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文檔簡介
第I部分個體生態學(autecology)Chap2.TemperatureasanecologicalfactorMacroclimateinteractswiththelocallandscapetoproducemicroclimate.MostspeciesperformbestinafairlynarrowrangeoftemperatureManyorganismshaveevolvewaystocompensateforvariationsinenvironmentbyregulatingbodytemperatureManyorganismssurviveextremetemeraturesbyenteringarestingstage第一頁,共四十九頁。Case1.MicroclimatesMacroclimate
iswhatweatherstationsreport.
Microclimate
isclimatevariationonasmallscale.
Vegetationonnorth–andsouth-facingslopes第二頁,共四十九頁。Plantheight,canopysize,andcoveraffectmicroclimate
Desertshrubsandmicroclimate第三頁,共四十九頁。第四頁,共四十九頁。WhitesandBlacksandColoroftheGround第五頁,共四十九頁。PresenceofBouldersandBurrows
Microclimatesunderstones第六頁,共四十九頁。AquaticTempPhysicsofwater,riparianvegetationMicroclimateinaquaticenvironmentsriffle:淺灘reed:蘆葦第七頁,共四十九頁。Case2:TemperatureandperformanceoforganismsEnzymeactivity(a)TemperatureandperformanceatthemolecularlevelEnzyme-substrateaffinity(親和力)乙酰膽堿酯酶鮭魚第八頁,共四十九頁。(b)Extremetemperatureandphotosynthesis第九頁,共四十九頁。(C)Developmentand
TemperatureAnlinearrelationshipisexhibitedbetweenratesofgrowth
and
developmentofwholeorganismsandtemperatureinmostofectotherms.AprotistEggofabeetle第十頁,共四十九頁。Eggtoadultdevelopmentinamite24.22days8.18daysOrganismsrequireacombinationoftimeandtemperature–‘physiologicaltime’tocompleteacertainstageofdevelopment.K=N(T–C)K-積溫常數(daydegrees);N-Developmenttime(day);T-Temperature(℃);C-Threshold發育起點(閾值)溫度(℃);
有效積溫法則-變溫動物完成一定發育時期所需熱量是一個常數第十一頁,共四十九頁。公式假定:Assumptionsoftheequation(1)Thereisalinearrelationshipbetweendevelopmentrateandtemperature;(2)Developmentisonlyaffectedbytemperature;(3)Temperatureisconstant.Applicationsoftheequation:(1)Predictingpotentialdistributionoforganisms.(2)Predictingemergenceofacertainstageoforganisms第十二頁,共四十九頁。Temperature-sizeruleTheratesofgrowthanddevelopmentdeterminethefinalsizeofanorganism.Iftheresponsesofgrowthanddevelopmenttovariationsintemperaturearenotthesame,temperaturewillaffectfinalsize.Infact,developmentusuallyincreasesmorerapidlywithtemperaturethandoesgrowth,suchthatfinalsizetendstodecreasewithrearingtemperature,forawiderangeoforganisms.RatestemperatureDevelopmentGrowthsize第十三頁,共四十九頁。Blackbeanaphidat15℃Blackbeanaphidsat30℃第十四頁,共四十九頁。(D)AdaptationstotemperatureAcclimation:Physiologicalchangesinresponsetoenvironmentalconditions
最佳溫度相差8℃Pearcy(1977)collectedcuttings(插條)ofaplantfromtheDeathValley,California,andplantedthemundertwodifferenttemperatures.Growingtemperatureandoptimaltempforphotosynthesis第十五頁,共四十九頁。TemperatureandBacterialactivityTemperatureandpopulationgrowthbyanantarcticbacterium(南極)(Morita,1975)Temperatureandpopulationgrowthbyahotspringbacterium(黃石公園溫泉)(Brock(1978)第十六頁,共四十九頁。CaseIII:Regulatingbodytemperature(A)BodytemperatureequationK.Schmidt-Nielsen(1983):Hs=Hm±Hcd±Hcv±Hr-HeHs-storage總熱量;Hm-metabolic新陳代謝;Hcd-conduct傳導;Hcv-convection對流;Hr-radiation輻射;He-evaporation蒸發
Manyorganismshaveevolvewaystocompensateforvariationsinenvironmentbyregulatingbodytemperature第十七頁,共四十九頁。生物與環境的熱交換傳導對流代謝輻射輻射蒸發第十八頁,共四十九頁。(B)植物的溫度調節
沙漠植物-如何降溫?
HeatexchangebyadesertplantHs=Hm±Hcd±Hcv±Hr-
He第十九頁,共四十九頁。北極和高山墊狀植物的熱交換北極和高山植物——如何保溫?Hs=Hm+Hcd+Hcv+Hr-
He第二十頁,共四十九頁。第二十一頁,共四十九頁。斯堪蒂納維亞植物體熱收支Growthformandtemperature(datafromFitterandHay,1987)第二十二頁,共四十九頁。TropicalAlpinePlants
Littleannualvariationbutwidedailyfluctuationintemperature.Adaptation:1)Giantrosette(蓮座)growthform;2)Retainingdeadleaves;3)Densepubescence(絨毛)4)Retainingalargeamountoffluid.a.非洲Kilimajaro山上的千里光,b.南美Andes山第二十三頁,共四十九頁。(C)TemperatureregulationbyectothermicanimalsTemperatureregulationbyalizardinthehighAndesLizard蜥蜴
—Afteranhourofsunbasking,asairtemperaturerisestoabout1.5℃,thebodytemperaturerisestoabout33℃,over30℃abovethatofthesurroundingair.Thevastmajorityofanimalsuseexternalsourcesofenergytoregulatebodytemperature.第二十四頁,共四十九頁。蝗蟲Grasshopperstakethesunbaskingforheat,andprobablymore?
