生物多样性生物多样性的概念与层次.pptx

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1、本课程讲授以下章节：第一章 生物多样性的概念与层次第二章 生物多样性的价值第三章 生物多样性的形成与演化第四章 生物多样性的丧失第五章 外来物种对生物多样性的影响第六章 遗传多样性的扩展与安全第七章 生物多样性的现状第八章 生物多样性的保护第1页/共96页建议教材：田兴军主编，2005，生物多样性及其保护生物学，化学工业出版社，311页。第2页/共96页参考书目：中国科学院生物多样性委员会，1992，生物多样性译丛（一），中国科学技术出版社，272页。世界资源研究所等，1992，全球生物多样性策略，中国标准出版社，177页。陈灵芝主编，1993，中国的生物多样性现状及其保护对策，科学出版社，2

2、43页。中国科学院生物多样性委员会，1994，生物多样性研究的原理与方法，中国科学技术出版社，237页。第3页/共96页王献溥,刘玉凯，1994，生物多样性的理论与实践，中国环境科学出版社，257页。胡志昂，张亚平主编，1997，中国动植物的遗传多样性，浙江科学技术出版社，198页。季维智，宿兵主编，1999，遗传多样性研究的原理与方法，浙江科学技术出版社，218页。Primack,R.，季维智主编，2000，保护生物学基础，中国林业出版社，267页。Krishnamurthy,K.V.著，张正旺主译，2006，生物多样性教程，化学工业出版社，225页。第4页/共96页第一章 生物多样性的概念

3、与层次第5页/共96页1 什么是生物多样性Biodiversity？1.1 生物多样性的概念1987年联合国环境规划署正式引用“生物多样性Biodiversity”这一概念。1995年联合国环境规划署发表了全球生物多样性评估，并将生物多样性作了定义：生物多样性是所有生物物种、种内遗传变异和它们与生存环境构成的生态系统的总和。第6页/共96页简单来说，生物多样性是一个地区内基因、物种和生态系统多样性的总和。包括所有植物、动物、微生物的物种；包括生物圈的各类生态系统及其形成过程；包括各类生物物种基因的数量和频率。第7页/共96页生物多样性分为3个层次：遗传多样性物种多样性生态系统多样性第8页/共9

4、6页1.2 生物多样性的研究历史概况生物多样性概念最初由Fisher和Williams（1943）在研究昆虫物种多度关系时提出；Preston（1948）在研究鸟类群落相对多度时，提出了对数正态分布模型；MacArthur（1957）提出了鸟类物种多度分布的分割线段模型；Whittker（1972）在研究植物群落演替过程时提出了生态位有限占领假说；第9页/共96页20世纪80年代以前，生物多样性的概念更多局限于群落的组织水平；20世纪80年代中后期，生物多样性逐渐成为生态学、保护生物学，乃至整个生物学领域的重要概念，成为人们关注和研究的热点。第10页/共96页1.3 生物多样性的研究领域包括5

5、个核心领域和4个交叉领域。第11页/共96页5 个核心领域：生物多样性的起源、维持和丧失的机理；生物多样性的生态系统功能；生物多样性的编目和分类；生物多样性的评价和监测；生物多样性的保存和恢复。第12页/共96页4 个交叉领域：人类活动对生物多样性的影响；土壤及沉积物的生物多样性；海洋生物多样性；微生物多样性。第13页/共96页2 遗传多样性genetic diversity2.1 遗传多样性的概念遗传多样性是指种内基因的变化。遗传多样性是遗传信息的总和，蕴藏在地球上植物、动物和微生物个体的基因中。广义的遗传多样性是指地球上所有生物所携带的遗传信息的总和。第14页/共96页狭义的遗传多样性指生

6、物种内不同群体或同一群体内不同个体遗传变异的总和。这包括了同种的显著不同的种群（如水稻有几千个品种）或同一种群内的遗传变异（如印度犀牛有很多变异，而猎豹则很少）。所有的遗传多样性都发生在分子水平。自然界中存在的变异源于突变的积累，在自然选择作用下，一些中性突变通过随机过程整合到基因组中，形成了丰富的遗传多样性。第15页/共96页遗传多样性具有重要的理论和实践意义：首先，遗传多样性是长期进化的产物，是物种生存适应和发展进化的前提；其次，遗传多样性是保护生物学研究的核心内容；第三，遗传多样性是生物学各分支学科重要的背景资料。第16页/共96页2.2 遗传多样性的研究方法检测遗传多样性的方法随着生物

