第七章遗传变异与保护061130

资源与环境学院资源与环境学院:李景文李景文Colby 等（等（Science,2001）研究了我国大熊猫保护区）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？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.掌握小种群保护的掌握小种群保护的MVP、MDA的含义的含义 5.理解小种群容易灭绝的原因理解小种群容易灭绝的原因本部分重点内容本部分重点内容 1 1 遗传变异的概念遗传变异的概念 （1 1）变异：变异：所谓变异是指同种生物不同世代或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。同一世代不同个体之间的差异。（2）遗传变异：）遗传变异：由于遗传物质的变化（如基因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。称为遗传变异。一、遗传变异一、遗传变异 2.遗传变异发生频率遗传变异发生频率 （1 1）点突变（基因突变）点突变（基因突变）突变率：突变率：发生突变的个体称突变体发生突变的个体称突变体，突变体占观察，突变体占观察的总个体数的比率称突变频率，简称突变率。的总个体数的比率称突变频率，简称突变率。基因突变率：基因突变率：一般基因的自发突变频率都很低，大约一般基因的自发突变频率都很低，大约在在1010-4-41010-9-9之间。之间。.遗传变异与种群数量的关系遗传变异与种群数量的关系例例:假定每代每个基因的平均突变率是假定每代每个基因的平均突变率是1010-5-5，世界，世界人口以人口以6060亿（亿（6x106x109 9）计算，那么每代人在每一基）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？因位点上就会产生突变的数量是多少？6 610109 9个体个体2 2基因基因/位点位点1010-5-5突变率突变率/基因基因=120 000=120 000个新突变个新突变 4 基因重组基因重组 基因重组基因重组（gene recombination）是通过有性过程基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。组合可导致新的表型。基因重组与变异多样性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 例例1:1:对等位基因可能形成的基因型有对等位基因可能形成的基因型有3 3种：种：AA Aa aaAA Aa aa 对等位基因可以产生的基因型有对等位基因可以产生的基因型有9 9种（种（3 32 2）：）：AABB AABb AAbb AaBB AaBb aaBB aaBb Aabb aabbAABB AABb AAbb AaBB AaBb aaBB aaBb Aabb aabb例例2:根据等位基因的数量与基因型数量的关系式根据等位基因的数量与基因型数量的关系式 T Tg g=3=3N N T Tg g 为基因型的数量，为基因型的数量，N N为等位基因的数量为等位基因的数量 如有如有1010对等位基因，那么就可得到对等位基因，那么就可得到3 31010=59 049=59 049种种不同的基因型。不同的基因型。其中有其中有2 21010 个是纯合子个是纯合子，其余全是杂合子其余全是杂合子。、小结：、小结：自然种群的遗传变异的量与种群的数量是正相关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。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。种群的数量特征。1 1 探讨种群数量的意义：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，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 存在密切存在密切的关系。的关系。二、种群数量与物种保护二、种群数量与物种保护 2 2 小种群的小种群的“瓶径瓶径”(bottle neck)(bottle neck)现象现象（1）瓶颈：）瓶颈：瓶颈就是物种种群由于自然或人为的因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素发生崩溃后最小的种群数量 。该种群该种群，以及，以及在未来在未来的时间里能否恢复的时间里能否恢复和和生物多样性的丰富程度生物多样性的丰富程度都起着都起着关键作用，就象一个关键作用，就象一个“瓶颈瓶颈”一样一样 瓶径瓶径崩崩溃溃恢恢复复种种群群数数量量时时 间间波动灭绝物种种群下降发生瓶颈效应后可能的结果物种种群下降发生瓶颈效应后可能的结果（2 2）如何认识）如何认识“瓶颈瓶颈”瓶颈是种群的一种数量状态：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的最低值 。“瓶颈瓶颈”效应是影响该种群数量变化的最关键的因素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。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：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数量上，特定性状的变异量和变异能力减少或下降根据根据WRIGHT-FISHER模型模型Pt+1=(1-1/2N)P t即经过即经过1 1代后遗传变异的保存率为代后遗传变异的保存率为G=1-1/2N 小种群小种群t t代后仍保留下来的遗传变异的百分率（代后仍保留下来的遗传变异的百分率（%）种 群 数 量种 群 数 量（N）第第1 代代第第5代代第第10代代第第100代代261020501007591.79597.59999.5246577889597.56426078909511环境随机性环境随机性统计随机性统计随机性（2）分析模型）分析模型 已发展的计算机程序包括：已发展的计算机程序包括：实实 例例1采用采用VORTEX模型分析海模型分析海南坡鹿的种群生存力南坡鹿的种群生存力 种群出生率与死亡率种群出生率与死亡率 坡鹿开始和停止繁殖的年龄坡鹿开始和停止繁殖的年龄 坡鹿的繁殖制度与个体参加繁殖的机会坡鹿的繁殖制度与个体参加繁殖的机会 环境容纳量环境容纳量VORTEXVORTEX模型输入的参数模型输入的参数（4 4）种群生存力分析的保护生物学意义种群生存力分析的保护生物学意义通过通过 PVA PVA 可以估计保护区的面积可以估计保护区的面积 用关键种或稀有种的最小可存活种用关键种或稀有种的最小可存活种群确定出群落或生态系统保护区的群确定出群落或生态系统保护区的面积面积制定科学的管理措施。制定科学的管理措施。思考题思考题：