生物多样性的保护与利用教案山东农业大学选修课.docx
《生物多样性的保护与利用教案山东农业大学选修课.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物多样性的保护与利用教案山东农业大学选修课.docx（64页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
生物多样性的保护与利用教案山东农业大学选修课
20XX年国际生物多样性年主题为：
生物多样性就是生命，生物多样性也是我们的生命。
20XX年05月22日国际生物多样性日主题为：
生物多样性促发展，促减贫。
20XX年06月05日世界环境日主题为：
多样的物种•同一个星球•共同的未来“ManySpecies.OnePlanet.OneFuture”。
20XX年04月22日世界地球日主题为：
低碳减排•绿色生活。
20XX年03月23日世界气象日主题为：
世界气象组织——致力于人类安全和福祉的六十年。
第一章生物多样性基础
——生物知识
——环境知识
——生态知识
——遗传知识
第一节生物知识
——生物的概念
——生物的进化
——生物的特性
——生物的分类
——生物的价值
1生物的概念
——生物的表象（外延）
——生物的本质（内涵）
生物=躯体+程序
躯体=有机部分（肉体）+无机部分（环境）
程序=？
？
？
生命？
灵魂？
不可制造！
！
！
1.1生物的表象（外延）
——延续性
——多样性
1.2生物的本质（内涵）
——自复制（自我繁殖）
——自组织（自我生活）
——自应变（自我保护）
1.2.1自复制
龙生龙；凤生凤
猪往前拱；鸡往后挠
1.2.2自组织：
生物必须与外界进行交换
物质；能量；信息
1.2.3自应变
应变（适应）方式：
植物：
生理变化；形态变化
动物：
生理变化；形态变化；行为变化
人类：
生理变化；形态变化；行为变化；心理变化
2生物的进化
2.1查尔斯·罗伯特·达尔文
CharlesRobertDarwin
（1809——1882）
英国生物学家，进化论的奠基人。
1859年出版《物种起源》。
1872年发表《人类的由来与性选择》。
——物种是可变的，生物是进化的（1859）。
——自然选择是生物进化的动力（1859）。
——性选择作为一个补充理论提出（1872）。
（存在着三大困难：
1.缺少过渡型化石；2.地球的年龄问题；3.找不到遗传机理）
2.2物种三次大爆发（大繁荣）：
寒武纪；奥陶纪；三迭纪
2.3物种五次大灭绝（大毁灭）：
奥陶纪；泥盆纪；二迭纪；三迭纪；白垩纪
3生物的特性
生物学特性
生态学特性
3.1生物学特性
本身固有（先天的）；可以遗传；不可驯化
用于识别
3.2生态学特性
对外要求（后天的）；难以遗传；可以驯化
用于培育
4生物的分类
4.1生物分类单位
生物的七级分类单位
界；门；纲；目；科；属；种
4.2生物的五界
原生生物界；原核生物界；真菌界；植物界；动物界
魏泰克R.H.Whittaker
（1924—1980）
加拿大籍美国生物学家
1969年提出了五界系统
——原核生物界（Monera）
——原生生物界（Protista）
——真菌界（Fungi）
——植物界（Plantae）
——动物界（Animalia）
4.3植物界：
14个门
（有的分成16个门；有的分成18个门）
01.蓝藻门02.裸藻门03.金藻门04.甲藻门05.黄藻门
06.硅藻门07.绿藻门08.轮藻门09.褐藻门10红藻门
11.地衣植物门
12.苔藓植物门
13.蕨类植物门
14.种子植物门（裸子；被子）
4.4动物界：
10个门
01.原生动物门——变形虫
02.多孔动物门——海绵
