保护生物学复习材料.doc

第一章 保护生物学概论本章重点：保护生物学与生物多样性，生物多样性的价值，保护生物学的起源与诞生。本章难点：理解生物多样性包括层次，保护生物学的起源经历。1. 概念：保护生物学，生物多样性。保护生物学是研究生物多样性变化规律及其保护的科学。生物多样性（biological diversity,或缩写为biodiversity）：是地球上生物圈中所有的生物，即动物、植物、微生物，以及它们所拥有的基因和生存环境。2. 保护生物学有哪些特点？保护生物学是一门处理危机的决策科学。即面临的问题具有紧迫性、信息不充分、依靠现有的知识、依靠良好的直觉和创造力、提出目前解决问题的办法。保护生物学是一门处理统计现象的科学。自然界是极其复杂的,对于保护中所面临的一些问题,我们几乎不可能得到准确的单一的答案.只能在一定概率水平上给出生态环境和生物多样性问题的答案。这才是更加科学的态度.保护生物学是一门价值取向、使命取向的科学。保护生物学是为了保护有价值的生物多样性。 保护生物学是一门多学科的综合（交叉）学科。纯科学与应用科学结合、自然科学与社会科学结合。保护生物学是一门整体性学科。 3. 生物多样性包括几个层次？生物多样性可包含三个不同层次：遗传多样性（Genetic Diversity）、物种多样性（Species Diversity）生态系统多样性（Ecosystem Diversity）4. 保护生物学的产生社会发展的需要：社会经济和环境状况保护生物多样性资源的需要 保护生物学的历史和宗教渊源：在世界不同的宗教中都强调对物种和自然环境的保护，主张人与自然的和谐并存。（二）保护生物学的发展诞生的年代：20世纪70年代末或80年代初1978年，美国召开第一届自然保护生物学讨论会“自然保护生物学-进化与生态学观点”1982年,斯坦福大学（Stanford University）成立自然保护生物学中心。1985年,第二界自然保护生物学讨论会：自然保护生物学学会（The Society of Conservation Biology）“自然保护生物学关于稀有性和多样性的科学”从1990年开始，北美的许多大学设立了保护生物学专业。主要学术期刊： 保护生物学（Conservation Biology）、生物保护（Biological Conservation）近年来，自然保护生物学方面的学术会议、有关著作、文章大量涌现，标志着该学科在理论和应用方面的双向发展。这一阶段的发展基本上反映了一种愈来愈综合化、系统化和定量化的趋势.第二章遗传多样性遗传多样性的概念、遗传多样性的意义和遗传多样性的产生基础,检测方法、遗传多样性的几种测度方法以及如何保护遗传多样性。1.概念：遗传多样性：主要指种内不同群体间（两个隔离地理种群间）及单个群体（种群）内个体间的遗传变异总和，即基因多样性(gene diversity)。 2.研究遗传多样性有哪些意义？有助于进一步探讨生物进化的历史和适应潜力： 物种或居群的遗传多样性大小是长期进化的产物,一个居群或物种遗传多样性越高或遗传变异越丰富,对环境变化的适应能力就越强;理论推导和大量实验证据表明生物居群中遗传变异的大小与其进化速率成正比有助于推动保护生物学研究：对珍稀濒危物种保护方针和措施的制定,如采样策略迁地或就地保护的选样等等,都有赖于我们对物种遗传多样性的认识。有助于生物资源的保存和利用：如：动植物品种改良（玉米、水稻、小麦、牛猪羊）3. 遗传多样性产生的原因（1）基因突变：由于DNA碱基对的置换、增添或缺失而引起的基因结构的变化，亦称点突变。 （2）染色体突变：是指染色体结构、数目和大小的改变 染色体结构的变化有几种情况： 缺失deletion ，即染色体上一个片段的丢失； 重复duplication ，即染色体上某些片段的重复性增加； 倒位inversion ，即染色体内部结构的顺序发生颠倒； 易位translocation ，即非同源的染色体片段出现了交换，包括相互易位和非相互易位（转位）两种情况。 染色体数目的变化包括非整倍体、单倍体和多倍体现象 （3）重组:包括DNA分子间重组和染色体重组 DNA重组指DNA分子间通过交换等相互作用而产生新的分子形式，它可以改变基因本身、基因间的相互作用及基因表达。参加重组的两个DNA分子可以是同源的，也可以是非同源的； 染色体重组，传统上也称遗传重组，通常指两个同源染色体间部分区段的交换或互换。 4.遗传多样性分子水平的检测方法有哪些？并比较这些方法的优缺点。形态学水平最古老也最简便易行染色体水平：染色体是遗传物质的载体，是基因的携带者。与形态学变异不同，染色体变异（畸变）必然导致遗传变异的发生，是生物遗传变异的重要来源。等位酶水平：等位酶是由单位点上等位基因编码的同工酶，是借助于特定的遗传分析方法确定的一种特殊的同工酶。由于等位酶谱带同等位基因之间的明确关系，使其成为一种十分有效的遗传标记，是近一二十年来检测遗传多样性应用最普遍的方法。DNA水平：DNA 是遗传信息的载体，遗传信息就是DNA 的碱基排列顺序。因此，直接对DNA 碱基序列的分析和比较是揭示遗传多样性最理想的方法。基因平衡定律：英国数学家哈迪（Hardy）和德国医生温伯格（Weinberg），经过各自独立的研究，于1908年同一年发表了有关基因频率和基因型频率的重要规律，现统称为哈迪-温伯格定律。哈迪-温伯格定律的要点1在一个随机交配的大群体中，若没有其它因素（突变、迁移、选择）的影响，基因频率世代不变。即： P0=P1=Pn q0=q1=qn2任何一个大群体，无论其基因频率如何，只要经过一代随机交配，一对常染色体基因型频率就达到平衡，若没有其它因素的影响，一直进行随机交配，这种平衡状态始终不变。即： D 0 D1=D2=Dn H 0 H1=H2=Hn R0 R1=R2=Rn3在平衡群体中，基因频率和基因型频率的关系为： D = p2 H = 2pq R = q2 平衡群体是指在世代更替的过程中，遗传组成（基因频率和基因型频率）不变的群体。第三章 物种多样性物种及物种多样性的概念，并从物种的产生、物种数目、物种多样性特丰富国家、全球物种多样性的热点地区以及中物种多样性等方面，了解全球的物种多样性概况。本章难点：全球物种多样性概况及我国的物种多样性。1. 概念：物种 物种多样性 灭绝物种多样性：指生命的有机体即动物、植物、微生物物种的多样化。代表物种演化的空间范围和对特定环境的生态适应性，同时给人们提供了资源和后备资源。 灭绝(extinction)：当一个物种不再有活着的个体存在于这个世界时。 物种：分布在一定的自然区域，具有一定的形态结构和生理功能，而且在自然状态下能够相互交配和繁殖，并且能够产生出可育后代的一群生物个体。2. 物种多样性空间分布格局的形成机制？影响因子解 释气候适宜的气候允许较多物种生存气候变率稳定的气候为物种分化创造了条件生境异质性物理或生物因子复杂性孕育较多生态位历史因素进化时间越短，形成新种越多能量每个物种分配到的能量决定物种多度竞争降低生态位宽度；减少物种数目捕食减缓竞争排斥干扰中等干扰减缓竞争排斥3. 什么是物种的适应、其普遍性和相对性？适应(adapatation) ：生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类。物种中具有最高适合度的个体将会对未来世代作出特别高的贡献。如果适合度的差别含有遗传的成分，则后代的遗传组成会有改变。这个过程称为自然选择或“最适者生存”。适应的普遍性：生物在长期的进化过程中形成了对环境的适应性，这种适应性是普遍存在的。