第七章、 生物环境 什么是生物环境?是指地球上人以外的所有生物的总和，它是人生存和发展的物质基础，也是人类生命支持系统的重要组成部分。 第一节、生物多样性 在近几年来，从科学家到普通民众都感觉到地球上生物正在逐渐减少。以前稀有而珍贵的物种几乎已经绝迹。例如，生长在我国东北的野人参和南方的华南虎几乎已经成为稀世珍宝（仅在苏州动物园、重庆动物园有）。即使是常见的物种，其种群数量也比以前有所下降。如老虎全世界是8个亚种，华南虎、东北虎、苏门答腊虎、印支虎、巴厘虎、爪哇虎、里海虎、孟加拉虎等，已有3个亚种灭绝。根据2004年6月10日公布结果，确认目前分布于我国境内的虎有4个亚种，即东北虎、华南虎、印支虎和孟加拉虎，其中东北虎约14只，印支虎约17只，孟加拉虎约10只。由于华南虎有分布与数量过低，只能通过专项调查补充。假如野外还有华南虎存活，估计数量也不过几只。根据这一最新统计结果，我国虎的总数不会超过50只。世界各地圈养大熊猫有160多只，加上野外的约有1000多只。 在认识到如此短的时间内有如此多的生物物种遭受灭绝的威胁的向时，人们也逐渐认识到造成这种状况的根本原因是人为活动。森林过度砍伐，草原过度放牧，水产资源过度捕捞使野生动物、植物种群数量急剧下降。人口激增侵占大量 土地用于工农业生产、住宅和交通建设以及娱乐场所。这导致野生生物失去其原 有的栖息地而使数量减少或灭绝。污染物无节制地排入大气、水体和土壤，严重 污染生物生存的环境，迫使许多物种灭绝。例如，由大气污染产生的酸雨使森林 衰退，水生生物死亡，农作物减产。大气臭氧层破坏使地表紫外线辐射增加，对 许多生物造成伤害。可以说现代生物物种的大量灭绝本质上是一个环境问题。 一、生物多样性 (一)生物多样性的定义 是指生物、生物赖以生存的生态复合体以及各种生态过程中的多样性和变异性总和。它包含数以万计的动物、植物、微生物和它们所具有的基因以及它们与自下而上环境形成的生态系统。 (二)已知的生物种 世界的物种估计有500万一5000万种。已经定名的为140万-170万种，见下表 目前己描述过的分类群及其物种数目 ? ┌──────┬───┬──────────┬───┐ │类群 │种数 │类群 │种数 │ ├──────┼───┼──────────┼───┤ │细菌、蓝绿藻│4760 │线虫和环节动物 │24000 │ ├──────┼───┼──────────┼───┤ │藻类 │26900 │软体动物 │50000 │ ├──────┼───┼──────────┼───┤ │苔藓植物 │17000 │甲壳动物 │38000 │ ├──────┼───┼──────────┼───┤ │裸子植物 │750 │昆虫 │751000│ ├──────┼───┼──────────┼───┤ │被子植物 │250000│其它节肢动物和小型无│132461│ │ │ │椎动物 │ │ ├──────┼───┼──────────┼───┤ │原生动物 │30800 │真骨鱼类 │19056 │ ├──────┼───┼──────────┼───┤ │真菌 │46983 │两栖动物 │4184 │ ├──────┼───┼──────────┼───┤ │海绵动物 │5000 │爬行动物 │6300 │ ├──────┼───┼──────────┼───┤ │珊瑚和水母 │9000 │鸟类 │9198 │ ├──────┼───┼──────────┼───┤ │海星 │6100 │哺乳动物 │4170 │ ├──────┼───┴──────────┴───┤ │合计 │1435662 │ └──────┴──────────────────┘ 引自中国科学院生物多样性委员会（1992） (三)生态系统的组成 生态系统的起源：生态系统这个概念是20世纪30年代由英国植物群落学家坦斯利(A、G、Tansley)提出的，50年代得到广泛传播，60年代以后，由于世 界性的环境污染和生态平衡的破坏等许多关系到人类前途和命运问题的出现，使 生态系统的研究得到迅速发展。 ? 生态系统的组成： ／能源：光能、其它能源 ／基质：大气、水、土壤 ／非生物成分一气候：光照、温度、降水等 ＼生物代谢材料：C02、H20、O2 、无机盐腐殖质、糖类、 脂肪、蛋白质等 ／生产者：植物、光合细菌、化能细菌 ／ ／ 草食动物(一级消费) ／ ／ ／二级消费者 生态系统 ／ ／消费者一肉食动物一三级消费者 ＼生物成分／ ＼ ＼ ＼ ＼顶级消费者 ＼ ＼ ＼ ＼ 寄生动物 ＼ ＼ ＼ 杂食动物 腐败食动物 分解者：细菌、放线菌、真菌 ? 生态系统的范围：范围可大可小，大至整个生物圈，小至一个池塘，一个农田，都可作为一个独立的系统或作为一个子系统，任何一个子系统都可以和周围 环境组成一个更大的系统。 (四)生物多样性的层次 1、遗传多样性 广义的遗传多样性是指地球上所有生物所携带的遗传信息的总和。但一般所指的遗传多样性是指种内个体之间或种群内个体之间的遗传变异的总和。在种类出现亚种、变种和变型的分化。 遗传多样性一染色体水平的多样性 ＼DNA水平的多样性。 ? ／整倍性变异 染色体水平多样性一染色体数目变异一非整倍性变异 ＼染色体结构变异(包括缺失、重复、倒位和易位) 染色体数目变异的一些基本类型及其组成 类别 名称 染色体组 染色体组成  整倍体 ? ? ? ? 非整倍体 ? ? 单倍体 二倍体 三倍体 同源四倍体 异源四倍体 单体 双单体 缺体 三体 双三体 四体 1X 2X 3X 4X 2 (2x) 2n-1 2n-1-1 2n-2 (1) 2n+l 2n+1+1 2n+2(1)  (ABCD) (ABCD)(ABCD) (ABCD)(ABCD)(ABCD) (ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD) (ABCD)(ABCD)(A／B／C／D’)(A／B/C/D/) (ABCD)(ABC) (ABC)(ABD) (ABC)(ABC) (ABCD)(ABCD)(A) (ABCD)(ABCD)(AB) (ABCD)(ABCD)(AA)  A、B、C、D代表一个染色体组中的四个非同源染色体，A/、B/、C/、D/代表与A、B、C、D代表 来自不同的物种的四个非同源染色。 DNA水平多样性一DNA是由核苷酸组成的双螺旋大分子遗传信息载体 ＼基因：决定生物体性状，是DNA分子的一个区段。如大肠 杆菌DNA由500万个核苷酸组成，600-700个核苷酸区段构成一个基因，总共 有7500个基因。果蝇约有10000个基因，人的基因数目100-200万个每个基因 相当于1000个核苷酸的特定序列。 2、物种多样性 物种是物种多样性的核心概念，同时也是生物分类学的基本分类单位。在界、 门、纲、目、科、属、种的阶层系统中，物种是基本的也是重要的等级。 物种多样性一是指一定区域内物种的多样化，二是指生态学方面的物种分布 的均匀程度。 目前，全世界的物种大约有500万-1亿种。物种之间的形态差异也是很大的，若仅仅根据形态进行分类，可以将它们分成为数众多的种。如七星漂虫，背壳上有很多不同的花斑，大约有30多种。如亚马逊河博物馆收藏了昆虫标本500多万种，其中有400万种不知名。植物标本10万种。 3、生态系统多样性 生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境、生物群 落和生态过程变化的多样性。此处的生境主要指无机环境，如地貌、气候、土壤、 水文等。生境的多样性是生物群落多样性乃至整个生物多样性形成的基本条件。 