分子生态学前沿进展论文
- 格式:docx
- 大小:30.61 KB
- 文档页数:8
微生物生态学的前沿研究微生物生态学是研究微生物与其环境相互作用的学科,是生态学领域的一个重要分支。
通过对微生物的组成、结构、功能以及其在不同环境中的作用进行深入研究,可以更加全面地认识微生物的重要性和潜力,推动微生物研究的发展。
本文将从微生物多样性、微生物种群结构与功能、微生物的生态过程三个方面论述微生物生态学的前沿研究。
一、微生物多样性微生物是地球上最丰富的生物群落之一,其多样性既包括了种类的多样性,也包括了功能的多样性。
在过去的研究中,人们通过传统的培养方法仅能研究到微生物中的一小部分,忽略了大量未知微生物的存在。
然而,随着分子生物学技术的发展,微生物多样性的研究取得了突破性进展。
利用高通量测序技术,可以对微生物群落中的所有细菌、古菌和真菌进行全面的研究。
通过构建微生物的16S rRNA基因或ITS序列库,可以对微生物的多样性进行评估和比较。
近年来,这种方法已被广泛应用于不同环境样品的微生物多样性研究中,包括土壤、水体、大气和人体内微生物群落等。
通过深入研究微生物多样性,我们可以更好地了解微生物在不同环境中的分布特征、相互关系以及对环境的响应和适应能力。
二、微生物种群结构与功能微生物的种群结构与功能密切相关。
通过对微生物的基因组学和转录组学研究,可以揭示微生物群落中的不同种群的功能特征和代谢能力。
微生物的环境适应性使得它们能够在各种极端环境中生存和发展,如高温、高盐、低氧等。
例如,硫氧化细菌在热液喷口和硫泉中繁殖,起到了重要的生态功能。
此外,微生物群落中存在着协同作用和竞争关系。
通过对微生物的共同代谢和相互作用网络的研究,我们可以更好地理解微生物种群之间的相互作用,以及它们对环境的重要影响。
三、微生物的生态过程微生物在全球生态系统的物质循环和能量传递过程中起着重要的作用。
例如,微生物参与了碳、氮、磷等元素的循环过程,其代谢活动影响着大气中的气候因子。
利用同位素示踪技术,可以追踪微生物参与的生态过程,如碳循环的甲烷、二氧化碳和氧气的产生与消耗等。
分子生物学与生物技术的最新进展分子生物学和生物技术是目前生物科学中最有希望的前沿领域,近年来,随着技术和科学的不断发展,这两个领域也取得了非常重要的进展。
一、分子生物学的最新进展1. 基因编辑技术的革命性突破CRISPR-Cas9(CRISPR)是一种最新和最流行的基因编辑技术,它能够切割和修改DNA序列,在人类或动物的遗传材料中修改病态基因,这种技术为疾病治疗带来了新希望。
2. 基因测序技术的进步基因测序技术相对来说是一个相对成熟的领域,但是,在过去几年中,该领域仍然获得了重大的进展。
第三代基因测序技术的开发,使得测序时间和成本大幅降低,同时,数据质量也无可比拟。
3. 蛋白质研究的新视角蛋白质是分子生物学中重要的一环,近年来,研究人员开发了新的方法来更好地了解和研究蛋白质。
通过精准的蛋白质定量和热力学分析,科学家们能够更好地了解蛋白质的结构和功能。
4. 小分子的治疗潜力小分子是治疗性物质的主要形式之一,通过对小分子的深入了解和研究,可以为疾病治疗带来新的希望。
小分子药物在分子靶点的选择和设计上取得了非常重要的进展,这些靶点有望为各种疾病的治疗提供更好的途径。
二、生物技术的最新进展1. 基因拷贝技术的发展基因拷贝技术是现代农业和食品工业的基石之一,过去几年中,科学家们开发了更加高效和可靠的基因拷贝方法,这一进展将对实现粮食安全和解决全球饥饿问题起到重要作用。
2. 仿生技术的广泛应用仿生技术是将自然界的自然结构和功能应用于技术设计中的一种方法,目前,在诸如造船、飞机制造和材料科学等领域,仿生技术已广泛应用。
