分子生态学

什么是分子生态学
分子生态学是生态学的一个领域，利用分子生物学方法研究生态学的一门交叉科学。

它研究在生态系统中种群、物种与群落水平上，分子遗传学、生态学、进化生物学以及生态系统学等多学科交叉的研究领域。

具体而言，分子生态学旨在应用分子生物学技术，如DNA/RNA、微生物群落组学等多样方法，探究不同空间和时间尺度内生物体和生物系统之间的相互作用和关系，旨在为生物多样性保护和管理、生态学和环境保护工作提供科学支持。

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微生物分子生态学及其应用随着科技的不断进步和生物学研究的深入，微生物分子生态学逐渐成为了一个热门的研究领域。

微生物分子生态学是指通过分析微生物的分子组成和动态变化，揭示微生物间的相互作用及其与环境的关联，探索微生物生态系统的演变和调控机制的学科。

相较于传统的微生物学研究，微生物分子生态学能够更准确、更全面地研究微生物与环境间的关联，使得微生物的研究更具针对性。

微生物分子生态学通过分析微生物的分子生物学信息，可以深入探究微生物的生理、代谢、生态等各个方面，并进一步揭示微生物的生境分布、演化和生态功能。

这不仅有助于更深入地理解微生物的生态系统，也为微生物的应用研究提供了有力的支撑。

1. 微生物分子生态学的研究方法微生物分子生态学一般通过以下方法进行研究：（1）高通量测序技术高通量测序技术大大提高了微生物分子生态学研究的效率和准确度，尤其在微生物群落结构和功能的研究中应用广泛。

