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文档简介
《保护生物学》授课教案
课程保护生物学班级生物工程03学期2
课时2学时教师上课日期
课程类型理论
第.章保护生物学概论
课程称第•节保护生物学与生物多样性
(章、节)第二节生物多样性的价值
第三节保护生物学的起源与诞生
第四节保护生物学的内容、任务和研究热点
教学目的
使同学了解保护生物学的内容、任务和研究热点
要求
教学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
教学难点理解生物多样性包括层次,保护生物学的起源经历
主要教具
投影仪、电脑、常规教学设备
设备材料
1概念:
保护生物学生
物多样性。
思考题2保护生物学有哪些特点?
3生物多样性包括几个层次?
4保护生物学的远源经历那几个阶段?
课后记
教学内容
第一章保护生物学概论
第•节保护生物学与生物多样性
1什么是保护生物学课时:2
保护生物学(ConservaiionBiudiversily)是从保护生物及其环境的角度出方法:
发来保护生物多样性的科学。理论教学、多
2保护生物学特点媒体授课、图
2.1处理危机的学科片展示
2.2多学科交叉的.门综合性学科步骤:
2.3依统计规律决策的学科在介绍保护
2.4具有价值取向的科学生物学与生
2.5考虑进化时间尺度的学科物多样性的
2.6具有长期性基础上,逐个
3生物多样性的涵义对什么是保
生物多样性(biodiversity)二是生物及其与环境形成的生态合体,以及护生物学、保
与此相关的各种生态过程的总和。包括所有生物和它们所拥有的基因,以及护生物学特
生物与环境形成的杂生态系统。点、生物多样
第二节生物多样性的价值性的涵义、生
1生物多样性价值分类物多样性价
可利用价值是对自然资源的实际利用,可利用价值进,步分为三类。其值分类、生物
中:多样性的价
(1)直接利用价值:是人们愿意支付.定的货币来获得某种可直接利值、保护生物
用的生物产品,所体现出的价值,比如中药材等:学的内容、任
(2)间接利用价值:通常是生态系统的功能所提供的效益,人们会愿务和研究热
意为在林中游憩等.类对生物多样性资源的间接利用而支付.定的货币,从而点以及生物
形成了资源的间接利用价值;多样性正在
(3)可选择价值:是人们为维护将来可能对生物多样性的利用而支付迅速丧失的
的货币,它类似于保险,常常介于可利用价值与非利用价值之间。原因加以介
2.非利用价值是.种模糊的,难以表达清楚的经济价值,为此,常常绍,重点学习
从动机(motive)的角度来描述它。常见的有:什么是保护
(1)替代动机(vicariousmolive)和替代价值(vicariousvalue)。替代消费生物学与生
是通过想象来体验或享受别人对生物多样性效益的消费,替代动机是指人们物多样性,生
对替代消费的支付意愿,由此产生生物多样性效益的替代价值:物多样性的
价值,保护生
(2)利他主义动机(altruismmotive)和利他主义价值(altruismvalue).利
他主义是指为他人和生物着想,人们由于为他人和生物着想的支付意愿是利物学的起源
他主义动机,生物多样性的效益由此产生的价值是利他主义价值:与诞生。
(3)遗产动机(beques【molive)和遗产价值(bequestvalue,BV)0是人们
为了自己的后代能利用生物多样性效益的支付意愿:
(4)礼物动机(giflmotive),是人们为了使自己亲密的人能利用生物多样
性效益的支付意愿,属于选择价值:
(5)同情动机(sympathymotive),是指人们对生物多样性所提供的公众
效益被破坏表示同情心,并为保护生物多样性效益的支付意愿,通常认为它
属于存在价值:
(6)管理动机(slewardshipmotive),亦被称为“Gaian动机”,是指人
为生物多样性效益能得到更好管理的支付意愿,通常认为它属于存在价值:
(7)权利动机(rightmotive),是指人们在〃尊重生命”的伦理指导下,
认为生物有生存的权利,并为保护它们的支付意愿,通常认为它属于存在价
值:
(8)义务动机(commiimenl:notive),是指人们认为自己有保护生物多样
性的义务,并为保护它的支付意愿,通常认为它属于存在价值:
