高溫對生物的影響溫度超過生物適宜溫區的上限後就會對生物產生有害影響,溫度越高對生物的傷害作用越大。高溫可減弱光合作用,增強呼吸作用,使植物的這兩個重要過程失調。例如馬鈴薯在溫度達到40℃時,光合作用等於零,而呼吸作用在溫度達到50℃以前一直隨溫度的上升而增強,但這種狀況只能維持很短的時間。高溫還會破壞植物的水分平衡,加速生長髮育,促使蛋白質凝固和導致有害代謝產物在體內的積累。高溫對動物的有害影響主要是破壞酶的活性,使蛋白質凝固變性,造成缺氧、排洩功能失調和神經系統麻痺等。
水稻開花期間如遇高溫就會使受精過程受到嚴重傷害,因為高溫可傷害雄性器官,使花粉不能在柱頭上發育。日平均溫度30℃持續5d就會使空粒率增加20%以上。在38℃的恆溫條件下,水稻的實粒率下降為零,幾乎是顆粒無收。
動物對高溫的忍受能力因種類而異。哺乳動物一般都不能忍受42℃以上的高溫;鳥類體溫比哺乳動物高,但也不能忍受48℃以上的高溫。多數昆蟲、蜘蛛和爬行動物都能忍受45℃以下的高溫,溫度再高就有可能引起死亡。例如家蠅在6℃時開始活動,28℃以前活動一直增加,到大約45℃時活動中止,當溫度達到46.5℃左右時便會死亡。雖然生活在溫泉中的斑鱔能忍受52℃或更高的水溫,但目前除海塗火山口群落的動物以外,還沒有發現一種動物能在50℃以上的環境中完成其整個的生活史。
生物對高溫環境的適應生物對高溫環境的適應也表現在形態、生理和行為3個方面。就植物來說,有些植物生有密絨毛和鱗片,能過濾一部分Sunny;有些植物體呈白色、銀白色,葉片革質發亮,能反射一大部分Sunny,使植物體免受熱傷害;有些植物葉片垂直排列使葉緣向光或在高溫條件下葉片摺疊,減少光的吸收面積;還有些植物的樹幹和根莖生有很厚的木栓層,具有絕熱和保護作用。植物對高溫的生理適應主要是降低細胞含水量,增加糖或鹽的濃度,這有利於減緩代謝速率和增加原生質的抗凝結力。其次是靠旺盛的蒸騰作用避免使植物體因過熱受害。還有一些植物具有反射紅外線的能力,夏季反射的紅外線比冬季多,這也是避免使植物體受到高溫傷害的一種適應。
動物對高溫環境的一個重要適應就是適當放鬆恆溫性,使體溫有較大的變幅,這樣在高溫炎熱的時刻身體就能暫時吸收和貯存大量的熱並使體溫升高,爾後在環境條件改善時或躲到陰涼處時再把體內的熱量釋放出去,體溫也會隨之下降。沙漠中的齧齒動物對高溫環境常常採取行為上的適應對策,即夏眠、穴居和白天躲入洞內,夜晚出來活動。有些黃鼠不僅在冬季進行冬眠,還要在炎熱乾旱的夏季進行夏眠。晝伏夜出是躲避高溫的有效行為適應,因為夜晚溼度大、溫度低,可大大減少蒸發散熱失水,特別是在地下巢穴中。這就是所謂“夜出加穴居”的適應對策。
每一種生物都有自己固定的溫度適應幅度。不過,有的能在較寬的溫度範圍內生活,例如馬尾松、白樺、栓皮櫟等植物;還有像蟾蜍、美洲獅、亞洲虎以及New Beetle等動物能在-5℃~55℃的範圍內生活,成為廣溫動物,或廣溫種;有的只能在很窄的範圍內生活,不能適應溫度的波動,成為窄溫動物,如雪球藻、雪衣藻、真渦蟲等,只能生活在冰點溫度範圍內,屬於窄溫好冷種;有一種菊科植物,某些藍綠藻及多種昆蟲,屬於窄溫好熱種。另一些喜溫植物,如椰子、可可等只能生活在熱帶。