03.腔肠动物门——水母
04.扁形动物门——绦虫
05.线形动物门——蛔虫
06.环节动物门——蚯蚓
07.软体动物门——蜗牛
08.节肢动物门——蝗虫
09.棘皮动物门——海参
10.脊索动物门（尾，头，脊）——老虎
4.5生物命名
拉丁文“双名命名法”
卡尔·冯·林奈
CarlvonLinné
（1707——1778）
瑞典自然学者，现代生物学分类命名的奠基人。
1753年发表《植物种志》，共收集了5938年植物，创立拉丁文“双名命名法”。
即植物的常用名由两部分组成。
例如，银杏学名为
Ginkgo（属名，名词）
Biloba（种名，形容词）
L（定名者姓氏,林奈）
5生物的价值
5.1生存与发展——同等权利
它们都是经过漫长的进化发展过程保存下来的，它们和人类一样，在这个星球上有同等的生存权和发展权
5.2重要与次要——同等重要
任何一种生物在地球生态系统的物质循环、能量流动、信息传递中都承担着彼此不可替代的作用，只是形态结构不同、功能效应不同、分布区位不同，而没有重要和不重要之分
5.3支撑与保障——同时存在
包括人类在内的任何一种生物都为其他生物的生存和发展提供着直接和间接的环境支撑与资源保障，它的消失和存亡对整个生态系统都会产生不可估量的影响。
5.4主宰与主导——正确定位
我们人类因某些偶然因素现在成为了这个星球的主宰，生物进化的规律表明人类不可能永远都主宰这个星球，如果这个星球因为人这个物种的存在而使整个生命体系终结的话，人类将是所有生命的罪孽
5.5遗传与变异——不可再造
任何一个物种都承载着不可替代的基因资源。
这种资源是人类未来最重要、也是唯一可依托的、唯一不可再造的资源。
物种的消失就意味着整个地球基因库的衰败，最终葬送的还是人类自己的未来
第二节环境知识
——环境的概念
——环境的要素
——环境的能源
——环境的问题
1环境的概念
1.1定义
环境是指特定生物主体的外缘包络面所有要素的总和
——离开特定主体谈论环境是无意义的
——内部环境是不妥的
1.2特点
主体相对；要素关联；资源有限；易毁难复
1.3特性
系统性；复杂性；区域性
2环境的要素
2.1环境因子
构成环境的所有要素
2.2生态因子（生活因子？
）强调对生物有影响
气候；土壤；地形；生物
2.3生存因子（生活因子？
）强调生物必不可少
人与动物：
氧气；水；食物
植物：
光照；温度；二氧化碳；氧气；水；矿质养分
微生物：
氧气（厌氧？
）；水；食物
3环境的能源
3.1不可再生能源
煤炭——160年枯竭
石油——45年枯竭
天然气——？
？
年枯竭（海洋？
？
）
3.2可以再生能源
太阳能；地热能——扩散性
水能（海浪；潮汐）；风能——间断性
核能——辐射性（120年）
生物能——安全性（利用量不大于增长量）
4环境的问题
4.1环境破坏
——狭义：
没有环境不能降解的人造物资
——广义：
包括环境不能降解的人造物资（污染）
4.1.1利用性破坏——递减
利用量大于增长量
4.1.2滥用性破坏——锐减
乱砍滥伐；乱开滥采
4.1.3灭绝性破坏——枯竭
暴利驱动；野蛮捕杀
4.2环境污染
人为向环境中释放不能降解的人造物资
4.2.1污染物
废气；废水；废物（农药；电池；塑料；玻璃等）
三噪（噪声；噪光；噪波）
核辐射
4.2.2污染源
工业污染源；农业污染源；生活污染源
4.2.3污染类
大气污染；水体污染；土壤污染
世界八大公害世界（1930——1980）
1.比利时马斯河谷烟雾事件
2.美国多诺拉烟雾事件
3.英国伦敦烟雾事件
4.美国洛杉机光化学烟雾事件
5.日本水俣病事件
6.日本富山骨痛病事件
7.日本四日市哮喘病事件
8.日本米糠油事件
4.3十大环境问题
——01全球气候变暖
