分子生态学的基本理论

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《分子生态学》教学大纲

《分子生态学》教学大纲一、基本信息二、教学目标及任务掌握分子生态学发展史与基本原理；掌握分子生物学基础知识；掌握微生物、植物和海洋分子生态学的研究内容和主要分子生物学技术；了解应用生物技术治理环境污染的分子机理；了解分子生物学和分子生态学基本手段。

通过本课程的教学使学生掌握分子生态学的基本理论和基础、以及分子生物学技术和研究方法在不同方向生态学领域的应用，并了解分子生态学与生物信息学的前沿，从思想上明确认识分子生态学在生态学科发展过程中的重要性，通过各教学环节的实施注重培养学生思考、分析、解决分子生态问题和主动获取知识的能力，树立实事求是、严谨治学的学风。

三、学时分配教学课时分配四、教学内容及教学要求第一章分子生态学的发展史第一节生态学与分子生态学第二节分子生态学的主要内容与任务第三节分子生态学的科学地位第四节分子生态学的起源与发展第五节分子生态学的发展轨迹第六节当今分子生态的发展第七节分子生态学的研究方法和发展方向第八节分子生态学的新方向本章教学要求：了解分子生态学发展、研究内容和方法第二章分子生态学的基本原理第一节分子生态学概念的提出第二节分子生态学系统概念习题要点：分子生态学的概念、与微观和宏观生态学的联系第三节分子生态系统的结构组成习题要点：分子生态学的研究对象第四节生态学中的遗传学习题要点：分子进化的中性论和选择论；生态遗传学的概念；基因型、表现型和表型可塑性的概念本章教学要求：掌握分子生态学的概念、研究对象；掌握生态遗传学、基因型、表现型和表型可塑性的概念；理解分子进化的中性论和选择论；第三章分子生物学第一节生命与核酸的共同起源第二节DNA和RNA的结构第三节蛋白质组信息学习题要点：蛋白质组学的概念和分类、相关技术第四节分子生态方法习题要点：分子生态学的研究内容及常用技术第五节免疫学第六节遗传密码基因表达习题要点：遗传密码的特性及基因工程的应用第七节基因组信息学习题要点：遗传图谱、物理图谱、序列图谱和基因图谱的定义第八节DNA习题要点：DNA的结构和种类第九节基因芯片习题要点：基因芯片的分类、特点、基本流程和应用本章重点、难点：DNA、RNA的结构；分子生态学的研究内容及常用技术；遗传密码特性及基因工程应用；基因组信息学的应用；基因芯片本章教学要求：掌握DNA、RNA的结构，DNA的种类；掌握基因组信息学的应用；理解基因芯片的分类、特点、基本流程和应用。

