生命科学导论5-生物多样性

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1、第四章 生物多样性及生物入侵,第一节 生物多样性 第二节 生物入侵,第一节 生物多样性,一、生物多样性定义 生物多样性（Biodiversity）是指地球上所有生物（动物、植物、微生物等）、它们所包含的基因以及由这些生物与环境相互作用所构成的生态系统的多样化程度 生物多样性包括四方面内容： 遗传多样性 物种多样性 生态系统多样性 景观多样性,1、遗传多样性(genetic diversity )，又名基因多样性，遗传多样性是种内的基因变化，包括种内两个隔离地理种群间及单个种群内个体间的遗传变异。这种遗传变异通常可以从三个方面来度量: 种群基因为多型的数目和百分数; 每个多型基因的等位基因数;

2、每个个体中多型基因的数目和百分数。种内遗传变异的来源主要有突变、重组和染色体畸变，其中最根本的是突变，它是所有生物多样性产生的根源。,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。 狭义的遗传多样性主要是指种内个体之间或一个群体内不同个体的遗传变异总和。,种内遗传多样性的作用,种内遗传多样性是物种以上各水平多样性的最重要来源。 种内遗传多样性决定着一个物种维持和繁衍、对环境的适应能力以及对外界干扰的抵抗和生存能力。 种内的遗传变异程度也决定其进化的潜势。,2、物种多样性（Species Diversity） 物种水平的生物多样性即为物种多样性，指一个地区内物种的多样化，主要是从分类

3、学、系统学和生物地理学角度对一定地区内物种的现状进行研究，即物种多样性的现状（包括受威胁状况）、物种多样性的形成、演化及维持机制等。此外，物种的濒危状况、灭绝的速率及原因、生物区系的特有性、如何对物种进行有效的保护与持续利用等都是物种多样性研究的内容。,3、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化及生态系统内生境差异、生态过程变化的多样性。其中生境主要是指构成生态系统要素之一的无机环境，包括地形、地貌、气候、土壤及水文等。它不仅是生物群落乃至生态系统形成的基本条件，而且生境的多样性在一定程度上也影响了生态系统的多样性。生

4、物群落的多样性则包括各种各样生存着的生物群落，各群落彼此之间多层次的相互作用及动态变化。生态过程是指生态系统的组成、结构及功能等在时间尺度上的变化，这也是生态系统研究中的一个重要方面。,4、景观多样性（landscape diversity）景观多样性指由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化或变异性。景观是一个大尺度的宏观系统，是由相互作用的景观要素组成的、具有高度空间异质性的区域。景观要素是组成景观的基本单元，相当于一个生态系统，依形状的差异，景观要素可分为：缀块（patch）、廊道（corridor）和基底（matrix）。,不同水平层次的生物多

5、样性是相互联系、密不可分的，上一级水平的多样性是由下一级生命实体的不同组合方式形成的。由遗传的多样性导致了物种的多样性，而物种不同形式的组合则决定了生物群落乃至生态系统的多样性。在所有层次的生物多样性中，物种多样性是最基本的，这不仅在于物种个体是承载各种生命现象的有机单位，而且在从微观到宏观的多样性带谱中，物种是承前启后的关键环节。,生物多样性公约,1992年6月 150多个国家 巴西里约热内卢,1992年环发大会上，李鹏总理代表中国签署生物多样性公约,二、物种多样性现状 已发现并命名的物种约 2 000 000 种 其中植物 260 000 种 昆虫 750 000 种 脊椎动物 50 00

6、0 种 估计地球上的生物约有 5 000 000 种,多样性特丰富国家megadiversity country，包括巴西、哥伦比亚、厄瓜多尔、秘鲁、墨西哥、扎伊尔、马达加斯加、澳大利亚、中国、印度、印度尼西亚和马来西亚在内的12 个。生物多样性特丰富国家拥有全世界6070 甚至更高的生物多样性。,多样性特丰富国家,中国是北半球植物多样性最丰富的地区 欧洲土地面积990万km2，约11500种高等植物；北美土地940万Km2，有18000种，中国960万km2，有30000种，物种的丰富度比率大致为1：2：3。世界248000种高等植物，中国占1/8。,原因,(1) 面积、时间和气候：面积仅次

