成考专升本生态学：第二章生物与环境复习资料及同步练习第四节

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第二章生物与环境

复习内容

第四节生物与水因子

一、水因子的生态作用

1．水是生物生存的重要条件

首先水是生物体不可缺少的组成部分。植物体一般含水量达60％～80％，而动物体含水量比植物更高。例如，水母含水量高达95％，软体动物达80％～92％，鱼类达80％～90％，鸟类和兽类达70％～75％。其次，生物体的一切代谢活动都必须以水为介质，生物体内营养的运输，废物的排除、激素的传递以及生命赖以存在的各种生物化学过程，都必须在水溶液中才能进行，而所有物质也都必须以溶解状态才能出入细胞，所以在生物体和它们的环境之间时时刻刻都在进行着水交换，水是生命现象的基础，没有水就没有生命。此外，水有较大的比热，当环境中温度剧烈变动时，它可以发挥缓和调节体温的作用。水还能维持细胞和组织的紧张度，使生物保持一定的状态，维持正常的活动。

2．水对动植物生长发育的影响

水量对植物的生长有最高、最适和最低3个基点。低于最低点，植物萎蔫、生长停止；高于最高点，根系缺氧、窒息、烂根；只有处于最适范围内，才能维持植物的水分平衡，以保证植物有最优的生长条件。种子萌发时，需要较多的水分，因水能软化种皮，增强透性，使呼吸加强，同时水能使种子内凝胶状态的原生质转变为溶胶状态，使生理活性增强，促使种子萌发。水分还影响植物的其他生理活动。如果含水量不足，便会造成植物萎蔫，植物萎蔫前蒸腾量减少，同化产物减少，呼吸增加，从而导致生长基本停止。

水对动物也有较重要的影响。在水分不足时，可以引起动物的滞育或休眠。例如，降雨季节在草原上形成一些暂时性水潭，其中生活着一些水生昆虫，其密度往往很高，但雨季一过，它们就进人滞育期。此外，许多动物的周期性繁殖与降水季节密切相关。例如，大洋洲鹦鹉遇到干旱年份就停止繁殖；羚羊幼兽的出生时间，正好是降水和植被茂盛的时期。

3．水对生物分布的影响

降水在地球上的分布是不均匀的，这主要因地理纬度、海陆位置、海拔高度的不同所致。我国从东南至西北，可以分为3个等雨量区，因而植被类型也可分为3个区，即湿润森林区、干旱草原区及荒漠区。即使是同一山体，迎风坡和背风坡，也因降水的差异各自生长着不同的植物，伴随分布着不同的动物。水分与动植物的种类和数量存在着密切的关系。在降水量最大的赤道热带雨林中植物达52种／hm²，而降水量较少的大兴安岭红松林群落中，仅有植物l0种／hm²，在荒漠地区，单位面积物种数更少。

二、生物对水因子的适应

1．植物对水因子的适应

生物圈中水的分布是十分不均匀的，由此形成的不同类型的植物对水因子的要求各不相同，根据植物对水分的需求量和依赖程度，可把植物划分为水生植物和陆生植物(见表2—2)。

(1)水生植物是所有生活在水中的植物的总称。水体环境的主要特点为：弱光、缺氧、密度大、黏性高和温度变化平缓，以及能溶解各种无机盐类。因此，水生植物与陆生植物有本质的区别。首先，水生植物具有发达的通气组织，以保证各器官组织对氧的需要。例如，荷花从叶片气孔进入的空气，通过叶柄、茎进入地下茎和根部的气室，形成了一个完整的通气组织，以保证植物体各部分对氧气的需要。其次，其机械组织不发达甚至退化，以增强植物的弹性和抗扭曲能力，适应于水体流动。
同时，水生植物在水下的叶片多分裂成带状、线状，而且很薄，以增加吸收阳光、无机盐和C0₂的面积。最典型的是伊乐藻属植物，叶片只有一层细胞。有的水生植物，出现异型叶，如毛茛在同一植株上有两种不同形状的叶片，在水面上呈片状，而在水下则丝裂成带状。水生植物类型很多，根据生长环境中水的深浅不同，可划分为沉水植物、浮水植物和挺水植物3类。