(9)伦理动机(ethicmotive)和保护价值(preservativevalue),是指人们从
伦理角度认为生物多样性应该得到保护,并为其保护的支付意愿。.般认为存
在价值的动机都是与伦理相关。
2生物多样性的价值
2.1生物多样性的直接经济价值
生物多样性的直接经济价值包括消耗性使用价值和生产使用价值(商品
价值)。
消耗性使用价值:指直接消耗性的(即上经市场交易的)白然产品的价
值。例:农民上山柴、猎取野物、种蔬菜、饲养家禽等,供生活消耗,
而上拿到市场上去销售。在封建社会,自给自足的小农经济大多利用这部分
价值。这些物品的价值上体现在国民经济收入中。
生产使用价值:是指通过商业性收获供市场交换产品的价值。这类生物
资源产品的生产性利用,如木材、鱼、动物皮、药物、纤维、橡胶、建筑材
料、果品、染料等,对国民经济有重大作用。
1对.现代农业的价值
2.对医药卫生方面的价值
3.对现代工业的价值
2.2生物多样性的间接经济价值
生物多样性的间接经济价值是指上能直接转化为经济效益的价值,也常
被称为非消耗性使用价值。
1.维护生态系统的平衡和稳定
2.固定太阳能
3.保护水资源
4.保护土壤
5.调解气候
6.污染物的降解和指示作用
7.科学、教育、文化等方面的价值
23..潜在价值(选择价值)
潜在价值是指生物资源将来可能被利用(包括直接利用、间接利用)的
价值,或者说是生物种在未来的某个时候能为人类社会提供经济利益的可
能,因此它具有较大的上确定性。
2.4.生物多样性的伦理价值
讨论生物多样性的伦理价值,就是要从崇尚尊重生命、珍视生物、理解
自然的内在价值来讨论生物多样性的价值。
1.每.个物种,上论它目前对人类的重要性如何,上论物种大小,物种是
简单还是杂,是古老的还是近代进化的,是经济上重要的还是没有直接经
济价值的,都是世界上真实存在的。所有物种都是世界生物群落的.部分、享
有同人.样的生存权利:
2.每•个物种都有其自身价值,即与人类需求无关的内在价值(Naess,
1986):
3.人类高智慧,上仅没有权力破坏任何物种,而且有责任采取行动来保护物
种,使其免受人类活动破坏,导致物种灭绝;
4.所有的物种都蕴藏着面对生存难题,解决生存难题的独特的生物学答
案,因此其生存上应该受到人类的干扰:
5.非动物的物种也通过对子代的生产和对环境的上断适应,表明它们的生
存意愿,人类造成.个物种过早灭绝,从而摧毁这.自然过程,可以被认为是
"超级杀戳"很。Iston,1985),因为它上仅杀死了活着的个体,而且杀死了
该物种未来的后代,阻止了进化和物种形成过程。
6.物种间相互依存。物种是自然群落的.部分,各物种之间以杂的方式相
互作用。.个物种的灭绝或损失可能对这个群落的其它个体成员具有深远影响,
可能会导致连锁灭绝。如盖尔假说(Gaiahypothesis)认为,生物群落具有创
造和维护适宜于生物的生存环境的作用。Ehrlich1981提出钾钉学说,认为生
物种为娜钉,地球是舟。随着钾钉的丢失,舟会变得越来越上牢固。
Myersl979年形容地球为"正在沉没的,叶方舟二
7.人类必须生活在与其它物种行同的生态学限度内。每个物种都利用环境中
的资源来生存,而且所有的物种都受到环境容纳量的约束。当资源被破炼时,
该物种的个体就会减少。人类必须把对环境的损害减到最小,因为伤害其它
物种的可利用资源的同时,也伤害了人类自己。
8.人类必须负责任。人类必须对他们的行为负责,对未来的后代负责,避免
资源的浪费。如果我们毁坏了地球上的自然资源,我们的后代将上得上以降低
生活质量的方式付出代价。
9.人类应该把尊重和关爱拓展到生态系统范畴。人类应该承认所有物种的
固有价值,认同生命的所有存在形式,从而将尊重与关爱的范用外延到亲属、社会
群体、所有人类、动物、所有物种、生态系统,乃至整个地球,
10.自然具有超越经济价值的精神和美学价值。在历史上,宗教思想家、
诗人、艺术家和音乐家乃至普通人,都从自然中获得了大量灵感。接触野生
动物和各种景观,才能获得美的享受。
11.生物多样性对确定生命的起源和进化具有重要价值。生命的起源和生物
多样性的产生.直是哲学和科学之谜。要揭开这个谜,必须通过对生物和生
物多样性本身的研究才能实现。
第三节保护生物学的起源与诞生
1生物多样性在迅速丧失
2大量物种受到威胁,生物多样性丧失速度在加快
