生物工程-物種多樣性原理課件

第三講：生物工程原理

——物種多樣性原理探究：2010北京市高考題保護(hù)生物多樣性是實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。下列對(duì)生物多樣性的理解正確的是A.生物多樣性的豐富程度與自然選擇無(wú)關(guān)B.群落演替過(guò)程中的生物多樣性逐漸降低C.物種多樣性比較高的生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定D.遺傳多樣性較低的種群適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)想一想1：我們是否能夠正確解答這個(gè)題目，阻礙我們正確解答題目的因素有哪些？想一想2：為什么物種多樣性比較高的生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定？這對(duì)于我們的生態(tài)工程建設(shè)有什么意義？

主講內(nèi)容生物多樣性的形成生物多樣性生態(tài)工程原理—物種多樣性原理一生物多樣性

生物多樣性包括地球上所有植物、動(dòng)物、微生物和它們所擁有的全部基因以及由這些生物和環(huán)境構(gòu)成的各種各樣的生態(tài)系統(tǒng)。遺傳多樣性（基因多樣性）物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性生物多樣性是地球上40億年生物進(jìn)化留下來(lái)的寶貴財(cái)富，是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。

因此，我們的保護(hù)也要從基因、物種和生態(tài)系統(tǒng)三個(gè)層次著手。1.遺傳多樣性主要指物種內(nèi)不同種群和個(gè)體間的遺傳變異總和，也稱為基因多樣性，即地球上生物個(gè)體所包含的遺傳信息總和。包括：分子、細(xì)胞和個(gè)體水平3個(gè)層次的多樣性。2.物種多樣性物種多樣性是物種水平的生物多樣性，是用一個(gè)區(qū)域的物種種類的豐富程度和分布特征來(lái)衡量的。物種的豐富度是指一個(gè)群落或生境中物種數(shù)目的多寡。物種的均勻度指一個(gè)群落或生境中全部物種所有個(gè)體數(shù)目的分布狀況，反映了各物種個(gè)體數(shù)目分布的均勻程度。通常一個(gè)物種的種群越大，它的遺傳多樣性就越大。物種多樣性是生物多樣性最直觀、最基本的表現(xiàn)。物種多樣性我國(guó)是世界上物種多樣性最豐富的國(guó)家之一地球表面的動(dòng)植物、微生物的總數(shù)達(dá)到500萬(wàn)-3000萬(wàn)種，已經(jīng)記錄的大約有140萬(wàn)-170萬(wàn)。我國(guó)已經(jīng)記錄的物種總數(shù)達(dá)29萬(wàn)種。擁有高等植物3萬(wàn)余種，脊椎動(dòng)物6347種，均居世界首位；還有昆蟲(chóng)15萬(wàn)種，更重要的是，高等植物中有17300多個(gè)特有種，脊椎動(dòng)物有677個(gè)特有種。我國(guó)是世界上物種多樣性最豐富的國(guó)家之一。銀杉水杉白鰭豚特有物種：古老物種：大葉木蘭鵝掌楸揚(yáng)子鱷3.生態(tài)系統(tǒng)多樣性指生物圈內(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)生境差異和生態(tài)過(guò)程的多樣性。生境主要指地貌、氣候、土壤和水文等無(wú)機(jī)環(huán)境。生物群落的多樣化是指生物群落的組成、結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)方面具有多樣性。生物群落結(jié)構(gòu)的不同層次中都由不同生物組成，形成了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的不同生境，它們?cè)谏鷳B(tài)過(guò)程中發(fā)揮的作用都不同，即體現(xiàn)了生態(tài)過(guò)程的多樣化。