生物群落多样性主要指群落的组成、结构和动态方面的多方面的多样化和变异 性。生态过程主要是指生态系统的组成、结构和功能在时间、空间上的变化，主要表现在系统的能量流动、物质循环和信息传递等方面。 在一个生态系统内，生物群落与无机环境相互作用可表现在各个方面。例如，绿色植物通过光合作用吸收光能，同时生物群落通过呼吸作用以及它们死后分解产生的热量重新返回大气空间，构成生态系统的能流。又如，生物群落与其非生 物部分之间进行着各种营养物质循环，如氮循环，磷循环等。所有这些相互作用 在一个生态系统内并非均匀一致，而会随着空间位置的改变而变化。由此产生生 态系统内的生境差异性。例如，在水生生态系统中表层水与底层水及底泥之间氧 气状况的差异很大的。表层水溶解氧丰富，而底层水及底泥中氧气缺乏。 据中国环境状况公报，1998介绍，我国主要陆地生态类型共599类，其中： 森林生态系统 212类 竹林生态系统 36类 灌丛生态系统 113类 草原生态系统 55类 荒漠生态系统 52类 草甸生态系统 77类 沼泽生态系统 37类 高山冻土、流石滩植被生态系统 17类 4、景观多样性 近年来，随着景观生态学的兴起与发展，人们发现在生态系统之上的景观水 平的多样性也是生物多样性的重要组成部分，而且在保护生物学研究中具有重要 意义。景观(Landscasp)是一个大尺度的宏观系统，是由相互作用的景观要素 组成，具有高度空间异质性的区域。景观要素是组成景观的基本单元，相当于一 个生态系统。依形状的不同，景观要素分为斑块、廊道和基质三类。斑块是景观 尺度上最小的均质单元，其起源、大小、形状和数量等对景观多样性的形成具有 重要意义。廊道是具有通道或屏障功能的线状或带状的景观要素，为联系斑块体 的重要桥梁和纽带。依来源的不同，廊道可分为干扰廊道、栽植廊道、更新廊道、 环境资源廊道和残余廊道。基质是面积相对大于景观中斑决和廊道的景观要素， 为景观中最具连续性的部分，往往形成景观的背景。由于能量、物质和物种在不 同的景观要素中呈现出异质分布，加上景观要素在大小、形状、数目和外貌上的 变化，使得景观在空间结构上呈现高度异质状态。 景观多样性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性或差异性。 景观功能是指物种、能量和物质在景观要素之间的流动。景观异质性可以降 低稀有的内部种的丰富度，增加需要几个景观要素的边缘种的丰富度。物种的繁 衍和扩张可能消除、改变或创造整个景观要素，同时其迁移又受到景观异质性的 制约。随着空间异质性的增加，更多的能量会流过景观要素的边界。矿质养分可 以流入和流出景观，也可以在景观要素间流动。所有这些构成景观功能多样性。 (五)生物多样性分布 生物在地球上的分布是不均匀的，有些生物物种是大部分地区共有的物种， 如蚂蚁，而有些物种则是某一地区的特有种，如袋鼠、银杏。生物多样性在全球分布也是不均匀的。从整个地球范围来看，生物多样性分布明显与纬度有关。南北两极是生物多样性最小的区域。相反，在热带地区集中了大部分的生物种类。处于两个典型地带的中间地区的温带，其生物多样性少于热带而多于寒带。 ／热带雨林 生物多样性最丰富的地区一珊瑚礁 ＼海洋 ／南美洲的亚马逊盆地 热带雨林一非洲的刚果盆地 ＼东南亚地区。我国的西双版纳和海南岛南部也属热带雨林。 热带雨林是位于赤道及两侧的湿润区域，面积约1700万平方公里。鸟类： 热带美洲1300种，热带非洲400种，热带亚洲900种，占世界鸟类总数6％。昆虫：300万种，占世界昆虫种类的90％以上。植物(被子、裸子、蕨类)：热带美洲8600种，热带非洲3800种，热带亚洲(包括热带澳洲)4500种，占世界植物种类的66％以上。 珊瑚礁：澳大利亚东海岸的大堡礁，面积约为34900平方公里，在该系统中，拥有300种珊瑚，1500种鱼，4000种软体动物，5种龟，252种鸟类(不包括迁徙路过的鸟类)。 海洋：覆盖70％地球表面，全部深度都有生物分布，以动物为例，海洋类生境中共有28门，其中13个门为海洋特有门。在美国新泽西州海岸1500-2000米深的海底沉积物中竟然发现了分属于十多个门的一百多个科的898种生物。 我省已知主要生物类群的物种总数约为11987种，占全国总数的13.6%。我少被列为国家优先保护的濒危物种390种，占全国总数的28%；其中濒危野生脊椎动物210种，占全省濒危野生脊椎动物的28.4%。 黄山有野生植物1452种，是欧洲的2倍。有动物552种。银杏树是第三季 冰川的植物种，在国外只能看到化石。在黄山虽经过第四季冰川的撞击，现仍有 一棵银杏树龄达1000年以上。 若干重要生物类群物种数最多的国家 名次 哺乳类 鸟类 两栖类 爬行类 风蝶 种子植物  1 印度尼西亚 (515) 哥伦比亚 (1721)  巴西(516)  墨西哥(717)  印度尼西亚 (121)  巴西(55000)   2  墨西哥(449)  秘鲁(1701)  哥伦比亚 (407) 澳大利亚 (686)  中 国 (99-104) 哥伦比亚 (45000)   3  巴西(428)  巴西(1622)  厄瓜多尔 (358)  印度尼西亚 (600)  印度(77)  中国(27000)   4  扎 伊 尔 (409)  印度尼西亚 (1519)  墨西哥(282)  巴西(467)  巴西(74)  墨 西 哥 (25000)   5  中国(394)  厄瓜多尔 (1447) 印度尼西亚 (270)  印度(453)  缅甸(68)  澳大利亚 (23000)   6  秘鲁(361)  委内瑞拉 (1275)  中国(265)  哥伦比亚 (383) 厄瓜多尔 (64) 南非(21000)  7 哥伦比亚 (359)  玻利瓦尔 (1250) 秘鲁(251) 厄瓜多尔 (345) 哥伦比亚 (59)  印度尼西亚 (20000)   8  印度(350)  印度(1200)  扎 伊 尔 (216) 秘鲁(297) 秘鲁(58-59) 委内瑞拉 (20000)   9  乌干达(311)  马来西亚 (1200) 美国(205) 马来西亚 (294)  马来西亚 (54-56) 秘鲁(20000)  10 坦桑尼亚 (310)  中国(1195)  委内瑞拉、澳 大利亚(197)  泰国、巴布亚 (282) 墨西哥(52) 前 苏 联 (20000)  《环境生物学》熊自廷P435-456 (六)生物多样性的价值 我们国家指出，生物物种资源（包括生物生物遗传资源）是维持人类生存、维持国家生态安全的物质基础，是实现可持续发展战略的重要资源。为什么这样说呢？ 生物多样性是包括人类在内的地球生命生存和发展的基础，其价值包括直接价值、间接价值、备择价值和存在价值等。 1、直接价值 生物多样性的直接价值主要体现在提供食物、药物、工业原料和科研素材等方面。 消耗使用价值：是指没有经过市场直接消耗的自然产品的价值。 生产使用价值：是指通过市场交换的生物资源的价值。 提供粮食：人类的粮食主要是作物。鸡、鸭、牛、马、水产品 提供药物：发展中国家有80％的人口依靠传统的药物治病。我国中草药种类12807种。 提供工业原料：木材、纤维、橡胶、煤、天然气等。 科研价值：仿生学、改良生物品种等。比如仿生学：依据响尾蛇的红外线自动热定位来确定捕捉物位置的原理，成功设计了导弹引导系统；依据昆虫平衡棒具有保持航向不偏离作用的原理，制造了控制高速飞行器和导弹航行稳定作用的振动陀螺仪。 2、间接价值 生物多样性的间接价值体现在环境和生态价值等方面，此外，不少野生生物还具有很高的观赏价值，给人以美的享受。