——02臭氧层的耗损与破坏
——03生物多样性减少
——04酸雨蔓延
——05森林锐减
——06土地沙漠化
——07大气污染
——08水污染
——09海洋污染
——10危险性废物越境转移
第三节生态知识
——生态概念
——生态层次
——生态系统
——生态问题
——生态文明
1生态概念
1.1定义
研究与协调生物与其环境互作关系的一门科学
生态（主）是（系）一门科学（表）
研究与协调生物与其环境互作关系（定语从句）
研究与协调（生物与其环境互作）关系（软科学）
研究是为了协调
协调就必须研究
主体——生物；客体——环境；主题——和谐
生物与环境的关系和谐（核心）
生物内部的关系和谐（附属）
环境内部的关系和谐（附属）
1.2关系
环境决定生物——生态作用
环境胁迫生物（生物适应环境）——生态适应
生物影响环境——生态反作用
1.3特点
性质上——“软”（软科学，软硬兼施）
战略-战术；决策-对策；科学-技术；通才-专才
会学-学会；捕鱼-授鱼；造血-补血；点金-资助
内容上——“宽”（开放性，兼容并蓄）
基础科学——生态科学——专业科学
作用上——“潜”（潜在性，潜移默化）
间接-直接；连续-间断；慢效-速效；素质-技能
1.4研究
实践方法——野外研究；实验研究；理论研究
理论方法——
黑箱控制，横向综合（串）
因果分析，网络思维（网）
整体动态，求全优化（优）
1.5目的
提高生态素质
掌握并应用生态规律
决策生产实践
2生态层次（四大经典组织尺度）
——生物个体
——生物种群
——生物群落
——生态系统
2.1生物个体
生命存在的基本单位
生物个体的遗传基因总和——基因型
环境突变有时会发生遗传变异
从个体角度来看：
——顺境有利于生存
——逆境有利于进化
2.2生物种群
一定时空内，同种生物个体的总称
物种存在的基本单位
种群的遗传基因总和叫基因库
2.2.1三个基本特征：
空间：
分布区域；分布方式（随机；均匀；集群）
数量：
大小与密度；年龄与性比；r与Ｋ
遗传：
交换遗传物质
2.2.2两个增长模型：
dN/dt=rN（马尔萨斯）
dN/dt=rN（1—N/K）（罗杰斯蒂）
参数：
r—内禀增长率
K—环境容纳量
2.2.3两种作用方式
直接作用——（一食三生）
取食（草食；肉食）；寄生；共生；附生
间接作用——
营养竞争；相互依存；生化克生
同种之间的竞争取决于密度
异种之间的竞争取决于特性互补
2.2.4生物的两种生存对策：
r——对策：
繁殖率高；保存率变化大；抗逆能力差
无亲代关怀
K—对策：
繁殖率低；保存率高；抗逆能力强
有亲代关怀
2.3生物群落
一定时空内，多个（不少于两个）种群的总称
优势种（空间；长势；数量）
五个结构特征（与生态系统共用）：
结构（与群落共用）——
组成：
生物名称和比例
垂直——分层：
充分利用营养空间
水平——集群：
增强抗逆能力
年龄：
平均年龄；龄级
营养——网络：
增强系统稳定性
中国植被三级分类单位：
植被型；群系；群丛
2.4生态系统
（这个层次与上述三个层次有着质的飞跃，所以单列条目）
3生态系统
3.1生态系统概念
3.1.1系统概念
系统＝要素＋平衡
四大要素——成分；结构；运行；功能
平衡——静态平衡；动态平衡
3.1.2生态系统
成分——必有生物
平衡——动态平衡
3.1.3生态系统类型
陆地生态系统
海洋生态系统
3.2生态系统要素
3.2.1成分
3.2.1.1生物成分（生产者；消费者；还原者）
生产者——食物制造
个体角度：
固定太阳能；合成有机物
系统角度：
为系统生产最基础的食物和能量
消费者——来料加工（消费等级）
个体角度：
营养结构复杂化
系统角度：
增强系统稳定性
还原者——废物利用
个体角度：
分解
系统角度：
