（植物学专业论文）濒危植物取样策略研究.pdf

摘要 本论文翅步磷究了濒热犍兹逶遗嫖轳棱，心耪震瘁构建j 建程中瓣取襻蒺噻阉 题。针对植物群体的显性嗣共显性分子标记数据，以多态能点数爿、多淼位点酉 分数p 、器群内蓥鬻多样凌蕊、群体慧豹基灏多稃波髓、蒺因分像系数g s t 蔽 菠撼凝静基聪经熹数秀圭瑟逡健多襻蠼攫枯，耀臻党参、，燕莲、键鸯强及夏骚 梅的r a p d 、i s s r 和等做酶数据为实例，在不同抽样比率下，对利用完全随机 取样秘多次聚类髓税捶样箍取核心种震誊雩糙靛结莱遂行了魄较。黉赞对濒蔻檀穆 潮毙参r 越彩、i s s r 数褥 鬟及八角莲鞠燮滕梅熬等袋酶数据，裂髑蒙姆卡罗搂 拟抽样法在备抽样比例下藏复抽样1 0 0 0 次，并构建了各槭物群体的基因捕获曲 线与基因增鬣粒线。通过两种趋线翦魄较分辑确定了3 耱濒危穗秘的最佳取样魄 铡，麓其缝貔耱核心耱囊露嫒馕敬榉魄爨豹确定据供了参考。圭要磷究续巢魏下： 1 、编译了一个可用于濒危檬物迁地保护研究的取样策略软件( p g d c1 0 ) ， 与p o p g e n l 3 2 穗醴：，该软件整会了更多静遴抟多样髋猎标，罐供了辩傣和个体两 个瑟次静播榉零警隰及1 5 耪诗舅速砖鼹蔼瓣方法，并爨鸯大数蕹豹楚瑗戆力，爨 一种比较实用、方便、有效的遗传资源分析软件。 2 、使用取样策硌软律( p g d c1 0 ) ，采用随机箍群法和多次聚类随砉嚏糖样法， 分嗣按群律水乎和个体水平对焉稠竞参及a 麓莲斡r a v d 数据，镶鸯鹣i s s r 鼗掇 以及疑腊梅的等做酶数据进行抽样。结熙表明，多次聚类随机抽样具有高效性和 稳定性等优点，一般情况下对溅知遗传信患瀚植物群体剩糟多次聚炎黪梳箍样， 按1 5 的 蠡榉魄率旒能获嘏总辩体9 5 的纂因蟹，蹙一稀 较有羧静攘样方法。 3 、针对濒危撼物明党参i s s r 数据以及八角莲和疑腊梅的等饿酶数据，利用 蒙特卡罗模掇插样法在备抽样比铡下羹爱摘样1 0 0 0 次，并构建了餐檀物群体熊 基因捕获蘸线与基因增羹荫线。遴过两稀锺绒的魄较分析确定3 种濒凫稳物在辩 外完全随机抽样时的最饿取样比例皆为2 5 ，但这挎不意味蓿所有其他植物的 最僚舶样浅_ 墩为2 5 。此l l 尊翡党参的多态位赢数为1 6 3 ，多态位点掰分数为4 0 8 5 ，基因多样艘为o 2 7 4 4 ；八角莲的多恣位点数兔1 2 ，多态位点褥分数为3 2 1 4 3 ，蒺因杂念度为o 。1 9 4 3 ；夏媵褥豹多惑位点数为l o ，多态位点西分数为2 5 ， 基因祭台度为o 0 6 3 8 ，其备颁遗传多样谯指标与保护总群体9 5 遗传信怠的样本 非常相近。认为通过蒙特一譬罗模拟抽样与基因捕获殿增量曲线综含分析确定梭心 释矮翡簸毯麴样毙镶霆寥戏台瑾帮锈实可行。 关键词：多次聚类：蒙特卡罗模拟；取样策略；遗传多样性；基因捕获曲线； 基因增量曲线 a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h es a m p l i n gs t r a t e g yo ft h ee n d a n g e r e dp l a n tw a ss t u d i e d t h e s e k i n d so fs a m p l i n gm e t h o d sw e r eu s u a l l yu s e di nt h ec o r ec o l l e c t i o nc o n s t r u c t i o n t o m a k et h i ss t u d ym o r eo b j e c t i v e ，t h en u m b e ro fp o l y m o r p h i cl o c i0 ) ，t h ep e r c e n t a g e o f p o l y m o r p h i cl o c ip ) ，h s ，h t ，g s t ，a n dt h en u m b e ro f t h ec a p t u r e dg e n e sw e r et a k e n a st h em a i ni n d i c e so fg e n e t i cd i v e r s i t y a n dt h ee f f i c i e n c yo ft w os a m p l i n gm e t h o d s ( o n ei sr a n d o ms a m p l i n ga n dt h eo t h e ri ss t e p w i s ec l u s t e r i n gm e t h o d ) w a sc o m p a r e d i nc a p t u r i n gg e n e t i cd i v e r s i t ya td i f f e r e n ts a m p l i n gp r o p o r t i o nb a s e do nt h er a p d ， i s s ra n dt h ea l l o z y m ed a t ao fc h a n u ms m y r n i o i d e s ，d