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1、主講教師：劉建 副教授 Email: Tel: 053188364425 山東大學(xué) 環(huán)境研究院 生態(tài)學(xué)與生物多樣性研究所,生態(tài)學(xué)與人類未來,第十三講 外來種和生物入侵,本專題講授內(nèi)容,一、外來種和生物入侵的有關(guān)概念 （1）有關(guān)概念 （2）生物入侵的危害 二、生物入侵的機(jī)制和防治 （1）生物入侵的機(jī)制 （2）生物入侵的途徑 （3）生物入侵的防治 三、轉(zhuǎn)基因生物的生物安全,本專題講授內(nèi)容,一、外來種和生物入侵的有關(guān)概念 （1）有關(guān)概念 （2）生物入侵的危害 二、生物入侵的機(jī)制和防治 （1）生物入侵的機(jī)制 （2）生物入侵的途徑 （3）生物入侵的防治 三、轉(zhuǎn)基因生物的生物安全,一、外來種和生

2、物入侵的有關(guān)概念,（1）有關(guān)概念 外來種是相對于本地種而來的。 本地種（native species），按韋氏字典（1991）的定義是“自然起源于一特定的地域和地區(qū)的物種”。Webb（1993）認(rèn)為本地種是在當(dāng)?shù)刈匀贿M(jìn)化，或“在石器時(shí)代前就達(dá)到這些地方或在沒有人類干擾前就出現(xiàn)于這些地方的物種”。他建議合適的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)是16世紀(jì)全球環(huán)游之前。 本地種也稱土著種。,（1）有關(guān)概念 外來種（alien species）:與本地種相對的概念是外來種。狹義的外來種定義是指由于人類有意或無意的作用被帶到了其自然演化區(qū)域以外的物種。這個(gè)定義強(qiáng)調(diào)了物種被人為移動(dòng)或引進(jìn)。因此不包括自然入侵的物種和基因工程得到

3、的物種或變種。 廣義的定義認(rèn)為只要是進(jìn)入一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的新物種就是外來種。它包括人為有意引進(jìn)的物種、無意引進(jìn)的物種、自然入侵的物種，以及基因工程得到的物種（GEOs或GMOs）或變種和人工培育的雜種。,外來物種和生物入侵的有關(guān)概念,外來種既給人類帶來了很大利益，也給人類帶來過很多災(zāi)難，不能籠統(tǒng)的說外來種有害或有利。外來種不一定有入侵性，造成危害的主要是入侵性外來種（簡稱入侵種）。 在人類歷史上，外來種對各國文明的發(fā)展都有重大貢獻(xiàn)。在中國，除大豆等少數(shù)原產(chǎn)我國外, 作物多數(shù)是引進(jìn)的，包括棉花、玉米、菜豆、苜蓿、蘋果、番茄、花生、芝麻、馬鈴薯、蕃薯等，現(xiàn)代的蔬菜、花卉、觀賞植物則更多。 我國原產(chǎn)的大

4、豆、獼猴桃分別在美國和新西蘭成為農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)量超過中國（胡志昂，2000）。這些例子可以看出，很多外來種不但經(jīng)濟(jì)利益巨大，而且沒有生態(tài)危害。,外來物種和生物入侵的有關(guān)概念,（1）有關(guān)概念 外來種的危害，大部分是由于入侵種帶來的。 入侵種已經(jīng)嚴(yán)重影響到了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)，生物多樣性和經(jīng)濟(jì)。針對入侵種 ，生物多樣性公約中也包括了一項(xiàng)特別條款，即第八條款防止引進(jìn)、控制或清除那些威脅到生態(tài)系統(tǒng)、生境或物種的外來物種。,生物入侵的概念,（外來）入侵種 指已經(jīng)在自然或半自然生態(tài)系統(tǒng)或生境中建立了種群，成為改變和威脅本地生物多樣性的外來物種。 生物入侵 也稱為生態(tài)入侵，指外來種在自然狀態(tài)或人類作用下，在

