生态学基础-种群生态学(huzj-03种群遗传学与异质种群理论).ppt

CONTENT OF ECOLOGY,Chapter 1 Introduction Chapter 2 Organisms and their environment Chapter 3 Population ecology Chapter 4 Community ecology Chapter 5 Ecosystem ecology,种群生态学,种群（population）与种群生态学（population ecology） 种群统计学（population statistics） 种群增长（population growth） 种群调节（population regulation）与生态学对策（ecological strategies） 种群遗传学（population genetics） 异质种群（metapopulation） 种群关系（Interaction between populations）,种群生态学,四、种群遗传学,1. 遗传变异 Genetic variation 2. 进化 Evolution 3. 物种形成 Speciation,1. 遗传变异,1.1 一些相关术语 1.2 哈文定律 Hardy-Winbergs law 1.3 遗传漂变 Genetic drift 1.4 遗传瓶颈 Genetic bottleneck 1.5 奠基者效应 Founder effect,1.1 一些相关术语,基因型与表现型 Genotype and phenotype 基因、基因型、表现型 基因：位于染色体上的遗传单位。 基因型：一个生物体的性状是很多的,那么,控制这些性状的全部基因就称为生物体基因型。 表现型：具有特定基因型的个体，在一定环境条件下，所表现出来的性状特征的总和。 基因型与表现型的关系 Phenotypic plasticity is the ability of the phenotype to vary due to environmental influences on its genotype. 表现型的可塑型：环境作用于基因型时，表现型所体现出来的变化能力。,1.1 一些相关术语,基因频率 Gene frequency 与基因型频率 genotype frequency 基因频率：在种群中某个基因所占的比例。 基因型频率： 在种群中某个基因型所占的比例。,Example,例如：设有一对等位基因A、a是从亲代中的AA和aa遗传而来，形成F1代为Aa，杂种1代经减数分裂后形成A和a基因分离，在F2代中自由组合，形成AA、Aa和aa三种基因型。现假如F2有N个个体，其中，有n1个个体为AA型，n2个个体为Aa型；有n3个个体是aa型。 请问3种基因型（AA、Aa和aa）和2种基因（A和a)的频率各是多少？,基因型频率 (GTF) GTF of AA: P1= n1 /N; GTF of Aa: P2= n2 /N; GTF of aa: P3= n3 /N. 基因频率 (GF),1.2 Hardy-Winbergs law,Hardy-Winbergs law（哈代-温伯格定律、哈文定律） 在一个很大的种群中，个体的交配完全随机，没有优先配对，没有其他因素干扰（如突变、选择、迁移或漂变等），则种群的基因频率和基因型频率在各代将保持不变。 The gene and genotype frequency in each generations will retain constant for a large population where individuals can copulate randomly and there are not disturbance of other factors such as mutation, selection, dispersal, and genetic drift.,1.3 Genetic drift,遗传漂变(Definition) Genetic drift is a random change in gene frequency arising through chance alone in small population. 是指基因频率在小的种群里随机增减的现象。 In large population, the disappearance chance of a gene due to death of one or some individuals is extremely low because other ones carried the same gene. In small population, the death of some individuals could lead to the disappearance of the gene carried on chromosomes of those individuals.,1.4 Genetic bottleneck,遗传瓶颈：种群遭到环境灾变和过度利用影响之后，其数量将急剧下降，这种情况下，种群将受到遗传瓶颈效应的影响。 种群经历遗传瓶颈后的后果 种群走向灭绝 种群崩溃后，数量又得到恢复，一些世代后，其遗传多态型仍将会很低。如印度豹(Cheetah)：3.2% of genes are polymorphic (10-43% for various other animals)，A bottleneck occurred somewhere between 3000 and 13 000 years ago (De Smet, 1993).,1.5 Founder effect,奠基者效应(Definition) 当一个种群是由一个或几个个体建立时，种群的遗传变异水平会很低，通常是那些在母种群中罕见的基因在种群中大量增加，我们把这一现象称为奠基者效应。 Example 南非布尔人亨廷顿舞蹈病高发率, one shipload of 20 immigrants in 1952。,2 进化,2.1 进化驱动力 2.2 自然选择的类型,2.1 进化驱动力,两种驱动力 自然选择 遗传漂变 两种驱动力比较 中性学说(Neutrality hypothesis，木村资生): 认为遗传变异完全是突变和遗传漂变的结果，不包括自然选择。 筛选学说(Sieve selection hypothesis): 认为遗传变异是突变、遗传漂变和自然选择的联合作用结果 (多数突变有害或中性，有利少见)。 平衡选择学说(Balancing selection hypothesis): 认为遗传变异完全是自然选择的结果。,2.2 自然选择的类型,稳定选择Stabilizing selection 定向选择Directional selection 分裂选择Disruptive selection,3 物种形成,3.1 物种形成过程 Speciation process 3.2 物种形成类型 Types of speciation,3.1 物种形成过程,地理隔离 Geographic isolation 独立进化 Independent evolution 生殖隔离 Reproductive isolation,3.2 物种形成类型,异域物种形成 (Allopatric speciation) 邻域物种形成 (Parapatric speciation) 同域物种形成 (Sympatric speciation),Diagram for three types of speciation,七、异质种群理论 no Metapopulation Theory,七、异质种群理论,异质种群概念 异质种群理论假设条件 异质种群模型 异质种群的应用,1 异质种群定义,1.1 异质种群：由经常局部性灭绝，但又定 居而再生的种群所组成的种群（Levin， 1970)。 1.2 局域种群（local population）：异质空 间中每个斑块中的种群。 1.3 局域灭绝与区域灭绝,2 异质种群理论假设条件,2.1 适宜的生境以离散斑块的形式存在； 2.2 生境斑块间的距离不能过大； 2.3 即使最大的局部种群也有灭绝的风险； 2.4 各个局部种群的动态不能完全一致。,空间上隔离，功能上联系,3 异质种群模型,3.1 模型方程 d Pd tmP(1-P)-eP Where P代表有种群定居的斑块比例，e灭绝参数，m侵占参数。 3.2 模型行为 如果P=1-e/m，异质种群平衡； 如果e/m1，玛他种群逐步灭绝。,4 异质种群的应用- 自然保护区设计,基于岛屿生物地理学理论的设计原则 （ Diamond等，1975，1976）,4.1 大、小？ 4.2 S