污染生態(tài)學(xué)課件第五章

污染生態(tài)學(xué)課件第五章1第五章生物對(duì)長期污染的生態(tài)效應(yīng)與適應(yīng)進(jìn)化11/16/2022第五章生物對(duì)長期污染的生態(tài)效應(yīng)與適應(yīng)進(jìn)化11/11/2022工業(yè)革命以來，人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)大大改變了地球環(huán)境面貌，其變化速度和程度是生活演變與進(jìn)化過程中最為激烈的一個(gè)時(shí)間階段。

目前地球各個(gè)角落都程度不同地受到了污染，這種遍布全球、曠日持久的環(huán)境污染，使現(xiàn)存生物面臨一種全新的生態(tài)環(huán)境。工業(yè)革命以來，人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)大大改變了地球3污染生態(tài)學(xué)課件第五章4人們關(guān)注的是環(huán)境污染的短期急性效應(yīng)和直接的破壞作用，很少從生物的長期適應(yīng)和進(jìn)化的角度上思考問題。直到工業(yè)黑化現(xiàn)象等的研究。人們關(guān)注的是環(huán)境污染的短期急性效應(yīng)和直接的破壞作用，很少從生5直到50年代,由Bradshaw領(lǐng)導(dǎo)的研究小組通過對(duì)英國利物浦礦山上植物適應(yīng)有毒金屬的研究,才再次提出植物抗銅進(jìn)化的問題,并作了進(jìn)一步探討。在同時(shí)代,Fard和Kettlewell報(bào)道了英國工業(yè)污染導(dǎo)致椒花蛾體表黑化的現(xiàn)象,從而提出了生物對(duì)長期污染產(chǎn)生適應(yīng)性的問題。此后,相繼在農(nóng)業(yè)雜草中發(fā)現(xiàn)抗除草劑進(jìn)化,礦山和冶煉廠污染區(qū)發(fā)現(xiàn)抗重金屬進(jìn)化,關(guān)于抗氣體污染物進(jìn)化的研究,也有若干報(bào)道。Dunn首次證明洛杉磯光化學(xué)煙霧(O3含量較大)導(dǎo)致該地Lupinusbicolar(蝶形花科)抗性生態(tài)型形成,Taylor和Bell檢查了兩種在倫敦附近一家氮肥廠周圍生長的禾本科植物,結(jié)果表明Daltylisglomerata居群具有抗NO2能力。自首次發(fā)現(xiàn)抗銅生態(tài)型以來的60年間,有40余種高等植物表現(xiàn)為抗污染生態(tài)型。這種抗性生態(tài)型分布于樂本科、石竹科、十字花科、車前科、蝶形花科等植物中。在昆蟲里也發(fā)現(xiàn)大量抗殺蟲劑生態(tài)型,嚙齒類中發(fā)現(xiàn)抗滅鼠劑生態(tài)型。污染生態(tài)學(xué)課件第五章6如果把污染當(dāng)作一般的脅迫環(huán)境來研究，形成逆境生態(tài)學(xué)。環(huán)境污染作為一種脅迫因子，對(duì)生物的進(jìn)化產(chǎn)生了深刻的影響，污染脅迫的最顯著效應(yīng)是消除敏感物種或個(gè)體，改變生物群落的物種構(gòu)成，從而導(dǎo)致植物居群進(jìn)化。由于嚴(yán)重的化學(xué)污染，尤其是環(huán)境中存在一種以上的污染物質(zhì)，導(dǎo)致一些適應(yīng)性差的生物死亡或滅絕，也導(dǎo)致一些生物產(chǎn)生變異來增強(qiáng)其對(duì)污染的適應(yīng)性，即污染通過誘導(dǎo)遺傳物質(zhì)復(fù)制出現(xiàn)“差錯(cuò)”而對(duì)生命進(jìn)化施加壓力。如果把污染當(dāng)作一般的脅迫環(huán)境來研究，形成逆境生態(tài)學(xué)。7由于環(huán)境污染發(fā)生的速度快、強(qiáng)度大、范圍廣。構(gòu)成生物系統(tǒng)發(fā)育過程中從未有過的全新環(huán)境形式。應(yīng)把污染當(dāng)作一種全新的環(huán)境變遷、并從大尺度和空間范圍內(nèi)開展污染條件下的生物的進(jìn)化生態(tài)學(xué)效應(yīng)。由于環(huán)境污染發(fā)生的速度快、強(qiáng)度大、范圍廣。構(gòu)成生物系統(tǒng)發(fā)育過8一般情況下,這種誘導(dǎo)作用是一個(gè)十分緩慢的過程,需要在遺傳學(xué)時(shí)間水平(通常大于100年)上才產(chǎn)生可見的效應(yīng).然而,問題在于,自然環(huán)境的化學(xué)污染在不斷加速,生態(tài)系統(tǒng)中污染物的濃度和種類在日益增加,多個(gè)污染物的聯(lián)合效應(yīng)可導(dǎo)致其加速進(jìn)化,并在一、二十年(技術(shù)時(shí)間水平)內(nèi)完成這種大幅度的進(jìn)化。一般情況下,這種誘導(dǎo)作用是一個(gè)十分緩慢9隨著污染在時(shí)間和空間范圍內(nèi)的擴(kuò)展,一部分生物因不能適應(yīng)而逐漸被環(huán)境所淘汰。但大多數(shù)生物仍舊以不同的方式繁衍生息,與瞬息萬變的環(huán)境抗?fàn)?。它們?duì)環(huán)境污染具有不同程度的適應(yīng)性,包括生理生化特性和遺傳特性等方面的變化,這些變化使某些生物種群逐漸分化,產(chǎn)生了漸變?nèi)?、生態(tài)型,甚至抗性基因型。污染生態(tài)學(xué)也就由此確定了一個(gè)新的方向—污染進(jìn)化生態(tài)學(xué)。隨著污染在時(shí)間和空間范圍內(nèi)的擴(kuò)展,一部分生物因不能適應(yīng)而逐漸10研究意義研究污染條件下的長期生態(tài)學(xué)效應(yīng)和生物進(jìn)化的前突，是全球污染條件下保護(hù)生物多樣性、管理生物圈的理論基礎(chǔ)，也是污染條件下保持高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效及安全的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)依據(jù)，更是污染條件下保持高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效及安全的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)依據(jù)，更是污染地區(qū)生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境重建的技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)，這是直接關(guān)系到人類社會(huì)未來的可持續(xù)發(fā)展的重大科學(xué)議題。研究意義研究污染條件下的長期生態(tài)學(xué)效應(yīng)11一、污染生態(tài)效應(yīng)目前，“污染生態(tài)效應(yīng)”這一術(shù)語還沒有確切的定義，人們往往把一些不利于生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為“生態(tài)效應(yīng)”。事實(shí)上，生態(tài)效應(yīng)應(yīng)該包括兩方面的涵義：一是指有利于生態(tài)系統(tǒng)中生物體生存和發(fā)展的變化，即良性的或有益的生態(tài)效應(yīng)，如缺鋅生態(tài)系統(tǒng)中加入了鋅，使生態(tài)系統(tǒng)中生物產(chǎn)量上升；或者當(dāng)兩種有毒元素共存世，由于它們之間的擷抗作用，使生態(tài)系統(tǒng)中生物體中毒的程度減弱；另一方面是指不利于生態(tài)系統(tǒng)中生物體的生存和發(fā)展的變化，即不良生態(tài)效應(yīng)，包括致畸、致突變、生物產(chǎn)量下降、生理上的不適甚至死亡等。目前通常不利于生態(tài)系統(tǒng)中生物體生存和發(fā)展的現(xiàn)象統(tǒng)稱為生態(tài)效應(yīng)。一、污染生態(tài)效應(yīng)目前，“污染生態(tài)效應(yīng)”12營養(yǎng)缺乏的生態(tài)系統(tǒng)有益影響營養(yǎng)補(bǔ)充良性生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)污染生態(tài)系統(tǒng)不良反應(yīng)污染物ab營養(yǎng)缺乏的有益影響營養(yǎng)良性生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)污染生態(tài)系統(tǒng)不良反13當(dāng)污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，勢必對(duì)生態(tài)系統(tǒng)得組分、結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生某些影響，這種表現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)中的響應(yīng)即為污染生態(tài)效應(yīng)。這種響應(yīng)得主體既包括生物個(gè)體（動(dòng)物、植物、微生物和人類本身），也包括生物群體甚至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，所以人們通常把污染生態(tài)效應(yīng)研究分為三個(gè)層次：生物個(gè)體—種群—群落—生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循141生物個(gè)體污染效應(yīng)指環(huán)境污染對(duì)生物的影響表現(xiàn)在植物個(gè)體層次上的一些有形指標(biāo)的反應(yīng)，是對(duì)生理生化過程影響的必然結(jié)果。最常涉及到的包括植物體株高、生物量、產(chǎn)量以及根、莖、葉的形態(tài)指標(biāo)和動(dòng)物的體長、體重等指標(biāo)。1生物個(gè)體污染效應(yīng)152生物群體污染效應(yīng)指環(huán)境污染在生物種群以上層次上反應(yīng)。如污染物的長期暴露對(duì)物種的分布、物種的形成、生態(tài)型的分化、植被的組成、結(jié)構(gòu)的變化與植被演替等的影響。2生物群體污染效應(yīng)16環(huán)境污染對(duì)種群的影響1種群密度2年齡結(jié)構(gòu)3性別比例4遺傳結(jié)構(gòu)的變化環(huán)境污染對(duì)種群的影響1種群密度17環(huán)境污染對(duì)種群的影響1群落的組成和結(jié)構(gòu)的變化2對(duì)群落物種多樣性的影響環(huán)境污染對(duì)種群的影響1群落的組成和結(jié)構(gòu)的變化183生態(tài)系統(tǒng)污染效應(yīng)指環(huán)境污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響，包括生態(tài)系統(tǒng)組成成分、結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、信息傳遞和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)進(jìn)化過程的影響。3生態(tài)系統(tǒng)污染效應(yīng)19二、污染生態(tài)效應(yīng)的發(fā)生及其機(jī)制污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后，污染物與污染物、污染物與環(huán)境之間相互作用，并使之成為生物的有效狀態(tài)，決定其能否為生物體所吸收，并隨食物鏈流動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生各種復(fù)雜的生態(tài)效應(yīng)。所以生態(tài)效應(yīng)的發(fā)生及其機(jī)制也多種多樣，包括下列機(jī)制：二、污染生態(tài)效應(yīng)的發(fā)生及其機(jī)制污染物進(jìn)入201.物理機(jī)制污染物可以在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生滲濾、蒸發(fā)、凝聚、吸附、解吸、擴(kuò)散、沉降、放射性蛻變等許多物理過程，伴隨著這些物理過程，生態(tài)系統(tǒng)的某些因子的物理性質(zhì)發(fā)生改變，從而影響到生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1.物理機(jī)制212.化學(xué)機(jī)制主要指化學(xué)污染物質(zhì)與生態(tài)系統(tǒng)中的無機(jī)環(huán)境各要素之間發(fā)生的化學(xué)作用，導(dǎo)致污染物的存在形式不斷發(fā)生變化，其對(duì)生物的毒性及產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)也隨之不斷改變。2.化學(xué)機(jī)制223.生物學(xué)機(jī)制指污染物進(jìn)入生物體以后，對(duì)生物體的生長、新陳代謝、生理生化過程所產(chǎn)生的各種影響，如對(duì)植物的細(xì)胞生育、組織分化以及植物體的吸收機(jī)能、光合作用、呼吸作用、蒸騰作用、反應(yīng)酶的活性與組成、次生物質(zhì)代謝等一系過程的影響。包括兩個(gè)方面：（1）生物體的累積、富集機(jī)制（2）生物吸收、代謝、降解與轉(zhuǎn)化機(jī)制3.生物學(xué)機(jī)制234.綜合機(jī)制污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生污染生態(tài)效應(yīng)，往往綜合了多種物理、化學(xué)和生物學(xué)的過程，并且往往是多種污染物共同作用，形成復(fù)合污染效應(yīng)。復(fù)合污染生態(tài)效應(yīng)發(fā)生的形式與作用機(jī)制多種多樣，主要包括協(xié)同、加和、拮抗、獨(dú)立等相互作用。4.綜合機(jī)制24生態(tài)效應(yīng)基本類型組成變化類型

