奥赛讲义 第六章 生物系统学综述

1、奥赛讲义 第六章 生物系统学综述生物多样性是指在一定时间和一定地区所有生物物种(动物、植物、微生物)及其遗传变异和生态系统的复杂性总称。 生物多样性包括多个层次或水平，如基因、细胞、组织、器官、种群、群落、生态系统、景观等。每一层次都具有丰富的变化，即都存在着多样性。其中，研究较多、意义重大的主要包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性4个层次。一、 生物多样性的概念1.遗传多样性（基因多样性）广义的遗传多样性：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：主要是指生物种内基因的变化，包括种内显著不同的种群（居群）之间以及同一种群内的遗传变异。2.物种多样性指地球上生

2、存的所有生物有机体的复杂多样性。（一个地区内物种水平的多样性）就全球而言已经被命名的生物种类约140万中（1992年）；有待发现和命名的约有2000万5000万种。形形色色的植物形形色色的动物形形色色的动物中国物种多样性高等植物万余种，特有种万多种；占世界区系成分的10%。在世界上排第三。苔藓植物2200种，占世界总种数的9.7%蕨类植物约22002600种，占世界种数的22%裸子植物约250种是裸子植物最多的国家。被子植物约30000多种，占世界10%。脊椎动物种，占世界总种数（45417）的13.97%。特有种约种。中国是世界上鸟类种类最多的国家之一，共有鸟类1244种，占世界总种数的13

3、.1%；中国有鱼类3862种，占世界总种数（19056种）的20.3%。 巴西物种多样性巴西是世界上物种多样性最丰富的国家。很多类群的生物多样性都居世界第一位。灵长类动物有55种，占世界总数的24%。两栖类动物有516种陆生脊椎动物有3010种淡水鱼类3000种以上（比第二位国家多三倍），昆虫约为1000万到1500万种，有花植物55000种，占世界总数的22%，爬行动物有467种，占第四位。鸟类有1622种；占世界第三位。棕榈类387种，占第三位。哺乳动物428种，占第四位。 世界物种多样性概貌类 群已描述的物种数类 群以描述的物种数细菌和蓝绿藻4760其他节肢动物和小型无脊椎动物13246

4、1藻 类26900真 菌46983昆 虫751000苔藓植物（藓类和地钱）17000软体动物50000裸子植物（针叶植物）750海 星6100被子植物（有花植物）250000鱼类（真骨鱼）19056原生动物30800两栖动物4184海绵动物5000爬行动物6300珊瑚与水母9000鸟 类9198线虫和环节动物24000哺乳动物4170甲壳动物38000 3、复杂的生态系统多样性是指生物圈内生存环境、生物群落和生态过程的多样化，以及生态系统内的生境差异、生态过程变化的多样性。它分为陆地、湿地和海洋三大生态系统，这三大生态系统各自又包含着各种各样的次级生态系统。陆地生态系统包含森林、草原和荒漠生态

5、系统。而这些次级生态系统还可以区分为更次一级的类型农田和城市形成了一类独特的生态系统，即人工生态系统。生物圈是地球上最大的生态系统。我国常见生态系统类型海洋生态系统4、空间尺度大的景观多样性景观是指一组重复出现、具有相互影响的生态系统组成的异质性陆地区域，如森林景观、草地景观、荒漠景观、农业景观、果园景观和城市景观等。例如：森林景观它的嵌合体有河流、灌丛、草地和沼泽等；廓道有防火隔离带和传输线等；基质是森林，因为它的相对面积大于河流、灌丛等嵌合体，在景观中形成背景。这三种景观要素(嵌合体、廓道、基质)在一个陆地区域内镶嵌分布、重复出现，就形成了森林景观。各层次多样性的关系遗传多样性是物种多样性

