生物多样性的保护与利用教案山东农业大学选修课.docx

1、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“Many Species. One Planet. One Future”。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

2、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Charles Robert Darwin（18091882

3、）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

4、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（19241980）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

5、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Carl von Linn（17071778）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

6、 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

7、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？

8、）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

9、 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（19301980）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

10、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

11、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

12、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（1N/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

13、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

14、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

15、生链；腐屑链营养级：Ti 陆地上i=15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

16、兔狼虎1000000 10000 100 1泥（浮游生物）虾小鱼中鱼大鱼10000 1000 100 10 13.2.3.3 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

17、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

18、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

19、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

20、，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、

21、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Gregor Johann Mendel (18221884)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（AT；CG）（CG；AT）（AT；GC）（GC；

22、AT）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10 nm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11 nm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（m）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

23、链（76405=840）染色体每条DNA分子含有1041010对核苷酸（101107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（1600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

24、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ABCDEFG或abcdefg缺失：ABCDE；CDEFG重复：ABCDEFEFG；ABCDEFFEG倒位：ABCDFEG；ABEDCFG易位：ABCdefg；abcDEFG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

25、的一对染色体xy4.3.2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：AAbbaaBBAaBb超显性：a1a1

26、 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

27、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7501500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