昆虫分子生态学

1.分子标记的方法分子标记的方法
①同工酶（蛋白质电泳技术）方法； ②限制性片段长度多态性（RFLP）方法； ③随机扩增DNA多态性（RAPD）方法； ④微卫星DNA和小卫星DNA标记方法； ⑤扩增片段长度多态性（AFLP）标记。
表1 昆虫分子生态学常用技术比较
技术名称同工酶（蛋白质电泳技术） RFLP 区别水平及所获得资料类型氨基酸所带电荷及电性，基因频及电性，率资料。率资料。优点相对便宜，相对便宜，已有的方法较多，产生在生理法较多，上重要的共显性孟德尔遗传。尔遗传。缺点与DNA系列方法相比系列方法相比灵敏度较差，较多的试灵敏度较差，验数量局限于小型昆虫，验数量局限于小型昆虫，酶易受环境条件影响。酶易受环境条件影响。
1.基本原理基本原理
通过分子生物学的方法检测昆虫种群或个体的遗传变异，分析和解释遗传变异的特点与规律，揭示遗传变异所反映的规律性的东西，从而进一步阐明昆虫之间以及昆虫与环境之间的相互作用关系。其研究的最典型特色是运用分子遗传标记来检测研究对象的遗传变异特征，以揭示事物所隐含的演化规律。
三．昆虫分子生态学研究内容
（1）由于昆虫迁飞、扩散或外来种、地理隔离的昆虫种群在分子水平上的遗传多样性及遗传结构；（2）昆虫种群的生物型；（3）昆虫—植物相互作用的分子机理；（4）昆虫抗药性分子机理；（5）昆虫对环境适应（如耐寒性）的分子机理。
四．昆虫分子生态学的应用
1.昆虫地理种群的遗传变异分析 2.昆虫生物型差异的分子特征 3. 3.昆虫嗅觉的分子识别 4.昆虫与共生菌互作的分子机制
昆虫生态学
一．主要原理
•分子生态学是应用分子进化和群体遗传学的理论、分子生物学的技术手段、系统发生学和数学的分析方法以及其他学科的知识（如地学、古气候学等）去研究种群、进化、生态、行为、分类、生物地理演化、生物保护等学科领域的各种问题。它主要通过大量使用分子生物学先进的技术和方法，在分子水平上研究生态现象，阐明生态现象的分子机制。 •昆虫分子生态学就是以昆虫为研究对象，应用分子生态学的原理与方法研究昆虫进化与适应机制的一门学科。

分子生物学的基本理论和实践

分子生物学的基本理论和实践分子生物学是一门研究生物分子结构、功能和相互作用的学科，对于我们理解生命现象有着至关重要的意义。

它是现代生物学研究的重要分支之一，被广泛应用于生物工程、医学研究等领域。

本文将从基本理论和实践两个方面进行介绍。

一、基本理论1.1 生物分子的结构和功能生物分子的结构和功能是分子生物学的基本研究对象。

生物分子主要包括：核酸、蛋白质、糖类等。

其中，核酸是构成生物遗传信息的重要分子，蛋白质则是构成细胞和生命体的重要组成部分，而糖类则是细胞的重要能量来源。

理解这些生物分子的结构和功能，对于研究生命现象，揭示生物的遗传机制，寻找新的药物以及改良食品工业等都有着重要意义。

1.2 DNA复制和遗传DNA双链结构确定了其信息传递的方式。

DNA复制过程是分子生物学研究的一个重要方向。

DNA复制是指细胞分裂前，DNA 分子按照一定的方式进行自我复制的过程。

理解DNA复制的过程可以更好地了解生命的遗传机制，指导药物的发现研发，以及基因治疗等领域的发展。

1.3 细胞信号转导细胞信号转导是细胞内分子通信的重要方式。

信号分子在细胞间传递，调节各种生命过程的发生与进行。

分子生物学的研究也包括对细胞信号转导途径的探究。

在研究过程中，科学家们利用了多种分析工具和技术，如蛋白质组学，基因组学，蛋白质质谱以及基因编辑等技术，为我们认识与控制细胞信号转导提供了理论基础和实践方法。

二、实践2.1 基因编辑技术的应用基因编辑是分子生物学中的重要技术，用于快速准确地改变生物的遗传信息。

CRISPR/Cas9 基因编辑技术是近年来被广泛应用的一种基因编辑技术。

这种新技术在医学领域的应用非常广泛，可以用于研究疾病的发生机制，找到新的治疗方法。

在植物及微生物领域的研究中，基因编辑技术也发挥了不可替代的作用。

这些研究不仅对于基础生物学的发展具有重要贡献，对于生命科学和生物技术的研究也是至关重要的。

2.2 蛋白质结构的分析蛋白质是生物体中非常重要的分子，其结构与功能之间有着紧密的联系。

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。

大学课程生态学-分子生态学课件

等电聚焦电泳（IEF）： ——利用特殊的一种缓冲液（两性电解质）在凝胶（常用
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）

