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1、 山東大學生命科學學院 生態(tài)學與生物多樣性研究所生態(tài)學與人類未來第7講 生物多樣性的概念與價值本講內(nèi)容一、生物多樣性的有關(guān)概念二、生物多樣性的層次和類別三、為什么要研究和保護生物多樣性-生物多樣性的價值本講內(nèi)容一、生物多樣性的有關(guān)概念二、生物多樣性的層次和類別三、為什么要研究和保護生物多樣性-生物多樣性的價值1.什么是生物多樣性?1.什么是生物多樣性?生物多樣性(biodiversity or biological diversity)是一個內(nèi)涵十分廣泛的概念,是生命的基本特征之一??梢院喎Q為“地球上生命的多樣性”。目前,我國較為通用的概念是馬克平等人根據(jù)生物多樣性公約所提出的,即“生物多樣性
2、是生物及其環(huán)境形成的生態(tài)復合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過程的總和”。還有其他的概念。2.生物多樣性概念的由來1980年Norse和McManus提出生物多樣性(Biological Diversity)一詞,后來簡化為Biodiversity。1992年6月,在巴西里約熱內(nèi)盧召開的聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會上,153個國家簽署了生物多樣性公約(The Convention on Biological Diversity)。我國是公約最早的締約國之一。本講內(nèi)容一、生物多樣性的有關(guān)概念二、生物多樣性的層次和類別三、為什么要研究和保護生物多樣性-生物多樣性的價值生物多樣性的層次(level)生命系統(tǒng)是一個等
3、級系統(tǒng),包括多個層次或水平(level):基因、細胞、組織、器官、種群、物種、群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀等。每一個層次都具有豐富的變化,即多樣性。生物多樣性也包含許多層次,從分子到景觀都有多樣性。例如,地球上的物種是非常豐富和復雜的,至少有2001000萬種,我們現(xiàn)已知道 (定名)的種類就超過了150萬種,其中昆蟲就有7080萬種,并且每年又有數(shù)十到上百個新種被發(fā)現(xiàn)和命名;生物所擁有的基因總和則更是一個天文數(shù)字,僅人類的基因組就有22.5萬個基因組成,包含30億堿基對;生物的生境和生態(tài)系統(tǒng)也是類型繁多、千變?nèi)f化,有海洋,有陸地;有森林,有草原;有冰川,有荒漠等等。生物多樣性的層次(level)盡管生
4、物多樣性有若干層次,但在理論與實踐上最基本、最重要,研究較多的是:遺傳(基因)多樣性物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個基本層次。遺傳(基因)多樣性2.1遺傳(基因)多樣性(genetic diversity or gene diversity ) 指種內(nèi)基因的變化,包括種內(nèi)顯著不同的種群和同一種群內(nèi)的遺傳變異(遺傳信息的總和),它是生物多樣性的基礎(chǔ)和物種以上水平多樣性的根本來源,包括形態(tài)、染色體、蛋白質(zhì)及DNA等不同水平,用不同理論和方法進行研究。遺傳(基因)多樣性2.1遺傳(基因)多樣性(genetic diversity or gene diversity ) 形態(tài)學水平:通過形態(tài)來了解和認識