在生物医学技术领域,仿生技术的应用将为做更加自然、特异性高和病理判断更加准确的新型医疗器械提供新的策略。
3. 生物传感技术的发展生物传感技术是一种能够通过检测特定分子的存在和浓度的方法。
它与人体生理和疾病状态的关系密切,因此有巨大的潜力。
在传统的肿瘤筛查和生物标志物检测中,生物传感技术已有所应用。
生态学研究的新进展和趋势生态学是一门研究生命与环境互动的科学。
近年来,随着全球环境问题的日益严峻和人类对自然资源利用的不断增加,生态学的研究逐渐受到重视。
本文将探讨生态学研究的新进展和趋势。
一、人口增长和城市化对生态环境的冲击人口增长和城市化是当前社会面临的一个重要问题。
随着城市化的加速,城市地区的生态环境也面临着日益严重的压力。
例如:城市化使得土地利用变得更加集中,大量森林、湿地因为建设而被清理,导致原有的生态系统遭到破坏。
同时,城市化也会带来温室气体的排放和垃圾污染等环境问题。
因此,人口增长和城市化对生态环境的影响成为了生态学研究的重要课题之一。
二、生物多样性保护与气候变化生物多样性保护是生态学中最重要的课题之一。
许多动植物物种濒临灭绝,造成了生态系统的破坏与稳定性的下降。
而气候变化则加剧了这种情况,例如:全球变暖加速了海面上升、冰川消融,威胁到了极地的生物多样性;气候变化还导致了种群迁移、滞留等现象,也极大地影响了生物适应环境的能力。
因此,生物多样性和气候变化的关系成为了生态学研究的另一个重要领域。
三、生态系统功能与服务物种多样性和生态系统功能密切相关。
许多生物物种都在生物循环、土壤形成、水净化等生态系统功能中发挥着重要的作用。
同时,生态系统也是为人类提供生态服务的重要平台。
例如:河流可以提供给人们水源,而森林可以提供木材等资源,这些都是生态系统功能和服务的体现。
因此,生态系统功能和服务成为了生态学的重要研究领域之一。
四、基因组学在生态学中的应用随着生态学的发展,基因组学也逐渐成为生态学的重要辅助手段。
基因组学可以帮助我们解析生物多样性,阐明物种适应性和抵抗力等问题。
例如:在种质资源保护和利用方面,基因组学技术可以帮助我们挖掘更多的生物物种资源;在环境监测方面,基因组学技术可以帮助我们检测各种环境污染物等有害因素。
因此,基因组学在生态学研究中的应用也成为了最近的一个新趋势。
总之,随着人类问题的日益紧迫,生态学不仅关注环境的保护与修复,也在关注人类社会的安全、发展与福祉。
固碳微生物分子生态学研究一、本文概述随着全球气候变暖问题日益严重,碳减排和碳固定成为了全球关注的热点问题。
其中,生物固碳作为一种重要的碳减排手段,受到了广泛的关注和研究。
固碳微生物作为生物固碳的主要执行者,其在碳循环中的作用不可忽视。
本文旨在通过分子生物学和生态学的研究手段,深入探讨固碳微生物的分子生态学特性,揭示其在碳固定过程中的机理和调控机制,以期为提高固碳效率和促进生态平衡提供理论支持和实践指导。
本文首先将对固碳微生物的基本概念、分类及生态分布进行概述,阐述其在碳循环中的重要地位。
接着,重点介绍固碳微生物的分子生态学研究方法,包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等,以及这些技术在固碳微生物研究中的应用和进展。
在此基础上,本文将深入探讨固碳微生物的固碳机制、环境适应性及其与宿主植物的互作关系,分析影响固碳效率的关键因素。
本文将总结固碳微生物分子生态学研究的挑战与展望,为未来的研究提供方向和建议。
通过本文的阐述,我们期望能够增进对固碳微生物分子生态学的认识和理解,为推动碳减排和生态平衡做出积极的贡献。
二、固碳微生物的多样性与分类固碳微生物的多样性是生物多样性的重要组成部分,它们在自然界中的分布广泛,从土壤、水体到大气,甚至是极端环境中都能找到它们的踪迹。