5、異地獲得生長與繁殖并對當(dāng)?shù)卦斐捎绊懙默F(xiàn)象。,（2）生物入侵的危害,外來種入侵是自然生態(tài)系統(tǒng)面臨最重要全球性問題之一(Ehrenfeld et al. , 2001)，它不僅是威脅生物多樣性的主要原因之一，而且威脅著全球的生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展(Keane & Grawley, 2002) 。 過去，高山，大海，沙漠曾是阻止物種擴(kuò)散的天然屏障，然而隨著貿(mào)易，旅游和其他人類活動(dòng)的加劇，越來越多的物種正在跨越屏障做環(huán)球旅行。,（2）生物入侵的危害,第一，外來物種入侵會(huì)嚴(yán)重破壞生物的多樣性，并加速物種的滅絕。 第二，外來物種入侵會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)平衡。 第三，外來物種入侵會(huì)因其可能攜帶的病原微生物而對其他

6、生物的生存甚至對人類健康構(gòu)成直接威脅。 第四，外來物種入還會(huì)給受害各國造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。,（2）生物入侵的危害,生物入侵能改變種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。 生態(tài)系統(tǒng)水平的改變會(huì)改變水，礦物質(zhì)和能量的循環(huán)。而能量循環(huán)，生產(chǎn)力，生物量會(huì)直接影響人類社會(huì)。 外來生物一旦入侵成功，要徹底根除極為困難。即使清除成功也往往造成極大的物質(zhì)損失。,豚草（Ambrosia artemisiifolia）主要分布在東北、華北、華東等地，目前在環(huán)渤海地區(qū)各地都有分布，豚草不但能降低農(nóng)作物產(chǎn)量，而且豚草花粉是人類枯草熱又稱花粉病的主要病源。,遼寧省將6月21日29日定為全省豚草鏟除活動(dòng)周,外來種的危害的例子,

7、薇甘菊：菊科假澤蘭屬的多年生草質(zhì)藤本植物,有攀緣習(xí)性,原產(chǎn)熱帶美洲。 80年代初由香港侵入深圳，后傳入我國廣東沿海地區(qū)時(shí),就是一種危害極大的農(nóng)林雜草。,外來種的危害的例子,水葫蘆 又名鳳眼蓮，屬雨久花科鳳眼蓮屬。 原產(chǎn)南美，作為飼料和治理污水而引進(jìn)。 主要危害濕地物種和生態(tài)系統(tǒng)組成。,外來種的危害的例子,紫莖澤蘭-菊科假藿香薊屬多年生草本植物或亞灌木,原產(chǎn)于墨西哥。 -約50年代初從中緬、中越邊境傳入云南南部，現(xiàn)已廣泛分布于西南地區(qū)。 -由于該植物含有有毒物質(zhì)，號稱植物界里的“殺手”，很多當(dāng)?shù)刂参锛吧蟮纳L受它的抑制或引起死亡。,植物入侵種的特點(diǎn),1) 抗逆性強(qiáng)，生態(tài)位廣。 2) 能通過種子

8、或營養(yǎng)體大量繁殖。 3) 世代短。成熟早，能在不利環(huán)境下產(chǎn)生種子。 4) 種子可以休眠以保證在特定時(shí)期萌芽,從而避免種子在不利環(huán)境下萌發(fā)。 5) 有適合通過媒介傳播的種子或繁殖體,傳播率高(如種子體積小，有翅，便于風(fēng)媒；有粘附性便于蟲或動(dòng)物傳播)。 6) 能產(chǎn)生抑制其他植物生長的物質(zhì)。,植物入侵種的特點(diǎn),7) 種子較小，難于清理。 8) 光合速率高。 9) 種子的發(fā)芽率高，幼苗生長快，幼齡期短（Rejmanek et al ,1996）。 10) 善于與人共棲（Commensalism）。 11) 很多危害嚴(yán)重的外來植物都是克隆植物。,,,扎根墻縫，茁壯成長,天然草場被紫莖澤蘭入侵,,被紫莖澤

