生物入侵概述

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1、生 物 入 侵 Biological invasion 宣劲松 北京科技大学生物科学与工程系 1 参考书目 1、生物入侵，曾北危， 2004，化学工业出版社。 2、生物入侵理论与实践，徐汝梅 叶万辉， 2003，科学出版社。 3、生物入侵数据集成、数量分析与预警，徐汝梅，2003，科学出版社。 2 3 考核方式 平时成绩： 40分（包含出勤、作业等）， 缺勤 1次扣 5分 ； 笔试： 60分（开卷考试）。 4 概述 生物入侵的适应性进化及其影响 中国面临的生物入侵问题 生物入侵与人类疾病 生物安全实验室 转基因生物与生物入侵 生物入侵的防治（自学） 5 概 论 什么是生物入侵 ? 生物入侵的模

2、式有哪些 ? 生物入侵有哪些危害 ? 生物入侵是如何形成的 ? 影响生物入侵的因素有哪些 ?(对生物入侵的机制的探讨 ) 6 1、什么是生物入侵 ? 7 生物入侵是一个古老而又十分新颖的课题，它既是自然现象，但更多的是人为活动引起的后果。 8 地球上各种生态系统内生长着各种不同类型的生物，高山、大海和沙漠过去曾是阻止物种扩散的天然屏障。 随着科技进步和社会经济的发展，人类逐渐开展商贸、旅行等活动，不断增加了物种的迁移和引进，越来越多的物种也正在跨越屏障。 9 10 由于物种在全球范围内的扩散规模日益扩大，世界各地本地物种的生存安全受到了威胁，进而损害地球上的生物多样性。 11 12 13 14

3、 15 专家指出：全世界生物多样性衰减和丧失 (特别是物种濒危和灭绝 )的原因主要有三个： 外来物种入侵 、 生态环境破坏或边缘化 、 滥用生物资源 。 生物入侵已经引起了全球关注！ 16 生物入侵 (biological invasion， bio-invasion)是指某种生物从原来的分布区域扩展到一个新的（通常也是遥远的）地区，在新的区域里，其后代可以繁殖、扩散并维持下去。 入侵的这种生物被称为 外来种 (exotic species 或 alien species)。 思考 ： 跨省物种算不算外来物种？ 17 2、生物入侵的模式 18 2.1 自然入侵 完全没有人为影响的自然分布区域的

4、扩展，在现代历史上极为罕见。 19 环颈鸽 20 薇甘菊 21 美洲斑潜蝇 2.2 人类辅助入侵 在人类改变了的环境中自然传播并扩张其分布区域，这类入侵的事例也不多。 22 鹭 鸶 23 蛇鳄鱼 24 乌桕树 2.3 屏障去除后的入侵 由于人类去除天然屏障后，生物体能自然穿越而引起分布扩张。淡水生物入侵的常见模式。 25 七鳃鳗 2.4 人类运输引起的意外入侵 依赖于人类运输，生物体入侵后能适宜新的环境。 促进意外运输的因子有： 小型或隐性形生殖体 (如浮游生物的幼体、植物的种子 )； 与栽培养殖物种相似 (如杂草种子、鲤科小鱼 )； 与其它物种共生 (如栗树锈病 )； 船舶的压水舱 (如斑马

5、贻贝 )； 货物运输中无意夹带的入侵种 (如亚洲虎蚊 )。 26 27 斑马贻贝 外来植物入侵严重 南极生态系统堪忧 28 2.5 从动植物园或养殖场逃逸出去的入侵物种 依赖于人类的运输。 29 葛 藤 2.6 有意引入 如：优良品种的引进 狩猎或渔业种：如驯鹿、各种鱼类 林业种：如杨树、桉树、松树等 牧业种：如早熟禾、各种牧草、各种牲畜 30 美国狮子鱼泛滥成灾 科学家训练鲨鱼帮忙猎杀 31 欧洲椋鸟“入侵”美国 成噪音制造者 32 海蟾蜍“入住”澳大利亚 成动物 杀手 33 这六种入侵模式中 绝大部分的生物入侵事件都是人类活动直接或间接造成的 。 生物入侵可以认为是人类活动所引起的全球变化

6、之一，在全球化中有着特殊的地位与作用。 34 3、生物入侵有哪些危害 ? 35 3.1 生物入侵可以造成巨大的经济损失； 3.2 外来入侵物种会造成严重的生态破坏和生物污染； 3.3 威胁人类健康。 36 3.1 生物入侵可以造成巨大的经济损失 37 38 马铃薯晚疫病病原菌 (Phytophthora infestans) 39 美国白蛾 40 加拿大一枝黄花 3.2 生物入侵对生态系统的稳定性以及所有物种都赖以生存的自然界的平衡造成了长期的威胁。 41 原产地的限制因子 捕食 寄生性天敌 42 物种绝灭的 “ 魔鬼四重奏 ” 盲目引种 生境 的缩小和 碎裂 过度捕杀 物种绝灭的次生效应 4

7、3 紫茎泽兰 44 美国外来缅甸蟒能吞鳄鱼 45 美洲灰松鼠成英国臭名昭著“入侵者” 46 “外星寄生虫”入侵地中海 鱼舌上生活 47 3.3 生物入侵对人类健康有巨大的威胁。一些外来病原生物的入侵直接危及人类的生命。 48 49 按 蚊 长牙“食人鱼”疑入侵美国 专咬男性生殖器 50 杀人蜂在世界各地漫延成灾 51 化学污染 vs 生物入侵 20世纪 50年代，人们意识到化学污染对环境和人类健康的危害。 由于入侵生物会增长、繁殖、适应新的环境、扩散和爆发，因而它是一个比化学污染更具有威胁性、更有长远效应。 52 4、生物入侵是如何形成的 ? 53 生物入侵是一个复杂的 链式过程 ： 外来种的

