第一讲-生命与环境.ppt

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1、主讲教师：王仁卿主讲教师：王仁卿 教授教授Email:Tel:88363309(O)山东大学生命科学学院山东大学生命科学学院 生态学与生物多样性研究所生态学与生物多样性研究所第七讲第七讲生物多样性的概念与价值生物多样性的概念与价值本讲内容本讲内容一、生物多样性的有关概念一、生物多样性的有关概念二、生物多样性的层次和类别二、生物多样性的层次和类别三、为什么要研究和保护生物多样性三、为什么要研究和保护生物多样性-生物生物多样性的价值多样性的价值本讲内容本讲内容一、生物多样性的有关概念一、生物多样性的有关概念二、生物多样性的层次和类别二、生物多样性的层次和类别三、为什么要研究和保护生物多样性三、为什

2、么要研究和保护生物多样性-生物生物多样性的价值多样性的价值1.什么是生物多样性？1.什么是生物多样性？什么是生物多样性？生物多样性生物多样性(biodiversity or biological diversity)是一个内涵十分广泛的概念，是是一个内涵十分广泛的概念，是生命的基本特征之一。生命的基本特征之一。可以简称为可以简称为“地球上生命的多样性地球上生命的多样性”。目前，我国较为通用的概念是马克平等人根据生物多样性公约所提出的，即“生物生物多样性是生物及其环境形成的生态复合体以多样性是生物及其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及与此相关的各种生态过程的总和”。还有还有其

3、他的概念。2.生物多样性概念的由来1980年年Norse和和McManus提出生物多样性提出生物多样性（Biological Diversity）一词，后来简化）一词，后来简化为为Biodiversity。1992年6月，在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展大会上，153个国家签署了生物多样性公约（The Convention on Biological Diversity）。我国是公约最早的缔约国之一。本讲内容本讲内容一、生物多样性的有关概念一、生物多样性的有关概念二、生物多样性的层次和类别二、生物多样性的层次和类别三、为什么要研究和保护生物多样性三、为什么要研究和保护生物多样性-生物生物

4、多样性的价值多样性的价值生物多样性的层次（生物多样性的层次（level）生命系统是一个等级系统，包括多个层次或水平生命系统是一个等级系统，包括多个层次或水平（level）：基因、细胞、组织、器官、种群、物种、）：基因、细胞、组织、器官、种群、物种、群落、生态系统、景观等。每一个层次都具有丰富群落、生态系统、景观等。每一个层次都具有丰富的变化，即多样性。的变化，即多样性。生物多样性也包含许多层次，从分子到景观都有多生物多样性也包含许多层次，从分子到景观都有多样性。样性。例如，地球上的物种是非常丰富和复杂的，至少有例如，地球上的物种是非常丰富和复杂的，至少有2001000万种，我们现已知道万种，我

5、们现已知道(定名定名)的种类就超过了的种类就超过了150万种，其中昆虫就有万种，其中昆虫就有7080万种，并且每年又有数十到万种，并且每年又有数十到上百个新种被发现和命名；上百个新种被发现和命名；生物所拥有的基因总和则更是一个天文数字，仅人类的生物所拥有的基因总和则更是一个天文数字，仅人类的基因组就有基因组就有22.5万个基因组成，包含万个基因组成，包含30亿碱基对；亿碱基对；生物的生境和生态系统也是类型繁多、千变万化，有海生物的生境和生态系统也是类型繁多、千变万化，有海洋，有陆地；有森林，有草原；有冰川，有荒漠等等。洋，有陆地；有森林，有草原；有冰川，有荒漠等等。生物多样性的层次（生物多样性

6、的层次（level）尽管生物多样性有若干层次，但在理论与尽管生物多样性有若干层次，但在理论与实践上最基本、最重要，研究较多的是：实践上最基本、最重要，研究较多的是：遗传（基因）多样性遗传（基因）多样性物种多样性物种多样性和生态系统多样性三个基本层次。和生态系统多样性三个基本层次。遗传（基因）多样性2.1遗传（基因）多样性遗传（基因）多样性(genetic diversity or gene diversity )指种内基因的变化，包括种内显著不同指种内基因的变化，包括种内显著不同的种群和同一种群内的遗传变异（遗传信的种群和同一种群内的遗传变异（遗传信息的总和），它是生物多样性的基础和物息的总和

