第七章遗传变异与保护061130

遗传变异与物种保护遗传变异与物种保护第第 七七 章章资源与环境学院 : 李景文Colby 等（ Science, 2001） 研究了我国大熊猫保护区建设现状，认为 大熊猫栖息地的片断化仍很严重，保护区建设的作用不大？ 1. 理解种群数量对物种遗传变异保护的意义2. 掌握和理解瓶径效应和有效种群的概念3. 理解种群的波动以及物种生存生境需要4. 掌握小种群保护的 MVP、 MDA的含义5. 理解小种群容易灭绝的原因本部分重点内容1 遗传变异的概念（ 1） 变异： 所谓变异是指同种生物不同世代或同一世代不同个体之间的差异。（ 2）遗传变异： 由于遗传物质的变化（如基因突变等）所造成的变异，一般是遗传的，这种变异称为遗传变异。一、遗传变异2. 遗传变异发生频率（ 1）点突变（基因突变）突变率： 发生突变的个体称突变体 ，突变体占观察的总个体数的比率称突变频率，简称突变率。基因突变率： 一般基因的自发突变频率都很低，大约在 10-4 10-9之间。 . 遗传变异与种群数量的关系例 :假定每代每个基因的平均突变率是 10-5，世界人口以 60亿（ 6x109） 计算，那么每代人在每一基因位点上就会产生突变的数量是多少？6 109个体 2基因 /位点 10-5突变率 /基因=120 000 个新突变4 基因重组基因重组 （ gene recombination） 是通过有性过程基因型形成过程。基因重组不改变基因本身，但新的组合可导致新的表型。基因重组与变异多样性基因重组可以引起变异的多样性。基因 基因重组 基因型 形状多样性例 1:对等位基因可能形成的基因型有 3种： AA Aa aa对等位基因可以产生的基因型有 9种（ 32）：AABB AABb AAbb AaBB AaBb aaBB aaBb Aabb aabb例 2: 根据等位基因的数量与基因型数量的关系式 Tg = 3N Tg 为基因型的数量， N为等位基因的数量如有 10对等位基因，那么就可得到 310 =59 049 种不同的基因型。 其中有 210 个是纯合子 ， 其余全是杂合子 。 、小结：自然种群的遗传变异的量与种群的数量是正相关变异个体的数量和特定物种种群数量相关。保持物种遗传稳定种群的质量，必须在一定的数量条件下才能实现，所以保护物种遗传变异需要研究种群的数量特征。1 探讨种群数量的意义：为了保护生物物种稳定存在，保持一个种群数量的适合值，维持其遗传变异和进化是保护生物学的一个重要内容 生物多样性保护面临的最直接的问题，就是物种数量的减少导致生存风险问题 种群数量大小和遗传变异性减少的过程以及结果 存在密切的关系。二、种群数量与物种保护2 小种群的 “ 瓶径 ” ( bottle neck)现象（ 1）瓶颈： 瓶颈就是物种种群由于自然或人为的因素发生崩溃后最小的种群数量 。该种群 对物种遗传变异保留的多少对物种遗传变异保留的多少 ，以及 在未来的时间里能否恢复 和 生物多样性的丰富程度 都起着关键作用，就象一个 “ 瓶颈 ” 一样 瓶径崩溃 恢复种群数量时 间波动灭绝物种种群下降发生瓶颈效应后可能的结果（ 2）如何认识 “ 瓶颈 ”瓶颈是种群的一种数量状态：对于瓶颈的理解可以是一个可观察的种群数量骤然减少后的最低值 。“瓶颈 ”效应是影响该种群数量变化的最关键的因素 ，它是物种种群处于数量最少，质量最低的状态，未来种群数量的变化完全受到瓶颈的限制，即瓶颈效应影响。瓶颈影响和物种的生物学与生态学特性相关 。