生態(tài)學中的微觀發(fā)展

1、關(guān)于生態(tài)學當中的微觀發(fā)展的文獻綜述姓名：鄧建 學號：100903030005 班級：2010級生物科學前曰：生態(tài)學的發(fā)展史大致可概括為三個階段：生態(tài)學建立前期，生態(tài)學成長期 和現(xiàn)代生態(tài)學發(fā)展期。生態(tài)學發(fā)展史證明它是密切結(jié)合人類實踐，是在實踐活動 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在后來，生態(tài)學為了適應現(xiàn)代生態(tài)學的需要，逐漸向微觀方 向進行了發(fā)展。生態(tài)學作為生物科學的一個獨立分支，是研究生物與環(huán)境之間相 互關(guān)系的學科?，F(xiàn)代生態(tài)學則具有(1 )從描述性科學走向?qū)嶒灴茖W;(2 )研究重點 從個體水平轉(zhuǎn)移到種群和群落，進而發(fā)展到以生態(tài)系統(tǒng)研究為中心;(3)生態(tài)學 原理與人類各個實踐領(lǐng)域的結(jié)合更加密切；(4)數(shù)學模型在

2、生態(tài)學中得到廣泛應 用等鮮明特點。實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是關(guān)系中華民族生存和發(fā)展的長遠大計， 而環(huán)境污染、人口過剩、資源枯竭、生態(tài)惡化是需要首先克服的問題。因此我們 必須重視生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護，也必須研究生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，這是生態(tài)學 工作者的當務之急。實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略應該重視和利用現(xiàn)代生態(tài)學的成就 正文：現(xiàn)在我們先了解一下生態(tài)學的發(fā)展歷程：生態(tài)學建立前期由公元前2世紀到公元16世紀的歐洲文藝復興，是生態(tài)學思想的萌芽時期。 關(guān)于生態(tài)學的知識，最原始的人類在進行漁獵生活中，就積累著生物的習性和生 態(tài)特征的有關(guān)生態(tài)學知識，只不過沒有形成系統(tǒng)的、成文的科學而已。直到目前， 勞動人民在生產(chǎn)實踐中獲得

3、的動植物生活習性方面的知識，依然是生態(tài)學知識的 一個重要來源。作為有文字記載的生態(tài)學思想萌芽，在我國和希臘古代著作和歌 謠中都有許多反映。我國的詩經(jīng)中就記載著一些動物之間的相互作用，如“維 鵲有巢，維鳩居之”，說的是鳩巢的寄生現(xiàn)象。爾雅一書中就有草、木兩章， 記載了 200多種植物的形態(tài)和生態(tài)環(huán)境。古希臘的安比杜列斯(Empedocles)就 注意到植物營養(yǎng)與環(huán)境的關(guān)系，而亞里士多德(Aristotle)及其學生都描述了動 植物的不同生態(tài)類型，如分水棲和陸棲，肉食、食草、雜食等，氣候和地理環(huán)境 與植物生長的關(guān)系等。生態(tài)學的建立和成長期從公元16世紀到20世紀50年代是生態(tài)學的建立和成長期。曾被

4、推舉為第 一個現(xiàn)代化學家的Boyle在1670年發(fā)表了低氣壓對動物的效應的試驗，標志著 動物生理生態(tài)學的開端。1735年法國昆蟲學家Reaumur在其昆蟲學著作中，記 述了許多昆蟲生態(tài)學資料，他也是研究積溫與昆蟲發(fā)育的先驅(qū)。1855年Al. de Candolle將積溫引入植物生態(tài)學，為現(xiàn)代積溫理論打下了基礎(chǔ)。1807年德國植 物學家A. Humboldt在植物地理學知識一書中，提出植物群落、群落外貌 等概念，并結(jié)合氣候和地理因子描述了物種的分布規(guī)律。1859年法國的Saint Hilaire首創(chuàng)ethology 一詞，以表示有機體及其環(huán)境之間的關(guān)系的科學，但后來一 般將此詞作為動物行為學的名

5、詞。直到1869年，Haeckel首次提出生態(tài)學的定義。 1877年德國的Mobius創(chuàng)立生物群落(biocoenose)概念。1890年Merriam首創(chuàng) 生命帶(life zone)假說。1896年Schroter始創(chuàng)個體生態(tài)學(autoecology)和群 體生態(tài)學(synecology )兩個生態(tài)學概念。此后，1895年丹麥哥本哈根大學的Warming的植物分布學(1909年經(jīng)作者本人改寫，易名為植物生態(tài)學)， 和1898年德國波恩大學Schimper的植物地理學兩部劃時代著作，全面總結(jié) 了 19世紀末葉以前植物生態(tài)學的研究成就，標志著植物生態(tài)學已作為一門生物 科學的獨立分支而誕生。至

