云南大学 环境生物学Word文件下载.docx

1、外来生物入侵不仅对生态环境和国民经济带来巨大损失，还直接威胁到人类的健康。2 生物入侵的控制及长期策略控制方法：1）化学控制（Chemical Control）：在农业上使用，效果迅速、使用方面、易于大面积推广，但对人类和非靶物的健康造成危险，费用较高，害虫抗性的频繁进化2）机械控制（Mechanical Control）：适宜于那些刚刚引入、建立或处于停滞阶段。依靠人力、火烧和放牧、种树和覆盖地表3） 生物控制（Biological Control）：即引进入侵物种的天敌。长期对策：管理能力：加强对外来物种的安全管理；监管能力：建立监测系统，查明我国外来物种的种类、数量、分布和作用；教育宣传

2、能力：加强宣传教育，提高防范意识；阻击能力：积极寻找针对外来入侵物种的识别、防治技术，以对当前生物入侵的蔓延趋势加以有效遏制；预警和信息处理能力：应对潜在入侵种进行风险评价（Risk Assessment），还应在掌握外来种包括潜在的外来种信息的基础上，建立外来种信息库与预警系统三、转基因生物的环境行为与生物安全转基因生物也叫遗传改性生物（Genetically Modified Organisms, 简称GMOs）或遗传工程生物（Genetically Engineered Organisms,GEOs），指人类按照自己的意愿有目的、有计划、有根据、有预见地运用重组DNA技术将外源基因整合于

3、受体生物基因组，改变其遗传组成后产生的生物及其后代。转入基因的生物个体成为受体生物，而提供目标基因的生物成为供体生物。转基因生物分为：转基因植物、转基因动物、转基因微生物和转基因水生生物四类。按目的基因分为：抗除草剂转基因植物、抗虫转基因植物、抗病性转基因植物（包括抗病毒、细菌、真菌、线虫等）、抗盐害转基因植物、抗病毒转基因家畜或禽类、生长激素转基因家畜等。第7章全球变化及对生物的影响全球变化（Global Change）就是指在由大气圈、水圈、生物圈和岩石圈组成的地球环系统发生了异常变化，对人类和生物的生存产生不良影响的环境变迁。1、温室效应及其对生物的影响1 温室效应的概念温室效应：（Gr

4、eenhouse Effect） 是大气层中的二氧化碳（CO2）等气体物质的大量聚集，可以吸收近地表的太阳长波辐射，并将其反射回地表，从而使地表增温的现象。大气层中的有些微量气体，可以让太阳短波辐射自由通过，同时吸收地面发出的长波辐射。因此，当它们在大气中的浓度增加时，就会加剧“温室效应”，引起地球表面和大气层下沿温度升高。这些气体叫做温室气体（Green-house Gases）。温室气体主要有：二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氯氟烃（氟里昂，CFC）和臭氧等温室效应的环境效应：（1）温度升高（2）海平面上升（3）降水量变化（4）灾变性气候的增多2 （1）温室效应对作物的影响减少作物分布的弹性；增

5、加灌溉需要；害虫分布范围扩大；热带、亚热带的经济作物将北移，有利于一年多熟制；局部产量增加，蛋白质含量却下降（2）温室效应对生态系统的影响气候变化极大地改变着植被类型的地理分布。CO2浓度增加到700g/g时，所带来的气候变化将使地球上1/3的森林组成发生巨大变化。物种将向北移动，植被带将有很大变动. 亚寒带森林可能由目前的23%减少到1%以下，泰加林几乎消失。2、臭氧层变化的趋势UV-C（200280nm）对生物有强烈影响，但它在平流层中基本上被臭氧分子全部吸收而不能到达地面。UV-A（320400nm）可促进植物生长，一般情况下无杀伤作用，它很少被臭氧吸收。UV-B（280320nm）臭氧

6、能部分吸收UV-B，其吸收程度随波长不同而异，波长越短，吸收量越大1 紫外辐射增强对生物的影响紫外辐射增强对植物的影响（1）紫外辐射增强对植物生长的影响UV-B辐射降低叶面积，使叶片变厚，降低植株的高度；植物生物量降低，引起植物激素代谢改变，影响细胞分裂和细胞伸长，导致生长速率降低。（2）紫外辐射增强对植物生理生化的影响叶绿素的合成受阻，降低Hill反应活力，降低RuBPcase活性，增加暗呼吸；影响植物对CO2的吸收和水分代谢；增加类黄酮含量（3）UV-B伤害植物的靶光系统、膜、DNA和植物激素UV-B伤害植物的靶。紫外辐射增强对微生物的影响微生物是生态系统中的分解者，或称还原者，在生态系统

