环境生态学---第五章 温度与代谢

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,E1,温度与代谢,要 点,恒温动物和变温动物,按照有机体的体温调节过程有可能对有机体进行分类。一种可能的划分是恒温动物和变温动物。当环境温度升高时，恒温动物保持着大致恒定的体温，而变温动物的体温随环境温度而改变。这种分类的一个问题是，即使是典型的恒温动物也经历了降低体温的时期。在有机体之间，可供选择的另一种划分如下描述。,恒温动物,变温动物,Ectotherms are organisms such as plants,reptiles and protista which are largely reliant on external sources of heat to raise their body temperature.endotherms are organisms capable of generating heat internally in order to raise their body temperature.Birds and mammals make up this group.The thermoneutral zone is the range of enmironmental temperatures in which an endotherm has only to exert a minimum metabolic effort in order to maintain a constant body temperature.The further away from the thermoneutral zone that the environmental temperature moves,the more energy the endotherm has to expend to maintain body temperature.,Ectotherms and endotherms,外温动物和内温动物,像爬行动物等有机体属外温动物，它们很大程度地依赖于外来的热来提高自己的体温。内温动物是能够在体内产热以升高体温的有机体。鸟和哺乳动物属于这一类。热中性区thermoneutral zone是环境的温度范围，在这个温度范围内，内温动物仅使用一个最小的代谢率以维持恒定的体温。环境温度离热中性区越远，内温动物维持恒定体温消耗的能量越多。,All organisms gain heat from and lose heat to their environment as well as producing heat.A variety of physiological and behavioral mechanisms are used to regulate heat.Despite these mechanisms,the body temperature of an ectotherm varies significantly with environmental conditions.,Heat exchange,热 交 换,所有的有机体从它们的环境中得到热，也将产生的热散失到它们的环境中。种种生理学和行为学的机理被用于调节体热。尽管有这些机理，外温性动物的体温还是明显地随环境条件而改变。,High temperatures may lead to enzyme inactivation or the unbalancing of components of metabolism;for example,in plants,respiration may proceed faster than photosynthesis,leading to death,however,the most frequent effect of high temperature on ectotherms is dehydration.All terrestrial ectotherms must conserve water but at high temperatures rates of water loss can be lethal.There are large differences between the low temperature tolerances of differing species,associated with the processes of freezing,chilling and hardening.Many are killed by temperatures below 1 due to the damaging effects of ice-crystal formation within cells;those that live through freezing winters often do so at a resistant,dormant stage of their life cycle.,Temperature thresholds,Related topics,Solar radiation and climate(C1)Responses to temperature,(E2),Plants and water(D2)Temperature and species,Animals and water(D3)distribution (E3),Ecosystem patterns(S1),温 度 阈,高温可能导致酶失活或代谢组分不平衡，例如植物的呼吸作用快于光合作用而导致死亡。然而高温对外温动物最普遍的影响是引起脱水。所有陆生外温动物必须保持水，但在高温下失水率能够成为致死因子。不同物种对低温的耐受性有很大的差异，这与结冰、寒冷和坚硬的过程有关。