6、于在動物生態(tài)學領(lǐng)域，Adams(1913)的動物生態(tài) 學的研究指南，Elton(1927)的動物生態(tài)學，Schelford的實驗室和野外 生態(tài)學(1929)和生物生態(tài)學(1939)，Chapman(1931)的以昆蟲為重點 的動物生態(tài)學，Bodenheimer(1938)的動物生態(tài)學問題等教科書和專著，為動物生態(tài) 學的建立和發(fā)展為獨立的生物學分支作出了重要貢獻。我國費鴻年(1937)的動 物生態(tài)學綱要也在此時期出版，是我國第一部動物生態(tài)學著作。前蘇聯(lián)的首部 動物生態(tài)學基礎(chǔ)也于1945年由KamkapoB完成并出版。但直到Allee， Emerson等合寫的內(nèi)容極為廣泛的動物生態(tài)學原理于1949

7、年出版時，動物 生態(tài)學才被認為進入成熟期。由此可見，植物生態(tài)學的成熟大致比動物生態(tài)學要 早半個世紀，并且自19世紀初到中葉，植物生態(tài)學和動物生態(tài)學是平行和相對 獨立發(fā)展的時期。植物生態(tài)學以植物群落學研究為主流，動物生態(tài)學則以種群生 態(tài)學為主流。在植物群落學研究方面，在半個多世紀中大致形成了4個主要學派：英美學派以美國的F. E. Clements和英國的A. G. Tansley為代表。以研究植物群 落的演替和創(chuàng)建頂極學說而著名，有影響的著作有Clements (1916)的植物的 演替，Clements與Weaver (1929)的植物生態(tài)學和Tansley (1923)的實 用植物生態(tài)學等

8、。法瑞學派以法國的J. Braun-Blanquet和瑞士的E. Rubel為代表。他們以特征種和區(qū) 別種劃分群落類型，稱為群叢，并建立了比較嚴格的植被等級分類系統(tǒng)，完成了 大量的植被圖，在各學派中影響最大。主要著作有Braun-Blanquet (1928)的植 物社會學和Rubel (1922)的地植物學研究方法。北歐學派以瑞典的Du. Rietz為代表，以注重群落分析為特點。1935年與法瑞學派合流后，被稱為大陸學派。重要著作有Rietz (1921 )的 近代社會學方法論基礎(chǔ)。前蘇聯(lián)學派以B. H. CyKaueB為代表。他們注重建群種與優(yōu)勢種，建立了一個植 被等級分類系統(tǒng)，并重視植被

9、生態(tài)與植被地理工作。代表著作有CyKaeB的 植物群落學(1908)和和生物地理群落學與植物群落學(1945)。動物生態(tài)學在本世紀60年代以前的主流是動物種群生態(tài)學，尤其是關(guān)于種 群調(diào)節(jié)和種群增長的數(shù)學模型研究。50年代在美國冷泉港會議上進行了有關(guān)種 群調(diào)節(jié)的大論戰(zhàn)。生物學派的代表人物有澳大利亞的Nicholson和英國的Lack等；而氣候?qū)W派的代表是澳大利亞的 Andre-wartha和Birch；此外，也有折衷的，如Milne等。種群增長模型研究， 有 Pearl (1920)再度提出 Verhulst (1838)的邏輯斯諦模型，到 Lotka-Volterra (1926)的競爭和捕食

10、模型，Gause (1934)的實驗種群研究。此外，在本世紀 60年代以前，植物的生理生態(tài)、動物的生理生態(tài)或?qū)嶒炆鷳B(tài)，動物群落、動物 行為、湖泊的生產(chǎn)力和能量收支等方面也都有重要的發(fā)展?，F(xiàn)代生態(tài)學發(fā)展期從本世紀60年代至今，是生態(tài)學蓬勃發(fā)展的年代。二次大戰(zhàn)以后，人類 的經(jīng)濟和科學技術(shù)獲得史無前例的飛速發(fā)展，既給人類社會帶來了進步和幸福， 也帶來了環(huán)境、人口、資源和全球性變化等關(guān)系到人類自身生存的重大問題。這 些是促進生態(tài)學大發(fā)展的時代背景和實踐基礎(chǔ)；而近代的數(shù)學、物理、化學和工 程技術(shù)向生態(tài)學的滲透，尤其是電子計算機、高精度的分析測定技術(shù)、高分辨率 的遙感儀器和地理信息系統(tǒng)等高精技術(shù)為生態(tài)學發(fā)

