第二講 生物多樣性課件

第二講生物多樣性

Lecture2

LectureIIBiodiversity第二講生物多樣性2主要內(nèi)容前言Introduction生物多樣性及其起源與研究層次？世界生物多樣性現(xiàn)狀？中國(guó)的生物多樣性？遺傳多樣性Geneticdiversity物種多樣性Speciesdiversity生態(tài)系統(tǒng)多樣性Ecosystemdiversity第二講生物多樣性2生物多樣性Biodiversity生物多樣性（biodiversity）是描述自然界中生命形式多樣性程度的一個(gè)內(nèi)容廣泛的概念。生物多樣性指地球上所有生物（動(dòng)物、植物、微生物等）、它們所包含的基因以及由這些生物與環(huán)境相互作用所構(gòu)成的自然綜合體（生態(tài)系統(tǒng)）。通常包括遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個(gè)組成部分。第二講生物多樣性2(1)遺傳多樣性I.Geneticdiversity第二講生物多樣性21何謂遺傳多樣性？蘊(yùn)藏在地球上植物、動(dòng)物和微生物個(gè)體基因中的遺傳信息的總和（McNeely等，1990）；種內(nèi)可種間表現(xiàn)在分子、細(xì)胞、個(gè)體三個(gè)水平的遺傳變異度（施立明，1990）；遺傳多樣性是指種內(nèi)基因的變化，包括同種顯著不同的群體間或同一群體內(nèi)的遺傳變異（世界資源研究所（WRI），1992）；請(qǐng)思考：你更傾向于以上三個(gè)定義中哪一個(gè)，理由是什么？第二講生物多樣性22遺傳多樣性的具體內(nèi)涵指生物種內(nèi)的遺傳變異；指種內(nèi)可遺傳的變異；表現(xiàn)形式是多層次的，可以表現(xiàn)在外部形態(tài)上、生理代謝上；第二講生物多樣性23遺傳多樣性的起源染色體畸變；基因突變；基因重組；第二講生物多樣性23.1染色體畸變?nèi)旧w數(shù)目變異整倍性變異：染色體數(shù)目的變化以染色體組為單位而增減；非整倍性變異：細(xì)胞核內(nèi)染色體是染色體組的完整倍數(shù)，而是在二倍體染色體數(shù)目的基礎(chǔ)上增減；染色體結(jié)構(gòu)變異缺失：重復(fù)：倒位：易位：第二講生物多樣性23.2基因突變堿基替換：一個(gè)堿基被另外一個(gè)堿基對(duì)代替；TACGAATCGGGTAAATACGTTTCTAAATCGA移碼突變：一個(gè)或幾個(gè)堿基對(duì)的增加或減少；TAGTCGAATCGGGTAAATACACGTTTCTAAATCGA第二講生物多樣性23.3基因重組一般重組：同源DNA分子之間的重組；位點(diǎn)專一重組：發(fā)生在順序極少同源的DNA分子間；異常重組：順序不同源的DNA分子間。第二講生物多樣性24遺傳多樣性的檢測(cè)遺傳多樣性的檢測(cè)最初是從形態(tài)學(xué)開始的。本世紀(jì)60年代，酶電泳技術(shù)以及循異性組織化學(xué)染色法應(yīng)用于群體遺傳和進(jìn)化研究，使科學(xué)家們從分子水平來(lái)客觀地提示遺傳多樣性成為可能，并極大地推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展（Hubby等，1996；Ayala等，1984）進(jìn)入80年代，分子生物學(xué)和分子克隆技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了一系列更為直接的檢測(cè)遺傳多樣性的方法，即直接測(cè)定遺傳物質(zhì)本身——DNA序列的變異（Hillis等，1990；Avise，1994）。第二講生物多樣性25遺傳多樣性的科研價(jià)值及意義有助于進(jìn)一步探討生物進(jìn)化的歷史和適應(yīng)潛力；有助于推動(dòng)保護(hù)生物學(xué)研究；有助于生物資源的保存和利用；第二講生物多樣性26遺傳多樣性的科研價(jià)值與意義——以箭竹種子保存為例背景簡(jiǎn)介：2003年，片口自然保護(hù)區(qū)海拔2700米以上的團(tuán)竹與缺苞箭竹開花枯死，嚴(yán)重影響到大熊貓的食物需求。問(wèn)題：開花后箭竹枯死的生物學(xué)意義？如果開花后第二年氣候惡劣，如何避免箭竹種子因不能按時(shí)發(fā)育而出現(xiàn)種群滅絕？設(shè)想1：通過(guò)遺傳學(xué)方法解析箭竹開花的機(jī)制，從而有針對(duì)性地避免箭竹開花（1、周期假說(shuō)；2、氣候假說(shuō)……）設(shè)想2：利用現(xiàn)有轉(zhuǎn)基因技術(shù)，改善箭竹的遺傳特性；設(shè)想3：將部分箭竹種子保存于種子庫(kù)，從而保存其遺傳基因，在條件成熟的情況下進(jìn)行播種……第二講生物多樣性2思考題什么是遺傳多樣性？遺傳多樣性有哪起源？遺傳多樣性的檢測(cè)方法有哪些？研究遺傳多樣性的意義何在？第二講生物多樣性2（2）物種多樣性IISpeciesdiversity第二講生物多樣性2Conception物種多樣性（Speciesdiversity）：是生物多樣性在物種水平上表現(xiàn)形式，是指一定區(qū)域內(nèi)的物種的多樣性化及其變化，包括一定區(qū)域內(nèi)生物的(1)狀況（如受威脅和特有性等）、(2)形成、(3)演化、(4)分布格局及其(5)維持機(jī)制等。