生物工程-物种多样性原理课件

第三讲：生物工程原理

——物种多样性原理探究：2010北京市高考题保护生物多样性是实现人类社会可持续发展的基础。下列对生物多样性的理解正确的是A.生物多样性的丰富程度与自然选择无关B.群落演替过程中的生物多样性逐渐降低C.物种多样性比较高的生态系统相对稳定D.遗传多样性较低的种群适应环境能力强想一想1：我们是否能够正确解答这个题目，阻碍我们正确解答题目的因素有哪些？想一想2：为什么物种多样性比较高的生态系统相对稳定？这对于我们的生态工程建设有什么意义？

主讲内容生物多样性的形成生物多样性生态工程原理—物种多样性原理一生物多样性

生物多样性包括地球上所有植物、动物、微生物和它们所拥有的全部基因以及由这些生物和环境构成的各种各样的生态系统。遗传多样性（基因多样性）物种多样性生态系统多样性生物多样性是地球上40亿年生物进化留下来的宝贵财富，是人类赖以生存和发展的基础。

因此，我们的保护也要从基因、物种和生态系统三个层次着手。1.遗传多样性主要指物种内不同种群和个体间的遗传变异总和，也称为基因多样性，即地球上生物个体所包含的遗传信息总和。包括：分子、细胞和个体水平3个层次的多样性。2.物种多样性物种多样性是物种水平的生物多样性，是用一个区域的物种种类的丰富程度和分布特征来衡量的。物种的丰富度是指一个群落或生境中物种数目的多寡。物种的均匀度指一个群落或生境中全部物种所有个体数目的分布状况，反映了各物种个体数目分布的均匀程度。通常一个物种的种群越大，它的遗传多样性就越大。物种多样性是生物多样性最直观、最基本的表现。物种多样性我国是世界上物种多样性最丰富的国家之一地球表面的动植物、微生物的总数达到500万-3000万种，已经记录的大约有140万-170万。我国已经记录的物种总数达29万种。拥有高等植物3万余种，脊椎动物6347种，均居世界首位；还有昆虫15万种，更重要的是，高等植物中有17300多个特有种，脊椎动物有677个特有种。我国是世界上物种多样性最丰富的国家之一。银杉水杉白鳍豚特有物种：古老物种：大叶木兰鹅掌楸扬子鳄3.生态系统多样性指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化，以及生态系统内生境差异和生态过程的多样性。生境主要指地貌、气候、土壤和水文等无机环境。生物群落的多样化是指生物群落的组成、结构和动态方面具有多样性。生物群落结构的不同层次中都由不同生物组成，形成了生态系统内的不同生境，它们在生态过程中发挥的作用都不同，即体现了生态过程的多样化。

生态系统多样（27个大类，460个类型）

一般说，一个物种的种群越大，它的遗传多样性就越丰富。遗传多样性导致了物种多样性，物种多样性与多种多样的生境构成了生态系统多样性。全球特有物种最丰富的10个国家两栖类鸟类哺乳类世界有约141300个物种被描述由于人口压力，栖息地的破坏，环境的污染使我国的大量物种处于不同等级的濒危状态。如：我国特有的海南黑冠长臂猿只有50-200只，大熊猫只有约1000只，而被子植物中大约有15﹪-20﹪处于濒危或受到威胁。坡垒珙桐已经灭绝或者在我国境内绝迹的物种：处于濒临灭绝状态的物种：新疆虎野马银杉人参野骆驼金丝猴大熊猫

“物种的灭绝时一个自然过程，但目前认为人为的活动大打加速了物种灭绝的速度。物种一旦灭绝，便不可再生，生物多样性的消失将造农业、医药卫生保健、工业方面的根本危机，造成生态环境的破坏，威胁人类自身的生存。

—摘自《中国环境保护21世纪议程》一则资料：地球上自从35亿年前出现生命以来，已有5亿种生物存在，如今绝大多数已消逝。物种灭绝作为地球上生命进化史的一种自然现象，本是正常事件，如2．5亿年前三叶虫，6500万年前的恐龙均已灰飞烟灭。但自从人类进入工业社会，目空一切地参与大自然的事物以后，使整个绝灭时间表大大提前。地质时代物种灭绝的速度极为缓慢，鸟类平均300年灭绝1种，兽类平均8000年灭绝1种。到1600年至1700年，每10年灭绝1种动物；1850年到1950年，鸟兽的平均灭绝速度为每年一种，即有100多种动物灭绝，而且这种灭绝还以加速度的趋势进行着。1600年以来，记录在案的动物灭绝资料已经够惊人的：120种兽类和250种鸟类已不复存在。据联合国环境规划署的一份报告：目前世界上每分钟有1种植物灭绝、每天有1种动物灭绝，这种远远高于自然的“本底灭绝”速率上千倍的局面是有关地球生命生存状况与质量的严峻警告！生物多样性面临威胁的原因：…

1、滥砍乱伐

2、滥捕乱杀

3、环境污染

4、外来物种入侵保护生物多样性的原理保护遗传多样性保护物种多样性保护生态系统多样性生物多样性的保护思想认识：政府部门和社会各界应当深刻认识生物多样性的价值。在制定经济发展政策时，确保生物多样性的可持续利用。生物多样性保护的主要途径包括就地保护（insitu）、移地保护（exsitu）。其中，就地保护是生物多样性保护的最有效的措施。