非生物環(huán)境組成；生物組成；生物體內(nèi)成分結(jié)構(gòu)變化類型功能變化類型基因突變類型個(gè)體毒害類型生理變化類型綜合變化類型生態(tài)效應(yīng)基本類型組成變化類型25長期污染條件下產(chǎn)生的生物的效應(yīng)包括兩個(gè)方面：1不能適應(yīng)污染的生物，種群衰退，物種消亡，引起生物多樣性的喪失；2能夠適應(yīng)的生物，在污染的選擇作用下，將產(chǎn)生快速分化并形成了旨在提高污染適應(yīng)性的進(jìn)化取向。長期污染條件下產(chǎn)生的生物的效應(yīng)包括兩個(gè)方面：26第一節(jié)生物多樣性的喪失生物的多樣性包括三個(gè)層次：遺傳、物種、生態(tài)系統(tǒng)水平上的生物多樣性。第一節(jié)生物多樣性的喪失生物的多樣性包括三個(gè)層次：27一、遺傳多樣性的喪失廣義的遺傳多樣性是指地球上生物所攜帶的各種遺傳信息的總和。這些遺傳信息儲(chǔ)存在生物個(gè)體的基因之中。因此，遺傳多樣性也就是生物的遺傳基因的多樣性。任何一個(gè)物種或一個(gè)生物個(gè)體都保存著大量的遺傳基因，因此，可被看作是一個(gè)基因庫。一個(gè)物種所包含的基因越豐富，它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力越強(qiáng)。基因的多樣性是生命進(jìn)化和物種分化的基礎(chǔ)。一、遺傳多樣性的喪失廣義的遺傳多樣性是指地球上生物所攜帶的各28遺傳多樣性的減少包括遺傳基因庫的減小和新的遺傳變異來源的降低。后果：遺傳變異性的喪失，使我們可能喪失了對(duì)生物進(jìn)化歷史進(jìn)程深入探討的機(jī)會(huì)，而更重要的是生物對(duì)未來環(huán)境的適應(yīng)性降低并可能滅絕，從而意味著人類進(jìn)一步發(fā)展所依托的生物資源將遺失殆盡。遺傳多樣性的減少包括遺傳基因庫的減小和新的遺傳變異來源的降低29污染生態(tài)學(xué)課件第五章30污染條件下遺傳多樣性水平降低的原因：1在污染條件下，種群的敏感性個(gè)體消失，而這些個(gè)體所具有的特異性遺傳多樣性不復(fù)存在，使整個(gè)種群的遺傳多樣性水平降低；2污染引起種群的規(guī)模減小，由于隨機(jī)的遺傳的漂變，降低了種群的遺傳多樣性；3污染引起種群數(shù)量減小，以至于達(dá)到種群遺傳學(xué)的瓶頸，即種群最后實(shí)現(xiàn)了完全的適應(yīng)，并恢復(fù)到原來的種群數(shù)量時(shí)，由于建立者效應(yīng)，從而造成遺傳來源單一，遺傳變異性的來源大大降低。污染條件下遺傳多樣性水平降低的原因：31遺傳的多樣性可以通過形態(tài)學(xué)、生理學(xué)等方面的表型特征來揭示，也可通過基于DNA水平上的分析獲得。三種方法都有各自的計(jì)量方法。1基因表型2遺傳物質(zhì)RFLP（RestrictionFragmentLengthPolymorphism）－－限制片段長度多態(tài)性RAPD（RandomamplifiedpolymorphicDNA）－－隨機(jī)擴(kuò)增的多態(tài)性DNA遺傳的多樣性可以通過形態(tài)學(xué)、生理學(xué)等方面32由于遺傳的多樣性是現(xiàn)有生物適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境和將來未知環(huán)境的遺傳基礎(chǔ)，還可以通過生物經(jīng)歷污染前后的抗逆性變化來間接反映。一般來說，由于植物固著生長，因而在污染條件下遺傳多樣性的喪失機(jī)會(huì)往往大于動(dòng)物，其變化的程度比動(dòng)物更易覺察。由于遺傳的多樣性是現(xiàn)有生物適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境和將來未知環(huán)境的遺傳基33研究的共同現(xiàn)象：在強(qiáng)大的污染選擇作用下，種群的遺傳變化水平明顯降低。不同的研究中使用的研究手段不同，得到的遺傳多樣性的喪失的程度大小各有差異。研究的共同現(xiàn)象：34在遺傳層次上的影響雖然污染會(huì)導(dǎo)致生物的抵抗相適應(yīng)，但最終會(huì)導(dǎo)致遺傳多樣性減少。這是因?yàn)樵谖廴緱l件下，種群的敏感性個(gè)體消失，這些個(gè)體具有特質(zhì)性的遺傳變異因此而消失，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)種群的遺傳多樣性水平降低；污染引起種群的規(guī)模減小，由于隨機(jī)的遺傳漂變的增加，可能降低種群的遺傳多樣性水平;污染引起種群數(shù)量減小，以至于達(dá)到了種群的遺傳學(xué)閥值，即使種群最后恢復(fù)到原來的種群大小時(shí)，遺傳變異的來源也大大降低。在遺傳層次上的影響雖然污染會(huì)導(dǎo)致生物35二、物種多樣性的喪失物種多樣性是指地球上動(dòng)物、植物、微生物等生物種類的豐富程度。物種多樣性包括兩個(gè)方面，其一是指一定區(qū)域內(nèi)的物種豐富程度，可稱為區(qū)域物種多樣性；其二是指生態(tài)學(xué)方面的物種分布的均勻程度，可稱為生態(tài)多樣性或群落物種多樣性。物種多樣性是衡量一定地區(qū)生物資源豐富程度的一個(gè)客觀指標(biāo)。二、物種多樣性的喪失物種多樣性是指地球上動(dòng)物、植物、微生物等36定量的描述：先充分了解一個(gè)地區(qū)或區(qū)域在沒有污染條件下所有生物的種類名錄和分布特點(diǎn)，或與此類似的一些歷史資料；當(dāng)經(jīng)歷污染后的某個(gè)時(shí)候再重新分析該區(qū)域中的生物的種類，通過比較分析，就可以獲得污染對(duì)物種多樣性喪失的影響程度。目前所作的局限在哺乳動(dòng)物和鳥類研究中；局限在地理界限清晰的湖泊中；受溫室效應(yīng)影響的物種。定量的描述：37污染生態(tài)學(xué)課件第五章38污染生態(tài)學(xué)課件第五章39污染引起物種多樣性降低的機(jī)制一般為：1污染物的直接毒害作用，阻礙生物的正常生長發(fā)育，使生物喪失生存或繁衍的能力；2污染引起生境的改變，使生物喪失了生存的環(huán)境；3生態(tài)系統(tǒng)中的富集和積累作用，使食物鏈后端的生物中毒而難以存活或繁育等。污染引起物種多樣性降低的機(jī)制一般為：40一般來說，廣域分布的物種生存的機(jī)會(huì)大于分布范圍窄小的物種；草本植物保存的機(jī)會(huì)大于木本植物；對(duì)多種脅迫環(huán)境都具有較高抗逆性水平的物種，生存的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)大于一般的物種；生活史中對(duì)生境要求比較嚴(yán)格的物種一般難以抵抗污染環(huán)境；珍稀瀕危物種往往難以在污染條件下面臨滅頂之災(zāi)。一般來說，廣域分布的物種生存的機(jī)會(huì)大于分布范圍窄小的物種；41在種群水平上的影響物種是以種群的形式存在的，最近研究表明，當(dāng)種群以復(fù)合種群的形式存在時(shí)，由于某處的污染會(huì)導(dǎo)致該亞種群消失，而且由于生境的污染，該地方明顯不再適合另一亞種群入侵和定居。此外，由于各物種種群對(duì)污染的抵抗力不同，有些種群會(huì)消失，而有些種群會(huì)存活，但最終的結(jié)果是當(dāng)?shù)匚锓N豐富度會(huì)減少。在種群水平上的影響物種是以種群的形式存在的，最近研究表明，當(dāng)42三、生態(tài)系統(tǒng)水平的響應(yīng)（一）生態(tài)系統(tǒng)的多樣性的喪失生態(tài)系統(tǒng)的多樣性主要是指地球上生態(tài)系統(tǒng)組成、功能的多樣性以及各種生態(tài)過程的多樣性，包括生境的多樣性、生物群落和生態(tài)過程的多樣化等多個(gè)方面。其中，生境的多樣性是生態(tài)系統(tǒng)多樣性形成的基礎(chǔ)，生物群落的多樣化可以反映生態(tài)系統(tǒng)類型的多樣性。近年來，有些學(xué)者還提出了景觀多樣性(landscapediversity)，作為生物多樣性的第四個(gè)層次。三、生態(tài)系統(tǒng)水平的響應(yīng)（一）生態(tài)系統(tǒng)的多樣性的喪失43生態(tài)系統(tǒng)的多樣性的喪失的表現(xiàn)：環(huán)境污染往往導(dǎo)致物種的單一化，從而生態(tài)系統(tǒng)多樣性的喪失成為必然。或出現(xiàn)逆向演替。例如：1英國利物浦地區(qū)，工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐纳稚鷳B(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)成為單一的“人工荒漠化”裸地；2中國的昆明滇池，富營養(yǎng)化的發(fā)展，湖濱地帶的生物圈層幾乎全部喪生殆盡。3加拿大北部的針葉林在SO2的污染下退化為草甸草原生態(tài)系統(tǒng)的多樣性的喪失的表現(xiàn)：44經(jīng)典的演替模式一年生雜草多年生雜草灌木早期演替樹木晚期演替樹木發(fā)生在棄耕地上的群落演替：經(jīng)典的演替模式一年生灌木早期演替發(fā)生在棄耕地上的群落演替：45人為因素逆行演替:在不利的自然因素和人為因素（如污染和過牧）干擾下，生物群落的演替也可以向反方向進(jìn)行，使群落逐漸退化，使群落的結(jié)構(gòu)簡單化和群落生產(chǎn)力下降。偏途演替：人為因素影響下，群落演替按照不同于自然發(fā)展的道路進(jìn)行，這種演替稱為偏途演替。人為因素逆行演替:在不利的自然因素和人為因素（如污染和過牧46污染生態(tài)學(xué)課件第五章47（二）生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性降低主要的表現(xiàn)：生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)趨于簡單化、食物網(wǎng)簡化、食物鏈不完整、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)路減少或不暢通，能量供給渠道減少，供給程度減小，信息傳遞受阻。還能使生態(tài)系統(tǒng)的平衡能力降低，抵抗外界環(huán)境波動(dòng)的能力減小。（二）生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性降低48導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性降低的原因：1污染物直接影響物種的生存和發(fā)展，從根本上影響了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)；2污染大大降低了初級(jí)生產(chǎn)，從而使依托強(qiáng)大初級(jí)生產(chǎn)量才能建立起來的各級(jí)消費(fèi)類群落沒有足夠的物種和能量支持，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能趨于簡單化。導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性降低的原因：49污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響具有一定的階段性。其影響程度因污染物的類型、污染發(fā)生的頻度、污染的程度和強(qiáng)度等綜合條件來決定。污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響具有一定的階段性。50污染生態(tài)學(xué)課件第五章51三種多樣性的關(guān)系遺傳傳多樣性是物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性的基礎(chǔ)，或者說遺傳多樣性是生物多樣性的內(nèi)在形式。物種多樣性是是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)多樣性的基本單元。因此，生態(tài)系統(tǒng)多樣性離不開物種的多樣性，也離不開不同物種所具有的遺傳多樣性。三種多樣性的關(guān)系遺傳傳多樣性是物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性52

