[农学]保护生物学课程绪论.ppt

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1、保护生物学 Conservation Biology,甘肃农业大学生命科学技术学院 刘发央,主要参考书,1、马克平主编保护生物学 2、保护生物学基础 3、马克平主编生物多样性,保护生物学课程,主讲：刘发央 第一章 绪论 第二章 遗传多样性 第三章 物种多样性 第四章 生态系统多样性 第五章 异质种群动态 第六章 种群生存力分析 第七章 生物安全 第八章 濒危动物的非损伤性DNA检测,第九章 影响生物多样性演化的宏观因素 第十章 物种与物种的形成 第十一章 物种的灭绝机制 第十二章 物种编目、濒危等级和保护优先序 第十三章 保护区与国家公园 第十四章 物种的迁地保护 第十五章 国际环境保护条约和

2、中国环境保护立法。,Chapter one General introduction,在众多学科中一门新的 学科保护生物学脱颖 而出，成为自然科学家、 社会科学家与人文科学家注目的焦点。与此同时，在大众媒介中，“生物多样性”一词也在媒体的传播中成为家喻户晓的名词。生物多样性的确切含义是什么？生物多样性的价值何在？何谓保护生物学？保护生物学与生物多样性之间存在何种内在联系？这些是深入探讨保护生物学之前必须明确的问题。,一、保护生物学与生物多样性,延续性与多样性是生命的 两大基本特征。生命的延续 性指地球上的生命形式从低 级到高级、从原始类型到复 杂类型，都具有自我复制、 繁衍再生的能力。 生物多

3、样性是生物及其与 环境形成的生态复合体以及 与此相关的各种生态过程的总和， 包括动物、植物、微生物和它们所拥有的基因 以及它们与其生存环境形成的复杂的生态系统。,生命系统是一个等级系统，包括多个层次或水平分子、基因、细胞、组织、器官、物种、种群、群落、生态系统、景观。每一个层次都具有丰富的变化，即都存在着多样性。但在理论与实践上较重要、研究较多的主要有基因多样性（或遗传多样性）、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性。现在人们往往把生物多样性视为生命实体本身，而不仅仅看作是生命系统的重要特征之一。,景观多样性是指不同类型的景观在空间结构，功能机制和时间动态方面的多样化和变异性。景观要素可分为斑

4、块，廊道和基质。斑块是景观尺度上最小的均质单元，它的大小、数量、形态和起源等对景观多样性有重要意义。廊道成线状或带状，是联系斑块的纽带，不同景观有不同类型的廊道。基质是景观中面积较大，连续性高的部分，往往形成景观的背景。 人类文化的多样性也可被认为是生物多样性的一部分。正如遗传多样性和物种多样性一样，人类文化的一些特征表现出人们在特殊环境下生存的策略。,遗传多样性指生物体内决定性 状的遗传因子及其组合的多样性， 它决定其他两个层次的生物多样 性。生物遗传的物质基础是脱氧 核糖核酸（DNA）或核糖核酸 （RNA）。一个哺乳动物的一个 单倍基因组约有3109个核苷酸对，相当于300万个基因（刘祖同

5、 1991）。每个基因都可能参与形状控制，或是一个基因起主导作用，或是多个基因协调控制一个形状。同一个基因位点可能存在着多个等位基因，这些等位基因可以分离重组，于是产生了丰富多样的基因型。另一个方面，基因可能发生突变，例如，一个人类基因位点的突变率为十万分之一。基因突变增加了遗传多样性。由于遗传学研究生物的遗传变异，因此保护生物学与遗传学有着密切的关系。但保护生物学研究者更关心物种中基因位点杂合度、近交和杂交引起的物种进化适合度的变化以及小种群中的遗传多样性的变化等等。,种内的多样性是物种以 上各水平多样性的最重要 来源。遗传变异、生活史 特点、种群动态及其遗传 结构等决定或影响着一个 物种与

6、其他物种及其环境 相互作用的方式。而且， 种内的多样性是一个物种对人为干扰进行成功反应的决定因素。种内的遗传变异程度也决定其进化 的潜势。所有的遗传多样性都发生在分子水平，并且都与核酸的理化性紧密相关。新的变异是突变的结果。自然界中存在的变异源于突变的积累，这些突变都经受过自然选择。一些中性突变通过随机过程整合到基因组中。上述过程形成了丰富的遗传多样性。, 遗传多样性的检测方法：随着生物学，特别是遗传学和分子生物学的发展而不断提高和完善，从形态学水平、细胞学（染色体）水平、生理生化水平逐渐发展到分子水平。从形态学或表型形状上检测遗传多样性是最经典也是最简便易行的方法。通常所利用的表型形状主要有

