生物工程-物种多样性原理.ppt

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1、第三讲：生物工程原理 物种多样性原理探究：2010北京市高考题保护生物多样性是实现人类社会可持续发保护生物多样性是实现人类社会可持续发展的基础。下列对生物多样性的理解正确展的基础。下列对生物多样性的理解正确的是的是A.生物多样性的丰富程度与自然选择无关生物多样性的丰富程度与自然选择无关B.群落演替过程中的生物多样性逐渐降低群落演替过程中的生物多样性逐渐降低C.物种多样性比较高的生态系统相对稳定物种多样性比较高的生态系统相对稳定D.遗传多样性较低的种群适应环境能力强遗传多样性较低的种群适应环境能力强想一想想一想1：我们是否能够正确解答这个我们是否能够正确解答这个题目，阻碍我们正确解答题题目，阻碍

2、我们正确解答题目的因素有哪些？目的因素有哪些？想一想想一想2：为什么物种多样性比较：为什么物种多样性比较高的生态系统相对稳定？这对于高的生态系统相对稳定？这对于我们的生态工程建设有什么意义我们的生态工程建设有什么意义？主讲内容主讲内容生物多样性的形成生物多样性的形成生物多样性生物多样性生态工程原理生态工程原理物种多样性原理物种多样性原理一一 生物多样性生物多样性 生物多样性生物多样性包括地球上所有植物、动物、微生物包括地球上所有植物、动物、微生物和它们所拥有的全部基因以及由这些生物和环和它们所拥有的全部基因以及由这些生物和环境构成的各种各样的生态系统。境构成的各种各样的生态系统。遗传多样性（基

3、因多样性）遗传多样性（基因多样性）物种多样性物种多样性 生态系统多样性生态系统多样性生物多样性是地球上生物多样性是地球上40亿年生物进化留下来的亿年生物进化留下来的宝贵财富，是人类赖以生存和发展的基础。宝贵财富，是人类赖以生存和发展的基础。因此，我们的保护也因此，我们的保护也要从基因、物种和生要从基因、物种和生态系统三个层次着手。态系统三个层次着手。1.1.遗传多样性遗传多样性主主要要指指物物种种内内不不同同种种群群和和个个体体间间的的遗遗传传变变异异总总和和，也也称称为为基基因因多多样样性性，即即地地球球上上生生物物个个体体所所包包含含的的遗遗传传信信息息总总和和。包括：分子、细胞和个体水平

4、包括：分子、细胞和个体水平3个层次个层次的多样性。的多样性。2.2.物种多样性物种多样性物种多样性是物种水平的生物多样性，是用物种多样性是物种水平的生物多样性，是用一个区域的物种种类的丰富程度和分布特征一个区域的物种种类的丰富程度和分布特征来衡量的。来衡量的。物种的丰富度是指一个群落或生境中物种数目的物种的丰富度是指一个群落或生境中物种数目的多寡。多寡。物种的均匀度指一个群落或生境中全部物种所有物种的均匀度指一个群落或生境中全部物种所有个体数目的分布状况，反映了各物种个体数目分个体数目的分布状况，反映了各物种个体数目分布的均匀程度。布的均匀程度。通常一个物种的种群越大，通常一个物种的种群越大，

5、它的遗传多样性就越大。物它的遗传多样性就越大。物种多样性是生物多样性最直种多样性是生物多样性最直观、最基本的表现。观、最基本的表现。物种多样性物种多样性我国是世界上物种多样性最丰富的国家之一我国是世界上物种多样性最丰富的国家之一地球表面的动植物、微生物的总数达到地球表面的动植物、微生物的总数达到500万万-3000万种，万种，已经记录的大约有已经记录的大约有140万万-170万。万。我国已经记录的物种总数达我国已经记录的物种总数达29万种。拥有高等植万种。拥有高等植物物3万余种，万余种，脊椎动物脊椎动物6347种，均居世界首位；还有昆虫种，均居世界首位；还有昆虫15万万种，更重要种，更重要的是

6、，高等植物中有的是，高等植物中有17300多个特有种，脊椎动多个特有种，脊椎动物有物有677个特有种。我国是世界上物种多样性最丰富的国家个特有种。我国是世界上物种多样性最丰富的国家之一。之一。银杉银杉水杉水杉白鳍豚特有物种：特有物种：古老物种：古老物种：大叶木兰鹅掌楸扬子鳄扬子鳄3.3.生态系统多样性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指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化，以及生态系统内生境差异和生态过程样化，以及生态系统内生境差异和生态过程的多样性。的多样性。生境主要指地貌、气候、土壤和水文等无机环境。生境主要指地貌、气候、土壤和水文等无机环境。生物群落的多样化是指生物