7、），它是生物多样性的基础和物种以上水平多样性的根本来源，包括种以上水平多样性的根本来源，包括形态、形态、染色体、蛋白质及染色体、蛋白质及DNA等不同水平，用不等不同水平，用不同理论和方法进行研究。同理论和方法进行研究。遗传（基因）多样性2.1遗传（基因）多样性(genetic diversity or gene diversity )形态学水平形态学水平：通过形态来了解和认识多样性是最简单和传统的方法。形态的差异实际是基因型不同的表现。包括形态变化、变种、变型、栽培变种、品种等。如植物植株的大小、高矮，花的大小、颜色，果实的不同类型，叶型的变化，动物个体大小的变化，皮毛的不同，作物的品种，家养

8、动物的作物的品种，家养动物的品种等等都是多样性品种等等都是多样性。如水稻约有10万个不同的变种和品种，多样性水平相当高，这是人类最重要的自然资源。染色体水平染色体水平：染色体是遗传物质的载体，是基因的携带者。染色体的变异必然导致遗传变异的发生，是遗传变异的来源之一。染色体变异包括染色体数目（整倍或非整倍性）变异、结构和形态的变化等。如研究发现芦苇（Phragmites communis）的染色体变异非常复杂，有整倍和非整倍性变异，3x，4x，5x，6x，7x，8x，10 x，11x，12x（x=12）的都有出现，这也说明了为何芦苇能够在各种不同生境中分布和形态千变万化的原因。遗传（基因）多样性

9、2.1遗传（基因）多样性(genetic diversity or gene diversity )蛋白质水平蛋白质水平：主要是酶的多样性，如多态性、同工酶的变化等，其中以等位酶（一种特殊的同工酶，指单个位点上等位基因编码的同工酶）研究最普遍，主要通过电泳技术检测多态位点比例、平均期望杂合度等。研究表明，无脊椎动物的多态位点比例平均在0.240.53之间,脊椎动物在0.140.30之间,植物为0.10.5。可以看出，无脊椎动物的遗传变异水平最高，脊椎动物最低。当然，不同物种，同一物种的不同种群，同一物种的不同进化阶段，遗传多样性也有差异。例如大熊猫等一些活化石物种的遗传多样性就比较低。通过研究

10、蛋白质的变异水平，可以为物种进化、适应等的机制，濒危物种的保护等提供遗传学依据。DNA水平水平：DNA是遗传信息的载体，研究其片断或特定基因组是揭示遗传多样性最理想和最根本的方法。如人类基因组、作物基因组、家畜基因组、功能基因组等的研究。常用技术有RFLP、RAPD、PCR等。遗传多样性的意义：揭示物种进化历史（起源地点、时间、方式）；遗传多样性的意义：揭示物种进化历史（起源地点、时间、方式）；保护生物学的基础与核心（稀有、濒危种的遗传结构、变异等）；在分保护生物学的基础与核心（稀有、濒危种的遗传结构、变异等）；在分类学等方面的意义等。类学等方面的意义等。物种多样性2.2物种多样性物种多样性(

11、species diversity)特定时间、区域或类群的物种总和，包括特定时间、区域或类群的物种总和，包括区系、数量、分布、特有、发生、变化、受区系、数量、分布、特有、发生、变化、受威胁状况、资源状况等。威胁状况、资源状况等。据估计世界上的物种大约据估计世界上的物种大约200万万2亿（亿（5003000万）种，已定名的约万）种，已定名的约150-200万种万种（昆虫（昆虫80万种）。万种）。菌类、藻类菌类、藻类8-10万种，高等植物万种，高等植物26-30万种，万种，低等动物低等动物110多万种，高等动物多万种，高等动物4.5万种。万种。重要生物类群最多的国家 名次/国家 哺乳类 鸟类 两栖

12、类 1 印尼 515 哥伦比亚 1721 巴西 5162 墨西哥 449 秘鲁 1701 哥伦比亚 4073 巴西 428 巴西 1622 厄瓜多尔 3584 刚果 409 印尼 1519 墨西哥 282 5 中国中国 394 厄瓜多尔 1447 印尼 2706 秘鲁 361 委内瑞拉 1275 中国中国 2657 哥伦比亚 359 玻利维亚 1250 秘鲁 2518 印度 350 印度 1200 刚果 2169 乌干达 311 马来西亚 1200 美国 205 10 坦桑尼亚 310 中国中国 1195 澳大利亚 197重要生物类群最多的国家名次 爬行类 凤蝶 种子植物 1墨西哥 717 印