11、展準備了條件?，F(xiàn)代生態(tài)學發(fā) 展的主要趨勢如下：生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學研究是生態(tài)學發(fā)展的主流。國際生物學計劃(IBP，1964 1974)是有97個國家參加，包括陸地生產(chǎn)力、淡水生產(chǎn)力、海洋生產(chǎn)力、資源 利用和管理等7個領(lǐng)域的生物科學中空前浩大的計劃，其中心是全球主要生態(tài)系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生物生產(chǎn)力研究。IBP先后出版35本手冊和一套全球主要生 態(tài)系統(tǒng)叢書。以后，為1972年開始的更具有實踐意義的人與生物圈(MAB)計 劃所替代。以生態(tài)系統(tǒng)為中心的特點也反映在生態(tài)學教科書上。E. Odum的生態(tài)學基礎(chǔ)(1983改名為BasicEcology)，開創(chuàng)以生態(tài)系統(tǒng) 為骨干的體系。以后，分別討論植物生態(tài)學和動

12、物生態(tài)學的教材就很少了 o Harper (1977)的研究，打開了植物種群生態(tài)學的局面，也促進了動植物生態(tài)學的 匯流。種群生態(tài)學成為生態(tài)系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)。系統(tǒng)生態(tài)學的發(fā)展是系統(tǒng)分析和生態(tài)學的結(jié)合，它進一步豐富了本學科 的方法論，E. Odum甚至稱其為生態(tài)學發(fā)展中的革命。Patten等(1971 )的生 態(tài)學中的系統(tǒng)分析和模擬、Smith (1975)的生態(tài)學模型，Jorgenson (1983， 1988)的生態(tài)模型法原理和H. Odum (1983)的系統(tǒng)生態(tài)學引論等為 這方面的主要專著。70年代以來，群落生態(tài)學有明顯發(fā)展，由描述群落結(jié)構(gòu)、發(fā)展到數(shù)量生 態(tài)學，包括群落的排序和數(shù)量分類，并進

13、而探討群落結(jié)構(gòu)形成的機理。如Strong 等(1984)的生態(tài)群落* Gee等(1987)的群落的組織和Hastings (1988) 的群落生態(tài)學文集。Tilman (1982, 1988)則從植物資源競爭模型研究開始 探討群落結(jié)構(gòu)理論，如資源競爭與植物群落和植物對策與植物群落的結(jié)構(gòu) 和動態(tài)，Cohen的食物網(wǎng)和生態(tài)位空間(1978)、群落食物網(wǎng)：資料和理論(1990)和Pimm的食物網(wǎng)(1982)等著作，使食物網(wǎng)理論有明顯發(fā)展，特 別是提出一些統(tǒng)計規(guī)律和預測模型(如級聯(lián)模型cascade model)o Schoener(1986) 則明確提出群落生態(tài)學的機理性研究：一種新還原論？?，F(xiàn)代生

14、態(tài)學向宏觀和微觀兩極發(fā)展，雖然宏觀的是主流，但微觀的成就 同樣重大而不容忽視。在生理生態(tài)學方面，80年代以來的重要專著有Townsend 等(1981 )的生理生態(tài)學：對資源利用的進化研究，其再版改名為Sibly等 (1987)的生理生態(tài)學：進化研究其作者之一 Calow創(chuàng)辦了功能生態(tài)學 新刊(1987年開始，英國生態(tài)學會主辦)。1986年有20余名專家討論生理生 態(tài)學研究新方向，提出了發(fā)展有機體生物學的一個多學科綜合研究。植物生理生 態(tài)學領(lǐng)域的重要著作有Lacher (1975)的植物生理生態(tài)學。行為生態(tài)學的發(fā)展。德國的Lorens (1950)和Tinbergen (1951， 1953)

15、發(fā) 展了行為生態(tài)學，他們均是諾貝爾獎金獲得者。Wilson (1975)的社會生物學： 新的綜合是一部名著，重點在社群行為。J. Krebs (1978，1987)的行為生 態(tài)學引論是該領(lǐng)域第一本較全面系統(tǒng)的專著。至于從進化角度討論行為的專著 有Alock (1975)的動物的行為：進化研究和Barnard (1983)的動 物的行為：生態(tài)學和進化論?；瘜W生態(tài)學。種間和種內(nèi)斗爭，都會依賴于化學物質(zhì)，它也是群落和生態(tài) 系統(tǒng)的基礎(chǔ)。生態(tài)學考慮信息的作用為時不長。第一本是Sondheimer(1969)的 化學生態(tài)學，以后有Barbier (1979)的化學生態(tài)學引論和Harborne( 1988)

16、 的生態(tài)生物化學引論和Bell等(1984； 1990有中譯本)的昆蟲化學生態(tài) 學。生態(tài)學、行為學和進化論相結(jié)合，形成了進化生態(tài)學，也是當前生態(tài)學發(fā) 展的一個特點。最早提出進化生態(tài)學的是Orians(1972)，70年代獲得較顯著發(fā) 展，出現(xiàn)多本專著，如 Pianka(1974)、Emlen(1973)、Shorrocks ( 1984)和前 蘇聯(lián)學者Shvarts(1977)所著的專著都以進化生態(tài)學或類似書名出版Futuyma (1983)則編著了協(xié)同進化。應用生態(tài)學的迅速發(fā)展是70年代以來的另一重要趨勢，其方向之多、 涉及領(lǐng)域和部門之廣，與其他自然科學和社會科學結(jié)合點之多，真是五花八門，