第八章微生物分子生态学

生物修复技术的局限性
微生物活性受温度等环境条件的影响
8.3.2 生物修复技术的原理
生物修复的微生物种类
土著微生物降解污染物的潜力大；其生长速度慢，代谢活性不高。外来微生物某些特定的降解需要引进外来物种，以便在极端环境中生存。
基因工程菌采用细胞融合等遗传手段将多种降解基因转入统一微生物中，使其获得较强的降解能力。价廉和易于使用。
寡核苷酸探针不能进行克隆，不能检测突变点，但能检测特定微生物。
单链分子，反应效率高。但是易降解。
8.4.2 核酸分子（探针）杂交法
核酸分子杂交方法
液相杂交固相杂交
参加反应的两条核酸链游离在溶液中。操作简单，但误差大。
杂交方法
一条链在固体上固定上，另一条游离在溶液中。未杂交物易去除，易检测，能阻止 DNA自我复制
PCR扩增产物分析技术
基因指纹图谱分析将产物与载体连接转入大肠杆菌，挑选出克隆的片段进性多态性分析。
序列测定及系统分析针对筛选出的克隆子进行核苷酸测定，依据序列进行分析、构建系统进化树。
8.4.4 变性梯度凝胶电泳（DGGE)
原理：使用一种特异性的16rRNA基因，产生长度相同但序列不同的 DNA片段混合物，利用DGGE技术分离。
狭缝杂交夹心杂交斑点杂交由于前面已经介绍了固相杂交的基本过程，这些方法的具体过程原理是一样的。
组织原位杂交菌落原位杂交 Southern 以及杂交
固相杂交方法
8.4.3 PCR扩增及产物多态性分析与序列测定
PCR扩增及产物分析技术主要是进行序列的分析和片段长度多态性分析。
PCR技术注意要点

微生物分子生态学的理论和方法

微生物分子生态学的理论和方法微生物分子生态学是生态学中比较新兴的分支，它以微生物群落的遗传结构和功能为研究对象，通过分子生物学方法和大数据处理手段，探究微生物群落结构、多样性、相互作用及其对环境的响应规律。

本文将从理论和方法两个方面进行论述。

理论1.微生物群落的结构和多样性研究微生物群落的结构和多样性是微生物分子生态学中的基础研究内容。

通过高通量测序技术，可以快速鉴定出微生物群落中各种微生物的数量、种类和相对比例，从而揭示微生物群落的结构和多样性。

此外，近年来出现的功能基因组学方法，可以通过分析微生物群落DNA中的功能基因，揭示微生物群落中各个群体的代谢途径和生物功能，为微生物群落结构和多样性的研究提供了新的思路。