这些微生物利用各种各式的固碳途径,如卡尔文循环、还原性三羧酸循环等,将大气中的二氧化碳转化为有机物质,从而在全球碳循环中发挥着至关重要的作用。
根据固碳途径和生理特性的不同,固碳微生物可分为自养微生物和异养微生物两大类。
自养微生物能够利用无机物质(如水、二氧化碳和无机盐)进行光合作用或化能合成作用,合成自身所需的有机物质。
其中,光合自养微生物如蓝藻和绿藻,能够利用光能和无机物质进行光合作用,生成有机物质和氧气;化能自养微生物则如硫细菌、铁细菌等,它们通过氧化无机物质(如硫化物、亚铁离子等)获得能量,进而固定二氧化碳。
而异养微生物则不能自己合成所需的有机物质,它们必须从外界环境中获取有机物质作为碳源和能源。
分子生态学
分子生态学是一门研究进化生态学基础的科学,它试图通过研究生物体内分子
与环境关联而获得的信息来解释各种物种行为以及其进化的历史。
分子生态学即在内分子和外环境间建立关联,以研究生物体的行为与进化史。
分子生态学涉及的方面很多,例如生物材料的演化,以及如何通过分子技术来
研究物种之间的联系。
这种研究将通过研究多种物种的分子、生物学和行为学特征来理解物种间的关联。
分子生态学还会研究物种迁移,物种间种群变化,以及种群构成中物种多样性的演变。
分子生态学也会探寻物种进化中发生的变化,以便于更好理解物种间的进化史。
此外,分子生态学也旨在更深入地研究不同物种之间的关系,也就是物种的互补性、竞争性和协调性的研究。
分子生态学是一个极其复杂的科学,需要集成生物学、分子生物学和计算机科
学技术。
它具有极其广泛的应用,可以帮助我们思考和了解不同物种的进化历史,从而从根本上解决人类面临的生态问题。
基于分子水平的生态学研究生态学是一个关于生命与环境相互作用的学科,它关注的是生态系统中各种生物体之间、以及它们与环境之间的相互作用。
而在研究生态系统时,分子水平的研究也逐渐变得重要。
分子水平是指以生物分子为基础的研究。
生物分子是在生态系统中起着至关重要作用的分子,包括了蛋白质、核酸、代谢产物等。
分子水平的生态学研究工作是指通过研究这些生物分子,来深入了解生态系统的结构、功能和动态变化。
从宏观角度来看,生态系统的生物多样性和生态系统的功能变化受到很多不同方面的影响。
比如,气候变化、生物入侵、栖息地损失等等因素都会对生态系统产生深远影响。
然而,通过分子水平的生态学研究,我们可以更加具体地了解这些因素是如何影响生态系统中的生物体和过程的。
分子水平的生态学研究主要依赖于现代生命科学技术的发展,例如基因组学、蛋白质组学和代谢组学等。
这些技术使得我们可以更加精确地了解生物分子的组成和功能。
基因组学在研究生态系统中的作用显得尤其突出,通过分析生物体的基因组,我们可以拥有更多的信息,例如物种的起源、演化以及适应能力。
这对于复杂的生态系统而言是非常有用的。
代谢组学是另一种生态系统研究的重要工具。
代谢组学研究的是生物体内的代谢产物,也即生物体在进行代谢时所产生的物质。
通过分析代谢产物的数量和类型,我们可以确定某种环境对生物体代谢产物的影响。
这些数据对研究生态系统的区域性和季节性差异非常有帮助。
与代谢组学相关的是蛋白质组学。
蛋白质是由基因编码的,但是它们与基因组的关系比较复杂。
通过分析蛋白质组可以帮助我们了解蛋白质是如何受到各种外部和内部的调节影响,从而对环境有何种反应。
例如,通过比较某种生物体在两种不同环境中的蛋白质组成,我们可以发现它做出的反应及其生态系统的响应。
分子水平的生态学研究也对生态系统中的生物体检测和监测提供了新的方法。
例如,我们可以通过筛选污染物或化学物质对生物分子的影响,来了解它们对生态系统的影响和危害。
第一章绪论一简答题1. 21世纪是生命科学的世纪。
20世纪后叶分子生物学的突破性成就,使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化。