7、群落的组成、结构和动生物群落的多样化是指生物群落的组成、结构和动态方面具有多样性。态方面具有多样性。生物群落结构的不同层次中都由不同生物组成，形生物群落结构的不同层次中都由不同生物组成，形成了生态系统内的不同生境，它们在生态过程中发成了生态系统内的不同生境，它们在生态过程中发挥的作用都不同，即体现了生态过程的多样化。挥的作用都不同，即体现了生态过程的多样化。生态系统多样生态系统多样（27个大类，个大类，460个类型）个类型）一般说，一个物种的种群一般说，一个物种的种群越大，它的遗传多样性就越丰越大，它的遗传多样性就越丰富。遗传多样性导致了物种多富。遗传多样性导致了物种多样性，物种多样性与多种多

8、样样性，物种多样性与多种多样的生境构成了生态系统多样性。的生境构成了生态系统多样性。全球特有物种最丰富的全球特有物种最丰富的10个国家个国家两栖类鸟类哺乳类世界有约世界有约141300个物种被描述个物种被描述由于人口压力，栖息地的破坏，环境的污染使我国的大由于人口压力，栖息地的破坏，环境的污染使我国的大量量物种处于不同等级的濒危状态。如：物种处于不同等级的濒危状态。如：我国特有的海南黑冠长臂猿只有我国特有的海南黑冠长臂猿只有50-200只，大熊猫只只，大熊猫只有约有约1000只，而被子植物中大约有只，而被子植物中大约有15-20处于濒危或受到威处于濒危或受到威胁。胁。坡垒坡垒珙桐珙桐已经灭绝或

9、者在我国境内绝迹的物种：已经灭绝或者在我国境内绝迹的物种：处于濒临灭绝状态的物种：处于濒临灭绝状态的物种：新新疆疆虎虎野野马马银杉银杉人参人参野骆驼野骆驼金丝猴金丝猴大熊猫大熊猫 “物种的灭绝时一个自然过程，但物种的灭绝时一个自然过程，但目前认为人为的活动大打加速了物目前认为人为的活动大打加速了物种灭绝的速度。物种一旦灭绝，便种灭绝的速度。物种一旦灭绝，便不可再生，生物多样性的消失将造不可再生，生物多样性的消失将造农业、医药卫生保健、工业方面的农业、医药卫生保健、工业方面的根本危机，造成生态环境的破坏，根本危机，造成生态环境的破坏，威胁人类自身的生存。威胁人类自身的生存。摘自摘自中国环境保护中

10、国环境保护21世纪议程世纪议程一则资料：一则资料：地球上自从地球上自从3535亿年前出现生命以来，已有亿年前出现生命以来，已有5 5亿种生物存亿种生物存在，如今绝大多数已消逝。物种灭绝作为地球上生命进化史在，如今绝大多数已消逝。物种灭绝作为地球上生命进化史的一种自然现象，本是正常事件，如的一种自然现象，本是正常事件，如2 25 5亿年前三叶虫，亿年前三叶虫，65006500万年前的恐龙均已灰飞烟灭。但自从人类进入工业社会，万年前的恐龙均已灰飞烟灭。但自从人类进入工业社会，目空一切地参与大自然的事物以后，使整个绝灭时间表大大目空一切地参与大自然的事物以后，使整个绝灭时间表大大提前。地质时代物种灭

11、绝的速度极为缓慢，鸟类平均提前。地质时代物种灭绝的速度极为缓慢，鸟类平均300300年年灭绝灭绝1 1种，兽类平均种，兽类平均80008000年灭绝年灭绝1 1种。到种。到16001600年至年至17001700年，每年，每1010年灭绝年灭绝1 1种动物；种动物；18501850年到年到19501950年，鸟兽的平均灭绝速度年，鸟兽的平均灭绝速度为每年一种，即有为每年一种，即有100100多种动物灭绝，而且这种灭绝还以加多种动物灭绝，而且这种灭绝还以加速度的趋势进行着。速度的趋势进行着。16001600年以来，记录在案的动物灭绝资料年以来，记录在案的动物灭绝资料已经够惊人的：已经够惊人的：1