2.微生物群落的相互作用与微生物间的横向基因转移微生物群落中的微生物之间具有相互作用，影响着微生物群落的结构和功能。

微生物之间的相互作用可以通过预测微生物菌群的共生网络或群落功能来推断。

此外，微生物间的横向基因转移也是微生物群落中的一种重要现象，它使微生物菌群获得新的代谢途径或其他有益基因等，是微生物群落适应环境、保持动态平衡的关键因素之一。

3.微生物群落对环境的响应规律微生物群落是环境中敏感的晴雨表，它能够反映环境变化对微生物群落结构和功能的影响。

因此，研究微生物群落对环境变化的响应规律，有助于我们了解生态系统对环境变化的响应规律，同时也对环境污染及其对健康的影响等问题提供了重要的研究思路。

方法1.高通量测序技术高通量测序技术是微生物分子生态学的重要工具。

高通量测序技术可以快速鉴定微生物群落中的微生物的数量、种类和相对比例，从而揭示微生物群落结构和多样性。

目前主要的测序技术有Illumina和PacBio等。

2.功能基因组学方法功能基因组学方法是微生物群落研究的新方法，通过分析微生物群落中的各种功能基因，来研究微生物群落中各个群体的代谢途径和生物功能。

同时，功能基因组学方法也可以用于预测微生物群落的功能和生态位，为微生物群落的生态功能研究提供基础。

分子生态学章节

分子生态学是一门新兴的交叉学科，主要研究生物分子（如核酸、蛋白质等）在生态环境中的变化、相互作用和生态学意义。

以下是分子生态学章节的一些主要内容：
绪论：介绍分子生态学的概念、发展历程、研究内容和意义。

分子生物学基础：介绍DNA、RNA和蛋白质的结构、功能和相互关系，以及基因表达和调控的基本原理。

生态系统中生物分子的变化：研究生物分子在环境因素（如温度、湿度、pH等）影响下的变化规律，以及生物分子之间的相互作用。

生物分子在生态系统中的功能：介绍生物分子在能量转换、物质循环和信息传递等方面的生态学意义，以及生物分子对环境变化的适应机制。

生物分子在物种形成和演化中的作用：探讨生物分子在物种形成、演化过程中的作用，以及物种之间的遗传差异和演化机制。

分子生态学在实践中的应用：介绍分子生态学在环境保护、生物资源利用和生物安全等方面的应用，以及分子生态学对人类健康和生活的影响。

展望：探讨分子生态学的未来发展方向和趋势，以及面临的挑战和机遇。

总之，分子生态学章节主要介绍了生物分子在生态环境中的变化、相互作用和生态学意义，旨在从分子水平上揭示生态系统的运行
机制和生物与环境的相互作用关系。

这对于深入理解生态系统的本质、保护生物多样性和促进可持续发展等方面都具有重要的意义。

第2章分子生态学的基本理论

基因组尺寸如何进化是一个早已存在的问题，然而，由于基因组测序的进行，这个问题现在反而变得新奇起来。基因组复杂性从单细胞到多细胞真核生物升高的方式与基因组大小特别是编码区的大小并无直接的关系，编码区的延长不能解释特定生物体（门、种系、组织等）中出现的许多新功能。
分子进化的动力
分子水平上生物的进化可以看作是一个两步的过程；首先是突变和重组，由此产生出可遗传的变异；其次是遗传变异有差异的世代相传。
分子生态学的实践性
分子生态学的实践性也是非常重要的，这不仅是学科本身发展的需要，也是科学技术转化为生产力的需要。
2.1 分子生态学概念的提出
分子生态学是在分子水平上由生态学和生物学融合而成的新型科学。我们对分子生态学的认识和分子生态平衡是生命本质的认识，作为发展分子生态学的前提。分子生态学的发展是以分子生物学的发展为基础。
第2章分子生态学的基本理论
李永峰
李巧燕
教授
研究生
目录
1 2
分子生态学概念的提出
分子生态学系统概念
３ 4
分子生态系统的结构组成
生态学中的遗传学
2.1 分子生态学概念的提出
生命科学是研究生物生命活动规律的科学
分子生物学的概念只停留在生物学的认识水平是不够的
分子生物学
分子生物学必须含有生态学的概念
分子生态学(molecular ecology)
概念研究内容
以生物活性分子，特别是以核酸分子为中心同其分子环境关系的生态学
阐明生命体和相关细胞的各种生物活性分子及其分子环境与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与治疗病理失调的措施及方法。

分子生态学研究中的适应性和发展

分子生态学研究中的适应性和发展近年来，分子生态学作为一门新兴的交叉学科，在生物学和生态学领域里逐渐受到重视。

其基本研究理念是将生物学和生态学的知识与分子生物学技术相结合，掌握或获取到生物体在生态环境下的遗传信息，从而深入探究生物体（包括微生物、植物和动物）的生态适应性和演化发展。

