分子生态学
什么是分子生态学
什么是分子生态学
分子生态学是生态学的一个领域，利用分子生物学方法研究生态学的一门交叉科学。
它研究在生态系统中种群、物种与群落水平上，分子遗传学、生态学、进化生物学以及生态系统学等多学科交叉的研究领域。
具体而言，分子生态学旨在应用分子生物学技术，如DNA/RNA、微生物群落组学等多样方法，探究不同空间和时间尺度内生物体和生物系统之间的相互作用和关系，旨在为生物多样性保护和管理、生态学和环境保护工作提供科学支持。
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微生物分子生态学及其应用
微生物分子生态学及其应用随着科技的不断进步和生物学研究的深入，微生物分子生态学逐渐成为了一个热门的研究领域。
微生物分子生态学是指通过分析微生物的分子组成和动态变化，揭示微生物间的相互作用及其与环境的关联，探索微生物生态系统的演变和调控机制的学科。
相较于传统的微生物学研究，微生物分子生态学能够更准确、更全面地研究微生物与环境间的关联，使得微生物的研究更具针对性。
微生物分子生态学通过分析微生物的分子生物学信息，可以深入探究微生物的生理、代谢、生态等各个方面，并进一步揭示微生物的生境分布、演化和生态功能。
这不仅有助于更深入地理解微生物的生态系统，也为微生物的应用研究提供了有力的支撑。
1. 微生物分子生态学的研究方法微生物分子生态学一般通过以下方法进行研究：（1）高通量测序技术高通量测序技术大大提高了微生物分子生态学研究的效率和准确度，尤其在微生物群落结构和功能的研究中应用广泛。
基于高通量测序技术，不仅能够分析微生物群落的构成，还可以揭示微生物间的相互作用及其与环境的关联。
（2）荧光原位杂交技术荧光原位杂交技术常用于微生物群落结构和空间分布的研究。
该技术通过使用荧光标记引物，能够将特定细菌、真菌或病毒等微生物直接标记并固定在试样中，观察其在不同空间中的分布情况，进而分析微生物间的相互作用。
（3）质谱分析技术质谱分析技术可以分析微生物的代谢产物，并结合高通量测序技术或荧光原位杂交技术等技术，深入探究微生物的代谢途径和功能。
2. 微生物分子生态学在环境保护中的应用微生物在环境保护中有着重要的作用，而微生物分子生态学则为环境保护提供了更加有效的手段。
（1）土壤污染修复土壤污染是一个长期而严重的问题，微生物可以分解或转化污染物，促进土壤的简易修复。
通过微生物分子生态学的研究，不仅可以深入了解微生物的生理代谢机制，还能针对特定污染物的生态功能和代谢途径，实现更加精准的修复。
（2）环境监测微生物群落是环境中的重要组成部分，通过对微生物群落的组成、分布和转化过程的研究，可以更加精准地评估环境状况。
第七章 植物分子生态学
优 点
不需合成DNA探针，无需预知基因组序列，操作简单 ，快速
7.2.1 DNA水平上的研究方法
原 理 对DNA限制性酶切片段扩增，将双链接头连接在这 些DNA两端形成带接头的特异片段作为模版，通过 碱基对配对形成扩增片段，通过聚丙烯酰胺凝胶电 泳分离检测比较谱带差异
缺 点
操作复杂，时间长
AFLP标记 技术
分子环境 遗传学 杂交鉴定 系统地理 学 分子适应 分子生态 学技术
研究种群与进化遗传的分子机制和保护生态学遗传依据。 包含种群遗传学和进化遗传学、行为生态学、保育生物学。
研究种群生态学和基因流、重组生物环境释放的生态问题、自 然环境中的遗传交换 研究自然条件下物种间杂交是否发生，并且推断出适应新环境 · 的能力。主要包含自然杂交和渐渗交的分子鉴定。 研究物种地理起源、地理分布格局、迁移、定居、侵殖和在侵 殖的过程。
光斑可能造成光抑制， 发生光抑制后会使能 量集中在PSII中，使 得阴暗叶片伤害。但 在耐阴叶片中会出现 能量从PSII转移到PSI
有氧光合作用会产生 多种光保护机制，使 植物不受光潜在的危 害。如通过叶绿体、 电子传输和散热辅助 等。
7.3.3 植物分子行为生态
光氧化伤害的靶位
伤害靶位 光抑制 调节方式
分子水平
个体水平
生态系统水平 生态遗传学及发展前景 群体水平
2
物种遗传多样性 物种保护
耐盐转基因研究
抗氧化 防御
渗透 调节
离子 稳态
基因表 达调控
7.3.5 植物对盐胁迫反应
胁迫下植物信号传递的分子基础：
感受器、反应 调节器分开 两 组 分 信 号 二 合 一 组 合 导致共生或致病的宿主识别和入侵 适 应 性 行 为 对碳源、氮源、磷源变化代谢适应 对介质渗透变化的生理反应 趋化性以及逆境诱导的分化过程 感受器、反应 调节器一起
分子生态学期末重点(哈师大).