1.下列关于生物多样性的说法，不正确的是（）A、地球上所有的植物、动物和微生物，它们所拥有的全部基因以及各种各样的生态系统，共同构成了生物多样性。B、生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。C、物种多样性是生物多样性最直观、最基本的表现。D、保护生物多样性就是在物种及生态系统两个层次上采取保护战略和保护措施。学习效果评估（完成用时5分钟）D材料一：我国西北某县野生甘草面积在1967年为4万多公顷，30年后便有一半被挖尽。现在野生甘草资源已经枯竭。

材料二：一种原产日本的林业害虫，于20世纪80年代侵入我国华南沿海地区，并且由于缺乏天敌而迅速蔓延开来。据l990年统计，这种害虫使该地区l3万多公顷的马尾松林受到危害。（1）材料一表明，许多野生动植物资源枯竭的主要原因是_____________________________。

（2）材料二表明，外来物种的侵入，会直接威胁到___________________________________。

（3）侵入的外来物种往往会迅速蔓延开来，主要是因为__________________________。保护生物多样性应在______________________________________三个层次上采取保护措施。问题探究：想一想生物多样性是如何形成的？物种的形成与生物多样性之间有怎样的内在联系物种是生物存在的基本方式，物种的形成是新基因库产生和发展的基础，直接导致了生物多样性的增加。生物多样性的形成集中反应在物种的形成上。二、生物多样性形成一物种形成的方式渐进式的物种形成骤变式的物种形成1、渐进式的物种形成遗传多样性导致物种形成一个物种的种群生存条件发生变化，它的命运就会发生变化，也许灭绝，也许进化成为新物种，也许分布的范围会发生变化，这一切都决定于物种的遗传多样性。即：遗传多样性越丰富，进化成为新物种的可能性就越大。如温室效应对落叶松种群发展趋势的影响、加拉帕戈斯群岛上13种地雀的进化关系2.骤变式的物种形成由于个体的染色体结构变异、染色体加倍以及远源杂交，再经自然选择而成为新的物种。这是一种只经过一、两代就能产生新物种的方式。由于多倍体一旦形成，它和原来的物种就发生生殖隔离，因而成了新物种。多倍体在动物界极少发生，在植物界却相当普遍，例如普通小麦、棉花、甘蔗、香蕉等。远源杂交实验：黑麦（2n=14）X普通小麦（6n=42）杂种一代4n=(7+21)小黑麦8n=56染色体加倍秋水仙素二生物都生活在由生物因素和非生物因素组成的生态因素中生物都生活在一定的生态环境中，不但要受到无机环境的影响，还要受到其他生物的影响，并与其他生物发生关联，保持相互协调，相互选择，协同进化。１.协同进化（共同进化）：在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉的情形很常见，昆虫传粉的专门化对植物繁衍后代有什么意义？捕食者的存在是否对被捕食者有害无益？捕食者的存在是否对被捕食者有害无益？捕食者所捕食的大多是被捕食者中年老、病弱或年幼的个体，客观上起到促进种群发展的作用。“精明的捕食者”策略：捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，否则自己也无法生存。“收割理论”：捕食者往往捕食个体数量多的物种，这样就会避免出现一种或几种生物在生态系统中占绝对优势的局面，为其他物种的形成腾出空间有利于增加物种的多样性。共同进化的含义1：不同物种间的共同进化地球形成时原始大气中是没有氧气的，但是随着光合细菌的出现，使得大气中有了氧气共同进化的含义2：生物和无机环境间也存在共同进化。不同物种之间，生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是共同进化．通过漫长的共同进化过程，地球上不仅出现了千姿百态的物种，而且形成了多种多样的生态系统，也就是形成了生物的多样性．综上所述：生态系统多样性的形成地球上的所有生物彼此之间有着或远或近的亲缘关系，都起源于共同的祖先。在适应不同环境和向不同方向发展的过程中形成了多彩多姿、千变万化的生物世界。实质上，物种形成过程就是生物多样性增加的过程，随着物种多样性的增加，生物的分布范围增大，分布的生境类型增多，从而形成了生态系统的多样性。遗传多样性物种多样性生态系统多样性生境基础遗传多样性物种多样性生态系统多样性选择经隔离组成+生境是生物多样性最直观、最基本的表现生物多样性的宏观表现分子水平细胞水平个体水平生物多样性层次形成DNA和蛋白质分子的多样性染色体多样性表现型的多样性物种的形成方式长期的地理隔离，导致生殖隔离染色体变异、加倍及远源杂交，再经自然选择基础完成6.阶段学习评估（用时10分钟）答案：（1）突变（变异）、自然选择（2）种群基本单位（3）基因库（4）1）生存斗争（种内斗争）

2）联趾型个体趾间有蹼，游泳，可以从水中获取食物。因此，在岛上食物短缺时，联趾个体的生存和繁殖机会较多。

3）基因频率（5）遗传PCR（聚合酶链反应）生态工程的原理——物种多样性原理1.物质循环再生原理3.物种多样性原理2.协调与平衡原理物种多样性原理物种越丰富，生态系统的抵抗力稳定性越高资料分析讨论：请思考并解答问题（用时3分钟）1.为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物多样性？

纯樟子松林、杨树林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫、天牛的天敌，而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源，因而会导致了树林的毁坏。珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。例如，氮、磷等养分就能够在该区生物体间充分地循环利用而很少流出系统外。2.从上面正面和反面的实例，你能得出怎样的结论？你认为生物多样性的破坏有人为因素吗？只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。生物多样性的破坏有人为因素，而且往往作用巨大。4、大区域生态系