種群和物種保護詳解

種群和物種保護詳解演示文稿本文檔共64頁；當前第1頁；編輯于星期日\21點25分（優(yōu)選）種群和物種保護本文檔共64頁；當前第2頁；編輯于星期日\21點25分一些需要了解的科學結(jié)論沒有一個種群能永遠長存;由人類活動引起的物種滅絕速度比物種自然滅絕速度快約1000倍，也遠遠超過新物種能進化的速度;瀕危物種是由一個或多個種群組成，保護種群是保護物種的關鍵;本文檔共64頁；當前第3頁；編輯于星期日\21點25分小種群比大種群更易遭致滅絕。ExtinctionratesofbirdspeciesontheChannelIslands.Populationswithlessthan10breedingpairshadanoverall39%probabilityofextinctionover80years;populationsofbetween10-100pairsaveragedaround10%probabilityofextinction,andpopulationsofover100pairshadaverylowprobabilityofextinction.本文檔共64頁；當前第4頁；編輯于星期日\21點25分對海峽群島鳥類的長期研究也支持這一觀點，即種群的存留需要大種群的保證，只有哪些超過100對鳥的種群有大于90%的機會存活80年。另一方面，小種群也并非完全沒有希望，許多僅有10對或更少繁殖種對的鳥類種群，仍然明顯存活了80年。本文檔共64頁；當前第5頁；編輯于星期日\21點25分作為基本原則，一個瀕危物種的理想保護計劃應在保護生境中盡可能大的區(qū)域內(nèi)進行，以保護盡可能多的個體。但是，執(zhí)行時有一定困難，計劃者必須協(xié)調(diào)與有限資源之間的沖突，即保護與發(fā)展之間的沖突。比如圍繞西點林梟（一種棲息在太平洋西北部原始森林中的瀕危物種）保護所產(chǎn)生的，是要“貓頭鷹”還是要“工作機會”的爭論。

本文檔共64頁；當前第6頁；編輯于星期日\21點25分一個折中的方法是了解保證一個物種存活所必需的個體數(shù)量，并確定該數(shù)量個體和需要的生存空間。所需要的個體數(shù)量稱為“最小生存種群”，最小生存種群是任何生境中的任一物種的隔離種群，在可預見的種群數(shù)量、環(huán)境、遺傳變異和自然災害等因素影響下，都有99%的可能性存活1000年，換言之，最小生存種群是在可預見的將來，具有很高的生存機會的最小種群。存活概率也可調(diào)整為95%，時間也可調(diào)整為100年或500年。本文檔共64頁；當前第7頁；編輯于星期日\21點25分在制定一個瀕危物種的長期保護計劃時，我們不僅需要提供該物種在正常年份的需求，還要求提供在特殊年份的需求。例如：在干旱年份，動物為了獲取它們生存所必需的水源，會遠離它們正?；顒臃秶鏖L途遷徙，需要更大保護區(qū)或在小保護區(qū)間建廊道。同時，也要估計到一些自然災害對種群存活的影響，如地震、火災、火山爆發(fā)、瘟疫和食物短缺。為對某一特定物種的最小生存種群作出精確的估計，必需對該地種群數(shù)量做詳細的統(tǒng)計研究和環(huán)境分析，這些研究可能花費頗多，并需要數(shù)月甚至數(shù)年的研究才能完成。本文檔共64頁；當前第8頁；編輯于星期日\21點25分一些生物學家曾提出保護500-1000個脊椎動物個體作為最小生存種群的普遍原則，認為這個數(shù)目可以保持遺傳變異，保護這個數(shù)量或許足以使最小數(shù)量的個體在災害年份存活并能使種群恢復至以往規(guī)模，對于數(shù)量極具變異特性的種群，如某些無脊椎動物和一年生植物，保護大約10000個個體的種群可能是一個有效的策略。本文檔共64頁；當前第9頁；編輯于星期日\21點25分兩個概念最小生存種群(minimumviablepopulation，MVP)數(shù)量*：種群免遭滅絕而必須維持的最低個體數(shù)量。最小動態(tài)區(qū)(minimumdynamicsarea，MDA):維持MVP所必需的最適生境的量。MDA可由研究個體和群體的家域大小來估計本文檔共64頁；當前第10頁；編輯于星期日\21點25分舉例：對美國西南部荒漠上的120頭加拿大盤羊種群持續(xù)生存力進行的連續(xù)70年研究顯示，少于50個個體的種群在50年內(nèi)全部滅絕，而所有大于100個個體的種群在同一時期內(nèi)均能持續(xù)生存。(a、b為不同學者的分析結(jié)果）本文檔共64頁；當前第11頁；編輯于星期日\21點25分估計維持多種小型哺乳動物種群的保護區(qū)大小為1萬至10萬公頃。如：保護加拿大野生家域較大的灰棕熊，50個個體需4.9萬km2，1000個需242萬km2。除了例外，絕大多數(shù)物種的保護需要足夠大的種群，而種群小的物種的確處在瀕臨滅絕的危險之中。