分子生态学期末复习重点总结一、名词解释1.分子生态学：应用分子生物学的方法来解决生态学问题的学科。
2.中性进化：一个选择中性（即选择等价）的等位基因在不断的突变压力作用下，通过随机漂变的相互取代过程。
3.操纵子：编码功能上相关的蛋白质或酶的基因与一个共同的调控顺序相串联，形成基因表达和调控的功能单位。
4.负性调节：负调节蛋白（阻遏物）将基因关闭，使其不能转录的调节方式。
5.转座子：基因组中存在的能够自发地在基因组内移动，从染色体的一个区段转移到另一区段或从一条染色体转入另一条染色体的DNA片段。
6.基因突变：是指基因的核苷酸序列发生改变，造成基因表达产物的变化，从而引起表型的改变。
7.移码突变：某些化合物与DNA结合后，可使DNA分子插入或缺失一个或几个碱基对，使该碱基对以下的读码顺序发生移动，从而改变其遗传信息。
8.PCR技术：聚合酶链式反应，又称体外DNA扩增技术。
9.蛋白质组：是指由一个基因组，或一个细胞、组织表达的所有蛋白质。
10.物种（BSC）：同种生物个体间相互进行杂交并可以产生可育的后代。
11.渐渗杂交：指两物种的杂交后代与亲本反复回交，把某一亲本的性状带至另一亲本。
12.隐存种：是指一组物种，他们符合生物学对物种的定义，也就是说彼此相互隔离，但是它们在形态学是非常相似的，甚至有些时候完全一致。
13.行为生态学：主要是研究生态学中的行为机制和动物行为的生态学意义和进化意义，即研究动物的行为功能、存活值、适合度和进化过程。
14.异双亲：（很多食肉动物、啮齿动物和大约300种鸟类中）参与抚育幼小动物的非双亲成年动物叫异双亲或帮手。
15.种群（population）：居住在某特定区域单个物种的一群个体。
16.基因频率（gene frequecy）：指基因组中某特定位点的等位基因数量占种群中该位点全部等位基因总数的比率，也就是该等位基因在种群中出现的概率。
17.基因型频率（genotype frequency）：指某基因位点特定基因型占种群中该位点全部基因型的比率，也就是该位点特定基因型在种群中出现的概率。
分子生态学复习资料汇总
分子生态学名词解释等位酶：（Allozyme）同一基因位点的不同等位基因所编码的一种酶的不同形式。
突变：Genic mutation：基因突交是指基因组DNA分子发生的突然的、可遗传的变异现象。
从分子水平上看，基因突变是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变。
替换：即一种核苷酸被另一种核苷酸所取代。
•碱基替换有两种类型：转换是发生在嘌呤之间(A和G)或密啶之间(C和T）的变换;颠换则指嘌呤和嘧啶的变换。
•转换比颠换更频繁。
PCR：（聚合酶链式反应）在生物体外，利用一小段DNA作为模板，在DNA聚合酶的作用下，将材料dNTPs复制成跟模板互补的DNA链。
PCR每个循环可分为三步：DNA变性、引物退火、新合成序列的延伸。
单亲遗传( uniparental inheritance):基因和遗传因子仅遗传自一个亲本。
该术语最常用于描述线粒体和质体基因组的遗传（包括叶绿体基因组cpDNA）,以及有性繁殖生物中一些性染色体的遗传。
双亲遗传( biparental inheritance):基因与遗传因子遗传自两个亲本;仅适用于有性繁殖生物。
共显性标记：( co-dominant markers)可以区分杂合子与纯合子的分子标记。
显性标记:( dominant markers)难以区分纯合与杂合个体的分子标记。
限制性片段长度多态性（RFLP）：一种显性分子标记技术,用一种或多种限制性内切酶,对整个基因组或预选的DNA片段进行消化,从而生成多条DNA 片段。
所获得的带型取决于相应的DNA序列的变异水平,因为每一个体中DNA序列的变异会影响限制性酶切位点的数量。
单核苷酸多态：( single nucleotide polymorphism, SNP )由单核苷酸替换所导致的两条DNA序列间的一个变异。
微卫星(microsatellite)：一种DNA片段，由短的串联序列组成,通常以不超过5个碱基对的单元重复多次，如:在(AG)，代表的微卫星片段中,序列AG重复了10 次。
分子生态学
DNA序列分析
• 是通过测定基因或基因片段DNA一级结构 中核苷酸序列组成来比较同源分子之间相 互关系的方法.