17、使人感到難以給予劃定范圍和界限。限于篇幅，僅介紹幾個顯著的。生態(tài)學與環(huán) 境問題研究相結(jié)合，是70年代后期應用生態(tài)學最重要的領(lǐng)域。這不僅是污染生 態(tài)學的發(fā)展，還促進保護生態(tài)學、生態(tài)毒理學、生物監(jiān)察、生態(tài)系統(tǒng)的恢復和重 建、生物多樣性的保護等方向。主要著作如：Anderson (1981 )的環(huán)境科學用 的生態(tài)學，Park (1980)的生態(tài)學與環(huán)境管理、Polunin (1986)的生態(tài)系 統(tǒng)的理論與應用、IUCN (1980)的世界保護對策：生物資源保護與持續(xù)發(fā)展 等。生態(tài)學與經(jīng)濟學相結(jié)合，產(chǎn)生了經(jīng)濟生態(tài)學。雖然這是尚未成熟的學科，但 國內(nèi)外都給以相當重視，它研究各類生態(tài)系統(tǒng)、種群、群落、生物

18、圈的過程與經(jīng) 濟過程相互作用方式、調(diào)節(jié)機制及其經(jīng)濟價值的體現(xiàn)。適宜于生態(tài)學家讀的可能 是Clark (1981 )的生物經(jīng)濟學一書。生態(tài)工程是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)循環(huán)再生等原理設(shè)計的分層多 級利用的生產(chǎn)工藝。我國在農(nóng)業(yè)生態(tài)工程應用上廣為群眾按受，創(chuàng)造了許多不同 形式，已引起國際上重視，雖然其理論發(fā)展還落后于實踐。Mitsch (1989)等的 生態(tài)工程是世界上第一本生態(tài)工程專著。人類生態(tài)學的定義、內(nèi)容和范圍，大約是最難準確劃定的，它也是聯(lián)系自然 科學和社會科學的紐帶。雖然70年代已有人類生態(tài)學專著出現(xiàn)，如Sargent (1974)、Ehrlich (1973)和 Smith (197

19、6)，以后有 Clapham (1981 )的人類 生態(tài)系統(tǒng)，但尚未見公認而比較系統(tǒng)的專著。馬世駿(1983)提出的“社會- 經(jīng)濟-自然復合生態(tài)系統(tǒng)的概念與人類生態(tài)系統(tǒng)很接近，而前蘇聯(lián)的社會生態(tài) 學(馬爾科夫，1989)大致與人類生態(tài)學相一致。此外，農(nóng)業(yè)生態(tài)學、城市生態(tài)學、漁業(yè)生態(tài)學、放射生態(tài)學等都是生態(tài)學應 用的重要領(lǐng)域。與應用領(lǐng)域密切相關(guān)、從研究層次又更為宏觀的景觀生態(tài)學和全球生態(tài) 學是近一二十年發(fā)展起來的新方向。前者如Naveh (1983)的景觀生態(tài)學：理 論和應用，F(xiàn)orman等(1986)的景觀生態(tài)學。后者與全球性的環(huán)境問題和 全球性變化有關(guān)，也可稱為生物圈生態(tài)學，而蓋阿假說(Ga

20、ia hypothesis)，即地 球表面的溫度和化學組成是受地球這個行星的生物總體(biota)的生命活動所主 動調(diào)節(jié)的，并保持著動態(tài)的平衡，這是全球生態(tài)學的主要理論，目前已受到廣泛 重視。主要著作有：Lovelock (1988)的蓋阿時代，Rambler (1989)的全 球生態(tài)學：走向生物圈科學、和Bolin (1979)、Southwick (1985)等以“全球 生態(tài)學”為書名的專著。在生態(tài)學的逐漸發(fā)展之中，發(fā)展趨勢發(fā)生了一定的變化，主要是往微觀方向 進行了發(fā)展。生態(tài)學經(jīng)歷了一個半世紀的發(fā)展，已經(jīng)形成了比較完整的學科結(jié)構(gòu)和成熟的 理論體系。一般認為，生態(tài)學是以個體、種群、群落、生態(tài)

