保护生物学讲义

1保护生物学讲义绪论1.1定义*（Definition)*研究生物多样性保护的科学,即研究从保护生物物种及其生存环境着手来保护生物多样性的科学。研究人类社会活动和环境变化对生物多样性的影响，以及如何对自然生态系统进行有效的管理与保护，使之能够为人类持续利用的一门学科。研究直接或间接受人类活动或其它因子干扰的物种、群落、生态系统的生物学。研究保护物种，保存生物多样性和持续利用生物资源问题的学科。生物多样性的定义与层次*生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体，以及与此相关的各种生态过程的总和。包括动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与其生存环境形成的复杂的生态系统。*四个层次：遗传（基因）多样性、物种多样性、生态系统多样性、（景观多样性）遗传多样性指生物体内决定性状的遗传因子及其组合的多样性。它决定其他两个层次的生物多样性。物种多样性指生命的有机体即动物、植物、微生物物种的多样化。生态系统多样性指生物圈内生境、生物群落和生态系统的多样性以及生态系统内生境差异、生态过程变化的惊人的多样性，代表各种不同生境条件下物种的群集反应。1.2生物多样性的价值1.3人类与自然关系的演化1.4生物多样性的危机及其根源1.5保护生物学的诞生1.6保护生物学的结构和特征1.7保护生物学的未来研究第一章遗传多样性*geneticdiversityDefinitionsofgeneticdiversity广义：指地球上所有生物所携带的遗传信息的总和。通常谈及生态系统多样性或物种多样性时也就包含了各自的遗传多样性。2*狭义：主要指种内不同群体间（两个隔离地理种群间）及单个群体（种群）内个体间的遗传变异总和，即基因多样性(genediversity)。一、遗传多样性的含义遗传多样性是指生物种内的遗传变异；遗传多样性的表现是多层次的；遗传多样性是指种内可遗传的变异；遗传多样性的本质是生物体在遗传物质上的变异，即编码遗传信息的核酸（DNA或RNA）在组成和结构上的变异。二、遗传多样性的起源遗传突变mutation，包括点突变和染色体突变重组染色体突变染色体突变是指染色体结构、数目和大小的改变染色体结构的变化有几种情况：缺失deletion，即染色体上一个片段的丢失；重复duplication，即染色体上某些片段的重复性增加；倒位inversion，即染色体内部结构的顺序发生颠倒；易位translocation，即非同源的染色体片段出现了交换。染色体数目的变化包括非整倍体、单倍体和多倍体现象点突变指在核酸上一个或少数核苷酸的改变，包括：碱基替换basesubstitution：指一个碱基对被另一个碱基对替换。插入或缺失突变（或称移码突变frameshiftmutation）：指一个或几个碱基对的增加或丢失，可造成蛋白质的氨基酸序列发生较大的变化。重组包括DNA分子间重组和染色体重组DNA重组指DNA分子间通过交换等相互作用而产生新的分子形式。染色体重组，传统上也称遗传重组，通常指两个同源染色体间部分区段的交换或互换。遗传多样性表现形式的层次*–在分子水平，可表现为核酸、蛋白质、多糖等生物大分子的多样性；–在细胞水平可体现在染色体结构的多样性以及细胞结构与功能的多样性；–在个体水平，可表现为生理代谢差异、形态发育差异以及行为习性的差异。–遗传多样性通过对上述各层次的生物性状的影响，导致生物体的不同适应性，进而影响生物的分布和演化。3–许多遗传变异并不导致任何可观测到的表型上的差异。三、检测遗传多样性的主要方法形态学水平染色体水平等位酶水平DNA水平四、研究遗传多样性的意义有助于进一步探讨生物进化的历史和适应潜力；有助于推动保护生物学研究；有助于生物资源的保存和利用。第二章物种多样性speciesdiversity一、物种多样性的概念**指生命的有机体即动物、植物、微生物物种的多样化。代表物种演化的空间范围和对特定环境的生态适应性，同时给人们提供了资源和后备资源。