温度低于,-1,时很多物种被冻死，这是由于细胞内冰晶形成的损伤效应；那些生活在整个冰冻冬天的种，经常是处于一种有抵抗力的休眠时期，这是它们生命周期中的一个阶段。,相关题目,太阳辐射与气候C1 对温度的响应E2植物与水D2 温度与物种分布E3动物与水D3 生态系统格局S1,低温的危害,温度低于一定数值，生物便会受害，这个数值称为临界温度。在临界温度以下，温度越低生物受害越重。低温对生物的伤害可分为寒害和冻害两种。,寒害:是指温度在0以上对喜温生物造成的伤害。植物寒害的主要原因有蛋白质合成受阻、碳水化合物减少和代谢紊乱等。,冻害:是指0以下的低温使生物体内细胞内和细胞间形成冰晶而造成的损害。植物在温度降至冰点以下时，会在细胞间隙形成冰晶，原生质因此而失水破损。极端低温对动物的致死作用主要是体液的冰冻和结晶，使原生质受到机械损伤、蛋白质脱水变性。,植物对低温的适应,形态适应：表现在芽及叶片常有油脂类物质保护，芽具有鳞片，器官的外表有蜡粉和密毛，树皮有较兴旺的木栓组织，植株矮小，常呈匍匐、垫状或莲座状；,生理适应：低温环境的植物减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪和色素来降低植物的冰点，增加抗寒能力。如鹿蹄草通过在叶细胞中大量贮存五碳糖、粘液来降低冰点，可使结冰温度下降到-31度。,行为适应：通过休眠来增加抗寒能力。,动物对低温的适应,生理适应：增加体内产热量来增强御寒能力和保持恒定的体温；在低温环境下减少身体散热的另一种适应为大大降低身体终端部位的温度。,行为适应：休眠抗寒和迁徙避寒,高温的危害,温度超过生物适宜温区的上限后就会对生物产生有害影响，温度越高对生物的伤害作用越大。,高温对植物的危害：高温可减弱光合作用，增强呼吸作用，使植物的这两个重要过程失调；破坏植物的水分平衡，促使蛋白质凝固、脂类溶解，导致有害代谢产物在体内的积累。,高温对动物的危害：主要是破坏酶的活性，使蛋白质凝固变性，造成缺氧、排泄功能失调和神经系统麻痹等。,动物对高温的忍受能力因种而异，一般哺乳动物不能忍受,42,度以上高温；鸟类不能忍受,48,度以上高温,。,植物对高温的适应,形态适应：有些植物体具有密绒毛或鳞片，能过滤一局部阳光；有些植物体呈白色、银白色，叶片革质发亮，能反射大局部光线；有些植物叶片垂直排列，或高温下叶片折叠，减少吸光面积等。,生理适应：降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度，有利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力；蒸腾作用防止植物体因过热受害。,动物对高温的适应,夏眠，穴居，昼伏夜出。,The rate of an enzyme catalyzed reaction increases with temperature.In ectotherms this means that metabolic activity will be faster at higher environmental temperatures.The temperature coefficient(Q,10,)is an indexof the effect of a 10 temperature rise on metabolic rate,and is often near 2.0.,Key Notes,Within the nonlethal temperature range the most important effect on ectotherms of temperature is likely to be its effect on rate of development and growth.When rate of development is plotted against body temperature there exists an extended range of temperatures over which the relationship is linear.Physiological time is a measurement combining temperature and time and applied to ectothermic organisms,which reflects that growth and development of these organisms is dependent on environmental temperature as well as time.,Temperature and rates of enzyme reaction,Rates of development and growth,E2,R,ESPONSES TO TEMPERATURE,E2,对温度的响应,要 点,温度和酶反响速度,酶催化反响的速度随温度而增加。在外温动物中这意味着在较高的温度中代谢活力更快。温度系数Q 10)是温度升高10对代谢速度影响的指数，经常大约为2.0。,发育和生长的速度,在非致死温度范围内，温度对外温动物最大的影响很可能是影响了发育和生长的速度。当用发育速度对体温做图时，存在着一个直线相关的温度范围。“生理时间是将温度和时间相结合的一个测量，应用于外温动物，它反响了这些有机体的生长和发育依赖于温度及时间。,温度与生物生长,三基点温度：最适温度、低温限度和高温限度。,在一定温度范围内，生物的生长速率与温度成正比。,范霍夫定律：指温度每升高,10,，化学过程的速率即加快,2,3,倍。,公式如下。其中,Q10,是温度系数，,t1,、,t2,是温度，,R1,、,R2,为该温度下某生理过程的速率。,温度与生物发育,有效积温,有效积温法那么：植物在生长发育过程中，必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而且植物各个发育阶段所需要的总热量是一个常数。,有效积温法