13、尼 121 巴西 550002澳大利亚 686 中国中国 100 哥伦比亚 450003印尼 600 印度 77 中国中国 270004巴西 467 巴西 74 墨西哥 250005印度 453 缅甸 68 澳大利亚 230006哥伦比亚 383 厄瓜多尔 64 南非 210007厄瓜多尔 345 哥伦比亚 59 印尼 200008秘鲁 297 秘鲁 58 委内瑞拉 200009马来西亚 294 马来西亚 56 秘鲁 2000010泰国 282 墨西哥 52 俄罗斯 20000生态系统多样性2.3生态系统多样性生态系统多样性(ecosystem diversity)指生境、生物群落和生态过程的

14、多样性，如无指生境、生物群落和生态过程的多样性，如无机和有机环境，群落及生态系统类型、结构、功机和有机环境，群落及生态系统类型、结构、功能及时空变化和相互联系。能及时空变化和相互联系。地球的群落和生态系统多种多样，包括海洋生地球的群落和生态系统多种多样，包括海洋生态系统和陆地生态系统，陆地生态系统又有热带态系统和陆地生态系统，陆地生态系统又有热带雨林、季雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、针叶雨林、季雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、针叶林、草原、荒漠、草甸、冻原、湿地等，每一个林、草原、荒漠、草甸、冻原、湿地等，每一个生态系统又包括不同的类型。而这些生态系统的生态系统又包括不同的类型。而这些生态系统的

15、结构、分布、功能、价值又各不相同。生态系统结构、分布、功能、价值又各不相同。生态系统本身又是巨大的基因库。如占陆地面积不到本身又是巨大的基因库。如占陆地面积不到10%的热带雨林中生存着的热带雨林中生存着50%以上的物种。以上的物种。遗传多样性遗传多样性物种多样性物种多样性景观和生态景观和生态系统多样性系统多样性本讲内容本讲内容一、生物多样性的有关概念一、生物多样性的有关概念二、生物多样性的层次和类别二、生物多样性的层次和类别三、为什么要研究和保护生物多样性三、为什么要研究和保护生物多样性-生物生物多样性的价值多样性的价值3.1生物多样性的重要性生物多样性是地球上生命经过几十亿年发生物多样性是地

16、球上生命经过几十亿年发展进化的结果，是人类生存的物质基础。展进化的结果，是人类生存的物质基础。提供人类所有的食物、木材、皮毛、皮革、提供人类所有的食物、木材、皮毛、皮革、香料、天然纤维、天然橡胶等等，中医药香料、天然纤维、天然橡胶等等，中医药绝大部分也来自生物。绝大部分也来自生物。生态系统的服务功能对人类的贡献，比如生态系统的服务功能对人类的贡献，比如调节气候、保持水土、净化空气、旅游审调节气候、保持水土、净化空气、旅游审美等。美等。生物多样性价值分类：生物多样性价值分类：19931993年，联合国环境规划署（年，联合国环境规划署（UNEPUNEP）组织专家编写的）组织专家编写的生物多样性国情

17、研究指南生物多样性国情研究指南中，将生物多样性价值划分中，将生物多样性价值划分为为5 5种类型，即：种类型，即：（1 1）具显著实物形式的直接价值）具显著实物形式的直接价值 （2 2）无显著实物形式的直接价值）无显著实物形式的直接价值 （3 3）间接价值；）间接价值；（4 4）选择价值（）选择价值（option valueoption value）（5 5）存在价值（）存在价值（existence valueexistence value）生物多样性的价值生物多样性的价值生物多样性经济价值的分类生物多样性经济价值的分类直接经济价值直接经济价值消耗性利用价值消耗性利用价值生产性利用价值生产性利用

18、价值间接经济价值包括：间接经济价值包括：间接经济价值包括：间接经济价值包括：非消耗性的利用价值非消耗性的利用价值非消耗性的利用价值非消耗性的利用价值选择价值选择价值选择价值选择价值存在价值。存在价值。存在价值。存在价值。生物多样性的直接经济价值生物多样性的直接经济价值直接经济价值为生物资源的消费者所直接直接经济价值为生物资源的消费者所直接接受，相对容易观测和计算。包括：消耗接受，相对容易观测和计算。包括：消耗性利用价值和生产性利用价值。性利用价值和生产性利用价值。直接经济价值直接经济价值直接经济价值直接经济价值消耗性（非商业的）利用价值消耗性（非商业的）利用价值消耗性（非商业的）利用价值消耗性

