温度的生态作用

温度因子的生态作用

1 生物体内的生化过程必须在一定的温度范围内才能正常进行

2 温度的变化往往能引起环境中其他生态因子的改变

3 生物生长(growth)的“三基点”: 最低、最适和最高温度

一、环境温度的作用及其特点

二、水生生物的极限温度

生物对极端温度(环境)的适应

1 对低温的适应:

形态方面

—Bergman’ rule: 生活在高纬度地区的恒温动物，其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大(因个体大的动物，其单位体重耗散热量相对较少，发育缓而时间长，因而体魄健硕)

—Allen’ rule: 恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等，在低温环境中有变小变短的趋势(减少散热面积的形态适应)

—乔丹定律（Jordan’s rule）:鱼类一般生长在低温条件下趋向于脊椎增多和身体加大。

生理方面

增加细胞液中的糖类、脂肪和色素等物质来提高粘度，降低植物的冰点

北极高山植物能吸收更多的红外线

动物靠体内增加代谢产热御寒和/或降低身体终端部位的温度来适应严寒

行为方面

休眠或迁移来抵御或躲避寒冷

2 对高温的适应:

植物的形态和生理适应

形态: 叶革质(反射)、绒毛和鳞片(过滤光照)，隔热木栓层(绝热)

生理: 旺盛的蒸腾(transpiration)

动物的行为适应:昼伏夜出，穴居，夏眠 

3.变温(温周期)现象(thermoperiodism)

  变温影响植物的生长和干物质积累(大陆性气候条件下，昼夜温差达10~15C时对植物最为适宜)

问题：为什么我国西部一些地方(如新疆山麓绿洲地区)出产的农作物(如小麦、棉花、玉米、番茄等)，其产量非常高，品质特别好？出产的水果(如瓜类、葡萄、大枣等)味极甜？(从光照、温度与作物生理、生长、发育之间关系出发考虑)

三、温度和水生生物的地理分布

根据生物的温度变幅，可将生物分成

1、广温生物：温度幅度大于10℃，能忍受较大幅度的温度变化。如菱形藻41℃(-11～30℃)。大型蚤>30℃（1～30℃以上）。广温生物按其适温又可分为：

（1）冷水性生物：适温<15℃，一般金藻、硅藻属此，常在春秋大量出现，鲑、虹鳟等冷水性鱼类。

（2）温水性生物：适温15～25℃。我国养殖水体中常见的淡水生物多属温水性生物，即为喜温广温种。

（3）暖水性生物：适温25～35℃。如热带鱼。

2．狭温生物：温幅〈10℃为狭温性生物，其中也分为冷水种和暖水种。前者如涡虫（Plannaria alpina）温幅仅10℃（0～10℃），南极鱼的耐温幅度<4℃(-2～2℃)，后者如热带海洋的珊瑚，>20℃,温幅为7℃。

温度往往是生物地理分布的主要限制因素之一，尤其是极限温度的限制。

一般的说，从南到北的分布范围受冬季最低温度的限制，如珠江水系的鲮、罗非鱼、红罗非鱼等喜栖于水温24~35℃，能耐受的最低温度为7-12℃；

从北向南则受夏季最高温度的限制，如黑龙江、松花江水系的鲑鳟、公鱼及雅罗鱼，喜栖温度为9~16℃，忍耐的最高温度为25~29℃。温度主要是通过低温期的延长而间接起作用，如许多种类因越冬期过长和生长期过短而不能完成发育周期，因此不能维持种群。

与温度分布密切关联的一个普遍现象是海洋生物分布的两极性。

两极同源（bipolarity）：南北两半球中高纬度的生物在系统分类上表现有密切的关系，有相应的种、属、科存在，这些种类在热带海区消失。这种情况称为两极分布（bipolar distribution）或两极同源。如曳鳃虫属的尾曳鳃虫（Priapulus caudatus）分布于北极-北温带海区，而刺管曳鳃虫（P. fuberculatospinosus）则栖息于南极-南温带海区。