7、结构及物质循环和能量流动中发挥着不可缺少的重要作用。UV-B辐射显著降低细菌总数，放线菌和真菌数量也随UV-B辐射增加而降低，其中细菌比放线菌及真菌对UV-B辐射更敏感紫外辐射增强对生态系统的影响（1）UV-B辐射对生态系统结构的影响 增强的UV-B辐射导致群体结构趋于简单化；UV-B辐射降低物种多度、物种种群丰度和物种多样性，而增加物种优势度。（2）UV-B辐射对营养循环的影响 UV-B辐射显著影响植物的营养含量，显著增加各部分中N、K、Zn含量。UV-B辐射导致的物种组分改变可能会影响陆地生态系统的氮循环（3）UV-B辐射对能量流动的影响 UV-B辐射影响植物对光能的吸收和利用，降低群体生

8、物量，生态系统的能量输出减少三、酸雨及其对生物的影响酸雨（Acid Rain）是指PH值小于5.6的降水，包括酸性雨、酸性雪、酸性雾、酸性露和酸性霜。酸雨也叫做酸性沉降。 1 酸雨对生物的影响酸雨对微生物的影响土壤酸化影响微生物群落结构和种群数量，并严重影响微生物的活动和营养元素的生物地球化学循环。酸雨对植物的影响（1）酸雨引的起植物叶片可见伤害症状（2）酸雨对植物生理代谢的影响（3）酸雨对植物生长量的影响（4）酸雨对植物产量和产量构成的影响酸雨对陆地生态系统的影响酸雨对土壤的影响；影响全球植被生态系统的生产力，直接导致植被生长量和生物量的下降。酸雨对水生生态系统的影响酸雨对湖泊的危害主要是由

9、于水体酸化，促使土壤中重金属溶入水中。四、生物对长期污染适应与进化生物对污染的适应，实际上包括两个方面: 第一：对污染引起的“自然”环境的改变（外环境的变化）的适应以及对污染引起生物的生理变化（内环境的变化）的适应；第二：生物对污染物自身的适应。1 生物对长期污染的适应生物对污染的适应性反应（1）形态结构上的适应性反应植物在形态上有向“旱生化”方向发展；在资源分配上有向生殖生长更多转化的趋势；动物的工业黑化现象。前适应（Pre-Adaptation）：生物在没有接受污染以前具有的性状特征在污染环境中也是适应的。前适应的原因是，污染引起生物外环境和内环境变化部分，因同自然条件下的胁迫有一定的类似

10、性，污染发生后导致这类生物在相关组织和器官的功能更加强化。（2）生理上的适应性反应污染引起的生物生理性适应反应包括两个方面：消极的生理适应性反应：指有些生物在污染条件下，能够暂时减弱或停止部分生理代谢活动，在污染停止或降低时，再行正常的生理活动，这是通过回避（Avoidance）作用产生的适应性。积极的生理适应性反应：不少生物在污染条件下通过继续保持较高的代谢活力，积极地适应污染。（3）遗传上的适应反应基因表达水平上的变化“休眠”状态的基因被激活表达；基因的多效性在污染条件下定向表达。遗传基因自身的变化抗性（Resistance）是生物对污染物长期作用下产生的一种稳定而定向的适应性性状。大量的

11、研究发现抗性是可以进行代间传递的，即具有可遗传性，并且这种遗传性具有加性效应。但是，迄今为止，在动植物中还没有克隆出任何一个污染抗性基因。2 污染条件下生物的分化与微进化污染条件下生物适应性分化的种群过程污染物作用下种群中敏感个体消失，种群规模减小；达到适应污染阈值最低要求的个体，不断扩大在种群中的比例；抗性个体扩大在种群中的比率，并通过种群内的基因重组，不断提高抗性水平；同时外来基因的流入，提高种群的整体遗传多样性水平。影响植物污染抗性进化的生物因素（1）生活史特征：寿命越长，越着利于进化（2）植物的种子库：使进化过程滞后发生（3）表型的可塑性：增加适应，但影响进化（4）植物的生殖特征：影响