分子生态学对于生命科学领域的发展和人类的生存与发展都有着重要的意义。

在这篇文章中，我们将学习什么是分子生态学，以及它的适应性和发展方向。

一、分子生态学的基本概念分子生态学是一种研究生物体在生态条件下的遗传变异和适应性的新兴学科。

它的研究对象是基因、基因组和分子生态系统。

其最终目的是通过实验室和野外的对比研究，揭示不同环境条件下生物体的适应性变异，以便更好地预测和控制生物的演化发展。

分子生态学采用了现代分子生物学和生态学技术的方法和手段，分析和掌握生物遗传信息，如基因、蛋白质和代谢物分子等，而这些信息都能够反映生物适应性的作用。

通过运用这些技术手段，研究人员可以深入分析生物的遗传演化和群体进化，以及环境与遗传变异之间的相互作用。

分子生态学的发展，也为揭示生态系统的规律提供了新的研究手段。

将分子生态学技术运用到群落生态学和整个生态系统系统监测中，可以更好地预测和预防生态系统的破坏和崩溃发生。

二、分子生态学的适应性适应性是分子生态学的一个重要概念，它代表了生物体在其环境中适应的能力，并应对环境变异导致的挑战。

适应性是生命体自我维持与进化的基本条件。

分子生态学中的适应性研究，在遗传、转录、蛋白质和互作网络等多个分子层面上进行。

研究人员对不同种类的生物体，如微生物、植物和动物，以及它们所处的不同环境，如海洋、陆地和空气等，进行分析和比较。

通过采集样本、测量数据和进行模型分析等手段，研究人员可以得出一些有关适应性的结论，如生物体所表达的基因类型和数量、蛋白质的表达和功能等等。

这项研究使我们能够更好地了解各种生物体的适应性差异，并为开发保护和利用特定物种，提供了新的思路和途径。

《分子生态学》课件

分子标记技术的应用
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。

分子生态学研究进展及其在环境保护中的作用

分子生态学研究进展及其在环境保护中的作用随着全球经济的不断发展和人类活动的日益增加，环境污染和生态问题日益突出。

为了解决这些问题，人们越来越关注生态学的研究。

分子生态学是生态学的一支新兴学科，它采用分子遗传学、分子生物学和生态学等交叉学科的知识，探究生态系统中微生物和植物的多样性、组成、分布和功能等方面的现象。

本文将总结分子生态学的研究进展，并探讨其在环境保护中的作用。

一、分子生态学的研究方法分子生态学的研究方法包括分子生物学、分子遗传学、生态系统其它要素的多样性研究、生态系统过程分析和分子生态学实验等。

在研究微生物和植物的遗传多样性时使用的分子工具包括PCR、单通道分析技术、荧光标记分析、RAPDs（随机扩增多态性DNA）和SSRs（微卫星重复序列）等方法。

使用这些技术可对样本中的DNA进行分析，获得关于生物多样性与群落结构方面的重要信息。

同时，还可通过测定微生物和植物的生物量、繁殖等特征，探究生态系统的群落结构。

二、分子生态学的研究进展分子生态学的研究主要集中于以下方面：1. 分子生态学的基本理论分子生态学在研究生物群落结构、生态系统功能和生物多样性等方面取得了重要的进展。