在生態(tài)系統(tǒng)層次上的影響：污染會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)。嚴(yán)重的污染可能具有趨同性，即將不同的生態(tài)系統(tǒng)類型最終變成基本沒有生物的死亡區(qū)。一般的污染會(huì)改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致功能的改變。值得指出的是，重金屬或有機(jī)物污染在生態(tài)系統(tǒng)中經(jīng)食物鏈作用，會(huì)有放大效應(yīng)，最終會(huì)影響到人類健康。在生態(tài)系統(tǒng)層次上的影響：污染會(huì)影響53污染生態(tài)學(xué)課件第五章54第二節(jié)生物對(duì)污染的適應(yīng)第二節(jié)生物對(duì)污染的適應(yīng)55（一）生物對(duì)污染適應(yīng)的兩重性第一是對(duì)污染引起的“自然”環(huán)境的變化（外環(huán)境變化）的適應(yīng)，以及污染引起生物的生理變化（內(nèi)環(huán)境變化的適應(yīng)）；第二是生物對(duì)污染物本身的適應(yīng)。任何一個(gè)生物要在污染條件下獲得生存和發(fā)展，都必須應(yīng)對(duì)來自這兩個(gè)方面的挑戰(zhàn)。一、生物對(duì)污染的適應(yīng)一般原理（一）生物對(duì)污染適應(yīng)的兩重性一、生物對(duì)污染的適應(yīng)一般原理56生物對(duì)前一個(gè)方面就有較強(qiáng)的適應(yīng)性，屬于生態(tài)因子的改變，多數(shù)的改變都在一定程度上經(jīng)歷過；屬于量的改變。而生物對(duì)污染物的適應(yīng)較難，因?yàn)槲廴疚镌凇白匀弧苯缰袥]有，生物的正常的生理活動(dòng)從來也不需要。屬于質(zhì)的改變。生物對(duì)前一個(gè)方面就有較強(qiáng)的適應(yīng)性，屬于生態(tài)因子的改變，多數(shù)的57（二）全球性污染條件的環(huán)境特點(diǎn)1全新的人造環(huán)境2化學(xué)物質(zhì)種類很多，多重污染物共同作用時(shí)生物適應(yīng)受到很大的挑戰(zhàn)3毒害大，選擇作用強(qiáng)4成為重要的主導(dǎo)因子和限制因子（二）全球性污染條件的環(huán)境特點(diǎn)1全新的人造環(huán)境58二、生物對(duì)污染的適應(yīng)性反應(yīng)凡是在污染條件下能夠存活的生物，必須快速地適應(yīng)污染物以及污染環(huán)境。生物對(duì)污染的適應(yīng)性在很多的情況下具有種質(zhì)特異性。生物在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化功能、遺傳特性上有直接或間接的表現(xiàn)。二、生物對(duì)污染的適應(yīng)性反應(yīng)凡是在污染條件下能夠存活的生物，必59（一）形態(tài)結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)性反應(yīng)植物：旱生化、傾向生殖生長動(dòng)物：工業(yè)黑化兩棲動(dòng)物對(duì)污染脅迫環(huán)境極其敏感。（一）形態(tài)結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)性反應(yīng)植物：旱生化、傾向生殖生長60動(dòng)物的保護(hù)色、警戒色與擬態(tài)A

