主講教師：劉建副教授Email:Tel:053188364425山東大學環(huán)境研究院生態(tài)學與生物多樣性研究所,生態(tài)學與人類未來,第十三講外來種和生物入侵,本專題講授內容,一、外來種和生物入侵的有關概念（1）有關概念（2）生物入侵的危害二、生物入侵的機制和防治（1）生物入侵的機制（2）生物入侵的途徑（3）生物入侵的防治三、轉基因生物的生物安全,本專題講授內容,一、外來種和生物入侵的有關概念（1）有關概念（2）生物入侵的危害二、生物入侵的機制和防治（1）生物入侵的機制（2）生物入侵的途徑（3）生物入侵的防治三、轉基因生物的生物安全,一、外來種和生物入侵的有關概念,（1）有關概念外來種是相對于本地種而來的。本地種（nativespecies），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）認為本地種是在當地自然進化，或“在石器時代前就達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”。他建議合適的時間標準是16世紀全球環(huán)游之前。本地種也稱土著種。,（1）有關概念外來種（alienspecies）: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。這個定義強調了物種被人為移動或引進。因此不包括自然入侵的物種和基因工程得到的物種或變種。廣義的定義認為只要是進入一個生態(tài)系統(tǒng)的新物種就是外來種。它包括人為有意引進的物種、無意引進的物種、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。在中國，除大豆等少數原產我國外,作物多數是引進的，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。我國原產的大豆、獼猴桃分別在美國和新西蘭成為農業(yè)支柱產業(yè)，產量超過中國（胡志昂，2000）。這些例子可以看出，很多外來種不但經濟利益巨大，而且沒有生態(tài)危害。,外來物種和生物入侵的有關概念,（1）有關概念外來種的危害，大部分是由于入侵種帶來的。入侵種已經嚴重影響到了當地的生態(tài)系統(tǒng)，生物多樣性和經濟。針對入侵種，生物多樣性公約中也包括了一項特別條款，即第八條款防止引進、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，在異地獲得生長與繁殖并對當地造成影響的現(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(Ehrenfeldetal.,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)境和經濟發(fā)展(Keane&Grawley,2002)。過去，高山，大海，沙漠曾是阻止物種擴散的天然屏障，然而隨著貿易，旅游和其他人類活動的加劇，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，外來物種入侵會嚴重破壞生物的多樣性，并加速物種的滅絕。第二，外來物種入侵會嚴重破壞生態(tài)平衡。第三，外來物種入侵會因其可能攜帶的病原微生物而對其他生物的生存甚至對人類健康構成直接威脅。第四，外來物種入還會給受害各國造成巨大的經濟損失。,（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)的結構和功能。生態(tài)系統(tǒng)水平的改變會改變水，礦物質和能量的循環(huán)。而能量循環(huán)，生產力，生物量會直接影響人類社會。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損失。,豚草（Ambrosiaartemisiifolia）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，豚草不但能降低農作物產量，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周,外來種的危害的例子,薇甘菊：菊科假澤蘭屬的多年生草質藤本植物,有攀緣習性,原產熱帶美洲。80年代初由香港侵入深圳，后傳入我國廣東沿海地區(qū)時,就是一種危害極大的農林雜草。,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。原產南美，作為飼料和治理污水而引進。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，號稱植物界里的“殺手”，很多當地植物及牲畜的生長受它的抑制或引起死亡。,植物入侵種的特點,1)抗逆性強，生態(tài)位廣。2)能通過種子或營養(yǎng)體大量繁殖。3)世代短。成熟早，能在不利環(huán)境下產生種子。4)種子可以休眠以保證在特定時期萌芽,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，便于風媒；有粘附性便于蟲或動物傳播)。6)能產生抑制其他植物生長的物質。,植物入侵種的特點,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（Rejmaneketal,1996）。10)善于與人共棲（Commensalism）。11)很多危害嚴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,被紫莖澤蘭絞殺枯死的本地植物,外來入侵動物,美國白蛾,福壽螺,美洲斑潛蠅,松材線蟲,棉紅鈴蟲,螯蝦,美國白蛾成蟲產下一片卵,美國白蛾的幼蟲已經將樹葉吃掉一半,成群美國白蛾幼蟲蠶食樹葉,本專題講授內容,一、外來種和生物入侵的有關概念（1）有關概念（2）生物入侵的危害二、生物入侵的機制和防治（1）生物入侵的機制（2）生物入侵的途徑（3）生物入侵的防治三、轉基因生物的生物安全,二、生物入侵的機制和防治,（1）生物入侵的機制（2）生物入侵的途徑（3）生物入侵的防治,（1）生物入侵的機制,天敵釋放假說引入后進化假說新式武器假說.,（2）生物入侵的途徑,1）人為有意引進（如作物，花卉，樹種等）2）人無意間帶入3）隨輪船壓倉水進入；木質包裝箱帶入蟲卵4）貿易產品中夾雜植物種子或繁殖體或蟲卵5）人造物種的釋放（轉基因生物）6）植物種子或繁殖體靠風或動物的力量實現(xiàn)自然擴散,（3）生物入侵的防治,科學研究立法與管理海關檢疫根除與控制,科學研究是基礎生物入侵生態(tài)學的兩個核心問題,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文章數量,RichardsonDM&PyekP.2008.Fiftyyearsofinvasionecology-thelegacyofCharlesElton.DiversityandDistributions14:161168.,研究案例：中國入侵植物分布格局研究-山東大學的部分研究介紹,我們選取中國126種主要入侵植物為研究對象。