热带沉降（tropical submergence）,即某些广盐性和广深性的冷水种，其分布可能从南北两半球高纬度的表层通过赤道区的深水层而成为一个连续的分布(在赤道区域沉陷至深水层)。 

四、温度对生物繁殖、发育、生长的影响

  1．变温生物和恒温生物：按照体温和环境温度的关系，把生物分为变温生物和恒温生物。

 a.恒温生物：有较高和稳定的代谢水平，并对体温有较完善的调节机制，使体温能保持相对恒定，因此不受环境温度变动的影响。如鸟类和哺乳动物为恒温动物（温血动物）。

b.变温生物：新陈代谢水平不稳定，体温随外界温度的变化而变化，几乎完全缺乏对体温的调节机制，如无脊椎动物及鱼类。两栖类和爬行类。绝大多数水生生物（水生哺乳类除外）均属于变温生物，其体温和水温相等或相近（鲤鱼1.7℃）

可见，体温决定有机体的代谢强度，一般温度每升高10℃，化学过程的速率即加快2～3倍，即Q10=2-3.这就是范霍夫定律（Vant Hoff’s law）或Q10定律。 

生物学零度是指生物生长发育的温度下限或生物发育的起点温度。又称发育阈温度或发育温度阈。换一句话说，有机体必需在温度达到一定界限以上，才开始发育和生长，一般把这一界限称为生物学零度。

积温：生物特别是植物生长发育时也需要一定的温度总量，才能完成其生活周期。通常把生物整个生长发育期或某一发育阶段内，高于一定温度度数以上的昼夜温度总和称某生物或发育阶段的积温。

活动温度：高于物理学零度的温度称活动积温。有效温度：活动温度减去生物学零度称有效温度。

有效积温：就是某生物在整个生长发育期或某一生长发育阶段内有效温度的总和。

五、变温对生物生活的意义

温度的昼夜变化，对植物的生长、发育和产品质量有很大的影响。

（1）变温能提高植物种子的萌发率。主要是由于降温后可增加氧在在细胞中的溶解度，从而改善了萌发中的通气条件。变温可提高细胞膜的透性。从而促进萌发。

（2）变温促进植物生长开花和结实。

（3）变温能改进植物产品质量。

变温对植物的有利作用是因为白天适当高温有利于光合作用，夜间适 当低温有利于使呼吸作用减弱，光和产物消耗较少，净积累增多。

（4）物候：植物长期适应于一年中温度水分的节律性变化，形成与此相适应的植物发育节律即物候。

变温对水生动物的生命活动也具有积极的意义，变温只在适温范围内才有意义。

蟹（R. Harrisii）蚤状幼体在20~30℃时的发育速度比25℃的加快7.7%,而大眼幼体加快31%。且能提高存活率，30℃ 87.5%；35℃40%；30~35℃，92.2%。

变温能增加萼花臂尾轮虫种群的增长速率。15~25℃比20℃增加25%。

多刺裸腹溞：变温能加快其发育。

变温能加快能量利用效率。如大型蚤在20℃时的食物同化能量的40%用于生长，而20±5℃时提高到68%。浮游动物的昼夜垂直移动亦然。 

六、浮游生物的周期性变形

周期性变形（季节变异）：是指同一种浮游生物在一年不同的季节或经过若干个世代以后，在形态上发生的变化。这种现象与许多环境因素有关，其中温度具有重要作用。

1．周期变形类型：一般表现在生物的体形大小和刺或突起的变化上。

2．周期变形特点：周期变形要经过几个世代和许多中间型逐渐完成，并不是同一代同一个体变异的结果。从冬型转变到夏型一般在2-3周内很快完成，从夏型到冬型的转变则较缓慢。

3．周期变形的原因：温度、营养条件和敌害的作用，均可诱导产生这种变形。

4．周期变形的生物学意义：（1）浮力学说：夏季水温升高降低了水的粘度，因而也降低了浮力，浮游生物的角刺和突起的变化是增加体阻由此增大浮力的一种适应。（2）有人认为，周期变形是动物防御敌害的一种适应。