7、学、遗传学和分子生物学的发展而不断完善，包括下列各种方法：第17页/共96页2.2.1 形态学方法：依据形态学或表型性状来检测遗传变异是古老而简便的方法；2.2.2 核型分析方法：染色体水平上的分析方法，20世纪中后期应用较多，包括染色体数目、形态特征、染色体带纹（C带、Q带、G带、R带、T带等）；第18页/共96页2.2.3 同工酶分析方法：据报道，乳酸脱氢酶在不同组织、不同个体以及不同种内以不同的形式存在，这就导致了同工酶isozyme概念的产生；2.2.4 分子分析方法：DNA是遗传物质的载体，遗传信息反映在DNA的碱基排列顺序上。直接对DNA碱基序列进行分析和比较是揭示遗传多样性最理想

8、的方法。第19页/共96页分子标记方法包括以下具体方法：（1）限制性片段长度多态性技（RFLP）（2）聚合酶链式反应（PCR）（3）随机扩增多态性技术（RAPD）（4）DNA扩增指纹分析（DAF）第20页/共96页（5）任意引物PCR技术（AP-PCR）（6）特定序列位点标记技术（STS）（7）扩增片段长度多态性技术（AFLP）第21页/共96页3 物种多样性species diversity 3.1 物种多样性的概念 物种多样性是指一个地区物种的变化。物种多样性是指生命有机体动物、植物、微生物等物种的多样性。第22页/共96页物种多样性是生物多样性最直观的体现，是生物多样性概念的核心。物种多

9、样性是指地球上生物有机体的复杂多样性，估计大约有5005000万种，已经记述的仅有140万种。第23页/共96页第24页/共96页3.2 物种多样性的研究方法（1）样方法：是物种多样性调查中最常用的方法，以一定面积的样地作为整个研究区域的代表，详细调查这个面积中动物、植物或微生物的种类、个体数目。第25页/共96页第26页/共96页第27页/共96页第28页/共96页第29页/共96页（2）样带法：采用一个长方形的条状样地来代表群落种类分布的调查方法。（3）路线调查法（4）陷阱法 第30页/共96页3.3 物种多样性的主要指标 3.3.1 物种丰富度：指群落内的物种数目。一般用物种密度（单位面

10、积的物种数目）和数量丰度（一定数量个体或一定生物量中的物种数目）来测定。3.3.2 物种相对多度：指物种对群落总多度的贡献大小。第31页/共96页3.3.3 Simpson优势度指数式中：Pi=Ni/N，Ni是第i个物种的个体数，N是S个物种的个体总数。第32页/共96页3.3.4 Shannon-Wiener多样性指数式中：Pi=Ni/N，Ni是第i个物种的个体数，N是S个物种的个体总数。第33页/共96页3.3.5 Pielou均匀度指数 E=H/lnS 式中：H是Shannon-Wiener多样性指数，S是物种数目。第34页/共96页3.3.6 Jaccard群落相似性系数 q=c/(a

11、+b-c）式中：c为两个群落的共同物种数，a 和 b分别为群落A和群落B 的物种数。根据Jaccard 相似性原理，当q值为 0.000.25时为极不相似，当q值为0.250.50时为中等不相似，当q值为0.500.75时为中等相似，当q值为0.751.00时为极相似。第35页/共96页3.3 地球的物种多样性（1）病毒：估计地球上生存的病毒在4050万种之间，已知45千种。（2）细菌：估计全球有40万种，已经记载约4千种。（3）真菌和地衣：估计全球的真菌有150万种，地衣有2.5万种。目前已知真菌7万种，已知地衣1.7万种。（4）藻类：估计全球有36万种，已经记载4万种。第36页/共96页（

12、5）苔藓：估计全球有3万种，已经记载1.6万种。（6）蕨类：估计全球有1.5万种。（7）裸子植物：全球已经记载750种。（8）被子植物：估计全球有30万种，已经记载25万种。第37页/共96页第38页/共96页第39页/共96页第40页/共96页第41页/共96页第42页/共96页第43页/共96页第44页/共96页第45页/共96页第46页/共96页第47页/共96页第48页/共96页第49页/共96页第50页/共96页西双版纳不同植被亚型雨季和旱季蚂蚁物种数目比较植被亚型 雨季 旱季半常绿季雨林 61 45山地雨林 52 32季节性雨林 50 28季风常绿阔叶林 48 30热性竹林 42

13、33第51页/共96页植被亚型 雨季 旱季落叶季雨林 41 30暖热性松林 33 33轮休旱地 33 31石灰岩季雨林 33 17禾草草丛 32 19第52页/共96页植被亚型 雨季 旱季暖温性落叶阔叶林 31 21橡胶林 28 25苔藓常绿阔叶林 18 19茶园 10 3第53页/共96页4 生态系统多样性 ecosystem diversity生态系统多样性是指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样性。生境又称栖息地，主要指无机环境，包括地貌、气候、土壤、水文等，生境的多样性是生物多样性形成的基本条件。第54页/共96页第55页/共96页第56页/共96页生态系统使营养物质从生产、消费到分