现在生存的每一种生物，都具有与其环境相适应的形态结构和生理特征。适应的相对性：1、生物对环境只是在一定程度上的适应，并不是绝对的、完全的适应，更不是永久的适应。2、适应的相对性是遗传物质的稳定性与环境条件的变化相互作用的结果。4. 我国物种多样性概况?l 我国疆域辽阔，地形、气候复杂，南北跨越寒、温、热三带，生态环境多样，孕育了丰富的物种资源。 l 由于具有独特的自然历史条件，特别是第三纪后期以来，受冰川影响较小，使我国的动、植物区系具有自己的特点，保留了许多北半球其他地区早已灭绝的古老孓遗和残遗的种类。 l 我国是生物多样性特丰富国家之一。 l 在亚洲，中国维管束植物、哺乳动物、鸟类、两栖类、爬行类、鱼类及凤尾蝶类物种最为丰富。 l 中国的物种数量约占世界物种总数的10%左右。其中哺乳动物占有种数为世界第5位，鸟类为世界第6位，两栖类为世界第6位，种子植物居世界第3位。 l 我国特有物种较为丰富，特有植物估计有15000-18000种，约占维管植物总数的50-60%，在世界上处于第7位。特有高等脊椎动物在世界上处于第8位。 l 特有物种在地理分布上也不均匀。中国植物特有属大致有川东-鄂西、川西-滇西北和滇东南-桂西三大特有现象中心。脊椎动物中，横断山区、青藏高原也具有较多的特有种。 5. 物种的形成方式主要分为那些？一. 异域性物种形成：（1）通过大范围的地理分割，两个种群各自演化，形成生殖隔离机制。（2）通过种群中少数个体从原始种群中分离出去，到达他地并经地理隔离和独立演化而成新种。二. 邻域性物种形成： 分布区很广的物种，边缘地区环境不同引起种群分化、独立，虽然没有隔离屏障，也能成为基因流动的障碍，经自然选择，逐渐形成生殖隔离的新种。三. 同域性物种形成： 在母种群分布区内部，由于生态位的分离，逐渐建立若干子群，子群间由于逐步建立的生殖隔离，形成基因库的分离而形成新种。四、渐变式 继承式：指一个物种通过漫长的地质年代的演变，逐渐积累微小变异而发展形成新物种。 分化式：指一个物种的两个或多个群体，由于地理的隔离而逐渐分化成两个或多个亚种，然后再发展出生殖上的隔离，形成两个或多个新的物种。爆发式：6. 简述灭绝的内部和外部机制。物种灭绝的特点：1.K选择策略2.稳定产生特化3.迁移散布能力差4.对其他物种有强依赖性5.种群小 / 分布集中6.多生境要求7.具有商业价值【外因：物种灭绝 “灾害四重奏”（具体PPT第八章44-47补充）生境破坏、资源过度开发、环境质量恶化、物种入侵。】导致物种灭绝的因素： 外在因素。与其他种的有害相互作用(竞争、寄生、捕食和疾病等)、有害事件、生境的有害变化等； 内在因素：物种的遗传特征的随机变化以及这些特征与环境间的相互作用。包括统计随机性，不适应的特征或行为对种群造成的不利影响，近亲繁殖带来的遗传退化，遗传漂变等。第四章 生态系统多样性生态系统多样性概念及形成的原因、关键地区的确定与保护、物种多样性和生态系统功能的关系。1. 概念：生态系统、生物群落、生态系统多样性、关键地区、关键种、功能群。生态系统多样性 (ecosystem diversity)：不同生态系统的变化和频率。即指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境差异、生态变化的多样性。关键地区：植被保存较好、生物种类丰富且特有程度较高的地区，人们称之为生物多样性关键地区（critical area）。关键种：在生物群落中，某些种类对决定大多数其他种类在群落中的持续生存能力具有重要意义，它们的存在与否会影响到整个生态系统的结构与功能，这些物种即称这之为关键种（keystone species）或关键种组(keystone group)。 