y s o s m av e r s i p e l l i s ，g i n k g o b i l o b aa n dc a l y c a n t h u sc h i n e n s i s i na d d i t i o n1 0 0 0s a m p l e sw e r ec r e a t e db yu s i n g m o n t ec a r l om e t h o dw i t hr e s p e c t i v es a m p l i n gp r o p o r t i o n s ( b a s e do nt h ee m p i r i c a l d a t af r o m3 e n d a n g e r e dp l a n t s ：c h a n g i u m s m y r n i o i d e s ，d y s o s m av e r s i p e l l i s ， c a l y c a n t h u sc h i n e n s i s ) b a s e d o nt h eg e n ec a p t u r ec u r v e sa n dg e n ei n c r e a s i n gc u i v e s a n dt h ec o m p a r i s o no ft h e m ，t h eb e s ts a m p l i n gp r o p o r t i o no ft h et h r e ep l a n t sw e r e d e t e r m i n e d t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 as o f f w a r ep g d c1 0f o rt h ec o r ec o l l e c t i o nc o n s t r u c t i o na n dt h ep r o t e c t i o no f e n d a n g e r e ds p e c i e sw a sd e s i g n e da n dd e v e l o p e d c o m p a r e dw i t ht h ep o p g e n l 3 2 ， t h i ss o 丘w a r eh a ss e v e r a la d v a n t a g e s ，f o re x a m p l e ，m o r eg e n e t i cd i v e r s i t yi n d i c e s ；t w o k i n d so fs a m p l i n gu n i t ( o n ei sp o p u l a t i o na n da n o t h e ri si n d i v i d u a l ) a n d1 5g e n e t i c d i s t a i l c eo f f e r e dt os e l e c tf o rs c i e n t i s t sa r ei n c l u d e da n dh u g ed a t a c a nb ed e a l tw i t hb y i t i nc o n c l u s i o n ，t h ep g d c l 0i sau s e f u la n dp r a c t i c a ls o f t w a r ei nc o n s e r v a t i o n g e n e t i c s 2 b yc o m p a r i n gt h er a n d o ms a m p l i n gm e t h o da n ds t e p w i s ec l u s t e r i n gm e t h o d t h r o u g hp g d c l 0 ，i tc a nb ef o u n dt h a tt h es t e p w i s ec l u s t e r i n g m e t h o di sm o r e e m c i e n ta n dm o r es t a b l et h a nr a n d o ms a m p l i n gm e t h o di nt h ea s p e c to f c o n s e r v a t i o n g e n e t i c s ；g e n e r a l l yt h e9 5 a l l e l e so fi n i t i a lc o l l e c t i o nc o u l db ec a p t u r e da t 15 s a m p l i n gp r o p o r t i o n 3 w eu s e dt h em o n t ec a r l om e t h o dw i t hr e s p e c t i v es a m p l i n gp r o p o r t i o n st o c r e a t e1 0 0 0s a m p l e s ( b a s e do nt h ee m p i r i c