试阐述分子生物学研究领域的三大基本原则,三大支撑学科和研究的三大主要领域?答案:(1)研究领域的三大基本原则:构成生物大分子的单体是相同的;生物遗传信息表达的中心法则相同;生物大分子单体的排列(核苷酸,氨基酸)导致了生物的特异性。
(2)三大支撑学科:细胞学,遗传学和生物化学。
(3)研究的三大主要领域:主要研究生物大分子结构与功能的相互关系,其中包括DNA和蛋白质之间的相互作用;激素和受体之间的相互作用;酶和底物之间的相互作用。
2. 分子生物学的概念是什么?答案:有人把它定义得很广:从分子的形式来研究生物现象的学科。
但是这个定义使分子生物学难以和生物化学区分开来。
另一个定义要严格一些,因此更加有用:从分子水平来研究基因结构和功能。
从分子角度来解释基因的结构和活性是本书的主要内容。
3 二十一世纪生物学的新热点及领域是什么?答案:结构生物学是当前分子生物学中的一个重要前沿学科,它是在分子层次上从结构角度特别是从三维结构的角度来研究和阐明当前生物学中各个前沿领域的重要学科问题,是一个包括生物学、物理学、化学和计算数学等多学科交叉的,以结构(特别是三维结构)测定为手段,以结构与功能关系研究为内容,以阐明生物学功能机制为目的的前沿学科。
这门学科的核心内容是蛋白质及其复合物、组装体和由此形成的细胞各类组分的三维结构、运动和相互作用,以及它们与正常生物学功能和异常病理现象的关系。
分子发育生物学也是当前分子生物学中的一个重要前沿学科。
人类基因组计划,被称为“21世纪生命科学的敲门砖”。
“人类基因组计划”以及“后基因组计划”的全面展开将进入从分子水平阐明生命活动本质的辉煌时代。
目前正迅速发展的生物信息学,被称为“21世纪生命科学迅速发展的推动力”。
尤应指出,建立在生物信息基础上的生物工程制药产业,在21世纪将逐步成为最为重要的新兴产业;从单基因病和多基因病研究现状可以看出,这两种疾病的诊断和治疗在21世纪将取得不同程度的重大进展;遗传信息的进化将成为分子生物学的中心内容”的观点认为,随着人类基因组和许多模式生物基因组序列的测定,通过比较研究,人类将在基因组上读到生物进化的历史,使人类对生物进化的认识从表面深入到本质;研究发育生物学的时机已经成熟。
动物生态学的研究现状与前沿生命科学学院生态学 **摘要:动物生态学是一门研究动物与其生存环境相互作用关系的生态学分支学科,在生态学上占有十分重要的位置。
本文通过总结近年来有关动物生态学的研究,了解动物生态学的热点问题以及一些核心技术的应用,对动物生态学的研究现状和前沿进行综述,以期开展更深入的学习与研究。
关键词:动物生态学研究现状前沿1前言动物生态学研究可追溯至公元16世纪,至20世纪初,已成为一门年轻的科学。
动物生态学作为生态学发展的基石,对生态学新理论的发展和构建作出了重要贡献。
自从80年代以来,生态学的发展陆续出现了若干新的热点,如系统生态学、全球生态学、景观生态学、环境生态学、生物多样性、恢复生态学、保护生物学等。
动物生态学在异质种群理论、种群生存理论、行为生态学发展起到关键作用,对生态学新理论的发展作出了重要贡献[1]。
到了90年代,我国动物生态学的发展主要受到三个方面的推动。
[1]一是异质种群理论和种群生存力理论的影响,国学者将此理论用于动物种群的研究。
二是随着分子生物学、行为学的渗透,动物行为生态成为研究的热点之一, 涉及到交配行为、婚配体制、化学通讯、繁殖投资策略等。
同时运用分子标记技术,研究动物种群的迁徙,物种遗传多样性、功能基因及其生态适应等。
三是1992年我国加入《生物多样性》公约后,生物多样性成为我国生态学研究的一个热点,动物生态学的研究也因此得到了推动,主要在遗传多样性、入侵物种、关键种与功能群、濒危机制研究方面得到更多的发展。