生物多样性的间接价值主要体现在生态价值上： (1)能量固定：地球上生态系统的初级生产力主要都是依靠绿色植物通过光合作用固定太阳能，使光能通过绿色植物进入食物链，为地球上绝大多数的物种包括人类提供食物和能量。 (2)维持生态平衡：生物多样性对于维持生态系统功能具有重要意义，多样性程度越高，生态系统就越稳定。 (3)保护土壤：促进土壤发育，保持水土资源。 (4)调节气候。在全球范围内，植物吸收二氧化碳，减轻全球变暖的压力；在地区范围内，植物蒸腾作用使水循环到大气，再以雨水的形式返回地面，植被的丧失会导致地区降雨量减少。 (5)净化环境：某些生物对污染物质有抗性，可以吸收和分解污染物，净化环境；另一些生物对污染物敏感因而对环境污染具有指示意义。 (6)观赏作用：良好、多样的自然景观有有利于人类身心健康，提高人们的生活水平。 3、备择价值 生物多样性为人类适应自然变化提供了更多的选择机会。许多生物的价值目前尚不清楚，但是具有在将来被人类所认识和利用的潜能。 4、存在价值 生物多样性具有自身的内在价值，任何物种都有生存的权利，与人类需求无关。物种不存在，备择价值从何而宋? 中国生物多样性经济价值初步评估结果表 价值类别 ? 价值(元)  直接使用价值 产品及加工品年净价值 直接服务价值 小计 1． 02×1012 0． 78×1012 1． 80×1012  间接使用价值 ? ? ? ? 有机质生产价值 CO：固定价值 O：释放价值 营养物质循环与贮存价值 土壤保护价值 涵养水源价值 净化污染物价值 小计 23． 3×1012 3． 27×1012 3． 11×1012 0． 32×1012 6． 64×1012 0． 27×1012 0． 40×1011 7． 31×1012  潜在使用价值 选择使用价值 保留使用价值 小计 0。 09×1012 0． 13×1012 0． 22×1012  合计 ? 39．33×1012　　  5、生物链价值 地球上所有动植物之间都有一定的生态功能联系，具体表现就是生物链，即从低等到高等生物之间通过食物形成的能量流动使生物界成为一个内在联系的 整体的现象。生物链最大价值在于以“多米诺骨牌”的形式形成互相保护的网络，也正是这个完整强大的生态网络保护着人类。研究发现，世界鸟类95％以上是以昆虫为食，它们是害虫和鼠类的天敌。一只猫头鹰一夜可以吃掉5—6只老鼠，一个夏季能捕食1000多只老鼠。一只灰喜鹊一年能消灭18000多条松毛虫、金龟子、避债蛾和蝇等。一只啄木鸟一天就可以吃掉农药喷不到的树心里300—500只天牛等害虫。一只燕子仅在夏季就能捕食120万只苍蝇、蚊子等。 (七)我国生物多样性的特点 1990年国际专家(JAMeneely)把中国生物多样性排在12个全球最丰国家的第八位。中国环境与发展国际合作委员会生物多样性工作组的研究报告认为，中国生物多样性的丰富度排名世界第三，超过其他亚洲温带国家(中国环境与发展国际合作委员会，1997)。 物种丰富度 我国动、植物部分物种统计表 名称 种数 占世界总种数％ 隶属科 占世界总科数％  苔藓植物 2200 9． 1 106 70  蕨类植物 2200-2600 22 52 80  裸子植物 250 30 10 66  被子植物 30000 10 328 75  脊椎动物 6347 13． 97 ? ?  鸟类 1244 13． 1 ? ?  鱼类 3862 20． 3 ? ?  ? 特有属、种繁多 中国动、植物部分门类特有种(属)统计表 门类名称 己知种(或属)数 特有种或属数 特有种或届占已有种 (属)数％  哺乳类 581(种) 110(种) 18． 93  鸟类 1244(种) 98(种) 7． 88  爬行类 376(种) 25 (手中) 6． 65  两栖类 284(种) 30(种) 10． 56  鱼类 3862(种) 404(种) 10．46 {  总计 6347(种) 667(手中) 10． 5  被子植物 3123(属) 246(属) 7． 5  裸子植物 34(属) 10(属) 29． 4  蕨类植物 224(属) 6(属) 2． 3  苔藓植物 494(属) 13(属) 2． 0  总计 3875(属) 275(属) 10． 3  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 四、人类活动对生物多样性的影响 地球上当前拥有的物种比以往任何地质时期都要多。然而，由于人类的活动 的结果，目前物种的灭绝率也比以往任何时期都要高，生物多样性丧失发生在各个层次和各种环境。生态系统正在发生退化和受到破坏，生种正趋向灭绝．即使继续存留的物种，由于个体数量减少和种群间隔离增加，导致遗传多样性消失．这种多样性的丧失既发生在热带，也发生在温带；既发生在陆地，也发生在水域。生物多样性丧失最严重的是物种灭绝。生物群落可能退化及减少分布面积，但只要全部原生种尚存，群落仍有恢复的可能。同样，物种的遗传多样性可能因个体数量减少而下降，但它可以通过突变、重组和自然选择而恢复其遗传多样性。 (一)、生物多样性面临的威胁 地球上的生物多样性面临着多种威胁，包括物种以及物种生存的生态环境受到严重威胁。 生物多样性的丧失有多种表现形式，最为严重的问题是物种灭绝。在地球上长达35亿年的生物进化历史中，一方面不断有物种形成，另一方面不断有物种灭绝。事实上，新种形成和旧种灭绝同是生物进化过程的结果。自从生命最初在海底沉积物中开始出现，生物的灭绝也就随之出现。目前地球上的物种是过去大约几十亿个物种中的现代幸存者。 灭绝(ectinction)是指个体、种群或物种从一个给定的生境或生物区系消失 的过程。当一个物种从整个地球的生物区系消失，则称为该物种为灭绝种或绝种 (extinct specics)。一个物种的个体仅是被笼养或在人工控制状态下存活，它 可以被认为已在野外灭绝。一个物种在其生活过后某栖息地不再存在，但在其它 地方有发现，这种现象称为局部灭绝。一个物种受环境胁迫等不利因素影响而缩 小其分布区通常引起局部灭绝。另外，当一个物种的数量减少到对群落中其它成 员影响微不足道时，该物种称为生态灭绝。例如，虎的存活数量已经很少，其捕 食作用对群落中其它物种已无明显的生态学影响。 (二)、生境破坏和破碎 生境破坏是指生物赖以生存的环境受到自然的或人为的破坏，使很多生物失去栖息地。比如，过去大量地围湖造田，滩涂和沼泽的开垦，严重破坏了湿地环境，使得绝大多数湿地生物种群失去栖息地。近年来，我国在退耕还湖上做了大量的工作，也取得了很大的效益。经常可以看到的报道，有多少珍稀鸟类到某某地方越冬。 生境破碎是指人为因素使得原本大面积连续的生境，变成了很多面积小的斑 块，斑块之间通常被人工改造成退化的区域所隔离。生境破碎对生物多样性有什 么影响? 1、导致了小种群的产生。成熟个体估计数小于1000，极度局限的占有面积小于100km2是易危物种。 2、降低了交配的成功率。 3、小种群内遗传变异性缺乏，近亲繁殖、遗传漂变等也会影响种群的存活 率。 4、小种群也容易受捕食、竟争、疾病和食物供应不足等也会影响种群的生 存活力。 5、破碎化导致了边缘效应，使得一些对环境敏感生物灭绝和外物种入侵。 ? ? ? 促使物种灭绝和趋于灭绝的因素 ?  各种因素所占的百分率(％)   生境丧失 过度开发 物种引进 捕 食 其 它 未 知  灭绝  哺乳动物 19 23 20 1 1 36  鸟 20 11 22 0 2 37  猛禽 5 32 42 0 0 21  鱼 35 4 30 0 4 48  趋于灭绝  哺乳动物 68 54 6 8 12 ?  