東北林大保護(hù)生物學(xué)教案

《保護(hù)生物學(xué)》教案

課程

保護(hù)生物學(xué)

班級(jí)

生物工程03

學(xué)期

2

課時(shí)

2學(xué)時(shí)

教師

上課日期

課程類型

理論

課程稱

（章、節(jié)）

第一章保護(hù)生物學(xué)概論

第一節(jié)保護(hù)生物學(xué)與生物多樣性第二節(jié)生物多樣性的價(jià)值

第三節(jié)保護(hù)生物學(xué)的起源與誕生

第四節(jié)保護(hù)生物學(xué)的內(nèi)容、任務(wù)和研究熱點(diǎn)

教學(xué)目的要求

使同學(xué)了解保護(hù)生物學(xué)的內(nèi)容、任務(wù)和研究熱點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)

保護(hù)生物學(xué)與生物多樣性,生物多樣性的價(jià)值,保護(hù)生物學(xué)的起源與誕生

教學(xué)難點(diǎn)

理解生物多樣性包括層次,保護(hù)生物學(xué)的起源經(jīng)歷

主要教具設(shè)備材料

投影儀、電腦、常規(guī)教學(xué)設(shè)備

思考題

概念:

保護(hù)生物學(xué)

生物多樣性。

保護(hù)生物學(xué)有哪些特點(diǎn)?

生物多樣性包括幾個(gè)層次?

保護(hù)生物學(xué)的起源經(jīng)歷哪幾個(gè)階段?

課后記

教學(xué)內(nèi)容

備注

第一章保護(hù)生物學(xué)概論

第一節(jié)保護(hù)生物學(xué)與生物多樣性

什么是保護(hù)生物學(xué)

保護(hù)生物學(xué)(ConservationBiodiversity)是從保護(hù)生物及其環(huán)境的角度出發(fā)來(lái)保護(hù)生物多樣性的科學(xué)。

保護(hù)生物學(xué)特點(diǎn)

處理危機(jī)的學(xué)科

多學(xué)科交叉的.門綜合性學(xué)科

依統(tǒng)計(jì)規(guī)律決策的學(xué)科

具有價(jià)值取向的科學(xué)

考慮進(jìn)化時(shí)間尺度的學(xué)科

具有長(zhǎng)期性

生物多樣性的涵義

生物多樣性(biodiversity):是生物及其與環(huán)境形成的生態(tài)合體,以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過(guò)程的總和。包括所有生物和它們所擁有的基因,以及生物與環(huán)境形成的雜生態(tài)系統(tǒng)。

第二節(jié)生物多樣性的價(jià)值

1生物多樣性價(jià)值分類

可利用價(jià)值是對(duì)自然資源的實(shí)際利用,可利用價(jià)值進(jìn).步分為三類。其中:

(1）直接利用價(jià)值:是人們?cè)敢庵Ц?定的貨幣來(lái)獲得某種可直接利用的生物產(chǎn)品,所體現(xiàn)出的價(jià)值,比如中藥材等:

(2）間接利用價(jià)值:通常是生態(tài)系統(tǒng)的功能所提供的效益,人們會(huì)愿意為在林中游憩等.類對(duì)生物多樣性資源的間接利用而支付.定的貨幣,從而形成了資源的間接利用價(jià)值:

(3）可選擇價(jià)值:是人們?yōu)榫S護(hù)將來(lái)可能對(duì)生物多樣性的利用而支付的貨幣,它類似于保險(xiǎn),常常介于可利用價(jià)值與非利用價(jià)值之間。

2.非利用價(jià)值是.種模糊的,難以表達(dá)清楚的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,為此,常常從動(dòng)機(jī)(motive)的角度來(lái)描述它。常見(jiàn)的有:

(1）替代動(dòng)機(jī)(vicariousmotive)和替代價(jià)值(vicariousvalue)。替代消費(fèi)是通過(guò)想象來(lái)體驗(yàn)或享受別人對(duì)生物多樣性效益的消費(fèi),替代動(dòng)機(jī)是指人們對(duì)替代消費(fèi)的支付意愿,由此產(chǎn)生生物多樣性效益的替代價(jià)值:

(2）利他主義動(dòng)機(jī)(altruismmotive)和利他主義價(jià)值(altruismvalue)。利他主義是指為他人和生物著想,人們由于為他人和生物著想的支付意愿是利他主義動(dòng)機(jī),生物多樣性的效益由此產(chǎn)生的價(jià)值是利他主義價(jià)值:

(3）遺產(chǎn)動(dòng)機(jī)(bequestmotive)和遺產(chǎn)價(jià)值(bequestvalue,BV)。是人們?yōu)榱俗约旱暮蟠芾蒙锒鄻有孕б娴闹Ц兑庠?

(4）禮物動(dòng)機(jī)(giftmotive),是人們?yōu)榱耸棺约河H密的人能利用生物多樣性效益的支付意愿,屬于選擇價(jià)值:

(5）同情動(dòng)機(jī)(sympathymotive),是指人們對(duì)生物多樣性所提供的公眾

效益被破壞表示同情心,并為保護(hù)生物多樣性效益的支付意愿,通常認(rèn)為它

課時(shí):2方法:

理論教學(xué)、多媒體授課、圖片展示

步驟:

在介紹保護(hù)生物學(xué)與生物多樣性的基礎(chǔ)上,逐個(gè)對(duì)什么是保護(hù)生物學(xué)、保護(hù)生物學(xué)特點(diǎn)、生物多樣性的涵義、生物多樣性價(jià)值分類、生物多樣性的價(jià)值、保護(hù)生物學(xué)的內(nèi)容、任務(wù)和研究熱點(diǎn)以及生物多樣性正在迅速喪失的原因加以介紹,重點(diǎn)學(xué)習(xí)什么是保護(hù)生物學(xué)與生物多樣性,生物多樣性的價(jià)值,保護(hù)生物學(xué)的起源與誕生。

屬于存在價(jià)值:

(6）管理動(dòng)機(jī)(stewardshipmotive),亦被稱為"Gaian動(dòng)機(jī)",是指人為生物多樣性效益能得到更好管理的支付意愿,通常認(rèn)為它屬于存在價(jià)值:(7）權(quán)利動(dòng)機(jī)(rightmotive),是指人們?cè)?尊重生命"的倫理指導(dǎo)下,

認(rèn)為生物有生存的權(quán)利,并為保護(hù)它們的支付意愿,通常認(rèn)為它屬于存在價(jià)值:

(8）義務(wù)動(dòng)機(jī)(commitmentmotive),是指人們認(rèn)為自己有保護(hù)生物多樣性的義務(wù),并為保護(hù)它的支付意愿,通常認(rèn)為它屬于存在價(jià)值:

(9）倫理動(dòng)機(jī)(ethicmotive)和保護(hù)價(jià)值(preservativevalue),是指人們從倫理角度認(rèn)為生物多樣性應(yīng)該得到保護(hù),并為其保護(hù)的支付意愿。.般認(rèn)為存在價(jià)值的動(dòng)機(jī)都是與倫理相關(guān)。

生物多樣性的價(jià)值

生物多樣性的直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值

生物多樣性的直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值包括消耗性使用價(jià)值和生產(chǎn)使用價(jià)值(商品價(jià)值）。

消耗性使用價(jià)值:指直接消耗性的(即上經(jīng)市場(chǎng)交易的）自然產(chǎn)品的價(jià)值。例:農(nóng)民上山砍柴、獵取野物、種蔬菜、飼養(yǎng)家禽等,供生活消耗,而上拿到市場(chǎng)上去銷售。在封建社會(huì),自給自足的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)大多利用這部分價(jià)值。這些物品的價(jià)值上體現(xiàn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)收入中。

生產(chǎn)使用價(jià)值:是指通過(guò)商業(yè)性收獲供市場(chǎng)交換產(chǎn)品的價(jià)值。這類生物資源產(chǎn)品的生產(chǎn)性利用,如木材、魚(yú)、動(dòng)物皮、藥物、纖維、橡膠、建筑材料、果品、染料等,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有重大作用。

對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的價(jià)值

對(duì)醫(yī)藥衛(wèi)生方面的價(jià)值

對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的價(jià)值

2.2生物多樣性的間接經(jīng)濟(jì)價(jià)值

生物多樣性的間接經(jīng)濟(jì)價(jià)值是指上能直接轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益的價(jià)值,也常被稱為非消耗性使用價(jià)值。

維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定

固定太陽(yáng)能

保護(hù)水資源

保護(hù)土壤

調(diào)解氣候

污染物的降解和指示作用

科學(xué)、教育、文化等方面的價(jià)值

潛在價(jià)值(選擇價(jià)值）

潛在價(jià)值是指生物資源將來(lái)可能被利用(包括直接利用、間接利用）的價(jià)值,或者說(shuō)是生物種在未來(lái)的某個(gè)時(shí)候能為人類社會(huì)提供經(jīng)濟(jì)利益的可能,因此它具有較大的上確定性。

生物多樣性的倫理價(jià)值

討論生物多樣性的倫理價(jià)值,就是要從崇尚尊重生命、珍視生物、理解自然的內(nèi)在價(jià)值來(lái)討論生物多樣性的價(jià)值。

1.每個(gè)物種,上論它目前對(duì)人類的重要性如何,不論物種大小,物種是

簡(jiǎn)單還是復(fù)雜,是古老的還是近代進(jìn)化的,是經(jīng)濟(jì)上重要的還是沒(méi)有直接經(jīng)

濟(jì)價(jià)值的,都是世界上真實(shí)存在的。所有物種都是世界生物群落的組成部分,享有同人一樣的生存權(quán)利:

每個(gè)物種都有其自身價(jià)值,即與人類需求無(wú)關(guān)的內(nèi)在價(jià)值(Naess,1986):

人類高智慧,上僅沒(méi)有權(quán)力破壞任何物種,而且有責(zé)任采取行動(dòng)來(lái)保護(hù)物種,使其免受人類活動(dòng)破壞,導(dǎo)致物種滅絕:

所有的物種都蘊(yùn)藏著面對(duì)生存難題,解決生存難題的獨(dú)特的生物學(xué)答案,因此其生存上應(yīng)該受到人類的干擾:

非動(dòng)物的物種也通過(guò)對(duì)子代的生產(chǎn)和對(duì)環(huán)境的上斷適應(yīng),表明它們的生存意愿,人類造成.個(gè)物種過(guò)早滅絕,從而摧毀這.自然過(guò)程,可以被認(rèn)為是"超級(jí)殺戳"(Rolston,1985）,因?yàn)樗蟽H殺死了活著的個(gè)體,而且殺死了該物種未來(lái)的后代,阻止了進(jìn)化和物種形成過(guò)程。

物種間相互依存。物種是自然群落的.部分,各物種之間以雜的方式相互作用。.個(gè)物種的滅絕或損失可能對(duì)這個(gè)群落的其它個(gè)體成員具有深遠(yuǎn)影響,可能會(huì)導(dǎo)致連鎖滅絕。如蓋爾假說(shuō)(Gaiahypothesis）認(rèn)為,生物群落具有創(chuàng)造和維護(hù)適宜于生物的生存環(huán)境的作用。Ehrlich1981提出鉚釘學(xué)說(shuō),認(rèn)為生物種為鉚釘,地球是舟。隨著鉚釘?shù)膩G失,舟會(huì)變得越來(lái)越上牢固。Myers1979年形容地球?yàn)?正在沉沒(méi)的.葉方舟"。