(2)陆生植物指生长在陆地上的植物。包括湿生、中生和旱生三种类型。

湿生植物指在潮湿环境中生长，不能忍受较长时间的水分不足，即抗旱能力最弱的陆生植物。

根据其环境特点，还可以再分为阴性湿生植物和阳性湿生植物两个亚类。

中生植物指生长在水分条件适中生境中的植物。该类植物具有一套完整的保持水分平衡的结构和功能，其根系和输导组织均比湿生植物发达。

旱生植物生长在干旱环境中，能长期耐受干旱，且能维护水分平衡和正常的生长发育。这类植物在形态或生理上有多种多样的适应干旱环境的特征。旱生植物在形态结构上的特征，主要表现在两个方面：一方面是减少水分丢失，另一方面是增加水分摄取。旱生植物可以分为少浆植物和多浆植物两类。www.zikao sw.com少浆植物有发达的根系，增加水分摄取，植物叶面积很小，叶片特化成刺状、针状或鳞片状，且气孔下陷。多浆植物具有发达的储水组织。例如，美洲沙漠中的仙人掌树，每颗可储水2 t左右；南美的瓶子树、西非的猴面包树，每棵可储水4t以上。这类植物能储备大量水分，同样适应干旱条件下的生活。

除以上形态适应外，还有一类植物是从生理上去适应。旱生植物适应干旱环境的生理特征表现在它们的原生质渗透压特别高。淡水水生植物的渗透压一般只有2～3 Pa,中生植物一般不超过20 Pa，而旱生植物的渗透压可高达40～60Pa，甚至可达到l00Pa，高渗透压使植物根系能够从干旱的土壤中吸收水分，同时不至于发生反渗透现象使植物失水。

2．动物对水因子的适应

动物按栖息地划分同样可以分为水生和陆生两大类。水生动物的媒质是水，而陆生动物的媒质是大气。因此，它们的主要适应特征也有所不同。

(1)水生动物对水因子的适应

水生动物保持体内水分得失平衡主要是依赖水的渗透作用。渗透压调节可以限制体表对盐类和水的通透性，通过逆浓度梯度主动地吸收或排出盐类和水分，改变所排出的尿和粪便的浓度与体积。如淡水动物体液的浓度对环境是高渗性的，体内的部分盐类既能通过体表组织弥散，又能随粪便、尿液排出体外。当体内盐类有降低的危险时，它们会使排出体外的盐分降低到最低限度，并通过食物和鳃，从水中主动吸收盐类。海洋生活的大多数生物体内的盐量和海水是等渗的(如无脊椎动物和盲鲤)，有些比海水低渗(如七鳃鲤和真骨鱼类)，低渗使动物易于脱水，于是在喝水的同时又将盐吸人，它们对吸人多余的盐类排出的办法是将其尿液量减少到最低限度，同时鱼的鳃可以逆浓度梯度向外分泌盐类。

洄游鱼类(如溯河的鲑鱼和降海的鳗鱼)以及广盐性鱼类(罗非鱼、赤鳟、刺鱼等)，在生活史的不同时期分别在淡水和海水中生活。一般，其体表对水分和盐类渗透性较低，有利于在浓度不同的海水和淡水中生活。当它们从淡水转移到海水时，虽然有一段时间体重因失水减轻，体液浓度增加，但48小时内，一般都能进行渗透压调节，使体重和体液浓度恢复正常。反之，当它们由海水进入淡水时，也会出现短时间的体内水分增多，盐分减少的现象，但它们可以通过提高排尿量来维持体内的水分平衡。例如，一些鱼类进入海水时，肾脏的排泄机能就自动减弱，有的鱼类如赤鳟、美洲鳗鲡的鳃细胞能改变机能，在咸水中能排泄盐类，而在淡水中能吸收水分。