a ld a t a f r o m3e n d a n g e r e dp l a n t s ： i i i c h a n g i u ms m y r n i o i d e s ，d y s o s m av e r s i p e l l i s ，c a l y c a n t h u sc h i n e n s i s ) b a s e do nt h e c o m p a r i s o no ft h eg e n ec a p t u r ec u r v e sa n dg e n ei n c r e a s i n gc u l 弋，e s ，t h eb e s ts a m p l i n g p r o p o r t i o no ft h e s et h r e ep l a n t sc a nb ed e t e r m i n e d ( a l lw e r e2 5 ) h o w e v e r , i td o e s n o tm e a nt h a tt h eb e s ts a m p l i n gp r o p o r t i o n so fa l lo t h e rs p e c i e sa r e2 5 b y2 5 s a m p l i n gp r o p o r t i o n ，t h ei n d i c e so f t h e s e3p l a n t sa r e ：t h en u m b e ro f p o l y m o r p h i cl o c i w a s1 6 3 ，1 2 ，1 0 ，；t h ep e r c e n t a g eo fp o l y m o r p h i cl o c iw a s4 0 8 5 ，3 2 4 3 ，2 5 a n d t h eh e t e r o z y g o s i t yw a s0 2 7 4 4 ；o 1 9 4 3 ，0 0 6 3 8r e s p e c t i v e l y a l lo f t h e g e n e t i ci n d i c e s w e r es i m i l a rt ot h o s eo ft h es a m p l e st h a tc o n t a i nt h e9 5 g e n e t i ci n f o r m a t i o no f t h e w h o l ep o p u l a t i o n s oi ti sb e l i e v a b l et od e t e r m i n et h eb e s ts a m p l i n gp r o p o r t i o nb y u s i n gm o n t ec a r l om e t h o da n dg e n ec u r v e sa n a l y s i s k e yw o r d s ：m u l t i p l ec l u s t e r i n gm e t h o d ；m o n t ec a r l om e t h o d ；s a m p l i n gs t r a t e g y ； g e n e t i cd i v e r s i t y ；g e n ec a p t u r ec u r v e s ；g e n ei n c r e a s i n gc u r v e s 本研究受 国家重点基础研究发展规划项目( 9 7 3 ) ( 编号：2 0 0 0 0 4 6 8 0 6 ) 资助 t h ep r e s e n tr e s e a r c h a ss u p p o r t e d b y s t a t ek e yb a s i cr e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o f c h i n a ( g r a n t sn o 2 0 0 0 0 4 6 8 0 6 ) 致谢 本论文是在傅承辑教授、鄙荚雅搏士、徐海锈博士的悉一心指导下完成的。导 师傅承新教授严谨的治学态度、精辟观察分析问题的能力、不断开拓科学研究新 领域的遴取精神给我鼯下了极深的印象，使我受益无穷，将会激励我在今威的工 车中努力奋进。在魏，对导师多年来的关心和臻养表示衷心静感谢i 本研究在计算机编程和数据处理分析方面，得到了邱英雄老师和徐海明老师 的热心帮助帮支持。北京中科院攮物研究魇的周t 然良研究员为本文蛇实倒谚 究提 供了大爨的数据。学习期间还褥翔了丁炳扬教授、于明坚戮教授、陈绥瑗剽教授、 姜维梅激师和蒋金火满师的许多帮助，在此一并向他们表示诚挚的谢意。同时也 感谢与我一起学习的孔航辉、史树德、金孝蜂、赵云鹃、任嚣l 、陈士超、攀爨秀、 华允芬、付海龙、冯懿挺、陆瓤、羹维、林健、王之妯、盱德、王艾丽、王本、 王沛、溅晓韵和钟渊蠛等同学，缀常与他们交流讨论使我受菔匪浅。 程学习翘闻硬究艇院襄生秘陵的领导和老郯对我的学习酾硬究王终缭予了 极大的支持和帮助，在此表达我深深的谢意。对学习期间所露帮助过我的老师和 同学表承我的谢意。 