樹皮紡織娘(Barkkatydid)B

梟蝶(Owlbutterfly)C枯葉蝶(Leaflikeinsect(Anaea))D

捕食花螳螂(Predatoryflowermantis)E

蛙魚(Frogfish)ABDEC動(dòng)物的保護(hù)色、警戒色與擬態(tài)A樹皮紡織娘(Barkkaty61前適應(yīng)：生物在沒有接受污染以前具有性狀特征在污染環(huán)境中適應(yīng)的現(xiàn)象。生物的前適應(yīng)可以表現(xiàn)在形態(tài)上，還可以表現(xiàn)在生理生態(tài)特性上。前適應(yīng)：生物在沒有接受污染以前具有性狀特征在污染環(huán)境中適應(yīng)的62對(duì)于前適應(yīng)的一些問題：1在前適應(yīng)中生物形態(tài)結(jié)構(gòu)上的變化，很多情況是污染引起的生物外環(huán)境和內(nèi)環(huán)境變化后產(chǎn)生的一種原有功能的強(qiáng)化現(xiàn)象，這些適應(yīng)性同生物沒有經(jīng)受污染以前需要適應(yīng)自然性的脅迫環(huán)境有關(guān)，而不是污染作用后立即對(duì)生物性狀進(jìn)行塑造的結(jié)果。2生物的前適應(yīng)只是對(duì)污染引起的外環(huán)境和內(nèi)環(huán)境改變具有一定的作用，但不是污染抗性作用機(jī)制的主要部分。對(duì)于前適應(yīng)的一些問題：63（二）生理上的適應(yīng)性反應(yīng)污染引起的生理性適應(yīng)性反應(yīng)包括消極和積極兩個(gè)方面。1

消極的生理適應(yīng)性反應(yīng)是指有些生物在污染條件下，能夠暫時(shí)減弱或停止部分生理代謝活動(dòng)，在污染停止或降低時(shí)，再進(jìn)行正常的生理活動(dòng)，這是通過回避作用產(chǎn)生的適應(yīng)性。是一種都偶然性的急性污染產(chǎn)生的有效適應(yīng)，長期將不利。（二）生理上的適應(yīng)性反應(yīng)污染引起的生理性適應(yīng)性反應(yīng)包括消極和642積極的生理適應(yīng)性反應(yīng)與回避相反，是在污染條件下繼續(xù)保持較高的代謝活力，積極地適應(yīng)污染。一般保持較高的酶活性，代謝活力依然保持，生物有較高的資源供給水平，從而提高了生物抵抗污染的水平。2積極的生理適應(yīng)性反應(yīng)與回避相反，是在污染條件下繼續(xù)保持65（三）遺傳上的適應(yīng)反應(yīng)1基因表達(dá)水平上的變化污染條件下生物的基因變化休眠狀態(tài)的基因，激活標(biāo)度；基因朝有利于提高生物抗性水平的方向表達(dá)；表達(dá)水平更高，已形成更多的產(chǎn)物，減小污染引起的生理紊亂；（三）遺傳上的適應(yīng)反應(yīng)1基因表達(dá)水平上的變化662遺傳基因自身的變化抗性是生物對(duì)污染物長期作用下產(chǎn)生的一種穩(wěn)定而定向的適應(yīng)性性狀。污染物對(duì)植物產(chǎn)生巨大的影響，有很強(qiáng)的選擇力；而相當(dāng)多的植物對(duì)污染脅迫適應(yīng)、產(chǎn)生新種群的潛力，是抗性的本質(zhì)屬性。抗性具有可以遺傳性，具有加性效應(yīng)。通過抗性指數(shù)來研究抗性的遺傳。2遺傳基因自身的變化67抗性指數(shù)：主要通過根長、體重等來研究、比較?？剐灾笖?shù)：68抗性主要是一種數(shù)量性狀，這些數(shù)量性狀是由幾個(gè)大基因控制，還是很多微效多基因控制，沒有原則上的界限，只是程度不同而已?？剐孕誀钜约翱剐曰虿皇巧锉匦璧?，可能為某些種群中的少數(shù)個(gè)體所具有?？剐灾饕且环N數(shù)量性狀，這些數(shù)量性狀是由幾個(gè)大基因控制，還是69研究的結(jié)論：1對(duì)照種群和污染后種群等位基因雜合度、多態(tài)為點(diǎn)百分率、沒位點(diǎn)平均等位的基因數(shù)目等顯著不同；2抗性種群的遺傳多樣性水平高于敏感種群；3在某些等位點(diǎn)上，如酸性磷酸酶，磷酸葡萄糖脫氫酶、谷氨酸脫氫酶等似乎與種群獲得污染抗性具有較高的關(guān)聯(lián)度；4雜合優(yōu)勢在抗性基因型中具有明顯的高水平；5幾乎沒有哪一個(gè)RAPD擴(kuò)增點(diǎn)是抗性種群特有的。研究的結(jié)論：1對(duì)照種群和污染后種群等位基因雜合度、多態(tài)為點(diǎn)70污染選擇下的：瓶頸效應(yīng)建立者效應(yīng)污染選擇下的：71基因頻率的改變突變遺傳漂變種群大小的作用奠基者效應(yīng)瓶頸效應(yīng)遷移活動(dòng)非隨機(jī)交配自然選擇回顧知識(shí)基因頻率的改變突變回顧知識(shí)72變異和遺傳多樣性變異（variation）變異是指個(gè)體或群體之間的形態(tài)、生理、行為和生態(tài)特征上的差別和區(qū)別，通常指遺傳變異。變異和遺傳多樣性變異（variation）73變異遺傳物質(zhì)的變異基因突變、染色體突變(結(jié)構(gòu)/數(shù)量)多態(tài)座位比例、平均雜合性基因表達(dá)的蛋白質(zhì)(酶)的變異凝膠電泳技術(shù)識(shí)別同工酶(別構(gòu)酶)表現(xiàn)型數(shù)量性狀的變異形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能的差異地理變異漸變?nèi)?cline)地理亞種(subspecies)變異74遺傳漂變(geneticdrift)基因頻率在小的種群里隨機(jī)增減的現(xiàn)象稱遺傳漂變。遺傳漂變的產(chǎn)生自然選擇和遺傳漂變是進(jìn)化的動(dòng)力遺傳漂變(geneticdrift)75遺傳漂變-遺傳瓶頸許多生物,特別是動(dòng)物,在不同的季節(jié)數(shù)量差異很大:春季繁殖,夏季數(shù)量達(dá)到最多,進(jìn)入冬季以后,由于寒冷、缺少食物等原因而使大批個(gè)體死亡第二年春季,又由少量的殘存?zhèn)€體繁衍增多。因此,后代基因頻率會(huì)隨著殘存?zhèn)€體基因頻率的變化而變化,這就形成了冬季數(shù)量減少的瓶頸樣的模式，叫做瓶頸效應(yīng)。這種現(xiàn)象有一定的實(shí)際意義。例如：在用殺蟲劑防治害蟲時(shí),敏感性個(gè)體容易被殺死,具有抗藥性的個(gè)體則容易生存下來,這就是說經(jīng)過殺蟲劑的選擇作用,抗藥基因的頻率得到增加。但在越冬期,容易生存下來的卻是敏感性個(gè)體,結(jié)果又使下一代中抗藥基因的頻率下降。在生產(chǎn)中,當(dāng)害蟲產(chǎn)生抗藥性,但還沒有形成純系以前,停止使用殺蟲劑幾年,就可以通過瓶頸效應(yīng)的反選擇作用,使抗藥基因減少,甚至消失。遺傳漂變-遺傳瓶頸許多生物,特別是動(dòng)物,在不同的季節(jié)數(shù)量差異76瓶頸效應(yīng)遺傳瓶頸●100%在原種群中●基因頻率為80%在越冬種群中●基因頻率為50%在第二年種群中●基因頻率就變化為50%●在第三年種群中基因頻率就變化為100%●在越冬種群基因頻率為100%遺傳瓶頸瓶頸效應(yīng)遺傳瓶頸●100%在原種群中在越冬種群中●在第二年77遺傳漂變-建立者效應(yīng)有時(shí)候從一個(gè)大種群中會(huì)分出幾個(gè)或幾十個(gè)個(gè)體,遷移到另一個(gè)地區(qū),并且與原來的種群相隔離。在這種情況下,由這些分出去的個(gè)體而建立的新種群,其基因頻率與原來大種群的就不一定相同。如果這個(gè)種群中多數(shù)個(gè)體的基因型為AA,那么,新種群中A基因的頻率就會(huì)大大增加。這就是說,新種群的基因頻率取決于開始的幾個(gè)或幾十個(gè)個(gè)體的基因型,而不管它們在選擇上是否有利。這就是建立者效應(yīng)(也叫奠基者效應(yīng)),它是遺傳漂變的另一種形式。例如,美國賓西法尼亞州的敦克爾人,他們是18世紀(jì)初從德國西部遷移過去的,習(xí)慣于族內(nèi)通婚。調(diào)查發(fā)現(xiàn),這些人的一些性狀的基因頻率就與德國西部人的有所不同。德國西部人中A型血的約占45%,B型血和AB型血的都占15%；而敦克爾人中A型血的則高達(dá)60%,而B型和AB型血的人卻只有5%。遺傳漂變-建立者效應(yīng)有時(shí)候從一個(gè)大種群中會(huì)分出幾個(gè)或幾十個(gè)個(gè)78:=5:1:=5:2建立者效應(yīng):=5:1:=5:2建立者效應(yīng)79污染選擇后，重新建立起來的種群的遺傳多樣性水平，有的升高有的降低。污染選擇后，重新建立起來的種群的遺傳多樣性水平，有的升高有的80污染生態(tài)學(xué)課件第五章81污染生態(tài)學(xué)課件第五章82第五章生物對(duì)長期污染的生態(tài)效應(yīng)與適應(yīng)進(jìn)化11/16/2022第五章生物對(duì)長期污染的生態(tài)效應(yīng)與適應(yīng)進(jìn)化11/11/20283工業(yè)革命以來，人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)大大改變了地球環(huán)境面貌，其變化速度和程度是生活演變與進(jìn)化過程中最為激烈的一個(gè)時(shí)間階段。