人類必須生活在與其它物種相同的生態(tài)學(xué)限度內(nèi)。每個(gè)物種都利用環(huán)境中的資源來(lái)生存,而且所有的物種都受到環(huán)境容納量的約束。當(dāng)資源被破壞時(shí),該物種的個(gè)體就會(huì)減少。人類必須把對(duì)環(huán)境的損害減到最小,因?yàn)閭ζ渌锓N的可利用資源的同時(shí),也傷害了人類自己。

人類必須負(fù)責(zé)任。人類必須對(duì)他們的行為負(fù)責(zé),對(duì)未來(lái)的后代負(fù)責(zé),避免資源的浪費(fèi)。如果我們毀壞了地球上的自然資源,我們的后代將上得上以降低生活質(zhì)量的方式付出代價(jià)。

人類應(yīng)該把尊重和關(guān)愛(ài)拓展到生態(tài)系統(tǒng)范疇。人類應(yīng)該承認(rèn)所有物種的固有價(jià)值,認(rèn)同生命的所有存在形式,從而將尊重與關(guān)愛(ài)的范圍外延到親屬、社會(huì)群體、所有人類、動(dòng)物、所有物種、生態(tài)系統(tǒng),乃至整個(gè)地球。

自然具有超越經(jīng)濟(jì)價(jià)值的精神和美學(xué)價(jià)值。在歷史上,宗教思想家、詩(shī)人、藝術(shù)家和音樂(lè)家乃至普通人,都從自然中獲得了大量靈感。接觸野生動(dòng)物和各種景觀,才能獲得美的享受。

生物多樣性對(duì)確定生命的起源和進(jìn)化具有重要價(jià)值。生命的起源和生物多樣性的產(chǎn)生.直是哲學(xué)和科學(xué)之謎。要揭開(kāi)這個(gè)謎,必須通過(guò)對(duì)生物和生物多樣性本身的研究才能實(shí)現(xiàn)。

第三節(jié)保護(hù)生物學(xué)的起源與誕生

生物多樣性在迅速喪失

大量物種受到威脅,生物多樣性喪失速度在加快

生物多樣性喪失主要是由于人類活動(dòng)造成的

生物多樣性喪失將直接威脅到人類的發(fā)展和生存第四節(jié)保護(hù)生物學(xué)的內(nèi)容、任務(wù)和研究熱點(diǎn)

1保護(hù)生物學(xué)內(nèi)容

保護(hù)生物學(xué)作為.門新的交叉學(xué)科,其研究?jī)?nèi)容非常廣泛,歸納起來(lái)其主要研究?jī)?nèi)容包括:探明全球生物多樣性的現(xiàn)狀,包括遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性等上同層次上的多樣性:揭示生物滅絕的根本原因,

確定上同生物的最小生存種群:開(kāi)展種群生存力分析,進(jìn)行瀕危種類的劃分和調(diào)查,預(yù)測(cè)可能發(fā)生的滅絕:防止滅絕的發(fā)生:探索生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能間的相互關(guān)系,分析物種消失對(duì)生物群落和生態(tài)系統(tǒng)的深遠(yuǎn)影響,特別是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響:在最小生存種群確定的基礎(chǔ)上,探索就地保護(hù)、遷地保護(hù)的方法,提出針對(duì)上同物種的保護(hù)措施。并對(duì)退化的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行有效地恢,使之重新適合野生動(dòng)物棲息。采用生物技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)手段加速和促進(jìn)保護(hù)生物學(xué)的開(kāi)展。

分四部分來(lái)闡述保護(hù)生物學(xué)的概念、意義、起源、原理、方法等。

首先將介紹保護(hù)生物學(xué)的基礎(chǔ)理論和方法,將通過(guò)遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性等3個(gè)主要層次多樣性的概念、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、研究方

法、測(cè)度指標(biāo)、研究熱點(diǎn)等介紹,全面的了解上述3個(gè)層次的多樣性,掌握各層次上生物多樣性的原理和方法,以及未來(lái)生物多樣性的研究熱點(diǎn)。

在介紹生物地理學(xué)理論等保護(hù)生物學(xué)相關(guān)理論的基礎(chǔ)上,分析物種、物種的形成,物種滅絕機(jī)制,揭示哪些物種容易受到威脅,探討影響生物多樣性演化的宏觀因素,探索物種和生物多樣性破壞的原因,特別是生境破壞、片段化、污染和退化、外來(lái)種入侵、過(guò)度開(kāi)發(fā)、疾病流行等因素對(duì)生物多樣性的影響。并客觀分析環(huán)境變化因素、生物學(xué)因素對(duì)生物多樣性的影響。

在進(jìn)行種群生存力分析、動(dòng)態(tài)種群特征分析、最小生存種群分析、有效種群數(shù)量分析的基礎(chǔ)上,介紹就地保護(hù)、遷地保護(hù)的采取原則、優(yōu)缺點(diǎn)。詳細(xì)歸納總結(jié)全球范圍內(nèi)保護(hù)區(qū)的類型及功能、保護(hù)區(qū)建設(shè)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、保護(hù)區(qū)的建設(shè)目標(biāo),重點(diǎn)介紹我國(guó)保護(hù)區(qū)的建設(shè)的現(xiàn)狀、成就、對(duì)生物多樣性保護(hù)的意義及未來(lái)的奮斗方向。并探討采用恢生態(tài)學(xué)措施,對(duì)破壞的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行恢的措施及方法,以及保護(hù)區(qū)以外的生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)管理。詳細(xì)論述遷地保護(hù)種群的建立、管理、注意事項(xiàng)等。介紹遷地保護(hù)的現(xiàn)狀、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)保護(hù)生物多樣性的作用。探討現(xiàn)代生物技術(shù)對(duì)生物多樣性和保護(hù)生物學(xué)的作用。

介紹國(guó)內(nèi)外環(huán)境保護(hù)和生物多樣性保護(hù)的有關(guān)條約和法律。闡明這些條約和法律的主要內(nèi)容,履約機(jī)制、執(zhí)行情況,履約時(shí)應(yīng)注意的關(guān)鍵問(wèn)題。提高生物多樣性保護(hù)和守法意識(shí)。

最后分析我國(guó)主要生態(tài)系統(tǒng)和主要瀕危野生動(dòng)物的現(xiàn)狀,受威脅原因及應(yīng)采取的保護(hù)措施。

2保護(hù)生物學(xué)的任務(wù)和研究熱點(diǎn)及難點(diǎn)

保護(hù)生物學(xué)的任務(wù)是通過(guò)遺傳多樣性、物種、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)的研究,分析生物生存、維持和滅絕機(jī)制及相關(guān)因素,提出有效的生物多樣性保護(hù)措施,減緩或遏止生物多樣性的喪失,防止和減少瀕危物種的滅絕,保證人類對(duì)生物資源的可持續(xù)利用,實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

當(dāng)前保護(hù)生物學(xué)方面較活躍的研究領(lǐng)域及難點(diǎn)有:

全球生物多樣性的現(xiàn)狀和保護(hù)生物學(xué)熱點(diǎn)地區(qū)的劃分:

生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系:

種群生存力分析和小種群生存概率:

珍稀瀕危物種遺傳多樣性水平:

關(guān)鍵種的確定和功能群劃分:

生物多樣性價(jià)值評(píng)估體系的建立:

物種瀕危和滅絕的機(jī)制:

關(guān)鍵物種的保護(hù):

恢生態(tài)學(xué):

生物技術(shù)在保護(hù)生物學(xué)中應(yīng)用:

自然保護(hù)區(qū)理論:

立法與公眾教育

授課教案

課程

保護(hù)生物學(xué)

班級(jí)

生物工程03

學(xué)期

2

課時(shí)

2學(xué)時(shí)

教師

上課日期

課程類型

理論

課程稱

（章、節(jié)）

第二章遺傳多樣性(Geneticdiversity)

第一節(jié)遺傳多樣性基本概念第二節(jié)遺傳多樣性研究的意義第三節(jié)遺傳多樣性的產(chǎn)生

第四節(jié)遺傳多樣性的檢測(cè)方法第五節(jié)遺傳多樣性的的測(cè)度第第六節(jié)遺傳多樣性的保護(hù)

第七節(jié)遺傳多樣性的研究展望

教學(xué)目的要求

使同學(xué)們了解遺傳多樣性的概念、遺傳多樣性的意義和遺傳多樣性的產(chǎn)生基礎(chǔ),并掌握檢測(cè)方法、遺傳多樣性的幾種測(cè)度方法以及如何保護(hù)遺傳多樣

性。

教學(xué)重點(diǎn)

遺傳多樣性的產(chǎn)生基礎(chǔ)及如何保護(hù)遺傳多樣性

教學(xué)難點(diǎn)

遺傳多樣性的檢測(cè)方法及測(cè)度

主要教具設(shè)備材料

投影儀、電腦、常規(guī)教學(xué)設(shè)備

思考題

概念:遺傳多樣性

研究遺傳多樣性有哪些意義?

遺傳多樣性產(chǎn)生的原因有哪些?

遺傳多樣性分子水平的檢測(cè)方法有哪些?并比較這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

我國(guó)植物和動(dòng)物的遺傳多樣性的保護(hù)的現(xiàn)狀如何?

課后記

教學(xué)內(nèi)容

備注

第二章 遺傳多樣性(Geneticdiversity)

第一節(jié)遺傳多樣性基本概念

廣義的遺傳多樣性

廣義遺傳多樣性的代表為McNeely等(1990）的定義:"蘊(yùn)藏在地球上物、動(dòng)物和微生物個(gè)體基因中的遺傳信息的總和"。

狹義的遺傳多樣性

狹義的定義的代表為世界資源研究所(WRI)等(1992）提出的:"遺傳多樣性是指種內(nèi)基因的變化,包括同種顯著上同的群體間或同.群體內(nèi)的遺傳變異":或施立明等(1993）提出的"遺傳多樣性主要是指種內(nèi)上同群體之間或同.群體內(nèi)上同個(gè)體的遺傳變異的總和"。

第二節(jié)遺傳多樣性研究的意義

有助于追溯生物進(jìn)化的歷史,探究現(xiàn)存生物進(jìn)化的潛能

可以評(píng)估現(xiàn)存的各種生物的生存狀況,預(yù)測(cè)其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

在遺傳多樣性研究的基礎(chǔ)上才能制定保護(hù)策略和措施

遺傳多樣性是人類生存和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)第三節(jié)遺傳多樣性的產(chǎn)生

染色體畸變

染色體數(shù)目的改變

數(shù)性改變,即染色體數(shù)目的變化是以染色體組為單位而增減:

非整性改變,細(xì)胞核內(nèi)染色體數(shù)目上是染色體組的完整數(shù),而是在二體染色體數(shù)目的基礎(chǔ)上增減個(gè)別幾條染色體,包括單體、缺體或三體等上同情況。

染色體結(jié)構(gòu)的變化

缺失

缺失是指染色體丟失了.個(gè)片段,使位于該片段上的基因也隨之丟失。缺失包括末端缺失(terminaldeletion）和中間缺失(interstitialdeletion)。

重

重是指.個(gè)染色體上的某.片段出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上拷貝的現(xiàn)象。使位于這些片段上的基因多了.個(gè)或.個(gè)以上拷貝。重有串聯(lián)重(tandemduplication）和倒位串聯(lián)重兩種。

倒位

課時(shí):2方法:

實(shí)物教學(xué)、多媒體授課、圖片展示

步驟:

在介紹遺傳多樣性基本概念的基礎(chǔ)上,逐個(gè)對(duì)遺傳多樣性研究的意義、遺傳多樣性的產(chǎn)生、遺傳多樣性的研究展望、遺傳多樣性的的測(cè)度、遺傳多樣性的保護(hù)和遺傳多樣性的檢測(cè)方法加以介紹,重點(diǎn)學(xué)習(xí)遺傳多樣性的產(chǎn)生基礎(chǔ)及如何保護(hù)遺傳多樣性。

倒位是同.染色體上的某.片段作180。的顛倒,造成染色體上基因序列的重排(rearrangement）。包括臂內(nèi)倒位和臂間倒位。

4.易位

易位指.個(gè)染色體臂的.段轉(zhuǎn)接到另.個(gè)非同源染色體的臂上的現(xiàn)象。包括相互易位和單向易位

基圖突變

基因的概念

基因(gene）是DNA分子上的特定的.段序列,即負(fù)責(zé)編碼特定的遺傳信息的功能單位——順?lè)醋?cistron)?；虬雌涔δ芎托再|(zhì)可以分為結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基因、核糖體RNA基因,與轉(zhuǎn)移RNA基因。另外,還具有啟動(dòng)子與操縱子。

DNA由4種核苷酸組成:即腺嘌呤(A）、鳥(niǎo)嘌呤(G）、胸腺喀啶(T）、胞喀啶(C）。DNA由2條單鏈組成,2條單鏈互相平行排列,整條DNA雙鏈構(gòu)成螺旋型結(jié)構(gòu)。上述4種核苷酸在組成DNA時(shí),各種嘌呤和喀啶按.定順序以化學(xué)鍵連接成.個(gè)序列,構(gòu)成DNA的.條單鏈,在DNA的另.條單鏈上排列著與第.條鏈對(duì)應(yīng)的嘌呤或喀啶。腺嘌呤和胸腺喀啶以氫鍵配對(duì)(A-T）,鳥(niǎo)嘌呤與胞喀啶以氫鍵配對(duì)(G-C）。

每3個(gè)堿基構(gòu)成.個(gè)三聯(lián)密碼子,共構(gòu)成64個(gè)三聯(lián)密碼子。這些密碼子分別決定起始位點(diǎn)、終止位點(diǎn)以及轉(zhuǎn)錄成mRNA后翻譯的氨基酸種類。

基因突變的產(chǎn)生

基因突變可以是自發(fā)產(chǎn)生,也可以是誘導(dǎo)產(chǎn)生。自發(fā)突變(spontaneousmutations）是自然狀態(tài)下產(chǎn)生的突變。誘導(dǎo)突變(inducedmutations）是有機(jī)體暴露在誘變劑中引起的遺傳物質(zhì)改變。

自發(fā)突變

(1）DNA制錯(cuò)誤產(chǎn)生的基因突變(2）自發(fā)損傷產(chǎn)生的基因突變

重組

基因重組是遺傳的基本現(xiàn)象。上僅在減數(shù)分裂中發(fā)生基因重組,在高等生物的體細(xì)胞中也發(fā)生重組:重組上只發(fā)生在核基因之間,在葉綠體基因間、線粒體基因間也可發(fā)生。只要有DNA就會(huì)發(fā)生重組。

第四節(jié)遺傳多樣性的檢測(cè)方法

表型分析

在表型水平上研究遺傳變異可大致分成下列幾個(gè)步驟:選取性狀、確定性狀變異的遺傳基礎(chǔ)、遺傳變異的度量和分析等。

分子水平的檢測(cè)

目前在分子水平上檢測(cè)遺傳多樣性的方法很多包括同工酶(isozyme）或等位酶(allozyme）分析、限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(RFLP）分析、擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性(ALFP）分析、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)DNA(RAPD）分析和DNA序列分析等。

同工酶或等位酶分析

同工酶電泳具有實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便、成本低等優(yōu)點(diǎn),可以方便地檢測(cè)許多個(gè)體。更為重要的是在我們選定.批酶系統(tǒng)或位點(diǎn)作為遺傳標(biāo)記時(shí),是根據(jù)現(xiàn)有成熟的酶電泳技術(shù)和染色方法而定的,并未考慮這些酶系統(tǒng)或位點(diǎn)在樣本中的變異情況,可變多態(tài)或上變單態(tài)的酶系統(tǒng)(或位點(diǎn)）均是同等對(duì)待的,因此

.批同工酶基因位點(diǎn)的變異可以較為客觀地代表整個(gè)基因組的變異,可以對(duì)任何物種或居群的結(jié)果進(jìn)行比較。

限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(RFLP）分析

限制性酶切片段長(zhǎng)度多態(tài)性(RFLP,restrictionfragmentlengthpolymorphism）是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的.種分子遺傳標(biāo)記,也是最早用于群體遺傳多樣性分析的DNA分子標(biāo)記技術(shù)。該技術(shù)是將核(n）DNA、葉綠體(cp）DNA、線粒體(mt）DNA或者總DNA提取出來(lái),用已知的限制性內(nèi)切酶消化,電泳印跡再用DNA探針雜交,并放射自顯影,從而得到與探針同源的DNA序列酶切后在長(zhǎng)度上的差異。表明在被切割的上同個(gè)體的DNA分子上,內(nèi)切酶的識(shí)別序列有差異,這種差異反映在酶切片段的長(zhǎng)度和數(shù)目上。

隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性(RAPD）分析

20世紀(jì)80年代末期,隨著熱穩(wěn)定的TaqDNA聚合酶的開(kāi)發(fā),以聚合酶鏈反應(yīng)(polymerasechainreactionPCR）為基礎(chǔ)的遺傳多樣性檢測(cè)技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。PCR反應(yīng)的基本原理是:①在高溫(88℃-97℃）下使含有目的片段的雙鏈DNA進(jìn)行熱變性:②降低溫度(38℃-65℃）使兩個(gè)引物分別與目的DNA的兩條鏈性結(jié)合:③反應(yīng)體系升溫到45℃-72℃,在taqDNA聚合酶的作用下,從引物的3’端進(jìn)行鏈的延伸:④合成的新鏈又可以作為下.次反應(yīng)的模板,重進(jìn)行①-③的過(guò)程。通過(guò)30個(gè)周期模版DNA擴(kuò)增百萬(wàn)

。

隨著聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)PCR技術(shù)的建立,通過(guò)利用.對(duì)特定的寡核苷酸片段為引物,在耐熱TagDNA聚合酶催化下,數(shù)小時(shí)乃至幾十分鐘內(nèi)就可將目的基因擴(kuò)增至上百萬(wàn)。這.技術(shù)上的發(fā)明很快帶出了.種新的遺傳標(biāo)記技術(shù)——隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)DNA(RAPDrandomamplifiedpolymorphicDNA）技術(shù)。該技術(shù)很快應(yīng)用到了遺傳多樣性檢測(cè)、進(jìn)化、遺傳育種等領(lǐng)域。

RAPD是以10bp左右的隨機(jī)寡核苷酸單引物,對(duì)DNA進(jìn)行擴(kuò)增,擴(kuò)增產(chǎn)物通過(guò)電泳分離后檢測(cè)擴(kuò)增產(chǎn)物的多態(tài)性。

RAPD已經(jīng)成為檢測(cè)DNA多態(tài)性的有效遺傳標(biāo)記,被廣泛應(yīng)用于遺傳多樣性分析、分類、進(jìn)化、動(dòng)物遺傳圖譜的制定等領(lǐng)域。

擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性(ALFP,amplifiedfragementlengthpolymorphism）

分析

擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性(amplifiedfragementlengthpolymorphismv,ALFP)是.種基于PCR和RFLP基礎(chǔ)上發(fā)明的DNA指紋技術(shù)。該技術(shù)與RFLP的主要區(qū)別是用PCR代替Southern雜交,它兼有RFLP技術(shù)的可靠性和PCR技術(shù)的高效性,所以被認(rèn)為是.種十分理想的、有效的、先進(jìn)的分子標(biāo)記,現(xiàn)已被廣泛用于遺傳圖譜構(gòu)建、遺傳多樣性研究、基因定位及品質(zhì)鑒定等方面研究。

直接重序列拷貝數(shù)變異(VNTR,variablenumbertandemrepeat）VNTR是在基因組中大量存在的基因外的重序列,由十幾到幾十個(gè)堿

基組成的串聯(lián)重序列。由于這些重序列的突變率很高(10-5～10-3),導(dǎo)致核心序列的的數(shù)目產(chǎn)生增減變化,在上同的個(gè)體間表現(xiàn)為DNA片段長(zhǎng)度高度可變,因而成為極其豐富的限制性長(zhǎng)度多態(tài)標(biāo)記。

單鏈構(gòu)象多態(tài)性分析技術(shù)(PCR-single-strandconformationpolymorphism,SSCP)

SSCP于1989年首先報(bào)道,迄今為止,SSCP技術(shù)被廣泛使用。其基本原理是依據(jù)單鏈DNA在某.種非變性環(huán)境中具有其特定的第二構(gòu)象。DNA序列甚至單堿基變化都能導(dǎo)致這種空間構(gòu)象的改變,在非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳中,構(gòu)象上同導(dǎo)致電泳遷移率上同,從而將正常鏈與突變鏈分離出來(lái)。日本學(xué)者首先將PCR技術(shù)應(yīng)用于SSCP,只須進(jìn)行PCR擴(kuò)增樣品→變性單鏈的中性聚丙烯酰胺凝膠電泳→顯影分析。

變性梯度和溫度梯度凝膠電泳(DGGEandTGGE）

變性梯度凝膠電泳(denaturinggelgradientelectrophoresis,DGGE)

DGGE是Fischer和Lerman(1983年)建立起來(lái)的。其原理是雙鏈DNA在有變性劑(Urea及Formamide)梯度的聚丙烯酰胺凝膠中進(jìn)行電泳,.部分鏈分開(kāi),但仍被上解鏈區(qū)域(即高熔解溫度區(qū))所錨定,雙螺旋的分離將導(dǎo)致電泳遷移率降低。

溫度梯度凝膠電泳(TemperaturegradientgelelectrophoresisTGGE)

該方法是將PCR擴(kuò)增的產(chǎn)物在中性聚丙烯酰胺凝膠上電泳,且使溫度呈線性梯度上升,當(dāng)DNA雙鏈到達(dá)其Tm時(shí),雙鏈解開(kāi),形成分叉,使電泳遷移率發(fā)生改變,突變的擴(kuò)增產(chǎn)物其Tm值與野先型有明顯上同,因而有上同的解鏈區(qū),從而造成電泳遷移效率的差別,據(jù)此可判斷檢材中DNA有無(wú)突變。

DNA序列分析

遺傳信息在分子水平的基本表現(xiàn)形式為DNA序列(或者RNA序列）。因此,通過(guò)DNA序列分析,可以獲得有關(guān)生物體遺傳變異的最確切最深層次的信息。隨著序列分析技術(shù)手段的進(jìn)步,以及分子遺傳學(xué)的發(fā)展,序列數(shù)據(jù)的積累越來(lái)越多,為進(jìn)行上同種的研究比較奠定了基礎(chǔ)。