同鲢感谢父母的养育之愚，感澈镳 】在我玻读硕士学位麓阀对我敕遴麟农支 持，使我能顺利完成举业。 李正宏 2 0 0 5 年6 月于杭州华家池 1 引言 1 1 生秘多榉瞧缒稔篷纛爨护生兹学壤专鑫 生物多样性是自然界在不断变化的环境中保持平衡的基础，从而也是人类赖以生存的 自然资源的麓耍来源。保护生物多样性也就是保护人炎自己。但怒，随着人类缀济活动的 曩慈趣尉，爨然姿滚不鼗骢翻楚，遗球土戆圭鐾多榉瞧歪在惫剩下舞。生物多撵懂戆丧失 会导致生物群体对环境变化耐受力的谈失，进而造成了生态环境的破坏。其中，遗传多样 性作为生物多样性的一种，与个体的邋会度有关。遗传变异是进化的基础，若不存在一定 数量的遗传变劈，勃耱裁不g l 在交纯戆繇凌孛，在与竞争考、拣食者懿斗争中惫存蒡量进 化下去。因此，遗传多样性作为生物多样性的基础和熏要组成部分，更值得关心。保护遗 传学( c o n s e r v a t i o ng e n e t i c s ) 就在这种背景下诞生了。 糅护逮佟学是- i 1 集会了生态学、：玲予生物学、嚣群逮转学、系统逡疆秘数学建攘鹣 交叉学科。蔺先必须要了勰被研究生物阆的遗传关系，特别是濒散物种和具有熏要的进化 及生态学意义的物种遗传关系。在此基础之上，才能提出野生动檬物的保护措施，维护其 生耱多撵援。霾魏，它必然与逮簧学黟分子圭物学熬发矮鞠关，逡传学耪分孑囊耱学瓣穰 多概念和手段已被迅速地皮用于植物保护生物学的研究。这些研究很大部分得蔬于分子技 术的发展，如强白质电泳，线粒体和叶绿体d n a 分析，小卫星和微卫星指纹，r a p d - p c r 菠术窥d n a 溅滓等。分予王其麓够为嚣群统谤学戆缀多重要参数戆获褥挺鬓了谭能毽，这 些参数可以为物种起源、繁育系统、居群结构、分布和建群事件，以及推断系统进化单元 提供基础也为保护措旌的提出和科学管理提供了必需的信息，对物种的保护和恢复计划具 有重要意义。 1 1 1 生物多样性概念 对“生物多样性( b i o d i v e r s i t y ) ”一词的理解殿人而异，美国技术评价岗定义为“生 命有瓤捧及箕簇疆生存懿鏖态综合镩之瀚秘多襻毪箨变异往”；联合国生秘多样经公 约定义为所有来源的活的生物体中的变异性，包括陆地、海洋芹其它水生生态系统及 其所构成的生态综合体；由此可知，宅包含三个层次： 1 1 1 。l 遗传多样经 遗传多样性指种内基因的变化，包括种内显著不同的种群间和同一种群内不同个体 的遗传变异，也称基因多样性。遗传多样整包括野生生物、栽墙攘憋、驯养动物及水产 养殖生物的蘩因多样萑，辩物静维持繁衍生命、抵抗疾病帮适应燮化等是必需酾( 王绍 明等，2 0 0 0 ) 。 1 1 1 。2 躲种多徉牲 物种多样性指遗传特征相似，能够繁衍出商生殖能力的后代的生物的多样性。估计 全球生物种类在3 0 0 万左右，而已被人类描述和定名的仅有1 5 0 万种，绝大多数的物种 尚来被发现嗣认识。物静多样性给人 f j 提供了丰富的生活资源和持续发展资源。 1 1 。1 3 生态系统多样性 生态系统多样性指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样性及生态系统内生境 差爨、生态变化过程的多样性。农一定区域内，即锼鸯楣似自然条件也存在着不阕的生 态系统。 1 1 2 生物多样性的价值 生物多榉悭的价德分必意接经济债值、闯接经济馀穰和伦理价馕。 1 1 2 。1 崴接经济价值 是攒人们收获的产品价值，包括消费使用价值和生产使用价俊。前者是指自用消费 黯所予以救援毽，像装柴、和用予医焚积建筑蚋毒| 料。舞者是攒扶自然界收获并在亩场 上出售鳇产赫的徐值，像巍晶柴、煎类翱鼹类以及野生凌类( 张众屯，1 9 9 8 ) 。 1 1 2 2 闻接经济价值 是攒靼绘入锭提供经济实惠，东使蠲过程孛不嚣获零譬实物，聪生妨多榉犍又不会 受到较大撰艇的这方程份蠖。宅镁摄垒态系统懿生产力，娱琛、生态旅游渡和数露耨蝴 事业。 1 1 2 3 徐瑾徐壤 是攒物畿鸯粳剥殴冀巍赛痰在给镶生卷，誉必与人类嚣要相关。人类必簇学会在圭敷 球的生态压力范围内生涟，人类考责镁对按令然球熬j 乏袋受贵。 1 1 ，3 生物多样糕受藏黪羧撼 1 1 。3 。1 遗传多梯性受癌黪状掇 由予人类熬过度溪动致使生甥栖息她麟援续，l 、秘冀段纯，转群耀遮黄物矮交流孛断， 譬羧耱内近亲交怒，豢终镬褥耱群遗传缝德，释群数整瓣不新减少，秘巍迷餐多稃往大 量丧失，搜掰垒蹙羲耱瓣疾瘸、气候变纯、栖惑连敬交、杂交等鹣祗抗力降憾。豳于入 必羧裂整秘濑迅速舞发遗传基础狭窄懿燕瓣，攀l 纯妨葺孛躲晶簌及菇秘，霞遗转多榉惶稳 对减少，抗瘸交密能力氇太大下降。戈其，在发矮审国家，戆方麓耱援竣遴西赫葺串代替， 畜禽和作物的很多重要野生亲缘种，如野牛、野绵羊、野生水稻等，也正遭受到灭绝的 严重威胁。 1 1 。3 2 骢种多样性受藏躲状况 世界自然保护联盟通讯1 9 7 7 年2 月报道，对濒危哺乳动物酋次完整的评估表明，世 界生物多样镶瑟临的威胁魄良往预计婺严重。1 9 9 6 鼙版世赛垂然保护联盟受藏胁动物红 色名录报道，1 4 受威胁状况威胁豹状况剜更为严煎。 中国是一个生物多样性高丰度的国家，同时，又是生物多样性疑到严重威胁的国家之 一。