3生物多样性丧失主要是由于人类活动造成的
4生物多样性丧失将直接威胁到人类的发展和生存第
四节保护生物学的内容、任务和研究热点
1保护生物学内容
保护生物学作为.门新的交叉学科,其研究内容非常广泛,归纳起来其主
要研究内容包括:探明全球生物多样性的现状,包括遗传多样性、物种多样性
和生态系统多样性等上同层次上的多样性:揭示生物灭绝的根本原因,
确定上同生物的最小生存种群:开展种群生存力分析,进行濒危种类的划分和
调查,预测可能发生的灭绝:防止灭绝的发生:探索生物多样性和生态系统结
构、功能间的相互关系,分析物种消失对生物群落和生态系统的深远影响,特
别是对生态系统结构和功能的影响:在最小生存种群确定的基础上,探索就地
保护、迁地保护的方法,提出针对上同物种的保护措施。并对退化的生态系统
进行有效地恢,使之重新适合野生动物栖息。采用生物技术等现代技术
手段加速和促进保护生物学的开展6
分四部分来阐述保护生物学的概念、意义、起源、原理、方法等。
首先将介绍保护生物学的基础理论和方法,将通过遗传多样性、物种多
样性、生态系统多样性等3个主要层次多样性的概念、国内外现状、研究方
法、测度指标、研究热点等介绍,全面的了解上述3个层次的多样性,掌握
各层次上生物多样性的原理和方法,以及未来生物多样性的研究热点。
在介绍生物地理学理论等保护生物学相关理论的基础上,分析物种、物
种的形成,物种灭绝机制,揭示哪些物种容易受到威胁,探讨影响生物多样性
演化的宏观因素,探索物种和生物多样性破坏的原因,特别是生境破坏、片段
化、污染和退化、外来种入侵、过度开发、疾病流行等因素对生物多样性的影
响。并客观分析环境变化因素、生物学因素对生物多样性的影响。
在进行种群生存力分析、动态种群特征分析、最小生存种群分析、有效种
群数量分析的基础上,介绍就地架护、迁地保护的采取原则、优缺点。详细
归纳总结全球范围内保护区的类型及功能、保护区建设及评价标准、保护区的
建设目标,重点介绍我国保护区的建设的现状、成就、对生物多样性保护的
意义及未来的奋斗方向。并探讨采用恢生态学措施,对破坏的生态系统进
行恢的措施及方法,以及保护区以外的生态系统的经营管理。详细论述迁
地保护种群的建立、管理、注意事项等。介绍迁地保护的现状、未来发展趋势
及对保护生物多样性的作用。探讨现代生物技术对生物多样性和保护生物学的
作用。
介绍国内外环境保护和生物多样性保护的有关条约和法律。阐明这些条约
和法律的主要内容,履约机制、执行情况,履约时应注意的关犍问题。提高
生物多样性保护和守法意识。
最后分析我国主要生态系统和主要濒危野生动物的现状,受威胁原因
及应采取的保护措施。
2保护生物学的任务和研究热点及难点
保护生物学的任务是通过遗传多样性、物种、种群、群落和生态系统的研
究,分析生物生存、维持和灭绝机制及相关因素,提出有效的生物多样性保护
措施,减缓或遏止生物多样性的丧失,防止和减少濒危物种的灭绝,保证人类
对生物资源的可持续利用,实现人类社会的可持续发展。
当前保护生物学方面较活跃的研究领域及难点有:
I.全球生物多样性的现状和保护生物学热点地区的划分:
2.生物多样性和生态系统稳定性的关系;
3.种群生存力分析和小种群生存概率:
4.珍稀濒危物种遗传多样性水平:
5.关键种的确定和功能群划分:
6.生物多样性价值评估体系的建立:
7.物种濒危和灭绝的机制:
8.关键物种的保护:
9.恢生态学:
10.生物技术在保护生物学中应用:
II.自然保护区理论:
11立法与公众教育
授课教案
课程保护生物学班级生物工程03学期2
课时2学时教师上课日期
课程类型理论
第二章遗传多样性(Genelicdiversity)
第•节遗传多样性基本概念第
课程称二节遗传多样性研究的意义第
三节遗传多样性的产生
(章、节)
第四节遗传多样性的检测方法
第五节遗传多样性的的测度第
六节遗传多样性的保护
第七节遗传多样性的研究展望
使同学们了解遗传多样性的概念、遗传多样性的意义和遗传多样性的产
教学目的
生基础,并掌握检测方法、遗传多样性的几种测度方法以及如何保护遗传多样
要求
性。
教学重点遗传多样性的产生基础及如何保护遗传多样性
教学难点遗传多样性的检涮方法及测度
主要教具
投影仪、电脑、常规教学设备
设备材料
1概念:遗传多样性
2研究遗传多样性有哪些意义?