12、选择响应的灵敏性（5）植物的传粉系统：3 生物对污染适应的代价适应代价（Adaptation Cost）：为了适应污染环境，生物在生理、生化、遗传进化方面的调整，提高了生物对污染的适应性，但可能降低和制约了生物在其它方面的适应性。（1）生态代价（Ecological Cost）：竞争力降低；对温度、水分、病虫害的抵抗能力的下降。（2）生理代价（Physiological Cost）：对污染适应的植物，在某些生理性能上低于正常的植物。（3）进化代价（Evolutionary Cost） ：对污染适应很好的植物在其它环境中进化发展的灵活度降低，以致于可能失去适应其它环境的可能性。第8章生物对受损环

13、境的监测1、 生物监测概述生物监测（Biological Monitoring）是利用生物分子、细胞、组织、器官、个体、种群和群落及生态系统等层次上的变化对人为胁迫的生物学响应反应来阐明环境状况。理化监测方法能精确测定环境污染物的瞬时浓度，但不能反映各种污染物综合作用于生物系统的长期影响。1 监测生物的选择（1）选择对人为胁迫敏感并具有特异性反应的生物（2）选择遗传稳定、对人为胁迫反应个体差异小、发育正常的健康生物（3）选择易于繁殖和管理的常见生物（4）尽量选择既有监测功能又兼有其它功能的生物2 生物预警和监测环境变化的机理个体水平的生物反应（1）细胞及分子水平的生物反应“致畸、致癌、致突变”

14、的监测染色体的行为、形态、结构、数目和组合等会发生相应的改变，并存在剂量效应关系。酶的抑制和相关生理生化指标：鱼脑胆碱酯酶活性受水体中有机磷农药污染物的抑制，其抑制程度随污染物的浓度和致毒时间的增加而增强，鱼脑胆碱酯酶活性的变化可以反映水体受污染的质量变化情况。（2）组织、器官水平的生物反应组织器官变化：生物对污染物的吸收，毒害作用导致组织、器官的结构和功能受损，生物出现相应的受害症状。如：根据受害叶数、颜色深浅及伤斑大小与大气中污染物种类及浓度的相关性，就能凭借叶片的受害症状反映大气中相应污染物的浓度，从而对大气进行监测和预警。物质含量：生物对污染物的吸收、蓄积蓄积量（或特殊物质的积累量）一

15、般与环境的受损程度存在相关关系，能够忠实地“记录”污染过程。种群及群落的生物反应种群结构变化：污染作用种群中敏感个体死亡，污染胁迫会使个体生长率下降。种群结构单一化群落结构变化：群落组成单一化，物种多样性降低描述指标：生物指数、群落的多样性指数、种类数量、生物量、生活史、种群分布、种的目录、分布格局、密度、指示物种。常用的多样性指数主要有Margelef多样性指数、Shannon-weiner多样性指数等。生态系统的响应生态系统结构生态系统的结构趋于简单化、食物链不完整、食物网简化。相关参数：生物群落的种类数量、生物量、生活史、种群分布；非生物物质的数量和分布、生存条件等结构参数发生改变。生态

16、系统功能初级生产量下降，生态系统的营养循环受到影响，物质分解和信息传递受阻。营养物质的循环速率如受污染后物种恢复率，初级生产力，呼吸速率等功能参数的变化与环境受损程度存在的相关性，可以反映环境的受损程度。2、 生物对环境污染的监测与指示PFU法（Polyurethane Foam Unit）。将一定体积的PFU块悬挂在水中，根据PFU中原生动物种类和群集速度来监测水质好坏。微宇宙（Microcosm）法是研究污染物在生物种群、群落、生态系统和生物圈水平上的生物效应的一种方法，又被称为模型生态系统法（Model Ecosystem）。3、 环境预警与生物监测1 环境预警的概念和意义环境预警是建立

17、在环境承载能力或环境容量基础上，通过一些重要的自然状态指标，对大气圈、水圈、岩石圈、生物圈的环境进行实时监测，并及时提供环境危险信号的警示报告。环境承载力（Environmental Bearing Capacity）是指某一环境状态和结构在不发生对人类生存发展有害变化的前提下，所能承受的人类社会作用在规模、强度和速度的上限2 生物监测在环境预警中的应用退化水体的生物监测自动报警系统: 利用生物敏感性对污染源排放的废水和地表水的水质变化进行连续监测、传输和数据处理的一种监测和警示系统。陆地环境退化与否同地表植被的变化高度相关，分析监测植被的变化，是有效开展陆地环境预警的手段。利用遥感技术，以绿