• 能够精确显示个体间DNA碱基差异. • 可以利用序列分析数据来解析物种进化历
史.一般来说,两个个体所共有的碱基突变越 多,它们之间的亲缘关系越近.
• 线粒体DNA和叶绿体DNA测序在生物进化 历史研究中使用比较普遍,因为是母系遗传, 缺乏重组,分子小,拷贝数高,易于操作并能够 较为容易地追拟个体间的系统发育关系.
基因流
• 是指由于配子或个体的扩散迁移等原因导 致一个种群的基因进入到另一个种群的基 因库,通常使接受这些基因的种群的基因频 率发生改变.基因通常在种内流动,但是,偶尔 会在种间流动,如转基因或种间杂交.
• 扩散或迁移先于基因流,但是不等于基因流, 到达一个新环境中的生物如果不能繁殖,就 不能产生基因流.
限制性片段长度多态性分析技术
(RFLP)
• 用限制性内切酶消化从生物中提取的模板DNA,使 其成为不同长度的DNA片段,再用琼脂糖电泳将这 些片段分离,并转移到硝酸纤维素或尼龙膜上.
• 用专一序列的标记DNA探针在膜上与膜板DNA杂 交,用自显影显色或发光显示与探针同源的DNA片 段.分析其种群内和种群间的差异.
同工酶技术
• 催化同一种反应而结构不同的一簇酶.如果 是等位基因决定的同工酶,又称等位酶.
• 由于同工酶的分子量和电荷有差异,可以利 用凝胶电泳技术将其分开,通过染色和扫描, 利用计算机分析软件进行差异分析.
• 可以根据酶带的变化判断种群内不同个体 间基因位点及等位基因的变异性,也可以比 较不同种群间遗传变异的差别.
• 小卫星DNA指纹技术可以有效检测个体间 亲缘关系.
• DNA序列中存在三种类型：单拷贝序列、 中等程度重复序列和高度重复序列。重复 序列就是一种序列在DNA分子中重复出现 几百次、几千次、几万次甚至百万次，它 们约占DNA总序列的3～4％(人类10%)。每 个重复序列在300个核苷酸长度之内，由于 高度重复序列经超离心后，以卫星带出现 在主要DNA带的邻近处，所以也被称为 “卫星DNA”。卫星DNA中的重复序列单元 则称为“小卫星DNA”。
第3章分子生态学概述
第3章 分子生态学概述分子生态学是90年代初新兴的一门生态学学科分支，它一经产生就引起了人们的广泛重视。
不同的学者从各自的研究背景出发，对分子生态学的概念有着不同的理解。
Burke等（1992）和 Smith等（1993）分别在《分子生态学》（《Molecular Ecology》）的创刊号和第二期首卷的社论中解释了分子生态学的概念。
这个概念注重动植物和微生物（包括重组生物体）的个体或群体与环境的关系，认为分子生态学是分子生物学与生态学有机结合的一个很好的界面。
它利用分子生物学手段来研究生态学或种群生物学的方方面面，阐明自然种群和引进种群与环境之间的联系，评价重组生物体释放对环境的影响。
向近敏等（1996）则将分子生态学与宏观生态学和微观生态学对应起来，认为分子生态学是研究细胞内的生物活性分子，特别是核酸分子与其分子环境关系的。
这个概念强调有生命形式的细胞内寄生物（如分子形式的病毒等）及其有生物学活性的细胞和分子与其相关细胞之间的各种活性分子，直至分子网络相互作用的生理平衡态和病理失调态的分子机制，从而提出促进生理平衡和防止病理失调的措施和方法。
由于本章作者的生物学专业背景，所以只能从一般意义的生物与环境之间的联系上对分子生态学作一肤浅的介绍。
Burke等（1992）的结论说明了 《Molecular Ecology》中所发表文章的范围：①分子群体生物学，包括群体和进化遗传学、行为生态学和保护生物学；②分子环境遗传学，包括种群生态学及基因流、重组生物体环境释放的生态学方面和自然环境中的遗传交换；③分子适应，包括遗传分化及生理适应、环境对基因表达的影响，以及一些方法和技术等。
如果从一般意义上的生物与环境的关系来理解分子生态学的话，上述几个方面可以作为分子生态学的主要研究内容来理解。
当然，分子生态学的研究内容不仅仅限于此，正如 Smith等在 《Molecular Ecology》第二期首卷的社论中所指出的那样：分子生态学不是简单的分子技术在生态学问题中的应用，而是代表着一个新兴的学科，具有着生态学和分子生物学相互交叉的强大活力。
大学课程生态学-分子生态学课件
聚丙烯酰胺凝胶）内制造一个pH梯度，电泳时每种蛋白质就 将迁移到等于其等电点（pI）的pH处（此时此蛋白质不再带 有净的正或负电荷），形成一个很窄的区带
双向电泳（two-dimensional electrophoresis）
第二节 分子生态学起源、理论
一、分子生态学起源
• 1950s—— 凝胶电泳技术（Smithies, 1955)和蛋白质组织化学染色方法 （Hunter &Marker 1957) 的发明和有机结合，促进了利用蛋白质多态性方法 分析遗传变异。
• 1960s—— 分子进化的中性理论的提出(Kimura 1968)和限制性内切酶的发现 （Linn & Arber 1968) 为限制性内切酶长度多态性（RFLP）分析提供了工具
• 1970s—— DNA转膜杂交（ Southern 1975); 线粒体DNA遗传变异性的发现 （Brown & Vinograd 1974); DNA测序（Sanger et al. 1977); DNA克隆技术 （Maniatis et al. 1978)
• 1980s—— PCR、 热稳定DNA聚合酶（Saiki et al. 1985,1988). • 1992s—— The Journal of “Molecular Ecology” .