區(qū)域物種多樣性（Regionaldiversity）、生態(tài)物種多樣性（Ecologicaldiversity）。第二講生物多樣性2全球物種多樣性概況物種數(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)的僅有約175萬(wàn)種。第二講生物多樣性2全球生物多樣性最豐富的國(guó)家第二講生物多樣性2全球生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)第二講生物多樣性2全球特有物種最豐富的10個(gè)國(guó)家兩棲類鳥類哺乳類第二講生物多樣性2物種多樣性在全球的分布格局時(shí)間格局緯度格局海拔格局第二講生物多樣性2物種多樣性的時(shí)間格局第二講生物多樣性2第二講生物多樣性2物種多樣性的緯度梯度格局第二講生物多樣性2第二講生物多樣性2第二講生物多樣性2物種多樣性的海拔梯度格局第二講生物多樣性2第二講生物多樣性2物種多樣性空間格局形成的原因氣候：適宜的氣候允許較多的物種生存；氣候變率：穩(wěn)定的氣候?yàn)槲锓N分化創(chuàng)造了條件；生境異質(zhì)性：物理因子或生物因子的復(fù)雜性孕育了較多的生態(tài)位；歷史因素：進(jìn)化時(shí)間越短，形成新物種越多；能量：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)：競(jìng)爭(zhēng)有利于減小生態(tài)位寬度；競(jìng)爭(zhēng)排斥減小物種數(shù)目；干擾：中等干擾減緩了競(jìng)爭(zhēng)排斥；捕食：捕食減緩了競(jìng)爭(zhēng)排斥。第二講生物多樣性2我國(guó)的物種多樣性現(xiàn)狀第二講生物多樣性2我國(guó)特有物種現(xiàn)狀第二講生物多樣性2思考與問(wèn)答什么是物種多樣性，它包括幾個(gè)層次？物種多樣性在全球的分布格局如何？這些分布格局受哪些因素的影響？第二講生物多樣性2課后請(qǐng)預(yù)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)多樣性部分第二講生物多樣性2（3）生態(tài)系統(tǒng)多樣性IIIEcosystemdiversity第二講生物多樣性2生態(tài)系統(tǒng)的定義生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)復(fù)合體，是生命系統(tǒng)中重要的組織層次，是自然界的基本單位。生物群落與其環(huán)境形成的第二講生物多樣性2生態(tài)系統(tǒng)的分類按系統(tǒng)與外部環(huán)境聯(lián)系程度分：隔離系統(tǒng)（isolatedsystem）封閉系統(tǒng)（closedsystem）開放系統(tǒng)（openedsystem）按人類影響程度分：自然生態(tài)系統(tǒng)人工生態(tài)系統(tǒng)第二講生物多樣性2生態(tài)系統(tǒng)的分類（續(xù)）按能量來(lái)源分太陽(yáng)能供能的自然生態(tài)系統(tǒng)；有自然輔加能量的太陽(yáng)供能系統(tǒng)；具有人類輔加能量的太陽(yáng)供能系統(tǒng)；燃料供能的城市工業(yè)系統(tǒng)；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)。第二講生物多樣性2全球陸地主要10個(gè)生物群系分布第二講生物多樣性2中國(guó)主要陸地生態(tài)系統(tǒng)的分類森林生態(tài)系統(tǒng)248類灌叢生態(tài)系統(tǒng)126類（包括灌草叢生態(tài)系統(tǒng)）草原生態(tài)系統(tǒng)55類荒漠生態(tài)系統(tǒng)52類草甸生態(tài)系統(tǒng)77類沼澤生態(tài)系統(tǒng)37類（包括紅樹林生態(tài)系統(tǒng)）“中國(guó)生物多樣性保護(hù)行動(dòng)計(jì)劃”將我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)分為595類（陳靈芝，1993）第二講生物多樣性2生態(tài)系統(tǒng)的變化物理環(huán)境的長(zhǎng)期變化：冰期的發(fā)生與消退、土壤發(fā)育或被侵蝕等；自然選擇引起的機(jī)體遺傳結(jié)構(gòu)的變化：一定區(qū)域內(nèi)有機(jī)體的類型和數(shù)量等的變化及伴隨發(fā)生的物理小環(huán)境的某種特征的變化。第二講生物多樣性2生態(tài)系統(tǒng)多樣性概念：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。要點(diǎn)：生境；生物群落；生態(tài)過(guò)程；第二講生物多樣性2生態(tài)系統(tǒng)多樣性的綜合性是從基因水平到景觀乃至生物圈的不同水平研究的綜合；不同類群或不同學(xué)科研究的綜合；第二講生物多樣性2生態(tài)系統(tǒng)多樣性的測(cè)度多樣性指數(shù)（Indexofdiversity）：最先由Williams在研究昆蟲物種多樣性提出；Simpson1949年提出了集中性的概率度量方法；Margalef：Shannon和Wiener的信息測(cè)度；McIn-tosh應(yīng)用多維空間中的歐氏距離來(lái)測(cè)度多樣性。