(2)陆生动物对水因子的适应

陆生动物和水生动物一样，细胞内需要保持最适的含水量和溶质浓度。主要影响陆生动物水分平衡的是环境中的湿度。动物失水的主要途径是皮肤蒸发、呼吸失水和排泄失水。丢失的水分主要是从食物、代谢水和直接饮水三个方面得到弥补。但在有些环境中，水是很难得到的，所以单靠饮水远远不能满足动物对水分的需要。因此，陆生动物在进化过程中形成了各种减少限制失水的适应。

①形态结构上的适应

不论是低等的无脊椎动物还是高等的脊椎动物，它们各自以不同的形态结构来适应环境湿度，保持生物体的水分平衡。昆虫具有几丁质的体壁，防止水分的过量蒸发；生活在高山干旱环境中的烟管螺可以产生膜以封闭壳口来适应低温条件；两栖类动物体表分泌粘液以保持湿润；爬行动物具有很厚的角质层；鸟类具有羽毛和尾脂腺；哺乳动物有皮脂腺和毛，都能防止体内水分过分蒸发，以保持体内水分平衡。

②生理上的适应

减少排泄失水，许多荒漠鸟兽具有良好重吸收水分的肾脏。人尿中的盐离子浓度比血浆的浓度高3倍，但有些动物尿中的盐浓度却可以比血浆中的高l7倍。另外，含氮废物的排出形式也是减少排泄失水的一种途径。哺乳动物以尿素的形式排泄含氮废物，由于尿素溶于水，所以排泄过程也会损失一些水分，失水的多少则视肾脏的浓缩能力而定。爬行动物和鸟类则以尿酸的形式排泄含氮废物，这是对干燥的陆地生活的进一步适应。

许多动物在干旱的情况下具有生理上的适应特点。例如，“沙漠之舟”骆驼，不仅具有贮水的胃，驼峰中还储藏有丰富的脂肪，www.zika osw.com在消耗过程中产生大量水分(代谢水)，血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。因此，骆驼可以l7天不喝水，身体脱水达体重的27％，仍然照常行走。

③行为上的适应

沙漠地区夏季昼夜地表温度相差很大，因此，地面和地下的相对湿度和蒸发力相差也很大。

一般沙漠动物(如昆虫、爬行类、啮齿类等)，白天躲在洞内，夜里出来活动。干旱地区的许多鸟类和兽类在水分缺乏、食物不足的时候，迁移到别处去，以避开不良的环境条件。在非洲大草原旱季到来时，大型草食动物往往开始迁徒。

同步练习

  一、选择题

1．关于陆生动物失水的途径，不正确的说法是        。（　　）

A．体表蒸发失水  
B．呼吸失水
C．代谢消耗水分  

D．排泄失水

2．不属于水生植物类群的植物是        （　　）

A．漂浮植物
B．多浆液植物  
C．浮叶植物
D．沉水植物

3．具有发达的贮水组织的植物是        。（　　）

A．少浆植物
B．多浆植物

C．湿生植物

D．中生植物

4．阴性湿生植物所不具备的特点是        。（　　）

A．生长在弱光、大气湿润环境里
B．没有抗旱的结构和功能

C．湿生形态结构不明显

D．体内通气组织发达

5．机械组织不发达甚至退化，以增强植物弹性，这种植物往往是        。（　　）

A．水生植物
B．旱生植物

C．湿生植物
D．中生植物

6．根据动物体液与体外水介质的渗透势差别大小和调节渗透势的机制，可以把水生动物分为      。(  )