基于高通量测序技术，不仅能够分析微生物群落的构成，还可以揭示微生物间的相互作用及其与环境的关联。

（2）荧光原位杂交技术荧光原位杂交技术常用于微生物群落结构和空间分布的研究。

该技术通过使用荧光标记引物，能够将特定细菌、真菌或病毒等微生物直接标记并固定在试样中，观察其在不同空间中的分布情况，进而分析微生物间的相互作用。

（3）质谱分析技术质谱分析技术可以分析微生物的代谢产物，并结合高通量测序技术或荧光原位杂交技术等技术，深入探究微生物的代谢途径和功能。

2. 微生物分子生态学在环境保护中的应用微生物在环境保护中有着重要的作用，而微生物分子生态学则为环境保护提供了更加有效的手段。

（1）土壤污染修复土壤污染是一个长期而严重的问题，微生物可以分解或转化污染物，促进土壤的简易修复。

通过微生物分子生态学的研究，不仅可以深入了解微生物的生理代谢机制，还能针对特定污染物的生态功能和代谢途径，实现更加精准的修复。

（2）环境监测微生物群落是环境中的重要组成部分，通过对微生物群落的组成、分布和转化过程的研究，可以更加精准地评估环境状况。

分子生态学期末复习重点总结一、名词解释1.分子生态学：应用分子生物学的方法来解决生态学问题的学科。

2.中性进化：一个选择中性（即选择等价）的等位基因在不断的突变压力作用下，通过随机漂变的相互取代过程。

3.操纵子：编码功能上相关的蛋白质或酶的基因与一个共同的调控顺序相串联，形成基因表达和调控的功能单位。

4.负性调节：负调节蛋白（阻遏物）将基因关闭，使其不能转录的调节方式。

5.转座子：基因组中存在的能够自发地在基因组内移动，从染色体的一个区段转移到另一区段或从一条染色体转入另一条染色体的DNA片段。

6.基因突变：是指基因的核苷酸序列发生改变，造成基因表达产物的变化，从而引起表型的改变。

7.移码突变：某些化合物与DNA结合后，可使DNA分子插入或缺失一个或几个碱基对，使该碱基对以下的读码顺序发生移动，从而改变其遗传信息。

8.PCR技术：聚合酶链式反应，又称体外DNA扩增技术。

9.蛋白质组：是指由一个基因组，或一个细胞、组织表达的所有蛋白质。

10.物种（BSC）：同种生物个体间相互进行杂交并可以产生可育的后代。

11.渐渗杂交：指两物种的杂交后代与亲本反复回交，把某一亲本的性状带至另一亲本。

12.隐存种：是指一组物种，他们符合生物学对物种的定义，也就是说彼此相互隔离，但是它们在形态学是非常相似的，甚至有些时候完全一致。

13.行为生态学：主要是研究生态学中的行为机制和动物行为的生态学意义和进化意义，即研究动物的行为功能、存活值、适合度和进化过程。

14.异双亲：（很多食肉动物、啮齿动物和大约300种鸟类中）参与抚育幼小动物的非双亲成年动物叫异双亲或帮手。

15.种群（population）：居住在某特定区域单个物种的一群个体。

16.基因频率（gene frequecy）：指基因组中某特定位点的等位基因数量占种群中该位点全部等位基因总数的比率，也就是该等位基因在种群中出现的概率。

17.基因型频率（genotype frequency）：指某基因位点特定基因型占种群中该位点全部基因型的比率，也就是该位点特定基因型在种群中出现的概率。

分子生态学名词解释等位酶：（Allozyme）同一基因位点的不同等位基因所编码的一种酶的不同形式。

突变：Genic mutation：基因突交是指基因组DNA分子发生的突然的、可遗传的变异现象。

从分子水平上看，基因突变是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变。

替换：即一种核苷酸被另一种核苷酸所取代。

•碱基替换有两种类型：转换是发生在嘌呤之间(A和G)或密啶之间(C和T）的变换;颠换则指嘌呤和嘧啶的变换。

•转换比颠换更频繁。

PCR：（聚合酶链式反应）在生物体外，利用一小段DNA作为模板，在DNA聚合酶的作用下，将材料dNTPs复制成跟模板互补的DNA链。

PCR每个循环可分为三步：DNA变性、引物退火、新合成序列的延伸。

单亲遗传( uniparental inheritance):基因和遗传因子仅遗传自一个亲本。

该术语最常用于描述线粒体和质体基因组的遗传（包括叶绿体基因组cpDNA）,以及有性繁殖生物中一些性染色体的遗传。

双亲遗传( biparental inheritance):基因与遗传因子遗传自两个亲本;仅适用于有性繁殖生物。

共显性标记：( co-dominant markers)可以区分杂合子与纯合子的分子标记。

显性标记:( dominant markers)难以区分纯合与杂合个体的分子标记。

限制性片段长度多态性（RFLP）：一种显性分子标记技术,用一种或多种限制性内切酶,对整个基因组或预选的DNA片段进行消化,从而生成多条DNA 片段。

所获得的带型取决于相应的DNA序列的变异水平,因为每一个体中DNA序列的变异会影响限制性酶切位点的数量。

单核苷酸多态：( single nucleotide polymorphism, SNP )由单核苷酸替换所导致的两条DNA序列间的一个变异。

微卫星(microsatellite)：一种DNA片段，由短的串联序列组成,通常以不超过5个碱基对的单元重复多次，如:在(AG)，代表的微卫星片段中,序列AG重复了10 次。

第3章 分子生态学概述分子生态学是90年代初新兴的一门生态学学科分支，它一经产生就引起了人们的广泛重视。

不同的学者从各自的研究背景出发，对分子生态学的概念有着不同的理解。

Burke等（1992）和 Smith等（1993）分别在《分子生态学》（《Molecular Ecology》）的创刊号和第二期首卷的社论中解释了分子生态学的概念。

这个概念注重动植物和微生物（包括重组生物体）的个体或群体与环境的关系，认为分子生态学是分子生物学与生态学有机结合的一个很好的界面。

它利用分子生物学手段来研究生态学或种群生物学的方方面面，阐明自然种群和引进种群与环境之间的联系，评价重组生物体释放对环境的影响。

向近敏等（1996）则将分子生态学与宏观生态学和微观生态学对应起来，认为分子生态学是研究细胞内的生物活性分子，特别是核酸分子与其分子环境关系的。

这个概念强调有生命形式的细胞内寄生物（如分子形式的病毒等）及其有生物学活性的细胞和分子与其相关细胞之间的各种活性分子，直至分子网络相互作用的生理平衡态和病理失调态的分子机制，从而提出促进生理平衡和防止病理失调的措施和方法。

由于本章作者的生物学专业背景，所以只能从一般意义的生物与环境之间的联系上对分子生态学作一肤浅的介绍。

Burke等（1992）的结论说明了 《Molecular Ecology》中所发表文章的范围：①分子群体生物学，包括群体和进化遗传学、行为生态学和保护生物学；②分子环境遗传学，包括种群生态学及基因流、重组生物体环境释放的生态学方面和自然环境中的遗传交换；③分子适应，包括遗传分化及生理适应、环境对基因表达的影响，以及一些方法和技术等。