馬尾松溫度因子對植物在地球上的分佈是起決定性作用的。年平均溫度達24℃~30℃,最冷月平均溫度在18℃以上者屬於熱帶雨林氣候,這裡是橡膠、可可、咖啡和金雞納等熱帶植物的家鄉。冬季溫暖、夏季炎熱,最冷月平均在2℃以上,屬於亞熱帶森林氣候,這裡是柑橘、馬尾松、樟木和毛竹的家鄉。1月平均氣溫在20℃以下,7月平均氣溫在20℃~25℃,屬於溫帶季風氣候,這裡是落葉樹白楊、櫟、桃、李、梨和蘋果的故鄉。7月平均氣溫一般在10℃~12℃以上,年平均氣溫在0℃左右,屬於寒溫帶針葉林氣候,東北紅松林的家鄉就在這裡。最熱月平均氣溫不超過10℃~12℃,但高於0℃者屬於寒帶苔原氣候,這裡是苔原的天下,生物種類稀少,幾乎所有動、植物都不大樂意在這裡安家落戶,只有某幾種地衣和一些散生的灌木。
生物長期適應於一年中溫度的寒暑節律性變化,形成與此相適應的生物發育節律稱為物候。
大多數植物在春天溫度回升時,開始發芽、現蕾、生長,夏秋氣溫較高時,植物開花、結實,秋末轉入低溫,於是植物落葉,進入休眠。植物的物候期直接與溫度相關,每一物候期需要有一定的熱量,它像氣象站一樣,植物發育的某一階段,便預報了當時的氣候狀況。如楊柳綠表示春來了,楓葉紅表示秋天到,秋風掃落葉則表示冬天即將來臨。溫度決定了植物的生長,而植物的生長髮育又反映了環境的溫度狀況。
自古就有“三月榆莢時,可種禾”的記載,說的是榆樹結果的時候,就該種禾類植物了。中國華北地區有“棗發芽,種棉花”,四川種小麥有“過了九月九,下種要跟菊花走”等。上述棗、菊就是棉花、小麥播種期的指示植物。例如,“迎春花開,楊柳吐絮,小地老虎成蟲出現;桃花一片紅,發蛾到高峰;榆錢落,幼蟲多;花椒發芽,棉蚜孵化;五月鮮桃發紅,趕快誘殺棉鈴蟲”等。利用物候防蟲治蟲,是傳統的好經驗。
知識點
嗜熱菌
嗜熱菌,又稱高溫細菌、嗜熱微生物。它是一類生活在高溫環境中的微生物,如火山口及其周圍區域、溫泉、工廠高溫廢水排放區等。近30年來,這一類微生物越來越廣泛地引起了科學家們的重視和興趣。特別是在水的沸點和沸點以上溫度條件下還能生存的細菌被發現後,更促進了對嗜熱微生物的研究。
高溫對生物的影響溫度超過生物適宜溫區的上限後就會對生物產生有害影響,溫度越高對生物的傷害作用越大。高溫可減弱光合作用,增強呼吸作用,使植物的這兩個重要過程失調。例如馬鈴薯在溫度達到40℃時,光合作用等於零,而呼吸作用在溫度達到50℃以前一直隨溫度的上升而增強,但這種狀況只能維持很短的時間。高溫還會破壞植物的水分平衡,加速生長髮育,促使蛋白質凝固和導致有害代謝產物在體內的積累。高溫對動物的有害影響主要是破壞酶的活性,使蛋白質凝固變性,造成缺氧、排洩功能失調和神經系統麻痺等。
水稻開花期間如遇高溫就會使受精過程受到嚴重傷害,因為高溫可傷害雄性器官,使花粉不能在柱頭上發育。日平均溫度30℃持續5d就會使空粒率增加20%以上。在38℃的恆溫條件下,水稻的實粒率下降為零,幾乎是顆粒無收。
動物對高溫的忍受能力因種類而異。哺乳動物一般都不能忍受42℃以上的高溫;鳥類體溫比哺乳動物高,但也不能忍受48℃以上的高溫。多數昆蟲、蜘蛛和爬行動物都能忍受45℃以下的高溫,溫度再高就有可能引起死亡。例如家蠅在6℃時開始活動,28℃以前活動一直增加,到大約45℃時活動中止,當溫度達到46.5℃左右時便會死亡。雖然生活在溫泉中的斑鱔能忍受52℃或更高的水溫,但目前除海塗火山口群落的動物以外,還沒有發現一種動物能在50℃以上的環境中完成其整個的生活史。
生物對高溫環境的適應生物對高溫環境的適應也表現在形態、生理和行為3個方面。就植物來說,有些植物生有密絨毛和鱗片,能過濾一部分Sunny;有些植物體呈白色、銀白色,葉片革質發亮,能反射一大部分Sunny,使植物體免受熱傷害;有些植物葉片垂直排列使葉緣向光或在高溫條件下葉片摺疊,減少光的吸收面積;還有些植物的樹幹和根莖生有很厚的木栓層,具有絕熱和保護作用。植物對高溫的生理適應主要是降低細胞含水量,增加糖或鹽的濃度,這有利於減緩代謝速率和增加原生質的抗凝結力。其次是靠旺盛的蒸騰作用避免使植物體因過熱受害。還有一些植物具有反射紅外線的能力,夏季反射的紅外線比冬季多,這也是避免使植物體受到高溫傷害的一種適應。
