第七章--植物分子生态学

植物生态学Plant Ecology一、课程基本情况课程类别：专业任选课课程学分：2学分课程总学时：32学时，其中上课：32学时课程性质：选修开课学期：第5学期先修课程：普通生物学、普通生态学适用专业：生态学教材：姜汉侨、段昌群、杨树华等主编，植物生态学，高等教育出版社, 2004开课单位：应用气象学院生态系二、课程性质、教学目标和任务植物生态学是生态学专业任选课，植物生态学旨在阐明植物与其周围环境相互关系的规律，包括植物种的个体和种群在不同环境的适应过程，环境对植物种的塑造作用；植物群体或群落在不同环境中的形成过程，植物群落对环境的改造作用。

最终还要发挥植物的生态效益和经济效益，为人类社会作出贡献。

植物生态学中心内容就是研究植物与环境相互关系的规律。

包括四个方面：植物个体与环境的生态关系；植物种群与环境的生态关系；植物群落与环境的生态关系；以及在生态系统中物质能量转化、循环、再生产过程中植物的作用。

三、教学内容和要求第1章绪论（2学时）1.1 生态学的学科范畴（0.5学时）（1）了解植物生态学的学科范畴；1.2 植物生态学研究的基本内容（0.5学时）（1）植物与环境（2）植物种群与植物群落1.3 植物生态学的内容体系及研究特点（0.5学时）1.4 植物生态学发展简史（0.5学时）（1）植物生态学的历史前期（2）植物生态学的建立（3）植物生态学的新进展重点：掌握植物生态学的内容体系难点：植物种群与植物群落第2章植物的生存环境（3学时）2.1地球的物理环境圈层（1学时）（1）了解大气圈、水圈、岩石圈(及土壤圈)2.2 生物圈（0.5学时）（1）了解生物圈的概念（2）了解生物圈中的植被及其环境2.3 环境因子的分类（0.5学时）2.4 环境因子的生态学分析（1）生态因子作用的综合性（2）主导因子和限制因子2.5 环境的尺度（0.5学时）（1）环境的尺度和植物的层次（2）空间和时间尺度重点：环境因子的生态学分析难点：环境因子的生态学分析第3章植物在生态系统中的作用（2学时）3.1 植物在生态系统中的地位（0.5学时）（1）生态系统中的生产者（2）植物在生态系统中与其他功能成分之间的协同关系3.2 初级生产（0.5学时）（1）初级生产力的概念（2）影响初级生产的主要因素（3）初级生产力的分布3.3 植物与生态系统的功能（0.5学时）（1）植物与生态系统的物质生产（2）植物与生态系统的能量流动（3）植物与生态系统的物质循环（4）植物对生态环境的改良与调节3.4 植物与生态系统的平衡（0.5学时）（1）植物在生态平衡中的基础地位（2）植物的生物多样性与生态平衡3.5 植物与生态系统的生态服务（0.5学时）（1）资源保障（2）环境支持重点：植物在生态系统中的作用难点：植物在生态系统中的生态功能第4章植物群落的结构（2.5学时）4.1 植物群落的植物种类组成（1学时）（1）群落的最小面积（2）群落种类成分的数量特征（3）群落组成成分的分析4.2群落的垂直与水平结构（0.5学时）（1）群落的垂直结构(成层性)（2）群落的水平结构4.3 群落的外貌（1学时）（1）层片结构(生活型组成)（2）生活型谱（3）层片与层次重点：群落的垂直与水平结构难点：群落结构的分析特征及群落类型第5章植物群落的动态变化（3学时）5.1 植物群落的形成和发育（1学时）（1）植物的迁移、定居和竞争（2）植物群落形成的过程（3）植物群落发育的时期（4）植物群落的周期性和年际变化5.2 植物群落原生演替的模式（1学时）（1）旱生演替系列（2）水生演替系列（3）演替的进展和逆行（4）关于演替顶极理论5.3 植物群落的次生演替（1学时）（1）次生演替的一般类型（2）次生演替的规律及应用（3）植被的恢复与重建重点：植物群落的原生演替和次生演替难点：演替顶极理论第6章植被分类及主要类型（3.5学时）6.1 植被分类及其研究途径（0.5学时）（1）植被分类的目的（2）被分类的途径6.2 基于植物区系的群落分类（0.5学时）（1）群落类型的综合特征（2）群落分类的一般步骤6.3 中国植被分类的系统和单位（0.5学时）6.4 地球上的主要植被类型及其特征（1学时）（1）常雨木本群落（2）雨绿木本群落（3）照叶木本群落（4）硬叶木本群落（5）夏绿木本群落（6）针叶木本群落（7）雨绿干燥草本群落（8）夏绿干燥草本群落（9）中生草本群落（10）湿生草本群落（11）水生草本群落（12）干荒漠群落（13）冻荒漠群落6.5 