思考题
3遗传多样性产生的原因有哪些?
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。
5我国物和动物的遗传多样性的保护的现状如何?
课后记
教学内容
第二章遗传多样性(Geneticdiversity)
第.节遗传多样性基本概念课时:2
1广义的遗传多样性方法:
实物教学、多
广义遗传多样性的代表为McNeely等(1990)的定义:〃蕴藏在地球上
媒体授课、图
物、动物和微生物个体基因中的遗传信息的总和“。
片展示
2狭义的遗传多样性步骤:
在介绍遗传
狭义的定义的代表为世界资源研究所(WRI)等(1992)提出的:〃遗传
多样性基本
多样性是指种内基因的变化,包括同种显著上同的群体间或同.群体内的遗传
概念的基础
变异”:或施立明等(1993)提出的〃遗传多样性主要是指种内上同群体
上,逐个对遗
之间或同.群体内上同个体的遗传变异的总和。
传多样性研
第二节遗传多样性研究的意义究的意义、遗
1有助于追溯生物进化的历史,探究现存生物进化的潜能传多样性的
产生、遗传多
2可以评估现存的各种生物的生存状况,预测其未来的发展趋势
样性的研究
3在遗传多样性研究的基础上才能制定保护策略和措施展望、遗传多
样性的的测
4遗传多样性是人类生存和社会发展的基础第
度、遗传多样
三节遗传多样性的产生性的保护和
遗传多样性
染色体畸变
1的检测方法
1.1染色体数目的改变加以介绍,重
点学习遗传
数性改变,即染色体数目的变化是以染色体组为单位而增减:
多样性的产
非整性改变,细胞核内染色体数目上是染色体组的完整数,而是在生基础及如
二体染色体数目的基础上增减个别几条染色体,包括单体、缺体或三体等上何保护遗传
同情况。多样性。
1.2染色体结构的变化
1.缺失
缺失是指染色体丢失了.个片段,使位于该片段上的基因也随之丢失。缺
失包括末端缺失(terminaldeletion)和中间缺失(interstitialdeletion)°
2.重
$是指.个染色体上的某•片段出现两个或两个以上拷贝的现象,使
位于这些片段上的基因多了.个或•个以上拷贝。重有串联重(tandem
duplication)和倒位串联重两种。
3.倒位
倒位是同.染色体上的某.片段作180。的颠倒,造成染色体上基因序
列的垂排(rearrangement)o包括臂内倒位和臂间倒位°
4.易位
易位指.个染色体臂的.段转发到另.个非同源染色体的臂上的现象。包
括相互易位和单向易位
2基图突变
2.1基因的概念
基因(gene)是DNA分子上的特定的.段序列,即负责编码特定的遗传信
息的功能单位一一顺反子(ciswn)。基因按其功能和性质可以分为结构基
因、调节基因、核糖体RNA基因.与转移RNA基因。另外,还具有启动子与操
纵子。
DNA由4种核甘酸组成:即腺喋吟(A)、鸟喋吟(G)、胸腺喀嚏(T)、
胞喀咤(C)。DNA由2条单链组成,2条单链互相平行排列,整条DNA双链
构成螺旋型结构。上述4种核背懵在组成DNA时,各种噪吟和喀咤按.定顺序
以化学键连接成,个序列,构成DNA的,条单链,在DNA的另.条单链上排列
着与第.条链对应的嚓吟或喀嚏。腺嚓吟和胸腺喀।定以氢键配对(A・T),鸟噂
吟与胞喀咤以氢键配对(G-C)o
每3个碱基构成.个三联密码子,共构成64个三联密码子。这些密码子
分别决定起始位点、终止位点以及转录成mRNA后翻译的氨基酸种类。
2.2基因突变的产生
基因突变可以是自发产生,也可以是诱导产生。自发突变Qpomaneous
mutations)是自然状态下产生的突变。诱导突变(inducedmutations)是有机
体暴露在诱变剂中引起的遗传物质改变。
1.自发突变
(1)DNA制错误产生的基因突变
(2)自发损伤产生的基因突变
3重组
基因重组是遗传的基本现象<上仅在减数分裂中发生基因重组,在高等生
物的体细胞中也发生重组:重组上只发生在核基因之间,在叶绿体基因间、线粒
体基因间也可发生。只要有DNA就会发生重组。
第四节遗传多样性的检测方法
1表型分析
在表型水平上研究遗传变异可大致分成下列几个步骤:选取性状、确定
性状变异的遗传基础、遗传变异的度量和分析等。
2分子水平的检测