目前地球各個(gè)角落都程度不同地受到了污染，這種遍布全球、曠日持久的環(huán)境污染，使現(xiàn)存生物面臨一種全新的生態(tài)環(huán)境。工業(yè)革命以來，人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)大大改變了地球84污染生態(tài)學(xué)課件第五章85人們關(guān)注的是環(huán)境污染的短期急性效應(yīng)和直接的破壞作用，很少從生物的長期適應(yīng)和進(jìn)化的角度上思考問題。直到工業(yè)黑化現(xiàn)象等的研究。人們關(guān)注的是環(huán)境污染的短期急性效應(yīng)和直接的破壞作用，很少從生86直到50年代,由Bradshaw領(lǐng)導(dǎo)的研究小組通過對(duì)英國利物浦礦山上植物適應(yīng)有毒金屬的研究,才再次提出植物抗銅進(jìn)化的問題,并作了進(jìn)一步探討。在同時(shí)代,Fard和Kettlewell報(bào)道了英國工業(yè)污染導(dǎo)致椒花蛾體表黑化的現(xiàn)象,從而提出了生物對(duì)長期污染產(chǎn)生適應(yīng)性的問題。此后,相繼在農(nóng)業(yè)雜草中發(fā)現(xiàn)抗除草劑進(jìn)化,礦山和冶煉廠污染區(qū)發(fā)現(xiàn)抗重金屬進(jìn)化,關(guān)于抗氣體污染物進(jìn)化的研究,也有若干報(bào)道。Dunn首次證明洛杉磯光化學(xué)煙霧(O3含量較大)導(dǎo)致該地Lupinusbicolar(蝶形花科)抗性生態(tài)型形成,Taylor和Bell檢查了兩種在倫敦附近一家氮肥廠周圍生長的禾本科植物,結(jié)果表明Daltylisglomerata居群具有抗NO2能力。自首次發(fā)現(xiàn)抗銅生態(tài)型以來的60年間,有40余種高等植物表現(xiàn)為抗污染生態(tài)型。這種抗性生態(tài)型分布于樂本科、石竹科、十字花科、車前科、蝶形花科等植物中。在昆蟲里也發(fā)現(xiàn)大量抗殺蟲劑生態(tài)型,嚙齒類中發(fā)現(xiàn)抗滅鼠劑生態(tài)型。污染生態(tài)學(xué)課件第五章87如果把污染當(dāng)作一般的脅迫環(huán)境來研究，形成逆境生態(tài)學(xué)。環(huán)境污染作為一種脅迫因子，對(duì)生物的進(jìn)化產(chǎn)生了深刻的影響，污染脅迫的最顯著效應(yīng)是消除敏感物種或個(gè)體，改變生物群落的物種構(gòu)成，從而導(dǎo)致植物居群進(jìn)化。由于嚴(yán)重的化學(xué)污染，尤其是環(huán)境中存在一種以上的污染物質(zhì)，導(dǎo)致一些適應(yīng)性差的生物死亡或滅絕，也導(dǎo)致一些生物產(chǎn)生變異來增強(qiáng)其對(duì)污染的適應(yīng)性，即污染通過誘導(dǎo)遺傳物質(zhì)復(fù)制出現(xiàn)“差錯(cuò)”而對(duì)生命進(jìn)化施加壓力。如果把污染當(dāng)作一般的脅迫環(huán)境來研究，形成逆境生態(tài)學(xué)。88由于環(huán)境污染發(fā)生的速度快、強(qiáng)度大、范圍廣。構(gòu)成生物系統(tǒng)發(fā)育過程中從未有過的全新環(huán)境形式。應(yīng)把污染當(dāng)作一種全新的環(huán)境變遷、并從大尺度和空間范圍內(nèi)開展污染條件下的生物的進(jìn)化生態(tài)學(xué)效應(yīng)。由于環(huán)境污染發(fā)生的速度快、強(qiáng)度大、范圍廣。構(gòu)成生物系統(tǒng)發(fā)育過89一般情況下,這種誘導(dǎo)作用是一個(gè)十分緩慢的過程,需要在遺傳學(xué)時(shí)間水平(通常大于100年)上才產(chǎn)生可見的效應(yīng).然而,問題在于,自然環(huán)境的化學(xué)污染在不斷加速,生態(tài)系統(tǒng)中污染物的濃度和種類在日益增加,多個(gè)污染物的聯(lián)合效應(yīng)可導(dǎo)致其加速進(jìn)化,并在一、二十年(技術(shù)時(shí)間水平)內(nèi)完成這種大幅度的進(jìn)化。一般情況下,這種誘導(dǎo)作用是一個(gè)十分緩慢90隨著污染在時(shí)間和空間范圍內(nèi)的擴(kuò)展,一部分生物因不能適應(yīng)而逐漸被環(huán)境所淘汰。但大多數(shù)生物仍舊以不同的方式繁衍生息,與瞬息萬變的環(huán)境抗?fàn)?。它們?duì)環(huán)境污染具有不同程度的適應(yīng)性,包括生理生化特性和遺傳特性等方面的變化,這些變化使某些生物種群逐漸分化,產(chǎn)生了漸變?nèi)?、生態(tài)型,甚至抗性基因型。污染生態(tài)學(xué)也就由此確定了一個(gè)新的方向—污染進(jìn)化生態(tài)學(xué)。隨著污染在時(shí)間和空間范圍內(nèi)的擴(kuò)展,一部分生物因不能適應(yīng)而逐漸91研究意義研究污染條件下的長期生態(tài)學(xué)效應(yīng)和生物進(jìn)化的前突，是全球污染條件下保護(hù)生物多樣性、管理生物圈的理論基礎(chǔ)，也是污染條件下保持高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效及安全的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)依據(jù)，更是污染條件下保持高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效及安全的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)依據(jù)，更是污染地區(qū)生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境重建的技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)，這是直接關(guān)系到人類社會(huì)未來的可持續(xù)發(fā)展的重大科學(xué)議題。研究意義研究污染條件下的長期生態(tài)學(xué)效應(yīng)92一、污染生態(tài)效應(yīng)目前，“污染生態(tài)效應(yīng)”這一術(shù)語還沒有確切的定義，人們往往把一些不利于生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為“生態(tài)效應(yīng)”。事實(shí)上，生態(tài)效應(yīng)應(yīng)該包括兩方面的涵義：一是指有利于生態(tài)系統(tǒng)中生物體生存和發(fā)展的變化，即良性的或有益的生態(tài)效應(yīng)，如缺鋅生態(tài)系統(tǒng)中加入了鋅，使生態(tài)系統(tǒng)中生物產(chǎn)量上升；或者當(dāng)兩種有毒元素共存世，由于它們之間的擷抗作用，使生態(tài)系統(tǒng)中生物體中毒的程度減弱；另一方面是指不利于生態(tài)系統(tǒng)中生物體的生存和發(fā)展的變化，即不良生態(tài)效應(yīng)，包括致畸、致突變、生物產(chǎn)量下降、生理上的不適甚至死亡等。目前通常不利于生態(tài)系統(tǒng)中生物體生存和發(fā)展的現(xiàn)象統(tǒng)稱為生態(tài)效應(yīng)。一、污染生態(tài)效應(yīng)目前，“污染生態(tài)效應(yīng)”93營養(yǎng)缺乏的生態(tài)系統(tǒng)有益影響營養(yǎng)補(bǔ)充良性生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)污染生態(tài)系統(tǒng)不良反應(yīng)污染物ab營養(yǎng)缺乏的有益影響營養(yǎng)良性生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)污染生態(tài)系統(tǒng)不良反94當(dāng)污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，勢必對(duì)生態(tài)系統(tǒng)得組分、結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生某些影響，這種表現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)中的響應(yīng)即為污染生態(tài)效應(yīng)。這種響應(yīng)得主體既包括生物個(gè)體（動(dòng)物、植物、微生物和人類本身），也包括生物群體甚至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，所以人們通常把污染生態(tài)效應(yīng)研究分為三個(gè)層次：生物個(gè)體—種群—群落—生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循951生物個(gè)體污染效應(yīng)指環(huán)境污染對(duì)生物的影響表現(xiàn)在植物個(gè)體層次上的一些有形指標(biāo)的反應(yīng)，是對(duì)生理生化過程影響的必然結(jié)果。最常涉及到的包括植物體株高、生物量、產(chǎn)量以及根、莖、葉的形態(tài)指標(biāo)和動(dòng)物的體長、體重等指標(biāo)。1生物個(gè)體污染效應(yīng)962生物群體污染效應(yīng)指環(huán)境污染在生物種群以上層次上反應(yīng)。如污染物的長期暴露對(duì)物種的分布、物種的形成、生態(tài)型的分化、植被的組成、結(jié)構(gòu)的變化與植被演替等的影響。2生物群體污染效應(yīng)97環(huán)境污染對(duì)種群的影響1種群密度2年齡結(jié)構(gòu)3性別比例4遺傳結(jié)構(gòu)的變化環(huán)境污染對(duì)種群的影響1種群密度98環(huán)境污染對(duì)種群的影響1群落的組成和結(jié)構(gòu)的變化2對(duì)群落物種多樣性的影響環(huán)境污染對(duì)種群的影響1群落的組成和結(jié)構(gòu)的變化993生態(tài)系統(tǒng)污染效應(yīng)指環(huán)境污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響，包括生態(tài)系統(tǒng)組成成分、結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、信息傳遞和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)進(jìn)化過程的影響。3生態(tài)系統(tǒng)污染效應(yīng)100二、污染生態(tài)效應(yīng)的發(fā)生及其機(jī)制污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后，污染物與污染物、污染物與環(huán)境之間相互作用，并使之成為生物的有效狀態(tài)，決定其能否為生物體所吸收，并隨食物鏈流動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生各種復(fù)雜的生態(tài)效應(yīng)。所以生態(tài)效應(yīng)的發(fā)生及其機(jī)制也多種多樣，包括下列機(jī)制：二、污染生態(tài)效應(yīng)的發(fā)生及其機(jī)制污染物進(jìn)入1011.物理機(jī)制污染物可以在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生滲濾、蒸發(fā)、凝聚、吸附、解吸、擴(kuò)散、沉降、放射性蛻變等許多物理過程，伴隨著這些物理過程，生態(tài)系統(tǒng)的某些因子的物理性質(zhì)發(fā)生改變，從而影響到生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1.物理機(jī)制1022.化學(xué)機(jī)制主要指化學(xué)污染物質(zhì)與生態(tài)系統(tǒng)中的無機(jī)環(huán)境各要素之間發(fā)生的化學(xué)作用，導(dǎo)致污染物的存在形式不斷發(fā)生變化，其對(duì)生物的毒性及產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)也隨之不斷改變。2.化學(xué)機(jī)制1033.生物學(xué)機(jī)制指污染物進(jìn)入生物體以后，對(duì)生物體的生長、新陳代謝、生理生化過程所產(chǎn)生的各種影響，如對(duì)植物的細(xì)胞生育、組織分化以及植物體的吸收機(jī)能、光合作用、呼吸作用、蒸騰作用、反應(yīng)酶的活性與組成、次生物質(zhì)代謝等一系過程的影響。包括兩個(gè)方面：（1）生物體的累積、富集機(jī)制（2）生物吸收、代謝、降解與轉(zhuǎn)化機(jī)制3.生物學(xué)機(jī)制1044.綜合機(jī)制污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生污染生態(tài)效應(yīng)，往往綜合了多種物理、化學(xué)和生物學(xué)的過程，并且往往是多種污染物共同作用，形成復(fù)合污染效應(yīng)。復(fù)合污染生態(tài)效應(yīng)發(fā)生的形式與作用機(jī)制多種多樣，主要包括協(xié)同、加和、拮抗、獨(dú)立等相互作用。4.綜合機(jī)制105生態(tài)效應(yīng)基本類型組成變化類型