生態(tài)系統(tǒng)多樣（27個(gè)大類，460個(gè)類型）

一般說(shuō)，一個(gè)物種的種群越大，它的遺傳多樣性就越豐富。遺傳多樣性導(dǎo)致了物種多樣性，物種多樣性與多種多樣的生境構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)多樣性。全球特有物種最豐富的10個(gè)國(guó)家兩棲類鳥(niǎo)類哺乳類世界有約141300個(gè)物種被描述由于人口壓力，棲息地的破壞，環(huán)境的污染使我國(guó)的大量物種處于不同等級(jí)的瀕危狀態(tài)。如：我國(guó)特有的海南黑冠長(zhǎng)臂猿只有50-200只，大熊貓只有約1000只，而被子植物中大約有15﹪-20﹪處于瀕?；蚴艿酵{。坡壘珙桐已經(jīng)滅絕或者在我國(guó)境內(nèi)絕跡的物種：處于瀕臨滅絕狀態(tài)的物種：新疆虎野馬銀杉人參野駱駝金絲猴大熊貓

“物種的滅絕時(shí)一個(gè)自然過(guò)程，但目前認(rèn)為人為的活動(dòng)大打加速了物種滅絕的速度。物種一旦滅絕，便不可再生，生物多樣性的消失將造農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生保健、工業(yè)方面的根本危機(jī)，造成生態(tài)環(huán)境的破壞，威脅人類自身的生存。

—摘自《中國(guó)環(huán)境保護(hù)21世紀(jì)議程》一則資料：地球上自從35億年前出現(xiàn)生命以來(lái)，已有5億種生物存在，如今絕大多數(shù)已消逝。物種滅絕作為地球上生命進(jìn)化史的一種自然現(xiàn)象，本是正常事件，如2．5億年前三葉蟲(chóng)，6500萬(wàn)年前的恐龍均已灰飛煙滅。但自從人類進(jìn)入工業(yè)社會(huì)，目空一切地參與大自然的事物以后，使整個(gè)絕滅時(shí)間表大大提前。地質(zhì)時(shí)代物種滅絕的速度極為緩慢，鳥(niǎo)類平均300年滅絕1種，獸類平均8000年滅絕1種。到1600年至1700年，每10年滅絕1種動(dòng)物；1850年到1950年，鳥(niǎo)獸的平均滅絕速度為每年一種，即有100多種動(dòng)物滅絕，而且這種滅絕還以加速度的趨勢(shì)進(jìn)行著。1600年以來(lái)，記錄在案的動(dòng)物滅絕資料已經(jīng)夠驚人的：120種獸類和250種鳥(niǎo)類已不復(fù)存在。據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的一份報(bào)告：目前世界上每分鐘有1種植物滅絕、每天有1種動(dòng)物滅絕，這種遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自然的“本底滅絕”速率上千倍的局面是有關(guān)地球生命生存狀況與質(zhì)量的嚴(yán)峻警告！生物多樣性面臨威脅的原因：…

1、濫砍亂伐

2、濫捕亂殺

3、環(huán)境污染

4、外來(lái)物種入侵保護(hù)生物多樣性的原理保護(hù)遺傳多樣性保護(hù)物種多樣性保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)多樣性生物多樣性的保護(hù)思想認(rèn)識(shí)：政府部門和社會(huì)各界應(yīng)當(dāng)深刻認(rèn)識(shí)生物多樣性的價(jià)值。在制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策時(shí)，確保生物多樣性的可持續(xù)利用。生物多樣性保護(hù)的主要途徑包括就地保護(hù)（insitu）、移地保護(hù)（exsitu）。其中，就地保護(hù)是生物多樣性保護(hù)的最有效的措施。

1.下列關(guān)于生物多樣性的說(shuō)法，不正確的是（）A、地球上所有的植物、動(dòng)物和微生物，它們所擁有的全部基因以及各種各樣的生態(tài)系統(tǒng)，共同構(gòu)成了生物多樣性。B、生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性。C、物種多樣性是生物多樣性最直觀、最基本的表現(xiàn)。D、保護(hù)生物多樣性就是在物種及生態(tài)系統(tǒng)兩個(gè)層次上采取保護(hù)戰(zhàn)略和保護(hù)措施。學(xué)習(xí)效果評(píng)估（完成用時(shí)5分鐘）D材料一：我國(guó)西北某縣野生甘草面積在1967年為4萬(wàn)多公頃，30年后便有一半被挖盡?，F(xiàn)在野生甘草資源已經(jīng)枯竭。

