生物多样性及其保护生物学
汤 德 元 （教授 博士）
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第一章绪论
第一节 生物多样性
一、生物多样性概念
生物多样性（biological diversity，biodiversity）是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和，包括动物、植物、微生物和它们拥有的以及它们与其生存环境形成的复杂的生态系统，是生命系统的基本特征。一般认为生物多样性包括三个层次：遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。
生物多样性是地球上40亿年生物进化留下来的宝贵财富，是人类赖以生存和发展的基础。 因此，我们的保护也要从基因、物种和生态系统三个层次着手。因此，生物多样性通常可分为遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个水平。
(一) 遗传多样性（genetic diversity）
遗传多样性是指地球上所有生物携带的各种遗传信息的总和，也称基因（gene）的多样性。基因多样性是生物适应环境能力的体现，是生命进化和物种分化的基础.
遗传多样性可分为个体外部形态特征(遗传表型)的多样性、细胞染体的多样性(染体数目的多态性、染体结构的多态性和染体分带特征的多样性等)和分子水平的多样性(DNA分子的多态性、蛋白质分子的多态性等)。可见，遗传多样性(或称基因多样性)是多层次的。
1. 遗传多样性的来源包括：
（1）染体畸变
（2）基因突变
（3）基因重组
2. 遗传多样性来源：
（1）染体畸变
（2）基因突变
（3）基因重组
（二） 物种多样性（Species Diversity）
1.含义： 指生物落中物种（动物、植物、微生物等）的丰富性(或称丰富度)和异质性(或称均匀度，或落中各个种的相对密度)。物种多样性是衡量一个国家或地区生物资源丰富程度的客观指标。
2.区域物种多样性的三个指标：
①物种总数———即特定区域内所拥有的特定类的物种数目 ；
②物种密度———指单位面积内的特定类的物种数目；
③特有种比例———指在一定区域内某个特定类特有种占该地区物种总数的比例。
（三）生态系统多样性(ecosystem diversity)
1.含义： 生态系统是各种生物与其生存环境所构成的自然综合体。生态系统由生产者、消费者和分解者构成。生态系统的功能是物质循环和能量流转。
生态系统多样性是指构成生态系统的生物落和其生存环境间的生态过程及其组合的复杂性程度。它与生物圈中的生境、生物落和生态过程的多样化有关，也与生态系统内部由于环境差异和生态过程所引起的极其丰富的多样化相关。生态系统的结构越复杂，生态系统多样性越丰富。
（四） 景观多样性(Landscape Diversity) ：
1.含义： 是指由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化或变异性。
近年来景观层次的景观多样性也日益受到重视。构成了景观生态旅游；人类文化的多样性也可被认为是生物多样性的一部分，构成了民俗风情旅游的重要部分。
（五） 遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性的关系：
物种多样性显示了基因的多样性，基因的多样导致了物种的多样性，物种多样与多型性的生境构成了生态系统的多样性。遗传传多样性是物种多样性和生态系统多样性的基础，或者说遗传多样性是生物多样性的内在形式。物种多样性是是构成生态系统多样性的基本单元。
因此， 生态系统多样性离不开物种的多样性，也离不开不同物种所具有的遗传多样性。由此可见，生物多样性是由遗传多样性、物种多样性与生态系统多样性三个层次相互交结而成的复杂的生物学复合体系。
（六）保护生物多样性的重要意义
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。
(1) 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。
（2）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。
(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。
（4） 生物多样性的维持，将有益于一些珍稀濒危物种的保存。
生物进化生物随时间发生的变化，它一往直前，决不能重复也不能倒退，任何一个物种一旦灭绝，便永远不可能再生。每一生物个体都是基因的载体，生物的多样性代表着30亿年来生命演化的结果，对于人类来说是一笔巨大的财富，是大自然的遗产，为我们提供食物、药物以及生命活动所必须的物质和能量。所以任何一个物种的灭绝，或者生物多样性的丧失都是对千百万年，甚至上亿年的生命演化结果的损失，这种损失不仅影响当代人的生活和生产，而且对后代的生存和发展也将构成威胁。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。