另外,随着人们对生物系统了解的不断深入,生态学研究进入了以整合和协作为特征的新时代,生态学的分支学科迅速与生物学、物理学、数学及社会科学等学科相结合[2]。
2动物生态学研究进展我国近年来动物生态学研究主要包括了陆生动物以及水生动物等方面,不同区域物种的研究采用的方法和研究的方向不同,目前动物生态学研究侧重于陆生动物的研究。
2.1陆生地面动物研究陆生地面动物的生态学研究主要包括了动物的种群和群落结构、分子生态、冬眠、食性、生殖和栖息地等方面的研究,同时一些特殊种类的动物还包括了其它的一些生态学研究,如蝙蝠的回声定位声波研究,鸟类的迁徙等。
分子生态学及其应用生态学是研究生物群落与环境关系的科学,分子生态学是基于分子生物学和生态学相结合的一门新兴学科。
分子生态学的出现和发展,在一定程度上缓解了野生生物物种数量减少的问题。
分子生态学通过利用PCR、DNA分离、DNA纯化、测序等一系列技术分析生物体内的DNA序列、核苷酸多态性、DNA修饰等数据对各种生物进行识别,从而更好的了解物种的分布、进化、种群遗传和生态信息,为生态保护和生态修复工作提供重要依据。
分子生态学的技术手段主要包括三个方面:1、种群遗传结构的分析,即遗传多样性和基因结构的检测;2、种群进化方法的研究:DNA分析技术研究不同群体间的遗传分化程度,比如过去的迁徙、分化等事件;3、生物系统管理:利用现代的技术手段对生态系统商品的生物除草、除虫、除藻和生态修复等工作进行研究,从而控制生物群落和系统的平衡。
分子生态学通过分析生物体内的DNA序列,可以识别出各种生物中的核苷酸多态性,从而帮助科学家了解到群体间的遗传分布、进化历程以及生存状态。
这种方法可以更好地进行树木和动物的遗传监测和保护。
现在,分子生态学已经成为保护生物多样性和生态平衡的有力工具之一。
在实际应用中,分子生态学可以被用于各种生态修复和生态管理工作,如沿海湿地的种子库建设、自然草地过度降解的恢复、退化土地的改善等。
例如,通过分析植物的DNA序列,科学家们可以更好地了解沿海湿地植物的生物多样性、遗传特征和代际变化等问题,为湿地资源保护和恢复提供科学依据。
总而言之,分子生态学具有广阔的应用前景,可以促进生物学科技的发展,为生物多样性保护和生态平衡的维护做出重要贡献。
通过分析生物DNA序列、核苷酸多态性和核基因组DNA序列、遗传多样性等信息,全面掌握生物的生态信息,进而开展各种生态管理和生态修复工作,从而建立健康和谐的生态环境。
生态学论文范文生态学论文范文随着生态学学科的不断开展、人类科技的进步与当今生态学教学存在问题的日益凸显,生态学教学迫切需要改革。
下面是为大家的生态学论文范文,供大家参考。
所谓鸟击指的是,航空器与鸟类发生相撞事故。
在飞机开展历程中,鸟击事件一直存在,给航空运输埋下了极大的平安隐患,轻那么导致航班延误,重那么导致机毁人亡。
值得一提的是,大多数鸟击事件出如今飞机的起降环节,所以,重视和做好机场鸟击防范工作便显得尤为重要了。
1963年在法国举行了第一届国际鸟击会议,相当部分专家和学者的观点是,音响设备是防范鸟击的唯一有效手段,由于没有充分考虑生态学因素及其方法,因此成效并不显著。
进入20世纪70年代之后,以美国为代表的兴旺国家开场重视生态学知识在鸟击防范中的应用,且获得了较明显的研究成果。
我国鸟击防范工作尽管起步偏晚,然而国家民航总局一直保持着高度重视的态度国内大中型机场均先后启动了鸟类生态学和鸟击防范工作,为我国航空事业的安康开展提供了有力保障。
所谓生态管理技术指的是,在充分把握生态系统的根底上,制定和施行针对性的管理策略对其构造与功能进展适当调整,以符合人类的普遍期望,关注社会经济、生态系统之间的和谐共处、共同开展,管理策略强调立足于措施所对应的阶段性结果,同时辅以现代信息技术以实现对管理方案的及时、有效调整。