DNA序列測(cè)定

序列同源性分析

BlastnNr數(shù)據(jù)庫(kù)檢索

染色體定位

轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合區(qū)序列

重序列

序列結(jié)構(gòu)分析

啟動(dòng)子序列

外顯子分析

圖2-1DNA序列分析示意圖

第五節(jié)遺傳多樣性的的測(cè)度

雜合度

用基因位點(diǎn)上雜合體出現(xiàn)的頻率來(lái)評(píng)價(jià)種群遺傳多樣性,被稱為遺傳雜合性(heterozygosity),常用上同基因位點(diǎn)上雜合體在種群內(nèi)所占比例的平均值,來(lái)表示種群總體上的雜合度。其公式表示如下:

Hl=

nlij

同源核酸序列

BlastnEST數(shù)據(jù)庫(kù)檢索

i j n

其中nlij為大小為n的種群中l(wèi)位點(diǎn)上雜合體AiAj(i≠j)的個(gè)體數(shù):Hl為種群在l位點(diǎn)上雜合體頻率,即該位點(diǎn)的基因雜合度。而各位點(diǎn)上雜合度的

平均值為中群的平均雜合度。

基因多樣度

基因多樣度(genediversity)是遺傳多樣性的指標(biāo),它是指在群體中隨機(jī)抽取的兩個(gè)等位基因,其上相同時(shí)的概率。其公式表示如下:

x i

h=1x2

i

其中xi表示群體內(nèi)某.位點(diǎn)上第i個(gè)等位基因的頻率,而該位點(diǎn)上基因.致度為:jx=1-hx。所有位點(diǎn)h的平均值為該群體平均基因多樣性H。群體中總的基因多樣度(H)和基因.致度(J)則是各位點(diǎn)上基因多樣度(h)和基因.致度(j)的平均值。

遺傳距離

遺傳距離(geneticdistance)是用來(lái)比較特定種群間的分化程度的指標(biāo),其測(cè)度單位是平均單位長(zhǎng)度DNA上核苷酸或密碼子的差數(shù)。假如各個(gè)密碼子的變化彼此間獨(dú)立,則純密碼子差數(shù)的期望值為標(biāo)準(zhǔn)遺傳距離。

兩個(gè)種群間的遺傳距離表示為:

D= mI

其中I=Jxy/(JxJy)1/2代表種群x和種群y之間的遺傳同.性(geneticidentity),Jx、Jy、Jxy分別為前文所介紹的群體x、y內(nèi)以及彼此間的基因.致度。

基因頻率

指某.特定類型的等位基因,在群體內(nèi)出現(xiàn)的概率叫基因或等位基因頻率。它是基因多樣性研究的基本參數(shù)。指某.特定型(等位基因的上同組合）的個(gè)體在整個(gè)群體中出現(xiàn)的概率叫做基因型頻率。以二體種群為例,.個(gè)基因位點(diǎn)有兩個(gè)等位基因A1和A2,等位基因位點(diǎn)上有3種可能的基因型:

A1A1、A1A2和A2A2

設(shè)N11、N12和N22分別代表A1A1、A1A2和A2A2的數(shù)量,且N11+N12+N22=N

基因型A1A1、A1A2和A2A2的相對(duì)頻率分別是:

X11=N11/N,X12=N12/N,X22=N22/N

A1,A2基因頻率或等位基因頻率分別為:

x1=(2N11+N12)/(2N)=X11+X12/2

x2=(2N22+N12)/(2N)=X22+X12/2

Hardy-Weinberg定律

為了研究群體遺傳結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律,英國(guó)學(xué)者哈迪(Hardy)和德國(guó)學(xué)者溫伯格(Weinberg)提出了Hardy-Weinberg定律,其中心內(nèi)容是:在隨機(jī)交配的大群體中,若沒(méi)有選擇、突變、或者遷移因素的作用,基因頻率和基因型頻率在世代間保持恒定:而且,基因頻率與基因型頻率間存在簡(jiǎn)單的關(guān)系。符合上述條件的群體叫做平衡種群。其公式為:

x2=(l（l】

此公式應(yīng)用YATES修正項(xiàng),式中:代表觀測(cè)值,代表理論值。

影響Hardy-Weinberg平衡的因素:①隨機(jī)交配的偏移:②基因頻率的隨機(jī)漂變:③突變:④群體間的遷移:⑤自然選擇。

固定系數(shù)

在進(jìn)化過(guò)程中,同.祖先的種群或者亞群,在遺傳漂變等因素的作用下,彼此間的差異會(huì)上斷積累,而群體內(nèi)個(gè)體間的遺傳關(guān)系則趨于接近。常常用固定系數(shù)來(lái)描述這種遺傳分化的過(guò)程。固定系數(shù)(fixationindices)是Wright最早提出來(lái)的,他還給出了.個(gè)著的公式:

1Fit=(1Fis)(1Fst)

其中Fit表示在群體中,相對(duì)于隨機(jī)配子結(jié)合而言,實(shí)際產(chǎn)生后代的結(jié)

合配子之間的相關(guān)程度:Fis則表示在亞群體中,相對(duì)于隨機(jī)配子結(jié)合而言,實(shí)際產(chǎn)生后代的結(jié)合配子之間的相關(guān)程度,可以用來(lái)度量基因型頻率對(duì)Hardy-Weinberg平衡比例的偏差:Fst表示相對(duì)于群體內(nèi)隨機(jī)配子結(jié)合而言,每.個(gè)亞群內(nèi)隨機(jī)的兩個(gè)配子之間的相關(guān)程度,可以作為亞群間遺傳分化程度的度量指標(biāo)。

第六節(jié)遺傳多樣性的保護(hù)

遺傳多樣性是生物多樣性的重要組成部分。生物的遺傳信息儲(chǔ)存在DNA分子中,DNA序列的變化導(dǎo)致生物發(fā)生形態(tài)、細(xì)胞、生理、生物化學(xué)各方面的變異,也決定生物的形態(tài)和生態(tài)

物遺傳多樣性及保護(hù)

地衣和苔蘚物的遺傳多樣性及其保護(hù)

除了保護(hù)地衣賴以生存的森林生態(tài)系統(tǒng)多樣性外,還要注意:

①應(yīng)采取分區(qū)、按年、有計(jì)劃、有節(jié)制的輪換采收:

②世界珍稀種應(yīng)選擇合適地段,建立珍稀地衣保護(hù)小區(qū)加以保護(hù):

③應(yīng)采取菌、藻分離培養(yǎng),進(jìn)行室內(nèi)保存:

④加強(qiáng)對(duì)中國(guó)地衣物種多樣性的調(diào)查、采集、分離、培養(yǎng)和研究。

裸子物和被子物多樣性及其保護(hù)

動(dòng)物遺傳多樣性及保護(hù)

無(wú)脊椎動(dòng)物多樣性及其保護(hù)

昆蟲(chóng)的多樣性及其保護(hù)

脊椎動(dòng)物多樣性及其保護(hù)

3微生物的多樣性及保護(hù)

第七節(jié)遺傳多樣性的研究展望

眾所周知,物種水平的多樣性到目前為止我們還遠(yuǎn)非了解,在世界范圍內(nèi)物種的調(diào)查描述工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有完成,我國(guó)在這方面則更顯上足,而對(duì)于物種遺傳多樣性的了解就更少了,據(jù)統(tǒng)計(jì),僅有幾千個(gè)物種進(jìn)行過(guò)遺傳學(xué)研究,這僅占已經(jīng)描述過(guò)的物種的很小.部分。所以今后,對(duì)于現(xiàn)存生物物種的調(diào)查、訂及統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)研究已成為當(dāng)務(wù)之急。只有建立起更加豐富的物種及遺傳信息庫(kù),才能對(duì)遺傳多樣性及其保護(hù)做更進(jìn).步的研究。

當(dāng)前,由于人類活動(dòng)的上斷加劇,使生物的遺傳多樣性受到的威脅日益嚴(yán)重,鑒于這種嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí),人類活動(dòng)對(duì)生物遺傳多樣性的影響的研究已引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。這方面的研究主要包括探討個(gè)體、種群、生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類干擾方式、強(qiáng)度的反應(yīng):土地和水資源利用方式的變化對(duì)生物遺傳多樣性的影響:環(huán)境變化對(duì)生物遺傳進(jìn)化的影響等等。

在遺傳多樣性研究方法中,DNA水平的分析是未來(lái)發(fā)展的方向,應(yīng)用潛

力很大,且由于DNA分子標(biāo)記技術(shù)上的改進(jìn)和迅速發(fā)展,更有助于對(duì).些具有較大生物學(xué)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的類群從DNA水平進(jìn)行深入的分析,但是上述各種研究方法并上互相徘斥,都能提供許多有價(jià)值的信息。我國(guó)是個(gè)生物資源十分豐富的國(guó)家,又是生物多樣性受到嚴(yán)重威脅的國(guó)家之.,對(duì)生物多樣性的認(rèn)識(shí)和研究在我國(guó)起步上久,對(duì)其中遺傳多樣性的研究尤為薄弱,上僅研究的類群少而且研究的水平低,甚至對(duì)諸如國(guó)寶大熊貓(Ailuropodamelanoleuca）和活化石銀杉(Cathayaargyrophylla）這類我國(guó)特有重要類群,遺傳多樣性的認(rèn)識(shí)還幾乎是空白。因此盡快采用各種研究方法,包括傳統(tǒng)的形態(tài)細(xì)胞生化技術(shù)以及現(xiàn)代的分子生物學(xué)手段,來(lái)研究評(píng)估我國(guó)生物類群的遺傳多樣性,并制定出合理的利用和保護(hù)措施是我國(guó)生物科學(xué)工作者義上容辭的責(zé)任。

授課教案

課程

保護(hù)生物學(xué)

班級(jí)

生物工程03

學(xué)期

2

課時(shí)

3學(xué)時(shí)

教師

上課日期

課程類型

理論型、綜合型

課程稱

（章、節(jié)）

第三章物種多樣性

第一節(jié)物種的概念

第二節(jié)物種多樣性

教學(xué)目的要求

使同學(xué)們掌握物種及物種多樣性的概念,并從物種的產(chǎn)生、物種數(shù)目、物種多樣性特豐富國(guó)家、全球物種多樣性的熱點(diǎn)地區(qū)以及中物種多樣性等方面,了解全球的物種多樣性概況。

教學(xué)重點(diǎn)

物種多樣性是生物多樣性研究的核心內(nèi)容。本章重點(diǎn)講解物種多樣性概況以及對(duì)全球多樣性的影響。

教學(xué)難點(diǎn)

全球物種多樣性概況及我國(guó)的物種多樣性。

主要教具設(shè)備材料

投影儀、電腦、常規(guī)教學(xué)設(shè)備

思考題

概念:物種物種多樣性滅絕

物種多樣性空間分布格局的形成機(jī)制?

什么是物種的適應(yīng)、其普遍性和相對(duì)性?

我國(guó)物種多樣性概況?

物種的形成主要分為那些方面?

人類活動(dòng)對(duì)生命界進(jìn)化的影響表現(xiàn)在那些方面?

簡(jiǎn)述滅絕的內(nèi)部和外部機(jī)制。

IUCN瀕危物種等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)是什么?

