种群生存力分析幻灯片.ppt
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1、种群生存力分析第1页,共56页,编辑于2022年,星期一8.1 8.1 概述概述 种群生存力分析是将实际调查数据与模种群生存力分析是将实际调查数据与模拟技术相结合,运用分析和模拟手段来预测拟技术相结合,运用分析和模拟手段来预测种群在一定时间内的生存概率(或灭绝概率)种群在一定时间内的生存概率(或灭绝概率),并提出相应的挽救措施的过程。,并提出相应的挽救措施的过程。第2页,共56页,编辑于2022年,星期一广义的广义的MVPMVP概念有两种:概念有两种:广义的广义的MVPMVP概念有两种:概念有两种:一种是遗传学概念一种是遗传学概念,主要考虑近亲繁殖和,主要考虑近亲繁殖和遗传漂变对种群遗传变异损
2、失和适合度下降遗传漂变对种群遗传变异损失和适合度下降的影响,即在一定的时间内保持一定遗传变的影响,即在一定的时间内保持一定遗传变异所需的最小种群大小;异所需的最小种群大小;一种是种群统计学概念一种是种群统计学概念,即以一定概率存,即以一定概率存活一定时间所需的最小种群大小。活一定时间所需的最小种群大小。第3页,共56页,编辑于2022年,星期一8.1.1 PVA8.1.1 PVA在保护生物学中的作用在保护生物学中的作用 预测濒危物种未来的种群大小预测濒危物种未来的种群大小;估计一定时间内物种的灭绝概率;估计一定时间内物种的灭绝概率;评估保护措施,确定哪个能使种群的存活时间最长评估保护措施,确定
3、哪个能使种群的存活时间最长;探索不同假说对小种群动态的影响;探索不同假说对小种群动态的影响;指导濒危物种野外数据的搜集工作指导濒危物种野外数据的搜集工作;通过通过PVA可以估计保护区所需面积大小。可以估计保护区所需面积大小。第4页,共56页,编辑于2022年,星期一估计自然保护区最小面积分为估计自然保护区最小面积分为3 3步:步:鉴别目标种或关键种鉴别目标种或关键种,它们的消失或灭绝会,它们的消失或灭绝会明显地降低保护区价值或物种多样性明显地降低保护区价值或物种多样性;确定保证这些物种以较高概率存活的确定保证这些物种以较高概率存活的最小种最小种群数量(最小可存活种群)群数量(最小可存活种群);
4、用已知密度估计用已知密度估计维持最小种群数量所需的面维持最小种群数量所需的面积大小积大小,以此作为保护区的最小面积。,以此作为保护区的最小面积。第5页,共56页,编辑于2022年,星期一8.1.2 8.1.2 起源和发展起源和发展 PVA的思想起源很早,在上世纪初,保护主义者的思想起源很早,在上世纪初,保护主义者提出了保留面积(提出了保留面积(setting aside of areas)技术,即建)技术,即建立自然保护区。目的是想保持整个自然生态系统、群落、立自然保护区。目的是想保持整个自然生态系统、群落、栖息地和物种的健康和多样性。栖息地和物种的健康和多样性。近十几年近十几年PVA的研究迅
5、速发展,已成为保护生物的研究迅速发展,已成为保护生物学的研究焦点之一。上世纪学的研究焦点之一。上世纪80年代,年代,PVA和和MVP研究研究对象是脊椎动物,尤其是哺乳动物和鸟类。进入对象是脊椎动物,尤其是哺乳动物和鸟类。进入90年代,年代,此研究已扩展到无脊椎动物和植物。目前已进行过此研究已扩展到无脊椎动物和植物。目前已进行过PVA研研究的物种超过究的物种超过150多种。多种。第6页,共56页,编辑于2022年,星期一 8.1.3 8.1.3 研究对象与方法研究对象与方法 PVA主要从主要从3个方面来研究种群灭绝过程:个方面来研究种群灭绝过程:分析模型:分析模型:主要是一些数学模型,一般主要是
6、一些数学模型,一般考虑理想条件或特定条件下的灭绝过程;考虑理想条件或特定条件下的灭绝过程;模拟模型:模拟模型:用计算机模拟种群真实动态;用计算机模拟种群真实动态;岛屿生物地理学:岛屿生物地理学:方法则是研究岛屿物方法则是研究岛屿物种的分布和存活,证实分析模型和模拟模型种的分布和存活,证实分析模型和模拟模型的正确性的正确性。第7页,共56页,编辑于2022年,星期一 PVAPVA侧重研究的物种侧重研究的物种其活动为其他几个种创造关键栖息地;其活动为其他几个种创造关键栖息地;其行为增加其他种的适合度;其行为增加其他种的适合度;调节其他种群的捕食者,而且它们的消失调节其他种群的捕食者,而且它们的消失