鸟 58 30 28 1 l ?  猛禽 53 63 17 3 6 ?  两栖动物 77 29 14 ? 3 ?  角 78 12 28 ? 2 ?  一些物种受到多于一种因素的影响，因此有些百分数总和超过100％。引至《环境生物学》 熊自廷 武汉大学出版社P466 ? ? ? ? ? 表：热带亚洲的野生动物生境丧失 国家或地区 原生野生动物生境 (X1000hm’) 现存野生动物生境(X1000hm’) 生境丧 失(％)  孟加拉国 不丹 文莱 缅甸 中国(热带地区) 中国香港 印度 印度尼西亚 日本(琉球群岛南部) 柬埔寨 老挝 马来西亚与新加坡 尼泊尔 巴基斯坦 菲律宾 斯里兰卡 中国台湾 泰国 越南 合计 14278 3450 576 77482 42307 107 301701 144643 32 18088 23675 35625 11707 16590 30821 6470 3696 50727 33212 815186 857 2277 438 22598 16500 3 61509 74686 14 4341 6866 21019 5385 3982 6472 1100 1072 13004 6642 248765 94 34 24 71 61 97 80 49 57 76 71 41 54 76 79 83 71 74 80 67  ? (三)、生物资源过度开发 ， 生物资源过度开发，是指对生物资源的索求超过了生物本身的更新能力，从 而导致该种生物资源的枯竭和生态系统的破坏。 许多生物资源对人类具有直接经济价值。随着人口激增和全球商业体系的建立及迅速发展，人类对这类生物资源的需求也随之迅速上升。其结果导致对这些 资源的过度开发并使生物多样性下降。 过度开发对生物多样性的影响的典型实例：商业捕鲸；中国的藏羚羊；发菜等。 (四)、外来物种入侵 科学的外来物种引入可以丰富本地物种的多样性，培育优良物种，促进人类发展和环境保护。这类成功的例子非常多，给本地物种带来灾难的例子也不少。 比如，20世纪50年代，我国为了解决猪饲料从南美洲引进水葫芦，昆明滇池也 引进水葫芦，结果带来了灾难，严重影响了滇池水环境。广西南宁作为观赏动物 引进亚马逊河食人鱼，这种鱼能在几分钟内把一个比它身体大几倍的当地鱼撕吃 掉，因此引起了政府部门的重视。食人鱼原产亚马逊河，有25个品种，进入我 国是红腹食人鱼，体长25cm。 据新华网2003，04-10报道，四川遂宁发现罕见“食用鱼”重约20公斤 据承包麻子滩水库1200亩水域面积的遂宁麻子滩渔业养殖有限公司经理罗昌林介绍，1999年，公司下了50-60万尾鱼苗，但到了捕鱼季节却发现鱼很少。后又追加到500-600万尾鱼苗，产量还是很少，一直找不到原因。 4月6日，公司组织渔民集中捕鱼时，打捞起来一条近30公斤重的大口鲢鱼，剖开鱼腹一看，里面竟然有一只完整的死鸭子和几条巴掌大的鱼。 大口鲢，鱼身颜色呈深黑色，口扁平，头奇大，与人头差不多。大口鲢能无限生长。最重可长到100多斤。 新华网2003-04-14报道，海南40年来常见鸟类减少60多种，14种经济鱼类衰退。 我国公布首批外来物种名单 16种物种危害大 国家环保局这次公布了16种外来入侵物种，分别是紫茎泽兰、薇甘菊、空心莲子草、豚草、毒麦、互花米草、飞机草、风眼莲(水葫芦)、假高梁、蔗扁蛾、湿地松粉蚧、强大小蠹、美国白蛾、非洲大蜗牛、福寿螺、牛蛙。 新华网(2003-03-06) 外来物种使农林损失574亿元 新华网(2002-05-031) 重庆发生人螺大战 外来物种毁了当地庄稼 福寿螺在啃食水稻，一亩田能捡出一背篓福寿螺。福寿螺大的有半斤重，每年要捡拾二、三次。到1996年福寿螺已经蔓延扩散到当时保安乡的12个村、64个社。现在正华村已经有400亩田受到福寿螺的危害，年年减产10%-20％。新华网2003-06-20 (五)、环境污染 环境污染可导致生物多样性在各个水平上的丧失。 1、遗传多样性丧失。 2、物种多样性丧失。 3、生态系统多样性丧失。 (六)、农业和林业的品种单一化 品种单一就意味着物种的性状单一，遗传基础狭窄，其结果就是直接削弱了遗传多样性。比如说，我国农业大面积推广杂交水稻，产量肯定是提高了，但在全国范围内，水稻品种减少了，种类减少了，遗传多样性必然减少。林业上也是一样，比如，云南省西双班纳把部分热带雨林砍掉，种植橡胶林，使原有的各类生物失去原有栖息地，生物多样性大大丧失。 （七）、全球濒危物种的现状 类群 灭绝种EX 濒危种E ’受危物种V 稀有种R 未定种1 地球上总濒危类群数目  植物 284 3325 3022 6749 5589 19078  动物 无脊椎 两栖类 鱼类 爬行类 鸟 哺乳类 ? 98 2 23 21 113 83 ? 221 9 8l 37 111 172 ? 234 9 135 39 67 141 ? 188 20 83 41 122 37 ? 614 10 21 32 624 64 ? 1355 50 343 170 1037 497  ? ? ? ? ? ? （八）、中国主要生物类群的濒危物种 类群 物种总数 濒危物种数 濒危物种比例％  植物 苔藓植物 蕨类植物 裸子植物 被子植物 小计 ? 2200 2600 200 25000 30000 ? 28 80 75 826 1009 ? 1． 3 3， 1 37． 5 3． 3 3． 4  动物 鱼类 两栖类 爬行类 鸟 哺乳类 小计 总计 ? 2862 284 376 1244 58l 6347 35144 ? 93 7 17 182 134 433 1431 ? 2． 4 2． 5 4． 5 14． 6 23． 1 6． 8 4． 1   三、生物多样性保护 综上所述，生物多样性丧失的直接原因主要是生境丧失和破碎化、外来物种 入侵、生物资源的过度开发、环境污染、全球气候变化和工业化的农业及林业等。但这些都还不是问题的根本所在，根源在于人口的剧增和自然资源消耗的高速 度，不断狭窄的农业、林业和渔业的贸易区域，经济系统和政策未能正确评估环 境及其资源的价值，生物资源利用和保护产生的效益分配的不均衡，知识及其应 用的不充分，以及法律和制度的不合理。 人口增长带来的对生存空间和食物需求的增长，使地球上的许多地区大面积 人造景观增多，如农田、人工草场、人工林和人工水产养殖基地等取代了自然景 观。人类生存空间的扩展侵占了野生动物的生存空间，这是目前物种灭绝的最主 要原因。因此，生物多样性的保护不仅是保护生物及其生存环境，也是保护人类 自下而上和发展和环境。生物多样性的保护包括遗传多样性、物种多样性、生态 系统多样性和景观多样性的保护。生物多样性保护的基础是物种多样性的保护，保护的重点是生态系统的完整性、保护濒危物种和关键种。 (一)、就地保护 就地保护是指保护生态系统和自然生境，维持和恢复物种在其自然环境中有生存力的种群，是最佳的生物多样性的保护方式。常见的方式就是自然界保护区的形式。说白了就是原产地保护，最大的优点是维持了生态系统所能提供的物质循环、保持水土、消除污染、气候调节等生态功能，也保护了物种在原生环境下的生存能力和种类遗传变异度，是对生态系统、物种和遗传多样性三个水平上的最充分、最有效的全面保护。我国比较成功的例子如云南大象自然保护区和四川的大熊猫自然保护区。 (二)、迁地保护 由于人类的干扰，许多物种不能在原产地进行保护，只有在人类管理下人工环境中维持个体生存，保护物种所代表的遗传多样性。例如我省宣城扬子鳄自然 保护区。 (三)、建立新种群 建立新种群是通过繁育珍稀、濒危物种新的野外种群，或者增加现有种群数量的方法拯救濒危物种。目前主要是再引种计划、增强项目和引入方法等三种基本方法。 再引种：在原产地重建原有的种群。如我国新疆的野马引种。 增强项目：野生的个体数量不足，通过人工饲养繁殖的方法，培养新的个体，然后放回自然。大熊猫祥祥是第一只由圈养到野外放养的大熊猫到现在已经具有野性，学会了占据领地，到2006年，祥祥与人类的亲密接触将彻底结束。中央电视台新闻频道2004-9-16 21：25报道 引入方法：在新的地点重建新的种群。 (四)、受损生态系统的恢复 是指通过人类有意识地改造、重建或恢复原有的生态系统。主要措施有三种： 复原：通过重新引入原有生物的方法恢复受损地点原有的物种组成和群落结构。 重建：是指使受损生态系统部分功能和部分原有物种得到恢复。 替换：是指用一种生产力旺盛的生态系统代替严重受损或退化的生态系统。 (五)、生物多样性的可持续利用 发挥政府职能，综合利用法律、管理、经济、技术、宣传等手段保障生物资源的可持续利用。 ? ? 第二节??????? 生物安全 一、定义 生物安全有广义和狭义之分。 广义：1、指人类的健康安全。 2、指人类赖以生存的农业生物安全。(农药污染的粮食占总量的 1．12％；名优特农产品中有机磷的检出率达100％；虽然我国从1983年开始就停止生产和使用六六六，但到目前为止，六六六的检出率仍达95％；农产品中黄曲霉的含量仍然不可低估。 3、指与人类生存有关的环境安全。(农药、化肥的污染；工业、农业废水的污染；重金属的污染；战争的污染。) 狭义：指现代生物技术(主要指转基因技术)在研究、开发、生产到实际应 用整个过程中，可能产生的负面影响。 现代生物技术的定义：是指以现代生命科学为理论基础，利用生物体及其细 胞的、亚细胞的和分子的组成部分，结合工程学、信息学等手段开展研究及制造产品或改造动物、植物、微生物等，并使其具有所期望的品质、特性，从而为社 会提供商品和服务的综合性技术体系。 ／采用现代生命科学的基础理论和技术 生物技术基本要素一应用生物材料或生物系统 ＼通过一定的工程系统(生产工艺、设备等)获得产品 或提供服务 现代生物技术的内容：1基因工程：建立在基因组、基因克隆基础上的，核心是DNA重组技术。 2、细胞工程：建立在细胞生物学和遗传学基础上的，核心是组织培养。 3、微生物工程：发酵工程 4、酶工程和生化工程：利用酶的催化作用。 生物技术不仅仅是一门与生命科学相关的技术，还包含工艺、设备等工程学 内容，故也称为“生物工程” 现仅就与环境学相关的两个热点问题：食品安全和转基因生物安全展开讲讨 二、食品安全 食品安全是指确保食品消费对人类健康没有直接或潜在的不良影响。 食品污染是指食物受到对人体健康有害物质的侵袭，造成食品安全性、营养性和感官性状发生改变的过程。 食品污染导致的疾病称为食源性疾病。它包括食物中毒、寄生虫病、肠道传染病 (一)、食品污染来源 按性质分：有生物污染，化学性污染，放射性污染。 按来源分：有原料生产过程污染，加工过程污染，贮运和销售污染，烹饪和 食用前后受到污染。 环境污染 各种污染物(农药，焚烧垃圾，生产过程中的泄漏，建筑材料、家具、日用品中挥发)通过水、大气、土壤等进入农业生物体(畜禽、农作物和水产品等)内，并通过食物链累积的方式被人们摄入体内。如重金属污染，环境激素污染等。 如摄入过量的镉能引起心血管病、动脉粥样硬化、冠心病、心衰猝死，新生婴儿猝死、糖尿病、肠胃炎，骨疼病、前列腺癌、骨癌、喉癌、食管癌、结石病等。摄入过量的氟能引起氟骨病、氟斑牙、膝外翻综合症、神经性传导障碍等。 环境激素对人类危害非常大，首先，我们来了解什么是激素?激素是内分泌产生的生物活性物质。比如说性激素。环境激素是什么呢?是指由于人类生产和生活活动，而释放到环境中的类似雌激素作用的物质，能干扰生物体正常内分泌机能的外源性化学物质。环境激素的种类很多，目前怀疑对人类健康有直接影响的化学物质约有200多种。其中约有70多种化学物质属于环境激素类物质。如，工业有机化合物：苯并芘、二苯酮、苯酚、多氯联苯PCBs。杀真菌剂类：代森锌、代森锰。除草剂类：除草醚、甲草胺、杀草强。杀虫剂类：DDT、西维因、氯丹、三氯杀螨酚等。金属：镉、汞、铅等。二恶英、PCBs、DDT被称为“世纪三毒”。 /农药残留 /环境污染 环境激素进入人体的途径一—塑料制品 ／豆科植物 ＼自然激素(植物激素)一白菜、芹菜 海豚、鲸集体自杀之谜：三丁基锡、三苯基锡等到有机锡，是一种船底涂料 和鱼网防腐剂。海豚、鲸这类动物具有尾追船的习性，造成有机锡中毒，损害神 经细胞，失去辨别方向的能力，盲目地冲上海滩。同时这类动物还具有成群的习 惯，中毒的往沙滩上冲，没有中毒的也盲目地跟着往沙滩上冲，造成集体自杀。 另据美国报道，准母亲食用含PCB污染的鱼虾后，出生的小孩“智力低下，多动，无法安静，呈现学习障碍”。母乳哺育孩子半年，母体中PCB浓度大约减少33％，二恶英减少40％，第一胎比第二胎受感染严重。 比如，1988年瑞典的调查发现，垃圾焚烧而产生的二恶英占排放到大气中的二恶英总数的42％。日本的设想达到80％。焚烧一吨垃圾至少产生出lmg的二恶英。1993年公布的4个国家垃圾焚烧的数据 ┌──┬─────────┬─────────┬────────┐ │国名│垃圾总量(千吨／年)│垃圾焚烧量(千吨／ │垃圾焚烧设备(所)│ │ │ │年) │ │ ├──┼─────────┼─────────┼────────┤ │日本│50300 │38000 │1854 │ ├──┼─────────┼─────────┼────────┤ │美国│207000 │32900 │148 │ ├──┼─────────┼─────────┼────────┤ │德国│43500 │11000 │53 │ ├──┼─────────┼─────────┼────────┤ │荷兰│12000 │2800 │11 │ └──┴─────────┴─────────┴────────┘ 《威胁人类存亡的定时炸弹一环境荷尔蒙》P13 居住在垃圾焚烧厂周围1公里以内的居民因癌症死亡率达到残废总数的42％。可是调查范围延伸到2公里圈的时候，癌症死亡率就下降到42％的一半。同时，焚烧厂周围妇女流产、新生儿残废率也明显高于其他地区。 友情链接： 致癌杀手二恶英：二恶英是一种有毒的含氯化合物，是目前世界已知的有毒化合物中毒性最强的。它的致癌性极强，还可引起严重的皮肤病和伤及胎儿。人体微量摄入二恶习英不会立即引起病变，但摄入后却不容易排出。如长期食用含二恶英的食品，这种有毒成分会积累，最终可能致癌或引起慢性病。二恶习英的主要污染源包括城市垃圾焚烧，含氯化学工业、食品包装材料等，90%以上的人体二恶习英接触来源于食品。 人为污染 人类为达到使食品原料增产、防病等目的，在食品原料生长和 繁育过程中人为地加入某些物质可能造成污染。如：用洗衣粉发油条，用避孕药 饲养黄鳝，在动物饲养中使用激素，如瘦肉精。2003年3月13日中午，广东佛 山市顺德区杏坛镇近100人瘦肉精中毒，没有出现死亡病例。 工业化农业的隐患 集约化经营的畜牧业给食品安全带来不少的隐患。如 疯牛病，鸡瘟病。 前几年发生在欧洲，并使世界震，惊的疯牛病是因为人们用动物的骨粉和内脏作为畜用饲料而引起的。按照一般常识，动物的骨粉和内脏经过高温消毒处理后作为饲料喂养家畜应该是安全和无害的。但结果却产生了一种不怕高温，可传染疯牛病并危害人类健康的蛋白质——朊蛋白，造成巨大的经济损失。