目前在分子水平上检测遗传多样性的方法很多包括同工醐(isozyme)或
等位酶(allozymc)分析、限制性片段长度多态性(RFLP)分析、扩增片段长
度多态性(ALFP)分析、随机扩增多态DNA(RAPD)分析和DNA序列分析
等。
2.1同工酶或等位酶分析
同工醉电泳具有实验简便、成本低等优点,可以方便地检测许多个体°
更为重要的是在我们选定.批醉系统或位点作为遗传标记时,是根据现有成熟
的酶电泳技术和染色方法而定的,并未考虑这些酶系统或位点在样本中的变异
情况,可变多态或上变单态的酶系统(或位点)均是同等对待的,因此
.批同工酶基因位点的变异可以较为客观地代表整个基因组的变异,可以对任
何物种或居群的结果进行比较。
2.2限制性片段长度多态性(RFLP)分析
限制性酹切片段长度多态性(RFLP,restrictionfragmentlength
polymorphism)是20世纪70年代发展起来的.种分子遗传标记,也是最早
用于群体遗传多样性分析的DNA分子标记技术。该技术是将核(n)DNA、
叶绿体(cp)DNA、线粒体(ml)DNA或者总DNA提取出来,用已知的
限制性内切酶消化,电泳印迹再用DNA探针杂交,并放射自显影,从而得
到与探针同源的DNA序列前切后在长度上的差异。表明在被切割的上同个
体的DNA分子上,内切酶的识别序列有差异,这种差异反映在酶切片段的
长度和数目上,
2.3随机犷增多态性(RAPD)分析
20世纪80年代末期,随着热稳定的T叫DNA聚合酶的开发,以聚合
防链反应(polymerasechainreacrionPCR)为基础的遗传多样性检测技术便
应运而生。PCR反应的基本原理是:①在高温(88C-97C)下使含有目的片
段的双链DNA进行热变性:②降低温度(38C-65C)使两个引物分别与目
的DNA的两条链性结合:③反应体系升温到45℃-72c在taqDNA聚合
酶的作用下,从引物的3,端进行链的延伸:④合成的新链又可以作为下次
反应的模板,重进行①■③的过程。通过30个周期模版DNA扩增百万
随着聚合醉链式反应PCR技术的建立,通过利用.对特定的寡核昔酸
片段为引物,在耐热TagDNA聚合酶催化下,数小时乃至几十分钟内就可
将目的基因扩增至上百万.这.技术上的发明很快带出了.种新的遗传标
记技术随机扩增多态DNA(RAPDrandomamplifiedpolymorphicDNA)
技术。该技术很快应用到了遗传多样性检测、进化、遗传育种等领域。
RAPD是以10bp左右的随机寡核甘酸单引物,对DNA进行扩增,扩增
产物通过电泳分离后检测扩增产物的多态性。
RAPD已经成为检测DNA多态性的有效遗传标记,被广泛应用于遗传
多样性分析、分类、进化、动物遗传图谱的制定等领域。
2.4扩增片段长度多态性(ALFP,amplifiedfragementlengthpolymorphism)
分析
扩增片段长度多态性(amplifiedfragcmentlengthpolymorphismv,ALFP)
是.种基于PCR和RFLP基础上发明的DNA指纹技术。该技术与RFLP的
主要区别是用PCR代替Southern朵交,它兼有RFLP技术的可靠性和PCR
技术的高效性,所以被认为是.种十分理想的、有效的、先进的分子标记,现
已被广泛用于遗传图谱构建、遗传多样性研究、基因定位及品质鉴定等方面研
究。
2.5直接重序列拷贝数变异(VNTR,variablenumbertandemrepeat)
VNTR是在基因组中大量存在的基因外的重序列,由十几到几十个碱
基组成的串联重序列。由于这些重序列的突变率很高(10,〜IO」),导致
核心序列的的数目产生增减变化,在上同的个体间表现为DNA片段长度高
度可变,因而成为极其丰富的限制性长度多态标记。
2.6单链构象多态性分析技术(PCR-single-sirandconformationpolymorphism,
SSCP)
SSCP于1989年首先报道,迄今为止,SSCP技术被广泛使用。其基本
原理是依据单链DNA在某,种琲变性环境中具有其特定的第二构象。DNA
序列甚至单碱基变化都能导致这种空间构象的改变,在非变性聚丙烯酰胺凝胶
电泳中,构象.上同导致电泳迁移率上.同,从而将正常链与突变链分离出来。日本学