21、系統(tǒng)為中心的宏觀生 物學，其特有的研究對象包括種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)和生物圈等。因此，按其研 究對象可分為個體生態(tài)學、種群生態(tài)學、群落與生態(tài)系統(tǒng)及其以上水平的生態(tài)學。 分子生物學是研究生命活動的大分子如蛋白質(zhì)、核酸的科學。在短短的幾十年中， 分子生物學取得了輝煌的成就，已引起了整個生物科學的革命，在分子水平上闡 述生命現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展機理已成為生物學家們共同關(guān)注的目標。采用分子生物 學的研究方法和研究成果來闡述生態(tài)規(guī)律的分子機理，進而產(chǎn)生了一門嶄新的學 科一分子生態(tài)學(Molecular Ecology) o目前，分子生態(tài)學已成為當前國際生物學 的研究熱點之一，是生態(tài)學研究的新領(lǐng)域。1分子生態(tài)學

22、的概況1.1分子生態(tài)學的產(chǎn)生和發(fā)展1966年，Harris首次把同工酶分析用于人類，Richardson等出版的等位酶 電泳一動物系統(tǒng)學和種群研究手冊”，被認為是分子生態(tài)學的雛形。1976年， Avise、Lansman等第1次將線粒體DNA的分析方法應用于自然種群的研究，被 看作是分子生態(tài)學的首次工作。在隨后的幾十年里，無論是在基礎(chǔ)理論還是在應 用技術(shù)方面的分子生態(tài)學研究均取得了突飛猛進的發(fā)展。1992年，英國生態(tài)學 會主辦的國際性刊物分子生態(tài)學(Molecular ecology)的創(chuàng)刊成為分子生態(tài)學 誕生的主要標志1。1.2分子生態(tài)學的概念Hoelzel認為，分子生態(tài)學是以DNA和蛋白質(zhì)

23、的特征為基礎(chǔ)，研究物種的進 化、演化及種群生物學的科學2。Burke在分子生態(tài)學的創(chuàng)刊號首卷的社論 中解釋了分子生態(tài)學的概念，認為分子生態(tài)學是分子生物學與生態(tài)學有機結(jié)合的 一個很好的界面3。向近敏認為，分子生態(tài)學是研究細胞內(nèi)生物活性分子與其分 子環(huán)境關(guān)系的科學4。而目前較為一致的看法是：分子生態(tài)學是生態(tài)學的微觀研 究層次與領(lǐng)域，它利用分子生物學原理、方法和技術(shù)，來研究生命系統(tǒng)與環(huán)境系 統(tǒng)相互作用的機理及其分子機制的科學，從分子水平探討生物與環(huán)境的關(guān)系1】。1.3分子生態(tài)學的研究對象和研究內(nèi)容分子生態(tài)學主要涉及分子種群生物學、分子環(huán)境遺傳學和分子適應3個方面 的問題，在技術(shù)上主要有用于物種鑒定的

24、分子技術(shù)、新探針的構(gòu)建以及用于種群 研究的基因序列分析和引物設(shè)計以及探討基因工程產(chǎn)物的環(huán)境適應性和投放環(huán) 境后所引起的物種與環(huán)境互作、物種之間互作、種內(nèi)競爭等方面的生態(tài)效應等重 要領(lǐng)域。實際上分子生態(tài)學不是簡單的分子技術(shù)在生態(tài)學問題中的應用，其研究 內(nèi)容還遠不止于此。2分子生態(tài)學的研究現(xiàn)狀2.1分子生態(tài)學研究途徑和技術(shù)手段分子生態(tài)學的方法分為兩大類，即屬于DNA層次的研究方法和蛋白質(zhì)層次 的研究方法。蛋白質(zhì)層次的研究多采用多位點等位酶為指標，DNA層次的主要 研究對象是線粒體DNA、葉綠體DNA、核糖體DNA及基因組DNA。2.1.1蛋白質(zhì)技術(shù)等位酶指一定基因位點上不同的等位基因編碼的酶。等位

25、酶分析技術(shù)是分子 生態(tài)學研究中重要的技術(shù)手段。等位酶分析技術(shù)基本步驟是按個體提取具有活性 的酶，然后電泳、染色。為正確解釋等位酶譜帶，通常要了解每一種等位酶變異 的遺傳基礎(chǔ)，這需要至少分析10-20個獨立分離的多態(tài)性位點，才能達到統(tǒng)計的 可信度。等位酶技術(shù)操作相對簡單，花費少，統(tǒng)計方法標準。等位酶分析對一些 普遍理論的提出作出了重要貢獻，如自然種群的遺傳維持、性別的進化意義、在 適應性進化中基因的角色、種群地理結(jié)構(gòu)的起源以及遺傳多樣性的生態(tài)學意義 等。采用蛋白質(zhì)電泳獲得多位點等位酶圖譜是分子生態(tài)學研究中最有價值的資料 之一。但對于一些狹域分布的地方種群，往往缺乏多態(tài)性的位點，無法進行等位 酶分