据初步绫量卡，大约鸯3 9 8 种脊攘动魏濒危，占巾园脊推动物的7 。7 篙左右。其中，良 哺巍类濒魑物种的眈例嘏高，达到1 8 8 。高等植物中1 5 - 2 0 的物静处于濑绝状态，濒 危种数达4 0 0 0 - 5 0 0 0 种。篡中以裸子植物最为严重，濒危物种比例达3 7 5 。此外，还有 数量可鼹的被子攘物携耱融经灭绝。 1 1 3 3 生态系统受威胁状况 生态系统受威胁主要表现在森林减少、草原退化、土地沙化、海洋和淡水生态系统 退纯等方嚣， 蕴藏着众球7 0 物种鹩热带森林怒嫩物多样栏受威胁最严黧豹城区。现在每年砍伐的 热带森林为1 7 0 0 万公顷，按此发展，2 5 3 0 后，热带森林即将消亡，全球生物多样性总 鬟懿1 4 将濒羲灭绝。 草原的遐化也很严麓。联合国粮农组织估计，1 9 7 2 1 9 8 5 年间，全球沙漠化和土壤侵 蚀导致约2 5 0 0 万公顷天然牧场消失。犟原退化的袭现之一是有限承载量下降。过度放牧 最终导致瑗缀撞夔援低缀攘彩嚣取代，摹原震量嚣褥大大改变。 海洋和淡水生态系统中的生物多样性同样遭受蒲严重威胁。比如船只无意中携带的 外来种的入侵，造成了对海洋生物的威胁。以及长期的污染和外来种的侵入，使淡水生 态系统生携多檬牲严重炎失。 1 i a 生物多样性受威胁蹶因 1 1 4 1 生域的破坏 对大多数携耱瑟言，最严重豹簸耱楚“叟凌璇少、冀羧德帮避纯，这毽爱浃了太弱 增长和经济发展。因此，保护生物多样性最关键的手段是保护生境。 人类活动如修路筑坝、开荒耕作，使生境减少域被分割呈片段化，形成生境岛屿， 每器生凌院较：片段位戆嫩凌嚣获其鸯受大夔边缘纛积( 谢建誊等，2 0 0 3 ) ；冀菠徒疰静 各个部分的中心距边缘熨避。从而产嫩边际效应( 濑度骤升骤降、风沙加大、火灾危险 加大霉外采耪及有害穆类的箍食和竞争) 和物秘扩散秘建立静耩的辊会减少( 陈小勇， 2 0 0 0 ) 。 热带雨林的毁灭与物种的丧失已成为同位语。现在每年砍伐的热带森林为1 7 0 0 万公 蹊，事实上，情况比预测的更加严竣，鼹为世爨入翻不断增长，贫穷不断扩大，对不颤 缩小的热带雨秫豹需求愈来愈大。 除雨林外，其他生境i 硎羊也受到严蘑的破坏丽黼临毁灭。草原由于过度放牧，沙漠 化迅速扩大潮热快；红争嘻林丈量砍伐酾改造，馒沿海生态恶化；滠缝帮拳生黛壤常常成 为贮求池，躐者被排干，修渠引水，构筑大坝及化学污染等也常使湿地发生变化。无论 是上述何种情况都会破坏原生群落。 1 1 。4 2 生壤瓣避纯移污凝 这主要瓴括农药污染、水体污染、大气污染。太量农药和骰：肥的使用，不儇直接杀 死了有害生物同时也直接戚间接杀伤了大量有益生物。水污染主疆对水生生物群落构成 严重的藏胁。毒害兹震( 蓉蛊裁、系蘩熟、重金属、覆漓产蒹等) 窝营莠富粪使拳生生 物多样褴严爨下降。大气污染中的酸雨直接危害了檬物、水生生物和土壤生物；近地面 高浓度臭氧使植物变得脆弱，而大气层臭氧层的破坏又使生物皮肤发病率大大增高；大 气中懿鸯毒鑫j | 嚣对动物秘攘物产生壹羧靛燕害；滋黧效应使热豢饔瀑蘩煞气激秽降雨发 生变化，使海平面升高，撙致这些地区的生物多样性走向灭绝。 1 1 4 3 外来种的引入和外米病害 乡 来浆秘对生蘩多群热熬严重藏躲仅次予援崽遮的丧失。努采穆耱嚣生物多样往静 危害已得到徽好的证明。当引进一些物种到它们的非士著地时，它们与其他物种竞争空 间和食物；变成其他物种的捕食者；破坏或使栖息地退化；传播疾病和寄生物。病原微 生魏是男一炎重要浆癸采套害生臻。翳乡 窝键莽静鼗一耱豢燕黪壤象是宅褒羧瘸霖皴生 物感染。疾病可从一个物种传播给另一个物种；个不明显的痰瘸能杀死其他亲缘种； 关在密集条件下的饲养种群能使疾病的传播逐渐升级；人类能传播疾病给饲养动物；传 攘弱整赛莱毅逡嚣熬疯密楚对当遮姆蠢耱产生特舞l 毒害戆影溺；瑟瑟染上多 来疾病豹 动物就不能鞭回到野生生境中去。 1 i 4 4 过度汗发 瀣委雾蘸猿是造残动黪耪耱受藏耱瓣嚣要嚣因之一；_ 遘疫采携胬生经济褴豹莛造或擅 4 物生物多样性受威胁的重要原因之一。 1 1 ，4 。5 钫释自身骧霞 一些生物由于自隽的生物学特性使其竞争力降低耐导致濒危状态。如植物的开花结 实间隔期较长；花期不遇；种子寿命短或体眠期长；发芽率低或幼荫成长率低；遗传漂 变；近交衰退；送交袭遥等。 1 1 。4 6 其它原因 地震、水灾、暴风雪、干旱等自然灾害对生物多样性的影响；法制不健全引起某些 酸环资源鞠现象无法珂依或执法不严；各资源傈护部门缺乏裔力韵协调和配合，导致管 理中的失误彝潦漏等，都是造戏生物多样健受威胁或灭绝的驭因。 1 1 5 生物多样性的研究与保护方法 1 1 5 i 遗传多样往静研究和保护 生携多样髅的保护最终怒要傈护遗赞多样镁( 王淤凝，蟋恚暴，1 9 9 6 ) 。遗传多样魅 保护的目标是保护种群之间和种群内部的遗传多样性，以便增加种群和单个物种适应迅 速豹环境变仡的能力( m e f f e e t a l ，1 9 9 4 ；a v i s e e t a l ，1 9 9 6 ) 。遗传多样性指种内基因的 交佳，包摄耱内显著不嚣戆秘群瓣靼网一耪群内不霹令体豹遗婕变舅，选髂基嚣多襻蛙。 对遗传多样性的系统研究始于达尔文在物种起源中揭示的生物中普遍存在的可遗传 的交异。 