—— 是等电聚焦电泳和SDS-PAGE的组合，即先进行 等电聚焦电泳（按照PH分离），然后再进行SDS-PAGE （按照分子大小），经染色得到的电泳图是个二维分布的 蛋白质图。
• 2. 分子进化的中性理论（neutral theory of molecular evolution) • （1）
分子生态学名词解释
一、翻译并解释名词：(10x4分)1.allele 等位基因一个位点的序列变异。
2.Effective population size (Ne) 有效种群大小在一个具有相等性比、随机交配的理想种群中表现出与特定统计（全部成体数目）规模相对应的真实的种群杂合性随时间丧失的速率相同的个体数。
3.F-statistics F 统计检验用于评估个体间、亚种群间和整个种群间杂合性的分布的统计方法，被广泛应用于定量亚种群的遗传分化。
4.Genetic load 遗传负荷相对于理论最佳值来说降低了的基因型适合度。
5.Hardy-Weiberg equilibrium哈温平衡当所有等位基因频率是已知的时候，在一个大的随机交配种群中的纯合子和杂合子的预期比例。
假设没有迁移、突变或选择作用，哈温平衡定律则认为等位基因频率从一个世代到下一个世代应该保持不变。
6.Bottleneck effect瓶颈效应种群的规模大为缩小，随后常常有一个（种群的）恢复。
7.Selection sweep选择扫荡。
课件：Occurrence of a beneficial mutation，Only individuals carrying the mutation reproduce，‘Population bottleneck’，Mainly affects linked loci。
8.IAM 无限等位基因模型其中突变不是以可预料的方式一个接一个发生，而大多数突变是像产生SNP（单核苷酸多态性）那样出现的。
9.Linkage disequilibrium (LD) 连锁不平衡。
术语表：Linkage equilibrium 连锁平衡：由重组促成的情形，其中遗传位点在繁殖期相互独立分离。
当两个位点上的等位基因一起分离时，如他们在同一个染色体上的物理位置太接近时，则发生不平衡。
百度：连锁平衡：HLA 不同基因座位的各等位基因在人群中以一定的频率出现。
分子生态学简介
分子生态学简介一、概念：分子生态学的诞生是以1992年的《Molecular Ecology》创刊为标志的，目前较为一致的看法是：分子生态学是应用分子生物学的原理和方法来研究生命系统与环境系统相互作用的机理及其分子机制的学，它是生态学与分子生物学相互渗透而形成的一门新兴交叉学科，其特点是强调生态学研究中宏观与微观的紧密结合。
二、研究内容：1、分子种群生物学（1）行为生态学亲缘关系与亲本分析（2）保护生物学进化遗传学、保育遗传学（3）种群遗传学。
2、分子适应研究各种内部外部因素对于基因表达的影响。
3、分子生态学技术发明新方法。
4、分子环境遗传学种群生态学、基因流、重组生物释放、自然环境中的遗传交换5、遗传生态栽培学。
三、研究技术：1、等位酶技术“等位酶”(allozyme)指一定基因位点上不同的等位基因编码的酶；“同工酶”(isozyme)指通过电泳鉴定的染色功能相同的酶的不同生化形式。
等位酶是同工酶的一种特殊形式，有时也叫等位同工酶。
采用蛋白质电泳获得多位点等位酶的谱图是分子生态学研究中最有价值的资料之一。
“等位酶”分析技术基本成熟，它的基本要求是按个体提取具有活性的酶，然后电泳、染色。
为正确解释等位酶带谱，通常要了解每一种等位酶变异的遗传基础，至少分析10~20个独立分离的多态性位点，才能达到统计的可信度。
等位酶技术操作相对简单，花费少，统计方法标准，并且有大量的前人资料可以借鉴，但对于一些狭域分布的地方种群，往往缺乏多态性的位点，无法进行等位酶分析。
分析时一定要保持酶的活性，这也是该技术局限性所在。
2、基因指纹(DNAfingerprint)随着分子生物学技术的迅速发展，DNA分析技术成为生态学家探讨种群遗传变异的必然选择。
DNA相对于等位酶而言，具有更丰富的变异，甚至能够提供区分个体的特异性“指纹”(fingerprint)，同时试验材料易于获得，从化石到活体材料都可以用，且所需材料微少。
分子生态学简介
分子生态学简介
这是一个关于分子生态学的开放分类，共收录词条1个（含子类）。
分子生态学是应用分子生物学的原理和方法来研究生命系统与环境系统相互作用的生态机理及其分子机制的科学。
分子生态学（Molecular ecology）是生态学与分子生物学相互渗透而形成的一门新兴交叉学科，形成于20世纪70年代末至80年代初。