動物對高溫環境的一個重要適應就是適當放鬆恆溫性,使體溫有較大的變幅,這樣在高溫炎熱的時刻身體就能暫時吸收和貯存大量的熱並使體溫升高,爾後在環境條件改善時或躲到陰涼處時再把體內的熱量釋放出去,體溫也會隨之下降。沙漠中的齧齒動物對高溫環境常常採取行為上的適應對策,即夏眠、穴居和白天躲入洞內,夜晚出來活動。有些黃鼠不僅在冬季進行冬眠,還要在炎熱乾旱的夏季進行夏眠。晝伏夜出是躲避高溫的有效行為適應,因為夜晚溼度大、溫度低,可大大減少蒸發散熱失水,特別是在地下巢穴中。這就是所謂“夜出加穴居”的適應對策。
每一種生物都有自己固定的溫度適應幅度。不過,有的能在較寬的溫度範圍內生活,例如馬尾松、白樺、栓皮櫟等植物;還有像蟾蜍、美洲獅、亞洲虎以及New Beetle等動物能在-5℃~55℃的範圍內生活,成為廣溫動物,或廣溫種;有的只能在很窄的範圍內生活,不能適應溫度的波動,成為窄溫動物,如雪球藻、雪衣藻、真渦蟲等,只能生活在冰點溫度範圍內,屬於窄溫好冷種;有一種菊科植物,某些藍綠藻及多種昆蟲,屬於窄溫好熱種。另一些喜溫植物,如椰子、可可等只能生活在熱帶。
馬尾松溫度因子對植物在地球上的分佈是起決定性作用的。年平均溫度達24℃~30℃,最冷月平均溫度在18℃以上者屬於熱帶雨林氣候,這裡是橡膠、可可、咖啡和金雞納等熱帶植物的家鄉。冬季溫暖、夏季炎熱,最冷月平均在2℃以上,屬於亞熱帶森林氣候,這裡是柑橘、馬尾松、樟木和毛竹的家鄉。1月平均氣溫在20℃以下,7月平均氣溫在20℃~25℃,屬於溫帶季風氣候,這裡是落葉樹白楊、櫟、桃、李、梨和蘋果的故鄉。7月平均氣溫一般在10℃~12℃以上,年平均氣溫在0℃左右,屬於寒溫帶針葉林氣候,東北紅松林的家鄉就在這裡。最熱月平均氣溫不超過10℃~12℃,但高於0℃者屬於寒帶苔原氣候,這裡是苔原的天下,生物種類稀少,幾乎所有動、植物都不大樂意在這裡安家落戶,只有某幾種地衣和一些散生的灌木。
生物長期適應於一年中溫度的寒暑節律性變化,形成與此相適應的生物發育節律稱為物候。
大多數植物在春天溫度回升時,開始發芽、現蕾、生長,夏秋氣溫較高時,植物開花、結實,秋末轉入低溫,於是植物落葉,進入休眠。植物的物候期直接與溫度相關,每一物候期需要有一定的熱量,它像氣象站一樣,植物發育的某一階段,便預報了當時的氣候狀況。如楊柳綠表示春來了,楓葉紅表示秋天到,秋風掃落葉則表示冬天即將來臨。溫度決定了植物的生長,而植物的生長髮育又反映了環境的溫度狀況。
自古就有“三月榆莢時,可種禾”的記載,說的是榆樹結果的時候,就該種禾類植物了。中國華北地區有“棗發芽,種棉花”,四川種小麥有“過了九月九,下種要跟菊花走”等。上述棗、菊就是棉花、小麥播種期的指示植物。例如,“迎春花開,楊柳吐絮,小地老虎成蟲出現;桃花一片紅,發蛾到高峰;榆錢落,幼蟲多;花椒發芽,棉蚜孵化;五月鮮桃發紅,趕快誘殺棉鈴蟲”等。利用物候防蟲治蟲,是傳統的好經驗。
知識點
嗜熱菌
嗜熱菌,又稱高溫細菌、嗜熱微生物。它是一類生活在高溫環境中的微生物,如火山口及其周圍區域、溫泉、工廠高溫廢水排放區等。近30年來,這一類微生物越來越廣泛地引起了科學家們的重視和興趣。特別是在水的沸點和沸點以上溫度條件下還能生存的細菌被發現後,更促進了對嗜熱微生物的研究。