非生物環(huán)境組成；生物組成；生物體內(nèi)成分結(jié)構(gòu)變化類型功能變化類型基因突變類型個(gè)體毒害類型生理變化類型綜合變化類型生態(tài)效應(yīng)基本類型組成變化類型106長期污染條件下產(chǎn)生的生物的效應(yīng)包括兩個(gè)方面：1不能適應(yīng)污染的生物，種群衰退，物種消亡，引起生物多樣性的喪失；2能夠適應(yīng)的生物，在污染的選擇作用下，將產(chǎn)生快速分化并形成了旨在提高污染適應(yīng)性的進(jìn)化取向。長期污染條件下產(chǎn)生的生物的效應(yīng)包括兩個(gè)方面：107第一節(jié)生物多樣性的喪失生物的多樣性包括三個(gè)層次：遺傳、物種、生態(tài)系統(tǒng)水平上的生物多樣性。第一節(jié)生物多樣性的喪失生物的多樣性包括三個(gè)層次：108一、遺傳多樣性的喪失廣義的遺傳多樣性是指地球上生物所攜帶的各種遺傳信息的總和。這些遺傳信息儲(chǔ)存在生物個(gè)體的基因之中。因此，遺傳多樣性也就是生物的遺傳基因的多樣性。任何一個(gè)物種或一個(gè)生物個(gè)體都保存著大量的遺傳基因，因此，可被看作是一個(gè)基因庫。一個(gè)物種所包含的基因越豐富，它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力越強(qiáng)?；虻亩鄻有允巧M(jìn)化和物種分化的基礎(chǔ)。一、遺傳多樣性的喪失廣義的遺傳多樣性是指地球上生物所攜帶的各109遺傳多樣性的減少包括遺傳基因庫的減小和新的遺傳變異來源的降低。后果：遺傳變異性的喪失，使我們可能喪失了對(duì)生物進(jìn)化歷史進(jìn)程深入探討的機(jī)會(huì)，而更重要的是生物對(duì)未來環(huán)境的適應(yīng)性降低并可能滅絕，從而意味著人類進(jìn)一步發(fā)展所依托的生物資源將遺失殆盡。遺傳多樣性的減少包括遺傳基因庫的減小和新的遺傳變異來源的降低110污染生態(tài)學(xué)課件第五章111污染條件下遺傳多樣性水平降低的原因：1在污染條件下，種群的敏感性個(gè)體消失，而這些個(gè)體所具有的特異性遺傳多樣性不復(fù)存在，使整個(gè)種群的遺傳多樣性水平降低；2污染引起種群的規(guī)模減小，由于隨機(jī)的遺傳的漂變，降低了種群的遺傳多樣性；3污染引起種群數(shù)量減小，以至于達(dá)到種群遺傳學(xué)的瓶頸，即種群最后實(shí)現(xiàn)了完全的適應(yīng)，并恢復(fù)到原來的種群數(shù)量時(shí)，由于建立者效應(yīng)，從而造成遺傳來源單一，遺傳變異性的來源大大降低。污染條件下遺傳多樣性水平降低的原因：112遺傳的多樣性可以通過形態(tài)學(xué)、生理學(xué)等方面的表型特征來揭示，也可通過基于DNA水平上的分析獲得。三種方法都有各自的計(jì)量方法。1基因表型2遺傳物質(zhì)RFLP（RestrictionFragmentLengthPolymorphism）－－限制片段長度多態(tài)性RAPD（RandomamplifiedpolymorphicDNA）－－隨機(jī)擴(kuò)增的多態(tài)性DNA遺傳的多樣性可以通過形態(tài)學(xué)、生理學(xué)等方面113由于遺傳的多樣性是現(xiàn)有生物適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境和將來未知環(huán)境的遺傳基礎(chǔ)，還可以通過生物經(jīng)歷污染前后的抗逆性變化來間接反映。一般來說，由于植物固著生長，因而在污染條件下遺傳多樣性的喪失機(jī)會(huì)往往大于動(dòng)物，其變化的程度比動(dòng)物更易覺察。由于遺傳的多樣性是現(xiàn)有生物適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境和將來未知環(huán)境的遺傳基114研究的共同現(xiàn)象：在強(qiáng)大的污染選擇作用下，種群的遺傳變化水平明顯降低。不同的研究中使用的研究手段不同，得到的遺傳多樣性的喪失的程度大小各有差異。研究的共同現(xiàn)象：115在遺傳層次上的影響雖然污染會(huì)導(dǎo)致生物的抵抗相適應(yīng)，但最終會(huì)導(dǎo)致遺傳多樣性減少。這是因?yàn)樵谖廴緱l件下，種群的敏感性個(gè)體消失，這些個(gè)體具有特質(zhì)性的遺傳變異因此而消失，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)種群的遺傳多樣性水平降低；污染引起種群的規(guī)模減小，由于隨機(jī)的遺傳漂變的增加，可能降低種群的遺傳多樣性水平;污染引起種群數(shù)量減小，以至于達(dá)到了種群的遺傳學(xué)閥值，即使種群最后恢復(fù)到原來的種群大小時(shí)，遺傳變異的來源也大大降低。在遺傳層次上的影響雖然污染會(huì)導(dǎo)致生物116二、物種多樣性的喪失物種多樣性是指地球上動(dòng)物、植物、微生物等生物種類的豐富程度。物種多樣性包括兩個(gè)方面，其一是指一定區(qū)域內(nèi)的物種豐富程度，可稱為區(qū)域物種多樣性；其二是指生態(tài)學(xué)方面的物種分布的均勻程度，可稱為生態(tài)多樣性或群落物種多樣性。物種多樣性是衡量一定地區(qū)生物資源豐富程度的一個(gè)客觀指標(biāo)。二、物種多樣性的喪失物種多樣性是指地球上動(dòng)物、植物、微生物等117定量的描述：先充分了解一個(gè)地區(qū)或區(qū)域在沒有污染條件下所有生物的種類名錄和分布特點(diǎn)，或與此類似的一些歷史資料；當(dāng)經(jīng)歷污染后的某個(gè)時(shí)候再重新分析該區(qū)域中的生物的種類，通過比較分析，就可以獲得污染對(duì)物種多樣性喪失的影響程度。目前所作的局限在哺乳動(dòng)物和鳥類研究中；局限在地理界限清晰的湖泊中；受溫室效應(yīng)影響的物種。定量的描述：118污染生態(tài)學(xué)課件第五章119污染生態(tài)學(xué)課件第五章120污染引起物種多樣性降低的機(jī)制一般為：1污染物的直接毒害作用，阻礙生物的正常生長發(fā)育，使生物喪失生存或繁衍的能力；2污染引起生境的改變，使生物喪失了生存的環(huán)境；3生態(tài)系統(tǒng)中的富集和積累作用，使食物鏈后端的生物中毒而難以存活或繁育等。污染引起物種多樣性降低的機(jī)制一般為：121一般來說，廣域分布的物種生存的機(jī)會(huì)大于分布范圍窄小的物種；草本植物保存的機(jī)會(huì)大于木本植物；對(duì)多種脅迫環(huán)境都具有較高抗逆性水平的物種，生存的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)大于一般的物種；生活史中對(duì)生境要求比較嚴(yán)格的物種一般難以抵抗污染環(huán)境；珍稀瀕危物種往往難以在污染條件下面臨滅頂之災(zāi)。一般來說，廣域分布的物種生存的機(jī)會(huì)大于分布范圍窄小的物種；122在種群水平上的影響物種是以種群的形式存在的，最近研究表明，當(dāng)種群以復(fù)合種群的形式存在時(shí)，由于某處的污染會(huì)導(dǎo)致該亞種群消失，而且由于生境的污染，該地方明顯不再適合另一亞種群入侵和定居。此外，由于各物種種群對(duì)污染的抵抗力不同，有些種群會(huì)消失，而有些種群會(huì)存活，但最終的結(jié)果是當(dāng)?shù)匚锓N豐富度會(huì)減少。在種群水平上的影響物種是以種群的形式存在的，最近研究表明，當(dāng)123三、生態(tài)系統(tǒng)水平的響應(yīng)（一）生態(tài)系統(tǒng)的多樣性的喪失生態(tài)系統(tǒng)的多樣性主要是指地球上生態(tài)系統(tǒng)組成、功能的多樣性以及各種生態(tài)過程的多樣性，包括生境的多樣性、生物群落和生態(tài)過程的多樣化等多個(gè)方面。其中，生境的多樣性是生態(tài)系統(tǒng)多樣性形成的基礎(chǔ)，生物群落的多樣化可以反映生態(tài)系統(tǒng)類型的多樣性。近年來，有些學(xué)者還提出了景觀多樣性(landscapediversity)，作為生物多樣性的第四個(gè)層次。三、生態(tài)系統(tǒng)水平的響應(yīng)（一）生態(tài)系統(tǒng)的多樣性的喪失124生態(tài)系統(tǒng)的多樣性的喪失的表現(xiàn)：環(huán)境污染往往導(dǎo)致物種的單一化，從而生態(tài)系統(tǒng)多樣性的喪失成為必然。或出現(xiàn)逆向演替。例如：1英國利物浦地區(qū)，工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐纳稚鷳B(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)成為單一的“人工荒漠化”裸地；2中國的昆明滇池，富營養(yǎng)化的發(fā)展，湖濱地帶的生物圈層幾乎全部喪生殆盡。3加拿大北部的針葉林在SO2的污染下退化為草甸草原生態(tài)系統(tǒng)的多樣性的喪失的表現(xiàn)：125經(jīng)典的演替模式一年生雜草多年生雜草灌木早期演替樹木晚期演替樹木發(fā)生在棄耕地上的群落演替：經(jīng)典的演替模式一年生灌木早期演替發(fā)生在棄耕地上的群落演替：126人為因素逆行演替:在不利的自然因素和人為因素（如污染和過牧）干擾下，生物群落的演替也可以向反方向進(jìn)行，使群落逐漸退化，使群落的結(jié)構(gòu)簡單化和群落生產(chǎn)力下降。偏途演替：人為因素影響下，群落演替按照不同于自然發(fā)展的道路進(jìn)行，這種演替稱為偏途演替。人為因素逆行演替:在不利的自然因素和人為因素（如污染和過牧127污染生態(tài)學(xué)課件第五章128（二）生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性降低主要的表現(xiàn)：生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)趨于簡單化、食物網(wǎng)簡化、食物鏈不完整、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)路減少或不暢通，能量供給渠道減少，供給程度減小，信息傳遞受阻。還能使生態(tài)系統(tǒng)的平衡能力降低，抵抗外界環(huán)境波動(dòng)的能力減小。（二）生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性降低129導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性降低的原因：1污染物直接影響物種的生存和發(fā)展，從根本上影響了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)；2污染大大降低了初級(jí)生產(chǎn)，從而使依托強(qiáng)大初級(jí)生產(chǎn)量才能建立起來的各級(jí)消費(fèi)類群落沒有足夠的物種和能量支持，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能趨于簡單化。導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性降低的原因：130污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響具有一定的階段性。其影響程度因污染物的類型、污染發(fā)生的頻度、污染的程度和強(qiáng)度等綜合條件來決定。污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響具有一定的階段性。131污染生態(tài)學(xué)課件第五章132三種多樣性的關(guān)系遺傳傳多樣性是物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性的基礎(chǔ)，或者說遺傳多樣性是生物多樣性的內(nèi)在形式。物種多樣性是是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)多樣性的基本單元。因此，生態(tài)系統(tǒng)多樣性離不開物種的多樣性，也離不開不同物種所具有的遺傳多樣性。三種多樣性的關(guān)系遺傳傳多樣性是物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性133