7、两类，一是符合孟德尔遗传规律的单基因形状，另一类是根据多基因决定的数量形状。染色体多态性主要从染色体数目、组型及其减数分裂时的行为等方面进行研究；蛋白质多态性一般通过两种途径分析，一是氨基酸序列分析，一是同功酶或等位酶电泳分析，后者应用较为广泛。DNA多态性主要通过RFLP（限制性片段长度多态性）、DNA指纹（DNA fingerprinting）、RAPD（随机扩增多态DNA ）等技术进行分析。,物种多样性是指一定 区域内物种的多样化及 其变化，包括一定区域 内生物区系的状况（如 受威胁状况和特有性等 ），形成、演变、分布 格局及其维持机制等。生态学中的 物种多样性则是对生物群落组织化 水平

8、的度量，与此处的物种多样性 即生物多样性物种水平的多样性有所不同。,物种是一级生物分类单元，代表一群形态上、生理上、生化上与其他生物有明显区别的生物。通过这群生物之间可以交换遗传物质，产生可育后代。如果说遗传多样性损失常常是人们肉眼所不可见的，那么，物种灭绝是人们所能看见的，是引起人们警觉的现象。但是，由于物种数目繁多，许多物种在人们开展研究之前就可能已经灭绝。目前已记录的生物物种为140170万种，其中一半以上的物种分布在热带地区。据E.O.Wilson 1992的统计资料,目前全球已纪录的生物为141.3万种,其中昆虫75.1万种,其他动物28.1万种,高等植物24.84万种,真菌6.9万

9、种,真核单细胞有机体3.08万种,藻类2.69万种,细菌0.48万种,病毒0.1万种。估计全世界生物总数在200万种至1亿种之间。因此，分类学家在物种分类和编目方法面临着艰巨的任务。,物种多样性的测度有多种方法，但一般多采用物种丰富度指数（species richness index），即一定区域内物种的数目来测定。在此基础上，还应尽量考虑物种质量特征。首先，物种之间亲缘关系的远近也表明一种“距离”或差异，从另一方面反映多样性的程度，如一个有2种蛇和一种鸟的岛屿的多样性应高于一个只有3种蛇的岛屿，即考虑分类学多样性。其次，由于不同生物类群的研究基础有很大差异，实践中往往选择易于鉴定且意义较大的

10、类群进行测度，而不可能包括所有的生物类群。一般先选择维管束植物、哺乳动物和鸟类，然后选择其他脊椎动物、大型无脊椎动物、苔藓、地衣、藻类和真菌等，很少包括土壤生物在内。此外，物种多样性测度还应考虑不同物种量的差异，即物种的相对多度。,对大多数生物类群而言，物种丰富度指数在空间上表现出从两极向热带不断增加的规律。物种多样性还受到当地地貌、气候和环境的影响，同时也会打上地质历史变迁的烙印。一般说来，热带雨林、珊瑚礁、大型的热带湖泊（甚至可能包括深海）是物种多样性最丰富的生境。 物种之间存在着相互作用(种间关系)，如猞猁与兔子之间的捕食关系，虱子与兔子之间的寄生关系，根瘤菌与豆科植物的互惠共生关系等等

11、。物种之间相互依存，形成一个功能整体，称之为生物群落。生物群落的多样性主要指群落的组成、结构和动态（包括演替和波动）方面的多样化。从物种组成方面研究群落的组织水平或多样化程度的工作已有较长的历史，方法也比较成熟。物种多样性只是时间流生物群落中物种集中的一个横截面。当生态环境或内部结构变化时，生物群落中的物种组成，即物种多样性会发生变化，最终导致整个生物群落的动 、植物组成成分更换，这一过程称之为演替。,除了在生态时间尺度内生物多样性会变化以外，在地球上不同的生态地理环境中，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：如冻原、北方针叶林、落叶阔叶林、常绿阔叶林、热带雨

12、林、高山草原和荒漠等。这种物种集合的空间多样性称为生态系统多样性，即生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境差异、生态过程变化的多样性。 生物多样性是生命系统的基本特征。生物圈的结构和功能取决于生物多样性的状态。以遗传杂合性下降为表征的遗传多样性损失，可能降低物种的生存力。物种灭绝使物种多样性降低。物种多样性和生态环境变化又影响生态系统多样性。因此保护生物学与生物多样性密切相关，从某种意义上说，保护生物学是研究生物多样性保护的科学，即研究从保护生物物种及其生存环境着手来保护生物多样性的科学。,森林生态系统,草原生态系统,草原生态系统,湿地生态系统,苔原生态系统,荒漠生态系统,