物种多样性的两方面含义*（1）一定区域内物种的总和。主要从分类学、系统学和生物地理学角度对物种的状况进行研究，或称为区域物种多样性；（2）生态学方面的物种分布的均匀程度，常常是从群落组织水平上进行研究，或称生态多样性或群落物种多样性。两种含义的区别主要在于研究的层次和尺度的不同。前一种含义主要通过区域调查进行研究，后一种含义主要是通过样方或样点在群落水平上进行研究。新种连续不断被发现。上个世纪发现的两个重要的新种是涉及到了“活化石”（livingfossil），即该种被认为早已灭绝。1938年印度洋矛尾鱼（Latimeriachalumnae），属于海洋鱼类腔棘鱼，它们曾在古海洋普遍分布，但认为在650万年前已灭绝。进化生物学家对腔棘鱼有特别的兴趣，因为它被认为可能是最初陆生动物的祖先。1945年于四川东部（现湖北省利川县）发现了水杉（Metasequoiaglytostroboides）。随后的调查和植物学研究弄清楚了这种树木属于一个曾在中生代广泛分布并遍及北半球的植物属，但它显然已经在数千万年前灭绝。其它更多不显眼的种？物种多样性特丰富国家*巴西、哥伦比亚、厄瓜多尔、秘鲁、墨西哥、扎伊尔、马达加斯加、澳大利亚、中国、印度、印度尼西亚、马来西亚在内的12个生物多样性特丰富国家拥有全世界60-70%甚至更高的生物多样性。重要生物类群物种数目最多的前10个国家热点地区及特有物种Myers（1988－1990）提出18个物种多样性热点地区属于热带的有14个，属于地中海类型的有4个。它们虽然仅有地球表面积的0.5%，却拥有全球20%的植物物种，拥有500004个特有植物物种。Internationalhot-spots(Myersetal,2000)•热点地区的选择：–特有性1500种特有维管植物（世界植物总数的0.5%）鱼类以外的脊椎动物–受威胁程度：原始植被的丧失率大于70%热带物种丰富的原因分析•现象–世界热带森林仅占全球面积的7%，但它包含有世界上一半以上的物种。–这个估计仅只是根据有限的昆虫和节肢动物的样方推算，并类推出占有世界物种的大多数。–May（1992）认为热带地区未被记录的昆虫种数约有500到3000万种。如果该数字是正确的，意味着分布在热带森林的昆虫可能构成世界物种的90%以上。有花植物、裸子植物、蕨类植物约有86000种产于热带美洲，38000种产于热带非洲和马达加斯加，热带亚洲包括新几内亚和热带澳洲共有45000种。其总数约为全世界250000种的三分之二，即10万种以上的这些植物产于热带森林中。大约有世界鸟数30%的种，即1300种产于热带美洲，热带非洲有400种，热带亚洲有900种—均依附于热带森林。由于没有包括可能部分依赖热带森林的迁徙性鸟类。这个数可能估计偏低。原因在地质时期，热带比温带具有更稳定的气候。热带群落比温带群落古老、专化。多数热带地区暖热和高湿度为许多不适宜温带的种类提供了良好的条件。热带可能有来自有害生物、寄生和疾病的极大压力。协同生存。热带植物的异型杂交（outcrossing）率（与同种其他个体远系繁殖，以避免自花授粉）似乎较温带植物要高。在一年内热带地区比温带地区可能接受更多的太阳能。协同生存1976年，德国学者哈肯创立了“协同论”，描述了系统进化过程中内部要素及其相互之间的协同行为，并指出这种协同行为是系统进化的必要条件。协同进化理论的核心是中国古代的“相生相克”理论，即一些生物个体、种群的进化与另一些生物个体、种群的进化相互关系是相生相克的关系，它们之间通过生存竞争，各自夺取所需资源，求得自身的生存和发展；又通过协同，相互利用、共同生存、节约资源，求得生态系统的生存平衡和持续发展。三、中国的物种多样性•我国疆域辽阔，地形、气候复杂，南北跨越寒、温、热三带，生态环境多样，孕育了丰富的物种资源。由于具有独特的自然历史条件，特别是第三纪后期以来，受冰川影响较小，使我国的动、植物区系具有自己的特点，保留了许多北半球其他地区早已灭绝的古老孓遗和残遗的种类。