26、析；另外，由于酶自身容易失活等特性，使得該技術(shù)在實際應用中具有一定 的局限性。2.1.2 DNA 技術(shù)。隨著分子生物學技術(shù)的迅速發(fā)展，DNA分析技術(shù)成為生態(tài)學家的必然選擇。 DNA相對于等位酶而言，有更豐富的變異，至能夠提供區(qū)分個體的特異性“指 紋”(fingerprint)，同時試驗材料易于獲得，從化石到活體材料都可以用，且所 需材料微少。DNA通常分2種類型，即核DNA和細胞器DNA。前者亦稱為基因組DNA, 多適宜于種群內(nèi)的研究；后者相對保守，主要用于研究種間系譜關(guān)系。細胞器 DNA多為母系遺傳，為研究母系血親關(guān)系提供了可能途徑5。DNA分析技術(shù)與 等位酶技術(shù)相比較復雜，其基本過程包括：

27、DNA提取、限制性酶切、PCR擴增、 分子雜交、基因文庫構(gòu)建、DNA測序或指紋譜帶測定等。歸納起來主要有以下 幾種DNA技術(shù)，即限制性片段長度多態(tài)性(RFLPs)、隨機擴增多態(tài)性DNA標記 (RAPDs)、可變數(shù)目串聯(lián)重復(VNTRs)以及簡單重復間序列標記(ISSR DNA測 序(DNA sequences)。其中 VNTRs 包括多位點小衛(wèi)星(multi-locus minisatellite DNA)、單位點小衛(wèi)星(single locus minisatellite DNA)和微衛(wèi)星(microsatellite DNA)3種類型。2.2分子生態(tài)學的應用領(lǐng)域和研究熱點2.2.1分子生態(tài)

28、學的應用領(lǐng)域2.2.1.1分子生態(tài)學在動物生態(tài)學中的應用動物線粒體DNA分子量小，且是共價閉合環(huán)狀雙鏈結(jié)構(gòu)，呈嚴格的母系遺 傳，無組織特異性，進化速度快，特別適合進行RFLP分析。Glaus首先報道 了珍珠雞(Agelastes Meleagrides )和火雞(Turkey)線粒體 DNA 的 RFLP 長度 多態(tài)性，并選用家雞的16S rRNA、ND6等基因的DNA探針對部分鳥類的親緣 關(guān)系進行了研究。隨后的研究也比較多，根據(jù)已有資料，目前已對131種鳥類進 行了線粒體DNA的RFLP研究。張亞平等用微衛(wèi)星標記對13只人工飼養(yǎng)的 大熊貓進行了親緣關(guān)系分析，得出了繁殖能力較強的父本個體，這對

29、于大熊貓人 工繁殖過程中選擇有效的雄性個體及理想的配對方案都十分必要。分子標記技術(shù) 已廣泛應用于對兩棲動物、哺乳動物和魚類等類群的遺傳譜系關(guān)系分析，確定物 種或物種內(nèi)不同品系的親緣關(guān)系。楊光等8把分子生物學技術(shù)應用到中國江豚的 研究，通過對線粒體DNA控制區(qū)序列的變異分析，揭示中國水域江豚的不同種 群間可能已經(jīng)有了顯著的遺傳分化，種群間缺乏基因交流，因此在進行江豚資源 管理和種群保護時需要把它們作為不同的種群單元來區(qū)別對待。在動物分子生態(tài)學研究中，獲取試驗材料一直是困擾研究者的一大難題。常 用方法是捕獲或者麻醉動物，然后采集血液或組織。但從野生動物保護的角度來 說，該方法存在許多問題，使其應用

30、受到限制。首先野生動物對人類相當警覺， 或其出沒地區(qū)人類難以到達，捕捉它們有一定難度；另外，捕捉和麻醉都有可能 干擾其正常生理過程，改變其行為或更換棲息地；再者，對一些瀕危動物個體的 傷害則可能影響到整個種群，甚至整個物種的安危。動物體時時刻刻都在進行新 陳代謝，其腸道也會有細胞脫落混在其糞便中而排出體外。研究表明，每克人的 新鮮糞便中有105個腸道細胞，而且大部分是活細胞9，這就意味著可以從糞便 中獲取糞便產(chǎn)生者的DNA進行分子遺傳學分析。Hoss等10在Nature發(fā)表的 第一篇關(guān)于從熊糞便中獲得DNA的論文，標志著糞便DNA分析技術(shù)的建立， 為生態(tài)學研究提供了有價值的資料。目前該方法的應