13、二、保护生物学的概念,（一）保护生物学的概念 保护生物学（conservation Biology）是研究生物多样性的科学。保护生物学所研究的对象既包括生物有机体、种群和群落，也包括生物的栖息地。关于保护生物学的概念不同的学者有不同的概念。 蒋志刚（1997）：保护生物学是研究从保护生物物种及其生存环境着手来保护生物多样性的科学 肃雷（1985）：研究直接或间接受人类活动或其他因子干扰的物种和群落和生态系统的生物学。 陈道海和钟炳辉（1999）：保护生物学是研究保护物种，保存生物多样性和持续利用生物资源问题的科学。,保护生物学也涉及到社会科学问题。环境保护法、野生动物保护法是保护生态环境、保护

14、珍稀濒危物种的法律依据。制定这些法律需要保护生物学的研究。物种数量和分布在不断地变化，野生动物保护法也需要根据物种监测数据及时修订。中国少数民族多生活在自然环境相对保存完好的地区，依赖自然资源提供必需的生活物资，因此，他们管理、保护和开发生物资源的经验值得总结提高。草原法、森林法、土地法等。,保护生物学是一门决策科学。为了保护自然，减缓物种灭绝，人们依据保护生物学原理每时每刻都在作出管理决策。保护生物学家通过物种多样性的编目监测，建立生物多样性地理信息系统，为宏观管理决策提供信息，以保存物种，保护生物多样性和自然环境。这些管理决策大至省级、国家级自然保护区的设计及濒危物种保护等级的确定，小至一

15、批野生动植物产品的出境贸易许可证的颁发等等。因此，保护生物学的研究和应用是紧密相关的两个环节。研究为保护提供信息，应用又为保护生物学研究提出了新的课题。如此循环，保护生物学得以发展、走向成熟。,保护生物学研究是为了保存不同环境中的生物多样性，保存物种的进化潜力。实际操作时，人们又常常以简单的手段来调控复杂多变的生态系统，两者之间的矛盾造成了保护生物学的具体不同于其他学科的特征（Primack 1993）： 保护生物学是一门处理危机的决策科学：Soule（1985）将保护生物学称之为“危机学科”，这种学科往往要求根据不完全的信息进行决策，而等收集到足够的信息再行决策时将会错过决策机会。决策者将利

16、用直觉和创造力加上现有的信息来比较相似的事例，再参考理论模式进行决断。当然这与科学家通常所受的训练向脖，但是，为了处理我们所面临的环境问题，目前我们并无其他的选择。检验决策的标准是：珍稀物种是否仍然具有野生状态下的可生存种群?具有代表性的自然生态系统是否保存完整？对生物资源的利用是否既满足当代的需要，又保存了未来利用的基础？等等。,保护生物学是一门处理统计现象的科学：生态系统是复杂的、难以预测的研究对象，因此，保护生物学家常常不能对一个环境问题提供简单的答案。对于这一点，不仅大众不满意，就是保护生物学家自己也感到沮丧。环境问题往往是多因子综合作用的动态过程，不确定性是生态与自然保护问题的固有特

17、征。因此，常常并不是由于学科的成熟与否和科学家能力强弱，而是由于生态问题的客观特征，因此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。,保护生物学是一门价值取向的科学：科学应当是不涉及人的观点与愿望、无价值取向的、完全客观的东西。然而，科学研究是靠人来完成的，人的经验和目的往往影响科学。尽管人们往往不承认这一点。西方有人认为，现代科学是价值取向的（Grumbine 1992），这一观点称之为“后现代科学”（Post moder science）。在这一点上，保护生物学是为了保护有价值的生物多样性，因此，它是一门价值取向、使命取向的科学。,三、保护生物学的产生和发展, 20世纪70年代

18、，科技界和许多国家开始重视人类经济活动对环境的污染和野生物种的生存危机，但是当时没有专门研究生物多样性的学科，有关物种生存条件、灭绝机制以及环境保护的研究多散见于各个基础生物学科之中。随着生物多样性问题的日益突出及有关研究资料的积累，有关保护生物学研究人员迫切需要交流信息，于是，1978年，第一届国际保护生物学大会在美国圣地亚哥动物园召开。1985年，保护生物学会成立。现在，保护生物学会成为北美会员人数增长最快的一个学会（Primack 1993）。,保护生物学的形成,1980年召开首届保护生物学学术研讨会。 1985年,肃雷(Soule)等人为核心的保护 生物学学会（Society for

19、Conser -vation）正式成立。 保护生物学杂志（Journal of Conservation Biology）季刊于 1987年正式创刊。,从1990年开始，北美的许多大学设立了保护生物学专业，而且此专业目前已经成为大学生们喜欢选修的专业。许多基金会，包括美国国家科学基金会，都将保护生物学作为优先资助领域。联合国环境规划署和世界银行也为生物多样性和持续发展研究投入了大量的资金。两本保护生物学专业期刊Conservation Biology和Biological Conservation的创刊发行，则为保护生物学家们提供了交流研究成果、传播保护生物学知识的园地。 生物多样性是人类的共