机场对鸟类的吸引在很大程度上反映在食物链上,机场及周边的土壤、草坪中生存着大量的小型动物,在鸟类食物链中扮演着相当重要的角色,可能是鸟类的直接食物,也可能是鸟类的间接食物。
在整条食物链中,蚯蚓等昆虫会成为鸟类的直接或者间接食物;开花结籽植物可以为植食性以及杂食性鸟类提供大量食物;小体型的鸟类那么是老鹰等猛禽的目的。
机场及周边水体可以对鸟类形成较大吸引力,使其前来觅食或者栖息,特别是鸭类等游禽,假设这些鸟类聚居在机场附近,那么将会大幅提升鸟击事件的.发生概率。
生存于排水沟或者水塘中的鱼虾将会吸引鸭类飞鸟前来觅食;夏天飞行区那些较低洼处的积水为水生昆虫提供了适宜生存的环境,也可能吸引一些鸟类前来觅食。
2002年2月第8卷第1期安庆师范学院学报(自然科学版)J ourna l of Anq ing Te a che rs Co lle ge(Na tura l S c ie nce)Fe b.2002Vo l.8NO.1ΞΞΞ生态学研究的新领域——分子生态学杨月红,赵娟,谢建春,刘登义(安徽师范大学生物多样性研究中心, 安徽芜湖 241000) 摘 要:扼要介绍了这个新学科的定义、基本内容、研究方法、应用和展望;分子生态学利用分子生物学的方法在分子水平上分析生物与环境的相互关系,所涉及的分子标记是DNA标记。
关键词:分子生态学;分子生物学;DNA标记中图分类号:Q14 文献标识码:B 文章编号:1007-4260(2002)01-0089-02 一般认为生态学是从宏观的角度研究生物与环境关系的科学,而基因与环境有着密切的联系,生态学的发展迫切要求用基因、蛋白质、酶等生物分子活动规律来阐释生态规律的进化、演变过程的本质和机制。
近20年来,分子生物学无论在基础理论方面还是在技术开发应用方面均取得了突飞猛进的发展,尤其是聚合酶链式反应(PCR)技术的产生和完善使分子生物学不断向生物科学的各个领域渗透;伴随着分子生物学理论和技术向生态学的渗透和发展,一个由这两个学科相结合的英国生态学学会主办的国际性杂志《分子生态学》于1992年创刊[1],这标志着分子生态学已经成为生态学的一个新分支学科。
它是生态学和分子生物学相互渗透的产物,分子生态的的理论与方法在生态学研究中的应用,展现了生态学从宏观到微观全方位蓬勃发展的景象。
1 分子生态学的函义分子生态学是生态学的微观研究层次与领域,它的研究方法是利用分子生物学原理、方法和技术,从分子水平探讨生物与环境的关系。
由于发展时间短,对于这个新研究领域的概念,不同学者从各自的研究背景出发对它的定义有着不同的理解,至今无一明确概念。
例如[1,5]:1992年创刊的《分子生态学杂志》对它定义是:分子生物学是生态学和种群生态学的交叉,它主要利用分子生物学的方法研究自然,人工种群与其环境的关系以及转基因生物(或其产物释放)所带来的一系列潜在的生态学问题。
海洋微型浮游植物分子生态学研究进展
陈纪新;黄邦钦;李少菁
【期刊名称】《厦门大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2006(045)A02
【摘要】简述海洋微型浮游植物分子生态学领域研究进展,综述分子生物学技术在海洋微型浮游植物物种鉴定、系统发生学、群落组成、生态适应与生态功能等方面的应用成果.分子标记和核酸序列为海洋微型浮游植物鉴定与系统发生树的构建提供了更为细致的指标;不依赖纯化培养技术的原位分子方法能较为全面地描述浮游植物群落的多样性组成结构,荧光原位杂交等定量分析技术实现了对种群时空分布和动态的监测;通过功能基因与基因组序列分析等遗传基础分析方法,探讨浮游植物对环境适应的分子机制.研究其生态适应与生态功能.