分子生态学是应用分子生物学的原理和方法来研究生命系统与环境系统相互作用的生态机理及其分子机制的科学。
其研究内容包括种群在分子水平的遗传多样性及遗传结构、生物器官变异的分子机制、生物体内有机大分子对环境因子变化的响应、生物大分子结构、功能演变与环境长期变化的关系以及其他生命层次生态现象的分子机理等。
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微生物分子生态学研究
微生物分子生态学研究随着科技的发展和生态学的兴起，微生物分子生态学作为一门新兴学科，引起了广泛的关注。
微生物分子生态学主要研究微生物群落结构和动态的变化以及微生物与环境之间的相互作用关系，是一种综合了生态学、分子生物学、生物信息学等多个学科的交叉学科。
本文将从微生物分子生态学的研究内容、研究方法、研究进展、未来发展方向等方面进行探讨和分析。
一、研究内容微生物分子生态学的研究内容主要包括微生物群落的特征、结构和功能以及环境因素和微生物之间的相互作用关系。
微生物群落的特征包括物种组成、丰度、多样性等方面，微生物群落结构主要是指不同物种之间的相对丰度，而微生物群落功能则是指微生物在环境中的作用和功能。
环境因素对微生物群落的影响主要包括温度、湿度、pH值、氧气浓度等因素。
此外，微生物之间的相互作用关系也是微生物分子生态学的一个重要研究内容，包括共生、竞争、贡献等方面。
二、研究方法微生物分子生态学主要采用分子生物学技术和生物信息学技术进行研究。
分子生物学技术包括PCR扩增、多样性分析、基因克隆、荧光原位杂交等。
其中，PCR扩增技术可以在微生物群落中快速检测出微生物基因序列的多样性。
多样性分析技术则可以根据微生物样品的DNA或RNA序列，研究微生物群落中不同物种的相对丰度。
基因克隆技术可用于扩增和纯化微生物样品的特定基因片段。
荧光原位杂交技术可以通过标记特定核酸序列的荧光探针，检测微生物在环境中的分布情况。
生物信息学技术则包括元基因组学、拟合模型、网络分析等。
通过元基因组学技术，可以对微生物群落进行全基因组测序，进而研究微生物在环境中的代谢途径和功能特征。
拟合模型技术可以用于对微生物群落结构和功能的预测和模拟。
网络分析则可以通过构建微生物功能和微生物之间相互作用的网络，深入研究微生物群落结构和作用机理。
三、研究进展近年来，微生物分子生态学取得了许多重要的研究成果，得到学术界和人们的广泛关注。
例如，研究人员利用分子生物学技术发现了一些微生物为植物提供重要营养素所起的作用，从而促进了植物的生长和发育。
《分子生态学》课件
在分子生态学中，分子标记技术可用于物种鉴定、种群遗传结构分 析、亲缘关系鉴定等方面。
分子标记技术的优势
具有较高的灵敏度和特异性，能够快速准确地检测生物体的遗传特 征，有助于揭示种群结构和遗传多样性。
生物信息学方法
生物信息学方法
利用计算机科学和统计学的理论和方法，对生物学数据进行分析 、整合和挖掘。
生态平衡
生态平衡是指生态系统内部各组成部分之间相互制约、相互依存的关系，是生态系统稳定和可持续发展的基础。 维护生态平衡是保护生物多样性和生态安全的重要措施之一。
03 分子生态学研究方法
CHAPTER
基因组学技术
基因组学技术
利用全基因组测序、基因表达谱分析 等技术，研究生物体内基因组的组成 、结构和功能，以及基因表达的调控 机制。
生态恢复
通过分子生态学手段研究生态系统退化的原因，提出针对性的恢复和重建方案，如植被恢复、土壤微 生物群落重建等。
生态系统恢复与重建
受损生态系统修复
针对受损生态系统，利用分子生态学方法研究生态系统内部各组分的相互关系和作用机 制，提出生态系统修复方案。
生态工程设计
基于分子生态学原理，设计生态工程，如人工湿地、生态浮床等，以实现生态环境的改 善和修复。
种群动态与进化
种群动态
种群动态是指种群数量和结构的变化 规律，是生态学研究的重要内容之一 。它受到环境因素、种间关系、种内 关系等多种因素的影响。
种群进化
种群进化是指种群在适应环境变化的 过程中，基因频率发生改变，导致种 群特征的演化。种群进化是生物多样 性的重要来源之一。
生态位与物种共存
生态位
生物多样性保护
分子生态学研究有助于保护生物 多样性，维护地球生态平衡。
动物进化与分子生态学
进化的证据
化石记录
揭示生物演化历 史
生化比较
生物分子结构比 较
比较解剖学
物种之间的共同 点和差异
进化的驱动力
自然选择
适者生存 群体遗传信息传递 环境影响
遗传漂变
随机突变 群体规模 随机漂变
突变
基因突变 染色体突变 基因组变异
分支进化与物种形成
01 分支进化的概念
从一个共同祖先分化为不同的物种
共通关系
共通的进化规律
自然选择 遗传漂变 基因流动
共通生态位的作用
