生态生理学：它在动植物中的研究和应用 - 生物学 - 2025

该ecofisiología是生态学的分支，研究生物的功能响应适应环境的变化。每个生物都必须适应其环境才能生存，这种适应既是结构上的，也是功能上的。

该学科也被称为生理生态学或环境生理学，并产生基础知识和应用知识。因此，有可能知道生物的生理学与环境变化之间的关系。

生态生理实验。资料来源：拉斯巴克

同样，生态生理学提供了动植物生产领域的信息。例如，对植物耐受极端环境条件的生态生理学的研究已经在遗传改良中有用。

同样，通过生态生理学研究，可以确定最合适的环境条件，以实现更高的动物生产力。因此，可以确定环境因素的变化范围，以使生产单元中的动物感到舒适。

生态生理学研究什么？

生态生理学是生理学和生态学融合的学科。生理学研究生物和生态系统功能的科学致力于解决生物与环境之间的关系。

从这个意义上讲，生态生理学研究了不断变化的环境与动植物对这些变化的适应之间的动态关系。

-生态实验

为了实现其目标，生态生理学既应用描述性研究，又应用实验方法。为此，它确定了在环境中起作用的物理化学因素，并确定了它们对人体的影响。

这些因素可以是有机体赖以生存的资源或影响其功能的条件。随后，建立了活生物体对所述因子变化的生理反应。

涉及的代谢系统

有必要确定有机体对特定因素变化的适应性反应所涉及的有机和功能系统。例如，当温度发生变化时，个人的体温调节系统就会做出响应。

实验设计

生态生理学使用实验设计来建立生物体对因素变化的生理反应。这样的一个例子可以是使植物物种的个体在底物中经受不同的盐浓度。

-环境变化的类型

确定了要研究的因素后，有必要确定环境中发生的变化及其时间性质，并定义三种类型：

周期性变化

这些变化是周期性发生的，例如气候季节或昼夜交替。面对这些，生物随着环境变化的节奏发展出周期性的功能。

昼夜周期。资料来源：Caliver

例如，由于缺水，干旱季节的落叶减少了汗水。对于动物而言，也可以适应这些周期性变化。例如某些鸟类的羽毛变化。

苔原的雷鸟（Lagopus muta）具有季节性的同色性，呈现白色的冬季羽毛，而在春季则变为暗色和杂色。因此，他们的迷彩适应于雪的均匀白色，然后在一年中的其余时间适应环境的暗色调。

适应周期性变化的另一种动物是熊和其他物种在冬季冬眠。这涉及到代谢率的变化，包括身体机能的下降，例如温度和心率的下降。

随机变化

这些类型的变化是随机发生的，没有固定的规律性。例如，山坡的滑坡，漏油或新的捕食者或病原体的到来。

这些变化类型代表着物种的更大风险，因为它们发生得非常剧烈，在这种情况下，生物体的反应取决于现有功能的可塑性。

方向变化

它们是人类出于某些目的有意造成的环境变化。这种情况的一个例子是森林砍伐以建立牧场或干预湿地种植水稻。

-一般假设

从自然环境中实验和观察证据的积累开始，生态生理学试图定义一般的假设。这些是从某些生理反应对环境变化的规律性中得出的一般原则。

利比希最小定律

Sprengel（1828）假设，生物体生长的决定因素是环境中最稀缺的一种。后来，这个原理由李比希（Liebig，1840）推广，并被称为最低定律或李比希定律。

Bartholomew（1958）将这一原理应用于物种的分布，指出它是由最有限的环境因素决定的。

谢尔福德的容忍定律

1913年，维克多·谢尔福德（Victor Shelford）指出，对于每个环境因素及其相互作用，特定物种存在一定的变异范围。这称为公差极限，超出该极限物种将无法生存。