者首先将PCR技术应用于SSCP,只须进行PCR扩增样品-变性单链的中性
聚丙烯酰胺凝胶电泳一显影分析。
2,7变性梯度和温度梯度凝胶电泳(DGGEandTGGE)
1.变性梯度凝胶电泳(denaturinggelgradientelectrophoresis,DGGE)
DGGE是Fischer和Lerman"983年)建立起来的。其原理是双链DNA在
有变性剂(Urea及Formamide)梯度的聚丙烯酰胺凝胶中进行电泳,.部分链
分开,但仍被上解链区域(即高熔蟀温度区)所锚定,双螺旋的分离将导致电泳
迁移率降低。
2,温度梯度凝胶电泳(TemperaiuregradientgelelectrophoresisTGGE)
该方法是将PCR扩增的产物在中性聚丙烯酰胺凝胶上电泳,且使温度呈
线性梯度上升,当DNA双链到达其Tm时,双链解开,形成分叉,使电泳迁
移率发生改变,突变的扩增产物其Tm值与野先型有明显上同,因而有上同
的解链区,从而造成电泳迁移效率的差别,据此可判断检材中DNA有无突
变。
2.8DNA序列分析
遗传信息在分子水平的基本表现形式为DNA序列(或者RNA序列)。
因此,通过DNA序列分析,可以获得有关生物体遗传变异的最确切最深层次
的信息。随着序列分析技术手段的进步,以及分子遗传学的发展,序列数据的
积累越来越多,为进行上同种的研究比较奠定了基础。
图2.1DNA序列分析示意图
第五节遗传多样性的的测度
1杂合度
用基因位点上杂合体出现的频率来评价种群遗传多样性,被称为遗传杂
合性(heterozygosity),常用上同基因位点上朵合体在种群内所占比例的平均
值,来表示种群总体上的杂合度。其公式表示如下:
Hi=22私
/」n
其中〃切为大小为〃的种群中/位点上杂合体4附"巧)的个体数:“为
种群在/位点上杂合体频率,即该位点的基因杂合度。而各位点上杂合度的
平均值为中群的平均杂合度。
2基因多样度
基因多样度(genediversity)是遗传多样性的指标,它是指在群体中随机抽
取的两个等位基因,其上相同时的概率。其公式表示如下:
h=\-2xj
其中为表示群体内某.位点上第i个等位基因的频率,而该位点上基因.致
度为:齐1•小。所有位点力的平均值为该群体平均基因多样性群体中总的
基因多样度(月)和基因.致度⑺则是各位点上基因多样度(力)和基因.致度(/)的
平均值。
3遗传距离
遗传距离(genelicdistance)是用来比较特定种群间的分化程度的指标,其
测度单位是平均单位长度DNA上核甘酸或密码子的差数。假如各个密码子的变
化彼此间独立,则纯密码子差数的期望值为标准遗传距离。
两个种群间的遗传距离表示为:
D=m/
其中/=4//J/?代表种群x和种群),之间的遗传同.性(genetic
identity),Jx、小/,分别为前文所介绍的群体x、y内以及彼此间的基因.致
度°
4基因频率
指某•特定类型的等位基因,在群体内出现的概率叫基因或等位基因须
率。它是基因多样性研究的基本参数。指某•特定型(等位基因的上同组合)的
个体在整个群体中出现的概率叫做基因型频率。以二体种群为例,•人基
因位点有两个等位基因A怀HA?,等位基因位点上有3种可能的基因型:
AJALA1A2和A2A2
设此、此和岫分别代表A|A|.AA和A2A2的数量,且NU+M2+N22=N
基因型A|AI.A1A2和A2A2的相对频率分别是:
X“=Mi/N,X\2=NEN,Xn=NRN
AI,A2基因频率或等位基因频率分别为:
工产(2MH•岫)/(2N)=X9X12
1二(2N22+NQ/(2N)=6+X12Z2
5Hardy-Weinberg定律
为了研究群体遗传结构及其变化规律,英国学者哈迪(Hardy)和德国学者
温伯格(Weinberg)提出了Hardy-Weinberg定律,其中心内容是:在随机交配的大
群体中,若没有选择、突变、或者迁移因素的作用,基因频率和基因型频率在
世代间保持恒定:而且,基因频率与基因型频率间存在简单的关系。符合上述
条件的群体叫做平衡种群。其公式为:
*二2(1(o-E)1-0.51/E
此公式应用E4TES修正项,式中:o代表观测值,石代表理论值。