18、度值、叶面积和生物量变化为基础，在GPS和GIS平台上对陆地植被进行动态监测、对土壤侵蚀、土地退化、生态灾害进行预测。3 生态监测生态监测（Ecological Monitoring）是指对人类活动影响下自然环境变化的监测，通过不断监视自然和人工生态系统及生物圈其它组成部份（外部大气圈、地下水等）的状况，确定改变的方向和速度，并查明多种形式的人类活动在这种改变中所起的作用。生态监测的基本任务：（1）对区域内珍贵的生态类型包括珍稀物种在人类活动影响下生态问题的发生面积及数量变化进行动态监测。（2）对人类生产活动下生态系统的组成、结构和功能影响变化进行监测。（3）对人类活动下社会生态系统的恢复活动

19、进行监测。（4）对监测数据进行处理分析，探讨生态结构、功能、动态和可持续利用的途径和方法，对生态环境质量的变化进行预测和预警，为地区和国家关于资源、环境方面的重大决策提供科学依据。生态监测的特点（1）综合性（2）长期性（3）复杂性（4）具有独特的时空尺度。生态监测技术地面监测传统采用的技术，主要是系统的地面测量（SGS）航空监测当前三种监测技术中最经济有效的一种卫星监测采用资源卫星进行生态监测的最大优点是资料极其丰富，且时段间隔短，这意味着可以跟踪观察某些变化着的现象，获得具有潜在价值的资料。第九章生态退化环境的生物修复1、生物在水土流失防治中的作用1 生物对水分的涵养生物群落对水分的涵养主要

20、是通过生物群落特有的生态水文作用对降水进行截流和再分配，促进水分下渗，同时建立一个较为稳定的土壤水库和生物水库。生物群落对降水形成多层次的截留，减少和减缓直接作用到地表的降水量，还促进水分的下渗。2 生物对土壤的改良生物对土壤物理状况的改良及其对水土保持的作用（1）生物对土壤结构的改善（2）生物对土壤持水性能的改善（3）生物对土壤渗透性的改良（4）生物对土壤抗蚀、抗冲性质的影响生物对土壤肥力的改良作用生物对土壤肥力的改良，主要是基于生物群落能够增强土壤的保肥能力，减少肥力流失，增加营养元素及提高营养元素的有效性。3 生物对土壤的固定和保持根系的固土作用；地被层的固土保土作用2、生物在退化土地恢

21、复中的作用1 生物对土壤物理性质的影响生物对土壤颗粒组成的影响；生物对土壤孔隙和土壤水分状况的影响；生物对土层厚度的影响2 生物对土壤化学性质的影响生物对土壤养分的影响：生物对土壤养分的改良效应生物对土壤酸碱平衡的影响：对于盐碱土的恢复改良，最为关键的是“去盐”和“降碱”。3 生物对土壤生物性质的影响生物对土壤微生物数量及组成的影响：良好植被的存在为微生物的快速增殖提供了一个良好的条件，随着退化生态系统中植被的恢复与演替，微生物的组成向细菌真菌放线菌的趋势发展。生物对土壤酶系统的影响：土壤酶是由植物根系以及土壤动物和微生物在生命活动过程中分泌到土壤中的具有生物活性的催化物质。3、沙尘暴的生物防

22、治沙尘天气是干旱、半干旱地区一种特有的天气现象。根据水平能见度的大小，沙尘天气可分为三个等级：浮尘、扬沙和沙尘暴。沙尘暴形成的自然因素：东南暖湿气团势力弱，干旱寒冷气流长期控制北方，造成大范围的干旱，强气流过境多。沙尘暴形成的人为因素：导致沙尘暴发生的重要原因。人类不合理的“五滥”滥垦，滥牧，滥伐，滥采，滥用水资源等行为导致地区生态环境破坏，地面植被稀少，而土地沙化日趋严重，土地沙化是沙尘暴产生的最根本的原因。1 生物对小气候的改良作用小气候是指贴地气层里，小范围的地段内，由于下垫面的辐射特征不同而形成的局部气候。防护林对小气候的改良作用2 生物对旱区和半干旱区土壤的改良旱区和半干旱区土壤选用