植被制图（1学时）（1）植被图的种类（2）植被制图的基本要求（3）植被制图的步骤（4）3s技术在植被制图中的应用重点：植被分类的原则和标准难点：主要植被类型及其特征第7章植被的分布和植被区划（2.5学时）7.1 气候与植被（0.5学时）（1）气候（2）植被在“理想大陆”上的分布图式7.2 植被分布的水平地带性（0.5学时）（1）纬度地带性（2）经度地带性（3）中国植被的水平地带性分布7.3 植被分布的垂直地带性（0.5学时）（1）植被分布的垂直带（2）植被垂直带与水平带（3）经度对植被垂直带谱的影响7.4 地带性植被的过渡类型（0.5学时）（1）纬度地带性植被的过渡带（2）经度地带性植被的过渡带7.5 区域性植物群落的分布（0.5学时）（1）区域性的植物群落调查（2）区域内植被类型的多样性分析重点：植被分布的水平地带性和垂直地带性规律难点：区域植物群落的分布第8章植物种群的分布与数量（2学时）8.1 种群的概念和植物种群特点（0.5学时）（1）熟悉种群概念和植物种群的特点；8.2 种群分布（0.5学时）（1）种群的空间分布8.3 种群的数量特征（1学时）（1）植物种群的数量特征（2）植物的构件种群重点：植物种群的特征；植物种群的空间分布难点：植物种群分布格局的动态变化规律第9章植物种群的动态和调节（1.5学时）9.1 植物种群的动态的描述（0.5学时）（1）存活曲线（2）种群增长模型（3）植物构件增长与个体增长（0.5学时）9.2 影响植物种群动态的因素（1）生殖生态学物征（2）种群生活周期9.3 植物种群调节（0.5学时）（1）密度制约、非密度制约（2）无性系生生重点：植物种群的调节因素：密度制约因素和非密度制约因素难点：影响植物种群动态的因素；“产量恒定法则”和“自疏法则”第10章植物种群的质量与种间关系（3学时）10.1植物种群适应与分化的遗传基础（0.5学时）（1）植物种群遗传概述（2）植物种群的遗传多样性10.2植物种群的基因频率变化（0.5学时）（1）Castle-Hardy-Weinberg定量（2）引起种群基因频率变化的因素10.3 植物种群的生态分化与进行（0.5学时）（1）植物种群的生态变化（2）种群生态分化的成因与遗传来源（3）植物种群的生态分化与物种形成10.4 植物种群的数量与质量变化（0.5学时）（1）种群数量与质量的变化（2）遗传多样性与进化灵活度（3）过度利用与物种灭绝10.5 植物种群生态分化中形成的种间关系（1学时）（1）竞争、他感化学作用（2）偏利共生（3）寄生（4）互利共生（5）寄生（6）植物与食草者重点：植物种群与其他种群的种间关系：竞争、寄生、共生和食草作用难点：植物种群的生态分化过程第11章植物的生态适应（2学时）11.1 植物对环境的适应（0.5学时）（1）生态适应的概念（2）环境与植物的适应性11.2植物的生活史格局（0.5学时）（1）资源配置（2）生活史格局的类型11.3 植物对极端环境的适应与进行（0.5学时）（1）植物对极端自然环境的适应与进行（2）植物对环境污染的适应与进化11.4 植物的趋同适应和趋异适应（0.5学时）（1）植物的生态型（2）植物的生活型重点：植物对极端环境的生态适应难点：植物的生活史格局第12章植物与自然生态因子的关系（3学时）12.1 植物与光的生态关系（0.5学时）（1）光对植物的生态作用（2）植物对光的生态适应（3）光合作用的不同碳代谢途径对环境的适应12.2 植物与温度的关系（1学时）（1）温度的生态作用（2）植物对温度的适应12.3 植物与水的生态关系（0.5学时）（1）水对植物的生态作用（2）植物对水因子的生态适应12.4植物与土壤的生态关系（1学时）（1）土壤的性质与植物的生态关系（2）以土壤为主导因子的植物生态类型重点：植物与四大生态因子之间的关系难点：自然生态因子改变对植物的影响机制第13章植物与人类活动的生态关系（2学时）13.1 人类优化植物生存环境，扩大植物分布（0.5学时）（1）植物的引种（2）植物引种的基本原则13.2 环境污染与植物的生态关系（0.5学时）（1）环境污染对植物的影响（2）种用植物防治环境污染13.3植物生物入侵与生物安全（0.5学时）（1）植物生物入侵带来的生态问题13.4转基因植物的释放及生态风险（0.5学时）（1）转基因植物释放的生态网聊评估重点：植物生物入侵、生物安全和转基因植物的概念难点：转基因植物的生态风险四、课程考核（1）作业等：作业：5次；（2）考核方式：闭卷或开卷考试；（3）总评成绩计算方式：按平时成绩和期末考试成绩综合计算。