本文檔共64頁；當前第12頁；編輯于星期日\21點25分小種群局部滅絕的主要原因*由于遺傳變異性喪失、近親繁殖、雜合性和遺傳漂變等引起的遺傳問題。由于出生率和死亡率的隨機變化引起統(tǒng)計波動導致的種群數(shù)量的不穩(wěn)定。由于捕食、競爭、疾病和食物供應的變化，及不定期發(fā)生的由單一事件產(chǎn)生的自然災害如火災、洪水、火山爆發(fā)、風暴或干旱等導致的自然引起的環(huán)境波動。本文檔共64頁；當前第13頁；編輯于星期日\21點25分一、遺傳變異性的喪失二、統(tǒng)計變化三、環(huán)境變化與自然災害四、滅絕旋渦本文檔共64頁；當前第14頁；編輯于星期日\21點25分一、遺傳變異性的喪失

遺傳變異性（geneticvariability）*：是指種群內(nèi)不同個體具有不同類型的基因即等位基因。這對促使種群適應于不斷變化的環(huán)境很重要。在某一種群內(nèi)，這些等位基因在出現(xiàn)頻率上可能是變動的，從普遍到稀少。通過隨機突變，種群中會產(chǎn)生新的等位基因。本文檔共64頁；當前第15頁；編輯于星期日\21點25分遺傳變異之所以重要，是因為它使種群可以適應變化的環(huán)境，具有某些等位基因或等位基因組的個體，恰好具有在新環(huán)境下生存和繁殖后代的特性。

本文檔共64頁；當前第16頁；編輯于星期日\21點25分遺傳漂變（geneticdrift）：在小種群里，等位基因的頻率從一個世代到下一個世代僅僅由于機率也會發(fā)生變化。在小種群中當一個等位基因的頻率很低時，那么它在各世代中喪失的可能性非常大。舉例：本文檔共64頁；當前第17頁；編輯于星期日\21點25分在一個有1000個個體的種群中，如果一個稀有等位基因與整個基因的比例為5%，那么該等位基因?qū)⒊霈F(xiàn)100個復本（1000個體×2復本/個體×0.05基因頻率），因而該等位基因不會從種群中很快喪失。如果種群個體數(shù)為10，則等位基因僅產(chǎn)生1個復本（10個體×2復本/個體×0.05基因頻率），那么該稀有等位基因?qū)脑摲N群的下個世代中喪失的概率就很大。本文檔共64頁；當前第18頁；編輯于星期日\21點25分Predicteddeclineinheterozygosityovertimeindifferentsizedpopulations本文檔共64頁；當前第19頁；編輯于星期日\21點25分基于一個隔離種群的基因存在2個等位基因這一普遍現(xiàn)象，Wright(1931)提出了一個方程：ΔF=1/2Ne

ΔF：種群每一個世代雜合性降低的估計值，Ne:一個種群的生育成體種群數(shù)量本文檔共64頁；當前第20頁；編輯于星期日\21點25分根據(jù)這個方程，一個有50個個體的種群每個世代由于稀有等位基因的喪失其雜合性將降低1%（1/100)；而數(shù)量為25個個體的種群每個世代其雜合性將降低2%（1/50或2/100)。這個方程說明，孤立的小種群遺傳變異性的喪失非常大。種群越大，減少率越低本文檔共64頁；當前第21頁；編輯于星期日\21點25分種群之間個體的遷移和基因經(jīng)常性的突變有助于增加種群內(nèi)遺傳變異性，并抵消遺傳漂變的效應。

基因流是防止遺傳變異性喪失的重要因素。本文檔共64頁；當前第22頁；編輯于星期日\21點25分自然界中，每個基因在每一世代的突變率一般為1/1000到1/10000的范圍，這對抵消小種群遺傳漂變的影響是沒有什么作用的。為了維持雜合性水平，基因突變率需達到1/100或更大。本文檔共64頁；當前第23頁；編輯于星期日\21點25分問題:維持遺傳變異性需多少個體？