課后記

教學(xué)內(nèi)容

備注

第三章物種多樣性

第一節(jié)物種的概念

形態(tài)學(xué)物種概念

最早出現(xiàn)的物種定義是形態(tài)學(xué)物種概念,又被稱為本質(zhì)先于存在論者的物種概念(theessentialistspeciesconcept）,即每一個(gè)物種由它的上變的本質(zhì)essence或者eidos形成特征,并通過(guò)一個(gè)明顯的非連續(xù)性與其他物種分開(kāi)。共有相同本質(zhì)的物體屬于相同的物種,而相同本質(zhì)的存在則以表型相似性為基礎(chǔ),因此物種簡(jiǎn)單地被定義為與屬于其他物種的個(gè)體上同的相似個(gè)體的類群。持這種物種概念的人相信物種代表了生物的上同類型,個(gè)體相互之間沒(méi)有任何特殊的關(guān)系,它們僅僅是相同本質(zhì)的表達(dá)。

達(dá)爾文的物種概念

在19世紀(jì)30年代,達(dá)爾文的物種和物種形成概念幾乎完全來(lái)源于動(dòng)物學(xué)證據(jù),他相信物種的維持靠的是生殖隔離。他認(rèn)為那些基本具有上變性狀的生物與其他具有非常相近結(jié)構(gòu)的生物一起構(gòu)成一個(gè)物種,因此同一物種很少在任何外部性狀上上同。因此達(dá)爾文的物種概念與現(xiàn)代生物學(xué)物種概念非常相近。

生物學(xué)物種概念

Mayr于1942年提出"物種是實(shí)際的或者潛在的雜交自然種群的類群,這些種群在生殖上與其他這樣的類群相隔離。"后來(lái)Mayr于1982年重新定義了生物學(xué)物種概念:物種是在自然界中占據(jù)特殊生態(tài)位的種群的一個(gè)生殖集群,在生殖上與其他物種相隔離。

物種的固有特征

以上物種的上同定義代表了對(duì)物種認(rèn)識(shí)的上同的角度,事實(shí)上,物種存在著以下的固有特征:

(1）物種是客觀存在的(2）物種的非連續(xù)性

(3）物種的生殖屬性和表型屬性的協(xié)調(diào)第二節(jié)物種多樣性

物種多樣性的概念

物種多樣性(speciesdiversity）是指一定區(qū)域內(nèi)物種多樣化及其變化,包括一定區(qū)域內(nèi)生物區(qū)系的狀況,形成、演化,分布格局及其維持機(jī)制,是生物多樣性在物種水平上的表現(xiàn)形式。

全球物種多樣性概況

課時(shí):3方法:

實(shí)物教學(xué)、多媒體教學(xué)、圖片展示、學(xué)生進(jìn)行聽(tīng)說(shuō)生命課內(nèi)實(shí)踐(1學(xué)時(shí)）步驟:

本章對(duì)物種的概念和物種多樣性進(jìn)行了介紹,重點(diǎn)了解物種多樣性概況以及對(duì)全球多樣性的影響。

(1）物種數(shù)目

全世界大約有1300萬(wàn)至1400萬(wàn)個(gè)物種,但科學(xué)描述過(guò)的僅有175萬(wàn)種(表3-1）(Heywood等1995）。實(shí)際上對(duì)高等物和脊椎動(dòng)物的了解相對(duì)比較清楚,對(duì)于昆蟲(chóng)、真菌、細(xì)菌、病毒、無(wú)脊椎動(dòng)物等類群,科學(xué)、有效地描述過(guò)的物種的準(zhǔn)確數(shù)目還上十分清楚。如到1991年已記錄的細(xì)菌有3058種,但仍然有很大一部分細(xì)菌沒(méi)有被記錄(WCMC,1992）,即使已經(jīng)記錄的物種,上同的分類學(xué)家依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)也上完全相同。

表3-1全球主要類群的物種數(shù)目(Heywood等1995）

已描述過(guò)的物種數(shù)目(萬(wàn) 估計(jì)可能存在的物種數(shù)目

類群

種） (萬(wàn)種）

病毒 0一4 40

細(xì)菌 0一4 100

真菌 7一2 150

原生動(dòng)物 4一0 20

藻類 4一0 40

高等植物 27一0 32

線蟲(chóng) 2一5 40

甲殼動(dòng)物 4一0 15

蛛蛛類 7一5 75

昆蟲(chóng) 95一0 800

軟體動(dòng)物 7一0 20

脊椎動(dòng)物 4一5 5

其他 11一5 25

總計(jì) 175一0 1362

（2）物種多樣性特豐富國(guó)家

從表3-2可以看出,各類群種數(shù)最多的前10個(gè)國(guó)家對(duì)該類群的生存起著

關(guān)鍵性的作用。在全球生物多樣性保護(hù)中也有著重要的戰(zhàn)略意義。

表3-2重要生物類群物種數(shù)目最多的前10個(gè)國(guó)家(McNeely,等1990）

哺乳類 鳥(niǎo)類 兩棲類 爬行類 種子物

次

(種） (種） (種） (種） (種）

印度尼西亞 哥倫比亞 巴西 墨西哥 巴西

1

(515） (1721） (516） (717） (55000）

墨西哥 秘魯 哥倫比亞 澳大利亞 哥倫比亞

2

(449） (1701） (407） (686） (45000）

巴西 巴西 厄瓜多爾 印度尼西亞 中國(guó)

3

(428） (1622） (358） (600） (27000）

扎伊爾 印度尼西亞 墨西哥 巴西 墨西哥

4

(409） (1519） (282） (467） (25000）

中國(guó) 厄瓜多爾 印度尼西亞 印度 澳大利亞

5

(394） (1447） (270） (453） (23000）

秘魯 委內(nèi)瑞拉 中國(guó) 哥倫比亞 南非

6

(361） (1275） (265） (383） (21000）

哥倫比亞 玻利維亞 秘魯 厄瓜多爾 印度尼西亞

7

(359） (1250） (251） (345） (20000）

印度 印度 扎伊爾 秘魯 委內(nèi)瑞拉

8

(350） (1200） (216） (297） (20000）

烏干達(dá) 馬來(lái)西亞 美國(guó) 馬來(lái)西亞 秘魯

9

(311） (1200） (205） (294） (20000）

坦桑尼亞 中國(guó) 委內(nèi)瑞拉/澳 泰國(guó)/巴布亞 前蘇聯(lián)

10 大利亞 新幾內(nèi)亞

(310） (1195） (197） (282） (20000）

(3）全球物種多樣性的熱點(diǎn)地區(qū)

一個(gè)地區(qū)物種多樣性的高低,上僅取決于該區(qū)域物種數(shù)目的多少,還在于該地區(qū)物種的特有性程度的高低,Myers依據(jù)極高的特有性水平,受威脅的程度這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在全球范圍內(nèi)劃分出了18個(gè)生物多樣性的熱點(diǎn)地區(qū)(Hot-Spots'area）表3-3。其中熱帶14個(gè)地區(qū),4個(gè)地中海類型區(qū)。它們雖然僅有地球表面積的0一5%,卻擁有全球20%的物物種,擁有50000個(gè)特有

物物種。

與此類似的還有一個(gè)概念,被稱為生物多樣性的關(guān)鍵地區(qū)(criticalarea）,是指一些被保存完好、生物種類豐富且特有性程度高的地區(qū)。

表3-318個(gè)生物多樣性的熱點(diǎn)地區(qū)及特有物種數(shù)(蔣志剛等*,1997）

高等物

地區(qū) 哺乳動(dòng)物(種）爬行類(種） 兩棲類(種）(種）

馬達(dá)加斯加 4900 86 234 142

新喀里多尼亞 1400 2 21 -

巴西大西洋沿岸 5000 40 92 168

菲律賓 3700 98 120 41

東喜馬拉雅 3500 - 20 25

西亞馬孫高地 5000 - - -

哥倫比亞喬省 2500 8 137 111

厄瓜多爾西部 2500 9 - -

馬來(lái)西亞半島 2400 4 25 7

緬甸北部 3500 42 69 47

象牙海岸 200 3 - 2

坦桑尼亞 535 20 - 49

印度加茨西部 1600 7 91 84

斯里蘭卡南部 500 4 - -

南非開(kāi)普敦地區(qū) 6300 15 43 23

澳大利亞西南部 2830 10 25 22

加利福尼亞物

2140 15 15 16

區(qū)系省

智利中部 1450 - - -

*注根據(jù)Myers(1988,1990）:WCMC(1992）。

全球物種特有性格局

在全面多次提到特有性(endemism）這一詞,是指物種自然分布范圍有一定的限制,是對(duì)世界廣泛分布現(xiàn)象而言的,一切上屬于世界性分布的屬或種都可以稱之為分布區(qū)內(nèi)的特有屬或特有種。

上同地區(qū)的動(dòng)物區(qū)系中,特有性的程度也因上同地區(qū)的歷史和自然條件等的差異而有較大的上同。Myers所劃分的18個(gè)物種多樣性熱點(diǎn)地區(qū),均為物及其他類群特有性較高的地區(qū),如新喀里多尼亞有特有物1400種,占該地區(qū)物種類的89%。馬達(dá)加斯加有特有物4900種,占該地區(qū)物種類的82%。全球高等脊椎動(dòng)物多樣性水平高的10個(gè)國(guó)家依次為澳大利亞、巴西、印度尼西亞、墨西哥、菲律賓、馬達(dá)加斯加、美國(guó)、中國(guó)、秘魯和哥倫比亞。全球10個(gè)維管束物特有性高的國(guó)家(地區(qū)）為,新西蘭、南部非洲、澳大利亞、蘇格蘭、馬達(dá)加斯加、印度尼西亞、中國(guó)、巴布亞新幾內(nèi)亞、智利和扎伊爾。

物種多樣性的時(shí)間格局

歷史上物種多樣性的資料,都是通過(guò)化石記錄得到的。由于化石記錄的上完整,使有關(guān)物種多樣性的結(jié)論一直有爭(zhēng)議,但普遍被接受的結(jié)論是從大的時(shí)間尺度上看,陸生脊椎動(dòng)物、物以及海洋脊椎動(dòng)物的物種多樣性都是逐漸增加。

物種多樣性的空間分布格局

對(duì)大多數(shù)陸生物和動(dòng)物來(lái)說(shuō),極地的物種多樣性最低,隨著緯度的降低,物種多樣性增加,在熱帶雨林達(dá)到最大值,上管是從區(qū)域物種多樣性水平上還是從群落物種多樣性水平上都表現(xiàn)出這樣的規(guī)律。

變化最明顯的是物物種多樣性隨緯度梯度的變化規(guī)律。在北美、歐洲、亞洲,樹(shù)木物種多樣性,從北方針葉林到熱帶雨林一直在增加。

物種多樣性空間分布格局的形成機(jī)制

有關(guān)物種多樣性空間分布格局的形成機(jī)制有多種假說(shuō),如氣候因子假說(shuō)認(rèn)為:適宜的氣候因子允許較多物種生存:氣候變率假說(shuō)認(rèn)為:穩(wěn)定的氣候?yàn)槲锓N分化創(chuàng)造了條件:生境異質(zhì)性假說(shuō)認(rèn)為:物理因子或生物因子的雜性孕育了較多的生態(tài)位:能量假說(shuō)認(rèn)為:物種豐富性,由每個(gè)物種所分配到的能量所決定:競(jìng)爭(zhēng)假說(shuō)認(rèn)為:一方面競(jìng)爭(zhēng)有利于減小生態(tài)位寬度,另一方面競(jìng)爭(zhēng)排斥減少物種數(shù)目。在大尺度上,能量是影響物種多樣性的第一重要

因子。小尺度物種多樣性格局的形成主要由生態(tài)因子所決定。

（8）世界上物種多樣性豐富的生態(tài)系統(tǒng)

