第13章植物与人类的生态关系
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第13章 植物与人类的生态关系
1 人类优化植物生存环境，扩大植物分布
2 环境污染与植物的生态关系
3 植物生物入侵与生物安全
4 转基因植物的释放及生态风险
人类优化植物生存环境，扩大植物分布
植物的引种
1万年前就开始了植物进行人工种植。 5千年前开始广泛引种
300年前地球上任何区域可以种植任何植物
生物入侵和外来入侵种是如何形成的？
人为方式：
主动： 有意引入转变为入侵种、饲养逃逸等； 被动： 国际贸易产品、交通工具、旅客携带等；
自然方式：
逐步扩散蔓延到达新的区域。
确定入侵种的标准
1. 外来种
2. 借助人类活动进入非本源地区
3. 在当地自然或人工生态系统中定居， 并且可以自行繁殖扩散。 4. 对当地的生态系统和景观造成了明显 的影响。
转基因技术的安全性问题
基因一旦被改动，一方面可能引起 生物体内一系列未知的结构与功能 的变化；另一方面，转基因操作对 生物体的影响会通过遗传传递。
外源基因引入后，是否会影响其他重要的调节基因， 甚至会激活原癌基因？
转基因技术广泛应用是否会导致难以消灭的新病原物 出现？ 是否会造成生态学灾难？ 人类摄食大量转基因食品是否会影响人类及其后代的 健康？
花粉传播的距离有限，时 间有限。
a.引起环境安全的理由:
打破自然物种的原有界限, 改变了生态系统中能量流动 和物质循环。 重组微生物在降解某些化合 物过程中所产生的中间产物， 可能对人类的生活环境造成 二次污染。 重组DNA与微生物杂交,可 能产生有害的病原微生物。 转基因植物花粉中的有毒物 质可通过蜜蜂进入蜜蜂,再 经过食物链传递，有可能 进入其他动物和人体内。
污染对植物营养代谢的影响
利用植物防治环境污染
环境污染对植物光合作用的影响
植物转换太阳能的能力降低 有机物的合成减少 二氧化硫的影响： 抑制相关的酶，抑制光反应，从而影响ATP合成， 光合速率降低。 重金属的影响： 破坏叶绿体的结构，影响光合作用。
缺锰 引起花卉叶脉间变成枯黄色，叶缘及叶尖向下 卷曲，花呈紫色。症状由上向下扩展。一般发生在碱 性土壤中。 锰毒 引起叶脉间黄化或变褐。
松材线虫
生态经济问题
1. 耕地上的杂草导致农作物减产成本上升 2. 杂草破坏水域生态系统 3. 把外来植物引进到天然区域以外的区域，使得 景观受到破坏，减低旅游观光价值 4. 农作物、畜牧和森林病虫害造成减产和防治费 用增加。
转基因植物的释放及生态风险
转基因植物的潜在影响
1. 2. 3. 4. 5. 本身可能变成杂草 转基因植物可能使其野生近缘种变成杂草 转基因作物非目标效应 “终止子”技术的生物安全问题 对当地生物多样性的影响
请你想象一下：如果一种生物 既能够在冰天雪地里生长，又能在 炎炎烈日下定居；无论是面对盐碱 的土壤还是干燥的沙漠都毫不介意； 对于食物更是从不挑肥拣瘦，又特 别能挨饿……那么它在哪儿不能 “出人头地”呢？空心莲子草正是 凭借这一横练多年的“铁布衫”功 夫，才能如此得意地作威作福：它 抗逆性超强，不但不畏严寒酷暑， 而且就算死亡了，只要植株没有完 空心莲子草 全腐烂，待到时机成熟，依然 会复活为害；为了侵占尽可能大的地盘，它更是演化出水生、陆生两种生态 型，入侵时可以由陆至水，顺水而下，再由水至陆，是地地道道的“水陆两 栖江洋大盗”
植物的入侵与生物安全
生物入侵Biological Invasion