分子生态学通过分析分子遗传学与生态学交叉的内容，为我们提供了一种基于可再生资源和生态系统功能的可持续管理方案。

2. 生态系统功能分析通过分析分子生物学、生态学和环境学等多个领域的交叉，分子生态学研究的重点之一是生态系统功能分析。

生态系统功能分析是基于生物学、物理学和地球化学的知识，研究生态系统中材料的流动、能量的转换和各种生态现象之间的相互关系。

生态系统功能分析研究的生态学主题包括生态区域划分、群落分级、生态系统物质平衡与能量平衡分析等。

3. 生物多样性与生态系统稳定性生态系统的稳定性是指生态系统在其自然环境中长期保持其物种组成、生态功能和生态结构的能力。

分子生态学的研究表明，生态系统的稳定性与生物多样性密切相关。

生物多样性反映的是生态系统中的种类和数量的繁多程度，因此通过研究物种的遗传多样性和种类的数量，对生态系统的稳定性进行监测和评估是分子生态学的重要研究领域之一。

微生物分子生态学

磁小体特点
➢包被磁小体的磷脂、蛋白或糖蛋白分散性极好，颗粒间不会聚集； ➢单位体积的磁性很强。
趋磁细菌及磁小体的应用前景
➢信息存储和电子领域：理想磁性生物材料，磁小体记录材料比现在使用的磁粉粒度小、品质更均匀、磁能积提高数十倍、价格便宜，适用于制作高清晰、高保真、轻薄的大容量超高密度磁记录材料和存储器。 ➢医疗卫生领域：药物、酶、DNA、RNA等的载体，可直接运载到靶向病灶，提高对癌细胞的杀伤力和命中率；也可用于核磁共振成像的造影剂，用以检测微型肿瘤以及用于磁热疗以杀死癌细胞。 ➢生物传感器、免疫检测、废水处理、回收环境中的放射性核素污染、等。
（8）微波对微生物的影响微波是以频率介于无线电波（低于300MHz/s）和红
外线（高于300 000MHz/s ）的电磁波，它对微生物的致死作用是微波能量产生的热效应使微生物致死。
（9）压力对微生物的影响陆地细菌在30 ℃和3.03 ×104kPa（300atm）下生
长缓慢， 4.04 ×104kPa （400atm）下生长停止；深海中的嗜压细菌在30 ~40℃和6.06 ×104kPa（600atm）下还能正常生长繁殖。有些抗压力强的微生物甚至在高于 3.03 ×105kPa（3000atm）的环境下也不会死亡。
光
辐射
大气压
pH 表面
microbe
氧化/还原电位
水活度
磁性
（1）营养因子对微生物的影响
微生物新陈代谢和一切生命活动赖以进行的基础。营养缺乏，导致微生物生长所需的能量、碳源、氮源、无机盐等成分不足，机体停止生长和繁殖，代谢停顿。
➢ 碳源 • 用于构成微生物细胞和代谢产物中碳素的来源，并为微
生物的生长繁殖和代谢活动提供能源。 • 主要功能

PPT

分子生态学=分子生物学技术+生态学
分子生态学是多学科交叉的学科
图1 分子生态学的多学科交叉性和复合性
图中心阴影圆所覆盖的研究领域都属于分子生态学的研究范畴图中数字含义为：1=群体遗传学；2=生态学；3=进化生态学； 4=生物地理学；5=行为生物学；6=保护生物学。图中箭头表示主要的支撑性学科的渗透与融合。
分子生态学成立标志：
1992年《Molecular Ecology》创刊，标志着分子生态学已经成为生态学的一个新分支学科。
分子生态学的概念：
分子生态学是生态学的微观研究层次与领域，它利用分子生物学原理方法和技术，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科学，从分子水平探讨生物与环境的关系。
南极洲阿得列企鹅(Adélie Penguin)的古DNA
科学家们在南极洲的 ROSS 岛采集到至少据今有8000年前的阿得列企鹅的层状亚化石骨。通过分析现存企鹅和灭绝企鹅的种群样品，我们能在一个相当长的时间跨度内直接检验微卫星和线粒体基因的进化过程。这些数据将有助于揭示南极洲阿得列企鹅分子演化机制。
四、分子生态学的研究现状
寻找新西兰KOKAKO鸟的踪迹…… 南极洲阿得列企鹅的古DNA
黑背鸥 Saddleback 的分子进化
寻找新西兰KOKAKO鸟的踪迹……
1996年，新西兰Massey University保护生物学系的研究人员拾到一片羽毛，该羽毛被怀疑来自Callaeus cinera cinera（新西兰南岛kokako 鸟）。而该鸟在30年前就已经被认为灭绝。为了鉴定该羽毛的归属问题，该学校分子生态学实验室的研究者们承接了这一课题。按常例，当羽毛从某一个体拔下后，其尖部常常留有小量DNA。通过对微量DNA进行PCR扩增，来自该羽毛的DNA代码或序列就能确定。然后通过定位序列的特异标志区，并将这些区域与新西兰鸟类DNA数据库进行比较。研究结果发现，未知羽毛中发现的DNA与新西兰南岛 kokako鸟完全匹配，则证明找到了本已“灭绝” 的kokako鸟。

