0.49 0.58 0.760.290.38 0.49 0.58 0.76 紫外线紫外线 蓝紫光蓝紫光 绿光绿光 红橙光红橙光 红外线区红外线区一、太阳辐射的特点一、太阳辐射的特点3、太阳光谱(Solar radiation spectrum)植物主要吸收植物主要吸收第9页，本讲稿共39页1 1、太阳辐射光谱的生态效应、太阳辐射光谱的生态效应A 紫外线：B 可见光：C 红外线：杀菌，抑制细胞分裂杀菌，抑制

5、细胞分裂;促进促进V-d合成。合成。对植物的生理活性及光合产物有影响，生态学研究对植物的生理活性及光合产物有影响，生态学研究的重点。的重点。红、橙光：红、橙光：叶绿素吸收最多，红光亦能促进叶绿素的形成。叶绿素吸收最多，红光亦能促进叶绿素的形成。蓝、紫光：蓝、紫光：亦可被叶绿素、类胡罗卜素吸收；它们与青光能抑制亦可被叶绿素、类胡罗卜素吸收；它们与青光能抑制植物伸长生长，使植物形态矮小，向光性更敏感，促进植物色植物伸长生长，使植物形态矮小，向光性更敏感，促进植物色素的形成。素的形成。绿光：绿光：很少利用，因被叶子透过和反射，绿色即因此。很少利用，因被叶子透过和反射，绿色即因此。热线，提高植物体的温

6、度，促进茎的延长生热线，提高植物体的温度，促进茎的延长生长，有利于种子和孢子的萌发。长，有利于种子和孢子的萌发。二、太阳辐射的生态效应二、太阳辐射的生态效应案例应用：彩色薄膜的应用案例应用：彩色薄膜的应用(p23)(p23)动物体色变化动物体色变化第10页，本讲稿共39页如何解释高山植物的矮小？如何解释高山植物的矮小？环境条件；环境条件；蓝紫光与青光抑制植物的伸长生长；蓝紫光与青光抑制植物的伸长生长；紫外线抑制植物茎的生长，使高山植物紫外线抑制植物茎的生长，使高山植物茎干短粗，叶面缩小、莲座状叶丛，毛茎干短粗，叶面缩小、莲座状叶丛，毛绒发达的生长型。绒发达的生长型。是对高山多短波光的适应。是对

7、高山多短波光的适应。第11页，本讲稿共39页紫外线的危害和植物的防护紫外线的危害和植物的防护致癌和杀伤；致癌和杀伤；UV-A、UV-B、UV-C；臭氧减少臭氧减少1%，UV-B辐射引起的皮肤癌增加辐射引起的皮肤癌增加1.4%；UV-B损伤损伤DNA、抑制光合作用、改变植物的生长型、抑制光合作用、改变植物的生长型和减缓植物的生长；和减缓植物的生长；防护研究是热点。防护研究是热点。第12页，本讲稿共39页小知识：晒太阳的小知识：晒太阳的10个好处个好处增加增加V-d。借助紫外线发生光合作用，由人体皮肤中唯一合成的维生素。增加快乐激素增加快乐激素内啡肽。促进心脏健康。促进心脏健康。阳光能扩张血管，促

8、进血液循环，降低血压。自然排毒。自然排毒。提高肝脏功能过滤和排出体内毒素，血液循环加速也利于排毒。有益皮肤。有益皮肤。可促进湿疹、溃疡真菌感染及痤疮等皮肤疾病的痊愈。增强免疫力。增强免疫力。增加红血球和白血球的数量。有助于减肥。有助于减肥。阳光促进新陈代谢，保持血糖水平。自然消毒抗炎。自然消毒抗炎。杀死病毒和细菌，“自然的抗生素和消毒剂”。防癌。防癌。V-d抗癌中发挥重要作用。改善睡眠。改善睡眠。大脑松果腺产生的褪黑激素可辅助睡眠，阳光可促进它的产生。第13页，本讲稿共39页讨论：讨论：下列植物随太阳辐射强度变化的光合能力下列植物随太阳辐射强度变化的光合能力（photosynsetic cap

9、acity）的变化？）的变化？1、玉米、高粱等（、玉米、高粱等（C4）2、小麦、水青冈等（、小麦、水青冈等（C3）光合能力（光合能力（photosynsetic capacity）：当传入的辐射能是饱和的、）：当传入的辐射能是饱和的、温度适宜、相对湿度高、大气中的温度适宜、相对湿度高、大气中的CO2和和O2的浓度正常时的的浓度正常时的光合作用速率。光合作用速率。第14页，本讲稿共39页2、太阳辐射强度的生态效应、太阳辐射强度的生态效应1）光照强度的变化）光照强度的变化2）光照强度与水生植物）光照强度与水生植物3）光照强度与陆生植物）光照强度与陆生植物4）光照强度与动物的行为）光照强度与动物的行