（）瓶颈效应对于基因多样性的影响瓶颈事件的发生伴随着遗传变异性的丧失：质量上，瓶颈发生会使物种的等位基因丢失数量上，特定性状的变异量和变异能力减少或下降根据 WRIGHT-FISHER 模型Pt+1=(1-1/2N)P t即经过 1代后遗传变异的保存率为G=1-1/2N小种群 t代后仍保留下来的遗传变异的百分率（ %）种群数量（N）第 1 代 第 5代 第 10代 第 100代261020501007591.79597.59999.5246577889597.564260789095111836602 遗传漂变对小种群遗传变异的影响 对基因频率的影响由于遗传漂变的存在，基因频率在上下代之间发生变化，变化的大小与种群数量存在一定的关系：根据梅里尔的研究：基因频率变化的标准差与种群的数量存在以下关系： q2=pq / 2Nq2 ： 代表方差 p q代表等位基因的频率， N： 种群的数量种群数量和基因频率的变化标准差的关系种群数量 N标准差 1 2 3 5 10 20 50 1250q=（ pq / 2N）1/2 0.353 0.250 0.204 0.158 0.112 0.079 0.050 0.0103 统计随机性对小种群的影响出生率和死亡率 (近交衰退远交衰退 )性比的变化年龄结构的失调等4 环境随机性与自然灾害的影响抵御环境的变化能力减低自然灾害可能导致物种的灭绝长臂猿种群面临瓶颈效应的影响表 1 海南黑冠长臂猿分布区与种群数量动态TABLE 1. Distribution area and number dynamics of Hainan gibbon时 间 分 布 区 种 群 数 量17世纪后半叶陵水、会同、琼山、儋洲、崖洲等，分布很广（各地县志记载）不详20世纪初期 儋县、屯昌、琼海一线以南的广大地区 不详20世纪 50年代白沙、昌江、东方、乐东、崖县、陵水、保亭、琼中、万宁、琼海、屯昌、澄迈等 12个县有分布约 2000头60年代 在海南五指山、尖峰岭、霸王岭、鹦哥岭、吊罗山以及东方县 数量不详1978年 在海南主要林区的五指山、黎母山、尖峰岭、霸王岭、鹦哥岭等7-8群约 30头左右1982年 霸王岭、黎母山、鹦哥岭（五指山、尖峰岭的长臂猿绝迹）（霸王岭 1980成立长臂猿自然保护区时有长臂猿 2群 7头）约 30-40头1989年霸王岭自然保护区4群 21头2001年 霸王岭自然保护区 4群 22头霸王岭保护区长臂猿族群分布竹子开花的影响5小结 :小种群容易灭绝的原因遗传变异的丧失遗传漂变近交衰退远交衰退影响统计事件的影响 : 性比、种群波动和瓶颈效应影响抵御环境变化和自然灾害能力降低有效种群数量小经历瓶颈效应的小种群中，是否每经历瓶颈效应的小种群中，是否每个个体对于种群的恢复和发展都具有作个个体对于种群的恢复和发展都具有作用呢？用呢？什么是有效种群呢 ?三、有效种群1 有效种群：种群中对于后代基因库有影响的个体数量 2 有关的 Ne计算公式 ：Ne=4NmNf /（ Nm + Nf） Nm和 Nf分别是种群的雄性繁殖个体和雌性繁殖个体数量。例 3:现在考虑一群由 10个斑马组成的种群，1 其中 1个雄性 9个雌性。 种群的 Ne值为多少2 一个由 5个雄性和 5个雌性组成的种群 Ne值为多少不但如此，对后代群体遗传变异的影响也较大。有效种群和物种种群之间的数量关系？表表 种群年龄结构动态表种群年龄结构动态表TABLE dynamic of age structure of the Hainan gibbon population统计时间成年猿 婴猿、幼猿总 计雄性 雌性 雄性 雌性1989年 4 6 8 3 212001年 4 6 9 3 22该物种繁殖为一夫多妻制！在自然状态下，种群的数量是稳定的吗？3、种群波动、种群波动现实种群具有波动性，生态学的许多学科研究现实种群具有波动性，生态学的许多学科研究种群波动的问题，种群波动的问题， 尤其是在温带地区。尤其是在温带地区。当每一代种群的数量随时间发生变化时，有效种群的当每一代种群的数量随时间发生变化时，有效种群的大小就是各代有效数量的调和平均：大小就是各代有效数量的调和平均：1/Ne=1/t（ 1/N1+1/N2+1/ Nt） 野生动物管理实践中的一个典型情况就是把大型动物野生动物管理实践中的一个典型情况就是把大型动物限制在一个确定的面积内，一个合理的更大有效种群数量限制在一个确定的面积内，一个合理的更大有效种群数量的的 维持需要空间维持需要空间 或或 需要比原来所期望的更多的个体数量需要比原来所期望的更多的个体数量 。问题问题 : 1 维持种群的数量需要有一定的空间或面积维持种群的数量需要有一定的空间或面积