31、用范圍已經(jīng)包括物種鑒別、 個體識別、性別鑒定、親緣關(guān)系鑒定、母系鑒定、父權(quán)認定、種群數(shù)量估計以及 領(lǐng)地范圍估測等。2.2.1.2分子生態(tài)學在植物生態(tài)學中的應用分子生態(tài)學在植物生態(tài)學中的應用主要涉及瀕危植物保護生物學的應用、物 種的遺傳多樣性和種群生存力分析、植物的生殖行為研究以及轉(zhuǎn)基因植物釋放的 生態(tài)學評估等方面。府宇雷等11應用隨機擴增多態(tài)DNA (RAPD)方法，分別 對我國5個緯度8個不同地點的野大豆(Glycine so”)種群及浙江金華地區(qū)5 個野大豆種群，進行了分子生態(tài)學研究，發(fā)現(xiàn)這些野大豆種群存在較高的遺傳變 異，并且這些變異與地理緯度有一定正相關(guān)。李丹等12通過RAPD對3個馬

32、尾 松種群的遺傳多樣性的分析表明，遺傳多樣性主要仍在種群內(nèi)，種群間遺傳距離 值與海拔差距呈顯著正相關(guān)。林鵬用分子生態(tài)學技術(shù)研究紅樹群落，澄清了 木欖屬(Bruguiera)的尖瓣海蓮(B. sexangula var. phynchop etala)的歸屬問題， 明確了尖瓣海蓮是海蓮(B . sexangula )的一個變種，而非海蓮與木欖 (B. gymmorrhiza)的雜交種。2.2.1.3分子生態(tài)學在微生物生態(tài)學中的應用自然界中存在大量不可培養(yǎng)的微生物，因此，傳統(tǒng)方法研究微生物的、區(qū)系 缺乏全面性。而rDNA基因序列在微生物中高度的保守性和多樣性，可以根據(jù)其 序列的相似程度反映出它們的

33、系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。其中，16S rDNA序列分析已成 為細菌種屬鑒定和分類的標準方法，并揭示了許多微生物新類群。近年來，23S rDNA的基因及16-23S rDNA序列間區(qū)(ISR)的分析已成為細菌分類和鑒定中 的熱點。根據(jù)rRNA基因的多拷貝性及高度保守的特性，利用核酸探針技術(shù)可以 檢測環(huán)境樣品中微生物的種群或特定種的存在。目前這類探針已用于檢測 Escherichia coli，Listeriaspp.，Yersimiaspp.及 Mycobacterium avium 等致病性細菌。 總之，以rDNA基因分析方法為代表的核酸技術(shù)將微生物多樣性及微生物生態(tài)學 研究帶入了新的時代，極大地推動了

34、微生物多樣性的研究。Mcorist等15傭復合 引物技術(shù)檢驗了 Lawsonia intracellularis，為回腸炎的流行病學調(diào)查提供了快速、 準確的方法。張曉君等16利用16s rDNA克隆測序的方法分析了馬蘭冰川一個深 層冰芯樣品的微生物多樣性，樣品中有許多序列與嗜冷微生物的序列很相似。Gong等17和Whitford等18分別用PCR-DGGE技術(shù)研究了肉仔雞腸道和瘤胃微 生物的區(qū)系。王平等19采用發(fā)光光度法對土壤中小麥根部帶lux AB基因的熒光 假單胞菌進行了跟蹤檢測和回收，發(fā)現(xiàn)在接種后5個月的田里的土壤中還能用上 述方法檢測到定殖 于小麥根部的標記菌株?；?因工程微生 物(g

35、enetically engineered microorganism， GEM)生態(tài)學的研究已成為微生物分子生態(tài)學的一 項主要研究內(nèi)容之一。GEM生態(tài)學研究的主要內(nèi)容有生物學特征鑒定、GEM的 適合度和潛在的延遲效應、環(huán)境釋放規(guī)模和頻度、基因轉(zhuǎn)移和遺傳穩(wěn)定性以及潛 在的生態(tài)影響。2.2.1.4分子生態(tài)學與空間生態(tài)學的結(jié)合應用生態(tài)學發(fā)展至今有2件大事令人矚目:一是1992年分子生態(tài)學的創(chuàng)刊， 標志著分子生態(tài)學這門學科的正式誕生；一是被稱為“生態(tài)學理論的最后前沿” 的空間生態(tài)學(Spatial ecology)的誕生?？臻g生態(tài)學是一門側(cè)重生物個體及其 組織的空間位置和各種生態(tài)過程空間尺度的學科，

36、在其理論模型中往往直接或間 接包含有空間變量。目前在許多實例研究中，這2門學科正逐步融合到一起。尤 其是微衛(wèi)星等DNA標記技術(shù)已被廣泛應用于分子生態(tài)學研究的多個領(lǐng)域中，在 種群的空間遺傳結(jié)構(gòu)、基因流研究領(lǐng)域正逐步與現(xiàn)代空間技術(shù)(3S)結(jié)合起來， 開拓了分子生態(tài)學與空間生態(tài)學相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域空間分子生態(tài)學(Spatial Molecular Ecology)。2.2.2分子生態(tài)學的研究熱點2.2.2.1生態(tài)適應性研究生態(tài)適應性研究主要研究植物對水、溫度、鹽、重金屬等非生物脅迫的分子 反應以及生物脅迫反應，包括脅迫環(huán)境下植物數(shù)量性狀的QTL定位、熱激反應Ipomoea的生態(tài)適應等。研究表明，多