在生態(tài)系統(tǒng)層次上的影響：污染會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)。嚴(yán)重的污染可能具有趨同性，即將不同的生態(tài)系統(tǒng)類型最終變成基本沒有生物的死亡區(qū)。一般的污染會(huì)改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致功能的改變。值得指出的是，重金屬或有機(jī)物污染在生態(tài)系統(tǒng)中經(jīng)食物鏈作用，會(huì)有放大效應(yīng)，最終會(huì)影響到人類健康。在生態(tài)系統(tǒng)層次上的影響：污染會(huì)影響134污染生態(tài)學(xué)課件第五章135第二節(jié)生物對(duì)污染的適應(yīng)第二節(jié)生物對(duì)污染的適應(yīng)136（一）生物對(duì)污染適應(yīng)的兩重性第一是對(duì)污染引起的“自然”環(huán)境的變化（外環(huán)境變化）的適應(yīng)，以及污染引起生物的生理變化（內(nèi)環(huán)境變化的適應(yīng)）；第二是生物對(duì)污染物本身的適應(yīng)。任何一個(gè)生物要在污染條件下獲得生存和發(fā)展，都必須應(yīng)對(duì)來自這兩個(gè)方面的挑戰(zhàn)。一、生物對(duì)污染的適應(yīng)一般原理（一）生物對(duì)污染適應(yīng)的兩重性一、生物對(duì)污染的適應(yīng)一般原理137生物對(duì)前一個(gè)方面就有較強(qiáng)的適應(yīng)性，屬于生態(tài)因子的改變，多數(shù)的改變都在一定程度上經(jīng)歷過；屬于量的改變。而生物對(duì)污染物的適應(yīng)較難，因?yàn)槲廴疚镌凇白匀弧苯缰袥]有，生物的正常的生理活動(dòng)從來也不需要。屬于質(zhì)的改變。生物對(duì)前一個(gè)方面就有較強(qiáng)的適應(yīng)性，屬于生態(tài)因子的改變，多數(shù)的138（二）全球性污染條件的環(huán)境特點(diǎn)1全新的人造環(huán)境2化學(xué)物質(zhì)種類很多，多重污染物共同作用時(shí)生物適應(yīng)受到很大的挑戰(zhàn)3毒害大，選擇作用強(qiáng)4成為重要的主導(dǎo)因子和限制因子（二）全球性污染條件的環(huán)境特點(diǎn)1全新的人造環(huán)境139二、生物對(duì)污染的適應(yīng)性反應(yīng)凡是在污染條件下能夠存活的生物，必須快速地適應(yīng)污染物以及污染環(huán)境。生物對(duì)污染的適應(yīng)性在很多的情況下具有種質(zhì)特異性。生物在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化功能、遺傳特性上有直接或間接的表現(xiàn)。二、生物對(duì)污染的適應(yīng)性反應(yīng)凡是在污染條件下能夠存活的生物，必140（一）形態(tài)結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)性反應(yīng)植物：旱生化、傾向生殖生長動(dòng)物：工業(yè)黑化兩棲動(dòng)物對(duì)污染脅迫環(huán)境極其敏感。（一）形態(tài)結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)性反應(yīng)植物：旱生化、傾向生殖生長141動(dòng)物的保護(hù)色、警戒色與擬態(tài)A

