東北林大保護生物學教案

《保護生物學》教案

課程保護生物學班級生物工程03學期2

課時2學時教師上課日期

課程類型理論

第一章保護生物學概論

課程稱第一節(jié)保護生物學與生物多樣

（章、節(jié)）性第二節(jié)生物多樣性的價值

第三節(jié)保護生物學的起源與誕生

第四節(jié)保護生物學的內(nèi)容、任務(wù)和研究熱點

教學目的

使同學了解保護生物學的內(nèi)容、任務(wù)和研究熱點

要求

教學重點保護生物學與生物多樣性,生物多樣性的價值,保護生物學的起源與誕生

教學難點理解生物多樣畦包括層次，保護生物學的起源經(jīng)歷

主要教具

投影儀、電腦、常規(guī)教學設(shè)備

設(shè)備材料

1概念：

保護生物學

生物多樣性。

思考題2保護生物學有哪些特點？

3生物多樣性包括幾個層次？

4保護生物學的起源經(jīng)歷哪兒個階段？

課后記

教學內(nèi)容備注

第一章保護生物學概論

第一節(jié)保護生物學與生物多樣性

1什么是保護生物學課時:2

保護生物學(ConservaiionBiodiversily)是從保護生物及其環(huán)境的角度出方法：

發(fā)來保護生物多樣性的科學。理論教學、多

2保護生物學特點媒體授課、圖

2.1處理危機的學科片展示

2.2多學科交叉的.門綜合性學科步驟：

2.3依統(tǒng)計規(guī)律決策的學科在介紹保

2.4具有價值取向的科學護生物學

2.5考慮進化時間尺度的學科與生物多

2.6具有長期性樣性的基

3生物多樣性的涵義礎(chǔ)上，逐個

生物多樣性(biodiversity):是生物及其與環(huán)境形成的生態(tài)合體，以及對什么是

與此相關(guān)的各種生態(tài)過程的總和。包括所有生物和它們所擁有的基因,以及保護生物學、

生物與環(huán)境形成的雜生態(tài)系統(tǒng)。保護生物

第二節(jié)生物多樣性的價值學特點、生

I生物多樣性價值分類物多樣性的涵

可利用價值是對自然資源的實際利用,可利用價值進.步分為三類。其中：義、生物多

(1)直接利用價值:是人們愿意支付.定的貨幣來獲得某種可直接利樣性價值分

用的生物產(chǎn)品，所體現(xiàn)出的價值，比如中藥材等：類、生物多

(2)間接利用價值;通常是生態(tài)系統(tǒng)的功能所提供的效益，人們會愿樣性的價

意為在林中游憩等.類對生物多樣性資源的間接利用而支付,定的貨幣,從而值、保護生物

形成了資源的間接利用價值：學的內(nèi)容、任

(3)可選擇價值:是人們?yōu)榫S護將來可能對生物多樣性的利用而支付的務(wù)和研究

貨幣,它類似于保險,常常介于可?利用價值與非利用價值之間。熱點以及

2.非利用價值是.種模糊的，難以表達清楚的經(jīng)濟價值，為此，常常生物多樣

從動機(motive)的角度來描述它。常見的有；性正在迅

(1)替代動機(vicariousmoiive)和替代價值(vicariousvalue)。替代消費速喪失的

是通過想象來體驗或享受別人對生物多樣性效益的消贄,替代動機是指人們原因加以

對替代消費的支付意愿，由此產(chǎn)生生物多樣性效益的替代價值：介紹，重點

學習什么

(2)利他主義動機(altruismmotive)和利他主義價值(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是保護生

他主義動機，生物多樣性的效益由此產(chǎn)生的價值是利他主義價值：物學與生

物多樣性，生

(3)遺產(chǎn)動機(bequeslmotive)和遺產(chǎn)價值(bequestvalue,BV)。是人『J為

物多樣性

T自己的后代能利用生物多樣性效益的支付意愿：

的價值，保

(4)禮物動機(giflmotive),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，屬于選擇價值：護生物學

的起源與

(5)同情動機(sympathynotive),是指人們對生物多樣性所提供的公眾

效益被破壞表示同情心,并為保護生物多樣性效益的支付意愿,通常認為它誕生6

屬于存在價值：

(6)管理動機(stewardshipmotive),亦被稱為“Gaian動機”，是指人

為生物多樣性效益能得到更好管理的支付意愿,通常認為它屬于存在價值：

(7)權(quán)利動機(righlmotive),是指人們在〃尊重生命”的倫理指導下，

認為生物有生存的權(quán)利,并為保護它們的支付意愿,通常認為它屬于存在價值:

(8)義務(wù)動機(commilmenlmoiive),是指人們認為自己有保護生物多樣

性的義務(wù)，并為保護它的支付意愿，通常認為它屬于存在價值：

(9)倫理動機(ethicmotive)和保護價值(preservatiYevalue),是指人們從倫

理角度認為生物多樣性應(yīng)該得到俁護,并為其保護的支付意愿。.般認為存在價

值的動機都是與倫理相關(guān)。

2生物多樣性的價值

2.1生物多樣性的直接經(jīng)濟價值

生物多樣性的直接經(jīng)濟價值包括消耗性使用價值和生產(chǎn)使用價值(商品價

值)

消耗性使用價值:指直接消耗性的(即上經(jīng)市場交易的)自然產(chǎn)品的價值。

例：農(nóng)民上山砍柴、獵取野物、種歌、飼養(yǎng)家禽等，供生活消耗，而上拿

到市場上去銷售。在封建社會,自給自足的小農(nóng)經(jīng)濟大多利用這部分價值。這些

物品的價值上體現(xiàn)在國民經(jīng)濟收入中。

生產(chǎn)使用價值:是指通過商業(yè)性收獲供市場交換產(chǎn)品的價值。這類生物

資源產(chǎn)品的生產(chǎn)性利用，如木材、魚.、動物皮、藥物、纖維、橡膠、建筑材

料、果品、染料等，對國民經(jīng)濟有重大作用6

1.對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的價值

2.對醫(yī)藥衛(wèi)生方面的價值

3.對現(xiàn)代工業(yè)的價值

2.2生物多樣性的間接經(jīng)濟價值

生物多樣性的間接經(jīng)濟價值是指上能直接轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟效益的價值，也常

被稱為非消耗性使用價值。

1.維護生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定

2.固定太陽能

3.保護水資源

4.保護土壤

5,調(diào)解氣候

6,污染物的降解和指示作用

7.科學、教育、文化等方面的價值

2.3.潛在價值(選擇價值)

潛在價值是指生物資源將來可能被利用(包括宜接利用、間接利用)的

價值，或者說是生物種在未來的某個時候能為人類社會提供經(jīng)濟利益的可

能，因此它具有較大的上確定性.

24生物多樣性的倫理價值

討論生物多樣性的倫理價值，就是要從崇尚尊重生命、珍視生物、理解

自然的內(nèi)在價值來討論生物多樣性的價值。

1.每個物種,上論它目前對人類的重要性如何,不論物種大小,物種是

簡單還是復(fù)雜,是古老的還是近代進化的,是經(jīng)濟上重要的還是沒有直接經(jīng)

濟價值的,都是世界上真實存在的。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：

2.每個物種都有其自身價值,即與人類需求無關(guān)的內(nèi)在價值(Naess,

1986):

3.人類高智慧，上僅沒有權(quán)力破壞任何物種,而且有責任采取行動來保護物種，

使其免受人類活動破壞，導致物種滅絕：

4.所有的物種都蘊藏著面對生存難題,解決生存難題的獨特的生物學答

案，因此其生存上應(yīng)該受到人類的干擾：

5.非動物的物種也通過對子代的生產(chǎn)和對環(huán)境的上斷適應(yīng),表明它們的生

存意愿,人類造成.個物種過早滅絕,從而摧毀這.自然過程，可以被認為是〃

超級殺戳”(Rolston,1985)因為它上僅殺死了活著的個體，而且殺死了該

物種未來的后代，阻止了進化和物種形成過程。

6.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。,個物種的滅絕或損失可能對這個群落的其它個體成員具有深遠影響,可能會導