9、蘭絞殺枯死的本地植物,外來入侵動(dòng)物,美國白蛾,福壽螺,美洲斑潛蠅,松材線蟲,棉紅鈴蟲,螯 蝦,美國白蛾成蟲產(chǎn)下一片卵,美國白蛾的幼蟲已經(jīng)將樹葉吃掉一半,成群美國白蛾幼蟲蠶食樹葉,本專題講授內(nèi)容,一、外來種和生物入侵的有關(guān)概念 （1）有關(guān)概念 （2）生物入侵的危害 二、生物入侵的機(jī)制和防治 （1）生物入侵的機(jī)制 （2）生物入侵的途徑 （3）生物入侵的防治 三、轉(zhuǎn)基因生物的生物安全,二、 生物入侵的機(jī)制和防治,（1）生物入侵的機(jī)制 （2）生物入侵的途徑 （3）生物入侵的防治,（1）生物入侵的機(jī)制,天敵釋放假說 引入后進(jìn)化假說 新式武器假說 .,（2）生物入侵的途徑,1）人為有意引進(jìn)（如作物，花

10、卉，樹種等） 2）人無意間帶入 3）隨輪船壓倉水進(jìn)入；木質(zhì)包裝箱帶入蟲卵 4）貿(mào)易產(chǎn)品中夾雜植物種子或繁殖體或蟲卵 5）人造物種的釋放（轉(zhuǎn)基因生物） 6）植物種子或繁殖體靠風(fēng)或動(dòng)物的力量實(shí)現(xiàn)自然擴(kuò)散,（3）生物入侵的防治,科學(xué)研究 立法與管理 海關(guān)檢疫 根除與控制,科學(xué)研究是基礎(chǔ)生物入侵生態(tài)學(xué)的兩個(gè)核心問題,什么樣的生境容易被入侵? 什么物種容易成為入侵種?,研究生物入侵的SCI文章數(shù)量,Richardson D M & Pyek P .2008. Fifty years of invasion ecology - the legacy of Charles Elton. Diversity

11、and Distributions 14 : 161168.,研究案例：中國入侵植物分布格局研究--山東大學(xué)的部分研究介紹,,我們選取中國126種主要入侵植物為研究對象。根據(jù)其分布資料, 確定每個(gè)省級行政區(qū)入侵植物的物種數(shù)量。 研究各省入侵植物的物種數(shù)量與行政區(qū)的面積、人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，以及與當(dāng)?shù)刂参锒鄻有缘年P(guān)系，我們采取Spearson相關(guān)分析方法研究入侵植物物種豐富度與這些因素的關(guān)系。,中國入侵植物特性研究,,利用我們總結(jié)出的中國主要126種入侵植物名錄，通過資料查詢和專家咨詢，對資料進(jìn)行分析，逐一確定這些植物是否屬于克隆植物，屬于克隆植物的確定其克隆器官，以及每種植物的生活型、地理起

12、源、分布區(qū)域等資料。,中國入侵植物特性研究,,為了研究方便，我們將中國126種入侵植物分為三組。其入侵性從組I、組II到組III逐漸降低。 組I包括126個(gè)物種中被列入“世界100種惡性入侵物種” （IUCN, 2001） 和“世界惡性雜草”(Holm et al, 1977)的物種以及新近成為中國惡性入侵植物的紫莖澤蘭和喜旱蓮子草，共32種； 組II包括在中國有廣泛分布（300km2）或者危害巨大的物種，有39種； 其余的為組III，有55種。,中國入侵植物的分布,中國入侵植物分布格局研究,研究發(fā)現(xiàn)：在中國的入侵植物的區(qū)域尺度分布中，經(jīng)濟(jì)社會(huì)因子，例如人口密度和GDP與入侵植物的物種豐富度成