37、數(shù)黃酮類物質(zhì)可緩解熱脅迫而保證 pur-puread的正常結(jié)實 如。Ipomoea2.2.2.2重組生物帶來的危險重組生物的存活、繁殖、擴散和對其他生物的影響以及對重組生物提出生態(tài) 預測，是分子生態(tài)學研究的熱點問題之一。一些學者認為，大多數(shù)遺傳工程產(chǎn)生 的產(chǎn)物并不會帶來大的風險，然而人們并不能因此排除它們中的一部分會帶來嚴 重后果。雖然現(xiàn)在尚無關(guān)于遺傳工程改良產(chǎn)物危險環(huán)境的令人信服的證據(jù)，但依 據(jù)人類在引種、育種方面的經(jīng)驗，以及目前遺傳學、生態(tài)學及進化學等有關(guān)知識， 可以推論遺傳工程生物釋放于環(huán)境可能產(chǎn)生的潛在效應。2.2.2.3保護生物學保護生物學的核心是生物多樣性的保護。就物種多樣性而言，

38、盡管遺傳工程 本身在技術(shù)上可增加其潛力，但實際上遺傳工程改良生物投放環(huán)境后的直接和間 接效應卻將減低物種的多樣性。在生產(chǎn)上，人們更愿意選擇產(chǎn)量高的品種而將其 他品種淘汰。遺傳工程生物專利禁止育種學家們自由交換種質(zhì)，限制遺傳交流等 都降低了遺傳多樣性。轉(zhuǎn)基因生物進入環(huán)境后參與的優(yōu)良物種競爭可能會使一些 本來稀有的動植物種類滅絕或排斥本地種，如何協(xié)調(diào)遺傳工程或保存物種、基因 的多樣性是分子生態(tài)學的一個重要任務。2.2.2.4行為生態(tài)學目前對動物行為生態(tài)學研究較多，而植物行為生態(tài)學正處于發(fā)展的初級階 段，它的一個重要特點是把生態(tài)學與行為學、遺傳學和進化理論結(jié)合在一起，并 引入經(jīng)濟學思想，探索新的研究

39、理論和研究方法。其研究熱點主要有花粉和種子 傳播的分子鑒定、克隆繁殖植物的克隆結(jié)構(gòu)及其斑塊形成機、有性繁殖和無性繁 殖的比例等22。3分子生態(tài)學的發(fā)展趨勢及展望分子生態(tài)學才剛剛興起接近二十年，但發(fā)展很快?？梢灶A計，隨著各種檢測 DNA多樣性方法的發(fā)明和廣泛使用，分子生態(tài)學將成為生態(tài)學的一個重要研究 領(lǐng)域，其研究范圍將越來越廣泛，研究內(nèi)容也越來越豐富，闡明問題也越來越深 入，各種生物種群的遺傳結(jié)構(gòu)將得到進一步闡明。通過適應性基因的克隆及其分 子分析可以揭示適應的起源并建立一個統(tǒng)一的進化理論，更重要的是分子生態(tài)學 可以從功能上闡明生態(tài)學的分子機理?？偨Y(jié)：分子生態(tài)學也僅僅是一種新的技術(shù)手段，只有將它

40、與傳統(tǒng)生態(tài)學、種群統(tǒng)計、 生理學、環(huán)境學等學科和方法結(jié)合起來，將分子信息與生態(tài)的、統(tǒng)計的、生理的 野外數(shù)據(jù)結(jié)合起來，才能最終理解種群的結(jié)構(gòu)與動態(tài)、物種不同形態(tài)及生理特征 的實際意義，才能理解物種或種群的進化規(guī)律。參考文獻徐正強，唐繼榮，姚明亮.分子生態(tài)學簡介J.生物學教學，1999, 24(11): 4 6.Hoelzel A R. Conservation genetics of whales and dolphins J. Molecular Ecology, 1992, 1: 119125.Bruke T, Seidler R, Smith H. Editorial J. Molecular Ecology, 1992, 1: 1.向近敏，林雨霖，向連濱.分子生態(tài)調(diào)節(jié)是免疫功能發(fā)生的必需機制J.免 疫學雜志，1997, 13(2): 131135.黃瑞林，印遇龍，侯振平.分子生態(tài)學的興起與應用.J.廣西農(nóng)業(yè)生物科學， 2005, 24(1): 8085.Glaus K. Structure organization and evolution of avian mitochondlrialDNA D. Columbus(USA): Ohio State Un