这足以说明生命现象比我们现在所知道的要复杂的多 (二)、食品安全 对食品生产的各个环节进行全过程的管理，杜绝一切不安全的隐患 以下是主要食品和添加物分类表： 类别 食品名称 添加目的 主要化学添加物  饮料 清凉饮料水 浓缩天然果汁 天然果汁 乳酸菌饮料 乳制品饮料 发酵乳制品 乳酸菌饮料 (未经杀菌制品) 发酵乳饮料 (乳酸菌饮料原料) 保存材料 甜味材料 漂白剂 品质改良 甜味材料 甜味材料 保存材料 ? 保存材料 苯甲酸及苯甲酸钠等 糖精类 亚硫酸钠、二氧化硫磺等 硫基丙氨酸盐类 糖精类 糖精类 山梨酸，2，4-已二烯酸 ? 山梨酸，2，4-已二烯酸  蔬菜 水果 加工晶 ? 葡萄类水果 柠檬 橙桔类 果实和果菜类的表皮 ? 馅类 防霉剂 防霉剂 防霉剂 皮膜剂 保存材料 保存材料 甜味材料 二苯基 二苯基 二苯基 病毒灵脂肪盐酸 苯甲酸类 山梨酸，2，4-已二烯酸 糖精类  鱼贝类制品 ? ? ? ? ? ? ? ?  鱼贝加工晶 鱼贝类干制品 ? 鱼贝类腌制品 鱼贝类冷冻晶 鱼肉精制晶 ? 鱼肉粉肠 ? 咸烹海味 ? 盐渍鲑鱼子 腌大马哈鱼子  甜味材料 保存材料 防止酸化剂 防止酸化剂 防止酸化剂 保存材料 甜味材料 发色剂 保水乳化安定剂 保存材料 甜味材料 发色剂 发色剂  糖精类 山梨酸，2，4-已二烯酸 双丁羟甲苯 双丁羟甲苯 双丁羟甲苯 山梨酸，2，4-已二烯酸 糖精类 亚硝酸钠 硫酸氢钠软骨素 山梨酸，2，4．已二烯酸 糖精类 亚硝酸钠 亚硝酸钠   肉制品  肉制品 ? 鲸鱼肉制品  发色剂 保存材料 保存材料  亚硝酸钠 山梨酸，2，4。已二烯酸 山梨酸，2，4-已二烯酸   油脂类 ? ? ?  油脂、黄油 ? ? ? 黄油、奶酪和植物奶油 奶酪  防止酸化剂 ? ? ? ? 发酵调整剂 保存材料  愈创木脂 去甲二氢愈创木脂酸 双丁羟甲苯 五倍子酸 脱水醋酸钠 硝酸钙、硝酸钠等 山梨酸，2，4-己二烯酸类   谷物类  谷物 小麦粉  防虫剂 小麦粉处理剂  增效醚 过硫酸氨 稀释过酸化苯   糕点  面包、蛋糕、糕团类  保存材料 甜味材料  丙酸钙、丙酸钠 糖精类  ? ? ? ? 冰淇淋类 品质改良剂 乳化剂 离型剂 甜味材料 硫基丙氨酸盐类 乳酸钙油脂剂 石蜡 糖精类   〈威胁人类存亡的定时炸弹——环境荷尔蒙〉胡经之 海天出版社P19-21 三、转基因技术的生物安全 生物是可以遗传和自主繁殖的，而且还能够产生变异以适应环境，转基因生 物也不例外。因此，转基因植物对生态的影响是长期的和不确定的，不可不慎之 又慎。世界各国政府对转基因植物的大面积种植持慎重态度。 转基因就是用人为的方法改变物种的基因排列，通常涉及将某种生物的基因，从一连串的基因中分离，再植入另一种生物体内，使其具备或增强此功能的生物技术。从20世纪70年代开始，以重组DNA技术为核心的现代生物技术突飞猛进，在医学、农业、食品、环保、轻工等行业得到广泛应用。这种转基因技术打破子物种原有的生殖屏障，改变了自然界长期进化规律。然而这种变革是建立在人类对自然规律一知半解基础上的，有可能对环境和人体健康造成不可预测的威胁。 转基因生物技术究竟在什么地方应用呢，我只作一个简单的介绍： （一）、转基因技术的应用 转基因动物： 转基因鱼 鱼类是最重要的经济动物之一，也是人类食物的主要蛋白质来 源之一。鱼类具有一些比其它高等脊椎动物更适合于现代生物技术操作的特点： 生殖力旺盛，性产物数量巨大；精子和卵子都是在体内成熟后排到体外，在体外 受精和体外发育，发育条件要求简单，胚胎容易培养和观察；具有较大的生物学 可塑性，其遗传改良的潜力优于其它的脊椎动物。1985年，我国基因工程学家 朱作言将人的生长激素基因通过显微注射法导入到泥鳅的受精卵中，得到了生长 速度和个体都比对照组泥鳅大许多的超级泥鳅。我国鱼类发育与育种学者、湖南 师范大学的刘筠教授已经成功地培育出有正常生殖能力的鲫鲤杂合型异源四倍体鱼新品系。用四倍体品系与二倍体的鲫鱼和鲤鱼杂交，产生不育的三倍体鲫鱼 和鲤鱼。现在又培养出了不育的草鱼。 转基因牛 因为奶牛年产奶能力1000L以上，可以成为一个经济地生产 医药蛋白质的大型工厂。现在有人已经将干扰素基因、乳铁蛋白基因等转入奶牛， 利用转基因牛乳腺生产医用蛋白质。转基因牛的另一个用途是改变牛奶的成分， 转入一个超量表达的K酪蛋白基因能够增加K酪蛋白的产量。向奶牛中导入一 个乳糖酶基因并使其在乳腺中表达，则可能产生不含乳糖的牛奶。将高水平表达的重组牛生长激素基因导入到奶牛体内，可使奶牛的产奶量提高14％。 转基因绵羊和山羊 制备转基因绵羊和山羊的主要目的也是利用其乳腺 作为生物反应器生产药用蛋白质。1991年，怀特等人首先将抗胰蛋白酶基因与 羊的乳球蛋白启动子重组在一起，然后用显微注射的方法将其导入到绵羊的受精 卵里，最终获得了4只雌绵羊和1只雄绵羊。4只雌绵羊产奶期所产的奶中都含有抗胰蛋白酶，含量高达1-35g／L。抗胰蛋白酶是治疗遗传性ATT缺乏症和肺气肿的重要药用蛋白质。到目前为止，人们已经将人的凝血酶原激活酶、抗胰蛋白酶、凝血因子IX、生长激素、白细胞介素质、尿激酶等很重要的药用蛋白质与多种乳腺特异性启动子重组，培育了相应的导入的目标基因都得到了表达，合成的药用蛋白质都分泌到了转基因绵羊和山羊，在这些乳腺特异性启动子的驱动下，导入的目标基因都得到了表达，合成的药用蛋白质都分泌到了乳汁中。 转基因猪 将人的珠球蛋白基因的调控区与人的两个1珠蛋白基因和一 个珠蛋白基因重组在一起，转移到猪的受精卵中，得到的转基因猪的血液中出现 了人的血红蛋白。另外，猪的各种器官的大小与人类的器官比较一致，因此有人 设想用基因工程的方法改造猪的某些器官的抗原特性，以生产出用于人类医疗移 植的器官。 转基因植物 转Bt毒素基因植物 在20世纪50年代，人们发现在苏云金杆菌孢子形 成期产生的伴孢晶体中的蛋白质可以特异性杀死鳞翅目昆虫，这些蛋白被称为杀 虫蛋白或Bt蛋白。这种Bt毒素蛋白是苏云金杆菌中的一个质子的基因编码的。 人们分离到该基因后，用DNA重组技术构建出了能在植物中表达的重组毒素基 因，将其导入到作物细胞中，获得了多种能特异性杀死某些害虫的转基因作物。 我国获得转Bt毒蛋白基因的棉花、水稻、烟草、杨树。 转蛋白酶抑制剂基因植物 有些植物能够产生蛋白酶抑制剂，在昆虫吞食 了这些植物后，蛋白酶抑制剂能抑制昆虫的消化酶，使其不能分解植物的蛋白质， 从而影响昆虫的消化吸收，导致食欲不振，食量减少，直至死亡。因此，分离这 些植物的蛋白酶抑制剂基因，用基因重组的方法使其处于强启动子的控制之下， 在转移到受体作物中后就能高效表达，就能大大减少害虫数量，降低虫害损失。 如马铃薯蛋白酶抑制剂，可抑制胰蛋白酶和胰凝乳酶的活性。所得的转基因烟草 对烟草天蛾的抑制作用很强。 抗病毒转基因植物 将病毒的外壳蛋白基因分离后重组到植物的基因里， 得到的转基因植物对相应的病毒感染就有了一定的抗性。目前，人们已经利用这 种转基因病毒外壳蛋白基因的方法培育出了多种抗病毒感染的转基因植物。 培育能固氮的转基因作物 豆科植物能利用共生的根瘤菌来固定空气中 氮以满足生长发育的需要，因此，种植豆科作物不需要施用氮肥。现在科学家们 就把根瘤菌的固氮基因转移到水稻、小麦中去。 1995-1999年世界转基因作物种植面积（万公顷） 1995 1996 1997 1998 1999  120 284 1255 2788 2990  ? 1998年全球种植转基因作物面积分布 按作物类型分：大豆51．7％，玉米30．1％棉花9．1％，马铃薯0.3％ 按转基因性状分：除草剂71．0％，抗虫27．6％，双抗1．1％，改良品种0．3％ 按国家分：美国72．8％，阿根廷15．