谢尔福德的容忍法则。资料来源：http://ecologiaambiental.wikispaces.com/

该原理定义为，在某个环境因素的变化幅度中，有机体有三种可能的状态。这些状态是最佳的，生理压力和不耐受性。

从这个意义上讲，在该因子的最佳范围内，物种的种群将会丰富。当脱离最佳状态时，人们进入一个应力区，种群减少，并且在公差极限之外，该物种消失了。

-数字技术与生态生理学

与所有科学一样，新技术的发展也增强了生态生理学研究。由于其实验性质，该学科尤其受到数字技术的发展青睐。

如今，便携式电子设备种类繁多，可以在现场测量环境因素。其中包括太阳辐射仪，温度，相对湿度，叶片面积等。

在动物中的应用实例

-温度对农场动物生产力的影响

一个非常相关的领域是应用于动物生产的生态生理学，旨在了解育种动物对环境因素变化的反应。考虑到当前全球平均温度升高的趋势，这些因素之一就是温度。

顺势疗法

绝大多数繁殖动物都是恒温疗法，也就是说，尽管环境变化，它们仍保持稳定的内部温度。这可以通过投资化学能来补偿外部温度的升高或降低来实现。

这种外部温度补偿过程是通过温度调节来实现的，其中涉及下丘脑，呼吸系统和皮肤。

产蛋鸡

已经发现饲喂蛋鸡的时间对其生产率很重要。在这种情况下，它与食物的同化能力有关（取决于热应激）。

产蛋鸡。资料来源：Peloy（Allan HM）

如果在一天中最热的时间供应饲料，则母鸡会减少同化，从而降低产量。因此，环境温度的升高意味着散养母鸡的生产率下降。

牛

温度的升高迫使动物激活温度调节的生理机制。这涉及从体重增加或牛奶生产中减去的能量投资。

另一方面，随着温度升高，动物会改变其饲喂优先级。在这些情况下，水的摄入增加，干物质的消耗减少，从而导致体重减轻。

-污染和青蛙

生态生理学研究使将动物物种的生理学与环境联系起来并确定污染的可能负面影响成为可能。这方面的一个例子是青蛙和蟾蜍所处的当前威胁状态。

青蛙（Atelopus zeteki）对污染敏感。资料来源：Brian Gratwicke

在6,500种已知的两栖动物中，约有一半濒临灭绝。这些动物对温度，湿度或环境污染物的变化非常敏感。

两栖动物的呼吸和循环

两栖动物的呼吸生理学非常特殊，因为它们既通过肺又通过皮肤呼吸。当他们离开水时，他们会使用肺部，并且在水中，它们会通过皮肤呼吸，而氧气，二氧化碳和水可以透过。

影响力

呼吸的形式使这些动物容易吸收空气和水中的污染物。另一方面，由于水中的氧气浓度低，它们会因无法正确吸收而减弱。

在这些条件下，它们会死亡或变弱，并容易受到病原性真菌和细菌的攻击。最大的威胁之一是致病真菌Batrachochytrium dendrobatidis，它会抑制皮肤中电解质的流动。

在植物中的应用实例

-植物的生态生理学

由于容忍法则，全球变暖将导致某些地区某些作物的生产。也就是说，诸如水的可用性之类的因素将超出该物种的耐受范围。

旱生植物。资料来源：Tomas Castelazo

但是，干旱区物种已经制定了适应缺水的策略。从这个意义上讲，干旱区植物的生态生理研究为植物遗传改良提供了可能的途径。

渗透液

这些策略之一是修饰基因表达以产生有助于耐受水分缺乏的蛋白质。在这些蛋白质中，渗透压剂即使在很少喝水的情况下也能帮助细胞维持其膨胀。

这些蛋白质及其代谢的知识可用于基因工程来改良农作物。

-嗜盐植物的生态生理学

农业面临的问题之一是由于灌溉水所添加的盐分的浓度，导致土壤盐碱化。随着越来越多的土壤盐渍化，可用于生产粮食的耕地也越来越少。

嗜盐植物

但是，有些植物物种适合在土壤中盐分高浓度的条件下生存。这些就是所谓的盐生植物（Halos =盐； phyto =植物）。

这些物种已发展出一系列的形态和生理适应性，作为避免盐吸收，固定化或排泄盐分的机制。

盐生植物作为食物

这些植物的生态生理知识是发展农业系统并将其用作食物来源的基础。这样，在盐碱化的农业土壤上种植的盐生植物可用作牲畜的饲料。

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