20、同财富。生物圈是一个相互关联的功能整体，生物物种分布和迁徙没有国界。局部的污染和生物多样性变化将影响整个生物圈。野生生物的国际贸易导致富国对穷国生物资源的破坏和掠夺。因此，生物多样性保护是一项全球性的任务，需要各国协调行动，共同努力。,自从1973年濒危动植物物种国际贸易公约（CITES）签定以来，国际上已经签署了一系列国际公约。最近的一次，也是最重要的一次，是1992年6月在巴西首都里约热内卢召开的联合国环境与发展大会，会上签署了生物多样性公约（Convention on Biological Diversity）、里约宣言（The Rio Declaration）和气候变化框架公约（Con

21、vention on Climate Change）。这表明，各缔约国政府已经就保护生物多样性达成共识，开始协调步伐。,保护生物学在我国,1987年“中国自然保护纲要”出版； 1988年有关部门汇编了“自然保护区工作手册”； 1990年“中国自然保护文集”问世； 1991年“自然保护生物学进化生态学展望” 1992年中国科学院的“生物多样性译丛” 1993年“自然资源的合理利用与保护”； 1994年“中国生物多样性保护行动计划”。 1998年“中国生物多样性国情研究报告”,中国保护生物学研究起步较晚，力量薄弱。 目前我国一些综合大学已开设了保护生物学，比如北京大学、武汉大学等，但是农林院校起步

22、较晚， 在我国大多数物种受威胁状态不明，重点保护动物缺乏长期的、系统的有效监测；许多新方法和新技术还没有应用；许多自然保护区虽然已经建立，但是其设计与管理水平有待进一步提高。 尽管1959年中国科学院在鼎湖山建立了中国第一个自然保护区（到目前1999个），但真正的生物多样性保护和研究开始于20世纪80年代后期。1990年中国科学院成立了生物多样性工作组，1992年成立了生物多样性委员会，统一协调中国科学院生物多样性研究工作。1994年中国政府颁布了中国21世纪议程和中国生物多样性保护行动计划，以履行生物多样性公约。这一切表明中国加快了生物多样性研究和保护的步伐。,四、保护生物学的结构与特征,保

23、护生物学是一门综合性学科，目标是评估人类对生物多样性的影响，提出防止物种灭绝的具体措施（Soule 1986；Wilson 1992）。它具有理论科学和应用管理科学的双重特征，由基础生物学、应用生物学和社会科学交叉融合而成。,保护生物学,五、生物多样性的价值,生物多样性具有利用价值和其内在价值。生物多样性的利用价值可分为直接利用价值、生态价值、科学价值和美学价值四大类。 生物多样性的直接利用价值指生物资源可供人类消费的作用，如作为食物、燃料、建材、中草药、毛皮、肉、奶等。目前人们仅仅利用了生物界的一部分，许多野生动植物还有待驯化，以培育新的作物、家畜；许多野生乔木可以筛选速生树种。如中国西双版

24、纳生长着一种叫铁刀木的速生林，当地居民间隔一定时间砍取铁刀木的枝条作燃料，留下树干发枝，解决了当地的能源问题，持续利用了生物资源。又如中国的传统中的药材多为野生动、植物，中国著名的植物学家蔡希陶教授等曾发现了抗癌植物云南美登木。可以预言，人们将不断发现许多野生动、植物新的使用价值。,生物的生态价值指的是其维持生物圈的功能。绿色植物通过光合作用产生氧气、吸入二氧化碳，维持了大气成分的相对稳定。土壤中的分解者真菌、微生物和土壤动物分解了死取的动、植物尸体，清除了有机垃圾，是生物圈物质循环中不可缺少的一环。森林和草地截留降水，保持水土。因此，生物多样性的生态价值常常是难以定量估计的。,现有的生物多样

25、性包含着丰富的信息，具有科学研究价值。例如，经过20年的定位研究，Cherfas（1991 ）发现荷兰森林中真菌数量下降了，不但食用菌数量下降，其他真菌也减少了。德国的研究也发现了类似的现象。在森林中，蘑菇与树木共生，土壤真菌促进了植物抗草食动物啃食和抗低温能力，增强了植物吸收养分的能力。为什么这些真菌会消失呢？人们尚无确切的答案，这很可能与空气污染有关。森林真菌的消失，可能是树木大量死亡的前兆，因此，科学家正在研究扭转这一趋势的措施。,水杉 Metasequoia glyptostroboboides 在分类上属于杉科水杉属。 主要特点：落叶乔木、小枝 对生；叶子线形，交互对生， 种子有窄翅