5、多樣性是最簡單和傳統(tǒng)的方法。形態(tài)的差異實際是基因型不同的表現(xiàn)。包括形態(tài)變化、變種、變型、栽培變種、品種等。 如植物植株的大小、高矮,花的大小、顏色,果實的不同類型,葉型的變化,動物個體大小的變化,皮毛的不同,作物的品種,家養(yǎng)動物的品種等等都是多樣性。如水稻約有10萬個不同的變種和品種,多樣性水平相當高,這是人類最重要的自然資源。 染色體水平:染色體是遺傳物質(zhì)的載體,是基因的攜帶者。染色體的變異必然導致遺傳變異的發(fā)生,是遺傳變異的來源之一。染色體變異包括染色體數(shù)目(整倍或非整倍性)變異、結(jié)構(gòu)和形態(tài)的變化等。如研究發(fā)現(xiàn)蘆葦(Phragmites communis)的染色體變異非常復雜,有整倍和非整
6、倍性變異,3x,4x,5x,6x,7x,8x,10 x , 11x,12x(x=12)的都有出現(xiàn),這也說明了為何蘆葦能夠在各種不同生境中分布和形態(tài)千變?nèi)f化的原因。遺傳(基因)多樣性2.1遺傳(基因)多樣性(genetic diversity or gene diversity ) 蛋白質(zhì)水平:主要是酶的多樣性,如多態(tài)性、同工酶的變化等,其中以等位酶(一種特殊的同工酶,指單個位點上等位基因編碼的同工酶)研究最普遍,主要通過電泳技術(shù)檢測多態(tài)位點比例、平均期望雜合度等。研究表明,無脊椎動物的多態(tài)位點比例平均在0.240.53之間, 脊椎動物在0.140.30之間,植物為0.10.5??梢钥闯?,無脊椎
7、動物的遺傳變異水平最高,脊椎動物最低。當然,不同物種,同一物種的不同種群,同一物種的不同進化階段,遺傳多樣性也有差異。例如大熊貓等一些活化石物種的遺傳多樣性就比較低。通過研究蛋白質(zhì)的變異水平,可以為物種進化、適應等的機制,瀕危物種的保護等提供遺傳學依據(jù)。 DNA水平: DNA是遺傳信息的載體,研究其片斷或特定基因組是揭示遺傳多樣性最理想和最根本的方法。如人類基因組、作物基因組、家畜基因組、功能基因組等的研究。常用技術(shù)有RFLP、RAPD、PCR等。 遺傳多樣性的意義:揭示物種進化歷史(起源地點、時間、方式);保護生物學的基礎(chǔ)與核心(稀有、瀕危種的遺傳結(jié)構(gòu)、變異等);在分類學等方面的意義等。物種
8、多樣性2.2物種多樣性(species diversity) 特定時間、區(qū)域或類群的物種總和,包括區(qū)系、數(shù)量、分布、特有、發(fā)生、變化、受威脅狀況、資源狀況等。 據(jù)估計世界上的物種大約200萬2億(5003000萬)種,已定名的約150-200萬種(昆蟲80萬種)。菌類、藻類8-10萬種,高等植物26-30萬種,低等動物110多萬種,高等動物4.5萬種。重要生物類群最多的國家 名次/國家 哺乳類 鳥類 兩棲類 1 印尼 515 哥倫比亞 1721 巴西 5162 墨西哥 449 秘魯 1701 哥倫比亞 4073 巴西 428 巴西 1622 厄瓜多爾 3584 剛果 409 印尼 1519 墨
9、西哥 282 5 中國 394 厄瓜多爾 1447 印尼 2706 秘魯 361 委內(nèi)瑞拉 1275 中國 2657 哥倫比亞 359 玻利維亞 1250 秘魯 2518 印度 350 印度 1200 剛果 2169 烏干達 311 馬來西亞 1200 美國 205 10 坦桑尼亞 310 中國 1195 澳大利亞 197重要生物類群最多的國家名次 爬行類 鳳蝶 種子植物 1墨西哥 717 印尼 121 巴西 550002澳大利亞 686 中國 100 哥倫比亞 450003印尼 600 印度 77 中國 270004巴西 467 巴西 74 墨西哥 250005印度 453 緬甸 68 澳大
10、利亞 230006哥倫比亞 383 厄瓜多爾 64 南非 210007厄瓜多爾 345 哥倫比亞 59 印尼 200008秘魯 297 秘魯 58 委內(nèi)瑞拉 200009馬來西亞 294 馬來西亞 56 秘魯 2000010泰國 282 墨西哥 52 俄羅斯 20000生態(tài)系統(tǒng)多樣性2.3生態(tài)系統(tǒng)多樣性(ecosystem diversity) 指生境、生物群落和生態(tài)過程的多樣性,如無機和有機環(huán)境,群落及生態(tài)系統(tǒng)類型、結(jié)構(gòu)、功能及時空變化和相互聯(lián)系。 地球的群落和生態(tài)系統(tǒng)多種多樣,包括海洋生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng),陸地生態(tài)系統(tǒng)又有熱帶雨林、季雨林、常綠闊葉林、落葉闊葉林、針葉林、草原、荒漠、草甸