致連鎖滅絕。如蓋爾假說(Gaiahypoihesis)認為，生物群落具有創(chuàng)造和維護適宜

于生物的生存環(huán)境的作用。Ehrlicn1981提出鉀釘學說，認為生物種為怫釘，地

球是舟。隨著翎釘?shù)膩G失,舟會變得越來越上牢固。Myers1979年形容地球為

“正在沉沒的.葉方舟二

7.人類必須生活在與其它物種相同的生態(tài)學限度內(nèi)。每個物種都利用環(huán)境中的資

源來生存,而且所有的物種都受到環(huán)境容納量的約束.當資源被破壞時,該物種的

個體就會減少。人類必須把對環(huán)境的損害減到最小，因為傷害其它物種的可利用

資源的同時，也傷害了人類自己6

8.人類必須負責任。人類必須對他們的行為負責，對未來的后代負責，避免資源

的浪費。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。

9,人類應(yīng)該把尊重和關(guān)愛拓展到生態(tài)系統(tǒng)范萌。人類應(yīng)該承認所有物種的固有

價值認同生命的所有存在形式從而將尊重與關(guān)愛的范圍外延到親屬、社會群體、所

有人類、動物、所有物種、生態(tài)系統(tǒng)，乃至整個地球。

10.自然具有超越經(jīng)濟價值的精神和美學價值。在歷史上,宗教思想家、詩

人、藝術(shù)家和音樂家乃至普通人，都從自然中獲得了大量靈感。接觸野生動物

和各種景觀，才能獲得美的享受。

11,生物多樣性對確定生命的起源和進化具有重要價值。生命的起源和生物

多樣性的產(chǎn)生.直是哲學和科學之謎。要揭開這個謎，必須通過對生物和生物

多樣性本身的研究才能實現(xiàn)。

第三節(jié)保護生物學的起源與誕生

1生物多樣性在迅速喪失

2大量物種受到威脅，生物多樣性喪失速度在加快

3生物多樣性喪失主要是由于人類活動造成的

4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)保護生物學的內(nèi)容、任務(wù)和研究熱點

1保護生物學內(nèi)容

保護生物學作為.門新的交叉學科，其研究內(nèi)容非常廣泛,歸納起來其主要

研究內(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;開展種群生存力分析,進行瀕危種類的劃分和調(diào)

查，預(yù)測可能發(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,分析物種消失對生物群落和生態(tài)系統(tǒng)的深遠影響,特別是對生

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、遷地

保護的方法,提出針對上同物種的保護措施。并對退化的生態(tài)系統(tǒng)進行有效地

恢，使之重新適合野生動物棲息。采用生物技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)手段加速和促進

保護生物學的開展。

分四部分來闡述保護生物學的概念、意義、起源、原理、方法等。

首先將介紹保護生物學的基礎(chǔ)理論和方法，將通過遺傳多樣性、物種多樣

性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性等3個主要層次多樣性的概念、國內(nèi)外現(xiàn)狀、研究方

法、測度指標、研究熱點等介紹，全面的了解上述3個層次的多樣性，掌握

各層次上生物多樣性的原理和方法，以及未來生物多樣性的研究熱點。

在介紹生物地理學理論等保護生物學相關(guān)理論的基礎(chǔ)上,分析物種、物種的

形成,物種滅絕機制，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、外來種入侵、過度開發(fā)、疾病流行等因素對生物多樣性的影響。并客觀

分析環(huán)境變化因素、生物學因素對生物多樣性的影響。

在進行種群生存力分析、動態(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、遷地保護的采取原則、優(yōu)缺點。詳細歸納總

結(jié)全球范圍內(nèi)保護區(qū)的類型及功能、保護區(qū)建設(shè)及評價標準、保護區(qū)的建設(shè)目標，

重點介紹我國保護區(qū)的建設(shè)的現(xiàn)狀、成就、對生物多樣性保護的意義及未來的

奮斗方向。并探討采用恢生態(tài)學措施，對破壞的生態(tài)系統(tǒng)進行恢的措施及

方法，以及保護區(qū)以外的生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)營管理。詳細論述遷地保護種群的建立、

管理、注意事項等。介紹遷地保護的現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢及對保護生物多樣性的

作用。探討現(xiàn)代生物技術(shù)對生物多樣性和保護生物學的作用。

介紹國內(nèi)外環(huán)境保護和生物多樣性保護的有關(guān)條約和法律。闡明這些條約和

法律的主要內(nèi)容，履約機制、執(zhí)行情況，履約時應(yīng)注意的關(guān)鍵問題。提高生物

多樣性保護和守法意識。

最后分析我國主要生態(tài)系統(tǒng)和主要瀕危野生動物的現(xiàn)狀，受威脅原因

及應(yīng)采取的保護措施。

2保護生物學的任務(wù)和研究熱點及難點

保護生物學的任務(wù)是通過遺傳多樣性、物種、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)的研咒

分析生物生存、維持和滅絕機制及相關(guān)因素,提出有效的生物多樣性保護措施,

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,保證人類對生物

資源的可持續(xù)利用，實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展。

當前保護生物學方面較活躍的研究領(lǐng)域及難點有:

1.全球生.物多樣性的現(xiàn)狀和保護生物學熱點地區(qū)的劃分：

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

3.種群生存力分析和小種群生存概率：

4.珍稀瀕危物種遺傳多樣性水平：

5.關(guān)鍵種的確定和功能群劃分：

6.生物多樣性價值評估體系的建立：

7.物種瀕危和滅絕的機制：

8.關(guān)鍵物種的保護：

9,恢生態(tài)學:

10.生物技術(shù)在保護生物學中應(yīng)用：

11.自然保護區(qū)理論：

12.立法與公眾教育

授課教案

保護生物學

課程班級生物工程03學期2

2學時

課時?師上課日期

課程類型理論

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

課程稱第四節(jié)遺傳多樣性的檢測方法

(章、節(jié))第五節(jié)遺傳多樣性的的測度第

第六節(jié)遺傳多樣性的保護

第七節(jié)遺傳多樣性的研究展望

使同學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)

教學目的生基礎(chǔ)，并掌握檢測方法、遺傳多樣性的幾種測度方法以及如何保護遺傳多樣

性。

要求

教學重點

遺傳多樣性的產(chǎn)生基礎(chǔ)及如何保護遺傳多樣性

教學難點

遺傳多樣性的檢測方法及測度

主要教具投影儀、電腦、常規(guī)數(shù)學設(shè)備

設(shè)備材料

1概念：遺傳多樣性

2研究遺傳多樣性有哪些意義？

3遺傳多樣性產(chǎn)生的原因有哪些？

思考題

4遺傳多樣性分子水平的檢測方法有哪些？并比較這些方法的優(yōu)缺點。

5我國植物和動物的遺傳多樣性的保護的現(xiàn)狀如何？

課后記

教學內(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課時:2

1廣義的遺傳多樣性方法：

實物教學、多

廣義遺傳多樣性的代表為McNeely等(1990)的定義:“蘊藏在地球上

媒體授課、圖

物、動物和微生物個體基因中的遺傳信息的總和“。

片展示

2狹義的遺傳多樣性步驟：

在介紹遺

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

傳多樣性

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

基本概念

〃：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

的基礎(chǔ)上，

或同.群體內(nèi)上同個體的遺傳變異的總和“。

逐個對遺傳

第二節(jié)遺傳多樣性研究的意義

多樣性研

1有助于追溯生物進化的歷史，探究現(xiàn)存生物進化的潛能究的意義、遺

傳多樣性

2可以評估現(xiàn)存的各種生物的生存狀況，預(yù)測其未來的發(fā)展趨勢的產(chǎn)生、遺傳

3在遺傳多樣性研究的基礎(chǔ)上才能制定保護策略和措施多樣性的

研究展望、

4遺傳多樣性是人類生存和社會發(fā)展的基礎(chǔ)第

遺傳多樣性

三節(jié)遺傳多樣性的產(chǎn)生的的測度、

遺傳多樣性

1染色體畸變

的保護和

1.1染色體數(shù)目的改變遺傳多樣

性的檢測

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：

方法加以介

非整性改變，細胞核內(nèi)染色體數(shù)目上是染色體組的完整數(shù)，而是在二紹，重點學

體染色體數(shù)目的基礎(chǔ)上增減個別兒條染色體，包括單體、缺體或二體等上同情習遺傳多

況。樣性的產(chǎn)

生基礎(chǔ)及

1.2染色體結(jié)構(gòu)的變化

如何保護

1.缺失遺傳多樣

性。

缺失是指染色體丟失了.個片段，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)。

2.重

重是指?個染色體上的某.片段出現(xiàn)兩個或兩個以上拷貝的現(xiàn)象。使位于

這些片段上的基因多了，個或，個以上拷貝。重有串聯(lián)重(tandem

duplication)和倒位串聯(lián)重兩種。

3.倒位

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.個染色體臂的.段轉(zhuǎn)接到另.個非同源染色體的臂上的現(xiàn)象。包括

相互易位和單向易位

2基圖突變

2.1基因的概念

基因(gene)是DNA分子上的特定的.段序列,即負責編碼特定的遺傳信息

的功能單位一一順反子(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、核械體RNA基因,與轉(zhuǎn)移RNA基因。另外，還具有啟動子與操縱子。

DNA由4種核甘酸組成;即腺瞟吟(A)、鳥噪玲(G)、胸腺喀噬(T)、胞喀

咤(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種核仃酸在組成DNA時,各種喋吟和喀咤按.定順序以化學

鍵連接成.個序列，構(gòu)成DNA的.條單鏈,在DNA的另.條單鏈上排列著與第.