A．狭盐性种类和广盐性种类

B．低渗性的和高渗性的

C．淡水动物和海水动物
D.变渗动物和恒渗动物

7．植物体一般含水量达      。（　　）

A．20％～40％
B．30％～50％
C．40％～60％

D．60％～80％

8．下列生理生态过程中的水用做代谢原料是      。（　　）

A．气孔开闭
B．植物挺立
C．光合作用
D．保持温度

9．下列说法中      是不正确的。（　　）

A．很多低等陆生植物仍然保持着在水中授粉的特性

B．动物和微生物的繁殖与水无关

C．水分对动物的影响更多地体现在湿度的作用上

D．靠水授粉是水生植物的主要特点

10．水生动物保持体内水分得失平衡主要是依赖        。（　　）

A．渗透压调节
B．获取更多水分

C．减少水的消耗
D．贮水组织储存水

二、填空题

1．水生植物可分为      、      和      三大类。

2．水生动物直接生活在水环境中，其体表通常是      的。

3．陆生植物可分为      、      和      三大类。

4．旱生植物分为      和      两类。

5．陆生动物失水的主要途径有      、呼吸失水和      。

6．我国从东南至西北，可分为三个等雨量区，相应形成三个植被类型。即      、      

和      

三、简答题

  1．简述水在生物生命活动中的重要性。

  2．简述旱生植物的适应特征。

  3．简述陆生动物吸收水分的方法。

四、论述题

  试述动物对水因子的适应。

参考答案

一、选择题

1．C  2．B  3．B4.C  5．A  6．D  7．D 8．C

9．Bl0．A

二、填空题

  1．沉水植物  浮水植物  挺水植物

  2．可渗透性

  3．湿生植物  中生植物  旱生植物

  4．少浆植物  多浆植物

  5．体表蒸发失水  排泄失水

  6．湿润森林区干旱草原区  荒漠区

三、简答题

1．水是生物生命活动的必要条件，表现为：

(1)水是细胞质的主要成分；

(2)水是代谢过程的反应物质；

(3)水是营养物质和代谢产物吸收、运输的溶剂；

(4)水有调节生物体温的作用。

所以在生物与环境之间时时刻刻都在进行着水分交换。生命起源于水，在生物的进化过程之中绝大多数时间都是在海洋中进行的。生物登陆以后所面临的主要问题是如何减少水分蒸发和保持体内的水分平衡。现在大多数动植物都已适应了陆生生活，而且在水的获取、消耗和储存等方面都具有特殊的适应性。

2．旱生植物在形态结构上的特征，主要表现在两个方面：一方面是减少水分丢失，另一方面是增加水分摄取。旱生植物可以分为少浆植物和多浆植物两类。

(1)少浆植物有发达的根系，增加水分摄取，植物叶面积很小，叶片化成刺状、针状或鳞片状，且气孔下陷。

(2)多浆植物具有发达的贮水组织。

(3)旱生植物适应干旱环境的生理特征表现在它们的原生质渗透压特别高。

3．陆生动物吸收水分主要有三种方法：

第一，为直接饮水，大部分动物靠这种方法获取水分；

第二，为皮肤吸水，两栖类动物如青蛙、蟾蜍等可在潮湿的环境中用皮肤直接吸收水分；

第三，为从代谢中获得水分，昆虫可从分解食物的代谢过程中获取水分。

四、论述题

动物按栖息地划分同样可以分为水生和陆生两大类。

(I)水生动物保持体内水分得失平衡主要是依赖水的渗透作用。

(2)陆生动物主要是从获取更多的水分、www.zikao sw.com减少水的消耗、储存水，发生形态、生理和行为变化等方面来适应旱生环境。

①形态适应，昆虫具有几丁质的体壁，防止水分的过量蒸发；生活在高山干旱环境中的烟管螺可以产生膜以封闭壳口来适应低湿条件；两栖类动物体表分泌黏液以保持湿润；爬行动物具有很厚的角质层；鸟类具有羽毛和尾脂腺；哺乳动物有皮脂腺和毛，都能防止体内水分过分蒸发，以保持体内水分平衡。

②生理适应，许多动物具有贮水器官或组织，如驼峰中储藏有丰富的脂肪，在消耗过程中产生大量水分，血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。

③行为适应，沙漠地区夏季昼夜地表温度相差很大，因此，地面和地下的相对湿度和蒸发力相差也很大。一般沙漠动物(如昆虫、爬行类、啮齿类等)白天躲在洞内，夜里出来活动。

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