12、20120种兽类和种兽类和250250种鸟类已不复存在。据联合种鸟类已不复存在。据联合国环境规划署的一份报告：目前世界上每分钟有国环境规划署的一份报告：目前世界上每分钟有1 1种植物灭种植物灭绝、每天有绝、每天有1 1种动物灭绝，这种远远高于自然的种动物灭绝，这种远远高于自然的“本底灭绝本底灭绝”速率上千倍的局面是有关地球生命生存状况与质量的严峻速率上千倍的局面是有关地球生命生存状况与质量的严峻警告！警告！生物多样性面临威胁的原因：生物多样性面临威胁的原因：1、滥砍乱伐、滥砍乱伐 2、滥捕乱杀滥捕乱杀 3、环境污染环境污染 4、外来物种入侵、外来物种入侵保护生物多样性的原理保护遗传多样性保护物

13、种多样性保护生态系统多样性生物多样性的保护生物多样性的保护思想认识：政府部门和社会各界应当深刻政府部门和社会各界应当深刻认识生物多样性的价值。在制定经济发展认识生物多样性的价值。在制定经济发展政策时，确保生物多样性的可持续利用。政策时，确保生物多样性的可持续利用。生物多样性保护的主要途径包括就地保护生物多样性保护的主要途径包括就地保护（in situ）、）、移地保护（移地保护（ex situ）。）。其中，其中，就地保护是生物多样性保护的最有效的措就地保护是生物多样性保护的最有效的措施。施。1.下列关于生物多样性的说法，不正确的是（下列关于生物多样性的说法，不正确的是（）A、地球上所有的植物、动

14、物和微生物，它们所拥、地球上所有的植物、动物和微生物，它们所拥有的全部基因以及各种各样的生态系统，共同构成有的全部基因以及各种各样的生态系统，共同构成了生物多样性。了生物多样性。B、生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生、生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。态系统多样性。C、物种多样性是生物多样性最直观、最基本的表、物种多样性是生物多样性最直观、最基本的表现。现。D、保护生物多样性就是在物种及生态系统两个层、保护生物多样性就是在物种及生态系统两个层次上采取保护战略和保护措施。次上采取保护战略和保护措施。学习效果评估（完成用时学习效果评估（完成用时5分钟）分钟）D材料一：我国

15、西北某县野生甘草面积在材料一：我国西北某县野生甘草面积在1967年为年为4万多公万多公顷，顷，30年后便有一半被挖尽。现在野生甘草资源已经枯竭。年后便有一半被挖尽。现在野生甘草资源已经枯竭。材料二：一种原产日本的林业害虫，于材料二：一种原产日本的林业害虫，于20世纪世纪80年代侵年代侵入我国华南沿海地区，并且由于缺乏天敌而迅速蔓延开来。入我国华南沿海地区，并且由于缺乏天敌而迅速蔓延开来。据据l990年统计，这种害虫使该地区年统计，这种害虫使该地区l3万多公顷的马尾松林万多公顷的马尾松林受到危害。受到危害。（1）材料一表明，许多野生动植物资源枯竭的主要原因）材料一表明，许多野生动植物资源枯竭的主

16、要原因是是_。（2）材料二表明，外来物种的侵入，会直接威胁到）材料二表明，外来物种的侵入，会直接威胁到_。（3）侵入的外来物种往往会迅速蔓延开来，主要是因为）侵入的外来物种往往会迅速蔓延开来，主要是因为_。保护生物多样性应在。保护生物多样性应在_三个层次三个层次上采取保护措施。上采取保护措施。问题探究：想一想生物问题探究：想一想生物多样性是如何形成的？多样性是如何形成的？物种的形成与生物多样物种的形成与生物多样性之间有怎样的内在联性之间有怎样的内在联系系物种是生物存在的基本方式，物物种是生物存在的基本方式，物种的形成是新基因库产生和发展种的形成是新基因库产生和发展的基础，直接导致了生物多样性的

17、基础，直接导致了生物多样性的增加。的增加。生物多样性的形成集中反应在物种生物多样性的形成集中反应在物种的形成上。的形成上。二、二、生物多样性形成生物多样性形成一一 物种形成的方式物种形成的方式渐进式的物种形成渐进式的物种形成骤变式的物种形成骤变式的物种形成1、渐进式的物种形成、渐进式的物种形成 遗传多样性导致物种形成遗传多样性导致物种形成一个物种的种群生存条件发生变化，它的命运一个物种的种群生存条件发生变化，它的命运就会发生变化，也许灭绝，也许进化成为新物就会发生变化，也许灭绝，也许进化成为新物种，也许分布的范围会发生变化，这一切都决种，也许分布的范围会发生变化，这一切都决定于物种的遗传多样性