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。

第一节分子生态学

古生物学
生态学
系统发生学
进化生物学
一、分子生态学的产生与发展
3、分子生态学的发展1963年 1976来自 1984年1966年
1992年
M. Nass和S. Nass发现了mt DNA，使探讨生物进化和生态学等领域的一些问题成为可能。
Harris首次把同工酶分析用于人类。 Richardson等出版了“等位酶电泳-动物系统学和种群研究手册”，形成分子生态学的雏形。
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世代间保持不变。（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。分子生态意义：作为基本判别假设和理论基础（遗传标记方法）
二、分子生态学的理论基础 3、种群分化是生物进化的必要途径
二、分子生态学的理论基础 7、有效种群大小（Ne）
估算方法:
① 计算种群世代间等位基因频率的即时变化（不同世代，样品数量，多态位点数量）
② 有效成体繁殖数目（Nb）可用于估算Ne （非离散世代）
③ 基于重复取样的最大似然法（被广泛应用） ④ 从杂合性的预期关系上估算Ne （适合对整个物种的全部进化时间上的探讨）
“Molecular ecology”杂志在英国创刊，标志着分子生态学已成为生态学的一个新的分支学科。从此，分子生态学进入了快速发展期。
目录
一、分子生态学的产生与发展
二、分子生态学的理论基础
三、分子生态学的研究方法四、分子生态学的研究实例及展望
二、分子生态学的理论基础
1、分子进化的中性理论（Neutral Theory）