26、。 1943年，植物学家王战教授在四川 万县磨刀溪发现。1946年，由我国著 名植物分类学家胡先肃郑万钧予以命名,百山祖冷杉 海南油杉 元宝山冷杉,生物多样性的美学价值是其环境功效的一部分。近年来全球兴起了生态旅游热，据估计，全球生态旅游业的产值达120亿美元。欣赏风景、野外探险、观鸟、赏花、森林浴 生物多样性的内在价值是一个有争议的概念。一些保护生物学家和环境哲学家认为生物多样性具有内在价值。生物不同于机器，能自我选择目标或按其DNA链的遗传信息规定的目标运转，这种内在价值是无法进行客观估计的。生物多样性的利用价值与内在价值是互相关联的。,美国的国鸟 与国徽,Black-faced Spoo

27、nbill（黑脸勺嘴鹤）,朱鹮,金丝,六、人类与自然关系的演化,在种植业和养殖业尚未出现以前，古人主要靠渔、猎和采集野果为生。尽管那时侯人们依赖野生动物为生，但由于当时人口有限，且人类的狩猎主要用石块和木棒（效率低），故没有过度地干扰自然生态系统。使用弓箭、捕网、陷坑等狩猎手段一般不会对野生动物种群造成灭绝性的伤害。 狩猎收获的随机性大，采集野果则受到季节的影响。为了保证稳定的食物、衣料来源，人们烧荒开垦，驯化野生动物，于是，种植业、养殖业出现了。人们的自然保护意识与文明程度和社会生产力水平密切相关。在采集、狩猎文明阶段，尽管不了解自然生态规律，但是长时间的实践使人们明白采集狩猎收获的生物量不

28、能超过自然生物生长量，否则将会危机未来的利用。这些信条往往以口头的、宗教的甚至迷信的方式保存下来（Gadgil和Guha1992）。,当人类文明发展到游牧、农耕阶段，人类加重了对大自然的开发利用，而保护则相对消弱了。农业则是靠种植单一作物群落、牺牲物种多样性来获得来源较可靠的生活资料。当人口不多，游牧业、种植业不会占据太多的野生物种生存空间时，人类与自然仍能保持着和谐的关系。 古代为保护自然景观，曾划定过禁猎保护区。周朝时天子、贵族都有不同范围的禁猎区，规定“天子百里，诸侯四十里” ，不许砍伐和捕猎。据周礼记载，当时国家专门设置管理机构和人员。如晋代的“灵禽苑”、唐代的“华清宫”、元代的“琼花

29、岛”、明代的“西苑”和清代的“避暑山庄”等，在客观上都起到了保护中国生物资源的作用。中国名山大川的宗教文化胜地和少数民族的“龙山”、 “风水地”都是生物资源保护区的雏形，是中华民族保护生物资源的朴素形式。龙山是西双版纳少数民族的神山或坟地，被水田、植物种植园和村寨所包围，在原始植被大面积砍伐开垦的今天，龙山保存了原始森林的片段，保存了珍贵的热带树木种源。,中国古人曾有科学利用野生动物资源的意识。公元前1066公元前771年的西周时期既有“祭祀山林泽川牺牲毋用牝（pin ）”，约定不用雌性动物祭祀。同时月令明申“夏三月、川泽不入网罩，以成鱼鳖之长”。夏季，河流和湖泊不准捕捞鱼虾，以利小鱼和幼鳖生

30、长。宋代，政府曾收缴猎具，并明令“民二月至九月，不得采捕虫鱼，弹射飞鸟，有司岁申明之”。然而，近两个世纪以来，由于连年战乱，自然灾害，加之人口激增，对生物资源造成了很大的破坏。到20世纪40年代后期，全国的森林覆盖面积仅剩8.5%。,早期的西方工业文明强调向大自然索取。17世纪，西方列强在全球开拓殖民地即是一例（White 1967）。当人口增加，科学技术发达后，人类对野生物种，特别是大型野生动物生存的威胁日益增加，保护野生物种，保护自然环境，不得不提到议事日程上来。 据我国1962年、1973年、1984年、和1989年颁布的野生动物保护名录统计，列入名录的哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物

31、和鱼类，1962年为59个分类单元（taxon），其中处于濒危状态的级保护种类有27个分类单元，到1989年则增加到376个分类单元。其中，列为级保护的种类达101个分类单元，高于世界平均水平（蒋志刚，王祖望 1995）。,当代物种灭绝规模大，涉及面广。历史上从未有这么多的物种在这么短的时间内面临生存危机。如果这一趋势继续下去，那么，今天我们所面临的灭绝规模将不亚于历史上任何一次物种大灭绝。如果我们现在不立即采取行动扭转目前地球上物种灭绝的趋势的话，在不久的将来，不但千千万万目前尚不知名的物种会灭绝，而且，许多人们喜欢的物种如大熊猫、长颈鹿、白鳍豚、犀鸟等都会灭绝。 生物多样性伤失的直接原因主