所以保护生物多样性，防止物种灭绝是我们这代人的责任和义务，也是本学科的研究方向和学科领域。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。
二、生物多样性的研究内容
生物多样性的研究内容也分为三个层次：
遗传多样性的研究、
物种多样性的研究、
生态系统多样性的研究。
（一） 遗传多样性的研究
1. 自然种的遗传结构：指自然种内和自然种间的遗传变异情况（如基因频率、每个基因的位点数，每个位点的等位基因数等）。
比较种内各种间尽可能多的基因频率分布，可定量计算出各基因位点数，各位点的等位基因数以及各等位基因出现的频率。从而了解其整个物种的遗传变异情况。
自然种高水平的遗传多样性的存在是种稳定的物质基础。
2. 家养动物和栽培植物的野生组型及亲缘种的遗传学研究
家养动物和其野生种间遗传多样性研究、家养动物品种间和品种内遗传多样性研究，尤其是对染体、蛋白质DNA多态性的研究是一个非常薄弱的环节。
栽培植物与其野生种或近缘种间遗传多样的研究，对培育优质、稳定、高产和抗逆性强的品种，达到高效的育种目标有重要的指导作用。
3． 建立物种种质资源基因库：
建立物种种质资源基因库，是保护珍稀濒危生物物种的重要途径。目前主要工作有：建立植物种子库(孢子库、花粉库等)、动物精液库和胚胎库，各种无性繁殖体(体细胞)库。开展低温生物学研究及低温和超低温(-1960C)长期保存种质技术的研究。
4极端环境条件下，生物遗传特性的研究
研究极端环境(如高温、荒漠、沼泽、盐碱地、温泉等)条件下，生物的特征(形态、结构、生理生化变化、生殖特性和生活周期等)与其遗传特性的内在关系，从而建立特殊性状外源基因库，以利于对特殊生境的充分利用，并培育出适应特殊生境的新品种。
(二) 物种多样性的研究
物种多样性是生物多样性研究的核心和纽带。
1.基主要研究内容包括以下几方面：
（1）建立物种多样性档案馆
物种多样性的研究，首先应把现存的所有物种进行一次彻底清查工作，查明现存物种的种类和种物种的数量，然后研究各区域生态系统中生物区系组成、地理分布规律，编写不同区域生物系统中各类生物基因图志，并建立物种多样性标本馆和陈列馆。
（2）珍稀濒危物种保护的系统研究
染体多态性 珍稀濒危物种保护的系统研究，主要包括：
1）对珍稀濒危物种的现存数量、生境现状、分布区域、种动态及濒危原因的研究；
2）建立全国性珍稀濒危物种生存现状数据库；
3）编写全国和各省、自治区濒危物种《红名录》和《红皮书》；
4）修订或制定国家有关法规和全国性保护战略；
5）从生理学、生物化学、行为学、生殖生物学和生态学等多学科研究濒危物种种恢复与发展的有效途径。
（3）野生经济物种资源的研究：
野生经济物种资源的研究是振兴我国经济的重要途径之一。
首先要对不同区域的野生经济物种资源进行“清仓查库”，然后深入研究其开发利用的潜在价值（包括存在的数量、再生潜力、对人类生活的重要性程度评价），探索合理开发利用途径。
近年来在野生药物种的保护和利用，野生食用物种的保护和利用已等方面引起全社会的普遍关注。
(4) 物种多样性的就地保护：
首先应确定不同区域和全国的生物多样性保护中心，建立和完善自然保护区的有效管理制度。
(5) 物种多样性的迁地保护：
物种多样性的异地保护是其就地保护的一个补充，也是物种多样性保护工作中不可缺少的部分，它是通过植物园和动物园（包括繁殖场）网络来实现的。
各地区的植物园和动物园除了保护本地区的物种外，还应引种、驯化一些具有重要理论意义和经济价值大的物种，建立人工种质资源库。也可开拓出一些有开发利用前景的食用、药用、材用、芳香、果树、花卉等其它工农业原料的物种，而动物尤其要扩大濒危物种种，不断繁殖其后代，使其回归大自然，恢复自然种。
（三） 生态系统多样性的研究
1. 各类生物气候带生态系统的研究：
研究热带、亚热带、温带、寒带及其各极端环境区域的种种生态系统中的生物种类、多度、
频度、结构及其生存环境间的相互关系，以及关键种(在一个落中与其他种相互影响、并决定其他许多种生存的物种)的确定、种特征及种间关系，以及生态系统演化及其人类经济活动的关系。
2. 特殊地理区域的生态系统多样性的研究
如青藏高原、西南地区的横断山区和喜马拉雅山东缘等地区各种生态系统中生物落的特征、生态地理分布规律、生物区系演化及其与人类经济活动的关系。
3． 农业区域生态系统多样性的研究：
各种农业区域生态系统的生态地理环境特征，农林牧副渔综合开发利用工程的设计与试验推广，各农业亚系统中物种的配置、物种的选择、最佳空间多层利用工程设计与实施的系统研究等均为当前我国提高农业生产力水平的重要途径。
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