旱矮熬遗传交舅谚突主簧在表灌注状秘染色摔瘩擎上进行，在染色髂零乎t 发理了 大量植物自然种群中的变异，其中包括染色体结构的变异。假这些变异的梭铡往往要借 助于细胞学或杂交实验，而髓无法准确定麓。直捌6 0 冬代，嗣工酶电泳技术的产生为捡 测遗簧交异提供了有为戆王嶷。夔器叉怒圈一蒸困整纛瓣蚕鬻等霞鏊嚣绽褥戆一瓣酶豹 不同形式从同工酶概念中分离出来，称为蹲位酶。等位酶带均等位熬因之间关系明确， 其变化畿按反映了d n a 分子水平上的变化，使等位酶分析成为更为有效的遗传多样性检 溅技术，是近筝来应溺最营邃豹方法之一。毽戆着等繇酶承擎霹究静大量嚣震帮深入， 该方法的弱点和局限性逐渐为人们版认识。8 0 年代以来，分予生物学技术的快速发展， 即直接检测d n a 的序列变化，为遗传多样性检测提供了更直接、更精确的方法。由于避 免了稷攥表鍪采攉叛鍪透譬对胃髓产生静备静溺遂，臻矗分耩方法成为鑫蔚袋有效盼遗传 分橱方法。目前岖以对d n a 的编码区期非编码区、保守隧和高交区、核1 ) n a 和缨胞器d n a 等进行r f l p 、r a p d 、d a f 、a f l p 、s s r 等遗传标记，克服了等位酶遗传标记数量有限的不 足。d n a 序列的宜接测定是揭示遗传多样性最为理想的方法，但由于生物的基因缎都较庞 大，壹接涎痔秘蓠还只是集中予院较保守酌溅a 序列。 1 1 。s 2 物种多糕性的研究和保护 物种多样性指遗传特征相似，能够繁衍出有生殖能力的詹代的生物的多样性。保护物 耪的霹静，不仅是要维持一个有一定数量豹种群，丽且还要使该种群保持满纯的潜力( 刘 汉生等，2 0 0 3 ) 。物张多样饿的研究包括物秽多样性鳇现状、物秘多样性的编晕形成、浚 化及维持机制、种群生存力分析、物种的濒危状况及机制、灭绝速率及原因、物种多样性 静有效豫护与持续莽j 掰等。 物静多样健编垦爨一项艰巨嚣急追的课题，它是了解物粒多样牲及其保护魏利建熬 基础。然而，我们目前甚至不能完全估计地球上的物种数量级，即使是已定名描述的物 稀数霜氇不很鞠确。稀群永早上的编舀和涟铡，对保护生物多样性，特剐是追踪濒危豹 秘鲍变异与分像具有羹要意义。 对濒危、渐危物种的濒危状况及致濒机制、灭绝速率进行研究，可以为编制重点保 护名录和镧定翼体傈护对策提供有力依据同时也可以提高我们对物种灭绝过程和存活 象传的认识。蕊先要以瓣嚣为萃短，以群落帮生态系统为背豢进行耢究。经褥棱糖蘩竣 种群方式存在予自然界，并= 裢时间上延续更新，构成进化的基本单位，只商在种群水平 上才能反映物种的结构、动态和遗传多样性。事实上，物种稀有或濒危就是通过种群的 缝奎移耪群数瓣熬减少瑟表蘧出来豹。另一方瑟，由耱群掏残戆耱耱是生态系统和群落 的组成单元，任何种群都存在于特定的时间和空间中，与其所在环境相互作用，井成为 环境的一部分。因此，在研究濒危机制时，决不能脱离物种所在的时空环境，包括时间 黪境( 建震器逮纯历变 、携疆臻凌( 气谈、壤等 嚣塞凌环境( 互麓、终生、竞孥等) 。 即以群落和生态系统为背景。其次要把近缘广布种和濒危种对比研究，抓住濒危的主要 环节。植物濒危的机制来自物种内外两方丽韵因素。内因包括植物的遗传、生理、发育 帮生殖等褥牲；# 1 - 因翊来蠢入必予撬、室态繇境变袍等。焉这鳖内辩因素豹共同作用往 往是物种濒危的主要原因。邋常，濒危植物谗多异常生物学特性在缺乏参照对比的馕况 下不易察髓，而且因其个体域种群很少，研究材料来源受到限制，故对濒熊物种逝缘广 帮稀韵磷究藏受显重簧。我们疑有了解正常豹瑗象，才缝进一步发蕊和认识异常现象及 其原因。另一方颟，尽管导致濒危的因素很多，不同类群濒熊豹机制可以突全不鼹，毽 任何物种濒危的原因中都有一个或游干个生导因素。因此，在了解和掌握脊关类群各方 6 面资料的基础上，必须抓住制约物种生存和发展的主要因子和环节，这样才熊从根本。 二 揭示物萃中濒危的机制。 1 1 5 3 生态系统多样性的研究和保护 生态系统多样性指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样性及生态系统内生境差 异、生态变化过程的多样性。生态系绕多棒性的研究包括生态系统骢组成和绩将、生态 系统多样性的调查、编目和动态监测、生态系缝多样性姻维持与变化机制等。当前的研 究主要集中于生物群落多样性的测度；人类活动对生态系统多样性的影响；生物多样悭 的长期动态靛测。 编翻生态系统和景观类型，监测它们的变化趋势，对认识生态系统过程，了解景观片 断化、生境破坏及其他形式干扰的作用，预测宦们对全球气候变化的响应，预测某个或 ，l 个关键； 申( 或关键的分类壤元) 的灭鳃霹能搀致舱生态学变化，认识棱被覆盖与土地 利用的变化及其对生物多样蠛的影响，以及生态系统优化管理等方露，都有舆有爨要熬 作用。 由予研究基的麴不弱，生态系统帮爨纛尺度瓣编嚣秘监测麴磺究藏困程空阀尺液上变 化粳大，有褒一个或多个生态系统水平上进行黪，识煮对保护区及羧令海洋生态聚统遴 行的。假无论在哪个尺度上，如何使褥取糕能够代表整个区域，是缀县和监测的关键。 大藏围救植被调囊是涟褥裳态系绕积爨溉编曩黪基爰i l ；，嚣这一过程爨要较大的人力帮聪 力豹投入，挖冀是对镶远她聪及蜷蜒出遮进行鬈统鼓蕤枫取糖。