Bodytemperature(38-40℃)>airtemperature?透翅蝗CamnulapellucidaInArizonamountains第二十五頁,共四十九頁。Currathurs’sstudy(續)Question:Canthegrasshopperincreasethebodytemperature?
Experiment:twogroupsofinsectswereraisedattwodifferenttemperatures.Thebodytemperaturewasmeasured,andcompared.第二十六頁,共四十九頁。Currathurs’sstudy(續)溫度與蟲霉菌種群增長真菌數量(μlDoesthehighbodytemperaturesuppresspathogens?TemperatureandpopulationgrowthofEntomophagagrylli第二十七頁,共四十九頁。Whatisthelimitationofthisstudy?
Howdoestemperatureaffectthepathogeninthefield?Exposureto40℃temperatureforasfewas4hourseachdaysignificantlyreducedthenumberofgrasshoppersdyingofEntomophagainfections.
第二十八頁,共四十九頁。(e)TemperatureregulationbyendothermicanimalsEnvironmentaltemperatureandmetabolicrates
Whentheenvironmentaltemperatureisbeyondthethermalneutralzone,themetabolicratewillrapidlyincreasetotwo-threetimesrestingmetabolism.中溫區(thermalneutralzone):therangeofenvironmentaltemperatureoverwhichthemetabolicrateofahomeothermic(恒溫)animaldoesnotchange.指恒溫動物代謝速率保持恒定時的溫度范圍。第二十九頁,共四十九頁。溫度與北極和熱帶哺乳動物的中溫區Twogroupsofanimalsaredefinedbythedifferenceintheneutralthermalzones:tropicalspeciesandarcticspecies.
Sharedrange第三十頁,共四十九頁。AquaticbirdsandMammals水生鳥和水生哺乳動物
So,howtokeepheataswellasgetoxygenforendotherms?1)Usingair-breathingtogetoxygen,insteadofgill-breathing2)Bearingathicklayeroffatorfur.Appendages(附肢)areoutfittedwithcountercurrentheatexchangers(逆流交換系統)
toreduceheatloss。1)Thecapacityofwatertoabsorbheatwithoutchangingtemperatureisca.3000timesthatofair;2)Butconductiveandconvectiveheatlosstowateraremuchmorerapidthantoair:over20timesfasterinstillwaterandupto100timesfasterinmovingwater.第三十一頁,共四十九頁。Countercurrentheatexchanger第三十二頁,共四十九頁。金槍魚體側肌肉中的逆流交換器WarmingtheSwimmingMusclesoflargemarineFish動脈靜脈第三十三頁,共四十九頁。Watertemperatureandbodytemperatureofabluefintuna第三十四頁,共四十九頁。WarmingInsectFlightMuscles昆蟲飛行肌加熱機制Doessphinxmothsregulationbodytemperaturethroughchangingmetabolicrate?(Adams&Heath,1964)第三十五頁,共四十九頁。HawkmothHeinrichdidnotfindchangingofthemetabolicrateinresponsetovariationsintemperature.So,heproposedahypothesisthatsphinxmothsregulatebodytemperaturebychangingtheirratesofheatlosstotheenvironment.
第三十六頁,共四十九頁。煙草天蛾的體溫調節和血液循環第三十七頁,共四十九頁。思考題1蝴蝶是變溫動物,白天活動,從赤道雨林到北極都有分布,它們以曬太陽的方式提高體溫。那么,隨緯度的不同,它們用于曬太陽和飛行的時間比例會如何變化?蝴蝶曬太陽的時間會隨著每天溫度的變化而改變嗎?2有人在新疆塔城的嚴冬雪地里發現一種會飛的蛾子,你分析它的體色是什么顏色?為什么?為什么能在零下20多度的冬天飛翔?第三十八頁,共四十九頁。東方臭甘藍-恒溫植物肉穗花序苞片主根(D)Temperatureregulationbythermogenicplants產熱植物
第三十九頁,共四十九頁。氣溫與東方臭甘藍的代謝速率代謝率(用耗氧率表示)第四十頁,共四十九頁。ManyorganismssurviveextremetemperaturesbyenteringarestingstageCaseIV:SurvivingExtremetemperature(a)InactivityTigerbeetle第四十一頁,共四十九頁。(B)ReducingMetabolicRateWhentouseTorpor蟄伏?Torporisastateoflowmetabolicrateandloweredbodytemperature.“Routinehypothesis”or“Emergency-onlyHypo”Howtotestthehypotheses?Hummingbird第四十二頁,共四十九頁。Howtoknowwhetherhummingbirdsgointotorporatnight?Byweightinghummingbirdsjustbeforetheywenttotheirnightroosts(鳥窩),andthenagainintheearlymorning.第四十三頁,共四十九頁。花蜜食物量與蟄伏狀態的關系Calder’sobservationsupportedthe‘Emergency-onlyHypothesis’.Hummingbirdsgointotorporwhen:(1)flowersarenotabundant;(2)foo
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