11、、凍原、濕地等,每一個生態(tài)系統(tǒng)又包括不同的類型。而這些生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、分布、功能、價值又各不相同。生態(tài)系統(tǒng)本身又是巨大的基因庫。如占陸地面積不到10%的熱帶雨林中生存著50%以上的物種。遺傳多樣性物種多樣性景觀和生態(tài)系統(tǒng)多樣性本講內(nèi)容一、生物多樣性的有關(guān)概念二、生物多樣性的層次和類別三、為什么要研究和保護生物多樣性-生物多樣性的價值3.1生物多樣性的重要性生物多樣性是地球上生命經(jīng)過幾十億年發(fā)展進化的結(jié)果,是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。提供人類所有的食物、木材、皮毛、皮革、香料、天然纖維、天然橡膠等等,中醫(yī)藥絕大部分也來自生物。生態(tài)系統(tǒng)的服務功能對人類的貢獻,比如調(diào)節(jié)氣候、保持水土、凈化空氣、旅游審美等
12、。生物多樣性價值分類: 1993年,聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)組織專家編寫的生物多樣性國情研究指南中,將生物多樣性價值劃分為5種類型,即: (1)具顯著實物形式的直接價值 (2)無顯著實物形式的直接價值 (3)間接價值; (4)選擇價值(option value)(5)存在價值(existence value)生物多樣性的價值生物多樣性經(jīng)濟價值的分類直接經(jīng)濟價值消耗性利用價值生產(chǎn)性利用價值間接經(jīng)濟價值包括:非消耗性的利用價值選擇價值存在價值。生物多樣性的直接經(jīng)濟價值直接經(jīng)濟價值為生物資源的消費者所直接接受,相對容易觀測和計算。包括:消耗性利用價值和生產(chǎn)性利用價值。 直接經(jīng)濟價值消耗性(非商業(yè)
13、的)利用價值是指那些沒有經(jīng)過市場,直接消耗的自然產(chǎn)品的價值,通過估計市場價值的機制來確定。 生產(chǎn)性(商業(yè)的)利用價值是指那些商業(yè)性收獲,供市場上交換的生物資源價值。莊稼給人類提供糧食 家畜給人類提供肉食竹林給人類提供工業(yè)和建筑材料 野生動、植物具有藥用價值五靈脂(復齒鼯鼠等的糞便)活血、化瘀、止痛等藥效 山茱萸性微溫,味酸、澀。補肝腎海螵蛸(烏賊骨)性微溫,味咸;有收斂,制酸,止血功效 黃河三角洲的蘆葦,可做造紙原料,等等,也是一種景觀蘆葦大約80%的世界人口仍依賴從植物中獲得的各種藥材(Farnsworth, 1988)。 亞馬孫河流域有2000多種動植物被作為藥用, 中國能夠入藥的物種多達
14、5000多種。木材和動物糞便提供了尼泊爾、坦桑尼亞和馬拉維主要能源需求的90%和其它一些國家的80%(Pearce, 1987)。在全世界范圍內(nèi),每年約捕獲1億多噸魚類,主要為野生魚類。在非洲,野生動物的肉制品在食物中占據(jù)很高的比例;尼日利亞為20%,博茨瓦納為40%;扎伊爾為75%。在馬來西亞沙撈越,獵人每年捕獲并吃掉的野豬肉價值4000萬美元。木材是一些發(fā)展中國家的重要出口產(chǎn)品, 全世界每年的木材產(chǎn)值在750億美元以上。在印度尼西亞,木材是第二大出口產(chǎn)品,地位僅次于石油。 非木材的生物產(chǎn)品也具有重要的地位,例如:印度尼西亞1982年非木材產(chǎn)品的對外貿(mào)易達2億美元。欣賞風景野外探險觀鳥賞花森