19、（非商业的）利用价值是指那些没有经过市场，直接消耗的自然产品是指那些没有经过市场，直接消耗的自然产品是指那些没有经过市场，直接消耗的自然产品是指那些没有经过市场，直接消耗的自然产品的价值，通过估计市场价值的机制来确定。的价值，通过估计市场价值的机制来确定。的价值，通过估计市场价值的机制来确定。的价值，通过估计市场价值的机制来确定。生产性（商业的）利用价值生产性（商业的）利用价值生产性（商业的）利用价值生产性（商业的）利用价值是指那些商业性收获，供市场上交换的生物资是指那些商业性收获，供市场上交换的生物资是指那些商业性收获，供市场上交换的生物资是指那些商业性收获，供市场上交换的生物资源价值。源价

20、值。源价值。源价值。庄稼给人类提供粮食 家畜给人类提供肉食竹林给人类提供工业和建筑材料 野生动、植物具有药用价值五灵脂（复齿鼯鼠等的粪便）活血、化瘀、止痛等药效山茱萸性微温，味酸、涩。补肝肾海螵蛸（乌贼骨）性微温，味咸；有收敛，制酸，止血功效黄河三角洲的芦苇，可做造纸原料，黄河三角洲的芦苇，可做造纸原料，等等，也是一种景观等等，也是一种景观芦苇大约80%的世界人口仍依赖从植物中获得的各种药材药材（Farnsworth,1988)。亚马孙河流域有2000多种动植物被作为药用，中国能够入药的物种多达5000多种。木材和动物粪便提供了尼泊尔、坦桑尼亚和马拉维主要能源能源需求的90%和其它一些国家的8

21、0%（Pearce,1987)。在全世界范围内，每年约捕获1亿多吨鱼类，主要为野生鱼类。在非洲，野生动物的肉制品在食物中占据很高的比例；尼日利亚为20%，博茨瓦纳为40%；扎伊尔为75%。在马来西亚沙捞越，猎人每年捕获并吃掉的野猪肉价值4000万美元。木材是一些发展中国家的重要出口产品,全世界每年的木材产值在750亿美元以上。在印度尼西亚，木材是第二大出口产品，地位仅次于石油。非木材的生物产品也具有重要的地位，例如：印度尼西亚1982年非木材产品的对外贸易达2亿美元。欣赏风景野外探险观鸟赏花森林浴生态旅游生态旅游不同的景观是旅游的首选对象不同的景观是旅游的首选对象吉林长白山自然保护区名山大川，

22、风景秀丽，名山大川，风景秀丽，旅游度假，心旷神怡。旅游度假，心旷神怡。四川九寨沟四川峨眉山风景区间接价值主要涉及到生态系统的功能，间接价值主要涉及到生态系统的功能，虽不出现在国家的虽不出现在国家的GDPGDP中，但其值可能中，但其值可能要远远高于直接价值。要远远高于直接价值。间接价值包括：间接价值包括：间接价值包括：间接价值包括：非消耗性的利用价值非消耗性的利用价值非消耗性的利用价值非消耗性的利用价值选择价值（潜在）选择价值（潜在）选择价值（潜在）选择价值（潜在）存在价值（潜在）存在价值（潜在）存在价值（潜在）存在价值（潜在）生物多样性的间接经济价值生物多样性的间接经济价值非消耗性的利用价值非

23、消耗性的利用价值指具有多样性的生指具有多样性的生态系统在全球的大环境中所起到的态系统在全球的大环境中所起到的净化净化空气、空气、保持土壤、保持土壤、调节气候、调节气候、稳定水文、稳定水文、维持区域环境的动态平衡等方面的作用。维持区域环境的动态平衡等方面的作用。（生态价值和社会文化价值等，也称生（生态价值和社会文化价值等，也称生物系统服务功能）物系统服务功能）光合作用固定太阳能光合作用固定太阳能，使光能经绿色植物进入食物链，从而给可收获物种提供维持系统。生态系统的功能还包括异花传粉、基因流动的繁殖功能、通过自然选择获取有益遗传品质的物种，保持进化过程保持进化过程。污染物的吸收和分解污染物的吸收和

