第五章 生物对长期污染的生态效应与适应进化[PPT课件]

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三、污染条件下生物的分化与微进化
（二）影响植物污染抗性进化的生物因素
■ 生活史特征
■植物的种子库
■表型的可塑性
■植物的生殖特征
■植物的传粉系统
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三、污染条件下生物的分化与微进化
（三）生物对污染适应的代价
■生态代价（ecological cost）：对污染适应的生物，在进入 到正常环境中时，它的竞争力降低；同时还伴随有对温度、 水分、病虫害的抵抗能力下降。
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（四）遗传瓶颈与建立者效应
如果一个种群在某一时期 由于环境灾难或过捕等 原因数量急剧下降，就 称其经过了瓶颈（bottle neck）。 经过瓶颈后，如果种群一 直很小，则由于遗传漂 变的作用，其遗传变异 会迅速降低，最后可能 致使种群灭绝。另一方 面，种群数量在经过瓶 颈后也可能逐步恢复。 11
污染生态学
Pollution Ecology
第五章 生物对长期污染的生 态效应与适应进化
（Chapter 5: Ecologic responses and adaptative evolution under long-termed pollution ）
主讲：环境科学与工程学院 王宏镔 2013年11月4日
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遗传多样性水平降低的可能原因
■在污染条件下，种群的敏感性个体消失，这些个体 所具有的特异性遗传多样性也因此不复存在，从 而整个种群的遗传多样性水平降低； ■污染引起种群的规模减小，由于随机的遗传漂变， 降低了种群的遗传多样性水平； ■污染引起种群数量减小，以至于达到了种群的遗传 学瓶颈（bottle neck） ，即使种群最后实现了完 全的适应，并恢复到原来的种群数量时，由于建 立者效应（founder effects），从而造成遗传来源 单一，遗传变异性的来源也大大降低。
■生理代价（physiological cost）:指对污染适应的生物，在 某些生理性能上低于正常植物。 ■进化代价（evolutionary cost）:指对污染适应很好的植物在 其他环境中进化发展的灵活度降低，以致于可能失去适应 其他环境的可能性。 27
三、污染条件下生物的分化与微进化
（四）污染条件下生物分化与进化的一般趋势 ■污染大大加快了生物分化的进程。 ■污染条件是绝大多数生物从来没有经历过的新型环 境胁迫，生物对新环境的适应机制可能不同于自然 条件下的生物，对于后者是一个在已有遗传基础上 进行调整的问题，而对于前者则是一个从无到有的 遗传适应创建问题。 ■污染条件下，生物偏离了对一般自然环境的适应， 改为以对污染环境为主导对象的适应。 ■在污染环境中，没有适应潜力的，将被淘汰；而有 适应潜力的，将发生种群重建。
（段昌群, 1997）
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遗传上的适应性反应
不同污染经历后曼陀罗种群等位酶位点多样性变化
（段昌群, 1997）
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三、污染条件下生物的分化与微进化
（一）污染引起的种群分化过程 ■污染物作用下种群中敏感个体消失，种群规模减小；
■达到适应污染阈值最低要求的个体，不断扩大在种
群中的比例； ■抗性个体在种群中的比率扩大，并通过种群内的基 因重组，不断提高抗性水平；同时外来基因的流入， 提高种群的整体遗传多样性水平。
■污染物的直接毒害作用，阻碍生物的正常生长发
育，使生物丧失生存或繁衍的能力；
■污染引起生境的改变，使生物丧失了生存的环境；
■生态系统中的富集和积累作用，使食物链后端的生
物中毒而难以存活或繁育等。
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森林生态系统对污染的响应阶段
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森林生态系统对污染
（一）生物对污染适应的一般原理
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二、生物对污染的适应
（二）生物对污染的适应性反应 ■形态结构上的适应性反应 ■生理上的适应性反应
■遗传上的适应性反应
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形态结构上的适应性反应
不同适应性水平的小麦在重金属污染环境中的数量性状变化
(马建民，王焕校，1998)
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生理上的适应性反应
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遗传上的适应性反应
不同污染经历后玉米种群等位酶位点多样性变化
1. 生物对污染适应的两重性
生物对污染的适应，实际上包括两个方面:
■对污染引起的“自然”环境的改变（外环境的变化）
的适应以及对污染引起生物的生理变化
（内环境的变化）的适应；
■生物对污染物自身的适应。
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全球性污染条件的环境特点
■全新的“人造”环境；
■化学物质种类多； ■毒害大，选择作用强； ■成为重要的主导因子和限制因子。
（四）遗传瓶颈与建立者效应
建立者效应 （founder effect）：在建立 一个新种群时， 最初群体的大小 与遗传组成对新 建立种群的遗传 结构的影响。
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瓶颈效应反映一种极端典型的 遗传漂变现象
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滇池污染引起物种多样性的变化
（罗民波，段昌群等，2006）
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污染引起物种多样性降低的机理
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世界物种灭绝的趋势
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生物多样性(biodiversity)的四个层次
■物种多样性（species diversity） ■遗传多样性（genetic diversity） ■生态系统多样性(ecosystem diversity)
■景观多样性(landscape diversity)
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污染条件下生物在不同层次上的多样 性变化
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遗传漂变
遗传漂变(random genetic drift):一个小群体中，由于 偶然事件导致群体中基因频率的改变。 遗传漂变的特点： 1. 遗传漂变与抽取的样本数有关，样本数越小基 因频率的波动越大，样本数越大基因频率的波动 越小； 2. 环境条件的改变可能造成遗传漂变。环境使原 来群体的部分隔离, 造成基因频率的改变。
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内容提要
一、生物多样性的丧失
二、生物对污染的适应 三、污染条件下生物的分化与微进化
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一、生物多样性的丧失
■ 1994年12月29日，联合国大会49/119号决议 案宣布12月29日为“国际生物多样性日”。 ■ 1992年在巴西首都里约热内卢召开的联合国 环境与发展大会上，153个国家签署了《生 物多样性公约》。 ■从1995年起，联合国将每年的12月29日确定 为“国际生物多样性日”。 ■ 2001年根据第55届联合国大会第201号决议， 国际生物多样性日由原来的每年12月29日改 为5月22日。