條鏈對應(yīng)的嘴嶺或虢。腺嗯吟和胸腺喀咤以氫犍颯?(A-T)鳥n票嶺與胞喀咤

以氫犍配對(G-C)°

每3個堿基構(gòu)成.個三聯(lián)密碼子,共構(gòu)成64個三聯(lián)密碼子。這些密碼子分

別決定起始位點、終止位點以及轉(zhuǎn)錄成mRNA后翻譯的氨基酸種類。

2.2基因突變的產(chǎn)生

基因突變可以是自發(fā)產(chǎn)生，也可以是誘導產(chǎn)生。自發(fā)突變(spontaneous

mutations)是自然狀態(tài)下產(chǎn)生的突變。誘導突變(inducedmutations)是有機體

暴露在誘變劑中引起的遺傳物質(zhì)改變。

1.自發(fā)突變

(1)DNA制錯誤產(chǎn)生的基因突變

(2)自發(fā)損傷產(chǎn)生的基因突變

3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就會發(fā)生重組。

第四節(jié)遺傳多樣性的檢測方法

1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。

2分子水平的檢測

tl前在分子水平上檢測遺傳多樣性的方法很多包括同工曲(isozyme)或等位

B(allozyme)分析、限制性片段長度多態(tài)性(RFLP)分析、擴增片段長度多態(tài)

性(ALFP)分析、隨機擴增多態(tài)DNA(RAPD)分析和DNA序列分析等。

2.1同工酶或等位酶分析

同工酶電泳具有實驗簡便、成本低等優(yōu)點，可以方便地檢測許多個體。更

為重要的是在我們選定,批酶系統(tǒng)或位點作為遺傳標記時,是根據(jù)現(xiàn)有成熟的酶

電泳技術(shù)和染色方法而定的,并未考慮這些腦系統(tǒng)或位點在樣本中的變異情況，

可變多態(tài)或上變單態(tài)的前系統(tǒng)(或位點)均是同等對待的,因此

?批同工酶基因位點的變異可以較為客觀地代表整個基因組的變異，可以對往何

物種或居群的結(jié)果進行比較。

2.2限制性片段長度多態(tài)性(RFLP)分析

限制性酶切片段長度多態(tài)性(RFLP,restrictionfragment

lengthpolymorphism)?0世紀?0年代發(fā)展起來的.種分子遺傳標記,也是最

早用于群體遺傳多樣性分析的DNA分子標記技術(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，用已知的

限制性內(nèi)切麟肖化電泳印跡再用DNA探針雜交,并放射自顯影，從而得到

與探針同源的DNA序列酶切后在長度上的差異。表明在被切割的上同個俸勺

DNA分子上,內(nèi)切酶的識別序列有差異,這種差異反映在酶切片段的長度

和數(shù)目上。

2.3隨機擴增多態(tài)性(RAPD)分析

20世紀80年代末期，隨著熱穩(wěn)定的T叫DNA聚合酶的開發(fā)，以聚合的

能反應(yīng)(polymerasechainreactionPCR)為基礎(chǔ)的遺傳多樣性檢測技術(shù)便應(yīng)運

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進行熱變性:②降低溫度(38C-65C)使兩個引物分別與目的

DNA的兩條鏈性結(jié)合:③5應(yīng)體系升溫到45℃?72c在laqDNA聚合酶的

作用下，從引物的3'端進行鏈的延伸:④合成的新鏈又可以作為下.次反應(yīng)的

模板，重進行①■③6惻程。通過30個周期模版DNA擴增百萬

O

隨著聚合酶鏈式反應(yīng)PCR技術(shù)的建立，通過利用.對特定的寡核甘酸片

段為引物,在耐熱TagDNA聚合海催化下，數(shù)小時乃至幾十分鐘內(nèi)就可將

目的基因擴增至上百萬o這.技術(shù)上的發(fā)明很快帶出了.種新的遺傳標記技術(shù)