外来种Alien Species 入侵种Invasive species
基本概念
外来种：指那些本来不属于某一生态系统、但 通过人为或非人为的方式被引入到这一特定的 生态系统中的物种。 入侵种：那些对当地生态环境、生物多样性、 人类健康和经济发展造成或可能造成危害的外 来种，有时候也叫做“外来入侵种”。对于入 侵种而言，特指那些有害的外来种。 生物入侵：外入侵种的形成过程：传播、定居、 扩散、暴发危害等。
多子多福
水葫芦采用的又是另外 一种策略了。水葫芦拥有极 其强大的繁殖能力，甚至能 以有性和无性两种方式繁衍 后代，而在入侵的早期，无 性生殖更是主要的：每逢春 夏之际，水葫芦依靠匍匐枝 与母株分离的方式，每5天就 能克隆出一个新植株，用不 水葫芦 了多少时间它就能铺满整个 水域，在江南水域为祸不小。有诗语：“接天莲叶无穷碧”， 只可惜此“莲”非彼“莲”。水葫芦手拉手、根连根，喜欢 “聚众滋事”，形成绵延数十公里长的“绿岛”，淤塞河道、 影响通航，所以是当之无愧的“河道杀手”。
a.引起生物安全的理由
转基因植物可能会扩散到 种植区以外，成为杂草 转基因生物可能成为“入 侵的外来物种”威胁生态 其他生物的生存 外源基因可能与感染转基 因生物的某些细菌获病毒 杂交，重组出对人类或其 他生物有害的病原体。 有可能使杂草成为除不 掉的“超级杂草”
b.不引起生物安全的理由
扩散到种植区以外的转基 因农作物很快死亡。 转基因农作物要表现出新性状， 必须有一定的水、肥等条件， 以及配套的种植技术。 由于存在生殖隔离，转基因 农作物很难与其他植物杂交。
菊 花 锰 毒 百 日 菊 缺 锰 向 日 葵 缺 锰
香 豌 豆 缺 锰
紫 罗 兰 锰 毒
百 日 菊 锰 毒
环境污染对水分代谢的影响
1. 2. 3. 4. 5. 根部的水分外渗 污染引起根部Ph值升高或降低影响水分吸收 污染导致呼吸障碍，不能产生足够能量物质 污染损伤叶片，影响蒸腾作用 污染与细胞膜表面蛋白结合，导致生物膜的通 透性发生变化。
植物引种的基本原则
植物引种是人类为了满足自己的需要，
把外地植物的种类品种引入到新的地区，
扩大其分布范围的实践活动。它不仅是
古老农业中不可缺少的组成部分，而且
对农业生产的发展和栽培植物的进化都
起到了重大作用。在发展现代化农业中
引种仍然是潜力很大的领域。
引种 ( Introduction )
b.不引起环境安全的理由:
转基因不会改变生物原有的分 类地位,不会破坏生态系统的稳 定性。 转基因抗虫作物的种植,减少 了农药的使用量。 抗除草剂农作物的种植,减轻 了农田管理的负担,保护了农 田的土壤环境。 新闻报道不实，增加了公众 对转基因农作物的恐惧感。
理性看待转基因技术
1、首先认识到转基因技术的应用前景是非常广阔的，以基因工 程为代表的一大批生物技术成果，进入人类的生产和生活，特 别是在医药和农业生产上发挥了极大的作用。 2、要正视转基因技术带来的安全性问题，切实认识到个别 有害转基因生物的危害性，要趋利避害，而不能因噎废食。 3、完善相应的法令法规，利用法制手段确保转基因生物的安 全性。 如我国1993年制定的《基因工程安全管理办法》和 2002年颁布的《农业转基因生物标识管理办法》。 4、增强科学家的法制意思，提高科学家的研究道德水平 。
生物安全
1. 破坏自然生态系统和景观的完整性 2. 外域病虫害的入侵使得本地植物收到严重危害 3. 影响植物的遗传性。
破坏自然生态系统和景观的完整性
水葫芦（凤眼莲）
生态杀手： 加拿大一枝黄花
三裂蟛蜞菊