6、和生态系统多样性的基础。任何一个物种都具有独特的基因库和遗传组织形式。物种多样性则显示了基因遗传的多样性。物种是构成生物群落和生态系统的基本单元。生态系统多样性离不开物种多样性。也就离不开遗传多样性。二、生物多样性的意义和面临的威胁 当前生物多样性已成为全球关注的重大问题，因为全球环境的恶化、森林火灾的频频发生、人类掠夺式的采伐和破坏、生物多样性正在以前所未有的速度减少和灭绝。一个物种和基因一旦消失，就不会重新产生。一）生物多样性的意义人类社会赖以生存和发展的基础维系自然界中的物质循环和生态平衡（一）、SOS生物圈在呼救人类进入工业化时代时，只有8.5亿人，与地球上差不多已达到最大多样化的其他

7、生命共同拥有地球，今天，人口增长的速度极快，而生物多样性则锐减。生物多样性的降低主要表现在以下几个方面：二）生物多样性面临的威胁1、世界物种数量急剧减少自从40亿年前地球出现生命以来，绝灭已成为生命过程的必然事实，从那时至今，曾经生存过几十亿个物种，而绝大部分都灭绝了。每天约有100多种生物在地球上绝灭，今后100年内，地球上3070的植物将消失。过去的灭绝都是自然过程所致， 而今天人类毫无疑问地是物种灭绝的主要原因。藏羚羊可可西里的小藏羚羊青海湖的藏羚羊遭杀戮的藏羚羊东北虎华 南 虎2、生态破坏令人吃惊生物多样性降低的最大威胁生态环境的严重破坏。近几个世纪,很多自然景观已由人类通过砍伐森林,

8、火烧和畜牧践踏等活动而改变和简化。昔日天堂今日天堂居 延（内蒙古 ） 今 昔阿拉善（内蒙古 ）今昔3、遗传多样性日益匮乏 遗传多样性的日益匮乏，主要表现在种下的亚种、变种和品种数量不断减少。（二）、生物多样性受威胁的原因生物多样性衰减的原因是多方面的，有自然过程、人为因素、社会因素。主要有：1、栖息地的丧失和片段化2、掠夺式的过度利用3、环境污染4、外来种的大量引进或侵入1.热带雨林的大量砍伐，造成物种栖息地的丧失和片段化被砍伐的巴西雨林美丽的热带园林景观2、掠夺式的过度利用过度利用导致物种灭绝过度利用造成生物资源的退化（湖泊中“大个子”鱼减少；牧草小型化）过度利用会导致生态系统的崩溃（乱挖甘

9、草使草原沙漠化）宁夏甘草遭掠夺性挖采 资源减少土地沙化严重每挖一根甘草，就破坏方圆四、五米的植被北京沙尘暴不法分子在搂发菜3、环境污染污染物对生物多样性的危害二氧化硫和酸雨使作物减产甚至死亡；农药在生物体内的富集等大气污染温室效应水 污 染水污染造成鱼死亡 生物多样性的聚减，生态系统严重退化，造成生物生产水平低下，已严重影响社会和经济的发展。为此加强对生物多样性的研究和保护迫在眉睫。第二节 生物分类学的发展一、人为分类按照自己的方便和意图，选择一个或少数性状（形态、习性、用途）作为分类的依据，而不考虑植物间的亲缘关系和演化关系。明朝李时珍（15181593）的本草纲目一书中将植物分为草、木、谷

10、、果、菜5部；动物也分为五部，即虫部、鳞部、介部、禽部和兽部；人另属一部，即人部。 近代分类学诞生于18世纪，它的奠基人是瑞典植物学者林奈。林奈为分类学解决了两个关键问题第一是建立了双名法，每一物种都给以一个学名，由两个拉丁文词汇所组成，其中第一个单词是属名 (为名词,其第一个字母必须大写),第二个单词为种名(形容词),在种名后面写出定名人姓氏的缩写(第一个字母必须大写).属名+种名+命名人(姓氏缩写).如：胡萝卜Daucus carota L.; 第二是确立了阶元系统，林奈把自然界分为植物、动物和矿物三界，在动植物界下，又设有纲、目、科、属、种五个级别，从而确立了分类的阶元系统。例：黄莲 C