功能群：具有相似的结构或功能的物种的集合，这些物种对生态系统具有相似的作用，其成员相互取代后对生态系统过程具有较小的影响。生物群落：在相同时间聚集在同一地段上各物种种群的集合。组成群落的物种之间、物种与环境之间彼此影响，相互作用，具有一定的形态结构与营养结构，执行一定的功能。生态系统： 指在一定时间和空间范围内，由生物群落与环境组成的一个整体，该整体具有一定的大小和结构、成员，借助能量流动，物质循环和信息传递而相互联系，相互影响、相互依存，并形成具有各自组织和调节功能的复合体。2. 什么原因使生态系统呈现多样性？研究生态系统多样性有何重要性？与物种多样性成因相似，是基因到景观乃至生物圈的不同水平研究的综合。例如，濒危物种的保护从不同水平上去探索物种濒危机制，从生境或生态系统水平上考虑保护措施；生态系统多样性维持机制的研究不仅注重生境，更注重不同生物类群的作用及其相互关系对系统稳定性的影响。3. 生态系统有哪些类型？其划分依据是什么？生态系统类型宏观上主要按生境性质划分。如海洋、湿地、森林生态系统。 在地球上不同的地理环境中，由于太阳辐射、降水、氧分压、蒸发强度等因素的差异，发育着不同的生态系统类型。 这些生态系统类型的分布具有纬度、经度和垂直地带性分布规律。 4. 确定关键地区依据哪些原则？确定关键地区的4条原则： 丰富性。热带最丰富。 特殊性。我国的高寒植被和常绿阔叶林。 受威胁的程度。濒危物种、易危物种、稀有物种、数量下降但未列入IUCN名录的物种。经济价值。热带最高。5. 有关物种在生态系统中作用的4种假说的含义各是什么？（1）冗余种假说。认为生态系统保持正常功能需要有 一个物种多样性的域值，低于这个域值系统的功能会受到影响，高于这个域值则会有相当一部分物种的作用是冗余的。 （2）铆钉假说。观点与冗余种假说相反，认为生态系统中所有的物种对其功能的正常发挥都有贡献而且是不能相互替代的。（3）特异反应假说。认为生态系统的功能随物种多样性的变化而变化，但变化的强度和方向是不可预测的，因为这些物种的作用是复杂而多变的。（4）零假说。认为生态系统的功能与物种多样性无关，即物种的增减不影响生态系统功能的正常发挥。冗余种假说铆钉假说特异反应假说零假说第五章 生物多样性丧失的人为原因本章难点：分析生物多样性丧失的原因，研究其物种灭绝机制，对预测将来可能有多少个物种灭绝，物种灭绝最可能发生在什么地方以及制定相关的生物多样性保护策略。1. 最易灭绝的物种具有哪些特征？1.K选择策略2.稳定产生特化3.迁移散布能力差4.对其他物种有强依赖性5.种群小 / 分布集中6.多生境要求7.具有商业价值2. 生物多样性丧失主要是由哪些因素引起的？这些因素是如何发挥作用的？（举例子说明） 1）自然因素自然条件的变化、生物之间的激烈竞争、物种退化2）人为因素（主要）栖息地的改变和破坏、人类掠夺性狩猎、环境污染、生物入侵对生物多样性下降最大的威胁是生境的丧失 保护生物多样性最关键的手段是保护生境3. 试述物种的灭绝机制。第六章 物种问题与物种保护重点理解物种多样性是遗传多样性的载体和生态系统多样性的基本功能单位。本章难点：物种的生物学定义；物种的形成主要方面，IUCN濒危物种等级划分的标准1. 什么是物种的生物学定义？分布在一定的自然区域，具有一定的形态结构和生理功能，而且在自然状态下能够相互交配和繁殖，并且能够产生出可育后代的一群生物个体。2. 物种的形成主要分为那些方面？物种形成是选择进化的关键。关于物种形成的过程多数学者接受“地理物种形成学说”。形成过程如下： 1）地理隔离：地理屏障将两个种群隔开，种群间个体和基因交流受阻。 2）独立进化：地理隔离的种群各自独立地进化，适应各自的特殊环境。 3）生殖隔离机制的建立：由于长期的地理隔离和种群的变异，假如地理隔离屏障消失，两个种群之间建立了生殖隔离，使得基因交流受阻，形成了两个物种。