18、。定于物种的遗传多样性。即：遗传多样性越丰富，进化成为新物种的可即：遗传多样性越丰富，进化成为新物种的可能性就越大。能性就越大。如温室效应对落叶松种群发展趋势的影响、加拉帕戈斯温室效应对落叶松种群发展趋势的影响、加拉帕戈斯群岛上群岛上13种地雀的进化关系种地雀的进化关系2.骤变式的物种形成骤变式的物种形成由于个体的染色体结构变异、染色体加倍由于个体的染色体结构变异、染色体加倍以及远源杂交，再经自然选择而成为新的以及远源杂交，再经自然选择而成为新的物种。物种。这是一种只经过一、两代就能产生新物种的这是一种只经过一、两代就能产生新物种的方式。由于多倍体一旦形成，它和原来的物方式。由于多倍体一旦形成

19、，它和原来的物种就发生生殖隔离，因而成了新物种。种就发生生殖隔离，因而成了新物种。多倍体在动物界极少发生，在植物界却相当多倍体在动物界极少发生，在植物界却相当普遍，例如普通小麦、棉花、甘蔗、香蕉等。普遍，例如普通小麦、棉花、甘蔗、香蕉等。远源杂交实验：远源杂交实验：黑麦黑麦（2n=14）X 普通小麦（普通小麦（6n=42）杂种一代杂种一代4n=(7+21)小黑麦小黑麦8n=56染染色色体体加加倍倍 秋秋水水仙仙素素二二 生物都生活在由生物因素和生物都生活在由生物因素和非生物因素组成的生态因素中非生物因素组成的生态因素中生物都生活在一定的生态环境中，不但要生物都生活在一定的生态环境中，不但要受到

20、无机环境的影响，还要受到其他生物受到无机环境的影响，还要受到其他生物的影响，并与其他生物发生关联，保持相的影响，并与其他生物发生关联，保持相互协调，相互选择，协同进化。互协调，相互选择，协同进化。.协同进化（共同进化）：协同进化（共同进化）：在自然界，一种植物在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉专门由一种昆虫传粉的情形很常见，昆虫的情形很常见，昆虫传粉的专门化对植物传粉的专门化对植物繁衍后代有什么意义？繁衍后代有什么意义？捕食者的存在是否对被捕食者有害无益？捕食者的存在是否对被捕食者有害无益？捕食者的存在是否对被捕食者有害无益？捕食者的存在是否对被捕食者有害无益？捕食者所捕食的大多是被捕食者中

21、年老、捕食者所捕食的大多是被捕食者中年老、病弱或年幼的个体，客观上起到促进种群病弱或年幼的个体，客观上起到促进种群发展的作用。发展的作用。“精明的捕食者精明的捕食者”策略：捕食者一般不能将所有策略：捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，否则自己也无法生存。的猎物吃掉，否则自己也无法生存。“收割理论收割理论”：捕食者往往捕食个体数量多的：捕食者往往捕食个体数量多的物种，这样就会避免出现一种或几种生物在生物种，这样就会避免出现一种或几种生物在生态系统中占绝对优势的局面，为其他物种的形态系统中占绝对优势的局面，为其他物种的形成腾出空间有利于增加物种的多样性成腾出空间有利于增加物种的多样性。共同进化的含义共

22、同进化的含义1：不同物种间的共同进化：不同物种间的共同进化地球形成时原始大气中是没有氧气的，但是地球形成时原始大气中是没有氧气的，但是随着光合细菌的出现，使得大气中有了氧气随着光合细菌的出现，使得大气中有了氧气共同进化的含义共同进化的含义2：生物和无机环境间也生物和无机环境间也存在共同进化。存在共同进化。不同物种之间，生物与无机环境之间在相互影响不同物种之间，生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是共同进化中不断进化和发展，这就是共同进化通过漫长的共同进化过程，地球上不仅出现了通过漫长的共同进化过程，地球上不仅出现了千姿百态的物种，而且形成了多种多样的生态千姿百态的物种，而且形成了

23、多种多样的生态系统，也就是形成了生物的多样性系统，也就是形成了生物的多样性综上所述：综上所述：生态系统多样性的形成生态系统多样性的形成地球上的所有生物彼此之间有着或远或地球上的所有生物彼此之间有着或远或近的亲缘关系，都起源于共同的祖先。近的亲缘关系，都起源于共同的祖先。在适应不同环境和向不同方向发展的过在适应不同环境和向不同方向发展的过程中形成了多彩多姿、千变万化的生物程中形成了多彩多姿、千变万化的生物世界。世界。实质上，物种形成过程就是生物多样性实质上，物种形成过程就是生物多样性增加的过程，随着物种多样性的增加，增加的过程，随着物种多样性的增加，生物的分布范围增大，分布的生境类型生物的分布范

