生物入侵的适应性进化及其影响

生物入侵的适应性进化及其影响

宣劲松

北京科技大学生物科学与工程系

1

外来物种入侵成功要经历存活定居繁

外来物种入侵成功要经历存活、定居、繁衍等几个阶段。在这个过程中有些外来种成功地适应了新生态环境变为归化种，而有些则由于不明原因而大规模地爆发。

外来种入侵最主要的选择压力来自环境条件的变化，入侵种需要不断地适宜新环境。

2

适应(adaptation)：指结构和功能上发生了可遗传的改变；

(acclimation)：指发生在植物个体生命史中驯化(li ti)指发生在植物个体生命史中无法遗传的生理修饰，逐渐暴露在逆境中会诱发植物的生理改变。

发植物的生改变

3

外来种如要实现迅速扩展，关键在于必须进行适应性进化，从而更能适应和有效利用当地的资源与环境条件，在竞争中占据主导地位而获得扩展。

4

●入侵种适应性进化的遗传学基础

●入侵种的适应性生理生态特征的体现

●入侵种的繁殖适应特性与对策

●入侵种适应性进化的影响

5

一、入侵种适应性进化的遗传学基础

6

外来入侵种的适应性机制往往表现出良好的生理生态耐受性或可塑性，并且入侵种的成

并且

功主要依赖于自然选择的适应性响应。

7

入侵种的适应性进化可用遗传学和分子遗传学的一些理论来加以解释。

传学的论来加解

如：基因组学、生物信息学等

8

生物入侵现象常常展示些有意义的进化问题：生物入侵现象常常展示一些有意义的进化问题：遗传特性如将要介绍的基因漂变、加性遗传变异、杂交等对于生物入侵的适应性进化都有重要意义，它们通过修饰入侵种的遗传结构而改变耐受行为，同时自然选择可以在源种群的遗传基础受行为同时

上通过变异、重排或杂交而加速生物入侵；

而且入侵种常常能够诱导本地种的一些进化行

诱导本地种的些进化行为。

9

1、遗传基因漂变

(genetic drift)：在任何一个群体基因漂变在任何个群体中，任何一个基因在世代传递的过程中出现的波动现象即为基因漂变。

10

如：决定某种遗传特征的基因有两种形式：A，a，在群体中的基因频率分别为0.6和0.4。由于群体很小，所以有可能在某时期可参与生殖的个体通通为aa基因以有可能在某一时期可参与生殖的个体通通为

型的个体，所以只要一个世代，A的基因频率就由原来的0.6变为0。

因此，在该群体中A基因形式的丢失与环境没有关系，而与群体大小有关，群体越小，漂变速度越快。

11

●群体中发生基因漂变可以导致某些基因的消失，从而改变了群体的遗传结构，使得入侵种有机可乘。

同时入侵种进入新的生态环境中表现出很强的

●

抗性适应，同其可遗传的抗性变化也有关，即遗传漂变也有助于增强外来物种对环境的适应性。

12

2、加性遗传变异(additive genetic variance, AGV)

对环境变化响应的适应性进化需要足够的加性遗传变异，入侵种源种群的AGV程度越高，性遗传变异入侵种源种群的程度越高则越有助于外来种入侵成功。

13

成功入侵前期所经历的时滞效应可有助于

积累足够AGV水平的需要以利于增强适应能力，积足够水的需利增适应能力提高其竞争性，加强入侵成功的可能性。

14

3、杂交(hybridization)

杂交(y)

外来物种种群与新的生态环境里原有土著种的种内和种间的杂交能够增加遗传变异、利于些优良性状的产生

于一些优良性状的产生。

如：加拿大一支黄花，落叶松

15

加拿大一支黄花

16

4、特殊基因

少数基因能对生物入侵产生重大影响。

少数基因能对生物入侵产生重大影响

如：20世纪40年代从南美入侵美国东南地区的火蚂蚁，其中有一个基因影响该入侵种的社会组织能力，使得其具有巨大的群体。

使得其具有巨大的群体

17

火蚂蚁

18

同样少数基因也影响一些植物的扩张范

同样，少数基因也影响些植物的扩张范围，QTL mapping表明异源多倍体石茅高粱的少数基因与影响其蔓延的特性（如生长、分布少数基因与影响其蔓延的特性（如生长分布以及生存等）紧密相关。

19

5、外来种基因与环境的相互作用

环境与基因型的相互作用会导致外来种在

入侵不同的环境时出现多样性选择。

如：选择不同的寄主导致苍蝇的形态和生理上的差异。因为苹果比山楂成熟早而且成熟时外部温度高，所以苹果蝇要比山楂蝇提前进行季节性分布，并有高温适应的特性。

20

基因组重排

6、基因组重排

这是入侵事件中的适应性进化的重要基础。

如：有些果蝇的特定染色体重排的频率同温度适应性有关

性有关。

21

二、入侵种的适应性生理生态特征的体现

22

基因作为遗传物质是自然选择对入侵种起作用●

的生物学基础。

入侵植物种的适应性主要表现为

●对资源的吸收与利用能力，包括：新陈代谢、气体交换等生理生态特征。

理生态特征

23

●适应的内容包括对环境梯度(如温度、湿度、

光周期、气候、土壤等)的适应性，以及在定

光周期气候土壤等的适应性以及在定居、建群、繁殖、扩展过程中对竞争者、捕食者等作出的适宜响应(如形态、生理、习性及

如形态生理习性及

可塑性发生的改变或变异)。

●特别是外来种对于突发环境胁迫的生理耐受力及其散布能力往往同入侵成功直接相关，这是外来种在适应性生理生态特征中的关键性能，也是适应性进化的重要表现。

24