7、会导致物种多样性下降;会导致物种多样性下降;对人类有精神美学和经济价值;对人类有精神美学和经济价值;稀有种或濒危种。稀有种或濒危种。第8页,共56页,编辑于2022年,星期一 按按ShafferShaffer分类,随机因素分为分类,随机因素分为4 4类:类:统计随机性(统计随机性(Demographic stochasticity)由一定数)由一定数量个体存活和繁殖中的随机事件产生;量个体存活和繁殖中的随机事件产生;环境随机性(环境随机性(Environmental stochasticity)由栖息地)由栖息地常数和种间的竞争、捕食、寄生和疾病随时间的变化而引起;常数和种间的竞争、捕食、寄生
8、和疾病随时间的变化而引起;自然灾害(自然灾害(Natural catastrophes)如洪水、大火、)如洪水、大火、干旱等,以随机时间间隔的方式而发生;干旱等,以随机时间间隔的方式而发生;遗传随机性(遗传随机性(Genetic stochasticity)由奠基者效应由奠基者效应(Founder effect)、随机固定()、随机固定(Random fixation)或近)或近亲繁殖等导致的基因频率变化引起。亲繁殖等导致的基因频率变化引起。第10页,共56页,编辑于2022年,星期一8.1.5 8.1.5 统计、环境和灾害随机性综合分析统计、环境和灾害随机性综合分析 统计随机性:统计随机性:
9、对平均存活时间的作用,随种群对平均存活时间的作用,随种群大小增加,呈几何级数增长。大小增加,呈几何级数增长。这说明统计随机性只对数量在几十至几百只的这说明统计随机性只对数量在几十至几百只的种群起作用。这种关系还取决于种群增长率,增长种群起作用。这种关系还取决于种群增长率,增长率越低,平均存活时间增加越慢。当种群数量或增率越低,平均存活时间增加越慢。当种群数量或增长率超过中等水平后,平均存活时间就变得很长。长率超过中等水平后,平均存活时间就变得很长。环境随机性:环境随机性:对种群平均存活时间的作用,随对种群平均存活时间的作用,随种群大小增加呈线性增长。种群大小增加呈线性增长。第11页,共56页,
10、编辑于2022年,星期一 自然灾害自然灾害对种群平均存活时间的影响,随对种群平均存活时间的影响,随种群大小的对数形式种群大小的对数形式增加而增长,这种关增加而增长,这种关系不仅依赖于种群增长率,而且依赖于灾系不仅依赖于种群增长率,而且依赖于灾害的严重程度和频率。害的严重程度和频率。根据三者对种群灭绝的影响来看,自然根据三者对种群灭绝的影响来看,自然灾害对种群存活的重要性大于环境随机性和灾害对种群存活的重要性大于环境随机性和统计随机性,环境随机性对种群存活的重要统计随机性,环境随机性对种群存活的重要性大于统计随机性。性大于统计随机性。第12页,共56页,编辑于2022年,星期一Shaffer(1
11、987)总结了统计、环境和灾害随机性的行为特征)总结了统计、环境和灾害随机性的行为特征(图(图8-1)。)。图图8-1 种群存活时间种群存活时间T(N)与种群大小与种群大小N之间的之间的一般函数关系一般函数关系第13页,共56页,编辑于2022年,星期一8.1.6 8.1.6 物种的灭绝旋涡物种的灭绝旋涡Gilpin 和和Soule(1986)提出:)提出:旋涡效应(又称灭绝旋涡、旋涡效应(又称灭绝旋涡、Vortex effect):种群变得越小,越容):种群变得越小,越容易受统计随机性、环境随机性和遗传随机性等因子的影响,这些因易受统计随机性、环境随机性和遗传随机性等因子的影响,这些因素又使
12、种群数量更加减少,并驱使种群走向灭绝。小种群衰退直至素又使种群数量更加减少,并驱使种群走向灭绝。小种群衰退直至灭绝的这种趋势被看作一种旋涡效应。灭绝的这种趋势被看作一种旋涡效应。任何环境变化都能导致生物和环境相互作用的正反馈,这些正反馈任何环境变化都能导致生物和环境相互作用的正反馈,这些正反馈将进一步损害种群,有可能导致种群灭绝。这一系列事件称灭绝旋将进一步损害种群,有可能导致种群灭绝。这一系列事件称灭绝旋涡(涡(Extinction Vortices)。)。第14页,共56页,编辑于2022年,星期一第17页,共56页,编辑于2022年,星期一8.2.2 8.2.2 自然灾害自然灾害8.2.
