二、生物与光因子

太阳辐射是地球上所有生物生存和繁衍最基本的能量来源，是必不可少的生态因子。光照对生物的影响包括光质、光照强度、光照周期的影响。与此同时，生物在长期的进化过程中，对光照形成了一定的适应性。

1．光质的生态作用与生物的适应

（1）光质

①定义

光质，太阳辐射是由各种不同波长的光组成的，光质即光谱成分，光质不同，即光线所含的光谱成分不同，

②光质的变化

由于大气对太阳辐射的吸收与散射作用，当太阳辐射经过大气时，不仅辐射强度减弱了，而且光谱组成也发生了变化。

a．空间变化

光质随空间发生变化的一般规律是短波光随纬度增加而减少，随海拔升高而增加。

b．时间变化

在时间变化上，冬季长波光增多，夏季短波光增多；一天之内中午短波光较多，早晚长波光较多。

（2）光质与植物

植物的光合作用不能利用光谱中所有波长的光，它只能利用可见光区（400-760nm）的光，这部分辐射约占总辐射的40～50%。

①生理有效辐射

可见光中红、橙光是被叶绿素吸收最多的成分，对叶绿素的形成有促进作用。其次是蓝紫光，能为叶绿素和类胡萝卜素吸收。

a．蓝光，促进蛋白质的合成；

b．红光，促进糖的合成、种子萌发；

c．青光、蓝紫光抑制植物的伸长生长，使植物成矮小形态，使植物向光性更敏感。

②生理无效光

绿光很少被吸收，因此又称绿光为生理无效光。

（3）光质与动物

可见光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长和发育等都有影响。

①大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近，但昆虫则偏于短波光，大致在250-700nm之间，它们看不见红外光，却看得见紫外光。而且许多昆虫对紫外光有趋光性，这种趋光现象已被用来诱杀农业害虫。

②紫外线能杀菌，可引起皮肤红疹及皮肤癌，但是能促进维生素D的合成。

③红外线是地表的基本热源，对外温动物的体温调节和能量代谢有决定性作用。

2．光照度的生态作用与生物的适应

（1）光照度

光照强度是指单位面积上太阳光辐射量的大小。光照度对生物的生长发育和形态建成的重要影响。

①光照强度与植物

a．光照强度对植物光合作用产生直接影响

光照强度对植物光合作用产生直接影响从而影响植物的生长发育。

第一，影响植物叶绿素的形成；

第二，植物在无光的特定环境中生长的现象，如豆芽、韭黄。

b．光照强度对植物形态建成有重要作用

第一，影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和分化；

第二，影响植物花果的数量和质量，例如强光照下糖分增多。

②光照强度与动物

光照对动物的作用并不直接，主要是作用于动物的时空定向、诱导视觉和神经系统、调节激素和内分泌水平。

a．影响动物的生长发育，如蛙卵、贻贝；

b．影响动物的形态，如蚜虫；

c．影响动物的体色，如蛱蝶。

（2）生物对光照度的适应

①植物的适应

对光照强度的适应表现为阴生植物、耐阴之物和阳生植物，这种差异是由于叶子生理上的植物形态上的差异造成的，是植物对自身存在的光环境的一种回应。

a．阳生植物

阳生植物叶子排列稀疏，角质层较发达，在单位面积上气孔增多，叶脉密，机械组织发达。其显著特点是光补偿点和光饱和点较高，光合作用的速率和代谢速率都比较高，在弱光下呼吸消耗大于光合生产便不能生长。例如松、杉、麻栎、栓皮栎、柳、杨、桦、槐等。

b．耐阴植物

耐阴植物是介于阳生植物和阴生植物之间的植物，它们既可以在强光下良好生长，又能忍受不同程度的遮阴，对光照具有较广的适应能力，但最适宜的还是在完全的光照下生长。它们在形态和生态上的可塑性很大。例如树木中的山毛榉、云杉、侧柏、胡桃等。

c．阴生植物

阴生植物是指需要在较弱的光照条件下生长，不能忍耐高强度光照的植物。阴生植物枝叶茂盛，没有角质层或角质层很薄，气孔与叶绿体比较少。这类植物的光补偿点较低，其光合速率和呼吸速率都比较低。常见种类有苔藓类、部分蕨类、连钱草、观音座莲、铁杉、紫果云杉、红豆杉等。