8、引入； 定居与成功地建立种群； 时滞阶段； 扩散和爆发。 54 4.1 外来种的引入 分 有意 和 无意 两种，一些物种被人们从一个地区或国家带到了另一个地区或国家； 随着物种的引进，这些外来移民一方面可能造福人类，一方面也可能给当地生态环境乃至经济发展造成一定影响。 在这个过程中，社会、经济的因素与生物因素同样是至关重要的。 55 4.2 定居与成功地建立种群 这个阶段是生物入侵过程中种群发展的 瓶颈时期 ； 初期定居者总是少数，其中的少数个体找到配偶并成功地进行繁殖形成一个小种群。 56 4.3 时滞阶段 在初始种群建立之后，到种群的扩散和大爆发，往往会经历一个较为漫长的时期，即为 时滞阶

9、段 。 57 4.4 扩散和爆发 作为一个成功的入侵种，有能力造成显著或严重的经济和生态影响，那么种群必须经历扩散及爆发，以达到高密度和大尺度的空间分布。 “ 十分之一法则 ” （ tens rule， Williamson 1996） 把生物入侵的过程划分为 3次转移：逃逸、建群、成功入侵，每次转移的概率大约是 10左右（ 5 20），所以一个入侵种的形成是一个极小概率事件。 58 5、生物入侵的影响因素有哪些 ? (对生物入侵的机制的探讨 ) 59 种群生态学 （ population ecology）是 研究种群的生态学，即从某种意义对一个种的地区群体作为研究对象。种群生态学是研究种群数

10、量动态与环境相互作用关系的科学。 60 种群变得太小、太少，这个物种就成为了濒危种；种群增长得太多、太大，就成灾了，成为有害生物（如害虫、害鼠或害草）。这个种的个体迁移到新的地域成了灾，就成了入侵种。 61 目前，对入侵生物学的主要科学问题的界定也不完全相同，概括起来有下面 5个： 什么样的物种更容易成为入侵种？ 对某一个特定的入侵种来说，什么样的群落更容易被入侵？ 入侵发生时，其扩散速度如何？ 如何评价入侵者的生态学效应？ 什么是控制入侵种的有效对策？ 62 外来物种进入新的生态系统，最后能否成为入侵种有 两个因素 在起作用： 什么样的物种更容易成为入侵种？ 对某一个特定的入侵种来说，什么样

11、的群落更容易被入侵？ 63 5.1 什么样的物种更容易成为入侵种？ 64 入侵性植物物种的基本特征是 ： 种群具有快速增长的能力 目前争论的焦点是 ： 入侵种与非入侵种之间是否应有所不同 ？ 65 外来入侵种的特点 是指该物种在新的生态系统中，如果温度、湿度、海拔、土壤、营养等环境条件合适，可自行繁衍。一般情况下多数外来物种仅维持较低水平，并不造成危害。 66 Baker特征 Baker(1965， 1974)针对杂草性的植物物种总结出了 12条生活史特征，即著名的“ Baker目录”，又被称为“ Baker特征 ”，他认为越多地符合这些特征的物种越有可能成为入侵种。 这些特征可以概括为： 既

12、可进行有性繁殖，也可进行无性繁殖 ； 从种子发育到性成熟的时间短 ； 对环境有很强的适应性 。 67 事实上，大多数的危害性很强的生物入侵者的近亲却很少地具有入侵性 (Mack 1996 and 2000)。 各种不同的生物类群在入侵过程中采取的策略也不同。 在建群阶段，增长快的鱼有利于成功地实现建群 (Kolar and Lodge， 2002)。 在扩散阶段，增长率低的鱼类则扩散得快，因为它们会食用增长率快的鱼类的幼苗 。 68 Groves and Burdon(1986)按照物种的生态生理特征与入侵成功之间的关系，将入侵者划归为 4种类型： 抓空隙者 (gap grabber)：发芽早

13、并且初始增长快，从而可以强占可用的空间； 竞争者 (competitor)：占领有利的环境，抢夺更多的资源； 存活者 (survivor)：寿命长，能抗拒大多数的致死因素； 开拓者 (swamper)：能大量地萌发幼苗。 69 入侵者的入侵性与其生活史及生态学特征有一定的关系，但 不能绝对化 。 一个成功的入侵者，其“成功”在极大程度上依赖于“机遇”。 70 5.2 对某一个特定的入侵种来说，什么样的群落更容易被入侵？ 71 成功的入侵不仅依赖于物种本身的生活史特征，也与被侵生态系统的特征和群落对入侵种的易感性有关。 72 任何一个群落都可以被外来种所入侵，程度不同而已。 不同群落的易感性不同

14、，同一群落对不同类群的入侵者的易感性也不同。 73 被入侵的生态环境的 特点 主要有： (1) 具有可利用的资源条件； (2) 缺乏自然控制机制； (3) 人类进入的频率高。 74 5.3 生物入侵的理论假说 75 (1) “ 多样性阻抗假说 ” (diversity resistance hypothesis) 经典的观点认为结构简单的群落更容易被入侵，因为相对比较简单的植物和动物群落，其缓冲能力弱，生态系统比较脆弱，其群落结构的相对平衡更容易被打破 (Elton 1958)。 如：农田是人为简化了的生物群落，也是入侵和暴发最易发生的地方；热带雨林很少或几乎没有害虫暴发。 “多样性阻抗假说”得到了小空间尺度上的理论和实验研究的支持 (Kennedy 2002) 。 76 事实