14、解得以循环，营养物质包括水、氧、甲烷、二氧化碳、硫、氮、碳及其它所有化学物质。景观多样性landscape diversity属于生态系统多样性的范畴，是生态系统多样性更高的等级单位。第57页/共96页4.1 生态系统的组成生态系统由生境和生物群落两个部分组成。生境是非生物部分，指无生命的无机环境，包括土壤、岩石、砂砾、水分、阳光、空气等理化因素，这些因素构成生物生长、发育、繁衍、活动的空间环境，提供了生物新陈代谢的物质和能量。第58页/共96页有生命的各种生物物种通过物质和能量的传递而相互依存，组合成各类生物群落。依据它们取得物质和能量的方式，以及它们在物质和能量循环中所发挥的作用，可以分为

15、3大类：第59页/共96页第一类是具有光合作用能力，自养型的绿色植物和具有化能合成能力的细菌，称为生产者；第60页/共96页第61页/共96页第二类是异养型的草食动物和肉食动物，称为消费者；第62页/共96页第63页/共96页第64页/共96页第三类是异养型的微生物、某些原生动物和一些小型土壤动物，它们专门分解植物和动物的尸体，称为分解者或还原者。第65页/共96页第66页/共96页第67页/共96页第68页/共96页4.2 生态系统的主要类型 生态系统是一个富有弹性的概念，任何生物群落与其环境组成的自然体均可称为生态系统。一块草地，一片森林是生态系统；一片沙漠，一个水池也是生态系统。第69页

16、/共96页小的生态系统组成大的生态系统，简单的生态系统构成复杂的生态系统。因此，生态系统具有丰富的层次性。生物圈本身就是一个巨大无比而又及其精密的生态系统。第70页/共96页地球上的主要生态系统包括以下主要类型：（1）森林生态系统：有森林覆盖的生态系统。包括针叶林、针阔混交林、阔叶林等。针叶林包括寒带针叶林、温带针叶林、亚热带针叶林、热带针叶林等。阔叶林包括落叶阔叶林、常绿阔叶林、热带季雨林、热带雨林等。第71页/共96页第72页/共96页第73页/共96页第74页/共96页第75页/共96页（2）草原生态系统：由多年生旱生草本植物为主体构成的生态系统。第76页/共96页第77页/共96页（3

17、）荒漠生态系统：发育在降水稀少、蒸发强烈、极端干旱生境下的植物稀疏的生态系统。包括沙漠、戈壁、干热河谷等。第78页/共96页第79页/共96页（4）沼泽生态系统：在多水和过湿条件下形成的以沼生植物占优势的生态系统。第80页/共96页第81页/共96页（5）淡水生态系统：以淡水为主体形成的生态系统。包括河流、湖泊两大类。第82页/共96页第83页/共96页（6）红树林生态系统：以红树科植物为主体，在热带海岸潮滩上形成的生态系统。范围有限，但价值很大。第84页/共96页第85页/共96页（7）珊瑚礁生态系统：在热带和亚热带海域，以石珊瑚类骸骨为主体形成的生态系统。第86页/共96页第87页/共96

18、页（8）海洋生态系统：以咸水海洋为主体形成的生态系统。在地球上范围最大，面积最广。第88页/共96页第89页/共96页4.3 生态系统多样性的主要研究内容包括下列主要问题：（1）生物群落或生态系统的关键种：如果某些生物的活动能决定其所在生态系统的结构与动态，这些生物就被称为关键种。第90页/共96页（2）生物多样性关键地区：不同生态系统对全球生物多样性的贡献和价值是不尽相同的。判断关键地区的标准也不单是物种多样性水平，应当在不同地理带中具有代表性，还应该包括那些具有较大进化潜力的地区。第91页/共96页（3）生态系统持续性：主要研究人类干扰对生物群落组成的影响，人为过度利用或关键种灭绝对生态系

19、统结构和生态过程的影响，具有不同系统发育的生态系统对人类干扰的敏感程度等。第92页/共96页（4）恢复受害生态系统的生态学研究：即恢复生态学，主要内容包括生态系统退化性演替，植被的重建及其影响因素等。第93页/共96页（5）生态系统多样性保护策略与保护途径：这是生态系统多样性保护的应用性课题。在开展上述基础研究工作的同时，需要依据现有的知识、经验和初步的基础研究结果，积极开展保护策略与途经的研究与探索，以便适应保护生态系统的迫切需要。第94页/共96页4.4 景观水平上的生态系统保护主要包括以下方面：（1）建立绝对保护的栖息地核心区（2）建立缓冲带（3）在栖息地之间建立廊道（4）增加景观的异质性（5）在关键部位引入或恢复乡土景观斑块第95页/共96页感谢您的观看！第96页/共96页