一隨機擴增多態(tài)DNA(RAPDrandomamplifiedpolymorphicDNA)技術(shù)。

該技術(shù)很快應(yīng)用到了遺傳多樣性檢測、進化、遺傳育種等領(lǐng)域。

RAPD是以10bp左右的隨雙寡核苜酸單引物，對)NA進行擴增，擴增

產(chǎn)物通過電泳分離后檢測擴增產(chǎn)物的多態(tài)性。

RAPD已經(jīng)成為檢測DNA多態(tài)性的有效遺傳標記，被廣泛應(yīng)用于遺

傳多樣性分析、分類、進化、動物遺傳圖譜的制定等領(lǐng)域。

2.4擴增片段長度多態(tài)性(ALFP,amplifiedfragementlengthpolymorphism)

分析

擴增片段長度多態(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PCRSouthern朵交，RFLP技術(shù)的可靠性和PCR技

術(shù)的高效性,所以被認為是.種卜分理想的、有效的、先進的分子標記，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。

2.5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,由十兒到幾十個城

基組成的串聯(lián)重序列。由于這些重序列的突變率很高(lOS-lO)導致核

心序列的的數(shù)目產(chǎn)生增減變化，在上同的個體間表現(xiàn)為DNA片段長度高度可

變，因而成為極其豐富的限制性長度多態(tài)標記。

2.6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致這種空間構(gòu)象的改變，在非變性聚丙烯酰胺凝膠旦泳

中，構(gòu)象L同導致電泳遷移率上同,從而將正常鏈與突變鏈分離出來。日本學者首先將

PCR技術(shù)應(yīng)用于SSCP,只須進行PCR擴增樣品一變性單鏈的中性聚丙烯酰

胺凝膠電泳一顯影分析。

2.7變性梯度和溫度梯度凝膠電冰(DGGEandTGGE)

1.變性梯度凝膠電泳(denaiuringgelgradientelectrophoresis,DGGE)

DGGE是Fischer和Lerman。983年)啦起來的。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行電泳，.部分鏈

分開，但仍被上解鏈區(qū)域(即高熔解溫度區(qū))所錨定,雙螺旋的分離將導致電泳

遷移率降低。

2溫.度梯度凝膠電泳(TemperaturegradientgelelectrophoresisTGGE)

該方法是將PCR擴增的產(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DNA雙錐到達其Tm時，雙能解開，形成分叉，使電泳遷移

率發(fā)生改變，突變的擴增產(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有無突變。

2.8DNA序列分析

遺傳信息在分子水平的基木表現(xiàn)形式為DNA序列(或者RNA序列)。

因此，通過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)手段的進步,以及分子遺傳學的發(fā)展,序列數(shù)據(jù)的積

累越來越多，為進行上同種的研究比較奠定了基礎(chǔ)。

圖2-1DNA序列分析示意圖

第五節(jié)遺傳多樣性的的測度

1雜合度

用基因位點上雜合體出現(xiàn)的頻率來評價種群遺傳多樣性,被稱為遺傳雜

合性(heterozygosily),常用上同基因位點上雜合體在種群內(nèi)所占比例的平均

值，來表示種群總體上的雜合度。其公式表示如下：

H<=22私

其41nlij為大小為n的種群中/位點上雜合體AMj(由)的個體數(shù):為種

群在/位點上雜合體頻率，即該位點的基因雜合度。而各位點上雜合度的

平均值為中群的平均雜合度。

2基因多樣度

基因多樣度(genediversity)是遺傳多樣性的指標,它是指在群體中隨機抽

取的兩個等位基因，其上相同時的概率。其公式表示如下；

h=\-2xl

xi

其中為表示群體內(nèi)某.位點上第i個等位基因的頻率,而該位點上基因.致

度為%=1-九。所有位點〃的平均值為該群體平均基因多樣性群體中總的

基因多樣度(月)和基因.致度⑺則是各位點上基因多樣度(/?)和基四致度U)的

平均值，

3遺傳距離

遺傳距離(geneiicdisiance)是用來比較特定種群間的分化程度的指標，其

測度單位是平均單位長度DNA上核甘酸或密碼子的差數(shù)。假如各個密碼子的變化

彼此間獨立，則純密碼子差數(shù)的期望值為標準遺傳距離。

兩個種群間的遺傳距離表示為；

D=ml

其中1=Jxy/(Jx/產(chǎn)代表種群A-和種群y之間的遺傳同.性(gen&ic

identity),Jx、/、.、及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。

4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)的個體在整

個群體中出現(xiàn)的概率叫做基因型頻率。以二體種群為例，.個基因位點有兩

個等位基因Ai和A-等位基因位點上有3種可能的基因型：

A)A].A1A2和A2A2

設(shè)Nn、此和岫分別代表AdA1A2和A2A2的數(shù)量,且M+M2+N22=N

基因型AiAi.AiA?和A2A2的相對頻率分別是：

X”二NH/N,Xi2=M，N,Xx=NRN

A?A2基因頻率或等位基因頻率分別為：

XI=(2MI+NQ/(2N)=XII+XM2

NQ/(2N)=X+X12/2

X2=(2①+22

5Hardy-Weinberg定律

為了研究群體遺傳結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律,英國學者哈辿(Hardy)和德國學者溫