7、于前苏联和加拿大。面积增加10倍，物种数增加1倍；辽宁古果是世界上最早的被子植物化石，说明有足够的时间演化；山丘和地形复杂，第四纪冰川干扰较少，不象欧美，全部被冰川覆盖，这样，中生代和新生代湿热环境中形成的植物得以发展演化。 (2) 具有热带至寒温带连续的植被类型。热带占陆地面积的6%，却蕴藏了地球一半以上的物种。中国1/10的热带面积，占全国种子植物的50%以上。,三、生物多样性的形成 地球上生物多样性的形成包括两个最基本的过程，即多样性的起源和进化。 生物多样性的形成不能单纯地理解为新物种的形成，还应包括新的生态复合体的形成。 新基因的形成：基因重复、基因延长、杂种基因、基因突变 新物种的

8、形成：需要有可遗传的变异、自然选择、隔离 新生境的形成：太阳及地球本身的物理和化学因素、生物本身对其所处生境的改造,四、生物多样性的分布 根据对已鉴定命名的物种数目统计，物种最丰富的自然环境是在热带雨林、珊瑚礁、热带湖泊及深海区。 从整个地球范围来看，生物多样性分布明显与纬度、海拔高度、地质年代有关。 物种丰富度的分布格式也与地形、气候及局部环境的复杂性等有关。,生物多样性分布格局成因 地质历史：地质历史古老的地区，可能拥有更多的物种。如热带雨林地区，从第三纪后以来气候没有发生过大的变化；高纬度地区受第四纪冰河冰河影响，许多物种灭绝。 环境异质性与资源多样性：提供更多的生态位与更多的资源类型，

9、从而容纳更多的物种。 岛屿生物地理学理论：岛屿的面积越大以及与大陆的距离越近，其物种多样性越高。 生物因素：种间关系、种的生态位幅度等生物因素对生物多样性也起重要作用。如共生、寄生、传粉、捕食、竞争等均影响生物多样性。 尺度问题：生物多样性的测定都是在一定尺度上进行的，一定空间或时间上的测度结果不能用于说明其他尺度上的问题。,五、生物多样性测定 1、遗传多样性的测定 2、物种和群落或生态系统水平上的生物多样性 的测定 3、景观生物多样性的测定,物种和群落或生态系统水平上的生物多样性的测定 -多样性：群落内或生境内生物多样性，用于测量群落内生物种类数量以及生物种类间相对多度，有：物种丰富度指数、

10、物种均匀度指数、物种相对多度分布等。 -多样性：群落间或生境间生物多样性，表示生物种类对环境异质性的反映，通常用来表示群落间相似性指数或同一地区地理区域内不同生境中生物物种的周转率。,-多样性 例： 1）物种丰富度指数： D = S/N；S-物种数目，N-所有物种个体数目之总和 若研究对象为样方而不是整个群落时，D=(S-1)lgN 缺陷： 没有考虑物种在群落中分布的均匀性，而现实常常是少数物种占优势不能完全反映群落中生物多样性,-多样性 2）Shannon-Wiener指数（H） H = ni / N lg （ ni / N ） n i 第i个种的个体数目；N 群落中所有个体总数 既考虑了群

11、落中物种数目也考虑了每个种的相对多度 目前没有一个单独的统计数可以恰当描述群落生物多样性，建议多用几个多样性指数以达到较全面地描述生物多样性的目的。,-多样性 Whittaker指数： w = S /(m 1) m 样方的平均物种数 S 研究群落中的物种总数 Cody指数： c = g (H) + I (H)/ 2 g(H)沿生境梯度而增加的物种数目 I (H) 沿生境梯度而减少的物种数目 Wilson和Shmida指数： T = g(H) + I(H)/m,不仅描述生境内生物种类的数量，同时也考虑这些种类的相同性及彼此间的位置。,六、生物多样性的丧失 生物多样性丧失有哪些多种途径？ 个体数量