资源分配 物种丰富度 生态系统稳定性
共通关系在生态系统 中的角色
维持生态平衡 促进物种多样性 影响生态系统功能
生态位与竞争关系
生态位的定 义
生物种群在生态 系统中的位置
生态位的竞 争
资源利用竞争和 空间竞争
生态位的意 义
资源利用和生存 策略的不同
意识
技术创新
不断引入新技术， 加速研究进程
感谢观看
THANKS
总结
动物进化中的生态关系是生物学研究的重要领域 之一，不同种类之间的相互作用影响着整个生态 系统的稳定性和多样性。通过深入研究共生、食 性、竞争等关系，可以更好地理解物种进化的机 制和生态系统的运作规律。
● 05
第五章 分子生态学在动物进 化研究中的应用
种群遗传学
种群遗传学是研究物种内基因频率分布及其变化 规律的学科。主要包括种群结构分析、种群遗传 多样性评估以及种群演化与适应等内容。通过对 种群遗传学的研究，可以深入了解动物进化过程 中基因变异、适应和演化的机制。
动物进化与分子生态学
汇报人：XX
2024年X月
目录
第1章 动物进化的基本概念 第2章 分子生态学基础 第3章 动物进化中的基因调控 第4章 动物进化中的生态关系 第5章 分子生态学在动物进化研究中的应用 第6章 总结与展望
分子生态学
分子生态学研究进展摘要:本文主要介绍了分子生物学的产生、概念、内容、途径、研究手段、应用领域和研究热点。
自十九世纪下半叶出现生态学一词至令，已经历了一个半世纪的发展，生态学已形成了较为完整的学科结构和成熟的理论体系。
生态学主要研究种群和生态系统的结构与功能等众多宏观水平的生态学问题，因此，在整个生态学研究内容中，环境分析与生态现象的数学数量分析模拟的内容占了主要部分，其中数量生态学占重要地位。
随着现代科技的发展，特别是计算机与虚拟技术的发展，生态学的数学研究必将会有更多的应用，宏观层次生态规律的认识必将会有更新的认识，许多生态问题会有更好的数学答案。
与此形成鲜明对比的是，生态学中许多生态现象与生态规律的分子机理却研究得很少，而生态学的发展迫切要求用基因、蛋白质、酶等生物分子活动规律来阐释生态规律的进化、演变过程的机理。
分子生物学的形成与发展为此提供了完整的理论依据和方法。
1分子生态学的概况1.1分子生态学的产生一般认为生态学是从宏观的角度研究生物与环境关系的科学，而基因与环境有着密切的联系，生态学的发展迫切要求用基因、蛋白质、酶等生物分子活动规律来阐释生态规律的进化、演变过程的本质和机制。
近20 年来，分子生物学无论在基础理论方面还是在技术开发应用方面均取得了突飞猛进的发展，尤其是聚合酶链式反应（PCR）技术的产生和完善使分子生物学不断向生物科学的各个领域渗透；伴随着分子生物学理论和技术向生态学的渗透和发展，一个由这两个学科相结合的英国生态学学会主办的国际性杂志《分子生态学》于1992 年创刊（1992），这标志着分子生态学已经成为生态学的一个新分支学科。
它是生态学和分子生物学相互渗透的产物，分子生态的的理论与方法在生态学研究中的应用，展现了生态学从宏观到微观全方位蓬勃发展的景象。
1.2 分子生态学的概念分子生态学属生态学的研究范畴。
与普通的生态学研究所不同的是它采用的研究方法是分子生物学的方法，研究层次是基因、酶等分子水平，研究结论是用基因等生物分子活动规律的语言表达，研究对象是各种生态现象与生态问题。
分子生态学
同工酶
同工酶：是指一类底物相似或完全想通的酶蛋白，即催化同一种反应 而结构不同的一簇酶。 不同的同工酶，可以用凝胶电泳技术将它们分开，染色后，显示同工 酶谱 酶蛋白分子组成差异反应调控表达这些酶蛋白的基因的差异。
例：利用同工酶技术来研究种群遗传变异
表 果蝇5个种群在18个酶座位下的多态性水平和杂合度
SSR 标记特点： （1）数量丰富，广泛分布于整个基因组； （2）具有较多的等位性变异； （3）共显性标记，可鉴别出杂合子和纯合子； （4）实验重复性好，结果可靠； （5）由于创建新的标记时需知道重复序列两端的序列信息，因此其开发 有一定困难，费用也较高。
实时定量PCR技术
是指在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测整 个PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。
（2）典型的AFLP分析，每次反应产物的谱带在50-100条之间，所以一次
分析可以同时检测到多个座位，且多态性极高； （3）表现共显性，呈典型孟德尔式遗传；
（4）分辩率高，结果可靠；
（5）目前该技术受专利保护，用于分析的试剂盒昂贵，实验条件要求较高。
SNP（单核苷酸多态性）
SNP：个体间基因组 DNA序列同一位置单个核苷酸变异 (替换、插入或缺 失)所引起的多态性。