10、为第15页，本讲稿共39页测量太阳辐射的仪器照度计天空辐射表紫外辐射表散射辐射表第16页，本讲稿共39页光补偿点光补偿点光饱和点光照强度光照强度 过量呼吸过量呼吸（C O 2）净释放）净释放 净光合作用净光合作用（C O2 ）净吸收）净吸收耐荫植物不耐荫植物2、太阳辐射强度的生态效应、太阳辐射强度的生态效应Compensation point，CP植物同化器官中当光合作用吸收的CO2与呼吸释放的CO2 相等时的光照强度。Saturation pointSaturation point，SPSP在自然条件下，当光强光补偿点时，光合强度随光强的增加而增加，当增加到一定值后，光合强度不再增加时的光强

11、。第17页，本讲稿共39页思考：不同光强下的生物反应？有什么样的战略差异（有什么样的战略差异（strategic difference）和战术响应（和战术响应（tactical response）？）？第18页，本讲稿共39页 阳生叶阳生叶 阴生叶阴生叶小而厚 大而薄较厚 较薄 密 疏 较少 较多 较密 较稀叶片大小角质层 叶脉 叶绿素 气孔光强对植物形态建成的作用光强对植物形态建成的作用同种植物在不同的光环境下生长有明显的差同种植物在不同的光环境下生长有明显的差异异,如阴暗的角落的草、苗柔细泛黄为黄化如阴暗的角落的草、苗柔细泛黄为黄化现象（现象（etialation）。）。根根/茎：弱光下减

12、小，根系不发达，茎生长茎：弱光下减小，根系不发达，茎生长相对较大，蔽荫下死亡的原因之一。相对较大，蔽荫下死亡的原因之一。茎形态：弱光下通直，分枝少。茎形态：弱光下通直，分枝少。叶片形态：不同光下的适光变态叶片形态：不同光下的适光变态战术响应战术响应第19页，本讲稿共39页光照强度与动物的行为昼行性动物：多数鸟类、灵长类、有蹄昼行性动物：多数鸟类、灵长类、有蹄类等，又称广光性种类，包括有些部分类等，又称广光性种类，包括有些部分昼夜活动的动物，如田鼠。昼夜活动的动物，如田鼠。夜行性动物或晨昏性动物：蝙蝠、家鼠、夜行性动物或晨昏性动物：蝙蝠、家鼠、夜鹰、蛾类等，又称狭光性种类。夜鹰、蛾类等，又称狭光

13、性种类。自然条件下动物每天活动时间由光照强自然条件下动物每天活动时间由光照强度决定。度决定。第20页，本讲稿共39页3 3、太阳辐射时间的生态效应、太阳辐射时间的生态效应 光周期现象及其类型光周期诱导生物钟生态学意义光周期控制应用光周期现象及其类型光周期现象及其类型光周期诱导光周期诱导生物钟生物钟生态学意义生态学意义光周期控制应用光周期控制应用第21页，本讲稿共39页思考：思考：动物和植物对日照有规律变化的各种物候节律？动物和植物对日照有规律变化的各种物候节律？第22页，本讲稿共39页光周期现象（photoperiodism）：在在生态学上把生物对日照长短或昼夜周期变化的生态学上把生物对日照长

14、短或昼夜周期变化的各种生理反应称为光周期现象。各种生理反应称为光周期现象。对植物主要是诱导花芽的形成和开始休对植物主要是诱导花芽的形成和开始休眠，根据眠，根据开花、休眠和器官的形成开花、休眠和器官的形成可划分如可划分如下类型：下类型：3、太阳辐射时间的生态效应 第23页，本讲稿共39页 日中性植物 短日（照）植物（short-day plant）:长日（照）植物（long-day plant）：如温带起源的作物油菜、罗卜等，晚春与如温带起源的作物油菜、罗卜等，晚春与初夏开花的花卉或野花。初夏开花的花卉或野花。多半起源于低纬度地区，也包括早春多半起源于低纬度地区，也包括早春或晚秋开花的花卉如菊、

15、腊梅，和作或晚秋开花的花卉如菊、腊梅，和作物大豆、玉米等。物大豆、玉米等。甘蔗属的一些种。甘蔗属的一些种。绝大部分乔木、蒲公英、黄瓜、菜豆等。绝大部分乔木、蒲公英、黄瓜、菜豆等。1）植物光周期现象的类型A A 开花的光周期现象开花的光周期现象中日（照）性植物第24页，本讲稿共39页如杨树、落叶松等。如杨树、落叶松等。如马铃薯、地瓜等。如马铃薯、地瓜等。2）植物光周期现象的类型C C 地下器官形成的光周期现象地下器官形成的光周期现象A A 开花的光周期现象开花的光周期现象B B 休眠的光周期现象休眠的光周期现象第25页，本讲稿共39页光周期现象的生态意义光周期现象的生态意义 在温带，温度的季节变