【总页数】8页(P32-39)
【作者】陈纪新;黄邦钦;李少菁
【作者单位】厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室,环境科学研究中心;厦门大学海洋学系,福建厦门361005
【正文语种】中文
【中图分类】Q958.8
【相关文献】
1.流式细胞仪的原理及其在微型浮游植物生态学中的应用 [J], 邱元凯
2.海洋超微型浮游植物遗传多样性的分子系统学研究进展 [J], 陈敏艺;袁洁;陈月琴;
屈良鹄
3.海洋微型浮游植物分子生态学研究进展 [J], 陈纪新;黄邦钦;李少菁
4.微微型浮游植物的生态学研究进展 [J], 孙晓庆;董树刚
5.海洋硅质化超微型浮游植物迅游藻(Bolidophyceae)的分类和生态学研究 [J], 王凤; 魏玉秋; 孙军; 张桂成
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
生态学的发展趋势及研究热点19世纪以来,随着世界人口剧增、人类对自然资源及环境的不合理开发和利用、对生态系统的不断干扰和破坏,全球生态环境发生急剧变化,出现全球变暖、海平面上升、大气和水体污染、生物入侵、生物多样性消失、荒漠化加剧、生态系统退化、水资源短缺等一系列全球性生态与环境问题和生态灾难。
生态学是研究生物与环境之间相互关系和作用的科学,可促进人类更好地认识、管理、恢复、创建生态系统,能够也应该成为未来人类与自然生态系统共存的理论依据和行动指南。
近年来,生态学在生态系统与全球变化、生态系统服务功能评估、生物入侵与生物灾害控制、生态恢复与恢复生态学、生物多样性与保护生物学、人类生态与生态健康等前沿领域取得了一定进展。
目前,生态学更加注重强化科学发现与机理认识,强调多过程、多尺度、多学科综合研究,关注系统模拟与科学预测,重视服务社会需求。
从发展趋势看,全球变化生态学、生态系统服务功能、极端生境生态学与退化生态系统恢复重建、生物多样性保护、生物入侵机制与控制、生物地球化学循环、水资源管理生态学、传染病生态和进化、生态文明建设与可持续发展生态学等将成为生态学重点关注的问题和领域。
1)生态系统与全球变化研究。
生态系统和全球变化科学主要是从生态系统的物质循环与能量平衡角度,研究地圈-生物圈-大气圈的相互作用关系,探讨全球变化的成因与控制机制,揭示生态系统空间格局和时间动态的变化规律,预测未来的发展趋势及生态系统对全球变化的响应与反馈。
近年国际生态学界在陆地生态系统碳/氮/水通量的联网观测及其过程控制、陆地生态系统碳/氮循环过程对气候变化响应野外控制试验、陆地生态系统碳/氮循环模拟模型研究、陆地生态系统对全球变化的响应和适应的样带研究、生态系统及区域碳储量和碳收支的综合计量评价等方面取得了一定进展。
当前更加关注全球/大陆和流域尺度的复杂生态系统动态过程、区域生态系统内部各亚系统间的耦合关系、各种生态环境问题间的相互作用关系等问题,其中生态系统碳循环与全球变化、生态系统水循环与水资源、全球变化与生物多样性是最为重要的三大优先研究领域。
分子生态学研究进展与发展趋势 摘要:分子生态学是分子生物学与生态学融合而成的新的生物学分枝学科。而不仅只是应用分子生物学技术研究生态学问题。分子生态学作为生态学领域的新兴学科,,在分子水平上阐述生命现象的发生、发展机理已成为生物学家们共同关注的目标。采用分子生物学的研究方法和研究成果来阐述生态规律的分子机理,进而产生了一门崭新的学科。目前,分子生态学已成为当前国际生物学的研究热点之一,是生态学研究的新领域。
关键字:分子生态学 研究进展 发展趋势 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 等和 Smith 等分别在《分子生态学》的创刊号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[1]。
一、分子生态学产生的背景