13、顯著正相關(guān)。,中國入侵植物分布格局研究,結(jié)合自然因子和社會(huì)因子，我們發(fā)現(xiàn)了影響中國入侵植物省級單位的豐富度分布格局的因子。研究提出本地植物物種豐富度主要由自然條件決定，而入侵植物物種豐富度由自然條件和人為干擾共同決定。,研究案例：中國入侵植物分布格局研究,經(jīng)濟(jì)和貿(mào)易的發(fā)展，尤其是國際貿(mào)易的發(fā)展往往會(huì)增加外來種入侵的可能性（李博，陳家寬，2002；Margolis et al, 2005）。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,生物入侵問題的形勢可能會(huì)更加嚴(yán)峻。 通過預(yù)先識別什么樣的物種容易入侵，就能更好的指導(dǎo)海關(guān)檢疫工作，避免和減少引進(jìn)那些具有入侵潛力的物種。,中國的生物入侵趨勢,中國的生物入侵可能隨著經(jīng)濟(jì)和外

14、貿(mào)活動(dòng)的增長而進(jìn)一步加劇 (Weber and Li 2008)。中國的南水北調(diào)等工程可能會(huì)為物種傳播提供新的傳播途徑（Liu et al, 2012）。,我們承擔(dān)的生物入侵有關(guān)的課題,1）“南水北調(diào)對南四湖濕地入侵植物水花生的生態(tài)影響及機(jī)制”（國家自然科學(xué)基金，主持人劉建） 2）“阿利效應(yīng)對外來植物傳播和危害的影響”（山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金，主持人劉建） 3）“氮沉降和氮磷比對入侵植物與本地植物競爭關(guān)系的影響”（山東大學(xué)自主創(chuàng)新基金，主持人劉建） 4）“山東省入侵性外來種及其生態(tài)安全對策研究”（山東省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目，主持人王仁卿）,（3）生物入侵的防治-立法與管理,1)完善

15、國際植物保護(hù)公約等相關(guān)國際條約，切斷外來生物的侵入通道； 2)建立國際生物監(jiān)控體系和數(shù)據(jù)庫； 3)結(jié)束自然資源管理者對外來物種盲目引進(jìn)，如牧區(qū)外來飼料植物、用作土壤保護(hù)的外來草種；,（3）生物入侵的防治-立法與管理,4）引種必須有馴化過程并對該物種有控制措施才能大面積推廣。 5）基因工程的物種不能隨便釋放，要先進(jìn)行生態(tài)安全的實(shí)驗(yàn)和評價(jià)。 6）對已經(jīng)進(jìn)入的入侵性外來種，要采取科學(xué)方法治理。,（3）生物入侵的防治-海關(guān)檢疫,考慮到物種一旦入侵，防治代價(jià)極大，最好的辦法是在引進(jìn)前進(jìn)行科學(xué)研究，對有入侵潛力的物種通過海關(guān)檢疫杜絕入內(nèi)。 為什么澳大利亞、新西蘭等島國的海關(guān)檢疫很嚴(yán)？（因?yàn)閸u國更容易被入侵

16、，且難以控制）,（3）生物入侵的防治-根除與控制,要想根除入侵種，關(guān)鍵是及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在入侵的早期進(jìn)行根除（王獻(xiàn)溥，1999）。如果發(fā)現(xiàn)的較早，又能快速采取措施，則根除是可能成功的(Simberloff 1997)。 根除的方法很多，諸如機(jī)械防治，生物防治，化學(xué)防治和綜合防治的方法都可以使用，要根據(jù)具體問題具體對待。 要善于利用要根除對象的特點(diǎn)(如寄主專一，喜嗜某一條件等)，制定合理的根除方案。 如果無法根除，或者根除從經(jīng)濟(jì)上講不合算，則采取控制的方法，較少的花費(fèi)，減輕或避免它引起的危害。,本專題講授內(nèi)容,一、外來種和生物入侵的有關(guān)概念 （1）有關(guān)概念 （2）生物入侵的危害 二、生物入侵的機(jī)制