16、化幅度很大，随纬度的增高而冬季延长。植物如不能在低温、霜冻来临之前形成种子，就不能繁殖后代。许多植物在长期的适应过程中形成了这种感应季节的本领。1、使不同花期的植物同时开花，便于杂交；、使不同花期的植物同时开花，便于杂交；2、采用短日照诱导提高植物的抗性；、采用短日照诱导提高植物的抗性；3、南种北移获取收成等。、南种北移获取收成等。第26页，本讲稿共39页光周期诱导（光周期诱导（photoperiod inducement）无论长日植物还是短日植物，一般只要求经历一定天数的长日或短日就能成花，并不要求长期处于那种日照长度之下。有些短日照植物，如苍耳，甚至一个短日长夜周期，即可成花。但光周期处理

17、到花芽分化需要一段时间。这种适合的光暗周期使植物从不分化花芽的营养生长阶段转入分这种适合的光暗周期使植物从不分化花芽的营养生长阶段转入分化花芽的状态的作用，称为化花芽的状态的作用，称为光周期诱导。光周期诱导。花卉春节、教师节上市花卉春节、教师节上市按E.比宁的理论，许多植物体内有一种内在节奏，称为生物钟或生物钟或生理钟（生理钟（Biological clock）,它的周期接近但不等于24小时，一般在21与28小时之间。第27页，本讲稿共39页光周期处理24小时对各种光周期的成花反应图解对各种光周期的成花反应图解短日照植物 长日照植物 开花 营养生长 营养生长 开花 营养生长 开花营养生长 开花

18、 营养生长 开花开花 营养生长光明黑暗1 长夜反应2 短夜反应 3 夜间断效应=短夜反应 4 长光期插入暗处理=短夜反应5 短光期+短暗期=短夜反应6 24小时的长光期+长暗期=长夜反应无论对于短日植物或长日植物，以光将长夜打断，都产生类似于短夜的效应；而以暗间断将长日打断却不影响长日效应。第28页，本讲稿共39页利用对植物光周期特性控制生长发育的办法：利用对植物光周期特性控制生长发育的办法：1、人工改变日长 2、选择品种特性4第29页，本讲稿共39页光周期控制的应用光周期控制的应用 详细了解当地日长的季节变化和待引品种的光周期详细了解当地日长的季节变化和待引品种的光周期要求；要求；人工缩短或

19、延长光照时间可促进或延迟开花；人工缩短或延长光照时间可促进或延迟开花；育种中，当收获后立即播种，而光周期不利于开花育种中，当收获后立即播种，而光周期不利于开花结实时，人工调整日长，可使之及时成花、结实，从结实时，人工调整日长，可使之及时成花、结实，从而加速世代繁育，缩短育种年限。中国育种学家创造而加速世代繁育，缩短育种年限。中国育种学家创造了了南繁北育南繁北育的办法，利用异地温度和光周期的条件，的办法，利用异地温度和光周期的条件，某些作物可一年繁育某些作物可一年繁育2 23 3代。代。对收获营养体的作物对收获营养体的作物,利用长日条件推迟成花以提高利用长日条件推迟成花以提高营养体产量或品质。营

20、养体产量或品质。第30页，本讲稿共39页动物的光周期现象动物的光周期现象 迁徙：如家燕、鱼类繁殖：如家鸡照明可增产换毛和换羽：鸟、哺乳动物昆虫滞育（diapause)：梨小食心虫。总之，与其他因子相比，日照是地球上最稳定和规总之，与其他因子相比，日照是地球上最稳定和规律性的变化，通过长期进化，生物最终选择了光周期作律性的变化，通过长期进化，生物最终选择了光周期作为生物节律的信号，成为生命活动的定时器和启动器。为生物节律的信号，成为生命活动的定时器和启动器。第31页，本讲稿共39页三、生物对光的适应 生活在弱光环境中的动物，在形态结构上也常有相应的特征。如壁虎、猫头鹰。鱼眼睛加大，体呈红色。洋面

21、的动物常常是背面蓝色、绿色或棕色，而侧面与腹面呈银白色。深水层中，动物却呈黑色。动物行为的趋性：如趋光性是对光刺激所表现的趋向或回避运动。在适宜的光强度内，眼虫表现正趋光性，在强光下它就回避而改变运动方向。绿头蝇有向光飞行的习性。马铃薯叶甲和七星瓢虫有正趋光性，地中海粉螟和红头绿蝇的幼虫则表现出负趋光性，即移向黑暗。夜间活动的动物在光亮达某阈值时即回巢穴。第32页，本讲稿共39页在森林群落中，不同的植物分别处于不同的层次便是对光适应的反映。干形和叶形态的变化亦是对光的适应，陆地上绿色植物的向上生长和枝叶的分布，是充分利用阳光的适应形式；光的照射常常使植物的生长表现出向光性，即单向的光可引起植物