24、围增大，分布的生境类型增多，从而形成了生态系统的多样性。增多，从而形成了生态系统的多样性。遗传多样性遗传多样性物种多样性物种多样性生态系统多样性生态系统多样性生境生境基础基础遗传多样性遗传多样性物种多样性物种多样性生态系统多样性生态系统多样性 选选择择经经隔隔离离 组组成成+生生境境是生物多样性最直观、最基本的表现是生物多样性最直观、最基本的表现生物多样性的宏观表现生物多样性的宏观表现分子水平分子水平细胞水平细胞水平个体水平个体水平生生物物多多样样性性层次层次形成形成DNA和蛋白质分子的多样性和蛋白质分子的多样性染色体多样性染色体多样性表现型的多样性表现型的多样性物种的形成物种的形成方式方式长

25、期的地理隔离，导致生殖隔离长期的地理隔离，导致生殖隔离染色体变异、加倍及远源杂交，再染色体变异、加倍及远源杂交，再经自然选择经自然选择基基础础完成完成6.阶段学习评估阶段学习评估（用时（用时10分钟）分钟）答案：答案：（1）突）突变变（变变异）、自然异）、自然选择选择（2）种群）种群 基本基本单单位位（3）基因）基因库库（4）1）生存斗争（种内斗争）生存斗争（种内斗争）2）联联趾型个体趾趾型个体趾间间有蹼，游泳，可以从有蹼，游泳，可以从水中水中获获取食物。因此，在取食物。因此，在岛岛上食物短缺上食物短缺时时，联联趾个体的生存和繁殖机会趾个体的生存和繁殖机会较较多。多。3）基因）基因频频率率（5

26、）遗传遗传 PCR（聚合（聚合酶酶链链反反应应）生态工程的原理生态工程的原理物种多样性原理物种多样性原理1.1.物质循环再生原理物质循环再生原理3.3.物种多样性原理物种多样性原理2.2.协调与平衡原理协调与平衡原理物种多样性原理物种多样性原理物种越丰富，生态系统的抵物种越丰富，生态系统的抵抗力稳定性越高抗力稳定性越高资料分析讨论：请思考并解答问题（用时资料分析讨论：请思考并解答问题（用时3分钟）分钟）1.1.为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？而珊瑚礁区却能够亿株杨树会毁于一旦？而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物在养分稀少

27、的深海中，保持着很高的生物多样性？多样性？纯樟子松林、杨树林的生物多样性纯樟子松林、杨树林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫、天低，食物链短而单调，缺少松毛虫、天牛的天敌，而成片单一的林木又为其提牛的天敌，而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源，因而会导致了树供了丰富的食物来源，因而会导致了树林的毁坏。林的毁坏。珊瑚礁区的生物多样性高，食物链珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据了不同的时间位、复杂，不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。例如，氮、磷等养礁生态系统的环境。例如，氮、磷等养分就能

28、够在该区生物体间充分地循环利分就能够在该区生物体间充分地循环利用而很少流出系统外。用而很少流出系统外。2.2.从上面正面和反面的实例，你能得出怎样从上面正面和反面的实例，你能得出怎样的结论？你认为生物多样性的破坏有人为因的结论？你认为生物多样性的破坏有人为因素吗？素吗？只有保持生态系统较高的生物多样只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。性，才能保证生态系统的稳定和平衡。生物多样性的破坏有人为因素，而且往生物多样性的破坏有人为因素，而且往往作用巨大。往作用巨大。4 4、大区域生态系统恢复工程、大区域生态系统恢复工程问题问题:我国土地荒我国土地荒 漠化问题漠化问题对策对策

29、:植树造林植树造林、退耕、退耕 还林、还草还林、还草 案例案例:退耕还草退耕还草和和三北防护林建设三北防护林建设生态工程的实例生态工程的实例讨论：物种多样性与生态系统的营养结讨论：物种多样性与生态系统的营养结构之间的关系？构之间的关系？1.生态系统的营养结构生态系统的营养结构食物链和食物网食物链和食物网2.处于同一营养级的物种多样性越多，营养处于同一营养级的物种多样性越多，营养结构越复杂，生态系统的抵抗力稳定性越结构越复杂，生态系统的抵抗力稳定性越强，生态系统的自动调节能力越强。强，生态系统的自动调节能力越强。学习效果评估（完成习题4（1）（2）此过程需要3分钟答案（1）D（2）C谢谢！谢谢！