还原
3.2.1.2非生物成分
能量
物质
信息
生态系统成分的另一种分法
基本成分（必不可少）：
生产者；还原者；物质；能量；信息
非基本成分——消费者
3.2.2结构（与群落共用）
组成：
生物名称和比例
垂直——分层：
充分利用营养空间
水平——集群：
增强抗逆能力
年龄：
平均年龄；龄级
营养——网络：
增强系统稳定性
营养结构——食物网
食物链：
草牧链；寄生链；腐屑链
营养级：
Ti陆地上i=1~5
食物网：
增强系统稳定性
草牧链举例：
草————兔————狼————虎
第1营第2营第3营第4营
第1消第2消第3消
草食第1肉第2肉
树汁——蝉——螳螂——黄雀——鹰
第1营第2营第3营第4营第5营
第1消第2消第3消第4消
草食第1肉第2肉第3肉
3.2.3运行（对内）
生态系统运行基础（硬件）——物质流（循环）
生态系统运行动力（电源）——能量流（单向）
生态系统运行调控（软件）——信息流（反馈）
3.2.3.1物质流（循环）的特点
小、大循环
“自传”“公转”
水为介质
物质不灭
3.2.3.2能量流（单向）的特点
单向传递
逐级散热
百分之十
能量守恒
——百分之十定律（生态效率）举例
草————兔————狼————虎
1000000100001001
泥（浮游生物）—虾—小鱼—中鱼—大鱼—……
100001000100101
3.2.3.3信息流（反馈）的特点
两个原则：
保真、快速
三个要素：
信源、信道、信宿
信息类型——
物理信息：
光、电、磁、色、波
化学信息：
激素、气味
行为信息：
舞姿、开屏
语言信息（人类共享）
3.2.4功能（对外）
生产生物产品功能
改善环境条件功能
维护生物多样性功能
潜在服务功能
（以森林为例）
生产效益（经济效益）——直接效益
主产品效益——木材；竹材
副产品效益——水果；中草药；食用菌；橡胶；。
。
。
生态效益（环境效益）——间接效益
调节气候；涵养水源；保持水土；
改良土壤；防风固沙；净化大气；
美化环境；卫生疗养；陶情冶趣；……
社会效益——生产效益+生态效益
3.3生态系统平衡——动态平衡
表象
数量平衡——比例合理稳定
质量平衡——运行合理稳定
本质
负反馈（自动调节）能力
4生态问题
——积累效应
——放大效应
——滞后效应
——转移效应
4.1积累效应
4.1.1人类活动对环境因子的改变程度及其效应程度是不断积累的
4.1.2环境因子的改变范围和效应范围也是不断积累的
前者主要侧重于环境污染，后者主要侧重于生态破坏。
量的积累和范围的延伸是受损环境及其效应不断发展的两个方面
4.2放大效应
4.2.1污染物随着食物链的延伸而不断积累，呈现放大效应
如南极大气中没有检测到的DDT在当地的企鹅体内则有检出
4.2.2污染物对生物的影响在个体水平上的毒害效应可能不大，但在种群、群落乃至生态系统层次上产生了很大的影响
如温室气体的排放对个体性的生物而言影响较小，但对全球气候和生物圈的影响则十分巨大
4.3滞后效应
人类对生态环境的破坏和环境的污染引起的后果并不是伴随着成因的出现立刻表现出来的，而是要经过一定的时间后才充分展示出来
例如，美国在19世纪中期开始为了开发中西部，将大面积的森林开辟为种植园，到20世纪30-40年代，这些生态破坏酿造了大范围的生态危机，在这场危机中美国中西部数百万公顷良田的表土被飓风卷入大西洋
4.4转移效应
一个地方生态环境破坏了，受害的不仅仅是当地，往往其他相关地方也成为受害区域；一个地方环境好转了，相关区域也享受到风调雨顺的好气象。
这就是生态环境具有的
例如：
江河上游原生植被一旦破坏，将会导致严重的水土流失，森林等各种自然植被的生态水文作用丧失或降低，从而旱季地表径流严重降低，下游遭受干旱的威胁，雨季极易形成洪涝灾害，使下游经济社会受到严重干扰