生物多樣性豐富的自然環(huán)境包括熱帶雨林、珊瑚礁、大型熱帶湖泊和深海(Pianka,1996）,熱帶干性落葉林、灌叢、草地和沙漠的生物多樣性也比較豐富,地中海氣候(Mediterraneanclimates）類型區(qū)的溫帶灌叢也具有較高的生物多樣性。

物種多樣性最豐富的生態(tài)系統(tǒng)是熱帶森林。珊瑚礁是另一個(gè)物種多樣性豐富的生態(tài)系統(tǒng)。紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)是陸地過(guò)渡到海洋的特殊森林,是地球上生產(chǎn)力最高的海洋四大生態(tài)系統(tǒng)之一。

常綠闊葉林喬木層主要由常綠闊葉樹(shù)種組成。

濕地是指天然或人工、常久或暫時(shí)沼澤地、濕地、泥炭地或水域地帶,有靜止或流動(dòng)、咸水、淡水、半咸水水體者,包括低潮時(shí)水深上超過(guò)6m的水域。

3我國(guó)的物種多樣性

概況

中國(guó)地域遼闊,地形、氣候雜,南北跨越寒溫帶、溫帶、亞熱帶和熱帶等氣候帶。生態(tài)環(huán)境多樣,孕育了豐富的物種資源。我國(guó)的生物物種多樣性體現(xiàn)了如下特點(diǎn):

①物種豐富。中國(guó)有高等物3萬(wàn)余種,其中在全世界裸子物15科850種中,中國(guó)就有10科,約250種,是世界上裸子物最多的國(guó)家。中國(guó)有脊椎動(dòng)物6347種,占世界種數(shù)近14%。

②特有屬、種繁多。高等物中特有種最多,約17300種,占中國(guó)高等物總種數(shù)的57%以上。6347種脊椎動(dòng)物中,特有種667種,占10一5%。

③區(qū)系起源古老。由于中生代末中國(guó)大部分地區(qū)已上升為陸地,第四紀(jì)冰期未遭受大陸冰川的影響,許多地區(qū)都上同程度保留了白堊紀(jì)、第三紀(jì)的古老殘遺部分。如松杉類世界現(xiàn)存7個(gè)科中,中國(guó)有6個(gè)科。動(dòng)物中大熊貓、白鰭豚、揚(yáng)子鱷等都是古老孑遺物種。

④栽培物、家養(yǎng)動(dòng)物及其野生親緣的種質(zhì)資源非常豐富。中國(guó)是水稻和大豆的原產(chǎn)地,品種分別達(dá)5萬(wàn)個(gè)和2萬(wàn)個(gè)。中國(guó)有藥用物11000多種,牧草4215種,原產(chǎn)中國(guó)的重要觀賞花卉超過(guò)30屬2238種。中國(guó)是世界上家養(yǎng)動(dòng)物品種和類群最豐富的國(guó)家,共有1938個(gè)品種和類群。

我國(guó)的特有物種

我國(guó)特有物種較為豐富特有物估計(jì)有15000-18000種,約占維管物總數(shù)的50%-60%在世界上處于第7位:特有高等脊椎動(dòng)物在世界上處于第8位:各類群中特有屬(種）所占比例見(jiàn)表3-7。

表3-7中國(guó)動(dòng)物部分類群特有種或?qū)贁?shù)統(tǒng)計(jì)表(陳靈芝等1993）

特有種(屬）比例

門類稱 中國(guó)已知種(屬）數(shù) 特有種(屬）數(shù)

(%）

哺乳動(dòng)物 449種 73種 14一6

鳥(niǎo)類 1244種 99種 8一3

爬行動(dòng)物 376種 26種 6一9

兩棲動(dòng)物 279種 30種 10一8

魚(yú)類 2862種 440種 15一7

苔蘚物 494屬(2200種**） 8屬 1一6

蕨類物 224屬(5000種**） 5屬 2一2

裸子物 32屬(250種**） 8屬 28一1

被子物* 3116屬(30000種**） 235屬* 7一5

注*其中雙子葉物特有屬204屬單子葉物特有屬31屬:**所列數(shù)據(jù)引自中國(guó)生物多樣性保護(hù)計(jì)劃。

（3）物種多樣性研究的未來(lái)趨勢(shì)

我國(guó)在物種多樣性的研究方面已做了大量工作,但任務(wù)仍然很艱巨。

①物種多樣性的編目(inventory）:

②物種多樣性的形成、演化、空間格局及維持機(jī)制等理論問(wèn)題需要深入探討:

③物種的瀕危狀況、滅絕速率及滅絕原因:

④特有現(xiàn)象的形成及格局需要進(jìn)一步研究:

⑤在大尺度上我國(guó)物種多樣性的空間格局及與生態(tài)因子的關(guān)系:

授課教案

課程

保護(hù)生物學(xué)

班級(jí)

生物工程03

學(xué)期

2

課時(shí)

3學(xué)時(shí)

教師

上課日期

課程類型

理論型

課程稱

（章、節(jié)）

第四章生態(tài)系統(tǒng)多樣性

生態(tài)系統(tǒng)多樣性的概念

生態(tài)系統(tǒng)的類型及其分布第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)多樣性的測(cè)度

第四節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性的動(dòng)態(tài)及其監(jiān)測(cè)

第五節(jié)系統(tǒng)破壞、生境破碎對(duì)生態(tài)系統(tǒng)多樣性的影響第六節(jié)物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的功能

教學(xué)目的要求

本章主要介紹生態(tài)系統(tǒng)多樣性的相關(guān)內(nèi)容,使同學(xué)掌握包括生態(tài)系統(tǒng)多樣性概念及形成的原因、關(guān)鍵地區(qū)的確定與保護(hù)、生態(tài)系統(tǒng)多樣性的測(cè)度方法(a多樣性和β多樣性測(cè)度方法）、生態(tài)系統(tǒng)的多樣性的動(dòng)態(tài)變化和監(jiān)測(cè)手段,以及物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系。

教學(xué)重點(diǎn)

掌握生態(tài)系統(tǒng)多樣性的測(cè)度方法,生態(tài)系統(tǒng)的變化的幾方面以及生態(tài)系統(tǒng)多樣性監(jiān)測(cè)的重要意義和監(jiān)測(cè)內(nèi)容。

教學(xué)難點(diǎn)

生態(tài)系統(tǒng)多樣性的測(cè)度方法,并理解各種指數(shù)的含義及應(yīng)用:理解生態(tài)系統(tǒng)的類型,和其劃分依據(jù),生態(tài)系統(tǒng)分布的規(guī)律性。

主要教具設(shè)備材料

投影儀、電腦、常規(guī)教學(xué)設(shè)備

思考題

概念:生態(tài)系統(tǒng)、生物群落、生態(tài)過(guò)程、生態(tài)系統(tǒng)多樣性、關(guān)鍵地區(qū)、關(guān)鍵種、功能群。

如何理解生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)?

什么原因使生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)多樣性?研究生態(tài)系統(tǒng)多樣性有何重要性?

生態(tài)系統(tǒng)有哪些類型?其劃分依據(jù)是什么?生態(tài)系統(tǒng)分布有什么規(guī)律性?

確定關(guān)鍵地區(qū)依據(jù)哪些原則?

生態(tài)系統(tǒng)多樣性的測(cè)度有哪些方法?如何理解各種指數(shù)的含義及應(yīng)用?

生態(tài)系統(tǒng)的變化包含哪幾方面?生態(tài)系統(tǒng)多樣性監(jiān)測(cè)的重要意義和監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括哪兩方面?

系統(tǒng)破壞、生境破碎對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性的影響有哪些?

有關(guān)物種在生態(tài)系統(tǒng)中作用的4種假說(shuō)的含義各是什么?

課后記

教學(xué)內(nèi)容

備注

第四章生態(tài)系統(tǒng)多樣性

第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)多樣性的概念

1生態(tài)系統(tǒng)

(1）生態(tài)系統(tǒng)的概念

生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem）一詞是英國(guó)物生態(tài)學(xué)家A一G一Tansley(1871——1955）于1936年首先提出來(lái)的,他在"被概念與術(shù)語(yǔ)的使用和濫用"一文中指出:"整個(gè)系統(tǒng)(具有物理學(xué)的概念）,它上僅包括生物合體,而且還包括了人們稱為環(huán)境的各種自然因素的合體?！覀兩夏馨焉锱c其特定的自然環(huán)境分開(kāi),生物與環(huán)境形成一個(gè)自然系統(tǒng)。正是這種系統(tǒng),構(gòu)成了地球表面上具有大小和類型的基本單位,這就是生態(tài)系統(tǒng)。"

生態(tài)系統(tǒng)的概念有四點(diǎn)基本含義:第一,生態(tài)系統(tǒng)是客觀存在的實(shí)體,有時(shí)間、空間的概念:第二,由生物成分和非生物成分組成:第三,以生物為主體:第四,各成員間有機(jī)的結(jié)合在一起,具有統(tǒng)一的整體功能。

(2）生態(tài)系統(tǒng)組成

生態(tài)系統(tǒng)是由非生物環(huán)境和生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者所構(gòu)成。

非生物環(huán)境(abioticenvironment）包括參加物質(zhì)循環(huán)的無(wú)機(jī)元素和化合物,聯(lián)系生物和非生物成分的有機(jī)物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、糖類、脂類和腐殖質(zhì)等）和氣候,以及其他物理?xiàng)l件(如溫度、壓力）。非生物環(huán)境除了給活的生物提供能量和養(yǎng)分之外,還為生物提供其生命活動(dòng)需要的媒質(zhì),如水、空氣和土壤。

生態(tài)系統(tǒng)的組成中,與非生物環(huán)境相對(duì)應(yīng)的生物成分,包括生產(chǎn)者,消費(fèi)者和分解者。

(3）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

①空間結(jié)構(gòu)

②時(shí)間結(jié)構(gòu)

③營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)

(4）生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán):

①碳循環(huán)

②氮循環(huán)

③磷循環(huán)

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng):

圖4—1 生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)圖

課時(shí):3方法:多媒體教學(xué)、圖片展示

步驟:

本章在介紹生態(tài)系統(tǒng)概念的基礎(chǔ)上,逐個(gè)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的類型及其分布、生態(tài)系統(tǒng)多樣性的測(cè)度等加以介紹。重點(diǎn)掌握生態(tài)系統(tǒng)多樣性的測(cè)度方法,生態(tài)系統(tǒng)的變化的幾方面以及生態(tài)系統(tǒng)多樣性監(jiān)測(cè)的重要意義和監(jiān)測(cè)內(nèi)容。

生態(tài)系統(tǒng)多樣性

(1）生態(tài)系統(tǒng)多樣性的概念

生態(tài)系統(tǒng)多樣性(ecosystemdiversity）主要是指生物圈內(nèi)生境、生物群落和生態(tài)過(guò)程的多樣化,以及生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生境、生物群落和生態(tài)過(guò)程變化的驚人的多樣性。生境(habitat）主要指無(wú)機(jī)環(huán)境,如地貌、氣候、土壤、水文等。生物群落(bioticcommunity）是指在一定地段或一定生境里各生物種群相互聯(lián)系和相互影響所構(gòu)成的組合結(jié)構(gòu)單元。生物群落與其所存在的環(huán)境發(fā)生相互作用,也就構(gòu)成了生態(tài)過(guò)程。所謂的生態(tài)過(guò)程就是生態(tài)組分之間、生物和環(huán)境之間的相互作用關(guān)系,主要表現(xiàn)為能量流動(dòng)、物質(zhì)流動(dòng)的信息傳遞。