《分子生态学》教学大纲一、基本信息二、教学目标及任务掌握分子生态学发展史与基本原理；掌握分子生物学基础知识；掌握微生物、植物和海洋分子生态学的研究内容和主要分子生物学技术；了解应用生物技术治理环境污染的分子机理；了解分子生物学和分子生态学基本手段。

通过本课程的教学使学生掌握分子生态学的基本理论和基础、以及分子生物学技术和研究方法在不同方向生态学领域的应用，并了解分子生态学与生物信息学的前沿，从思想上明确认识分子生态学在生态学科发展过程中的重要性，通过各教学环节的实施注重培养学生思考、分析、解决分子生态问题和主动获取知识的能力，树立实事求是、严谨治学的学风。

三、学时分配教学课时分配四、教学内容及教学要求第一章分子生态学的发展史第一节生态学与分子生态学第二节分子生态学的主要内容与任务第三节分子生态学的科学地位第四节分子生态学的起源与发展第五节分子生态学的发展轨迹第六节当今分子生态的发展第七节分子生态学的研究方法和发展方向第八节分子生态学的新方向本章教学要求：了解分子生态学发展、研究内容和方法第二章分子生态学的基本原理第一节分子生态学概念的提出第二节分子生态学系统概念习题要点：分子生态学的概念、与微观和宏观生态学的联系第三节分子生态系统的结构组成习题要点：分子生态学的研究对象第四节生态学中的遗传学习题要点：分子进化的中性论和选择论；生态遗传学的概念；基因型、表现型和表型可塑性的概念本章教学要求：掌握分子生态学的概念、研究对象；掌握生态遗传学、基因型、表现型和表型可塑性的概念；理解分子进化的中性论和选择论；第三章分子生物学第一节生命与核酸的共同起源第二节DNA和RNA的结构第三节蛋白质组信息学习题要点：蛋白质组学的概念和分类、相关技术第四节分子生态方法习题要点：分子生态学的研究内容及常用技术第五节免疫学第六节遗传密码基因表达习题要点：遗传密码的特性及基因工程的应用第七节基因组信息学习题要点：遗传图谱、物理图谱、序列图谱和基因图谱的定义第八节DNA习题要点：DNA的结构和种类第九节基因芯片习题要点：基因芯片的分类、特点、基本流程和应用本章重点、难点：DNA、RNA的结构；分子生态学的研究内容及常用技术；遗传密码特性及基因工程应用；基因组信息学的应用；基因芯片本章教学要求：掌握DNA、RNA的结构，DNA的种类；掌握基因组信息学的应用；理解基因芯片的分类、特点、基本流程和应用。