最重要的功能: 可以让我们了解某个特定表型的性状发生与其调控基 因的表达之间的关系。 由于RNA仅在基因表达时转录，样本中RNA的量可以代表基因表达量。 RNA→反转录成cDNA→用实时定量PCR测定cDNA含量
相对于其它分子标记，更多用于生物对环境的分子适应机制的研究
分子生态学
分子生态学-植物的行为生态学-PPT
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The establishment of the S. reinii population on the
southeastern slope of Mount Fuji involved two sequential
modes of seed dispersal: long-distance dispersal followed by
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第一节 花粉散布和种子传播
鲜艳的花瓣可以吸引昆虫来采蜜， 帮助花朵完成授粉受精过程。
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第一节 花粉散布和种子传播
异花传粉的方式： 依靠风力
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第一节 花粉散布和种子传播
虫媒花、风媒花
依靠风力传粉的花，叫风媒花。
风媒花一般都很小，不艳丽，没
有香味和花蜜，如玉米的花。
依靠昆虫传粉的花，叫虫媒花。
分子标记是不同基株鉴定较有效的工具。
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案例：克隆繁殖种群的鉴定
Lian et al. , 《Molecular Ecology》, 2003, 12(3):609-618
The early stage of volcanic desert succession is
underway on the southeastern slope of Mount Fuji.
每几十年或几个世纪，阵发式的种苗补充，这与干扰有关， 这种方式称为机会窗口补充(recruitment of windows of opportunity，RWO)。
ห้องสมุดไป่ตู้
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微生境的异质性
通过多样性选择(如频率依赖选择，frequencydependent selection)而促使不同基因型的新个体 占据不同的微生境。
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四 随机遗传漂变是种群进化的重要动力
• 小种群比大种群发生漂变的速度快，所以等位基 因在小种群中被固定的平均时间比大种群短。
• 一个等位基因被固定的概率等于其此时在种群中 的频率，所以稀有基因更易被淘汰。
• 随机遗传漂变降低种群的遗传多样性。
分子生物学与生态学紧密联系：基因研究 首先从生物的生态特征和适应入手。
An overview depicting several of the most important early discoveries on
二、分子生态学的起源
• 1950s: 凝胶电泳技术（Smithies, 1955)和蛋白质组织化 学染色方法（Hunter &Marker 1957) 的发明和有机结 合，促进了利用蛋白质多态性方法分析遗传变异。
• 因为新突变被固定的概率等于其此时在种群中的 频率，所以，新突变在小种群中被固定的可能性 大于在大种群中。
• 在metapopulation中，局部种群越小其遗传多样性 丧失的越快，局部种群间的遗传分化就越大。
• 对所有中性等位基因的作用一致，因此，在没有 其它进化动力的条件下，不同的中性位点揭示的 进化（演化）规律应相同。
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Scale (m)
尺度 与学科的关系示意图
分子生态学的多学科交叉特性
多学科交叉的复合学科： 分子生物学
生物地理学
生态学
数学
古生物学
群体遗传学
分子生 行为生物学 态学分子进化Fra bibliotek系统发生学
保护生物学
进化生物学
古地学/古气候学
Model of DNA built by Watson and Francis Crick at Cambridge University, 1953.