22、的向性生长运动（向日葵）。第33页，本讲稿共39页不同光强要求的植物生态类型（战不同光强要求的植物生态类型（战略差异）略差异）阳性植物：阴性植物：耐荫植物：必须指出，植物的耐荫性是相对的，其喜光程度必须指出，植物的耐荫性是相对的，其喜光程度与纬度、气候、年龄、土壤等条件有密切关系。与纬度、气候、年龄、土壤等条件有密切关系。如木棉、梭树、木麻黄、椰子、芒果、杨、柳、桦、槐、油松及许多一、二年生植物。如红豆杉、三尖杉、粗榧、香榧、铁杉、可可、咖啡、肉桂、萝芙木、珠兰、茶、拎木、地锦、紫金牛、中华常春藤、三七、草果、人参、黄连、细辛、宽叶、麦冬及吉祥草等。如罗汉松、竹柏、山楂、锻、栾、君迁子、桔梗、

23、白笈、棣棠、珍珠梅、虎刺及蝴蝶花等。第34页，本讲稿共39页四、提高群体光能利用率的途径 光光能能利利用用率率是是指指植植物物生生长长发发育育期期中中单单位位面面积积上上作作物物的的光光合合产产物物与与到到达植被冠层上部的光量子辐射能量的比值。达植被冠层上部的光量子辐射能量的比值。可以通过仪器测定。可以通过仪器测定。植物或生态系统植物或生态系统转换的辐射能转换的辐射能KJ/m2d转换效率（转换效率（%）热带雨林热带雨林5503.5微藻类微藻类3003.0珊瑚礁珊瑚礁1606302.4糖甘蔗糖甘蔗3101.8玉米田玉米田1401.6热带森林人工林热带森林人工林1200.7外海外海120.09北极

24、冻原北极冻原80.08热荒漠热荒漠20.05第35页，本讲稿共39页四、提高群体光能利用率的途径 光能利用率光能利用率与与光合面积、光合时间、光合能力光合面积、光合时间、光合能力及外界因子有关。及外界因子有关。1）提高群体光合作用强度：从个体角度培育、筛选良种；）提高群体光合作用强度：从个体角度培育、筛选良种；2）群体结构上的途径：）群体结构上的途径：合理栽植密度，保持合适的叶面积指数（合理栽植密度，保持合适的叶面积指数（LAI）；）；充分利用土地利用的时间差；充分利用土地利用的时间差；多层次多物种配置，提高土地覆盖率（间作、套种）；多层次多物种配置，提高土地覆盖率（间作、套种）；设施农业技术

25、；设施农业技术；利用种间互补原理进行物种搭配。利用种间互补原理进行物种搭配。3）科学管理，创造最优环境条件（肥、水等）。）科学管理，创造最优环境条件（肥、水等）。第36页，本讲稿共39页1、种类夜间汽车照明灯、核武器爆炸时的强闪光、紫外光、红外光等，但对环境污染最严重的是光化学烟雾，其主要成分为臭氧、过氧乙酰硝酸酯类、NOx等。2、危害讨论：光污染对环境的损害讨论：光污染对环境的损害第37页，本讲稿共39页臭氧对植物的影响臭氧对植物的影响外部症状外部症状内部组织结构变化内部组织结构变化举例举例褪绿褪绿叶肉组织细胞的叶绿体变形和色素减少菜豆菜豆漂白斑漂白斑部分叶肉细胞变型收缩，叶绿体形状模糊，细

26、胞间隙增大 葡萄葡萄色素斑色素斑部分细胞内容物解体，出现色素，但单细胞形态变化不大悬铃木悬铃木坏死斑坏死斑表皮细胞扁压，也肉细胞变形，内容物解体，产生色素或整个细胞破裂严重，维管素也遭到一定程度的破坏蚕豆蚕豆第38页，本讲稿共39页1、光饱和点、光补偿点、光周期现象、光周期诱导、长日照植物、短日照植物2、太阳辐射的生态效应3、光周期现象及其应用4、提高群体光能利用率的途径5、植物对光的适应类型（了解）小结小结 本章主要介绍了太阳辐射的性质及其时空变化规律、本章主要介绍了太阳辐射的性质及其时空变化规律、太阳辐射的生态作用、植物的适应类型，并探讨了提高群太阳辐射的生态作用、植物的适应类型，并探讨了提高群体光能利用率的途径。大家在学习的时候注意掌握：体光能利用率的途径。大家在学习的时候注意掌握：第39页，本讲稿共39页