12、减少和种群间隔离增加 遗传变异性消失 物种消失(最严重) 其DNA分子中独有的遗传信息和特有的性状组合将永远消失,地球的物种是 4045 亿年地球自然进化的结果。,生物多样性的丧失,自然原因,人类活动,丧失原因,人类生产活动导致物种灭绝的速度是自然灭绝速度的1 000倍。 热带雨林在20世纪80年代初每年被毁1 140万hm2，到80年代末每年上升到1 7002 000万hm2，比原有面积减少了一半。 温带森林13已被砍伐，温带森林已成为濒危生态系统。 湿地是生物多样性丰富的类型，澳大利亚、新西兰，美国加利福尼亚的湿地已消失一半。亚洲、拉丁美洲、西非的红树林损失严重；印度、巴基斯坦和泰国至少有

13、34的红树林受到破坏。珊瑚礁的生境受到威胁着珊瑚礁生态系统的生存。,世界生物多样性威胁的状况,近400年里，484万种动物灭绝，随着世界人口的爆炸，经济的发展，物种灭绝的速度还要加快！ 专家预计：从1990年到2015年，世界上将有60万到240万种生命灭绝！ 1999年国际植物大会： 人类活动破坏了地球将近一半的陆地, 正导致自然界的动植物加速走向灭绝,如果这种情况持续下去, 估计下世纪后半叶, 将有三分之一至三分之二的物种从地球上消失！,中国生物多样性威胁状况 中国植物物种中处于濒危状态者达全国植物种的1520，即4 0005 000种，估计在最近数十年中有5的植物被灭绝。 在2 000年

14、前中国的森林覆盖率达50，如今约为13.8，这还包括后来的人工林。20世纪初大兴安岭为樟子松林集中分布的地方，面积日益缩小，有些地方已绝迹。红松阔叶混交林仅在少数保护区内残存。落叶阔叶林分布地区次生落叶阔叶林。常绿阔叶林是生物物种最丰富的一种森林类型，分散在不同的山地上。热带雨林在中国分布面积有限，但大部分也被橡胶园、热带作物园所替代。热带、亚热带由于森林消失，使水土流失面积达150多万hm2，,草原由于过度放牧，退化草场占可利用草场面积的14，15的草原减产，个别地区出现碱化现象。由于各种原因引起的土地沙化面积达126亿平方公顷。 中国的沼泽面积仅次于加拿大居世界第二位，在三江平原，沼泽大面

15、积地被开垦为农田并建立起许多农场群。热带、亚热带沼泽的主要类型红树林受破坏面积达50。,全球变化,污染加剧,生境片断化和破碎,单一化农业结构,外来种入侵,生物多样性丧失的人类因素,（一） 物种的灭绝 灭绝(extinction)指一个个体、种群或物种从一个给定的生境或生物区系消失的过程。当一个物种从整个地球的生物区系消失则称该物种为灭绝种或绝种(extinct species) 如果一个种的个体仅是被笼养或在人工控制状态下存活。它是否可以被认为已在野外灭绝？ 当一个物种的数量减少到对群落中其他成员的影响微不足道时，如老虎，是否可称为生态灭绝？,自然灭绝：根据古化石估计自然灭绝率为每年10-6至

16、10-7 人为灭绝：速度远超自然灭绝速度 目前，全世界的森林正以每年1800万公顷的速度从地球上消失。近200年来，濒于绝灭的已有593种鸟类、400多种兽类、209种两栖爬行类，以及两万多种植物，比自然淘汰的灭绝速度快1000倍。,物种的灭绝速度,自然灭绝 新种形成和旧种灭绝同是进化过程的结果。在地球上长达35亿年的生物进化历史中，一方面不断有物种形成，另一方面不断有物种灭绝；灭绝后总有新物种形成，如恐龙的灭绝后的天空成了鸟类的世界。 根据古化石估计，在过去的2亿年间，平均每100万年有90万种脊椎动物灭绝；如果地球上现有1000万个物种，预计因自然灭绝每年大约有1-10个物种消失，即自然灭绝率为每年10-6至10-7。,自然因素物种大灭绝的周期性 物种灭绝是自