植物分子生态学研究植物分子生态学过程及其调节机制的学科植物分子生态学是一门研究植物与环境相互作用的学科，通过研究植物在分子水平上的生态适应机制，揭示植物的生态学行为和适应性演化的分子基础。

本文将从植物分子生态学的基本概念和研究方法入手，探讨植物分子生态学的主要研究内容以及相关的调节机制。

一、植物分子生态学的基本概念和研究方法植物分子生态学是生态学和分子生物学的交叉学科，其研究目标是揭示植物基因和环境之间的相互作用关系，以及这种相互作用对植物生长、发育和适应性演化的影响。

其研究方法主要包括基因组学、转录组学、蛋白组学等前沿技术手段，通过系统性的研究植物的基因表达变化、蛋白质组成和代谢物参与信号传递的通路，探索植物与环境之间的相互作用机制。

二、植物分子生态学的主要研究内容1. 植物适应性演化：通过研究植物的基因组变异和表达差异，探索植物在适应不同环境条件下的适应性演化机制。

例如，一些植物在干旱环境中表现出较强的抗逆能力，研究发现这与一些耐旱相关基因的表达水平升高有关。

2. 植物响应环境胁迫：研究植物在面临环境胁迫时的响应机制，包括温度、光照、水分等环境因素对植物的影响。

通过研究植物的基因表达、蛋白质组成和代谢物积累等变化，揭示植物面对环境胁迫时的适应策略。

3. 植物互作关系：研究植物与其他植物、动物和微生物之间的相互作用，探索植物与其共生真菌、共生细菌以及与植食动物之间的连接和调节机制。

通过研究植物的信号分子和与其相互作用的物质，揭示植物在互作关系中的角色和适应性演化。

三、植物分子生态学的调节机制1. 激素调节：激素是植物内部调节生长和发育的重要信号分子，通过研究植物激素的合成、运输和信号转导等调控机制，揭示植物对环境变化的响应策略。

2. 基因表达调控：研究植物基因的表达调控网络，包括转录因子和非编码RNA等的调控作用，揭示植物对环境胁迫响应中基因表达的调控机制。

3. 信号传递通路：研究植物信号传递的通路网络，包括Ca2+、NO、ROS等信号分子在植物适应性演化和环境胁迫响应中的作用机制。

第七章被子植物的分类基础教学目的：了解被子植物的分类系统；掌握被子植物分类主要形态学术语；掌握植物的鉴定方法，了解北方常见科、属、种的形态特征、生物学和生态学特性、分布及利用等。

重点难点：被子植物分类主要形态学术语；植物检索表的编制及使用。

第一节被子植物的分类方法一、分类学及其发展分类学的任务不仅识别物种、鉴定名称，而且要阐明物种之间的亲缘关系和自然分类系统。

分类学识随着各门学科的发展而发展的。

被子植物的分类是以植物的形态特征为主要依据，即根据花、果实、茎、叶等器官的形态特征进行分类。

随着解剖学、生态学、细胞学、生物化学、遗传学以及分子生物学的发展，植物分类也吸收了这些学科的研究方法，因而分类学出现了许多新的研究方向。

如化学分类学、染色体分类学、实验分类学、数值分类学等。

二、分类系统（一）人为分类系统与自然分类系统（二）恩格勒系统主要依据、主要观点（三）哈钦松系统主要依据、主要观点第二节被子植物分类主要形态学基础知识一、茎的形态术语（一）根据茎的性质、寿命划分依茎中木质含量多少分为木本和草本。