24、分解，对有机废物、农药等在空气、水和土壤中污染物具有分解作用。保护土壤保护土壤：受自然植被覆盖和凋落层保护的优质土壤可保持肥力、防止土壤侵蚀。海岸和河岸植被能防止淤积作用对珊瑚礁、淡水和近海渔业的破坏。调节气候调节气候:生态系统对大气候及局部气候均有调节作用，包括对温度降水和气流的影响。稳定水文稳定水文：在集水区内发育良好的植被具有调节迳流的作用。植物根系深入土壤，使土壤对雨水更具有渗透性。有植被地段比裸地的径流较为缓慢和均匀。一般在森林覆盖地区雨季可减弱洪水，而干季河流中仍有流水。森林的蓄水效益据国内外研究材料分析，营造1公顷标准林，一般可增加蓄水300立方米。都市生态走廊建成后，林地面积按

25、5000公顷计算，年增加蓄水150万立方米，水价按每立方米0.3元计算，其蓄水替代价值达45万元。德国的黑森林，高大茂密生态德国的黑森林，高大茂密生态服务功能巨大服务功能巨大植物的根系起到固着土壤和涵植物的根系起到固着土壤和涵养水源的作用养水源的作用表中国生物多样性国情研究报告的价值分类系统主要价主要价值值类型类型直接使用价值直接使用价值间接价间接价值值选择价选择价值或潜值或潜在价值在价值存在价存在价值或内值或内在价值在价值产品及产品及加工品加工品直接使直接使用价值用价值服务服务价值价值对人们对人们提供效提供效益的典益的典型用途型用途农业、林农业、林业、牧业、业、牧业、渔业、医渔业、医药业、工

26、药业、工业、消费业、消费性利用价性利用价值值旅游观旅游观光价值、光价值、科学文科学文化价值、化价值、畜力使畜力使役价值役价值有机物生有机物生产、维持产、维持大气平衡、大气平衡、物质循环、物质循环、水土保持、水土保持、净化环境净化环境潜在使潜在使用价值、用价值、潜在保潜在保留价值留价值确保自确保自己或别己或别人将来人将来能利用能利用某种资某种资源或某源或某种效益种效益1998年中国生物多样性国情研究报告显示中国生物多样性价值为39.33万亿元。选择价值：选择价值：保持生物多样性为未来人类保持生物多样性为未来人类提供多方面的选择，有能力应付将来生提供多方面的选择，有能力应付将来生态和社会经济中可能

27、发生的问题。态和社会经济中可能发生的问题。现在自然界的许多野生动植物，也许短时间内人类无法进行利用，其价值是潜在的。保护野生动植物资源以及尽可能多的基因，可以为农作物或家禽、家畜的育种提供更多的可供选择的机会。人们模拟苍蝇的平衡棒人们模拟苍蝇的平衡棒研制出运载火箭的振动陀研制出运载火箭的振动陀螺仪。螺仪。我国农业科技工我国农业科技工作者以野生的雄性不作者以野生的雄性不育水稻作为原始母本育水稻作为原始母本培育成杂交水稻，解培育成杂交水稻，解决了世界三分之一人决了世界三分之一人口的吃饭问题。口的吃饭问题。拟南芥拟南芥(Arabidopsis thaliana)，十字花科十字花科(Brassicac

28、eae)，鼠耳芥属，鼠耳芥属(Arabidopsis)，又名鼠耳芥、，又名鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草。阿拉伯芥、阿拉伯草。原是不起眼的小草，但由于其原是不起眼的小草，但由于其个体小、生长期短（个体小、生长期短（5-6周）、周）、结实多、基因组简单等特点，结实多、基因组简单等特点，在植物学中扮演了小白鼠在医在植物学中扮演了小白鼠在医学和果蝇在遗传学中的一样的学和果蝇在遗传学中的一样的角色。是植物遗传学和植物发角色。是植物遗传学和植物发育研究中的模式生物之一。育研究中的模式生物之一。熊猫的选择价值：中国的国宝，世界自然熊猫的选择价值：中国的国宝，世界自然遗产遗产美国的国鸟白头海雕与国徽新西兰国鸟：几维鸟加拿大的国旗：枫树叶图案槭树（枫树）是加拿大盛产的植物，也被作为国树。韩国的国花：木槿花，是韩国的象征日本的国花：樱花，是日本的象征生物多样性的潜在价值也是巨大的。生物多样性的潜在价值也是巨大的。没有生物多样性，就没有人类的过去，也没有生物多样性，就没有人类的过去，也没有人类的现在和未来。没有人类的现在和未来。保护生物多样性实际上就是保护人类自己。保护生物多样性实际上就是保护人类自己。思考题思考题1.列举你所熟悉的生物多样性？并简单阐述：种类、价值、现状等2.列举你所知道的世界各国的国树、国花、国鸟等。