森林生态系统的生物多样性
2、染色体检测
染色体是遗传物质的载体,是基因的携带 者。与形态学变异不同,染色体变异(畸变) 必然导致遗传变异的发生,是生物遗传变 异的重要来源。 除了数目和结构上的变异外,染色体水平 上的多样性还可体现在染色体的形态(着丝 点位置)、缢痕和随体等核型特征上,这些 特征的变异使种内出现细胞型的多样性。 随着染色体研究技术的不断发展,如分带 技术、细胞原位杂交方法的应用,无疑能 在染色体水平上揭示出更多的遗传多样性。
②另一类是根据多基因决定的数量性状,如习性、 物候、结实量、种子萌发和休眠、生活力等。然 而,由于这些数量性状既受遗传因素的控制也受 环境条件的影响,加上决定这些性状表达的都是 一些效果微小、交互作用明显的多基因系统,研 究的困难很大。 但由于这类表型性状的变异往往具有适应和进化 上的意义,对其进行研究不仅能初步了解类群遗 传变异的大小,更有助于了解生物适应和进化的 方式,机制及其影响因素,因此,不少研究试图 从形态学水平上对稀有种和广布种的遗传变异进 行对比研究。
三峡大坝生物多样性
三峡工程导致长江水文情势改变、水库淹 没和移民搬迁,成为影响生物多样性的直 接的、主要的因素。 三峡库区有144 个植物群系,6388 种高等 植物,3418 种昆虫,500 种陆生脊椎动物。 其中 36个植物群系受到部分或全部淹没影 响,4种地方特有植物的野生种群遭到淹没 (1种全淹,3种部分淹没)。
③RAPD(random amplified polymorphism,随 机扩增多态DNA)技术 是第二代分子标记技术,它是用人工合 成的长度为l0个碱基随机序列引物对目的 DNA进行PCR扩增,扩增的结果用琼脂凝 胶电泳检测的一种分子标记技术。近年来 它已经成为一种研究遗传多样性的一种有 力的工具。但是RAPD的重复性问题曾经引 起了一些讨论:引物的浓度、模板的浓度及 纯度、聚合酶以及缓冲系统的种类,Mg的浓 度以及扩增程序等问题都可能影响扩增结 果。大量的研究结果表明,采用相同的扩 增程序和反应体系及相同的PCR仪可以很好 地解决这个问题。
物种多样性与生态系统多样性测度
物种、群落、和生态系统三者紧密相连,是生
命系统构成的不同等级。 因而在多样性测度时往往只按测定的范围大小分 为三个空间尺度:α多样性,β多样性,γ多样性。
【α多样性指数】主要关注局域均匀生境下的
物种数目,因此也被称为生境内的多样性 (within-habitat diversity) .
森林生态系统
是地球陆地生态系统的主体,我国具有热带、热 带、暖温带、温带和寒温带森林生态系统,也是 生物物种资源最丰富,最多样的系统。 我国森林生态系统具有复杂的层次结构,巨大的 生的产量和强大的物质和能量交换能力,在维持 生态平衡方面具有重要的作用。 其生物物种是经过漫 长岁月的自然演化而生存下 来的,具有独特的适应生存环境的本领和遗传基 因的多样性,抗逆性、蕴藏着巨大的生产潜力。
平均期望杂合度(He)
表示在满足遗传平衡条件下,每个个体带有杂合 位点的比例或者在每个位点上呈杂合状态的个体 的比例。 以变异水平较低的鸟类为例,其平均多态位点比 例为0. 14;平均期望杂合度为0. 042,也就是说, 假如鸟类平均有1万个结构基因,则应有1450个基 因位点是多态的,平均每个个体大约有420个位点 是杂合的,因此每个个体都具有产生2420种不同 配子的潜力,由这些配子组合成的基因型种类无 疑是个天文数字。这正是自然界无法找到两个遗 传基础完全相同个体的原因。
【γ多样性指数】描述区域或大陆尺度的多样性,
是指区域或大陆尺度的物种数量,也被称为区域 多样性(regional diversity)。 控制γ多样性的生态过程主要为水热动态,气候和 物种形成及演化的历史。
主要指标为物种数(S)
多样性指数是反映丰富度和均匀度的综合指标。 应指出的是,应用多样性指数时,具低丰富度和 高均匀度的群落与具高丰富度与低均匀度的群落, 可能得到相同的多样性指数。
( 1 ) Gleason index and Margalef index a. Gleason(1922)index D=S/lnA 式中A为单位面积,S为群落中的物种数目。 b. Margalef(1951,1957,1958)index D=(S-1)/lnN 式中S为群落中的总数目,N为观察到的 个体总数。 (2)Simpson’ diversity index D=1-ΣPi2 式中Pi种的个体数占群落中总个体数的比例。 (3)种间相遇机率(PIE)index D=N(N-1)/ΣNi(Ni-1) 式中Ni为种i的个体数,N为 所在群落的所有物种的个体数之和。 (4)Shannon-wiener index H’=-ΣPilnPi 式中Pi=Ni/N 。 (5)Pielou均匀度指数 E=H/Hmax 式中H为实际观察的物种多样性指数,Hmax为最大的物 种多样性指数,Hmax=LnS(S为群落中的总物种数)。
【β多样性指数】指沿环境梯度不同生境群落