木本植物茎含木质多，坚硬，寿命长。

其中主干明显且高大的为乔木；基部分枝，主干不明显且较矮的植物为灌木，仅基部木质，上部不甚木质的矮小植物为半灌木。

另外，茎细长而不能直立的为藤本。

草本植物含木质少，多汁，较柔软。

又分为一年生、二年生、多年生草本。

（二）根据茎的生长习性划分1、直立茎多数植物的茎背地生长，直立地面，如小麦，玉米等。

2、平卧茎茎平卧地上，如蒺藜，地锦等。

3、匍匐茎茎平卧地面，节上生根，如甘薯等。

4、缠绕茎茎细而软，不能直立，只能缠绕在支持物上向上生长，如牵牛等。

5、攀缘茎茎的一部分形成卷须、吸盘等结构，攀援它物生长，如黄瓜等。

二、叶的形态术语（一）叶序（二）叶片形状（三） 叶尖急尖：先端成一锐角，两边直或稍外弯，如女贞、竹 渐尖：先端逐渐狭窄而尖，两边内弯，如垂柳、紫荆钝形：先端钝，如大叶黄杨微凹：先端圆而不明显的凹缺，如锦鸡儿微缺：先端又一个小缺刻，如黄杨尾尖：先端逐渐狭窄成长尾状，如菩提树突尖：先端平圆，中央突出一短而钝的渐尖头，如玉兰具短尖：先端圆，中脉伸出叶端成一细小的短尖，如胡枝子（四） 叶基1 基本形状2 特殊形状（五） 叶缘（六）（七）脉序 是叶脉的排列方式。

分子生态学1.什么是分子生态学?答：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宄生命系统与环境系统相互作用的机理及其分子机制的科学[1,2]。

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宄中宏观与微观的紧密结合，用分子生物学的方法来解决种群水平的生物学问题[3]。

2.什么是遗传多样性？衡量遗传多样性水平的参数有哪几个？1)什么是遗传多样性？答：J.McNeely(1990)的定义将遗传多样性定义为：蕴藏在地球上的植物、动物和微生物个体基因中的遗传信息的总和。

世界资源研究所(WRI)1992年在“全球生物多样性策略”纲领性文件中明确地定义为：遗传多样性是指种内基因的变化，包括同种显著不同的群体间或同一群体内的遗传变异。

是对一个种群的基因库中遗传因子多样化的测度。

[4]2) 衡量遗传多样性水平的参数有哪几个？答：整体杂合度、多态位点的比例和各位点的平均等位基因数等( Hedrick , 1985;Nei, 1987; Richards and Leberg , 1996)。

具体如下：等位基因频率和等位基因数；杂合度、基因多样性和多态信息含量；F-统计量。

[5]3.什么是种群遗传结构，怎么样表示种群遗传结构？答：种群的遗传结构(Population genetic structure)是指一个种群内的遗传变异程度及其在群体间的分布模式，或指种群中各种基因的频率以及由这些基因决定的基因型的数量和分布情况（曲若竹等，2004）。