3％，加拿大9．9％，中国0．7％，澳大利亚0．4％，墨西哥0．4％，其他(西班牙、法国、南非)0．5％ 至1999年上半年，我国已通过安全性审批的转基因植物有番茄、棉花、甜椒。 《生物安全》刘谦、朱鑫泉 科学出版社2002 P45-89 〈日经产业新闻〉报道，日本三得力公司研究人员和神户大学教授大川秀郎等人，在马鞭草茎的切片中注入两种作用不同的基因，一种能监测出土壤中的致癌污染物二恶英，一种能合成色素，然后再将切片培养成整株植物，用这种方法培育出的马鞭草，在土壤污染时开出与平常颜色不同的花朵。 转基因水稻将要端上我们的餐桌？中国已经完成转基因水稻商品化生产的各种安全评价程序和实验环节，如果获得农业部的许可，转基因大米最早可能在明年摆上中国人的餐桌。《中国青年报》2004-11-10 转基因微生物 转基因微生物生产药用蛋白 已经有20多种经过严格的动物检测和临床测试后，经批准投放市场的由转基因微生物生产的干扰素、胰岛素、人和动物用的生长激素等。 转基因细菌生产抗生素 将链霉菌的链霉素基因转移到大肠杆菌中，利用大肠杆菌生产链霉素。 转基因微生物生产疫苗 利用转基因大肠杆菌培养乙型肝炎疫苗已经在20世纪80年代投入使用。 （二）、转基因技术的生物安全 基因工程安全吗?的确，目前的基因工程技术在安全方面尚存在着严重的不确定性。基因工程的安全性问题包括两个方面，一是基因工程产品的消费安全问题，二是转基因生物的生态安全问题。到目前为止，还没有确切和统一的证据表明转基因技术已经对生态和人体健康造成危害；有科学家认为可能产生潜在的危害。 据报道，2000年2月25日，绿色和平组织的一些环境保护积极分子拦截了一艘从美国运载多达6万吨转基因大豆前往英国的货船。绿色和平组织的人说，这些转基因大豆大部分将作为动物的饲料而污染人类食用的肉类和乳制品，危害人的健康。2月27日，英国首相布莱尔发表文章认为：“毫无疑问，转基因食品对人体健康和环境可能带来危害。保护公众和环境的安全现在是、将来也是政府的首要任务。但与此同时，这种新的科技将给人类带来更多的利益，这也是无庸置疑的。”《生物工程与生命》罗琛P155-212 1、转基因生物技术的潜在危害 （1）、对生态环境和生物多样性的威胁和影响 转基因植物的花粉可随着传播媒介向周围的环境扩散，从而使花粉所携带的基因会在非控制的情况下通过生殖过程等方式转移，对生态环境和生物多样性带来威胁。 形成超级杂草、超级病毒 由于人工将某些亲缘关系很远或者无亲缘关系的物种的基因整合到一起后，在长期的生物进化和演变过程中，会不会使这些本来没有进行基因交流的、或者大自然禁止基因交流的物种之间建立某种联系而进行基因的交流，从而打破生命世界的基本秩序，产生科幻小说里的“异型”怪物，造成不可控制的生命灾难? 最近发表于《自然》上的美国研究人员的报告发现，转基因作物产生的杀虫素Bt病毒可由根部渗出而进入周围的土壤，而且保持了很强的活性，因而可能对土壤生态环境产生长久的负面影响。《科学》杂志上也分别报道了导入了病毒外壳基因的转基因植物引起了病毒的突变和新病毒株系的形成。 抗除草剂转基因作物的抗性基因“漂移”到杂草，产生抗性生物型 作物 同属杂草数 可交配性  胡萝卜 9 可自由交配  莴苣 19 可和野莴苣、臭莴苣、柳叶莴苣杂交  芜菁 13 可与甘蓝型油菜杂交  甘蓝型油菜 14 可与芜菁、野油菜杂交  水稻 6 可与红稻自由杂交  高梁 11 可与假高梁，落粒高梁杂交  燕麦 10 野燕麦   抗除草剂转基因转入到作物上不影响杂草化的风险。抗除草剂转基因作物自身“杂草化”是指抗性作物逸生成毁草和自生苗的为害。 1997．3-1999．3我国农业部受理安全性评价申报转基因植物分类比例 按农作物分类：水稻27％；棉花32％；番茄11％；马铃薯7％；烟草6％；玉米5％；甜椒4％；其它8％。 按目的基因分类：抗虫50％；抗病毒20％；抗真菌、细菌病14％；改良品种10％；抗除草剂3％；抗逆境2％；抗类病毒1％。 主要抗除草剂转基因作物在我国“杂草化”风险性大的作物有： 高梁：据文献报道，和高梁同属的杂草有11种，在我国有假高梁和落粒高梁杂草。在自然条件下，栽培高梁可和这两种杂草杂交，发生基因“漂移”。高梁也有逸生成杂草的可能性。 燕麦：据文献报道，和燕麦同属的杂草有10种，在我国有野燕麦和燕麦同种。该杂草是麦田的恶性杂草，在南北麦区均有发生，特别是在西北地区为害较重。在自然条件下，燕麦可和野燕麦杂交。另外燕麦有逸生成杂草的可能性。 《生物安全》刘谦、朱鑫泉 科学出版社2002 P45-89 ? 生物多样性的威胁 有着某种生存优势的转基因生物如果进入到自然生态系统里，就有可能排挤自然种群，降低生态系统里物种的多样性，打破生态平衡。就像人类多次有意无意间引进外来物种造成的生态破坏一样。只是这种自然界原本没有的转基因物种所造成的生态破坏程度可能会要更严重的多。 ／害虫天敌数量下降 对生物链的破坏一生态失衡 天然物种基因污染 （2）、对人体健康的威胁 转基因食品对人体健康影响的焦点是对人的致病性和抗药性 致病性 1998年，英国一位生物学家进行了一项实验，他将人工导入了细菌杀虫基因的转基因马铃薯与普通马铃薯分别喂养小鼠，结果发现，用转基因 马铃薯喂养的小鼠肝脏以及其它的器官发生了病变和损伤，而用普通马铃薯喂养的对照小鼠没有发现这些病变。这可能是转基因食物的一个特别的例子。 抗药性 抗生素抗性基因如果进入人体，可使人体产生抗生素抗性；抗生素基因可能通过基因转移使其他致病性微生物获得抗生素抗性基因，通过肠道微生物群影响胃肠道正常消化功能。 其他 降低食品营养价值，使其营养结构失衡；利用转基因工程来研制新型细菌武器。 (三)、转基因的生物安全管理 目前国际上对转基因生物有两管理模式：以美国为代表的生物技术产品为对象的管理模式；以欧盟为代表的以生物技术本身为对象的管理模式。 1992年世界各国首脑在联合国环境与发展大会上签订的《生物多样性公约》；1995年联合国组织制定的〈生物多样性公约〉下的〈生物安全议定书〉。包括我国在内的160多个国家和地区的政府签署了〈生物安全议定书〉。 安全评估和风险控制 产品标签 技术措施 国际合作 ? ? ? ? 第二节 生物污染 一、定义：指危害生物环境（环境要素）的污染。 二、污染物在环境中的循环 (一)、污染物的分类 外来物质进入人体后，许多元素(如碳、氮、硫、磷、钙、镁等)可以成为生物的构成物质，有些微量元素(如锰、铁、铜、锌等)是高等生物必须的营养元素。 环境污染物：环境中这些物质的含量超过一定的限度，就会破坏环境系统正 常的结构和功能，对人类或系统环境本身产生不利的影响的物质。 毒物：指在一定的条件下，能够与生物体作用，干扰和破坏生物体的正常生理功能，并引起暂时性和持久性的病理损害，甚至危及生命的物质。毒物和污染物一样，必须达到一定的剂量。 污染物质分类： 按来源分：天然污染物、人为污染物 按性状分：一次污染物、二次污染物 按形态分：气态污染物、液态污染物、固态污染物 按环境要素分：大气污染物 水体污染物 土壤污染物 生物污染物 按性质分：物理污染物(噪声、微波辐射、放射性污染、热污染) 生物污染物(病原体、变应原污染物) ? ? ? 易降解(酚、氰) 降解程度：／ 化学污染物／ ＼难降解(有机氯、有机汞) ＼化学形态 —无机污染物(金属、类金属、气体污染物 ＼有机污染物／易降解(水污染物) 难降解(有机物) (二)污染物在环境中的迁移与转化 污染物有环境中的迁移：指污染物在环境污染中发生的空间位置的移动 及其所引起的富集、分散和消失的过程。 