材料二：一種原產(chǎn)日本的林業(yè)害蟲(chóng)，于20世紀(jì)80年代侵入我國(guó)華南沿海地區(qū)，并且由于缺乏天敵而迅速蔓延開(kāi)來(lái)。據(jù)l990年統(tǒng)計(jì)，這種害蟲(chóng)使該地區(qū)l3萬(wàn)多公頃的馬尾松林受到危害。（1）材料一表明，許多野生動(dòng)植物資源枯竭的主要原因是_____________________________。

（2）材料二表明，外來(lái)物種的侵入，會(huì)直接威脅到___________________________________。

（3）侵入的外來(lái)物種往往會(huì)迅速蔓延開(kāi)來(lái)，主要是因?yàn)開(kāi)_________________________。保護(hù)生物多樣性應(yīng)在______________________________________三個(gè)層次上采取保護(hù)措施。問(wèn)題探究：想一想生物多樣性是如何形成的？物種的形成與生物多樣性之間有怎樣的內(nèi)在聯(lián)系物種是生物存在的基本方式，物種的形成是新基因庫(kù)產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)，直接導(dǎo)致了生物多樣性的增加。生物多樣性的形成集中反應(yīng)在物種的形成上。二、生物多樣性形成一物種形成的方式漸進(jìn)式的物種形成驟變式的物種形成1、漸進(jìn)式的物種形成遺傳多樣性導(dǎo)致物種形成一個(gè)物種的種群生存條件發(fā)生變化，它的命運(yùn)就會(huì)發(fā)生變化，也許滅絕，也許進(jìn)化成為新物種，也許分布的范圍會(huì)發(fā)生變化，這一切都決定于物種的遺傳多樣性。即：遺傳多樣性越豐富，進(jìn)化成為新物種的可能性就越大。如溫室效應(yīng)對(duì)落葉松種群發(fā)展趨勢(shì)的影響、加拉帕戈斯群島上13種地雀的進(jìn)化關(guān)系2.驟變式的物種形成由于個(gè)體的染色體結(jié)構(gòu)變異、染色體加倍以及遠(yuǎn)源雜交，再經(jīng)自然選擇而成為新的物種。這是一種只經(jīng)過(guò)一、兩代就能產(chǎn)生新物種的方式。由于多倍體一旦形成，它和原來(lái)的物種就發(fā)生生殖隔離，因而成了新物種。多倍體在動(dòng)物界極少發(fā)生，在植物界卻相當(dāng)普遍，例如普通小麥、棉花、甘蔗、香蕉等。遠(yuǎn)源雜交實(shí)驗(yàn)：黑麥（2n=14）X普通小麥（6n=42）雜種一代4n=(7+21)小黑麥8n=56染色體加倍秋水仙素二生物都生活在由生物因素和非生物因素組成的生態(tài)因素中生物都生活在一定的生態(tài)環(huán)境中，不但要受到無(wú)機(jī)環(huán)境的影響，還要受到其他生物的影響，并與其他生物發(fā)生關(guān)聯(lián)，保持相互協(xié)調(diào)，相互選擇，協(xié)同進(jìn)化。１.協(xié)同進(jìn)化（共同進(jìn)化）：在自然界，一種植物專門由一種昆蟲(chóng)傳粉的情形很常見(jiàn)，昆蟲(chóng)傳粉的專門化對(duì)植物繁衍后代有什么意義？捕食者的存在是否對(duì)被捕食者有害無(wú)益？捕食者的存在是否對(duì)被捕食者有害無(wú)益？捕食者所捕食的大多是被捕食者中年老、病弱或年幼的個(gè)體，客觀上起到促進(jìn)種群發(fā)展的作用?！熬鞯牟妒痴摺辈呗裕翰妒痴咭话悴荒軐⑺械墨C物吃掉，否則自己也無(wú)法生存?！笆崭罾碚摗保翰妒痴咄妒硞€(gè)體數(shù)量多的物種，這樣就會(huì)避免出現(xiàn)一種或幾種生物在生態(tài)系統(tǒng)中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的局面，為其他物種的形成騰出空間有利于增加物種的多樣性。共同進(jìn)化的含義1：不同物種間的共同進(jìn)化地球形成時(shí)原始大氣中是沒(méi)有氧氣的，但是隨著光合細(xì)菌的出現(xiàn)，使得大氣中有了氧氣共同進(jìn)化的含義2：生物和無(wú)機(jī)環(huán)境間也存在共同進(jìn)化。不同物種之間，生物與無(wú)機(jī)環(huán)境之間在相互影響中不斷進(jìn)化和發(fā)展，這就是共同進(jìn)化．通過(guò)漫長(zhǎng)的共同進(jìn)化過(guò)程，地球上不僅出現(xiàn)了千姿百態(tài)的物種，而且形成了多種多樣的生態(tài)系統(tǒng)，也就是形成了生物的多樣性．綜上所述：生態(tài)系統(tǒng)多樣性的形成地球上的所有生物彼此之間有著或遠(yuǎn)或近的親緣關(guān)系，都起源于共同的祖先。在適應(yīng)不同環(huán)境和向不同方向發(fā)展的過(guò)程中形成了多彩多姿、千變?nèi)f化的生物世界。實(shí)質(zhì)上，物種形成過(guò)程就是生物多樣性增加的過(guò)程，隨著物種多樣性的增加，生物的分布范圍增大，分布的生境類型增多，從而形成了生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。遺傳多樣性物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性生境基礎(chǔ)遺傳多樣性物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性選擇經(jīng)隔離組成+生境是生物多樣性最直觀、最基本的表現(xiàn)生物多樣性的宏觀表現(xiàn)分子水平細(xì)胞水平個(gè)體水平生物多樣性層次形成DNA和蛋白質(zhì)分子的多樣性染色體多樣性表現(xiàn)型的多樣性物種的形成方式長(zhǎng)期的地理隔離，導(dǎo)致生殖隔離染色體變異、加倍及遠(yuǎn)源雜交，再經(jīng)自然選擇基礎(chǔ)完成6.階段學(xué)習(xí)評(píng)估（用時(shí)10分鐘）答案：（1）突變（變異）、自然選擇（2）種群基本單位（3）基因庫(kù)（4）1）生存斗爭(zhēng)（種內(nèi)斗爭(zhēng)）