影响Hardy-Weinberg平衡的因素;①随机交配的偏移;②基因频率的随机
漂变:③突变:④群体间的迁移:⑤自然选择。
6固定系数
在进化过程中,同.祖先的种群或者亚群,在遗传漂变等因素的作用下,彼
此间的差异会上断积累,而群体内个体间的遗传关系则趋于接近。常常用固定
系数来描述这种遗传分化的过程。固定系数(fixationindices)是Wright最早提
出来的,他还给出了.个著的公式:
1一产产(1一心)(1一心)
其中此表示在群体中,相对于随机配子结合而言,实际产生后代的第
合配子之间的相关程度:几则表示在亚群体中,相对于随机配子结合而言,
实际产生后代的结合配子之间的相关程度,可以用来度量基因型频率对
Hardy-Weinberg平衡比例的偏差:F”表示相对于群体内随机配子结合而言,
得.个亚群内随机的两个配子之间的相关程度,可以作为亚群间遗传分化程度
的度量指标。
第六节遗传多样性的保护
遗传多样性是生物多样性的重要组成部分。生物的遗传信息储存在DNA分
子中,DNA序列的变化导致生物发生形态、细胞、生理、生物化学各方面的
变异,也决定生物的形态和生态
1物遗传多样性及保护
1.1地衣和苔髀物的遗传多样性及其保护
除了保护地衣赖以生存的森林生态系统多样性外,还要注意:
①应采取分区、按年、有计划、有节制的轮换来收:
②世界珍稀种应选择合适地段,建立珍稀地衣保护小区加以保护:
③应采取菌、藻分离培养,进行室内保存:
④加强对中国地衣物种多样性的调查、采集、分离、培养利研究。
L2裸子物和被子物多样性及其保护
2动物遗传多样性及保护
2.1无脊椎动物多样性及其保护
2.2昆虫的多样性及其保护
23脊椎动物多样性及其保护
3微生物的多样性及保护
第七节遗传多样性的研究展望
众所周知,物种水平的多样性到目前为止我们还远非了解,在世界范围内
物种的调杳描述工作远远没有完成,我国在这方面则更显上足,而对于物种遗
传多样性的了解就更少了,据统计,仅有几千个物种进行过遗传学研究,这仅占己
经描述过的物种的很小,部分。所以今后,对于现存生物物种的调查、订及统
计的基础研究已成为当务之急。只有建立起更加丰富的物种及遗传信息库,
才能对遗传多样性及其保护做更进.步的研究。
当前,由于人类活动的上断加剧,使生物的遗传多样性受到的威胁日益严
重,鉴于这种严峻的现实,人类活动对生物遗传多样性的影响的研究己引起社
会的广泛关注°这方面的研究主要包括探讨个体、种群、生态系统对人类干扰
方式、强度的反应:土地和水资源利用方式的变化对生物遗传多样性的影
响:环境变化对生物遗传进化的影响等等。
在遗传多样性研究方法中,DNA水平的分析是未来发展的方向,应月潜
力很大,且由于DNA分子标记技大上的改进和迅速发展,更有助于对.些具有
较大生物学意义和经济价值的类群从DNA水平进行深入的分析,但是上述各
种研究方法并上互相徘斥,都能提供许多有价值的信息。我国是个生物资源十
分丰富的国家,又是生物多样性受到严重威胁的国家之.,对生物多样性的认
识和研究在我国起步上久,对其中遗传多样性的研究尤为薄弱,上仅研究的类
群少而且研究的水平低,甚至对诸如国宝大熊猫(AiMopoda
nielanoleuca)和活化石银杉(GMwyaargyrophylla)这类我国特有重要类
群,遗传多样性的认识还几乎是空白。因此尽快采用各种研究方法,包括传统
的形态细胞生化技术以及现代的分子生物学手段,来研究评估我国生物类群
的遗传多样性,并制定出合理的利用和保护措施是我国生物科学工作者义上
容辞的责任。
《保护生物学》授课教案
课程保护生物学班级生物工程03学期2
课时3学时教师上课日期
课程类型理论型、综合型
第三章物种多样性
课程称
第•节物种的概念
(章、节)
第二节物种多样性
教学目的使同学们掌握物种及物种多样性的概念,并从物种的产生、物种数目、
要求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。
物种多样性是生物多样性研究的核心内容°本章重点讲解物种多样性概
孵・点
况以及对全球多样性的影响。
教学难点全球物种多样性概况及我国的物种多样性。
主要教具
投影仪、电脑、常规教学设备
设备材料
1概念:物种物种多样性灭绝
2物种多样性空间分布格局的形成机制?