用基因频率、基因型频率、交配与繁殖模式、种群遗传分化、种群间基因交流模式等表示种群的遗传结构。

[6]4.什么是遗传漂变、有效种群大小、种群瓶颈、奠基者效应（建群者效应）？遗传漂变指在群体遗传学中，由小群体引起的基因频率随机减少甚至丢失的现象。

[7]有效种群大小是指一个种群中能将其基因连续传递到小一代的个体平均数。

植物生态学重点植物生态学是生态学的一个分支，研究植物个体、种群、群落和生态系统在受到物理和生物环境梯度的影响下的变化规律。

以下是植物生态学的重点内容：1、植物种群生态学：研究植物种群的分布、数量、动态和遗传特征。

了解种群生态学有助于理解植物如何适应环境变化，以及如何应对人口增长、气候变化等全球变化。

2、植物群落生态学：研究植物群落的组成、结构、动态和分布。

理解群落生态学可以帮助我们了解植物如何与其环境相互作用，以及如何预测和管理不同环境中的植物群落。

3、生态系统生态学：研究整个生态系统的结构和功能，包括生物部分和非生物部分。

生态系统生态学有助于我们理解整个生态系统的健康和稳定性，以及如何保护和维护生态系统。

4、全球气候变化：全球气候变化对植物生态学有深远的影响。

植物生态学家正在努力了解和预测气候变化如何影响植物生长、繁殖和分布，以及如何采取措施减轻其影响。

5、保护生物学：保护生物学是植物生态学的一个重要领域，专注于保护和维护生物多样性和生态系统。

保护生物学有助于我们了解如何保护濒危物种、生态系统，以及如何合理利用自然资源。

6、环境修复：环境修复是植物生态学的另一个重要领域，包括土壤修复、水体修复和大气修复等。

通过使用植物和微生物修复技术，我们可以有效地减少污染，改善环境质量。

7、入侵生物学：入侵生物学研究入侵物种的生态学和进化过程，以及如何预防和控制入侵物种的扩散。

入侵生物学有助于我们了解如何管理和控制外来物种的入侵，以保护本土生物多样性和生态系统。

8、土壤生态学：土壤生态学研究土壤中生物群落的组成、结构、功能和变化规律，包括土壤微生物、土壤动物、土壤和水的关系等。

了解土壤生态学有助于我们了解土壤的健康和生产力，以及如何保护和维护土壤生态系统。

9、水体生态学：水体生态学研究水生生物群落的组成、结构、功能和变化规律，包括水生植物、水生动物和水体污染等。

了解水体生态学有助于我们了解水体的健康和生产力，以及如何保护和维护水生生态系统。

植物生态学复习重点1、演替：随着时间的推移，生物群落中一些物种侵入，另一些物种消失，群落组成和环境向一定方向产生有顺序的发展变化，称为演替。

2、生境：指生物的个体、种群或群落生活地域的环境，包括必需的生存条件和其他对生物起作用的生态因素。

又称栖息地。

生境是由生物和非生物因子综合形成的，而描述一个生物群落的生境时通常只包括非生物的环境。

3、层片：由占据一定小环境的相同生活型或相近生活型植物组成的具有一定空间、时间特征和植物环境的群落亚单位。

4、重要值：研究某个种在群落中的地位和作用的综合数量指标。

是相对密度、相对频度、相对优势度的总和。

其值一般介于0～300之间。

以综合数值表示植物物种在群落中的相对重要值。

针对乔木：重要值=（相对密度%+相对频度%+即相对优势度%）/300针对灌草：重要值=（相对密度%+相对频度%+相对盖度%）/3005、实生苗：直接由种子繁殖的苗木。

它包括播种苗、野生实生苗以及用上述两种苗木经移植的移植苗等。

6、生态位：是指每个个体或种群在种群或群落中的时空位置及功能关系。

生态位分离是指同域的亲缘物种为了减少对资源的竞争而形成的在选择生态位上的某些差别的现象。

7、优势种——建群种：优势种对群落结构和群落环境的形成有明显控制作用的植物种，即在群落中占优势的种类，它包括群落每层中在数量、体积上最大、对生境影响最大的种类。

群落的不同层次可以有各自的优势种，优势层中的优势种称为建群种。

它是优势种中的最优者，即盖度最大（重量最大），多度也大的植物种，是群落的创造者、建设者。

8、食物链——食物网食物链：在生态系统内，各种生物之间由于食物而形成的一种联系，叫做食物链。

生态系统中贮存于有机物中的化学能在生态系统中层层传导，通俗地讲，是各种生物通过一系列吃与被吃的关系，把这种生物与那种生物紧密地联系起来，这种生物之间以食物营养关系彼此联系起来的序列，就像一条链子一样，一环扣一环，食物网：一个生态系统中常存在着许多条食物链，由这些食物链彼此相互交错连结成的复杂营养关系为食物网。