我国是生物多样性特丰富国家之一。5在亚洲，中国维管束植物、哺乳动物、鸟类、两栖类、爬行类、鱼类及凤尾蝶类物种最为丰富。中国的物种数量约占世界物种总数的10%左右。其中哺乳动物占有种数为世界第5位，鸟类为世界第6位，两栖类为世界第6位，种子植物居世界第3位。新分类群和新记录仍在不断发表和增加。估计有昆虫15万种以上，而已定名的有4万种左右，约占总数的1/4。相对来说，动物中的哺乳类、鸟类、爬行类、两栖类及鱼类，植物中的苔藓、蕨类、裸子植物和被子植物，已知种数较为清楚。我国特有物种较为丰富，特有植物估计有15000-18000种，约占维管植物总数的50-60%，在世界上处于第7位。特有高等脊椎动物在世界上处于第8位。各类群中特有属、种所占比例存在较大差异。特有物种在地理分布上也不均匀。中国植物特有属大致有川东-鄂西、川西-滇西北和滇东南-桂西三大特有现象中心。脊椎动物中，横断山区、青藏高原也具有较多的特有种。我国有14个具有国际意义的陆地生物多样性关键地区，5个湿地和淡水生物多样性关键地区，11个海岸和海洋生物多样性关键地区。（生态系统多样性中讲）第三章生态系统多样性ecosystemdiversity生态系统是生物群落与其环境形成的生态复合体，是生命系统中重要的组织层次，是自然界的基本单位。生态系统类型多样，其组成、结构、分布和动态等特征极富变化；又为其他水平的生物多样性的研究提供有用的资料，特别是栖息地。一、概念*concept与类型type生态系统多样性*指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样性以及生态系统内生境差异、生物群落和生态过程变化的惊人的多样性。*代表各种不同生境条件下物种的群集反应。此处的生境主要是指无机环境，如气候、地貌、地形、土壤、水文等生境的多样性是生物群落多样性乃至整个生物多样性形成的基本条件。生物群落的多样性主要指群落的组成、结构和动态（包括演替和波动）方面的多样化。生态过程指生态系统的生物组分之间及其与环境之间的相互作用或相互关系，表现在系统的能流、物质循环和信息传递等方面。是生物多样性研究的重点。生态系统多样性是生物多样性研究的重点•是基因到景观乃至生物圈的不同水平研究的综合。例如，濒危物种的保护从不同水平上去探索物种濒危机制，从生境或生态系统水平上考虑保护措施；•不同类群或不同学科研究的综合。生态系统多样性维持机制的研究不仅注重生境更注重不同生物类群的作用及其相互关系对系统稳定性的影响。6生态系统的分类及分布规律*•生态系统类型宏观上主要按生境性质划分。如海洋、湿地、森林生态系统等。•在地球上不同的地理环境中，由于太阳辐射、降水、氧分压、蒸发强度等因素的差异，发育着不同的生态系统类型。•这些生态系统类型的分布具有纬度、经度和垂直地带性分布规律。二、中国生态系统多样性•中国生态系统分类多以中国植被的分类为依据，并将其分成595类生态系统：–中国主要陆地生态系统类型（1）森林生态系统（2）灌丛生态系统（包括灌草丛生态系统）（3）草原生态系统（4）荒漠生态系统（5）湿地生态系统（6）海洋与海岛生态系统（7）农田生态系统森林生态系统•寒温性针叶林•温带针阔混交林•暖温带落叶阔叶和针叶林•亚热带常绿阔叶林和针叶林•热带季雨林、雨林草原生态系统•温带草原–草甸草原–典型草原–荒漠草原•高寒草原•荒漠区山地草原生物多样性的关键地区criticalarea•是指对于生物多样性保护具有重要意义的地区。•确定关键地区的4条原则*：–丰富性。热带最丰富。–特殊性。我国的高寒植被和常绿阔叶林。–受威胁的程度。濒危物种、易危物种、稀有物种、稀有物种、数量下降但未列入IUCN名录的物种。–经济价值。热带最高。中国生物多样性关键地区*具有国际意义的陆地生物多样性关键地区I吉林长白山地区II河北北部山地地区III陕西秦岭太白山地区IV四川西部高山峡谷地区V云南西部高山峡谷地区7VI湖南、贵州、四川、湖北边境山地地区VII广东、广西、湖南、江西南岭山地地区VIII浙江、福建山地地区IX台湾