3什么是物种的适应、其普遍性和相对性?
我国物种多样性概况?
思考题4
5物种的形成主要分为那些方面?
6人类活动对生命界进化的影响表现在那些方面?
7简述灭绝的内部和外部机制。
8IUCN濒危物种等级划分的标准是什么?
课后记
教学内容
第三章物种多样性
课时:3
第.节物种的概念
方法:
1形态学物种概念实物教学、多
媒体教学、图
最早出现的物种定义是形态学物种概念,又被称为本质先于存在论者的
片展不、学生
物种概念(theessentialistspeciesconcept),即每.个物种由它的上变的本质
进行听说生
essence或者0而6形成特征,并通过.个明显的非连续性与其他物种分开。共
命课内实践
有相同本质的物体属于相同的物种,而相同本质的存在则以表型相似性为基
础,因此物种简单地被定义为与属于其他物种的个体上同的相似个体的类群。(1学时)
步骤:
持这种物种概念的人相信物种代表了生物的上同类型,个体相互之间没有任何
特殊的关系,它们仅仅是相同本质的表达。本章对物种
的概念和物
2达尔文的物种概念
种多样性进
在19世纪30年代,达尔文的物种和物种形成概念几乎完全来源于动物学行了介绍,重
证据,他相信物种的维持靠的是生殖隔离。他认为那些基本具有上变性状的点了解物种
生物与其他具有非常相近结构的生物.起构成.个物种,因此同.物种很少多样性概况
在任何外部性状上上同。因此达尔文的物种概念与现代生物学物种概念非常以及对全球
相近。多样性的影
响。
3生物学物种概念
Mayr于1942年提出"物种是实际的或者潜在的杂交自然种群的类群,这些
种群在生殖上与其他这样的类群相隔离。”后来Mayr于1982年重新定义了生
物学物种概念:物种是在自然界中占据特殊生态位的种群的.个生殖集群,
在生殖上与其他物种相隔离。
4物种的固有特征
以上物种的上同定义代表了对物种认识的上同的角度,事实上,物种存在
着以下的固有特征:
(1)物种是客观存在的
(2)物种的非连续性
(3)物种的生殖属性和表型属性的协调
第二节物种多样性
1物种多样性的概念
物种多样性(speciesdiversity)是指.定区域内物种多样化及其变化,
包括.定区域内生物区系的状况,形成、演化,分布格局及其维持机制,是
生物多样性在物种水平上的表现形式。
2全球物种多样性概况
(1)物种数目
全世界大约有1300万至1400万个物种,但科学描述过的仅有175万种
(表3/)(Heywood等1995)。实际上对高等物和脊椎动物的了解村对
比较清楚,对于昆虫、真菌、细菌、病毒、无脊椎动物等类群,科学、有效地
描述过的物种的准确数日还上十分清楚。如到1991年已记录的细菌有3058
种,但仍然有很大.部分细菌没有被记录(WCMC,1992),即使已经记
录的物种,上同的分类学家依据的标准也上完全相同a
表34全球主要类群的物种数目(Heywood等1995)
已描述过的物种数目(万估计可能存在的物种数目
类群
种)(万种)
病毒0.440
细菌0.4100
真的7,2150
原生动物4.020
潼类4.040
高等物27.032
线虫2.540
甲壳动物4.015
蛛蛛类7,575
昆虫95.0800
软体动物7.020
脊椎动物4.55
其他11.525
总计175.01362
(2)物种多样性特丰富国家
从表3・2可以看出,各类群种数最多的前10个国家对该类群的生存起着
关键性的作用。在全球生物多样性保护中也有着重要的战略意义。
表3-2重要生物类群物种数目最多的前10个国家(McNeely,等1990)
哺乳类鸟类两栖类爬行类种子物
次
(种)(种)(种)(种)(种)
印度尼西亚哥伦比亚巴西墨西哥巴西
(515)(1721)(516)(717)(55000)
墨西哥秘警哥伦比亚澳大利亚哥伦比亚
2
(449)(1701)(407)(686)(45000)
巴西巴西厄瓜多尔印度尼西亚中国
3
(428)〈1622)(358)(600)〈27000)
扎伊尔印度尼西亚墨西哥巴西墨西哥
4
(409)(1519)(282)(467)(25000)
中国厄瓜多尔印度尼西亚印度
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