3. 什么是物种的适应、以及其普遍性和相对性？4. 阐述灭绝的概念及其内部和外部机制。5. IUCN濒危物种等级划分的标准是什么？第七章 种群生存力分析本章难点：理解种群生存力分析、最小生存种群、灭绝旋涡、瓶颈效应、创始者效应1. 开展种群生存力分析对保护生物学具有哪些意义？意义：建立各种自然保护区，需要研究种群存活的最低条件、建立保护区的数目、大小以及在何地建立保护区。2. 影响种群生存能力的主要因素有哪些？3. 什么是种群生存力分析、最小生存种群、灭绝旋涡、瓶颈效应、创始者效应？种群生存力分析（population viability analysis (PVA)）：是统计分析的一种延伸，着重确定物种是否能在某环境里可持续生存的能力。最小生存种群 (minimum viable population，MVP)数量*：种群免遭灭绝而必须维持的最低个体数量。灭绝旋涡：种群变得越小，越容易受统计变化、环境变化和遗传因子的影响，这些因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已被拟为一种旋涡效应(vortex effect)*。瓶颈效应概念*：由于环境随机性、统计随机性、自然灾害等原因，使一个种群中大部分个体死亡而剩下几个个体，导致该种群数量偶然地明显下降的现象。创始者效应：当几个个体离开大种群而建立一个新种群时，就出现一种被称为创始者效应*(founder effect)的特殊瓶颈类型。第八章 岛屿生物地理学与集合种群本章重点：种-面积曲线和平衡理论、集合种群理论。集合种群理论：（1）集合种群的遗传学是其中一个十分重要的组成部分。（2）集合种群的结构对种群的遗传变异有重要的影响：方面，一个种群分隔成几个隔离的局部种群后可能会减少种群的遗传变异，原因：近亲繁殖等。另一方面，生活在不同环境中的种群又可能因基因突变和自然选择增加新的遗传变异。（3）因形成集合种群的时间长短不同，种群对近亲衰退的抵抗力也不同。 形成历史较长的集合种群，所组成的各局部种群中遗传杂合子比率一般较低。但对近亲衰退有较高的抵抗力。 最近形成的集合种群，各局部种群的遗传杂合子比率较高，但对近亲衰退的抵抗力较低。并且各局部种群中的杂合子将随时间的推移而逐渐减少。因此，新近形成集合种群的生物，灭绝的危险性很大。 其他几个重要原理1）集合种群是指由一组空间隔离、相互有联系的局部种群所组成。 2）一个集合种群要长期生存，各局部种群之间的迁入率必须大于各自的灭绝率。3）集合种群越大(即局部种群越多)，种群能生存的时间越长。1. 岛屿生物地理学的主要论点是什么？2. 岛屿的面积和岛屿上的物种数有何关系？什么是平衡理论？3. 岛屿生物地理学对保护区的设计和生物多样性保护有那些指导意义？4. 平衡理论有那些缺陷，在实际应用中如何弥补这些缺陷？5集合种群类型第九章自然保护区本章重点：包括自然保护区概念，自然保护区功能区划分，自然保护区管理工作的主要内容。1. 什么是自然保护区？IUCN1994年：保护区专门用于生物多样性与有关自然和文化资源的管护，并通过法律和其它有效手段进行管理的陆地和海域。另一定义：自然保护区是具有代表性的自然景观区域（如生物多样性丰富地区、濒危物种的天然分布区、重要的天然风景区、水源涵养区、具有特殊意义的自然地质剖面和重要的自然遗迹及人文遗迹等）以及为了科研、教育、文化娱乐目的而划分出的保护区域的总称。2. 按照岛屿生物地理学理论与集合种群理论，自然保护区面积规划应遵循哪些原则？典型性 (typicalness)：在不同自然地理区域中选择有代表性生物群落的地区建立保护区。保护区所代表的自然地理区域的范畴对确定该保护区的类型和级别有着至关重要的意义。 