17、和防治 （1）生物入侵的機(jī)制 （2）生物入侵的途徑 （3）生物入侵的防治 三、轉(zhuǎn)基因生物的生物安全,三、轉(zhuǎn)基因生物的生物安全 （biosafety） 廣義的生物安全：指生物技術(shù)從研究、開發(fā)、生產(chǎn)到實(shí)際應(yīng)用整個(gè)過程中的安全性問題。應(yīng)包括人類健康、農(nóng)業(yè)和環(huán)境生物(生物多樣性)安全三個(gè)方面。 狹義的生物安全：生物技術(shù)或轉(zhuǎn)基因生物帶來的安全問題。,（1）現(xiàn)代生物技術(shù)的巨大進(jìn)步,生物技術(shù)的概念 生物技術(shù)包括傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù) l傳統(tǒng)生物技術(shù)利用生物全部、部分或代謝產(chǎn)物活動(dòng)產(chǎn)品，如發(fā)酵、釀造、制藥、農(nóng)作物栽培,（1）現(xiàn)代生物技術(shù)的巨大進(jìn)步,現(xiàn)代生物技術(shù) 以DNA重組和染色體的微操作、細(xì)胞融合等遺

18、傳技術(shù)為核心的生物技術(shù)，用以控制、利用、改造遺傳物質(zhì)或創(chuàng)造新生物的途徑，在工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、醫(yī)藥、能源等方面起巨大作用。 包括基因工程、染色體工程、細(xì)胞工程、酶工程等。,（1）現(xiàn)代生物技術(shù)的巨大進(jìn)步,GEO: Genetic engineering organism 是指經(jīng)遺傳工程處理的生物體。 GMO: Genetically modified organism 是指經(jīng)遺傳修飾的生物體，其含義比 GEO 更廣泛但目前多數(shù)還是理解為經(jīng)遺傳工程處理的生物體。 LMO: Living modified organism 是指經(jīng)遺傳修飾的活生物體 。 雖然 3 個(gè)名詞不一樣但可廣義理解為我國常稱謂的轉(zhuǎn)

19、基因生物或工程生物。,（1）現(xiàn)代生物技術(shù)的巨大進(jìn)步,轉(zhuǎn)基因作物（玉米、小麥、水稻、大豆、番茄、煙草等） 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（豬、小鼠、魚等） 生物克?。ㄖ参?、羊、牛等） 基因工程藥物（白介素、抗艾滋病毒藥等） 基因診斷與治療,GMO的優(yōu)越性,目的基因在后代中穩(wěn)定遺傳 抗除草劑基因和抗病蟲害基因減少了農(nóng)藥的作用，全世界每年用于除雜草和殺蟲的農(nóng)藥總金額在 2 0 0億美元以上。 轉(zhuǎn)基因作物的效益明顯 減少化工污染,（2）轉(zhuǎn)基因生物的生物安全,轉(zhuǎn)基因生物在給人類帶來福利的同時(shí)，也可能出現(xiàn)生態(tài)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。 A 轉(zhuǎn)基因生物對農(nóng)業(yè)的風(fēng)險(xiǎn) 轉(zhuǎn)基因作物可能變?yōu)殡s草轉(zhuǎn)基因作物有可能使野生近緣種變?yōu)殡s草依賴抗除草劑，大量除草劑造成農(nóng)田污染。,（2）轉(zhuǎn)基因生物的生物安全,B 對生物多樣性的影響 主要是對土著物種和品種的競爭和淘汰， 依賴雜草種子的鳥類失去食物，而使其數(shù)量下降，并影響農(nóng)業(yè)（害蟲可能增加）。 另一方面看：生物技術(shù)也為生物多樣性的遷地保護(hù)，特別是遺傳資源的保存提供了保證。,（2）轉(zhuǎn)基因生物的生物安全,C 轉(zhuǎn)基因生物的倫理學(xué)問題 能食用轉(zhuǎn)入人類基因的動(dòng)植物嗎？ 其他，如生態(tài)倫理（輩分問題），等等。 D 其它：可能出現(xiàn)新的病毒，,對人類健康的影響？,新營養(yǎng)成分？過敏？人們對未知事物的擔(dān)心。 要科學(xué)、謹(jǐn)慎。 做好轉(zhuǎn)基因食品的安全性評價(jià)。,Thank you！,