樹皮紡織娘(Barkkatydid)B

梟蝶(Owlbutterfly)C枯葉蝶(Leaflikeinsect(Anaea))D

捕食花螳螂(Predatoryflowermantis)E

蛙魚(Frogfish)ABDEC動(dòng)物的保護(hù)色、警戒色與擬態(tài)A樹皮紡織娘(Barkkaty142前適應(yīng)：生物在沒有接受污染以前具有性狀特征在污染環(huán)境中適應(yīng)的現(xiàn)象。生物的前適應(yīng)可以表現(xiàn)在形態(tài)上，還可以表現(xiàn)在生理生態(tài)特性上。前適應(yīng)：生物在沒有接受污染以前具有性狀特征在污染環(huán)境中適應(yīng)的143對(duì)于前適應(yīng)的一些問題：1在前適應(yīng)中生物形態(tài)結(jié)構(gòu)上的變化，很多情況是污染引起的生物外環(huán)境和內(nèi)環(huán)境變化后產(chǎn)生的一種原有功能的強(qiáng)化現(xiàn)象，這些適應(yīng)性同生物沒有經(jīng)受污染以前需要適應(yīng)自然性的脅迫環(huán)境有關(guān)，而不是污染作用后立即對(duì)生物性狀進(jìn)行塑造的結(jié)果。2生物的前適應(yīng)只是對(duì)污染引起的外環(huán)境和內(nèi)環(huán)境改變具有一定的作用，但不是污染抗性作用機(jī)制的主要部分。對(duì)于前適應(yīng)的一些問題：144（二）生理上的適應(yīng)性反應(yīng)污染引起的生理性適應(yīng)性反應(yīng)包括消極和積極兩個(gè)方面。1

消極的生理適應(yīng)性反應(yīng)是指有些生物在污染條件下，能夠暫時(shí)減弱或停止部分生理代謝活動(dòng)，在污染停止或降低時(shí)，再進(jìn)行正常的生理活動(dòng)，這是通過回避作用產(chǎn)生的適應(yīng)性。是一種都偶然性的急性污染產(chǎn)生的有效適應(yīng)，長期將不利。（二）生理上的適應(yīng)性反應(yīng)污染引起的生理性適應(yīng)性反應(yīng)包括消極和1452積極的生理適應(yīng)性反應(yīng)與回避相反，是在污染條件下繼續(xù)保持較高的代謝活力，積極地適應(yīng)污染。