第十二章生物多样性研究进展(电子教案)

1《植物科学研究专题之十二》生物多样性研究进展教学目的要求：了解生物多样性现状、生物多样性研究进展。教学重点：生物多样性现状、生物多样性研究进展。教学难点：生物多样性研究进展。教学时数：2学时教学方式：多媒体，讲授。教学过程：一、生物多样性概述20世纪后叶生命科学各领域取得了巨大的进展，特别是分子生物学的突破性成就，使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化，很多科学家认为在未来的自然科学中生物科学将成为带头学科，甚至预言本世纪是生物学的世纪。从事生命科学研究的专业人员也越来越多，例如，在美国近年统计48万博士学位获得者中从事生命科学的占51％。在生物诸多的分支中，保护生物多样性是当前生物科学最紧迫的任务之一，也是全球生物学界共同关心的焦点问题之一。据可靠的数据说明每天约有100多种生物在地球上绝灭，很多生物在没有被人类认识以前就消亡了，这对人类无疑是一种悲哀和灾难。保护生物多样性的行动势在必行、迫在眉睫。生物多样性（Biodiversity）是近年来国内外最为流行的一个词汇。由于自然资源的合理利用和生态环境的保护是人类实现可持续发展的基础，因此生物多样性的研究和保护已经成为世界各国普遍重视的一个问题。现在无论是联合国还是世界各国政府每年都投入大量的人力和资金开展生物多样性的研究与保护工作，一些非政府组织也积极支持和参与全球性的生物多样性的保护工作。（一）生物多样性的意义1、自然资源与生物资源自然资源是指自然界中人类可以直接获得并用于生产或生活中的各种物质的总和。自然资源一般是指天然存在的自然物。自然界的任何部分，包括土壤、水、森林、草原、矿物、野生动植物等物质，凡是人们可以用于改善自己生产或生活状况的，均属于自然资源。1972年联合国环境规划署将自然资源定义为“在一定的时间条件下，能够产生经济价值、提高人类当前和未来福利的自然环境因素的总称。随着生产力水平的发展和人类社会的进步，自然资源的范围将不断扩大。例如，过去被认为属于外在因素的空气、自然风景等，现在已经属于自然资源的范畴。自然资源的比较确切的定义为：在现有的生产力发展水平和研究情况下，为了满足人类的生产和生活需要而被利用的自然物质和能量（金鉴明等，1991）。地球上的自然资源一般包括以下几种类型：1.气候资源：包括空气、热量、光线、风、降水等。2.水资源：包括地上水（江、河、湖、海）与地下水两部分。3.矿物资源：金、银、铜、铁等各种金属矿物，各类石，及各种可做建筑的岩2石。4.能源：包括太阳能、煤、石油、天然气、核能等。5.生物资源：生物资源是自然资源的一个重要组成部分。是有生命的自然资源。包括动物、植物、菌物和微生物。2、生物多样性的价值生物资源也就是生物多样性，有的生物已被人们作为资源所利用，另有更多生物，人们尚未知其利用价值是一种潜在的生物资源。生物多样性的价值往往不被人们所重视，一般人们利用生物资源时，没有经过市场流通而直接被消费，只是取而用之而已。生物多样性具有很高的开发利用价值，在世界各国的经济活动中，生物多样性的开发与利用均占有十分重要的地位。生物多样性的价值主要体现在以下几个方面：（1）直接价值（directvalue）：也叫使用价值或商品价值。是人们直接收获和使用生物资源所形成的价值。包括消费使用价值和生产使用价值两个方面。①消费使用价值：指不经过市场流通而直接消费的一些自然产品的价值。生物资源对于居住在出产这些生物资源地区的人们来说是十分重要的。人们从自然界中获得薪柴、蔬菜、水果、肉类、毛皮、医药、建筑材料等生活必需品。尤其在一些经济不发达地区，利用生物资源是人们维持生计的主要方式。②生产使用价值：指商业上收获时，用于市场上进行流通和销售的产品的价值。（生物资源的产品一经开发，往往会具有比其自身高出许多的价值，常见的生物资源产品包括：木材、鱼类、动物的毛皮、麝香、鹿茸、药用动植物、蜂蜜、橡胶、树脂、水果、染料等）。