32、要有生境伤失和破碎化、外来种的侵入、生物资源的过度开发、环境污染、全球气候变化和工业化的农业及林业等。,但这些还不是问题的根本所在，根源在于人口的剧增和自然资源消耗的高速度，不断狭窄的农业、林业和渔业的贸易谱，经济系统和政策未能评估环境及其资源的价值，生物资源利用和保护产生的效益分配的不均衡，知识及其应用的不充分，以及法律和制度的不合理。总而言之，人类活动是造成生物多样性以空前的速度伤失的根本原因，而且影响生物多样性的因素往往是复合因素。 由于人口增长而带来的对生存空间和食物需求的增长，使地球上的许多地区大面积人造境观，如农田、人工草地、人工林和人工水产养殖基地等已经取代了自然境观。人类生存空

33、间的扩大侵占了野生动物的生存空间，这是目前物种灭绝的最主要原因。,人类历史上曾多次大规模地迁移，如央格逊人迁移到北美洲和澳大利亚，西班牙人迁移到南美洲。这些殖民过程是一部开垦自然植被、猎杀野生动物的历史。移民和外来物种的引入，特别是家养动物的引入，危机了当地物种的生存。 工业革命以来，人类不仅数量迅速增长，改造自然的能力也极大地增强。我们已经有能力将长江之水拦腰截断，将莽莽北大荒开垦为农田。同时，人类活动也带来了严重的环境污染问题，如从残余农药在食物链中的富集，工业废气、废水、废渣的大量排放，到人们生活垃圾的堆积等等。,环境污染使得许多陆地和水体不再适应野生生物的生存。由于大量排放工业废水和生

34、活污水，一些较大的海域如地中海和阿拉伯海湾正面临着生物学死亡。一些内陆水体，如咸海的生物群落已经完全毁灭，许多特产鱼类消失了。从工厂、汽车排除的废气，是形成酸雨的主要原因，如中国重庆已经成为世界四大酸雨区之一。大气圈中二氧化碳的增长及臭氧层的消失，可能或已经在改变着地球的气候，后果是难以想象的。,经济发达国家与经济欠发达国家的经济发展水平存在着悬殊的差异，如1995年世界上最发达国家与最不发达国家的人均国民总产值相差300倍。生物多样性高的热带国家多是欠发达国家，缺乏保护生物多样性的资金和技术力量，这是目前生物多样性危机的另一个特点。所有这一切都引起了人们的焦虑。人们已经意识到生物多样性危机将

35、是人类自身的危机，影响着人类的生存与发展。,七、生物多样性的危机及其根源,30亿年的进化历程使当代的生物多样性高于历史上任何地质年代。但同时，地球上的生物多样性也正以空前的速度消失。不仅野生动物的遗传、物种和生态系统多样性下降，家养动物和栽培作物的多样性也在丧失。在美国，97%的蔬菜品种已经消失（Cherfas 1993）。高草大草原曾经是北美洲的典型植被，据世界资源研究所(WRI 1991)估计，北美原有的150万km2大草原现在只剩下不到1%。英国1432 km2石楠只剩下27%Natural conservancy（UK）1984。在澳大利亚和北美洲，自从人类定居以来，74%86%体重在

36、44kg以上的大型动物由于人类狩猎而灭绝了(Martin，Klein 1984)。,自1600年以来，所有的生物类群中，以哺乳动物和鸟类的灭绝比例最高，分别为2.1%和1.3%(Reid和Miller 1989)。尽管这些数字并不引人注目，但是这其中大部分鸟、兽灭绝发生在最近的150年内。公元1600 1700年期间，大约每10年灭绝一个哺乳动物和鸟类物种，而公元1850 1950年期间，大约每两年灭绝一种哺乳动物和鸟类。,据估计，地球上有4000种哺乳动物（Cobert，Hill 1980；Hinacki1等1982），这是物种形成与灭绝大致平衡的结果。Schopf（ 1982 ）、Stan

37、ley（1985）和Gingerich（1985）根据古生物学数据估计了哺乳动物物种的平均寿命， Stanley（1985）和Gingerich（1985）则认为，物种的寿命应当是1到数百万年，200万年是大约的平均数。按此推算，大约每500年就有一个物种灭绝。 Schopf（ 1982 ）认为，人们通常过高地估计了物种的寿命，较客观的估计值应该是20万年。以4000个哺乳动物物种作为平衡点，那每50年就有一个物种灭绝。,在过去的400年中，全世界共灭绝了58种哺乳动物。平均约每年灭绝0.15种,大约每7年灭绝一个种,这个速率较化石记录高7 70倍。20世纪内已经灭绝了23种哺乳动物,每年0.