Franklin(1980)提出，50個個體可能是維持遺傳變異性必需的最小數(shù)量。根據(jù)動物飼養(yǎng)員的實際經(jīng)驗：每個世代喪失2%-3%的遺傳變異性也能維持動物家系而得出。同時，利用Wright方程計算也可以得出，在50個個體的種群里每個世代只有1%的遺傳變異性喪失。本文檔共64頁；當前第24頁；編輯于星期日\21點25分然而，把依據(jù)家養(yǎng)動物的工作經(jīng)驗用于廣泛的野生物種則是不準確的。因此，F(xiàn)ranklin（1980）提出，在500個個體的種群里，通過突變產(chǎn)生新的遺傳變異性的速度可以抵消因小種群數(shù)量而喪失的遺傳變異性的速度。這個取值范圍已被稱為50/500法則：孤立種群至少需要50個個體，更好則需要500個個體才能維持其遺傳變異性。本文檔共64頁；當前第25頁；編輯于星期日\21點25分有效種群數(shù)量用等位基因頻率測定有效種群數(shù)量遺傳瓶頸遺傳變異性降低的后果本文檔共64頁；當前第26頁；編輯于星期日\21點25分1.有效種群數(shù)量

(effectivepopulationsize)有效種群數(shù)量：種群保持遺傳變異需要的個體數(shù)。50/500法則假定在一個由N個個體組成的種群中所有個體的交配概率和生育后代的概率相等。這難以在實際中應用。本文檔共64頁；當前第27頁；編輯于星期日\21點25分由于諸如年齡、不健康、不育、營養(yǎng)不良、個體小以及阻止某些動物尋找配偶的社會結(jié)構(gòu)等因素而不能產(chǎn)生后代，生育個體有效種群數(shù)量(Ne)常常明顯地小于實際種群數(shù)量。本文檔共64頁；當前第28頁；編輯于星期日\21點25分在以下任何一種情況下，實際有效種群數(shù)量均比預期值要?。翰坏刃员壬沉康牟町惙N群波動本文檔共64頁；當前第29頁；編輯于星期日\21點25分a.不等性比(unequalsexratio)即種群可能由不等數(shù)量的雄體和雌體組成。例如：動物配制的不同。如果一個種群是由20個雄體和6只雌體組成的話，那么只有12個個體有交配行為，其有效種群數(shù)量是12，而不是26。本文檔共64頁；當前第30頁；編輯于星期日\21點25分在另一些動物中，社會體系可能使許多個體不能交配，即使這些個體都是有交配的生理能力。如：大海豹體系中，優(yōu)勢雄體可能支配一大群雌體，并且阻止其它雄體與這些雌體交配；在非洲豺狗體系中，一大群豺狗中的所有幼仔可能均屬于優(yōu)勢雌體的。本文檔共64頁；當前第31頁；編輯于星期日\21點25分不等數(shù)量生育雄體和雌體對Ne的影響方程Ne=4NmNf/(Nm+Nf)Nm和Nf分別表示種群中生育雄體和生育雌體的數(shù)量隨著生育個體的性比差異的增大，有效種群數(shù)量與生育個體數(shù)量的比值（Ne/N）降低；單配體系中，對下一世代的遺傳組合產(chǎn)生巨大作用的僅僅是幾個單性個體，而并非所有個體的作用都相等。本文檔共64頁；當前第32頁；編輯于星期日\21點25分b.生殖量的差異(variationinreproductionoutput)