稀有性 (rarity)：濒危种、稀有种、地方特有种或群落及其独特生境，以及汇集了一群稀有种的动植物避难所。 脆弱性 (fragility)：对环境改变敏感的生态系统具有较高的保护价值。需要特殊的管理。多样性 (diversity)：群落的数量多寡和群落多样性。由保护区立地条件的多样性以及植被的发生历史因素决定。 自然性 (naturalness)：自然生态系统未受人类影响的程度。对于建立以科学研究为目的的保护区或保护区的核心的选择具有特别的意义。感染力 (intrinsic appeal): 由于不同的物种和生物群落类型是不可替代的，因此各个物种、生物群落和自然景观都是等价的。但由于人类的感觉和偏见，不同有机体有不同的感染力，它对选择风景保护区来说很重要。潜在价值 (potential value)：一些地域由于各种原因遭到了破坏，如森林采伐、沼泽排水和草原火烧等。如能进行适当的人工管理或减少干扰，通过自然演替恢复原有的生态系统，有可能发展成为比现在价值更大的保护区。 科研潜力 (scientific research potential)：包括一个地区的科研历史、科研基础和进行科研的潜在价值。3. 自然保护区内部可分为几个功能区？各区有哪些作用？p 核心区（core zone）：被缓冲区所包围，区内主要为原生性生态系统，或者是珍稀濒危动植物的集中分布地或繁殖区。绝对保护地，唯一允许的活动是 “监测”。 p 缓冲区（buffer zone）：位于核心区的外围，区内由一些可能恢复为原生性的植被地段所组成。功能：科研、监测、生物多样性管理、教育培训、旅游。 p 实验区（experimental zone）：位于缓冲区的外围，可包括次生性植被以及荒山荒地等。用于持续利用和实验研究、示范(含社区发展示范)。4. 自然保护区的设计原则？保护区设计的6项原则*(Diamond，1975)：大保护区比小保护区好。因为大保护区的物种迁入速率和灭绝速率平衡时，大保护区拥有较多的物种数量，而且大保护区的物种灭绝率较低。 如果栖息地是同质性的保护区，但又必须被分成几个不相连的小保护区，则这些保护区应尽可能靠近。因为这样将有利于增加保护区的物种迁入速率，降低物种的灭绝概率。 若栖息地是同质性的保护区，分成不相连的碎片愈少愈好。原因是在大保护区存活率高、小保护区低，同时大保护区比总面积之和等于该大保护区的几个小保护区拥有更多的物种。 如果有几个不相连的保护区，这些保护区应是等距离排列，而不是线性排列。因为等距离排列意味每一个保护区的物种可以比较容易地在保护区之间迁移和再定居的可能性。若有几个不相连的保护区，用“走廊”将它们连接起来，也许明显改变其保护功能。因为物种可能在保护区间通过“走廊”扩散，从而会增加物种的存活机会。 保护区应尽可能按圆形设计，以减少保护区间物种扩散的距离。如果保护区太长，保护区局部发生物种的灭绝，物种从中心地区向边缘地区扩散的速率也许很低。因此，无法防止类似于岛屿效应的局部灭绝。第十章 迁地保护策略本章重点：迁地保护的意义、优缺点、方法等。两个概念： 就地保护(in situ或on-site preservation)：指保护在野外的自然群落和种群。 是生物多样性长期保护的最好策略。 迁地保护(ex situ)或易地保护(off-site preservation) ：指在人类控制的条件下维持种群个体。许多物种在野外灭绝了，但还存活在笼养侨居地(captive colonies)，例如麋鹿和野马。1. 迁地保护有哪些意义？迁地保护种群的个体能定期地放到野外以维持自然种群的数量和遗传变异性。 对笼养种群的研究能透彻了解该物种的基本生物学特性。 迁地保护的种群能自我繁殖而减少为了展览和研究目的从野外收集个体的需要。 展览个体有助于教育公众了