如果从一般意义上的生物与环境的关系来理解分子生态学的话，上述几个方面可以作为分子生态学的主要研究内容来理解。

当然，分子生态学的研究内容不仅仅限于此，正如 Smith等在 《Molecular Ecology》第二期首卷的社论中所指出的那样：分子生态学不是简单的分子技术在生态学问题中的应用，而是代表着一个新兴的学科，具有着生态学和分子生物学相互交叉的强大活力。

一、翻译并解释名词：(10x4分)1.allele 等位基因一个位点的序列变异。

2.Effective population size (Ne) 有效种群大小在一个具有相等性比、随机交配的理想种群中表现出与特定统计（全部成体数目）规模相对应的真实的种群杂合性随时间丧失的速率相同的个体数。

3.F-statistics F 统计检验用于评估个体间、亚种群间和整个种群间杂合性的分布的统计方法，被广泛应用于定量亚种群的遗传分化。

4.Genetic load 遗传负荷相对于理论最佳值来说降低了的基因型适合度。

5.Hardy-Weiberg equilibrium哈温平衡当所有等位基因频率是已知的时候，在一个大的随机交配种群中的纯合子和杂合子的预期比例。

假设没有迁移、突变或选择作用，哈温平衡定律则认为等位基因频率从一个世代到下一个世代应该保持不变。

6.Bottleneck effect瓶颈效应种群的规模大为缩小，随后常常有一个（种群的）恢复。

7.Selection sweep选择扫荡。

课件：Occurrence of a beneficial mutation，Only individuals carrying the mutation reproduce，‘Population bottleneck’，Mainly affects linked loci。

8.IAM 无限等位基因模型其中突变不是以可预料的方式一个接一个发生，而大多数突变是像产生SNP（单核苷酸多态性）那样出现的。

9.Linkage disequilibrium (LD) 连锁不平衡。

术语表：Linkage equilibrium 连锁平衡：由重组促成的情形，其中遗传位点在繁殖期相互独立分离。

当两个位点上的等位基因一起分离时，如他们在同一个染色体上的物理位置太接近时，则发生不平衡。

百度：连锁平衡：HLA 不同基因座位的各等位基因在人群中以一定的频率出现。

分子生态学简介一、概念：分子生态学的诞生是以1992年的《Molecular Ecology》创刊为标志的，目前较为一致的看法是：分子生态学是应用分子生物学的原理和方法来研究生命系统与环境系统相互作用的机理及其分子机制的学，它是生态学与分子生物学相互渗透而形成的一门新兴交叉学科，其特点是强调生态学研究中宏观与微观的紧密结合。

二、研究内容：1、分子种群生物学（1）行为生态学亲缘关系与亲本分析（2）保护生物学进化遗传学、保育遗传学（3）种群遗传学。

2、分子适应研究各种内部外部因素对于基因表达的影响。

3、分子生态学技术发明新方法。

4、分子环境遗传学种群生态学、基因流、重组生物释放、自然环境中的遗传交换5、遗传生态栽培学。

三、研究技术：1、等位酶技术“等位酶”(allozyme)指一定基因位点上不同的等位基因编码的酶；“同工酶”(isozyme)指通过电泳鉴定的染色功能相同的酶的不同生化形式。

等位酶是同工酶的一种特殊形式，有时也叫等位同工酶。

采用蛋白质电泳获得多位点等位酶的谱图是分子生态学研究中最有价值的资料之一。

“等位酶”分析技术基本成熟，它的基本要求是按个体提取具有活性的酶，然后电泳、染色。

为正确解释等位酶带谱，通常要了解每一种等位酶变异的遗传基础，至少分析10~20个独立分离的多态性位点，才能达到统计的可信度。

等位酶技术操作相对简单，花费少，统计方法标准，并且有大量的前人资料可以借鉴，但对于一些狭域分布的地方种群，往往缺乏多态性的位点，无法进行等位酶分析。

分析时一定要保持酶的活性，这也是该技术局限性所在。

2、基因指纹(DNAfingerprint)随着分子生物学技术的迅速发展，DNA分析技术成为生态学家探讨种群遗传变异的必然选择。

DNA相对于等位酶而言，具有更丰富的变异，甚至能够提供区分个体的特异性“指纹”(fingerprint)，同时试验材料易于获得，从化石到活体材料都可以用，且所需材料微少。