②动物的适应

光照强度不仅使动物在视觉器官形态上产生了遗传的适应性变化，而且与动物的活动行为密切相关。动物对光照强度的适应形成了昼行性动物和夜行性动物或晨昏性动物和全昼夜性动物。

a．昼行性动物，鸟类、灵长类动物；

b．夜行性动物，蟑螂、黄鼬等；

c．晨昏性动物，蝙蝠等；

d．全昼夜性动物，田鼠、紫貂等。

3．日照长度的生态作用与光周期现象

日照长度是指太阳的可照时数。日照长度的变化对动植物的生长发育有重要的生态作用，使生物具有昼夜节律和光周期现象。

（1）昼夜节律

①含义

生物对昼夜交替周期性变化的适应形成了昼夜节律，生物生命活动以24小时左右为周期的变动，即24h循环一次，昼夜节律又叫日节律。

②形成原因

光周期是由于地球自转形成了白昼和黑夜的交替引起的。

③生态作用

a．昼行性动物

动物的活动与静止交替出现，动物白天活动夜间休息的动物称为昼行性动物。大多数鸟类、哺乳动物中的黄鼠、松鼠和许多灵长类属于昼行性动物。

b．夜行性动物

动物的活动与静止交替出现，夜间活动白天休息的动物称为夜行性动物。哺乳动物中的夜猴、家鼠、蝙蝠等属夜行性动物。

c．似昼夜节律

昼夜节律除了由外部因素的昼夜周期所决定以外，在生物机体内部也有自发性和自运性的内源节律，例如豆科植物幼苗对光照敏感，其叶子有定时抬起、定时下垂的似昼夜节律表现，这种节律受植物生物钟控制。

（2）光周期现象

①含义

每天光照与黑夜交替称为一个光周期，由于分布在地球各地的动植物长期生活在各自光周期环境中，在自然选择和进化中形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式，这就是生物中普遍存在的光周期现象，表明光周期现象是指生物对昼夜光暗循环格局的反应。

②形成原因

地球绕太阳公转时，地球相对太阳的高度角变化造成昼夜长短依纬度不同而异，各地的昼夜长短也不同，日照长度的变化对动、植物都具有重要的生态作用。

③生态作用

a．对植物的生态作用

根据对日照长度的反应类型可把植物分为长日照植物、短日照植物和日中性植物。

第一，长日照植物。要求经历一段白昼长于一定的临界值（临界日长）、黑夜短于一定长度的时期才能成花的植物。常见的长日照植物有牛蒡、紫菀、凤仙花和除虫菊等，作物中有冬小麦、大麦、油菜、菠菜、萝卜等。

第二，短日照植物。要求经历一段白昼短于一定长度、黑夜长于一定长度（称为临界暗期）的时期才能开花的植物。常见短日照植物有牵牛、苍耳，作物中则有水稻、玉米、大豆、麻和棉等。

第三，日中性植物。也称日长钝感植物，成花对昼夜长短无一定要求，也无明显响应。只要其他条件合适，在任意日照条件下都能开花，如黄瓜、番薯、四季豆和蒲公英等。

b．对动物的生态作用

第一，短日照兽类。随着秋天短日照的到来而进入生殖期的动物称为短日照兽类，如绵羊、山羊和鹿，它们的幼仔在春天条件最有利时出生。

第二，长日照兽类。随着春天日照长度的逐渐增加而开始生殖的动物称为长日照兽类，如雪貂、野兔和刺猬等。

第三，鸟类。日照长短的变化是地球上最严格和最稳定的周期变化，是生物节律最可靠的信号系统。鸟类的迁徙以及生殖时间由日照长短的时间决定。在鸟类生殖期间人为改变光周期可以控制鸟类的产卵量，例如人类在夜晚给予人工光照可提高母鸡产蛋量。