38、27种,每四年中就有一种哺乳动物从地球上消失了,灭绝速率较正常化石记录高13 135倍(Flesness 1990)。人类活动除了造成物种的灭绝外，更严重的是造成了物种的局部灭绝，这种局部灭绝的后果同样也是严峻的。局部灭绝可能导致物种的最后灭绝。,目前，野生动物栖息地破碎成斑块，斑块间的距离大，斑块面积小。一旦物种在局部斑块灭绝后，靠个体在斑块间自由迁徙，很难恢复重建种群。在美国西部的国家公园中，自从国家建立以来，都发生了哺乳动物的灭绝，哺乳动物的灭绝速率高于迁入速率，国家公园的面积越小，灭绝率越高；国家公园建立的时间越长，灭绝率越高。可见即使在国家公园这样的严格保护状态下，斑块生境中的野生动

39、物也面临着灭绝的风险，栖息地破碎化对野生动物造成了灾害（Newmark 1995）。,目前地球上很难找到未受到人类活动影响的自然生态系统，自然保护需要人们直接干预自然生态系统。我们常常需要了解人类活动对物种生存的影响，即使在自然保护区，也需要评价对非严格保护的动植物资源的适度收获问题，研究生态旅游对保持自然保护区生态功能的作用等。 应用生物学科（如野生动物管理学、水产养殖学、林学、农学和环境保护学）为保护生物学提出了研究课题。野生动物保护、持续利用和有害生物控制是野生动物管理学的重要内容。尽管今天自然保护的概念已经从单一物种的保护发展到整个自然生态环境的保护、生物多样性的保护。然而，野生动物作

40、为生态系统中最活跃、最引人注目、对环境变化敏感、受威胁最严重的生物类群，其保护仍然是保护生物学研究的焦点之一。,八、保护生物学的未来研究,当前，保护生物学方面较活跃的研究领域有下列几个方面： 小种群生存概率：由于生境的异质性和个体扩散，形成了许多小种群。一个物种的命运最终取决于构成该物种的所有小种群的命运。随着小种群内近交系数的逐代上升，遗传杂合性逐代降低，导致种群的适合度下降，最终导致小种群的灭绝。在迁地保护物种时，保存的种群大小涉及到资金的投入和保护的效益。因此，物种的最小可生存种群应如何确定是一个热点问题。,确定和保护生物多样性热点地区：世界上物种最多的地区是热带雨林、珊瑚礁和热带湖泊（

41、Grassle 1991）。从全球来看，物种多样性以赤道地区为高。位于生物多样性高的热带地区的国家多缺少保护所需的资金，如何保护这些国家的生物多样性是一个现实问题。,物种濒危灭绝机制：物种灭绝后的遗传损失大小与物种分类地位有关。当今生物多样性保护的着眼点是减缓现有物种的灭绝速率，特别是减缓那些单种科、单种属的灭绝；其次是研究防止那些生态系统中的旗舰种（Flagship species）、关键种（Keystone species）灭绝的措施；此外，从物种生存的生物学机制和外部生态环境着手，探讨物种灭绝的可预防性。,生境破碎问题：在这方面的研究热点有生境破碎的动态过程、生境破碎与生境异质性、生境斑

42、块的隔离程度、边缘效应与岛屿效应，生境斑块中种群生灭动态、生境斑块的微气候环境以及在破碎生境中维持生物多样性的措施等。 自然保护区理论：建立自然保护区时，保护区的位置、大小、形状，保护区之间的网络联系，怎样减少自然保护区内的边缘效应和破碎效应，怎样建立自然保护区间的生境走廊，怎样管理和利用自然保护区等都是人们关心的问题。,立法与公众教育：制定生物多样性保护法律法规，规范全民保护生物多样性的行为。在普及自然野生动物保护法知识、提高公众的生物多样性保护意识、总结少数民族利用和保护生物资源的经验、进行生物多样性保护与持续利用宣传教育等方面，许多工作正在进行。,仅仅几千年的时间，相对于野生动物，人类已

43、经变得无比强大，人类改造自然的能力仍在加速增强。然而，人类的生物学属性没有改变，我们的生存仍需要生物资源。生物多样性是宝贵的自然遗产，如果人类社会生产力的发展危害了野生生物的生存，必将危害人类的自身生存。我们只有将保护环境、保护生物多样性放到与经济建设同等重要的地位，才能为当代的发展和未来世代保存一个绿色的环境和充足的资源。,第二章、遗传多样性,Chapter two 遗传多样性,遗传多样性是生物多样性的重要组成部分，是地球上所有生物携带的遗传信息的总和（施立明等 1993）。可以说，一般在谈到生态系统多样性和物种多样性时已经涉及到了遗传多样性，因为物种是构成生物群落进而组成生态系统的基本单元