之间物种组成的的相异性或物种沿环境梯度的更 替速率也被称为生境间的多样性(betweenhabitat diversity),控制β多样性的主要生态因子 有土壤、地貌及干扰等。 不同群落或某环境梯度上不同点之间的共有种越 少,β多样性越大。 意义:①它可以指示生境被物种隔离的程度;②β 多样性的测定值可以用来比较不同地段的生境多 样性;③β多样性与α多样性一起构成了总体多样 性或一定地段的生物异质性。
3、分子检测
1)等位酶水平
等位酶是由单位点上等位基因编码的同工酶,是 借助于特定的遗传分析方法确定的一种特殊的同 工酶。
等位酶方法不仅能定量地估计遗传变异水平的高 低,还可以有效地度量居群的遗传结构,即遗传 变异在居群中的分布。了解居群的遗传结构对进 化和保护生物学研究尤为重要。因为不同的居群 遗传结构是各种进化因素共同作用的结果,决定 了物种保护应采取什么样的策略和措施。
②AFLP(amplified fragment length
polymorphism,扩增片段长度多态性)技术 是另一种PCR和RFLP相结合分子标记的技术, 其基本思想是对基因组DN A酶切片段的选择性扩 增,进行AFI一分析前要把DNA用适合的限制性 内切酶消化,然后接上人工合成的双链接头,作 为PCR扩增的模板。扩增后用聚丙烯酞胺变性胶 凝胶电泳。电泳结果可以通过银染、荧光或放射 自显影等方法观察。 优点是方便、可靠,是一种很好的分子标记技 术。在构建遗传图谱、定位克隆基因、检测遗传 多样性及居群的遗传结构方面都是很好的研究手 段,同时AFLP是一种专利技术,价格昂贵,对操 作人员的要求较高。对DNA的纯度和内切酶的质 量要求较高,因此它的使用范围还是受到一定的 限制。
遗传多样性的检测
遗传多样性是生物多样性的重要组成部分, 从某种程度上说它是生态系统多样性和物 种多样性的基础和核心。 遗传多样性可以表现在多个层次上,如分 子、细胞、个体等。在自然界中,对于绝 大多数有性生殖的物种而言,种群内的个 体之间往往没有完全一致的基因型,而种 群就是由这些具有不同遗传结构的多个个 体组成的。
染色体分带技术是将某物种染染色,在荧 光激发下染色体臂会显示出不同的带型,如G带, C带,N带等,可明确鉴别许多物种核型中的任一 条染色体。此外,染色体结构变异如缺失、易位, 非整套染色体变异如缺体、单体、三倍体等都各 有其特定的细胞学特征,也可作为一种细胞标记。 核型是指把动植物、真菌等的某一个体或某一分 类群的体细胞内整套染色体显微摄影后再放大照 片,按照染色体相对长度、臂指数、着丝粒指数、 染色体臂数等4个参数将所有染色体作系统排列, 可代表一个物种的染色体特征。
1、形态学(表型)检测
①是符合孟德尔遗传规律的单基因性状如豌豆的 花色、种子形状,果蝇的眼色、翅形,人类的 ABO血型等;居群中出现的一些稀有突变如植物 的白化、花柱异长等。 由于生物居群中这类单基因性状很少,而且一些 稀有突变往往对生物体具有有害。如致死、半致 死,故传统方法所利用的形态标记只能代表极少 数的基因位点,而且这些位点都是多态的,故利 用表型性状检测出的基因位点十分有限,而且这 些位点都是可变的(多态的),因此无法知道基因 组中不变位点的比例,也就无法客观地度量遗传 变异的大小。
森林生态系统的生物多样性
马嫣然
生物多样性b io d iv e r s ity
指一定范围内多种多样活的有机体(动物、 植物、微生物) 有规律地结合所构成稳定的 生态综合体。 包括动物、植物、微生物的物种多样性, 物种的遗传与变异的多样性及生态系统的 多样性。 通常由遗传多样性、物种多样性和生态系 统多样性三个组成部分。
多态位点比例(P)和平均期望杂合度(He)均是
衡量遗传多样性水平的指标。
多态位点 polymorphic loci
等位基因间特定位点上DNA序列存在的差异性。
杂合性heterozygosity
在同源染色体上的一个或多个位点上有不同等位 基因存在的状态。
多态位点比例(P)
表示多态位点(有2个以上等位基因的位点)在总位 点中所占的比例;
④微卫星标记
微卫星是指在真核基因组普遍存在的,以1-5 个碱基的重复单位组成的串联重复序列,又称 SSR (simple sequence repeat )。 微卫星在真核基因组非常丰富,长度可达 150bp,每10kbpDNA至少有一个微卫星序列,进 行微卫星分析时首先要设计一个对特定微卫星位 点的PCR引物,然后用引物扩增相应的微卫星片 段后,再在聚丙烯酞胺变性胶上进行电泳分离, 经染色或放射自显影后检测PCR产物长度的变化。 而引物的设计是最费时的一个步骤,微卫星标记 具有选择中性、重复性高及检测位点数多的特点, 它在遗传多样性研究中具有巨大的潜力。
(1)Whittaker指数(βw) βw=S/mα-1 式中:S为所研究系统中记录的物种总数;mα 为各样方或样本的平均物种数。 (2)Cody指数(βc) βc=[g(H)+l(H)]/2 式中:g(H)是沿生境梯度H增加的物种数目; l(H)是沿生境梯度H失去的物种数目,即在上 一个 梯度中存在而在下一个梯度中没有的物种数目。 (3)Wilson Shmida指数(βT) βT=[g(H)+l(H)]/2α 该式是将Cody指数与Whittaker指数结合形成的。 式中变量含义与上述两式相同。