貔羲辩按麴发展，骜 新技术如3 s 技术和g a p 分辑方法在生态系统和疑观编爨方蘧褥劐了较广泛的威赐。 1 1 。6 基手磷究熬醚土豹其髂曝护撩藏 1 i 。6 1 建立蠢关霆嚣公魏秘法律 1 9 9 2 年6 月在巴嚣爨约热内卢召舞蛉联会阑醛壤黎发展大会期阕签订戆生妨多榉 毯公约是豳器凝会影响簸大瓣生耱多襻瞧保护公终，掇大躲攘动了裁赛备蓬瓣生耱多样 蛙耱保护帮繁理王终，串爨瞧积投参与这方瑟戆互佟，势裁谨了秘关法律漩援。毯旃对撩 物遗传多样性匏保护主要糍三秘方法：裁缝保护、迁逡傺妒秘裹体缳存。 1 ) 遥俺多样牲鹣藏羹鏊 ；| 护： 久嬲普遴认为，就逮僳护跫生物多群狡保护豹鬣舞鸯效豹绦势方法。裁缝保护怒捂熬 浆瓣僳嚣在茭叁然生态中。它麴最大优点奁予秘耱能继续不鼗壹| 塾遴囊二，使其逡续遥痤交 纯豹强笺条佟，臻热遂转鼹多样毪。因为，毅缳存在纂嚣库孛豹遗传燮源，其避纯怒停业 7 的。另外，人工诱变育种的过程中，虽然偶尔也能获得优良晶种，但想得到好的突变性质 不是很容易的，闲为在这然突变中包含着大量的有害便寂。因此，在糖物商种中依靠人工 突变获褥优艇性状毕竟是少脊的，根本不能与现存的栽培和野生资源所蕴藏的天然基因库 相比。保护区是保护物种及其遗传多样性最好的场所，它能保护环境的完整性，保护珍稀 濒危物种j f 申稀的完整往，并能帮助人们研究珍稀濒熊物种的可持续剥鼹，网时通避科普教 育提高公众保护珍稀濒危物种的自觉性。 就地保护主撰建立自然保护区，通过自然保护区的建设和有效管理，从而使生物多样 性褥到切实的保护。我国自然傈护区始予1 9 5 6 年建立的熟湖出自然保护区，经过4 0 多年的 努力，目前全国融建立各种类激自然保护区9 2 6 + ，憩弼积7 6 9 8 万k m 2 ，约占国土颡积的8 。0 2 。 在进霉亍瞧然保护驻规划与设计时，曹必要确定攥妒嚣静焱张，这是至关重要懿阚越。 由于保护区保护的对象不两，科学界端无法提出一个固定的标准。但是对以物秽为僚护对 象的保护区来说，其面积成能满足一个最小存活种群( m i n i m u m v i a b l e p o p t i l a t i o n ，m v p ) 的霈要。自然保护区的形状以圆形设计为熊，这榉可减少保护区物秘扩教豹距离。翅果僚 护区太长，区内局郝发生予扰，物转从中。起边缘扩敬效率缀低，会形成鼹鄂携秘灭绝。 2 ) 遗传多样性的迁域保护： 艇臻迁蔓熟缳护，舅择域煮劳摸羧艨保护糖秘憝玺存醛凌，在海拔、湿度、巍照、壤 等方耍尽墨邂避甥转的原产域，以达到鼹蜷保护物秽嚣的。霹入必瓣选择爨器傺护熬群体 或个体，将起其宠整的引种到彝然保护联或植物网。物釉迂地保护原则上按气候楣供蛙瑷 论零l 入。努力创遗或瀵足镌秘浆原燮凌条律，萼| 入壤黉黠器量操持绦护嚣生态秘缓被覆貔， 并按弓l 入甥耢豹特性进簿窆阉嚣置( 豫爨芬，1 9 9 7 ；港来云等，1 9 9 6 ) 。援貔爨逢懿保护， 对生物多样燃魄保存，尤蔟是澍濒恁珍横糠物的保护起剿极为重要熬据赐。 檀携豹逶蟪保护涉及剩取襻策戆戆翊熬。壶于入力勃力鸯羧，褥攘耱各耱耱蠹存在骜 丈爨的基因爨_ 穗遽黉变舅，入筌j 不霹毙将掰蠢戆攘物辩群都采集越来擞黻豫护，函鼗餐秘 以最少的样本数魏会凝大爨豹蠢爰遗传僖患是人 】霄特嵇究鲍闽邀。f r a n k e l ( 1 9 8 4 ) 蓄 先撬密势与b r o w n 等瀵一步凳蔫了棱，蛰转葳( c o r ec o l l e c t i o n ) 豹概念。 3 ) 速簧多样性瓣离钵保存； 是撂慰物耱鹣遽钱瓷滚，絮攘物豹粒子、花粉、凌耱熟耩液、耧狳娃及囊蘩豹蘩株等， 篪蔫母髂琵遴行长辩麓静保夺( 刘褥莎，1 9 9 9 ) 。当然这群缳存涉及季g 采集、绦存、癌 8 动等系列环节。首先，保存种子是最方便的方法，作为植物的自然种质，种子蹙最好 的。除了少数例外，每个种予都有不同的涟传缎成。胼以，广泛的遗传变异蛙可熊被保 存在密封容器的各个样品中。其次，植物组织培养方法也广泛应用。对于那些不能结乖争 的榷物如由球鏊、根鏊繁殖的植物和种子濉处理的种类，植物组织培养是最适宜的。植 物中所商遗传信息存在于每一个营养细胞。所以，农理论上任何绷胞或任何部分的培养 物，都可在试管中保存种质，胚和蓬尖是一般用的组织培养器官。 9 1 2 取样策略研究进展 j e n n i f e r e t a l ( 1 9 9 7 ) 等对b i a p t i s i a a r a c h n i f e r a 豹1 0 个精群静蔺工酶研究袭明，大 部分的变异( 9 0 ) 存在于殿群内部，l o 个居瓣的预期杂合度( 掩) 在0 0 4 9 和o 0 9 7 之间变动。根据居群间基因分化系数g 。= o 0 9 6 估算，2 个居群就可以包括1 0 个居群9 9 豹交异，霹丽德锯狠攒上述静屠群i 纛转结构参数选择了两个包禽最多遗传交弄的磁群进行 保护。 s j o g r e n w y o n i ( 1 9 9 4 ) i 飘过计算机模拟运算发现，样本数和等位基爵戡点数过 少可髓静致裣测到豹变异镶低或者甚至检测不割变异。 锈秘居群器世代之间稳定的基因和熬因型频率是进行合理取撵的裁掇。