5生态文明
20XX年10月15日，党的“17大”报告首次提出生态文明，这是我们党科学发展、和谐发展理念的一次升华
17大报告指出：
“建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式。
”报告还强调，要使“生态文明观念在全社会牢固树立”
12大到15大，一直强调，建设社会主义物质文明、精神文明
16大在此基础上提出了社会主义政治文明
5.1生态文明的定义
人类在某一地理区域中，建立起以物态平衡、生态平衡和心态平衡为基础的高度信息化的新的社会文明形态
5.2生态文明的内涵——三态一化
物态平衡+生态平衡+心态平衡+高度信息化
5.3生态文明的评价指标
——绿色食品
无污染的安全、优质、营养类食品
——绿色环保
零污染、零排放、零耗损、零废弃
——绿色能源
可再生和循环利用的能源
——高科技含量和高科技的绿色含量
——社会信息化水平
5.4生态文明的实践纲领——“三生”工程
——生态保护工程
治理、恢复已被破坏的生态系统的生物、物理的工程
——生态产业工程
应用生态学原理，进行产业化的生产
生态工业；生态农业；生态服务业
——生态生活工程
应用生态学原理和以维持良好生态环境为原则，对人们的居住环境、体育场地、娱乐设施等工程进行规划、改造和重建
生态文明
三个“共一”
“万物共一”
“人类共一”
“天人共一”
第四节遗传知识
——遗传
——变异
——杂交
1遗传——亲代与子代之间的相似性
格里高·约翰·孟德尔
GregorJohannMendel（1822——1884）
现代遗传学之父，是遗传学的奠基人。
1865年发表了《植物杂交试验》的论文，提出遗传单位是遗传因子（现代遗传学称为基因），揭示出遗传学的分离规律和自由组合规律
个体——器官——细胞——分子
细胞——细胞核——染色体
1.1染色体结构
染色体结构=棒体＋着丝粒＋棒体
核酸——核苷酸聚合体
核糖核酸RNA=核苷酸×n（单链结构）
脱氧核糖核酸DNA=核苷酸对×n（双链结构）
DNA四种环状含氮碱基配对
（A——T；C——G）
（C——G；A——T）
（A——T；G——C）
（G——C；A——T）
DNA四级结构
一级结构——核小体
二级结构——螺线管
三级结构——超螺线管
四级结构——染色体
一级结构——核小体
约70纳米长（nm）的DNA梯状长链，
缠绕组蛋白8聚体1.75圈，
形成若干直径10nm的核小体。
DNA分子第1次压缩7倍。
好像一条珍珠串长链，
核小体就像一颗一颗的珍珠。
二级结构——螺线管
核小体串长链第1次螺旋化，
每圈6个核小体，
形成外径30内径10螺距11nm的螺线管。
DNA分子第2次压缩6倍。
好像一根长长的弹簧。
三级结构——超螺线管
螺线管第2次螺旋化，
形成直径0.4微米（μm）的超螺线管。
DNA分子第3次压缩40倍。
四级结构——染色体
超螺线管第3次螺旋化并加以折叠，
形成染色体。
DNA分子第4次压缩5倍。
DNA梯链（7×6×40×5=840）染色体
每条DNA分子含有104—1010对核苷酸
（101—107个DNA片段——基因）
每个DNA片段（基因）平均含1000对核苷酸
（41000个组合）
1.2染色体数目（1——600多对）
整倍体——
单倍体；双倍体；三倍体；四倍体
非整倍体——
骡子（63条）
高等生物含双倍染色体
体细胞——含同源染色体
性细胞——
雌性的性细胞含同源染色体
雄性的性细胞含非同源染色体
常见生物染色体数目（条数）
植物：
水稻24；小麦42；茶树30
动物：
家蚕56；鸡78；猪38；
马64；驴62；骡63；牛60
人类：
46