13、2.1 8.2.2.1 灾害对遗传学的灾害对遗传学的MVP MVP 的影响的影响 设种群有设种群有nN 个个体,分成大小为个个体,分成大小为N 的的n 个亚种群。在每个亚种群。在每一代中,一代中,k 个亚种群随机灭绝。重新占居这些灭绝的亚种群的个亚种群随机灭绝。重新占居这些灭绝的亚种群的栖息地的个体,来自剩余的栖息地的个体,来自剩余的n-k 个亚种群中的任一个,此过程个亚种群中的任一个,此过程是独立的和随机的。每个亚种群的灭绝过程和再定居过程是种是独立的和随机的。每个亚种群的灭绝过程和再定居过程是种群基因库的随机样本。在群基因库的随机样本。在t 代,两个基因随机地从种群抽出且代,两个基因随机地
14、从种群抽出且是不同等位基因的概率为:是不同等位基因的概率为:第23页,共56页,编辑于2022年,星期一 8.2.4 8.2.4 有效种群数量(有效种群数量(effective effective population sizepopulation size)的计算)的计算8.2.4.1 有效种群数量(有效种群数量(Ne)有效中群数量为:种群中可生殖个体的有效数量。有效中群数量为:种群中可生殖个体的有效数量。最小生存种群:无论环境随机性、自然灾害、统计随最小生存种群:无论环境随机性、自然灾害、统计随机性、遗传随机性等如何影响,使一个物种在机性、遗传随机性等如何影响,使一个物种在1000年之年之
15、内,有内,有99%的概率存活下来的最小有效种群数量,称为的概率存活下来的最小有效种群数量,称为最小生存种群。最小生存种群。第26页,共56页,编辑于2022年,星期一 基于一个隔离的种群存在基于一个隔离的种群存在2 2个等位基因这一普遍现象,个等位基因这一普遍现象,WrightWright提出方程:提出方程:其中:其中:FF为种群每个世代杂合性降低的估计值;为种群每个世代杂合性降低的估计值;Ne为有效种群数量为有效种群数量。根据该方程,一个有根据该方程,一个有5050个可生育成体的种群,每个世代个可生育成体的种群,每个世代由于稀有等位基因的丧失,其杂合性将下降由于稀有等位基因的丧失,其杂合性将
16、下降1%1%,且,且N Ne e越小,越小,种群杂合性下降越快。该方程说明,孤立的小种群其遗传变异的种群杂合性下降越快。该方程说明,孤立的小种群其遗传变异的丧失非常快。丧失非常快。第27页,共56页,编辑于2022年,星期一 分子遗传学研究发现,对于一个大种群,如果平分子遗传学研究发现,对于一个大种群,如果平均每个基因位点上有两个等位基因,且所有生殖个体均每个基因位点上有两个等位基因,且所有生殖个体都具有相同的将所含有的遗传因子遗传给下一代的机都具有相同的将所含有的遗传因子遗传给下一代的机会,则经过每个世代繁殖,新产生并能保存下来的遗会,则经过每个世代繁殖,新产生并能保存下来的遗传变异是现有遗
17、传变异的传变异是现有遗传变异的1%。Franklin Franklin 和和SouleSoule根据动物饲养经验结合根据动物饲养经验结合WrightWright方程提出,方程提出,5050个个体可能是维持遗传变个个体可能是维持遗传变异性的最小种群数量。异性的最小种群数量。第28页,共56页,编辑于2022年,星期一8.2.4.2 8.2.4.2 世代不重叠种群的有效种群大小的计算世代不重叠种群的有效种群大小的计算 FranklinFranklin(19801980)遗传变异损失的公式:)遗传变异损失的公式:H为经为经t个世代后遗传变异;个世代后遗传变异;t是代数是代数H0是是t=0 时的遗传变
18、异量时的遗传变异量Ne 是有效种群大小是有效种群大小 LacavaLacava和和HughesHughes(19841984)应用)应用KimuraKimura和和CrowCrow(l963l963)提出的确定世代不重叠种群的实际种群大小与有效种群数量的提出的确定世代不重叠种群的实际种群大小与有效种群数量的公式,计算有效种群大小:公式,计算有效种群大小:第29页,共56页,编辑于2022年,星期一K:每个亲本繁殖后代的平均数量;每个亲本繁殖后代的平均数量;V:每个亲本繁殖后代数量的方差;每个亲本繁殖后代数量的方差;N:是实际种群大小。是实际种群大小。这个方程有三点假设这个方程有三点假设:物种是
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