根據其分布資料,確定每個省級行政區(qū)入侵植物的物種數量。研究各省入侵植物的物種數量與行政區(qū)的面積、人口和經濟發(fā)展的關系，以及與當地植物多樣性的關系，我們采取Spearson相關分析方法研究入侵植物物種豐富度與這些因素的關系。,中國入侵植物特性研究,利用我們總結出的中國主要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”(Holmetal,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，經濟社會因子，例如人口密度和GDP與入侵植物的物種豐富度成顯著正相關。,中國入侵植物分布格局研究,結合自然因子和社會因子，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,經濟和貿易的發(fā)展，尤其是國際貿易的發(fā)展往往會增加外來種入侵的可能性（李博，陳家寬，2002；Margolisetal,2005）。隨著我國經濟的發(fā)展,生物入侵問題的形勢可能會更加嚴峻。通過預先識別什么樣的物種容易入侵，就能更好的指導海關檢疫工作，避免和減少引進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濟和外貿活動的增長而進一步加劇(WeberandLi2008)。中國的南水北調等工程可能會為物種傳播提供新的傳播途徑（Liuetal,2012）。,我們承擔的生物入侵有關的課題,1）“南水北調對南四湖濕地入侵植物水花生的生態(tài)影響及機制”（國家自然科學基金，主持人劉建）2）“阿利效應對外來植物傳播和危害的影響”（山東省優(yōu)秀中青年科學家科研獎勵基金，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系的影響”（山東大學自主創(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”（山東省自然科學基金重點項目，主持人王仁卿）,（3）生物入侵的防治-立法與管理,1)完善國際植物保護公約等相關國際條約，切斷外來生物的侵入通道；2)建立國際生物監(jiān)控體系和數據庫；3)結束自然資源管理者對外來物種盲目引進，如牧區(qū)外來飼料植物、用作土壤保護的外來草種；,（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，要先進行生態(tài)安全的實驗和評價。6）對已經進入的入侵性外來種，要采取科學方法治理。,（3）生物入侵的防治-海關檢疫,考慮到物種一旦入侵，防治代價極大，最好的辦法是在引進前進行科學研究，對有入侵潛力的物種通過海關檢疫杜絕入內。為什么澳大利亞、新西蘭等島國的海關檢疫很嚴？（因為島國更容易被入侵，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，關鍵是及時發(fā)現(xiàn)，在入侵的早期進行根除（王獻溥，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(Simberloff1997)。根除的方法很多，諸如機械防治，生物防治，化學防治和綜合防治的方法都可以使用，要根據具體問題具體對待。要善于利用要根除對象的特點(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，或者根除從經濟上講不合算，則采取控制的方法，較少的花費，減輕或避免它引起的危害。,本專題講授內容,一、外來種和生物入侵的有關概念（1）有關概念（2）生物入侵的危害二、生物入侵的機制和防治（1）生物入侵的機制（2）生物入侵的途徑（3）生物入侵的防治三、轉基因生物的生物安全,三、轉基因生物的生物安全（biosafety）廣義的生物安全：指生物技術從研究、開發(fā)、生產到實際應用整個過程中的安全性問題。應包括人類健康、農業(yè)和環(huán)境生物(生物多樣性)安全三個方面。狹義的生物安全：生物技術或轉基因生物帶來的安全問題。,（1）現(xiàn)代生物技術的巨大進步,生物技術的概念生物技術包括傳統(tǒng)生物技術和現(xiàn)代生物技術l傳統(tǒng)生物技術利用生物全部、部分或代謝產物活動產品，如發(fā)酵、釀造、制藥、農作物栽培,（1）現(xiàn)代生物技術的巨大進步,現(xiàn)代生物技術以DNA重組和染色體的微操作、細胞融合等遺傳技術為核心的生物技術，用以控制、利用、改造遺傳物質或創(chuàng)造新生物的途徑，在工、農業(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、細胞工程、酶工程等。,（1）現(xiàn)代生物技術的巨大進步,GEO:Geneticengineeringorganism是指經遺傳工程處理的生物體。GMO:Geneticallymodifiedorganism是指經遺傳修飾的生物體，其含義比GEO更廣泛但目前多數還是理解為經遺傳工程處理的生物體。LMO:Livingmodifiedorganism是指經遺傳修飾的活生物體。雖然3個名詞不一樣但可廣義理解為我國常稱謂的轉基因生物或工程生物。,（1）現(xiàn)代生物技術的巨大進步,轉基因作物（玉米、小麥、水稻、大豆、番茄、煙草等）轉基因動物（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藥的作用，全世界每年用于除雜草和殺蟲的農藥總金額在200億美元以上。轉基因作物的效益明顯減少化工污染,（2）轉基因生物的生物安全,轉基因生物在給人類帶來福利的同時，也可能出現(xiàn)生態(tài)和環(huán)境風險。A轉基因生物對農業(yè)的風險轉基因作物可能變?yōu)殡s草轉基因作物有可能使野生近緣種變?yōu)殡s草依賴抗除草劑，大量除草劑造成農田污染。,（2）轉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，而使其數量下降，并影響農業(yè)（害蟲可能增加）。另一方面看：生物技術也為生物多樣性的遷地保護，特別是遺傳資源的保存提供了保證。,（2）轉基因生物的生物安全,C轉基因生物的倫理學問題能食用轉入人類基因的動植物嗎？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心。要科學、謹慎。做好轉基因食品的安全性評價。,Thankyou！,