外域病虫害的入侵使得本地植物 受到严重危害
美洲斑潜蝇
松材线虫
松材线虫
松材线虫
松材线虫
环境污染对植物营养代谢的影响
1. 影响环境Ph值，减低环境中营养物质的有效性。 2. 污染物质抑制根系的呼吸作用，减低营养物质 吸收。 3. 污染物质抑制菌根形成，减低了植物吸收器官 的有效面积。
利用植物防治环境污染
1. 2. 3. 4. 植物对环境污染的粘附和固定 植物对污染物的吸收和同化 植物对污染物的分解 植物对污染物质提取 生长快生物量大 污染物质较低时也有较高的积累能力 体内能够积累较高浓度的污染物 具有较高的抗逆性质
凡是从外地或外国引进栽培植物或由本
地、外地或外国引入野生植物，使他们
在本地栽培，这项工作就叫引种。
中国栽培的农作物有600多种，其中373种来 自世界其他地方。 小麦、玉米、水稻、咖啡、马铃薯、西红柿、 椰子、香蕉等 龙柏、黑松、赤松来自日本，池杉、落叶松、 湿地松、香柏、绿干柏、广玉兰、刺槐来自 北美，桉树、银桦、木麻黄来自大洋洲，橡 胶树、金鸡纳树、来自热带北美。
中华十大名花的引种 梅花、牡丹、菊花、月季、杜鹃花、 兰花、山茶、荷花、桂花、水仙花。
植物引种的基本原则
气候相似性原则
温度：最低温度，最高温度Βιβλιοθήκη Baidu积温，温周期 安全原则 不能带来重大病虫害
环境污染与植物生态关系
环境污染对植物的影响
污染对植物光合作用的影响 污染对水分代谢的影响
讨论：转基因植物释放的风险评估
1. 2. 3. 4. 5. 对农业生态系统 增加杀虫剂的使用 产生新的杂草 产生新病毒 产生新的作物害虫 对非目标害虫产生伤害
讨论：转基因植物释放的风险评估
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 对自然生态系统 侵入新的栖息地 丧失物种遗传多样性 对非目标生物的伤害 生物多样性丧失 营养循环和地球化学过程的改变 初级生产力的改变 增加土壤流失
3 植物入侵带来的生态问题
入侵杂草的生态属性
生物安全
生态经济问题
入侵杂草的生态属性
1. 2. 3. 4. 5. 6. 具有r-选择者或杂草种的生活史策略 进化灵活度高，能适应各种环境 传播体的产量大，且传播力强 无性再生能力强 具有较强的竞争能力 具有他感作用，能抑制其他生物生长
吃得苦中苦，方为人上人
卑鄙的肉搏招术
有时候，入侵种为了成功地在 新殖民地安家落户，必须与土著种 作直接的“武力对抗”。这时候就 不能不提北美入侵性杂草 Centaureadiffusa了。它采取的是 “种间抑制”的手段来完成征服历 策略五：卑鄙的肉搏招术 程的。科学家们发现，这种杂草在 原产地亚欧大陆不会造成大的影响， 进入北美后却泛滥成灾，排挤了许 多土著种。原因就在于在原产地， 与C.diffusa共存的植物，其根系分 加拿大一支黄花 泌物可以抑制C.diffusa根系对磷的 吸收并抑制其生长；然而，新栖息地的类似植物，其生长反被 C.diffusa根系的分泌物所抑制。目前，我国的科学家们也发现， 加拿大一支黄花的根系同样能分泌抑制其他植物生长的化学物 质，通过这种卑劣的手段去挤占原属于土著种的领地。
植物的入侵与生物安全
外来入侵植物的编目
中国农业科学院 1995: 入侵植物数据库
李振宇等《中国外来入侵种》2002年.11月, 90 种
徐海根等 (2004): 《中国100种主要外来入侵物种
名录》, 其中有植物 60 种。