第二講生物多樣性2生物多樣性檢測(cè)α多樣性指數(shù)：測(cè)度群落內(nèi)的物種多樣性；β多樣性指數(shù)：測(cè)度群落的物種多樣性沿環(huán)境梯度變化的替代速率；λ多樣性指數(shù)：是一定區(qū)域內(nèi)總的物種多樣性的度量。第二講生物多樣性2α多樣性SpeciesRichnessIndex優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行；不足：不能全面反映群落的多樣性水平；影響物種豐富度指數(shù)的因素：歷史因素、潛在定居者的、距離定居者來(lái)源地的遠(yuǎn)近、群落面積的大小和群落內(nèi)種間的相互作用等。第二講生物多樣性2α多樣性SimpsonIndex：又稱為優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，是對(duì)多樣性的反面即集中性的度量。第二講生物多樣性2α多樣性Shannon-WienerIndex的適用條件：1.保證了種數(shù)一定的總體在各種間數(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)目越多，多樣性越高；3.多樣性具有可加性。第二講生物多樣性2β多樣性Conception:為沿著環(huán)境梯度的變化物種替代的程度（Whittaker,1972）。即不同群落或栽環(huán)境梯度上不同點(diǎn)之間的共有種越少，β多樣性水平越高。Application:指示生境被物種分隔的程度；有利于用來(lái)比較不同地段的生境多樣性；第二講生物多樣性2β多樣性WhittakerIndex(βw)CodyIndex(βc)RoutledgeIndex(βR、βI、βE)Wilson&ShmidaIndex(βT)這6個(gè)指數(shù)是目前用于測(cè)度β多樣性的常見指數(shù)，它們的具體應(yīng)用為選修內(nèi)容。第二講生物多樣性2（4）生態(tài)系統(tǒng)多樣性的監(jiān)測(cè)內(nèi)容及方法：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)；利用GIS與遙感手段等技術(shù)對(duì)一定區(qū)域內(nèi)不同生態(tài)系統(tǒng)類型的面積及其分布格局進(jìn)行監(jiān)測(cè)。第二講生物多樣性2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明顯不同于全部被茂密的植被覆蓋的景觀；景觀破碎的另一個(gè)明顯作用是片段生境受風(fēng)的影響加大；景觀破碎影響生態(tài)系統(tǒng)的水分循環(huán)；影響物種種遷入率與滅絕率。第二講生物多樣性2生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)于物種在生態(tài)系統(tǒng)中作用的假說(shuō)：冗余種假說(shuō)（Redundancyspecieshypothesis）；鉚釘假說(shuō)（Rivethypothesis）；特異反應(yīng)假說(shuō)（Idiosyncraticresponsehypothesis）；零假說(shuō)（Nullhypothesis）第二講生物多樣性2第二講生物多樣性2生物多樣性的關(guān)鍵地區(qū)（Criticalarea）植被保存較好、生物種類豐富且特有程度較高的地區(qū)稱為生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)（Criticalarea）（陳靈芝，1993）。關(guān)鍵地區(qū)的特點(diǎn)：具有世界意義的物種豐富；特有物種多；遺傳資源豐富或者瀕危物種較多；第二講生物多樣性2關(guān)鍵地區(qū)確定原則豐富性：生物多樣性豐富；特殊性：包括有多種特有物種的生態(tài)系統(tǒng)比由眾多廣布種組成的生態(tài)系統(tǒng)更為重要；受威脅的程度：受威脅嚴(yán)重的地區(qū)應(yīng)具有較高優(yōu)先度，在其他條件相同的情況下，瀕危物種比易危物種、易危物種比稀有物種、稀有物種比數(shù)量下降但未列入IUCN名錄的物種具有更高的優(yōu)先度；價(jià)值：生態(tài)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。第二講生物多樣性2生物多樣性的熱點(diǎn)地區(qū)(Hotspotarea)特有物種豐富且受威脅程度高的區(qū)域稱為生物多樣性的熱點(diǎn)地區(qū)；衡量標(biāo)準(zhǔn)：較高的物種特有性；嚴(yán)重受威脅的區(qū)域；例：我省的大熊貓自然保護(hù)區(qū)；分析：大熊貓是我省特有物種；對(duì)大熊貓的威脅嚴(yán)重.第二講生物多樣性2Keystonespecies關(guān)鍵物種（Keystonespecies）或關(guān)鍵種組（Keystonegroup）：指在維持生態(tài)系統(tǒng)中具有至關(guān)重要作用，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)與功能的那些物種或物種的組合。第二講生物多樣性2Classification