2）聯(lián)趾型個(gè)體趾間有蹼，游泳，可以從水中獲取食物。因此，在島上食物短缺時(shí)，聯(lián)趾個(gè)體的生存和繁殖機(jī)會(huì)較多。

3）基因頻率（5）遺傳PCR（聚合酶鏈反應(yīng)）生態(tài)工程的原理——物種多樣性原理1.物質(zhì)循環(huán)再生原理3.物種多樣性原理2.協(xié)調(diào)與平衡原理物種多樣性原理物種越豐富，生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性越高資料分析討論：請(qǐng)思考并解答問(wèn)題（用時(shí)3分鐘）1.為什么樟子松林的松毛蟲(chóng)會(huì)肆虐，幾十億株楊樹(shù)會(huì)毀于一旦？而珊瑚礁區(qū)卻能夠在養(yǎng)分稀少的深海中，保持著很高的生物多樣性？

純樟子松林、楊樹(shù)林的生物多樣性低，食物鏈短而單調(diào)，缺少松毛蟲(chóng)、天牛的天敵，而成片單一的林木又為其提供了豐富的食物來(lái)源，因而會(huì)導(dǎo)致了樹(shù)林的毀壞。珊瑚礁區(qū)的生物多樣性高，食物鏈復(fù)雜，不同的生物占據(jù)了不同的時(shí)間位、空間位和資源位，因而充分利用了珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境。例如，氮、磷等養(yǎng)分就能夠在該區(qū)生物體間充分地循環(huán)利用而很少流出系統(tǒng)外。2.從上面正面和反面的實(shí)例，你能得出怎樣的結(jié)論？你認(rèn)為生物多樣性的破壞有人為因素嗎？只有保持生態(tài)系統(tǒng)較高的生物多樣性，才能保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡。生物多樣性的破壞有人為因素，而且往往作用巨大。4、大區(qū)域生態(tài)系