在許多生物中，個體之間產(chǎn)生后代的數(shù)量有很大的差異，這種現(xiàn)象在植物中尤其明顯。通常生殖量的差異大時，有效種群數(shù)量比種群實際數(shù)量要小。如：一些個體可能只產(chǎn)生幾粒種子，而另一些個體則產(chǎn)生數(shù)千粒種子。許多一年生植物種群是由大量產(chǎn)生1?；驇琢７N子的小植物和幾個產(chǎn)生數(shù)千粒種子的巨大個體組成，這種情況Ne可能大幅度降低。本文檔共64頁；當前第33頁；編輯于星期日\21點25分c.種群波動(populationfluctuations)一些物種中，世代之間的種群數(shù)量變化極為顯著。如加利福尼亞的卡爾西頓蝴蝶、一年生植物和兩棲類。本文檔共64頁；當前第34頁；編輯于星期日\21點25分結(jié)論：當種群數(shù)量波動、無生殖個體數(shù)量巨大以及不等性比等因素綜合起作用時，有效種群數(shù)量可能遠遠低于一個正常年份存在原個體的數(shù)量。本文檔共64頁；當前第35頁；編輯于星期日\21點25分2.用等位基因頻率測定有效種群數(shù)量除了50/500法則等方法外，對所研究的種群進行反復統(tǒng)計以測定其在一段時間內(nèi)的遺傳變異性的喪失是另一種測定有效種群數(shù)量的方法。理論依據(jù)：因遺傳漂變而導致的一段時間內(nèi)遺傳變異性的喪失率與Ne有直接的關系。本文檔共64頁；當前第36頁；編輯于星期日\21點25分例子：采用一種可測算可變等位基因的技術(shù)對8個數(shù)量較大的飼料果蠅種群進行研究，8個種群在8到365個世代之間均維持約5000個個體。盡管種群數(shù)量巨大，但Ne值變動在185-253之間，僅占種群數(shù)量的4%左右。表明僅僅維持巨大的種群數(shù)量也不能阻止飼料果蠅種群中遺傳變異性的喪失。在這種情況下，通過調(diào)節(jié)生育，或?qū)⒎N群細分并允許一定數(shù)量的個體遷移才能夠更有效地維持遺傳變異性。本文檔共64頁；當前第37頁；編輯于星期日\21點25分3.遺傳瓶頸(geneticbottlenecks)概念*：由于環(huán)境或統(tǒng)計事故使一個種群中大部分個體死亡而剩下幾個個體，導致該種群數(shù)量偶然地明顯下降的現(xiàn)象。本文檔共64頁；當前第38頁；編輯于星期日\21點25分機理：當一個種群的數(shù)量顯著降低時，種群中稀有等位基因?qū)适?，如果擁有這些等位基因的個體不能存活的活，種群的等位基因少且雜合性降低，那么種群中所有個體的整體健康狀況也下降。本文檔共64頁；當前第39頁；編輯于星期日\21點25分當幾個個體離開大種群而建立一個新種群時，就出現(xiàn)一種被稱為創(chuàng)始者效應*(foundereffect)的特殊瓶頸類型。本文檔共64頁；當前第40頁；編輯于星期日\21點25分創(chuàng)始者數(shù)量少、種群孤立以及個體之間生殖成功的差異已明顯地產(chǎn)生了遺傳瓶頸舉例：在坦桑尼亞恩戈羅火山口處生活的獅子種群曾由60到75只獅子組成，1962年剌蠅突然涌入使獅子種群降低到9只雌獅和1只雄獅，僅兩年后有7只雄獅遷入此地。盡管該種群后來增加到75至125只，但與鄰近塞侖格提平原獅子種群相比，火山口獅子種群表現(xiàn)出遺傳變異性下降，精子畸形水平高以及生殖率降低。

本文檔共64頁；當前第41頁；編輯于星期日\21點25分然而，種群瓶頸并不總是導致雜合性的降低，如果種群數(shù)量在一次短暫瓶頸之后迅速增加，盡管現(xiàn)存的等位基因數(shù)量會極度地減少，種群中平均雜合性還是可能會恢復。尼泊爾大獨角犀牛種群中具有較高水平的雜合性。該種群的數(shù)量曾經(jīng)不到30個生育個體，但是到1988年，它已恢復到約400個個體。本文檔共64頁；當前第42頁；編輯于星期日\21點25分海南在1976年建立大田自然保護區(qū)之前，坡鹿種群僅存30只。1986年一塊120公頃的土地被裝上圍欄，并遷入了70只坡鹿。1992年調(diào)查時,該保護區(qū)已有300多頭坡鹿。本文檔共64頁；當前第43頁；編輯于星期日\21點25分Lossofallelesatself-incompatibilityloci(SI)insmallplantpopulationsreducespopulationreproductivefitness4.遺傳變異性低的后果本文檔共64頁；當前第44頁；編輯于星期日\21點25分ThelevelofgeneticvariabilityisdirectlycorrelatedwithpopulationsizeinpopulationsofHalocarpusbidwillii,aNewZealandconiferousshrub