伯格(Weinberg)提出了Hardy-Weinberg定津其中心內(nèi)容是:在隨機交配的大群體

中,若沒有選擇、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單的關(guān)系。符合上述條件的群體

叫做平衡種群。其公式為：

^=2(1(o-￡)l-0.51IE

此公式應(yīng)用E47ES修正項，式中：。代表觀測值，E代表理論值。

影響Hardy-Weinberg平衡的國素;①隨機交配的偏移;②基因頻率的隨見漂

變:③突變:④群體間的遷移:⑤自然選擇。

6固定系數(shù)

在進儂程中,同祖先的種群或者亞群，在遺傳漂變等因素的作用E彼此間

的差異會上斷積累,而群體內(nèi)個體間的遺傳關(guān)系則趨于接近。常常用固定系數(shù)來指

述這種遺傳分化的過程。固定系數(shù)(fixationindices)是Wright最早提出來的，他

還給出了,個著的公式；

1—月產(chǎn)(1一凡)(1-心)

其中A表示在群體中,相對于隨機配子結(jié)合而言,實際產(chǎn)生后代的結(jié)

合配子之間的相關(guān)程度;后則表示在亞群體中，相對于隨機配子結(jié)合而言實

際產(chǎn)生后代的結(jié)合配子之間的相關(guān)程度，可以用來度量基因型頻率對

Hardy?Weinberg平衡比例的偏差:凡表示相對于群體內(nèi)隨機配子結(jié)合而言，

每.個亞群內(nèi)隨機的兩個配子之間的相關(guān)程度,可以作為亞群間遺傳分化程度的

度量指標。

第六節(jié)遺傳多樣性的保護

遺傳多樣性是生物多樣性的重要組成部分。生物的遺傳信息儲存在DNA分子

中,DNA序列的變化導致生物發(fā)生形態(tài)、細胞、生理、生物化學各方面的變異，

也決定生物的形態(tài)和生態(tài)

1物遺傳多樣性及保護

L1地衣和苔辟物的遺傳多樣性及其保護

除了保護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，建立珍稀地衣保護小區(qū)加以保護：

③應(yīng)采取兩、藻分離培養(yǎng)，進行室內(nèi)保存：

④加強對中國地衣物種多樣性的調(diào)查、采集、分離、培養(yǎng)和研窕,

L2裸子物和被子物多樣性及其保護

2動物遺傳多樣性及保護

2.1無脊椎動物多樣性及其保護

2.2昆蟲的多樣性及其保護

2.3脊椎動物多樣性及其保護

3微生物的多樣性及保護

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非了解，在世界范圍內(nèi)物

種的調(diào)查描述工作遠遠沒有完成,我國在這方面則更顯上足,而對于物種遺戔多

樣性的了解就更少了，據(jù)統(tǒng)計,僅有幾千個物種進彳崗遺傳學研究這僅占已經(jīng)描述過

的物種的很小.部分。所以今后，對于現(xiàn)存生物物種的調(diào)查、訂及統(tǒng)計的基礎(chǔ)研

究已成為當務(wù)之急。只有建立起更加豐富的物種及遺傳信息庫，才能對遺傳多

樣性及其保護做更進.步的研究。

當前,由于人類活動的上斷加劇，使生物的遺傳多樣性受到的威脅日益嚴

重,鑒于這種嚴峻的現(xiàn)實，人類活動對生物遺傳多樣性的影響的研究已引起社會

的廣泛關(guān)注。這方面的研究主要包括探討個體、種群、生態(tài)系統(tǒng)對人類干擾方式、

強度的反應(yīng):土地和水資源利用方式的變化對生物遺傳多樣性的影響：環(huán)境變

化對生物遺傳進化的影響等等。

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

力很大,且由于DNA分子標記技術(shù)上的改進和迅速發(fā)展,更有助于對.些具有較

大生物學意義和經(jīng)濟價值的類群從DNA水平進行深入的分析，但是上述各種研

究方法并上互相徘斥,都能提供許多有價值的信息。我國是個生物資源十分豐富

的國家,又是生物多樣性受到嚴重威脅的國家之.，對生物多樣性的認識和研究

在我國起步上久,對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，甚至對諸如國寶大熊貓｛Aihtropodamelanoleuca)和活