农业部外来入侵生物预防与控制研究中心：己入侵的主要农 业外来物种基本数据库 中国农业科学院 中国杂草信息网 131种, 王应政等 245 种,
1 人类优化植物生存环境，扩大植物分布
2 环境污染与植物的生态关系
3 植物生物入侵与生物安全
4 转基因植物的释放及生态风险
人类优化植物生存环境，扩大植物分布
植物的引种
1万年前就开始了植物进行人工种植。 5千年前开始广泛引种
300年前地球上任何区域可以种植任何植物
生物入侵和外来入侵种是如何形成的？
人为方式：
主动： 有意引入转变为入侵种、饲养逃逸等； 被动： 国际贸易产品、交通工具、旅客携带等；
自然方式：
逐步扩散蔓延到达新的区域。
确定入侵种的标准
1. 外来种
2. 借助人类活动进入非本源地区
3. 在当地自然或人工生态系统中定居， 并且可以自行繁殖扩散。 4. 对当地的生态系统和景观造成了明显 的影响。
转基因技术的安全性问题
基因一旦被改动，一方面可能引起 生物体内一系列未知的结构与功能 的变化；另一方面，转基因操作对 生物体的影响会通过遗传传递。
外源基因引入后，是否会影响其他重要的调节基因， 甚至会激活原癌基因？
转基因技术广泛应用是否会导致难以消灭的新病原物 出现？ 是否会造成生态学灾难？ 人类摄食大量转基因食品是否会影响人类及其后代的 健康？
花粉传播的距离有限，时 间有限。
a.引起环境安全的理由:
打破自然物种的原有界限, 改变了生态系统中能量流动 和物质循环。 重组微生物在降解某些化合 物过程中所产生的中间产物， 可能对人类的生活环境造成 二次污染。 重组DNA与微生物杂交,可 能产生有害的病原微生物。 转基因植物花粉中的有毒物 质可通过蜜蜂进入蜜蜂,再 经过食物链传递，有可能 进入其他动物和人体内。
污染对植物营养代谢的影响
利用植物防治环境污染
环境污染对植物光合作用的影响
植物转换太阳能的能力降低 有机物的合成减少 二氧化硫的影响： 抑制相关的酶，抑制光反应，从而影响ATP合成， 光合速率降低。 重金属的影响： 破坏叶绿体的结构，影响光合作用。
缺锰 引起花卉叶脉间变成枯黄色，叶缘及叶尖向下 卷曲，花呈紫色。症状由上向下扩展。一般发生在碱 性土壤中。 锰毒 引起叶脉间黄化或变褐。
松材线虫
生态经济问题
1. 耕地上的杂草导致农作物减产成本上升 2. 杂草破坏水域生态系统 3. 把外来植物引进到天然区域以外的区域，使得 景观受到破坏，减低旅游观光价值 4. 农作物、畜牧和森林病虫害造成减产和防治费 用增加。
转基因植物的释放及生态风险
转基因植物的潜在影响
1. 2. 3. 4. 5. 本身可能变成杂草 转基因植物可能使其野生近缘种变成杂草 转基因作物非目标效应 “终止子”技术的生物安全问题 对当地生物多样性的影响
请你想象一下：如果一种生物 既能够在冰天雪地里生长，又能在 炎炎烈日下定居；无论是面对盐碱 的土壤还是干燥的沙漠都毫不介意； 对于食物更是从不挑肥拣瘦，又特 别能挨饿……那么它在哪儿不能 “出人头地”呢？空心莲子草正是 凭借这一横练多年的“铁布衫”功 夫，才能如此得意地作威作福：它 抗逆性超强，不但不畏严寒酷暑， 而且就算死亡了，只要植株没有完 空心莲子草 全腐烂，待到时机成熟，依然 会复活为害；为了侵占尽可能大的地盘，它更是演化出水生、陆生两种生态 型，入侵时可以由陆至水，顺水而下，再由水至陆，是地地道道的“水陆两 栖江洋大盗”
植物的入侵与生物安全
生物入侵Biological Invasion
外来种Alien Species 入侵种Invasive species
基本概念