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2.2 分子生态学系统概念
分子生态学
生物活性分子的生态学
生物活性分子
生物进行生命活动的分子
生态学
是生命科学领域里的一个重要分文学科，生态学的理论与研究已深人到生命科学甚至非生命科学的各领域
2.2 分子生态学系统概念
生态学
宏观生态学 (macroecology)
微生态学 (microecology)
第2章分子生态学的基本理论
李永峰李巧燕
教授研究生
目录
1
分子生态学概念的提出
2
分子生态学系统概念
３
分子生态系统的结构组成
4
生态学中的遗传学
2.1 分子生态学概念的提出
生命科学是研究生物生命活动规律的科学
分子生物学的概念只Байду номын сангаас留在生物学的认识水平是不够的
分子生物学必须含有生态学的概念
分子生物学
宏观生态学、微生态学和分子生态学三者之间、既有学科的联系性、也有学科的独立性。
分子生态学的原理
１
生物的生化一致性和多样性原理
2 生物大分子进化速率恒定原理
3 表信息分子生态适应与生态进化的原理
2.3 分子生态系统的结构组成
１分子生态学的研究对象２分子生态学的进化观
分子生态学的研究对象
生物大分子
生态失调及微生态调整的学科。
分子生态学(molecular ecology)
概念
以生物活性分子，特别是以核酸分子为中心同其分子环境关系的生态学
研究内容
阐明生命体和相关细胞的各种生物活性分子及其分子环境与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与治疗病理失调的措施及方法。
选择论者
不否认遗传漂变，但认为选择更重要。“奠基者效应和初始条件、遗传漂变、取样误差、瓶颈作用等随机过程在自然种群中的一定范围内确实存在。
从本质上说，选择论与中性论的论争的是量上的不同，其关键是在自然种群的分子进化中，自然选择和随机漂变的作用是谁主谁次，二者各占多大比例的问题。
2.4 生态学中的遗传学
生态遗传学是研究遗传与环境对野生种群中个体间的变异所起作用的学科
特征性状在时间上的频变与生态因子和自然选择压力相关联的。
选择作用是通过降低猎物在不同生境中被
捕食者发
现的可能性而保存了它们的多样性
中性论与选择论论争的焦点
中性学说
大多数的进化突变代换并不是正达尔文选择产生的，而是由选择中性的或近于中性的突变的随机固定产生的。
2.1 分子生态学概念的提出
运用现代分子个物学的技术研究传统生态学的有关规律
分子生态学定义的含义
包括核酸分子在内的所有生物活性分子所表现出生命活动时的分子生态条件的规律性
2.1 分子生态学概念的提出
分子生态学的理论基础
分子生态学的理论基础，还可能联系到生命的起源、生命的发展、生命的进化和生物种的分化形成等等，甚至不可避免的要联系到这些生命活动的演化，是在什么环境条件下进行。分子生态学发展的现阶段，还只能局限于以分子生态学为基础的有关活性分子的分子生态的作用网络和连锁反应的水平。
基因组尺寸如何进化是一个早已存在的问题，然而，由于基因组测序的进行，这个问题现在反而变得新奇起来。基因组复杂性从单细胞到多细胞真核生物升高的方式与基因组大小特别是编码区的大小并无直接的关系，编码区的延长不能解释特定生物体（门、种系、组织等）中出现的许多新功能。
分子进化的动力
分子水平上生物的进化可以看作是一个两步的过程；首先是突变和重组，由此产生出可遗传的变异；其次是遗传变异有差异的世代相传。
中性突变的随机漂变理论，即中性学说认为，由蛋白质和DNA序列的比较研究所揭示的分子水平上的大多数进化变异，并不是出达尔文选择而是内选择中性的或近中性的突变的随机漂变造成的。
。
自然选择
自然选择
生物进化理论争论的焦点
随机漂变
两者的相互作用可能在分子进化的过程中起着决定性的作用
分子进化
基因组尺寸的进化
微生态学与宏观生态学和分子生态学之间的联系
这三个生态学层次的划分，在国内已得到广泛的共识，这一划分的最新特点有二：一是将生态学概念不是一般地同分子生物学相联系；而是将分子生态学作为分子生物学向纵深发展的新兴学科看；二是将微生态学定义在细胞水平。
生态学之所以从宏观水平深人到微观和分子水平，是由于生物学发展到分子生物学水平和生命科学发展到对生命的本质进行探讨的程度，这也是科学发展的规律性的必然反映。
生物大分子之间的相互作用
生物小分子，如激素等
分子生态学研究对象
分子生态学的进化观
❖分子生态学的进一步发展从根本上改变了进化生物学的研究。主要表现在一下几个方面：
①分子生态学提供了强大的新技术
②分子生态学通常能回答一些进化的老问题
③分子生态学提出了全新的问题
分子中性突变
中性突变的随机漂变理论，即中性学说
检测分子进化机制的方法
理论统计预测法
由于突变率、迁移率、有效种群的大小动态和选择压力等生物学参数在动植物种群中多是未知的，多数情况下，理论预测因参数未知或不确定和缺少统计学力度而告以失败
遗传—环境相关分析法
运用遗传与环境相关分析可以推断分子的多态性和杂合性是否具有适应意义。只有分析许多物种、许多种群和许多位点中遗传多样性的性质，其检测结果才可令人信服。遗传与环境相关的分析法完全能够满足这种检测的要求，因此这种方法被广泛应用。
分子生态学 (molecular ecology)
宏观生态学(macroecology)
概念
宏观生态学，即是以个体和群体为中心同其环境关系的生态学，是一门研究生物与生物、生物与环境的相互依赖、相互制约的科学。
微生态学(microecology)
是以单细胞为中心同其环境关系的生态学
是一门研究一切生物体(人类、动物、植物和微生物)与其内环境(微生态系) 的微生态平衡、微
分子生态学的实践性
分子生态学的实践性也是非常重要的，这不仅是学科本身发展的需要，也是科学技术转化为生产力的需要。
2.1 分子生态学概念的提出
分子生态学是在分子水平上由生态学和生物学融合而成的新型科学。我们对分子生态学的认识和分子生态平衡是生命本质的认识，作为发展分子生态学的前提。分子生态学的发展是以分子生物学的发展为基础。