男性=体细胞染色体44＋性细胞染色体XY
女性=体细胞染色体44＋性细胞染色体XX
染色体对数的多少与进化程度无关
2变异——亲代与子代、子代个体之间的差异性
染色体结构变异（缺失；重复；倒位；易位）
设：
正常染色体为ABC·DEFG或abc·defg
缺失：
ABC·DE；C·DEFG
重复：
ABC·DEFEFG；ABC·DEFFEG
倒位：
ABC·DFEG；ABED·CFG
易位：
ABC·defg；abc·DEFG
变异有利于进化
没有遗传，就没有相对稳定的生物界
没有变异，生物界就不可能进化和发展
两者对生物的共同作用，几亿年的累积，使得地球原本单调的生物世界有了今天生物多样性的面貌
4.3杂交
4.3.1染色体对
同源染色体——
染色体对之间染色单体相同Aa；Aa
形态和结构相同的一对染色体xx
非同源染色体——
染色体对之间染色单体不同Ab；aB
形态和结构不同的一对染色体xy
4.3.2等位基因
指位于同一对同源染色体上的相同位点，以不同的方式作用于同一单位性状的一对基因
根据等位基因可分为——
纯合体——女性的性细胞XX
杂合体——男性的性细胞XY
子代纯合体——优25%；中50%；劣25%
子代杂合体——优100%（空前绝后）
4.3.3交合类型
自交——纯合体100%；杂合体0%
——雌雄同株；自花授粉;孤雌生殖（蚜虫）
近交——纯合体50%；杂合体50%
——同代近交
——异代近交（正回交；反回交）
远交——纯合体0%；杂合体100%
——远缘杂交
4.3.4杂交优势
杂交优势的类型——
营养型；生殖型；适应型（抗逆）
杂交优势的原理
杂交优势取决于显性互补和超显性
显性互补：
AAbb×aaBB——AaBb
超显性：
a1a1×a2a2——a1a2
袁隆平——
杂交水稻是世界难题
因为水稻是雌雄同花的作物，自花授粉
难以一朵一朵地去掉雄花搞杂交
这样就需要培育出一个雄花不育系水稻
然后才能与其他品种杂交
水稻雄性不育系的三种类型
无花粉；花粉败育；部分雄性不育
最理想的雄性不育稻株
野生花粉败育（野败）
野败——濒于灭绝，大海捞针
1970年11月23日上午
袁隆平的学生李必湖
海南岛崖县南江农场技术员冯克珊
在南红农场与三亚机场公路的铁路桥边水坑沼泽地段
发现3株野败稻穗
杂交水稻“三系”——
“不育系”；“恢复系”；“保持系”
杂交稻的选育方法——
三系法；两系法；一系法
育种程序朝着由繁至简；且效率越来越高
杂交水稻“过五关”——
雄性不育率关
三系配套关
育性稳定关
杂交优势关
繁殖制种关
杂交水稻三个战略发展阶段——
三系法为主的器种间杂种优势利用
两系法为主的籼粳亚种杂种优势利用
一系法为主的远缘杂种优势利用
1964年开始研究杂交水稻
1970年11月23日在海南岛发现3株野生雄花败育株
1972年育成“二九南优2号”
1973年实现三系配套成功
1974年育成第一个三系杂交水稻强优组合南优2号
1975年研制成功杂交水稻制种技术
1976年推广，增产20%
1987年任863计划两系杂交水稻专题的责任专家
1995年8月研制成功两系杂交水稻
1997年提出超级杂交稻育种技术路线
每公顷750－1500公斤
且米质有了较大的提高
1998年超级杂交稻育种列入国家“863”计划
2000年实现第一期目标亩产700
20XX年提前一年实现第二期目标亩产800
20XX年提前一年实现第三期目标亩产900
超级杂交水稻晚——
结实率达95%以上
稻谷千粒重达27%以上
每亩高产847公斤
目前超级杂交水稻“四大突破”——
晚稻亩产量高
稻谷结实率高
稻谷千粒重高
筛选出适合华南种植的两个新型香米新品种
第二章生物多样性概念
——生物多样性概念
——生物
升级会员 