外来种：指那些本来不属于某一生态系统、但 通过人为或非人为的方式被引入到这一特定的 生态系统中的物种。 入侵种：那些对当地生态环境、生物多样性、 人类健康和经济发展造成或可能造成危害的外 来种，有时候也叫做“外来入侵种”。对于入 侵种而言，特指那些有害的外来种。 生物入侵：外入侵种的形成过程：传播、定居、 扩散、暴发危害等。
多子多福
水葫芦采用的又是另外 一种策略了。水葫芦拥有极 其强大的繁殖能力，甚至能 以有性和无性两种方式繁衍 后代，而在入侵的早期，无 性生殖更是主要的：每逢春 夏之际，水葫芦依靠匍匐枝 与母株分离的方式，每5天就 能克隆出一个新植株，用不 水葫芦 了多少时间它就能铺满整个 水域，在江南水域为祸不小。有诗语：“接天莲叶无穷碧”， 只可惜此“莲”非彼“莲”。水葫芦手拉手、根连根，喜欢 “聚众滋事”，形成绵延数十公里长的“绿岛”，淤塞河道、 影响通航，所以是当之无愧的“河道杀手”。
a.引起生物安全的理由
转基因植物可能会扩散到 种植区以外，成为杂草 转基因生物可能成为“入 侵的外来物种”威胁生态 其他生物的生存 外源基因可能与感染转基 因生物的某些细菌获病毒 杂交，重组出对人类或其 他生物有害的病原体。 有可能使杂草成为除不 掉的“超级杂草”
b.不引起生物安全的理由
扩散到种植区以外的转基 因农作物很快死亡。 转基因农作物要表现出新性状， 必须有一定的水、肥等条件， 以及配套的种植技术。 由于存在生殖隔离，转基因 农作物很难与其他植物杂交。
菊 花 锰 毒 百 日 菊 缺 锰 向 日 葵 缺 锰
香 豌 豆 缺 锰
紫 罗 兰 锰 毒
百 日 菊 锰 毒
环境污染对水分代谢的影响
1. 2. 3. 4. 5. 根部的水分外渗 污染引起根部Ph值升高或降低影响水分吸收 污染导致呼吸障碍，不能产生足够能量物质 污染损伤叶片，影响蒸腾作用 污染与细胞膜表面蛋白结合，导致生物膜的通 透性发生变化。
植物引种的基本原则
植物引种是人类为了满足自己的需要，
把外地植物的种类品种引入到新的地区，
扩大其分布范围的实践活动。它不仅是
古老农业中不可缺少的组成部分，而且
对农业生产的发展和栽培植物的进化都
起到了重大作用。在发展现代化农业中
引种仍然是潜力很大的领域。
引种 ( Introduction )
b.不引起环境安全的理由:
转基因不会改变生物原有的分 类地位,不会破坏生态系统的稳 定性。 转基因抗虫作物的种植,减少 了农药的使用量。 抗除草剂农作物的种植,减轻 了农田管理的负担,保护了农 田的土壤环境。 新闻报道不实，增加了公众 对转基因农作物的恐惧感。
理性看待转基因技术
1、首先认识到转基因技术的应用前景是非常广阔的，以基因工 程为代表的一大批生物技术成果，进入人类的生产和生活，特 别是在医药和农业生产上发挥了极大的作用。 2、要正视转基因技术带来的安全性问题，切实认识到个别 有害转基因生物的危害性，要趋利避害，而不能因噎废食。 3、完善相应的法令法规，利用法制手段确保转基因生物的安 全性。 如我国1993年制定的《基因工程安全管理办法》和 2002年颁布的《农业转基因生物标识管理办法》。 4、增强科学家的法制意思，提高科学家的研究道德水平 。
生物安全
1. 破坏自然生态系统和景观的完整性 2. 外域病虫害的入侵使得本地植物收到严重危害 3. 影响植物的遗传性。
破坏自然生态系统和景观的完整性
水葫芦（凤眼莲）
生态杀手： 加拿大一枝黄花
三裂蟛蜞菊
外域病虫害的入侵使得本地植物 受到严重危害
美洲斑潜蝇
松材线虫
松材线虫
松材线虫