15、林浴生態(tài)旅游不同的景觀是旅游的首選對象吉林長白山自然保護區(qū)名山大川,風景秀麗,旅游度假,心曠神怡。四川九寨溝四川峨眉山風景區(qū)間接價值主要涉及到生態(tài)系統(tǒng)的功能,雖不出現(xiàn)在國家的GDP中,但其值可能要遠遠高于直接價值。間接價值包括:非消耗性的利用價值選擇價值(潛在)存在價值(潛在)生物多樣性的間接經(jīng)濟價值非消耗性的利用價值指具有多樣性的生態(tài)系統(tǒng)在全球的大環(huán)境中所起到的凈化空氣、保持土壤、調(diào)節(jié)氣候、穩(wěn)定水文、維持區(qū)域環(huán)境的動態(tài)平衡等方面的作用。(生態(tài)價值和社會文化價值等,也稱生物系統(tǒng)服務功能)光合作用固定太陽能,使光能經(jīng)綠色植物進入食物鏈,從而給可收獲物種提供維持系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的功能還包括異花傳粉、
16、基因流動的繁殖功能、通過自然選擇獲取有益遺傳品質(zhì)的物種,保持進化過程。污染物的吸收和分解,對有機廢物、農(nóng)藥等在空氣、水和土壤中污染物具有分解作用。保護土壤:受自然植被覆蓋和凋落層保護的優(yōu)質(zhì)土壤可保持肥力、防止土壤侵蝕。海岸和河岸植被能防止淤積作用對珊瑚礁、淡水和近海漁業(yè)的破壞。調(diào)節(jié)氣候: 生態(tài)系統(tǒng)對大氣候及局部氣候均有調(diào)節(jié)作用,包括對溫度降水和氣流的影響。 穩(wěn)定水文:在集水區(qū)內(nèi)發(fā)育良好的植被具有調(diào)節(jié)逕流的作用。植物根系深入土壤,使土壤對雨水更具有滲透性。有植被地段比裸地的徑流較為緩慢和均勻。一般在森林覆蓋地區(qū)雨季可減弱洪水,而干季河流中仍有流水。森林的蓄水效益據(jù)國內(nèi)外研究材料分析,營造1公頃標
17、準林,一般可增加蓄水300立方米。都市生態(tài)走廊建成后,林地面積按5000公頃計算,年增加蓄水150萬立方米,水價按每立方米0.3元計算,其蓄水替代價值達45萬元。德國的黑森林,高大茂密生態(tài)服務功能巨大植物的根系起到固著土壤和涵養(yǎng)水源的作用表 中國生物多樣性國情研究報告的價值分類系統(tǒng)主要價值 類型直接使用價值 間接價值選擇價值或潛在價值存在價值或內(nèi)在價值產(chǎn)品及加工品直接使用價值 服務 價值對人們提供效益的典型用途農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)、醫(yī)藥業(yè)、工業(yè)、消費性利用價值旅游觀光價值、科學文化價值、畜力使役價值有機物生產(chǎn)、維持大氣平衡、物質(zhì)循環(huán)、水土保持、凈化環(huán)境潛在使用價值、潛在保留價值 確保自己或別
18、人將來能利用某種資源或某種效益1998年中國生物多樣性國情研究報告顯示中國生物多樣性價值為39.33萬億元。選擇價值:保持生物多樣性為未來人類提供多方面的選擇,有能力應付將來生態(tài)和社會經(jīng)濟中可能發(fā)生的問題?,F(xiàn)在自然界的許多野生動植物,也許短時間內(nèi)人類無法進行利用,其價值是潛在的。保護野生動植物資源以及盡可能多的基因,可以為農(nóng)作物或家禽、家畜的育種提供更多的可供選擇的機會。 人們模擬蒼蠅的平衡棒研制出運載火箭的振動陀螺儀。 我國農(nóng)業(yè)科技工作者以野生的雄性不育水稻作為原始母本培育成雜交水稻,解決了世界三分之一人口的吃飯問題。擬南芥(Arabidopsis thaliana) ,十字花科(Brassicaceae) ,鼠耳芥屬(Arabidopsis) ,又名鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草。原是不起眼的小草,但由于其個體小、生長期短(5-6周)、結(jié)實
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