11、optis chinensis Franch.界.植物界 Plantae 门.被子植物门 Spermatophyta 纲.双子叶植物纲 Dicotyledoneae 目.毛茛目 Ranales 科.毛茛科 Ranunculaceae 属.黄莲属 Coptis 种黄莲 Coptis chinensis Franch. 由于林奈的进化观点不是很明显，因而对分类学影响不大。直到1859年，达尔文的物种起源出版以后，进化思想才在分类学中得到贯彻，人们逐渐认识到现存的生物种类和类群的多样性，乃是由古代的生物经过几十亿年的长期进化而形成的，各种生物之间存在着不同程度的亲缘关系，分类研究不仅应考虑到生物的形

12、态结构、功能、生态等，更要考虑到生物之间的亲缘关系和演化历史，将分类系统形成生物系谱的系统分类学、自然分类学由此诞生。 二、自然分类（一）自然分类的概念林奈以后的时期，依据最能反映植物亲缘关系和系统发育中的主要性状进行分类自然分类又称系统发育分类 自然分类的重要依据主要有形态学、细胞学、生物化学、比较胚胎学、比较解剖学和古生物学等方面，特别依据最能反映植物亲缘关系和系统演化中的主要性状。近几十年来，特别是分子生物学的发展，现代分类学家在分类的过程中，广泛采用了生理、生化、免疫学、生态分布、遗传学及分子生物学的技术进行分类学研究，以便获得更为可靠、更为全面的分类学依据，来确定生物间的亲缘关系，使

13、“自然分类”更符合自然的本来面貌。（二）自然分类的重要依据1.细胞学依据 以染色体的形态和数目、减数分裂时染色体的行为方式可获得细胞学依据2.化学依据 以一些代谢的小分子化合物，如植物碱、酚、糖、糖苷等和一些大分子化合物，如DNA、RNA和蛋白质等，通过血清、电泳等方法获得的生化指标可获得生物化学依据（1）抗体抗原反应（2）生物大分子比较几种生物与人的细胞色素c中的氨基酸及相对应的核苷酸组成的差异比较以上数据可以作为说明这些生物的同源性及亲缘关系远近的依据，如人和黑猩猩的亲缘关系最近，和猕猴的亲缘关系稍远一点，和酵母菌等的亲缘关系更远。 总之，一切具有种间差异的特征均可作为分类的依据。随着各学

14、科的发展，对生物的认识越来越全面，生物学各学科的发展为生物分类的逐步完善提供了条件，人们才有可能综合各方面的资料，最终建立起一个反映亲缘关系的自然分类系统。第三节 生物分类等级和生物系统树现代的分类等级通常包括七个主要级别：界、门、纲、目、科、属、种。种（物种）是基本单元随着研究的进展，分类层次不断增加，单元上下可以附加次生单元，如总纲（超纲）、亚纲、次纲、总目（超目）、亚目、次目、总科（超科）、亚科、亚种等等 一、分类等级二、生物系统树：生物各种族的系统关系有如树状，可用图来表示其状态 第四节 生物的分界 生物的界级分类随着人们研究技术的改进和认识的深入，从先到后大致提出了如下几个分类系统：

15、两界系统：瑞典生物学家林奈(17071778)，把整个生物分成相应的两大类：植物界和动物界，一直沿用到20世纪50年代。三界系统：1866年，德国生物学家海克(EHHaeckel)，这个三界(原生生物界、植物界和动物界)分类系统，初步地反映了生物进化的途径。四界系统：1959年惠特克(RHWhittaker)提出了原生生物界、真菌界、植物界和动物界分类系统。五界系统：惠特克于1969年提出了五界分类系统：原核生物界，包括细菌和其他原核生物；原生生物界，包括单细胞真核生物，如原生动物和多数藻类；真菌界；植物界；动物界。这是目前应用最为广泛的分类系统。六界分类系统：1979年我国学者陈世骧等提出三总界六界分类系统，则非细胞生物总界、原