化石銀杉(CaViaya"gywp/iy/M)這類我國特有重要類群，遺傳多樣性的認識

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)細胞生化技術(shù)以及

現(xiàn)代的分子生物學手段,來研究評估我國生物類群的遺傳多樣性,并制定出合理

的利用和保護措施是我國生物科學工作者義上容辭的責任。

授課教案

保護生物學

課程班級生物工程03學期2

課時3學時教師上課日期

課程類型理論型、綜合型

第三章物種多樣性

課程稱第一節(jié)物種的概念

（章、節(jié)）第二節(jié)物種多樣性

使同學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、

教學目的物種多樣性特豐富國家、全球物種多樣性的熱點地區(qū)以及中物種多樣性等方

面，了解全球的物種多樣性概況。

要求

物種多樣性是生物多樣性研究的核心內(nèi)容。本章重點講解物種多樣性概

教學重點況以及對全球多樣性的影響。

教學難點

全球物種多樣性概況及我國的物種多樣性。

主要教具投影儀、電腦、常規(guī)教學設(shè)備

設(shè)備材料

1概念：物種物種多樣性滅絕

2物種多樣性空間分布格局的形成機制？

3什么是物種的適應(yīng)、其普遍性和相對性？

4我國物種多樣性概況？

思考題5物種的形成主要分為那些方面？

6人類活動對生命界進化的影響表現(xiàn)在那些方面？

7簡述滅絕的內(nèi)部和外部機制。

8IUCN瀕危物種等級劃分的標準是什么？

課后記

教學內(nèi)容備注

第三章物種多樣性

課時:3

第一節(jié)物種的概念

方法：

1形態(tài)學物種概念實物教學、多

媒體教學、圖

最早出現(xiàn)的物種定義是形態(tài)學物種概念，乂被稱為本質(zhì)先于存在論者的物

片展示、學生

種概念(iheessenlialistspeciesconcepD,即每一個物種由它的上變的本質(zhì)

進行聽說

essence或者eidos形成特征，并通過一個明顯的非連續(xù)性與其他物種分開。共

生命課內(nèi)

有相同本質(zhì)的物體屬于相同的物種,而相同本質(zhì)的存在則以表里相似性為基礎(chǔ),

實踐(1學

因此物種簡單地被定義為與屬于其他物種的個體上同的相似個體的類群。持這種

時)步驟：

物種概念的人相信物種代表了生物的上同類型，個體相互之間沒有任何特殊的

關(guān)系，它們僅僅是相同本質(zhì)的表達。本章對物種

的概念和物

2達爾文的物種概念

種多樣性進

在19世紀30年代,達爾文的物種和物種形成概念幾乎完全來源于動物學行了介紹，重

證據(jù)，他相信物種的維持靠的是生殖隔離。他認為那些基本具有.上變性狀的生物點了解物種

與其他具有非常相近結(jié)構(gòu)的生物一起構(gòu)成一個物種,因此同一物種很少在多樣性概況

任何外部性狀上上同。因此達爾文的物種概念與現(xiàn)代生物學物種概念非常相近。以及對全球

多樣性的影

3生物學物種概念

響。

Mayr于1942年提出“物種是實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Mayi?于1982年重新定義了生物學物

種概念:物種是在自然界中占據(jù)特殊生態(tài)位的種群的一個生殖集群，在生殖

上與其他物種相隔離。

4物種的固有特征

以上物種的上同定義代表了對物種認識的上同的角度，事實上,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)物種的生砥屬性和表型屬性的協(xié)調(diào)

第二節(jié)物種多樣性

1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制，是

生物多樣性在物種水平上的表現(xiàn)形式。

2全球物種多樣性概況

（D物種數(shù)目

全世界大約有1300萬至1400萬個物種,但科學描述過的僅有175萬種

（表3/）（Heywood等1995）。實際上對高等物和脊椎動物的了解相對比

較清楚，對于昆蟲、真菌、細菌、病毒、無脊椎動物等類群,科學、有效地施述

過的物種的準確數(shù)目還上十分清楚。如到1991年已記錄的細菌有3058種，但

仍然有很大——