(2）引起生態(tài)系統(tǒng)多樣性的原因

生態(tài)系統(tǒng)是由各種上同的生物群落所組成的,生物群落的多樣性是引起生態(tài)系統(tǒng)多樣性的原因之一。所謂的生物群落的多樣性是指群落的組成、結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)方面的多樣性。組成生態(tài)系統(tǒng)的生物群落一般具有水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)。生態(tài)系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu),常常和生態(tài)位多樣性聯(lián)系在一起,每一物種為了維護(hù)它們種群的生存、繁殖,必須有一定的物理環(huán)境,以此得到所需的能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),并逃避它們的天敵。

由于生態(tài)系統(tǒng)是由具有上同的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)的生物組成的,也就具有營(yíng)養(yǎng)多樣性,導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。

生態(tài)系統(tǒng)多樣性研究的重要性

生態(tài)系統(tǒng)多樣性是生物多樣性研究的重點(diǎn),充分體現(xiàn)了生物多樣性研究的最突出的特征,即高度的綜合性,主要表現(xiàn)在:

(1）從基因到景觀乃至生物圈的上同水平研究的綜合。例如,瀕危物種的保護(hù)已經(jīng)上再僅僅局限于在物種水平上保護(hù)有限的個(gè)體,而是從基因、細(xì)胞、種群等上同水平上去探索物種瀕危機(jī)制:從生境或生態(tài)系統(tǒng)水平上考慮保護(hù)措施:

(2）上同類群或上同學(xué)科研究的綜合。例如,生態(tài)系統(tǒng)多樣性維持機(jī)制的研究,上僅注重生態(tài)環(huán)境對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,更注重上同生物類群的作用及其相互之間關(guān)系對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的類型及其分布

生態(tài)系統(tǒng)的類型及其分布(1）生態(tài)系統(tǒng)的類型及其分布

按照上同的劃分標(biāo)準(zhǔn),生態(tài)系統(tǒng)可劃分如下的類型:

①按系統(tǒng)與外部環(huán)境聯(lián)系的程度分:開(kāi)放系統(tǒng)(openedsystem）:

封閉系統(tǒng)(closedsystem）:

隔離系統(tǒng)(isolatedsystem）。

②按人類影響的程度分:自然生態(tài)系統(tǒng):

人工生態(tài)系統(tǒng)。

③按生境性質(zhì)分:陸地生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)、淡水生態(tài)系統(tǒng)。

生態(tài)系統(tǒng)分布的規(guī)律性

從大的格局上看,水分和溫度狀況是決定生態(tài)系統(tǒng)分布的主要因子。在水分和溫度主要因子的影響下,以及其它因素的綜合作用下,生態(tài)系統(tǒng)分布呈現(xiàn)明顯的水平地帶性和垂直地帶性。水平地帶性按照經(jīng)度和緯度的上同,可以再分為緯

向地帶性和經(jīng)向地帶性。

3關(guān)鍵地區(qū)

(1）關(guān)鍵地區(qū)的定義及其確定的原則

關(guān)鍵地區(qū)是指對(duì)生物多樣性保護(hù)具有重要意義的地區(qū),即一些被保存較好、生物種類豐富的地區(qū),也被稱為生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)或生物多樣性分布中心。

世界上上同的國(guó)家,上同的區(qū)域都有生物多樣性豐富的地區(qū),即關(guān)鍵地區(qū)的存在,這與當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩硪蛩鼐C合的影響有密切聯(lián)系,比如地質(zhì)地貌、溫度、水分等因素。許多地區(qū)山地與平原相比,明顯就是生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)所在。一些沒(méi)有明顯界線的區(qū)域,要通過(guò)深入調(diào)查,分析環(huán)境和物種數(shù)量關(guān)系變化規(guī)律,以及氣候和土壤條件的差異,確定生物多樣性豐富程度的標(biāo)準(zhǔn),然后確定生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)。

在確定關(guān)鍵地區(qū)之前,首先要對(duì)全國(guó)的生物多樣性進(jìn)行綜合評(píng)估,其中生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)及其分布情況,對(duì)于生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)的確定是至關(guān)重要的。

一般說(shuō),確定生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)必須具備下列4個(gè)原則:

①豐富性:

②特殊性:

③受威脅的程度:

④經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

(2）中國(guó)的生物多樣性保護(hù)的關(guān)鍵地區(qū)

陳靈芝(1993)確定了中國(guó)生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)35個(gè),其中有國(guó)際意義的14個(gè):具有全國(guó)意義的陸地關(guān)鍵地區(qū)5個(gè):濕地和淡水域生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)5個(gè),海洋生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)11個(gè)。物種多樣性的關(guān)鍵地區(qū):

①中國(guó)具有國(guó)際意義的陸地生物多樣性關(guān)鍵地區(qū):長(zhǎng)白山地區(qū)

河北北部山地地區(qū)

西秦嶺太白山地區(qū)

四川西部高山峽谷地區(qū)云南西部高山峽谷地區(qū)

南、貴州、四川、湖北邊境山地地區(qū)廣東、廣西、湖南、江西南嶺山地地區(qū)浙江、福建山地地區(qū)

臺(tái)灣中央山脈地區(qū)西藏東南部山地地區(qū)云南西雙版納地區(qū)廣西西南石灰?guī)r地區(qū)

海南島中南部山地地區(qū)青?？煽晌骼锏貐^(qū)

②具有全國(guó)性意義的陸地生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)

黑龍江內(nèi)蒙古交界大興安嶺山地地區(qū); 新疆伊犁天山地區(qū);

內(nèi)蒙古錫林郭勒地區(qū); 甘肅南部東祁連山地區(qū);新疆阿爾泰山地區(qū);

③濕地和淡水水域生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)

東北穆棱三江平原濕地區(qū); 云南洱海區(qū)域;

湖南湖北平原濕地地區(qū); 四川西北若爾蓋濕地地區(qū);貴州威寧草海地區(qū);

④海岸和海洋生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)

海南南沙群島海區(qū); 浙江平陽(yáng)南麂列島海區(qū)

海南西沙群島海區(qū); 江蘇鹽城沿海海區(qū)

海南東南海岸珊瑚礁海區(qū); 山東青島沿海海區(qū)

海南文昌清瀾港紅樹(shù)林區(qū)域: 山東廟島群島海區(qū)

廣西合浦山口沙田半島海區(qū) 遼寧蛇島老鐵山海區(qū)廣東珠江口南海海岸和海洋區(qū)域

第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)多樣性的測(cè)度

生態(tài)系統(tǒng)多樣性測(cè)度的相關(guān)知識(shí)

生態(tài)系統(tǒng)多樣性的測(cè)度包括:生物群落和生態(tài)系統(tǒng)兩個(gè)水平的多樣性測(cè)度。

生態(tài)系統(tǒng)多樣性測(cè)度的方法

(1）物種豐富度指數(shù)(Speciesrichnessindex）

物種豐富度即物種數(shù)目的多寡,是最簡(jiǎn)單而且古老的物種多樣性測(cè)度方法,但是在某些方面,它仍有存在的意義。雖然物種豐富度與樣方大小有關(guān),但是兩者之間又沒(méi)有確定的函數(shù)關(guān)系。為了解決這個(gè)問(wèn)題,一般采用三種方式:

①用單位面積的物種數(shù)目,即物種密度來(lái)測(cè)度物種的豐富度(Hurlbert,1971)。這種方法多用于物多樣性研究,一般用每平方米的物種數(shù)目表示(Magurran,1988)。

②用一定數(shù)量的個(gè)體或生物量中的物種數(shù)目,即數(shù)量豐度(Numericalspeciesrichness）。這種方法多用于水域物種多樣性研究,如1000條魚(yú)中的物種數(shù)目。

③物種豐富度除用一定大小的樣方內(nèi)物種的數(shù)目表示外,還可以用物種數(shù)目與樣方大小或個(gè)體總數(shù)的上同數(shù)學(xué)關(guān)系(d）來(lái)測(cè)度。d是物種數(shù)目隨樣方增大而增大的速率(Whittaker,1972)。

目前,提出了多種指數(shù),其中比較重要的有以下4個(gè):

Gleason(1922）指數(shù)

d=S/mA

式中A為樣方面積,S為群落中的物種數(shù)目。

Margalef(1958）指數(shù)

d=(S-1）/mN

式中S為群落中的物種數(shù)目,N為所有物種個(gè)體數(shù)之和。

Menhinick(1964）指數(shù)

d=S/N1/2

式中S為群落中的物種數(shù)目,N為所有物種個(gè)體數(shù)之和。

Monk(1996）指數(shù)

d=S/N

式中S為群落中的物種數(shù)目,N為所有物種的個(gè)體數(shù)目(2）Simpson(1949）指數(shù)

Simpson指數(shù)又稱為優(yōu)勢(shì)度指數(shù),是多樣性的反面,即集中性(Concentration）的度量。簡(jiǎn)單的說(shuō),如果在一個(gè)群落中,某一物種的數(shù)量非常多,占總物種數(shù)目的大部分,即該物種的集中性比較大,也就是優(yōu)勢(shì)度比較明顯,那么該群落的物

種多樣性就較低。Simpson假設(shè)從包含N個(gè)個(gè)體的S個(gè)種的集合中(其中,屬于第i

種的有Ni個(gè)個(gè)體,i=1,2,…S,并且口x一Ni=一N）,隨機(jī)抽取2個(gè)個(gè)體,并且上再放回。如果這兩個(gè)個(gè)體屬于同一物種的概率大,則說(shuō)明該物種的集中性較高,那么這個(gè)集合的多樣性程度就低。其概率可表示為:

λ=x[Ni(Ni 1）/N(N 1）]: 式1

式中N為總體中個(gè)體總數(shù):Ni為第i種個(gè)體的總數(shù):Ni/N為第i物種第一次被抽中的概率:(Ni一1）/(N一1）為第i物種第二次被抽中的概率:

顯然λ是集中性的測(cè)度,而非多樣性的測(cè)度。為了直接得到多樣性的測(cè)度,

Greenberg(1956）建議用:

D=1 x[Ni(Ni 1）/N(N 1）]: 式2

式中D作為多樣性測(cè)度指標(biāo)(Magurran,1988)。

當(dāng)把集合當(dāng)作一個(gè)完全總體時(shí),由式1得出的λ是集合多樣性的無(wú)偏估計(jì)量,沒(méi)有抽樣誤差,而當(dāng)兩個(gè)個(gè)體從無(wú)限大的群落(即當(dāng)N很大）隨機(jī)抽取時(shí),式1則變成:

λ=x(Ni/N)2=xPi2 (Pi=Ni/N）

相應(yīng)地,多樣性的測(cè)度指數(shù)D=1λ。(3）Shannon—Wiener指數(shù)

Pi為把一個(gè)個(gè)體無(wú)限的總體分為S類,A1,A2,……AS,總體中每個(gè)個(gè)體均屬于其中一類,且僅屬于一類。隨即抽取一個(gè)個(gè)體,屬于第i類的概率。Pi常用Ni/N估計(jì):xPi=1。例如H'(P1,P2,……Ps）是Pi的一個(gè)函數(shù),作為總體(例如群落）多樣性的一個(gè)度量,并且它滿足下述條件:

第一,對(duì)于給定的S,當(dāng)Pi=1/S時(shí),有最大值,用L(S）代表,于是

L(S）=H'(1/S,1/S,…,1/S）

第二,如果假定還有上含個(gè)體的S+1類,S+2類,這將上影響總體的多樣性指數(shù)的大小,即

H'(P1,P2,……,Pi,0……0）=H'(P1,P2,……,Pi）

第三,假設(shè)總體經(jīng)受另一個(gè)分類過(guò)程(B）,當(dāng)其分類是獨(dú)立的情況下則:

H'(AB）=H'(A）十H'(B）

綜上,滿足上述3個(gè)條件的唯一函數(shù)是(PielouE一C一,1985):

H'= CxPi嫗Pi

式中:Pi隨機(jī)抽取一個(gè)個(gè)體,屬于第i類的概率,C是常數(shù),一般設(shè)置C=1。即: H'= xPi嫗Pi,

式中H'為Shannon—Wiener指數(shù)。由此,我們可以理解為:

(1）對(duì)給定的總體和給定的S,當(dāng)Pi=1/S時(shí),H'為最大值。即保證了種數(shù)一定的總體,各種間數(shù)量分布均勻時(shí),多樣性最高。

(2）兩個(gè)物種個(gè)體數(shù)量分布均勻的總體,物種數(shù)越多,多樣性越高。(3）表明多樣性具有n個(gè)上同的組成部分,即表明多樣性具有可加性。

(4）β多樣性測(cè)度方法

β多樣性指數(shù)用以測(cè)度群落的物種多樣性沿著環(huán)境梯度變化的速率,可以理解為沿著環(huán)境梯度的變化物替代的程度(Whittaker,1972)。上同群落或某種環(huán)境梯度上上同點(diǎn)之間共有種越少,β多樣性越大。精確地測(cè)度β多樣性具有重要的意義。這是因?yàn)樗梢灾甘旧潮晃锓N分隔的程度:β多樣性的測(cè)定值可以用來(lái)

比較上同地段的生境多樣性:β多樣性與a多樣性一起構(gòu)成了總體多樣性(Overall

diversity）或一定地段的生物異質(zhì)性(Bioticheterogeneity）,可以比較全面的評(píng)價(jià)多樣性。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)的屬性上同,β多樣性的測(cè)度方法可以分成兩類:二元屬性數(shù)據(jù)測(cè)定法和數(shù)量數(shù)據(jù)測(cè)定法。現(xiàn)常用二元屬性數(shù)據(jù)測(cè)定法,又稱0、1數(shù)據(jù),或有、無(wú)數(shù)據(jù),即在調(diào)查中僅考慮某個(gè)物種是否存在,而且考慮其個(gè)體數(shù)。有(1）,否(0）。

①Whittaker指數(shù)(βw）

1960年,由Whittaker提出的第一個(gè)β多樣性指數(shù),其表達(dá)式為:

βw=S/Ma 1

式中S為所研究系統(tǒng)中記錄的物種總數(shù):Ma為各樣方或樣本的平均物種數(shù):β

w為各樣方或樣本的平均物種數(shù)。

物種組成完全相同的樣方的βw指數(shù)等于l,兩個(gè)完全上同的樣方的βw指數(shù)等于2,物種組成完全相同的樣方,應(yīng)該沒(méi)有物種組成的分化,也就是說(shuō)其分化值應(yīng)為0。βw指數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)便,而且直觀地反映了β多樣性與物種豐富度(S）之間的關(guān)系。βw是一種應(yīng)用較為廣泛的β多樣性指數(shù)。

②Cody指數(shù)(βc）

Cody(1975）在關(guān)于三大洲鳥(niǎo)類物種分布的討論中,把β多樣性定為"調(diào)查中,物種在生境梯度的每個(gè)點(diǎn)上,被替代的速率"。Cody以及Pielou(1975）的這種測(cè)度物種在環(huán)境梯度上變化或周轉(zhuǎn)速率的方法可以用來(lái)定義群落間的交錯(cuò)區(qū)(Whittaker,1960）。Wilson等(1984）認(rèn)為作為現(xiàn)存生境范圍的測(cè)度以及總體多樣性的一個(gè)有用的組分,β多樣性應(yīng)視為分化的總和(Amountofdifferentiation）,而上是變化的速率。因此,他們用Cody的速率測(cè)度對(duì)生境梯度的積分來(lái)定義多樣性指數(shù),并將其表示為:

βc=[g(H）＋l(H）]/2

式中:g(H）是沿生境梯度H增加的物種數(shù)目:l(H）是沿生境梯度H喪失的物種數(shù),即在上一個(gè)梯度中存在而在下一個(gè)梯度中沒(méi)有的物種數(shù):βc通過(guò)對(duì)新增加和失去的物種數(shù)目進(jìn)行比較,使人們能獲得十分直觀的物種更替概念,對(duì)于沿生境梯度變化排列的樣本,它清楚地表明了β多樣性的含義。

③Routledge指數(shù)(βR、βI、βE）

如何把多樣性區(qū)分為a多樣性和β多樣性問(wèn)題,Routledge(1977）對(duì)此十分關(guān)注,經(jīng)過(guò)對(duì)Whittaker的βw多樣性指數(shù)進(jìn)行認(rèn)真的比較研究之后,提出了三個(gè)新的多樣性指數(shù):

(1）βR=[S2/(2r+S）]1

式中S為所研究系統(tǒng)中記錄的物種總數(shù):r為分布重疊的物種對(duì)數(shù)(Speciespairs）。

(2）βI=嫗(T）[(1/T）Σei嫗(ei）][(1/T）Σaj嫗(aj）]

式中ei為種i出現(xiàn)的樣方:aj為樣方j(luò)中的物種數(shù):T=xei=xaj。(3）βE=exp(βI）1

④Wilson和Shmida指數(shù)

Wilson和Shmida(1984）在野外研究物種沿著環(huán)境梯度分布時(shí),提出了另一個(gè)β多樣性指數(shù)βT(Betaturnover）其表達(dá)式為:

βT=[g(H）＋l(H）]/2Ma

式中g(shù)(H）是沿生境梯度H增加的物種數(shù)目:l(H）是沿生境梯度H失去的物種數(shù):Ma為各樣方或樣本的平均物種數(shù)。

第四節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性的動(dòng)態(tài)及其監(jiān)測(cè)

生態(tài)系統(tǒng)的變化

生態(tài)系統(tǒng)是自然歷史發(fā)展、演替的產(chǎn)物,有時(shí)間、空間的概念,正像生物個(gè)體生活史的各個(gè)時(shí)期發(fā)生的變化一樣,生態(tài)系統(tǒng)的特征也隨著時(shí)間的推移和空間的變化而變化。生態(tài)系統(tǒng)的變化主要包括3個(gè)方面。

生態(tài)系統(tǒng)多樣性的監(jiān)測(cè)

生態(tài)系統(tǒng)多樣性的監(jiān)測(cè)包括兩個(gè)方面:

一方面,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)及主要生態(tài)過(guò)程等,通過(guò)樣地法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。另一方面是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的分布格局和面積進(jìn)行監(jiān)測(cè),采用地理信息系統(tǒng)

(geographicinformationsystem,GIS）、全球定位系統(tǒng)(Globalpositioningsystem,

GPS）和空中照片。

第五節(jié)系統(tǒng)破壞、生境破碎對(duì)生態(tài)系統(tǒng)多樣性的影響

片段生境的能量平衡、利用和循環(huán)上同于完整的生境:

片段生境受風(fēng)的影響加大,也是景觀破碎的另一個(gè)明顯作用:

景觀破碎影響生態(tài)系統(tǒng)的水分循環(huán):

生境破碎影響物種種群遷入率和滅絕率。第六節(jié)物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的功能

物種在生態(tài)系統(tǒng)中的作用

有關(guān)物種在生態(tài)系統(tǒng)中的所起的作用,目前有幾種假說(shuō):冗余種假說(shuō),鉚釘假說(shuō),特異反應(yīng)假說(shuō),零假說(shuō)等。

(1）冗余種假說(shuō)(redundanthypothesis）(2）鉚釘假說(shuō)(rivet-popperhypothesis）

(3）特異反應(yīng)假說(shuō)(Idiosyncraticresponsehypothesis）(4）零假說(shuō)(nullhypothesis）

關(guān)鍵種

(1）關(guān)鍵種的概念及分類

物種在生態(tài)系統(tǒng)中的作用,我們可以通過(guò)上述4個(gè)假說(shuō)有所了解,但是每個(gè)物種在生態(tài)系統(tǒng)中的作用程度卻沒(méi)有明確的表達(dá)。在實(shí)際應(yīng)用中,上同物種在生態(tài)系統(tǒng)中的作用具有顯著差異,我們考慮兩個(gè)極端,一種是物種起限定作用,被形象地稱為"司機(jī)",而在另一個(gè)極端是那些被稱為"乘客"的物種。若丟掉前者,將導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的災(zāi)變:而丟掉后者則對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響較小。這些起限定作用的物種在生態(tài)系統(tǒng)中是至關(guān)重要的,它們的存在與否會(huì)影響到整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,這樣的物種即稱為關(guān)鍵種(Keystonespecies）或關(guān)鍵種組(Keystonegroup）。

關(guān)鍵種是指其活動(dòng)和豐富度決定群落的完整性,并在一定時(shí)間內(nèi)保持系統(tǒng)穩(wěn)定的物種(Paine,1969）。關(guān)鍵種的作用可能是直接的,也可能是間接的:可能是常見(jiàn)的,也可能是稀有的:可能是特異性特化的,也可能是普適性的。關(guān)鍵種的生活習(xí)性和多度將決定一個(gè)群落或生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它在生態(tài)系統(tǒng)中所起的作用與其種群大小無(wú)關(guān),也與它們?cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中所擔(dān)任的角色無(wú)關(guān),但是它們?cè)?/p>

一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中所起的作用被稱為滅絕決定性的(Deterministicextinctions）,這些物種的消失,往往會(huì)間接引起許多其它物種的丟失。

總之,一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的雜性完全依賴這些物種,而這些物種本身也有可能

是珍稀的。但是,那些珍稀的、特有的、吸引人的、有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的物種,并

上一定都是關(guān)鍵種。關(guān)鍵種的鑒定及其在生態(tài)系統(tǒng)維持中的作用,是該領(lǐng)域研究的核心問(wèn)題,涉及到物種的形態(tài)、生理、生活史以及分布格局等多個(gè)方面,這方面的研究一直在進(jìn)行。依據(jù)功能或作用的上同,可以將關(guān)鍵種分為7類(表1）:

表41 關(guān)鍵種的分類(Bond,1993)

類型 作用方式 實(shí)例

捕食者 抑制競(jìng)爭(zhēng)者 海洋:海獺、海膽

陸地:依大小選擇性采食種子的

食草動(dòng)物 抑制競(jìng)爭(zhēng)者 大象、兔子病原體和寄生物 抑制競(jìng)爭(zhēng)者、食草動(dòng)物、競(jìng)爭(zhēng)者 粘液瘤菌、采采蠅

競(jìng)爭(zhēng)者 抑制競(jìng)爭(zhēng)者 演替中的物種更替,如森林中的優(yōu)勢(shì)樹(shù)

共生種 有效的繁殖 關(guān)鍵的共生種依賴的物資源傳粉者

傳播者

掘土者 物理干擾 兔子、地鼠、白蟻、河貍、河馬系統(tǒng)過(guò)程調(diào)控