44、，任何物种都具有其独特的基因库和遗传组成，物种多样性已经包括了基因（遗传）的多样性，故遗传多样性是生态系统多样性和物种多样性的基础（施立明等 1993 ；葛颂等 1994），换句话说，遗传多样性是生物多样性的内在形式。,2.1 基本概念,目前,遗传多样性这一术语尚无严格定义。McNeely等(1990)把遗传多样性定义为蕴藏在地球上植物、动物和微生物个体基因中的遗传信息的总和。施立明（1990）则把遗传多样性看成是种内或种间表现在分子、细胞、个体三个水平的遗传变异度。前一定义似乎有些笼统，而后一定义则不甚确切。相比之下，世界资源研究所 （WRI）等（1992）在全球生物多样性策略这一纲领性文件

45、中的定义更为明确，即“遗传多样性是指种内基因的变化，包括同种显著不同的群体间或同一群体内的遗传变异”。换句话说，遗传多样性主要是指种内不同群体之间或同一群体内不同个体的遗传变异的总和（施立明等 1993 ）。从这一定义中可以看出，遗传多样性基本上包括了下面几层含义：,首先遗传多样性是指生物种内的遗传变异。尽管广义的遗传多样性可泛指地球上所有生物携带的遗传信息，包括不同物种的不同基因库所体现出来的物种多样性，但作为生物多样性的一个重要层次，遗传多样性所指的主要还是种内的遗传变异（施立明等1993；葛颂等1994；WRI等1992）。物种是由个体组成的，除了孤雌生殖、同卵双生子以及无性繁殖以外，生

46、物界没有两个个体具有完全一致的基因型或基因组，这就是遗传变异最基本的特征。从进化的角度看，个体必须组成群体或群体系统（地理宗、生态型、变种、亚种等）才具有进化意义，遗传上有差别的个体在组成群体或群体系统时形成各种各样的群体遗传结构(population genetic structure)(Hamrick 1989),产生新的遗传多样性。,Clausen及其同事们对萎陵菜(Potentilla glandulosa)的经典研究可以很清楚地说明种内遗传变异的性质。他们对该种进行了长达十几年的形态学、遗传学和生态学研究后，将该种的遗传变异分成几种类型：局部群体内的变异；生活在相似气候和土壤条件下隔

47、离群体间的变异；生长在不同环境条件下产生独特生态型的群体间的变异；分类学上亚种间的变异（ Clausen 1951）。因此，种内的遗传变异既包括群体内的个体间变异，也包括群体间或群体系统（生态型、变种、亚种）间以及农业上品系、品种间的遗传差异（施立明 1990；葛颂等 1994；Hamrick 1989 ）。,其次遗传多样性的表现是多层次的，可以表现在外部形态上，如豌豆的花色、果蝇的翅型；表现在生理代谢上，如植物光合作用的强弱、酶活性的高低等；也可表现在染色体、DNA分子等水平上（Merrell 1981；Stebbins 1950）。此外，遗传多样性是指种内可遗传的变异。因此，那些由于发育或

48、环境引起的变化应排除在遗传多样性范围之外。例如，青蛙等无尾目两栖动物在幼年时有发达的长尾，而成体则无尾；水毛茛等一些水生植物在水中的沉水叶与水面上的浮水叶具有完全不同的形态；许多高等真菌都有季相的变化等等。这些有发育或环境可塑性引起的差异都是不可遗传的（Grant 1991；Merrell 1981）。,2.2 遗传多样性的起源,遗传是一个保守的过程。没有遗传，不可能保持性状和物种的相对稳定性,变异不可能得到积累，生物也就不可能进化，不可能产生多样性。但是,遗传性又是一个相对的过程，绝非一成不变的，否则，仅凭遗传带来的简单重复，不可能产生新的性状,生物也失去了进化的素材。在DNA核苷酸顺序中记

49、录的遗传信息作为一种规律忠实地进行复制，故每一次复制形成的两个DNA分子彼此相同，与其亲本也完全一致。但DNA分子在复制过程中偶尔也会发生“错误”，导致子细胞或后代在DNA的顺序或数量上不同于母细胞或亲本。,遗传多样性的根本来源可以归因于这种偶尔发生的错误，即遗传物质的改变突变（Mutation）（Ayala等 1984）。正如Solbrig（1992 ）所说：突变是“创造”遗传多样性的过程，也是创造生命的过程。突变可以分为两大类，即引起染色体数目和结构的改变（染色体畸变）以及引起基因位点内部核苷酸的改变（基因突变）。后者又称为点突变，也就是传统意义上的突变。由于生物在有性生殖过程中基因型不相同的亲本基因组之间会进行新的组合而在子代基因组中形成新的基因型，故重组（recombination）是产生遗传变异的另一个重要因素（Ayala 等 1984；Grant 1991；Stebbins 1950）。,染色体畸变 由于染色体是遗