包糕“哈遮 温伯格平衡( h a r d y - w e i n b e r ge q u i l i b r i u m ) ”定律在内的居群遗传学原理是研究取样 策硌的理论基躺。“飧迪锰馆格平衡”定律认为，在没有选择、突变、遗传漂变和遥 移的馕况下，褒一个 爨大并夔耄 l i 交黎鲍屠群成，舞等位蒺因鳃频率烬世代保持恒定，或基 因型频率至多在第二代以后将达到恒定，即保持一个稳定的平衡( 壬中仁，1 9 9 6 ) 。这熄 研究屠群遗传袋简单藕最基本的模澄，谯跫取样策略静理论慕础。 s j o g r e n w y o n i ( 1 9 9 4 ) 挺掇了一个键鼹蠢限群体戆假设模型。缓怒嚣群内共有n 个个体，该居群不显著偏离晗迪温伯格平衡，具有两个等位基因的位点上的常见等位 基因频率为p ，稀有等位基因的频率为q ，并且p q ，n 为样本数， 2 n l p - = h ( p 2 n - i ) ( 2 n - i ) i = 0 p k l 一y 上式孛摆群零中篷会鬻燕等位基因p 的概率，芦豢样零孛毯鑫耩寿薅位鏊霾q 豹 概率。 h a m r i c ke t 札( 1 9 9 1 ) 等提出用基因分化系数( g 。) 来估算一个物种内应取样的居 群数。戆 门提交，翅巢藩群蠹熬遗传多样往窳乎耧弱，藩群瓣鹃薹爨分往系数为0 6 ，鄂 么6 个殿群基本上就能包括该物种9 5 的变异。公式如下：如果取样的居群数为n ，则所 包含的遗传变并的比例为卜( g 。) “。那么当g 。德趋于i 时，说明居群间的差异极大，即 铰n 篷缀大对瓷哭能镑含耪耱穰小一部分遗籍交凳；当g 。；值趋予0 醅，说疆藩稀闻差器 缀小，较低的n 值就自包含犬部分的遗传变异。但是这釉算法的问蹶在于：随羞g 。值蛇 增加，居群问的羞异增大，可能有的居群变异水平很高而另一魈居群的变异水平较低，这 1 0 就可能导致取样的居群不能很好地代表该物种整体的遗传多样性。在遂种情况下就需要进 一步了解哪些居瓣的变异较大。另外这疆藤的g 。邋鼹各位点的平均谯，因此如果g ；。值在 不问位点之间存在差异，就可能导致估计慎与实际毽之间的误差。 s p a g n o l e t t i & q u a l s e t ( 1 9 9 3 ) 分别对5 种抽样方法进行了比较。( 1 ) 随机抽样；( 2 ) 根据时间顺序的随机抽样。它首先摊好群体出现的时间顺序，这些群体构成不同的组，藤 同一国家起源的个体有可能在不同的时间组中。对除了包含大擅的同一国家起源的非常棚 近的组之外，其余的备区域都取第四个。同样第5 ，第7 ，第1 0 也被梭测。这样依次递增 从疆得到核心静质痒；( 3 ) 根据地理起源秘频率的随机取群。它首先确定了取榉朗总数露 分比，然后从每一个豳家起源的群体墼按比例捆取；( 4 ) 根摄地溅起源按对数随机取榉。 它和策略3 有区别，来自予各个国家频率的对数是为了建立所取备国群体的数嫩。避种方 法保证了提供较少个体的潮家豹个体取梯时也被氮含在内，薅提供数懿较多个体重家蛇个 体则以橇对较少的个体被镪含在抽榉样本内；( 5 ) 按经典变量随弧抽榉。营先按8 个经典 变量将所有个体分为几个聚类组，这些经典变量的前三个在每一个个体里都包括，遽三个 尊元的鬻曩尺度被用寐选择取群的个体。程任俺一个肇僚里按国家起源鞋l o 撼榉。这秘 仪仅按髫家起源接比例按样苓月，这有一种人为殿素衾选择来螽冬国家麴个体e i 恻袋裹戆 个体，但个体频察可熊较低。比如有6 0 个个体来自耳其、1 0 个来自意大利、3 个来自 埃塞饿魄照，一个来爨印痰。取榉时，耱会是6 、3 、3 、l 。 近零寒，套荚核，良秘壤取梯策睽麴疆究已经取褥了定豹进震。翔在分组取样过程中 的憾量法( 糍艳华等，2 0 0 3 ) ：在定橼准矜组豹基础上，从每个缎巾随机选取捆网份数 鹣孝孝辩，佟为备缀豹健表；对数法( 槎拖牮等，2 0 0 3 ) ：羧缀分裂取榉，缝内憨取撵跑铡 为该组楗越爨的瓣数馕占嚣缀糖辩攘对数缓之秽麴魄篷。b r o w n ( 1 9 8 9 ) 试为，警霹餐数 据爨斟蠢限，且缀内的遗传变器馕擞不甚涟楚黠，对数瑕撰法嫒戈骞效；警方根法( 崔捻 肇等，2 0 0 3 ) ：黻缝内榜謇莓璧瓣平方鬏蠢整令炎源毒孝凝爨装平方壤熬淀蓬为取撵魄铡，按 缰分裂取样；遗传多撂牲法( 揍艳牮等，2 0 0 3 ) ；援攥各缀组内逡传多样愁占整个粪源遗 传多捞蛙的魄铡，确定各缀取样量；魄例法；组内取梅院铡鸯缀蠹辩瓣量占整令赉潦耪辩 藿熬党倒。 裁三方等( 2 0 0 1 ) 采璃：1 竞全淹辊法：麸总体( 麓醚静震) 孛完全疆耄 _ 抽样；2 ) 来源她秀分魄铡法( 魄铡淡) ：戳来源逡必接榉蓼位，按寒源辘栲糕鑫总傣靛菪分院铡夔 橇撼榉；3 ) 祭澈遣对数擞铡法( 霹数法) ：麓备寒源邃褥精蠢慧侮弱酉分琵翻求辩数， 然精根据对数院俩抽样；4 ) 采源遍平方根比例法( 平方根法) ：根据平方根比例抽样；5 ) 来源地性状分层法：部首强将总体按来源地分类，然感在泉源魅疼按瞧凝如株窝避步 分组，在缀走按匿分 剑隧攮撼样。5 瓣j 虫徉方法构建了核心释震瘁。 d a n i e l & b r o w n ( 1 9 9 3 ) 提出了两种基于分子标记的取样方法。 ( 1 ) 蓠强确立鼹个区域和鼹个多态性位患。套