• 4 贝斯法：检验观测数据与理论假设的偏离是 否大到否定假设的程度，或者现有数据是否足 以支持作出有关结论（Shoemaker et al. 1998).
• 1960s: 分子进化的中性理论的提出(Kimura 1968)和限 制性内切酶的发现（Linn & Arber 1968) 为限制性内切 酶长度多态性（RFLP）分析提供了工具。
• 1970s: DNA转膜杂交（ Southern 1975); 线粒体DNA遗 传变异性的发现（Brown & Vinograd 1974); DNA测序 （Sanger et al. 1977); DNA克隆技术（Maniatis et al. 1978)
• 1、 理论核心：分子水平上的绝大多数突变是选 择上中性的，因而他们在进化中的命运是随机漂 变的，而不是由自然选择决定的。
• 2 、中性理论对种内遗传变异的解释：分子水平 上的绝大部分种内遗传变异（即遗传多态现象） 是选择上中型的，突变速率和遗传漂变速率决定 遗传多态性的变化速率。
• 中性突变与自然选择的辨证统一：少量突变的非 中性。
六 分子系统发生分析
• 1 距离法 依据每对单元间的进化距离建立进化树；
• 2 简约法 最大简约法：对于分子数据，该方法计算在
最少的碱基替换条件下能够解释整个进化过程 的拓扑结构（系统进化树）。
• 3 最大似然法： 对观察数据符合每种拓扑结构 的可能性进行最大化计算，可能性最大的拓扑 结构被选为终解进化树。
内容
• 1 分子生态学的产生与发展 • 2 分子生态学的理论基础 • 3 分子生态学的研究方法 • 4 前沿进展举例
2-1:分子生态学的产生与发展
一、分子生态学与生命科学
• 生态系统的三个层次：
以个体为基础的宏观生态系统
以细胞为基础的微生态学统
以核酸分子和其他生物活性分子为基础的分子生态 系统
分子生态学（Burk, 1994)：~是分子生物学与生态学融 合而成的新的生物学分枝学科。而不仅只是应用分 子生物学技术研究生态学问题。
• 中性理论在分子生态中的应用：排除假设的基础。 种群遗传进化：选择、突变、随机遗传漂变、迁 移、自然灾害、社会结构等。
二、Hardy-Weinberg principle
• 内涵：在满足下列假设的条件下，生物 种群的等位基因频率和基因型频率保持 不变（1）有性繁殖并随机交配；（2） 等位基因在雌雄两性中随机交配；（3） 种群足够大；（4）世代不重叠；（5） 没有自然选择、突变和迁移。
向近敏等（2000）：~应当是研究生物活性分子在其 显示与生命关联的活动中所牵连到的分子环境问题。 其定义有两层含义：1、运用现代分子生物学技术研 究传统生态学问题；2、生物活性分子表现其生命活 动时的分子生态条件的规律性。
分子生态学 分子生物学
生理学 细胞学
生态学
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• 1980s: PCR; 热稳定DNA聚合酶（Saiki et al. 1985,1988).
• 1992: The Journal of “Molecular Ecology” .
2-2:分子生态学的理论基础
• 一 分子进化的中性理论（neutral theory of molecular evolution):
• 分子生态意义：作为基本判别假设和理 论基础。
三 种群分化是生物进化的必要途径
• 1、种群分化的结果： • 新种形成 • 种群的杂合度降低 • 2、Wright’s F统计方法，
• F近似地代表等位基因被固定的可能性，又称固定系数。
• 亚种群相对于整个种群的近交系数：FST= (HT-HS)/HT • 个体相对于所属亚种群的近交系数： FIS= (HS-HI)/HS • 个体相对于整个种群的近交系数： FIT= (HT-HI)/HT • HI ,HS ,HT 分别表示个体、亚种群和种群的平均
五 朔祖理论（Coalecent theory)
• Hudson(1990):
朔
祖
演
过
化
程
分
支
过
程 假定种群在个世代保持数目恒定，即每个等位基因有N
个拷贝，则种群中任一对基因a在t时代以前的概率为：
p=(1-1/N)t-1/N 单倍体朔祖时间N ，二倍体为 2N
六 分子系统发生分析
• 分子系统发生（异中求同）分析的基本 原则： （1）分子标记的中性原则； （2）进化速率恒定原则，符合“分子 钟”假设； （3）分子标记在研究类群中直向同源 （4）分子标记具有适当的遗传变异度