23、合适的植被进行土壤改良：盐生植物；聚盐性植物，也称为真盐植物；沁盐性植物，也称为耐盐植物3 生物对砂土的固定作用根系的固土作用：根系增强土壤的抗冲性能及根系增强土壤的抗崩能力。4、湖泊生态功能的恢复重建人类干扰下的逆行演替：湖泊富营养化进展极为迅速。湿地（wetland）：狭义定义一般是认为湿地是陆地与水域之间的过渡地带。广义定义则把地球上除海洋（水深6米以上）外的所有水体都当作湿地。湿地公约对湿地的定义就是广义的定义。湿地的退化是指湿地结构简化、生物多样性的下降和生态功能的丧失这一过程。湿地是世界上最受威胁的生态系统之一。湿地丧失和功能退化的直接原因是排水和填埋造成湿地生境破坏，沿海开发、天

24、然湿地系统转为农田、工业、能源和居住地。湿地恢复是指采取一系列整治措施使退化湿地基本上恢复到退化前的状态，使其发挥应有的作用。首先必须去除干扰因子，如排水、过量取水、富营养化、过度放牧、耕作、盐化、污染等第10章生物对污染环境的修复一、概论生物修复（Bioremediation）是指利用生物削减、净化环境中的污染物，减少污染物的浓度或使其完全无害化，从而使污染了的环境能够部分或完全地恢复到自然状态的过程。1 生物修复的特点优点：使位点的破坏达到最小；可在现场进行原位修复；减少运输费用、消除运输隐患；可以有效降低污染物浓度，二次污染小；费用低；可和其他处理技术结合使用；实现低能耗甚至无能耗长期运

25、转；可以保持修复地点的生产功能；可以实现景观改良缺点：不是所有污染物都可以使用；有些污染物的转化产物毒性和迁移性增强；地点特异性强；工程前期投入高；需增加生物监测项目2 生物修复的工作程序场地信息的收集：场地的物理、化学和生物学特点；污染物的理化性质可行性论证：包括生物可行性和技术可行性分析修复技术的设计与运行修复效果的评价：原生污染物的去除率=（原有浓度现存浓度）/原有浓度100%次生污染物的增加率=（现存浓度原有浓度）/原有浓度污染物毒性下降率=（原有毒性水平现有毒性水平）/原有毒性水平100% 二、污染环境的生物修复及其机理1 土壤重金属污染的生物修复思路：从土壤中去除，总量减少、浓度降

26、低；改变存在形态，降低移动性和可利用性；降低或消除污染物的毒性或毒害作用；（1） 生物固定（Biostabilization）利用植物根系、土壤微生物、土壤动物的生命活动将土壤中的重金属转变成有效性较低的形态，从而降低其毒性。（2）植物提取（Phytoextraction）将特定的植物种植在重金属污染的土壤上，利用其对土壤中的有害元素具有特殊的吸收富集能力，将吸收有害物质的植物收获并进行妥善处理（如灰化回收）后即可将该污染物移出土壤系统，达到污染治理和修复的目的。（3） 生物挥发生物挥发是利用生物的代谢作用将重金属转化为气态物质，并将其释放到大气中的方法.2 污染环境的生物修复及其机理（1）土

27、壤农药污染的微生物降解和修复（2）植物和动物对土壤有机农药的吸附、降解和转化3 污染环境生物修复的一般原则（1）物种适宜性（2）环境安全性（3）因地制宜性（4）可行性原则：技术可行性；经济可行性原则（5）景观协调性原则第十一章生物多样性的保护1、保护的一般原则1 遗传多样性最大保护遗传多样性最大保护是指物种多样性最大保护和种群遗传多样性最大保护。可以理解为在保护区中能够保护的物种类型越多、保护目标物种的种群规模越大越好。岛屿生物地理学理论：岛屿的物种数目与面积：S=cAzS种数；A面积；z、c常数z的理论值为0.263，通常在0.180.35之间。迁入率、迁出率、岛屿面积、距离综合决定了最终结果：距离效应，面积效应，目标效应“SLOSS”（Single Large or Several Small）原则：一个大型保护区物种丰富度高，还是总面积与其相等的多个小型保护区总的物种丰富度高。2 最小有效种群有效种群大小（Effective Population Size）：种群中能够参与繁殖的实际种群的数量。它的大小反映了种群保持一定遗传多样性的能力影响有效种群大小的因素不等性比：种群中参与繁殖的雌雄数目不等时有效种群大小为：Ne=4NfNmNf+Nm种群的波动：约等于每代种群大小的调