（2）间接价值：生物资源的间接价值是与生态系统功能有关，它并不表现在国家的核算体制上，但它们的价值可能大大超过直接价值。而且直接价值常常源于间接价值，因为收获的动植物物种必须有它们的生存环境，它们是生态系统的组成成分。没有消费和生产使用价值的物种可能在生态系统中起着重要作用，并供养那些有使用和消费价值的物种（陈灵芝，1994）。生物多样性的间接价值包括:①非消费性使用价值：保护生物资源可以为人类社会带来日益增长的利益，这种效益因地域和物种的不同而各不相同。②选择价值：保护野生动植物资源，以尽可能多的基因，可以为农作物或家禽，家畜的育种提供更多的可供选择的机会。③存在价值：有些物种，尽管其本身的直接价值很有限，但它的存在能为该地区人民带来某种荣誉感或心理上的满足。④科学价值：有些动植物物种在生物演化历史上处于十分重要的地位，对其开展研究有助于搞清生物演化的过程。如一些孑遗物种（银杏）。3、生物多样性的重要意义（1）生物多样性是人类社会赖以生存和发展的基础。我们的衣、食、住、行及物质文化生活的许多方面都与生物多样性的维持密切相关。首先，生物多样性为我们提供了食物、纤维、木材、药材和多种工业原料。我们的食物全部来源于自然界，维持生物多样性，我们的食物品种会不断丰富。人民的生活质量会不断提高，从温饱型向小康型转变。生物多样性还在保持土壤肥力、保证水质以及调节气候等方面发挥了重要作用。黄河流域曾是我们中华民族的摇篮，在几千年以前，那里还是一片十分富饶的土地。树木林立，百花芬芳，各种野生动物四处出没。3生物多样性在大气层成分、地球表面温度、地表沉积层氧化还原电位以及pH值等方面的调控方面发挥着重要作用。例如，现在地球大气层中的氧气含量为21%，供给我们自由呼吸，这主要应归功于植物的光合作用。在地球早期的历史中，大气中氧气的含量要低很多。据科学家估计，假如断绝了植物的光合作用，那么大气层中的氧气，将会由于氧化反应在数千年内消耗殆尽。生物多样性的维持，将有益于一些珍稀濒危物种的保存。我们都知道，任何一个物种一旦灭绝，便永远不可能再生。今天仍生存在我们地球上的物种，尤其是那些处于灭绝边缘的濒危物种，一旦消失了，那么人类将永远丧失这些宝贵的生物资源。而保护生物多样性，特别是保护濒危物种，对于人类后代，对科学事业都具有重大的战略意义。野生生物资源的意义具体表现在:①野生生物遗传资源对现代农业的贡献野生生物的抗性（抗病性、抗旱性等）比栽培种强得多，把遗传缘种抗性基因引入驯化或栽培种，能大幅提农业生产力水平。②野生传粉动物对作物的贡献：我国700多万群家养蜜蜂和近万种野生蜜蜂是虫媒植物繁衍后代的“红娘”，尤其对多种农作物，果树、牧草、蔬菜和很多其它经济植物的产量和质量提高立下了汗马功劳。③利用生物多样性防治病虫害：生物多样性丰富的地区，一般不易发生灾难性病虫害。原因是：生态系统中食物网各营养级上的生物都是相互制约的，任何一物种都不可能无限增长，故处于平衡状态。人类活动，使食物网受破坏，病虫害不时大发生，带来巨大经济损失和生态灾难。④在医疗卫生方面的价值：世界卫生组织统计表明：发展中国家有80％的人靠传统药物治疗疾病，发达国家有40％以上的药物源于自然资源，中国有记载的药用植物达5,000多种。⑤在工业上的贡献：工业的原材料：木材、纤维、橡胶、造纸原料、天然淀粉、油脂等；能源:原油、煤、天然气。二、生物多样性现状（重点介绍我国的生物多样性状况）世界生物多样性状况：从动物到真菌，世界上的物种种类纷繁复杂，目前科学家还不能确切指出地球上到底有多少个物种。据估计全世界物种数量多达一亿种而迄今只有约一百八十万种被命名，我们人类也只不过是这万千物种中的沧海一粟。我们通过下表对世界物种概况进行了解。