SeedgerminationinpopulationsoftheScarletgilia本文檔共64頁；當前第45頁；編輯于星期日\21點25分(1)近交衰退在大多數(shù)大的動物種群中，個體通常不與近親交配，個體常常遠離它們的出生地，或通過獨有的個體氣味或其他感覺提示而被阻止與其近親交配。許多植物的各種形態(tài)和生理機制也促進雜交授粉并防止自花授粉。本文檔共64頁；當前第46頁；編輯于星期日\21點25分在某些情況下，尤其當不能找到其他配偶時，這些阻止近交的機制則失去作用。近親之間的交配，例如親裔交配、同胞交配和表親交配導致近交衰退。其特征是子代數(shù)量少、子代衰弱或子代不育。本文檔共64頁；當前第47頁；編輯于星期日\21點25分最合理的解釋：它使有害的等位基因得到表達。當一個遠親交配種的種群數(shù)量降低時，由于不能找到其他的配體，近親則被迫相互交配。這種近交使得稀有的、有害隱性等位基因以同源形式表達出來，并對子代產(chǎn)生有害效應。本文檔共64頁；當前第48頁；編輯于星期日\21點25分反過來，遠交不僅提高了種群的雜合性水平，而且還使那些通過突變產(chǎn)生的許多稀有的但是有害的隱性等位基因在種群中不表達。本文檔共64頁；當前第49頁；編輯于星期日\21點25分在眾多捕養(yǎng)動物種群中，近親之間的交配導致其子代死亡率比遠交動物高33%。近交衰退對動物園中馴化的小種群和家畜繁育工作是一個十分嚴重的問題。本文檔共64頁；當前第50頁；編輯于星期日\21點25分中國的華南虎圈養(yǎng)個體總數(shù)約為50只，都源自6只野外捕獲得個體(2雄4雌)，并且其中2個親體的遺傳貢獻就超過62％，目前該種群已喪生了22％的遺傳變異。本文檔共64頁；當前第51頁；編輯于星期日\21點25分(2)遠交衰退當兩個獨立物種的個體交配時，由于從不同親代遺傳而來的染色體和酶系統(tǒng)缺乏親合性，其子代常常衰退或不育。同亞種之間的交配，甚至是同種植物的趨異基因型之間或同種種群之間的交配也能產(chǎn)生遠交衰退。本文檔共64頁；當前第52頁；編輯于星期日\21點25分在自然界中，過多的遠交并不常見，因為個體在行為、形態(tài)和生理上具有維持只有種內(nèi)才能交配的機制。有親緣關系的物種也可能生活在不同的地理區(qū)和不同類型的棲息地上。本文檔共64頁；當前第53頁；編輯于星期日\21點25分在馴養(yǎng)條件下，由于沒有合適的配體存在，不同的物種可能會有意或無意地結(jié)合。

遠交衰退在植物中可能尤為重要，因為植物的交配選擇在一定程度上是由花粉的隨機飄散決定的。本文檔共64頁；當前第54頁；編輯于星期日\21點25分(3)進化靈活性的喪失遺傳變異性的喪失可能限制了一個種群對環(huán)境長期變化作出反應的能力。如果小種群的稀有等位基因喪失以及雜合性下降，種群則沒有幾個合適的遺傳選擇。因此，在具有必需的遺傳變異性以適應長期的環(huán)境變化方面，小種群的概率比大種群低，因而它更容易滅絕。本文檔共64頁；當前第55頁；編輯于星期日\21點25分二、統(tǒng)計變化在一個穩(wěn)定的環(huán)境里，一個種群將不斷增長直到其達到環(huán)境的承載能力(K)為止。這時，每個個體的平均出生率(b)與平均死亡率(d)相等，種群數(shù)量沒有凈變化。而在實際種群中，個體產(chǎn)生子代的數(shù)量通常并不與種群子代平均數(shù)相等；相反，個體也許不產(chǎn)生子代，有些則低于平均數(shù)，有些則高于平均數(shù)。本文檔共64頁；當前第56頁；編輯于星期日\21點25分例如，在一個理想穩(wěn)定的大熊貓種群中，每只雌體一生平均產(chǎn)生2只子代。但野外研究表明，每只雌體的生育量都是圍繞2只子代這數(shù)值有較大差異。不過，只要種群數(shù)量大，就可以用平均數(shù)對該種群提供一個精確的描述。本文檔共64頁；當前第57頁；編輯于星期日\21點25分種群量一旦降至50個個體以下，個體在出生率和死亡率的差異就開始引起種群數(shù)量的上下隨機波動。如果種群數(shù)量向下波動，那么所產(chǎn)生的小種群對下個世代的統(tǒng)計波動就更加敏感，可能導致滅絕；種群數(shù)量向上隨機波動最終將受到環(huán)境承載能力的限制，種群可能重新開始向下波動。本文檔共64頁；當前第58頁；編輯于星期日\21點25分因此，一旦種群由于生境破壞和片斷化而變小，則統(tǒng)計變化開始變得更加重要，種群走向滅絕的可能性增大。根據(jù)種群理論，隨