污染物的生物循环：指污染物通过环境要素(大气、水、土壤等)进入 生物体，在生物体内转化和转运，然后随着排泄物、生物尸体(枯枝落叶)， 经微生物分解又回到自然环境中的循环过程。 污染物在环境中的迁移方式：机械迁移 物理-化学迁移 生物迁移 机械迁移：指污染物通过大气、水的扩散和搬运作用，以及重力作用的迁移。 物理化学迁移：无机物通过溶解-沉淀、氧化-还原、水解-络合等物化反应实现迁移。 有机物通过光化学分解和生化分解实现迁移。 生物迁移：是通过生物吸收、代谢、生长、死亡实现生物迁移。 转化：指污染物在环境中迁移的同时，通过物理的、化学的或生物的作 用改变形态或转变成另一种物质。 化学转化：光化学氧化、氧化-还原、络合水解 物理转化：蒸发、渗透、凝聚、吸附、放射线元素脱变 生物转化：吸收、代谢 讲解书中图7-2 影响污染物在环境中迁移和转化的因素： 污染物自身的理化性质：如酚，在环境中被水流稀释扩散和被微生物分 解、转化、最终消失。 外界环境的物理化学条件和区域自然地理条件：如金属汞，可转化为无 机汞，有机汞。有机汞的毒性非常大。而且还能够通过生物链富集。 三、污染物在生物体内的归宿 污染物在生物体内的归宿：指污染物在生物体内的行为，包括吸收、分布、排泄和转化等。 讲解书中图7-3 其它内容与将要学习的环境生物学内容相冲突，请同学们自己看。 (一)污染物跨膜转运 简单扩散：从浓度较高向浓度较低方向转运(脂溶性)。 被动转运／ ＼滤 过：借助膜两侧静水压和渗透压的压力差，通过生物 膜上的亲水性孔道的转运过程(水溶性)。 2、特殊转移：特殊转移包括三种方式，即主动转运；易化扩散；内吞作用。 主动转运：指化合物透过生物膜由低浓度一侧向高浓度一侧转移，并消耗能量代谢的过程。 主动转移必须满足二个条件：／有载体参加。 ＼载体具有一定的选择性，化合物必须具有一定的结构。 易化扩散：指一些非脂溶性物质或亲水性物质透过生物膜由高浓度向低浓度处扩散的过程。也需要载体参与。 什么是载体：载体是一种蛋白质分子，存在于生物膜中。载体种类很多，有运载多糖的有运载氨基酸的，运载其它有机物的以及运载无机离子的。 载体的特性：／ 具有酶的特性。 ＼ 空间构型特异性。 内吞作用：／吞噬作用：形成伪足(变形细胞)，吞噬的是颗粒物。 ＼胞饮作用：质膜内陷，外来物进入凹陷内，内吞的是液体物质。 （二）、污染物的吸收 定义：指污染物通过不同途径透过生物膜进入体液，血液循环的过程。对动物而言，主要通过消化道，呼吸系统和皮肤三条途径吸收。 消化道：／ 饮水 ＼ 食物链 食物链：不同营养级生物之间的这种传递关系称为食物链。 植物一食草动物一食肉动物一细菌分解 消化道吸收的部位是胃和小肠。 污染物在食物链中的转移：指污染物经生物的取食与被取食的关系沿食物链从低营养级传递到高营养级生物体内的过程。 DDT：水中DDT浓度0．00005ug／ml,至鱼0．3ug／g，鸬鹚体内25ug／g． 砷：(格陵兰)浮游动物为6．0×10-6，贻贝(14．1—16．7)×10-6，虾(2．9—80．2)×10-6，鱼(43．4—188．0)×10-6。 这种现象称为生物放大。生物放大是指污染物在有机体内达到平衡时浓高于其食物中浓度的现象。 呼吸系统：大气污染物一鼻一咽一气管一肺一毛细血管 皮肤(通过皮肤毛囊和表皮吸收)：表皮一真皮一毛细血管。 打农药中毒可以认为是呼吸系统和皮肤的共同影响。 污染物进入植物主要是通过根部吸收和地上部分的吸收。 根部：根尖的根毛区吸收：／主动吸收 植物 ／ ＼被动吸收 ＼地上部分：／叶片气孔 ＼枝干表面 (三)、污染物在体内分布 定义：是指污染物进入体液后或其代谢转化后，经循环系统(输道组织)和其它途径分散到机体各组织细胞的过程。 动物：进入体内的污染物(通过酶的作用)一氧化、还原、水解、结合一器官。如铅90％在骨骼当中。 植物：根一维管系统(导管，通过蒸腾拉力作用)一叶、枝移动 叶一导管一根部 通过根进入植物体的蓄积量大小顺序为根>茎>叶>穗>壳>种。 通过叶进入植物体的蓄积量，往往比较集中在叶和茎部。 (四)、污染在体内的排泄 定义：是指进入机体的污染物及其代谢产物向体外转运的过程。 ／通过肾脏(以尿液的形式) ／通过肝脏(与胆汁一起随粪便排出) 动物排泄的主要途径一通过呼吸道 ＼通过腺液(汗液、乳液、唾液) ＼通过毛发(如铅) 植物通过分泌的形式进行。什么是分泌?分泌是一种将物质从原生质体分离或将原生质体的一些部分分开的复杂现象。 活的植物对于金属的类金属通过根系排出，气态污染物通过叶面呼吸带走也可以通过枯枝落叶排出。 (五)、污染物在体内的生物转化 生物转化是指污染物进入生物体后在机体酶系统的催化作用下的代谢转化过程，包括氧化、水解和结合等一系列化学反应，其产物称为代谢物。人体内生 物转化的主要场所是肝脏。 ? (六)、污染物在生物体内的生物浓缩、蓄积和放大 这里讲的是三个问题 生物浓缩：体内污染物浓度超过环境浓度，(同一营养级) 生物蓄积：在生命周期中，随着个体生长发育，生物浓缩系数不断增大的现象，又称生物积累。 生物放大：体内污染物浓度超过环境浓度(高一营养级) 四、污染对生物的影响 (一)污染物毒性 ／急性毒性：一次大剂量或24小时多次作用于机体 毒性分类一亚急性毒性：生物生命的1／10时间；每日或反复多次发作 ＼慢性毒性：长时间反复多次发作 ＼蓄积性毒性：低于中毒阈值的污染物；但反复接触后出现中 毒作用 /致癌： 影响细胞染色体，引起细胞恶性分裂，诱发机体组织癌变形成肿瘤的过程 三致作用：一致畸：影响生殖细胞，引起胚胎畸形的过程 ＼致突变：影响到细胞体内DNA，引起生物体细胞遗传信息发生突然改变的作用 (二)毒性作用机理 毒性作用过程一污染物被生物体吸收、转运、转化 ＼中毒症状(酶的抑制、细胞膜损伤) ／污染物被生物体吸收、转运、转化 致毒机理一酶的抑制、细胞膜损伤 ＼三致 (三)污染物的联合作用 把两各种或两种以上的污染物同时或先后与机体接触，共同作用所产生的综合生物学效应称为联合作用。 由于联合作用的机理不同，产生的联合毒性不同，可分为以下四种： 独立作用：多种污染物共同产生的毒性与分别产生的毒性大小相等。 相加作用：多种污染物共同产生的毒性等于分别产生的毒性的总和 协同作用：多种污染物共同产生的毒性大于分别产生的毒性的总和 拮抗作用：多种污染物共同产生的毒性小于分别产生的毒性的总和 五、污染对种群和生态系统的影响 (一)、污染在种群水平的影响 种群密度 种群密度下降(死亡率增加，繁殖率下降) 种群密度上升(死亡率下降，繁殖率上升) 年龄结构 幼年个体死亡率增加，老年个体比例增大，种群年龄结构趋于 老化 性别结构 环境激素具有动物和人体激素的活性，能干扰和破坏生物内分 泌功能导致繁殖障碍，出现雌多雄少。 种间关系 物种与物种之间的关系，改变食物链。 种群进化 对污染物敏感的个体繁殖力下降、个体数量减少，对污染物具有抗性的个体繁殖力上升，个体数量增加，造成生物多样性减少。 (二)、污染在生态系统水平的影响 生境 环境污染导致生境单一化，生态系统多样性丧失，并使一些生物丧失生存的环境。 物种的结构 对污染物敏感的种群数量下降或消失，对污染具有抗菌素性的物种数量上升，并成为优势种，使物种多样性下降。 营养结构 敏感个体下降，导致食物链中断，结果使原有食物链缩短或形成新的食物链。 初级生产力 进入环境的污染物质达到一定的水平，会减少重要元素的生物可利用性，降低光合作用，降低初级生产者的生产力，破坏了生态系统的能量和物质循环。 营养循环 污染物通过一些机制干扰生态系统的营养循环。(降低有机质的分解和矿化速率；抑制共生微生物对营养物质的吸收。 ??????????????? 　 ????????????