3.3.2 光周期对生物的作用在线视频

同学们

上一节课我们学习了

光质的生态作用

和植物对光质的适应

这节课我们来认识

光照周期对生物的生态作用

以及生物的适应

光照有日周期和年周期的变化

光周期是一种信号

可以调节生物的节律性变化和适应

植物的开花结果

落叶及休眠

动物的繁殖

冬眠

迁徙和换毛换羽

等这些对日照长短的规律性变化的反应

称为光周期现象

它使生物的生长发育

等生命活动与季节的变化

协调一致

对生物适应

所处环境具有重要的意义

首先

我们来了解植物的光周期现象

人类早已注意到

多种植物的开花时间相对稳定

但光周期在决定开花期方面所起的作用

直到20世纪才了解清楚

1912年

法国的图尔努瓦发现大麻

在每日照光时间短于6小时时

会开花

长于6小时

则一直停留于营养生长阶段

1913年德国的克莱布斯

发现人工加长每日照光时间

可使通常在6月开花的长春花属植物

能在冬季开花

但明确地提出光周期理论的

是美国园艺学家

加纳与阿拉德

他们俩在1920年观察到

将在美国南部

夏天正常开花的一个烟草品种

移至美国北部华盛顿地区栽培时

夏天株高达3～5m时

仍不开花

但冬季在温室栽培时

其株高不足1m就可开花

他们试验了温度

光质

营养等各种条件

发现日照长度

是影响烟草开花的关键因素

之后

他们补充了实验

在夏季用黑布遮盖

人为缩短日照长度

发现烟草也能开花

冬季在温室内

用人工光照延长日照长度

则烟草保持营养状态而不开花

由此

他们得出结论

短日照是这种烟草开花的关键条件

后来的大量实验也证明

许多植物的开花与昼夜的相对长度

即光周期有关

根据植物开花对日照长度的反应

可把植物分成四种类型

长日照植物

短日照植物

中日照植物和日中性植物

长日照植物指的是

日照长度超过某一数值

或黑夜长度小于某一数值时

才能开花的植物

如萝卜

菠菜

小麦

凤仙花

及牛蒡等

人工延长光照时间

也能促进它们开花

这类植物一般分布在温带

和寒温带地区

科学家认为它们也起源于那里

短日照植物是指日照长度小于

某一数值

或黑夜长于某一数值时

才能开花的植物

如玉米

高粱

水稻

棉花

和牵牛花等

这类植物通常

多分布在热带

和亚热带地区

和温带地区

它们在早春或深秋开花

人工缩短光照可促进植物开花

中日照植物是指

昼夜长度接近相等时

才开花的植物

如甘蔗

只在12.5小时的光照长度下开花

光照长度超过

或低于这一时数

都不开花

仅有少数的热带植物属于这一类型

日中性植物

是指开花不受日照长度的影响

如蒲公英

四季豆

黄瓜

番茄

和番薯等

蒲公英几乎在全世界都有它的足迹

黄瓜和番茄能成为世界性的蔬菜

都和它们开花对光周期不敏感

有很大的关系

植物的光周期现象

在农林业生产和引种驯化中

具有很重要的应用价值

例如在育种的时候

可以经过补光或遮光处理

使花期不同的植物同时开花

以便进行杂交

下面通过几个例子来说明

作物引种时要注意的事项

北半球

从春分到秋分的下半年

昼长夜短

随着纬度增加

昼越长夜越短

从秋分到春分的冬半年

昼短夜长

纬度越高

昼越短夜越长

大部分植物在秋分前开花结实

那么

一直在我国南方地区种植的短日照作物

黄麻

如果引种到北方地区种植

则要等秋分后

才会出现短日照条件

那么开花

将推迟或不能开花

使营养生长期延长

茎秆纤维的收获量增加

但如果南种北引的短日照作物

收获的是籽粒

则会降低产量

最好引种较早熟的

或感光性较弱的品种

北方的短日照品种

南引

则相当于在夏季

就能达到它开花所需的短日照条件

开花提前

生育期缩短

影响产量

最好引种

晚熟或感光性较差的品种

总之

按照南北方秋分前

和秋分后日照长度的变化

以及作物品种的特性

就可以在作物引种时

提供有益的指导

动物的生理和行为活动

也和光周期有很大的关系

相比温度

湿度

食物和其它生态因子来说

日照长短的变化

是地球上最严格

和最稳定的周期变化

生物通过长期的适应与进化

最终选择了光周期

作为生物节律最可靠的信号系统

鸟类的迁徙

都是由日照长短的变化所引起的

科学家曾进行过一次有趣的实验

他们在冬天

将美洲小嘴乌鸦分成两组

一组经过一段时间的长光照处理

另一组为对照组

未经处理

将它们同时释放后

发现经过长光照处理的美洲小嘴乌鸦

向北迁飞

而对照组的则留在原地

并有一部分往南飞

同一种鸟类

在不同年份的迁徙时间是相同的

鱼类的迁徙也常表现出光周期现象

尤其是生活在光照充足的

表层水的鱼类

实验证明

动物的换毛

换羽

也受到光周期调控

它使动物能够更好地适应于

和光周期相耦合的环境温度的变化

温带和寒带地区的大部分兽类

春秋两季换毛

少数鸟类

换两次羽

而多数鸟类每年换羽一次

根据动物繁殖与日照长度的关系

也可以将动物分成

长日照动物和短日照动物

在中高纬度地区的许多鸟兽

为长日照动物

随着春季到来

白昼逐渐延长

它们的生殖腺迅速发育到最大

繁殖开始

例如刺猬和田鼠

以及很多鸟类

生殖期过后

这些动物的生殖腺便开始萎缩

直到来年春天才再次发育

在养殖产业

人为采取

夜晚给予人工光照

延长日照长度

可以延长母鸡的产蛋时间

提高产蛋量

短日照动物与此相反

它们在白昼

逐渐缩短的秋季

生殖腺发育到最大

开始繁殖

如羊和鹿等

但短日照动物的孕期较长

一直从秋季

到第二年春夏之际

它们和长日照动物一样

都选择在春夏产子

因为这个时候是自然界食物最丰富

温度最适宜的时期

有利于幼子的存活与生长

昆虫的一些行为也和光周期有关

例如秋季的短日照

是诱发马铃薯甲虫

在土壤中冬眠的主要因素

梨小实心虫的幼虫

在光照时间为每天13-14小时时

全部进入滞育

为耐受秋冬的低温做好了准备

一些昆虫

依据光周期信号总是在白天羽化

另一些则在夜晚羽化

好了

今天的课到这里就结束了

同学们

下节课见