4世界生物种类概况项目类群描述物种的数目合计动物脊椎动物哺乳动物鸟类爬行动物两栖动物鱼类4842993281345578281009500070000400001302001190200无脊动物昆虫类软体动物甲壳类其他植物双子叶植物单子叶植物裸子植物蕨类苔藓类藻类19935059300980130251500030000317655真菌（包括地衣＼细菌）真菌地衣细菌45000100004000550004000总计1623441*田兴军主编：生物多样性及保护生物学我国的生物多样性状况（选自《2010年中国生物多样性发展及保护研究报告》）中国是生物多样性特别丰富的国家之一。据统计，中国的生物多样性居世界第八位，北半球第一位。同时，中国又是生物多样性受到最严重威胁的国家之一。中国的原始森林长期受到乱砍滥伐、毁林开荒等人为活动的影响，其面积以每年0.5×104km2的速度减少；草原由于超载过牧、毁草开荒的影响，退化面积达87×104km2。生态系统的大面积破坏和退化，不仅表现在总面积的减少，更为严重的是其结构和功能的降低或丧失使生存其中的许多物种已变成濒危种或受威胁种。高等植物中有4000种-5000种受到威胁，占总种数的15％-20％。在《濒危野生动植物种国际贸易公约》列出的640个世界性濒危物种中，中国就占156种，形势是十分严峻的。中国是近年来经济发展速度最快的国家之一，在很大程度上加剧了人口对环境特别是生物多样性的压力。如果不立即采取有效措施遏制这种恶化的态势，中国的可持续发展是不可能实现的，甚至会威胁到世界的发展与安全。我国积极参与全球性生物多样性保护行动，早在1992年就参加了在巴西召开的联合国环境与发展大会，并在《生物多样性公约》（以下简称《公约》）上签字。继而，中国政府批准了这个《公约》，并履行承诺的义务；成立了国家履行《公约》工作组，协调我国的履约工作；分别于1994年和1997年完成了《中国生物多样性保护行动计划》和《中国生物多样性国情报告》，并正式发布。同时，加强物种保护和自然保护的法规建设，并陆续启动了天然林保护工程等有关生物多样性保护的工程。三、生物多样性研究进展53.1生物多样性与生态系统功能关系研究生态系统功能即是生态系统整体在其内部和外部的联系中表现出的作用和能力。随着能量和物质等的不断交流，生态系统亦产生不断变化和动态的过程。生物多样性的根本功能是提供生态系统服务（包括生态服务和生态产品），而生态系统服务是人类社会生存和发展的基本生命支持条件，但由95个国家1300多名科学家历时4a完成的《千年生态系统评估报告》（李延梅等，2009）却显示，在评估的24个生态系统中，有15个生态系统正在退化或者处于不可持续利用状态。生物多样性变化对生态系统功能具有很大的影响，并且可能对人类社会所依赖的生态系统的产品和服务产生十分重要的直接影响。这就迫切需要人们进一步研究生物多样性变化对生态系统产品和服务产生的影响。因此，生物多样性变化与生态系统服务的研究已成为生物多样性科学研究的重点内容（李延梅等，2009）。3.2生物多样性和生态系统服务服务功能及其价值评估生态系统服务价值是指人类直接或间接从生态系统得到的利益，主要包括向经济社会系统输入有用物质和能量、接受和转化来自经济社会系统的废弃物，以及直接向人类社会成员提供服务（如人们普遍享用洁净空气、水等舒适性资源）。生物多样性在基因、物种、生态系统等层次形成了不同层次不同价值类型之间复杂多样的组合。通过对生物多样性的经济价值的评估，可以确定生物多样性的保护－利用系统，还可为受害生态系统中生物多样性恢复与改建和生态规划提供依据，并且为生物资源的管理和持续利用提供参考。但生态服务价值的评估起步较晚，仅有20a～30a的历史（李延梅等，2009）。尤其是20世纪90年代后期，随Daily主编的《自然的服务-社会对自然生态系统的依赖》（DailyGC，1997）以及Constanza等的文章《世界生态系统服务与自然资本的价值》（CostanzaR，1997的发表，将生态系统层次的服务价值评估研究被推向了高潮。但在DIVERSITAS2004年发布的“生物可持续性（bioSUSTAINABILITY）”科学计划与实施战略和IUCN2009年～2012年的战略计划中都明确指出，目前的经济并不是普遍支持可持