松材线虫
环境污染对植物营养代谢的影响
1. 影响环境Ph值，减低环境中营养物质的有效性。 2. 污染物质抑制根系的呼吸作用，减低营养物质 吸收。 3. 污染物质抑制菌根形成，减低了植物吸收器官 的有效面积。
利用植物防治环境污染
1. 2. 3. 4. 植物对环境污染的粘附和固定 植物对污染物的吸收和同化 植物对污染物的分解 植物对污染物质提取 生长快生物量大 污染物质较低时也有较高的积累能力 体内能够积累较高浓度的污染物 具有较高的抗逆性质
凡是从外地或外国引进栽培植物或由本
地、外地或外国引入野生植物，使他们
在本地栽培，这项工作就叫引种。
中国栽培的农作物有600多种，其中373种来 自世界其他地方。 小麦、玉米、水稻、咖啡、马铃薯、西红柿、 椰子、香蕉等 龙柏、黑松、赤松来自日本，池杉、落叶松、 湿地松、香柏、绿干柏、广玉兰、刺槐来自 北美，桉树、银桦、木麻黄来自大洋洲，橡 胶树、金鸡纳树、来自热带北美。
中华十大名花的引种 梅花、牡丹、菊花、月季、杜鹃花、 兰花、山茶、荷花、桂花、水仙花。
植物引种的基本原则
气候相似性原则
温度：最低温度，最高温度Βιβλιοθήκη Baidu积温，温周期 安全原则 不能带来重大病虫害
环境污染与植物生态关系
环境污染对植物的影响
污染对植物光合作用的影响 污染对水分代谢的影响
讨论：转基因植物释放的风险评估
1. 2. 3. 4. 5. 对农业生态系统 增加杀虫剂的使用 产生新的杂草 产生新病毒 产生新的作物害虫 对非目标害虫产生伤害
讨论：转基因植物释放的风险评估
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 对自然生态系统 侵入新的栖息地 丧失物种遗传多样性 对非目标生物的伤害 生物多样性丧失 营养循环和地球化学过程的改变 初级生产力的改变 增加土壤流失
3 植物入侵带来的生态问题
入侵杂草的生态属性
生物安全
生态经济问题
入侵杂草的生态属性
1. 2. 3. 4. 5. 6. 具有r-选择者或杂草种的生活史策略 进化灵活度高，能适应各种环境 传播体的产量大，且传播力强 无性再生能力强 具有较强的竞争能力 具有他感作用，能抑制其他生物生长
吃得苦中苦，方为人上人
卑鄙的肉搏招术
有时候，入侵种为了成功地在 新殖民地安家落户，必须与土著种 作直接的“武力对抗”。这时候就 不能不提北美入侵性杂草 Centaureadiffusa了。它采取的是 “种间抑制”的手段来完成征服历 策略五：卑鄙的肉搏招术 程的。科学家们发现，这种杂草在 原产地亚欧大陆不会造成大的影响， 进入北美后却泛滥成灾，排挤了许 多土著种。原因就在于在原产地， 与C.diffusa共存的植物，其根系分 加拿大一支黄花 泌物可以抑制C.diffusa根系对磷的 吸收并抑制其生长；然而，新栖息地的类似植物，其生长反被 C.diffusa根系的分泌物所抑制。目前，我国的科学家们也发现， 加拿大一支黄花的根系同样能分泌抑制其他植物生长的化学物 质，通过这种卑劣的手段去挤占原属于土著种的领地。
植物的入侵与生物安全
外来入侵植物的编目
中国农业科学院 1995: 入侵植物数据库
李振宇等《中国外来入侵种》2002年.11月, 90 种
徐海根等 (2004): 《中国100种主要外来入侵物种
名录》, 其中有植物 60 种。
农业部外来入侵生物预防与控制研究中心：己入侵的主要农 业外来物种基本数据库 中国农业科学院 中国杂草信息网 131种, 王应政等 245 种,