虽然分子生态学这一概念是在最近几年才正式提出的,但是类似的研究工作可以追溯到70 多年前。从分子生态学的发展历史来看,主要有三门分支学科为分子生态学的形成奠定了基础。它们是:群体遗传学、生态遗传学和进化遗传学。虽然生态遗传学可能是分子生态学的最直接来源,但是,为了叙述的整体性,以下论述将不会有意将这三者分隔开来。 经典生态遗传学主要是论证和测度自然系统中选择的重要性(Real 1994)。Ford(1964)在他的经典著作《Ecological Genetics》中,给生态遗传学下了这样的定义:生态遗传学“是将野外和实验室工作结合起来的一种方法”,并指出,生态学的研究成果指示着生物体之间及其与生存环境之间的相互关系。因此,“生态遗传学也是研究野生种群对其生存环境的调整和适应”,“它支持这样一种方法,就是研究目前发生的进化的实际过程,这是唯一直接的方法”。 群体遗传学是应用数学和统计学方法研究群体的遗传结构及其变化规律的遗传学分支学科,是孟德尔定律与数理统计方法相结合的产物。1908 年,Hardy 和Weinberg 分别独立发表了群体遗传平衡的文章,文章中将孟德尔定律用于随机交配的大群体,提出所谓的Hardy-Weinberg 定律,为群体遗传学的诞生奠定了第一块基石。 分子生态学在有效地评价这些风险方面占重要地位。目前,我们对这些遗传修饰生物体的散布和控制所知甚少,也不太了解不同种之间的相互作用。分子生态学由于能够提供明确的标记,因而会帮助我们更加精确地研究这些遗传修饰生物体在环境中的散布及其对环境产生的影响。基因与环境有着如此密切的联系,许多具有丰富分子生物学经验的学者希望能够将他们的专长用在解决基因与自然环境关系的问题上;而另外一些对生态学有兴趣的学者则希望分子技术能够帮助他们解决一些棘手的生态学问题。所以,分子生态学的产生是必然的,而且将会对科学活动产生巨大的推动作用[3]。 Ford(1964)认为生态遗传学是一种方法,是将实验室研究和野外调查相结合的一种方法。Merrell(1981)在他的著作中也持同样观点,并且强调了种群遗传学和种群生态学的结合。他指出,无论是生态遗传学、进化生物学、达尔文生态学,还是进化遗传学、种群生物学,都是遗传学和种群生态学结合方法的不同名称。名称使用上的差别,只是反映了作者们在经历和兴趣上有某种程度的不同而已。而群体遗传学就不一样了,它只是对实验结果的一种数理统计方法,很少 考虑到与环境的联系。虽然群体遗传学为生态遗传学的发展提供了宝贵的理论和统计方法,并为分子生态学的诞生铺平了道路,但是只有当分子群体遗传学介入生态环境问题时,它才会成为分子生态学的一部分。生态遗传学所涉及的主要是种群生态学方面的问题,分子生态学的内容似乎更宽广一些。其实分子生态学这个名词也反映了一个喜好问题,但由于一方面它强调所要解决的是生态学问题,另一方面它强调了分子手段的应用,因而得到广泛的认可。如同生态遗传学和群体遗传学一样,分子生态学也非常关注分子的进化方式,而且分子生态学能够直接在核苷酸序列的水平上揭示分子进化的理论,这是作为它的基础的那三门分支学科所不能及的。最近出版的一部有关分子生态学的著作,将分子生态学和进化放在一起讨论。
二、分子生态学的概念和任务 Hoelzel 认为,分子生态学是以DNA 和蛋白质的特征,研究物种的进化、演化及种群生物学。Burke 等和Smith 等分别在《分子生态学》的创刊号和第2 期首卷的社论中解释了分子生态学的概念,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。向近敏等认为,分子生态学是研究细胞内生物活性分子特别是核酸分子与其分子环境的关系。而目前较为一致的看法是: 分子生态学是生态学的微观研究层次与领域,它利用分子生物学原理、方法和技术,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科学,从分子水平探讨生物与环境的关系。 生态学研究的生物有机体是一个层次复杂的生命系统,个体物种在宏观水平上能够体现出生命有机体新陈代谢、自我繁殖、自我调节,变异进化等生命的基本特征,但不能表征由于所处环境的异质性而导致的不同环境中同种个体在新陈代谢、自我繁殖、自我调节、变异进化等方面的差异。事实上,任何一个个体物种都不是以单一个体的形式存在于自然环境中,而是以群体物种的形式有存在于自然环境中。生态学上将同种生物在特定空间的个体集群称为种群,它既有数量特征和空间特征,又有遗传特征,即有一定的遗传组成,世代传递基因频率,通过改变基因频率来适应环境的不断变化,它是生态层次的基本结构单位,也是生态系统的基本功能单位[4]。 从分子生物学的角度上看,种群是指能自由交配和繁殖的一群同种个体,它在一定的时间内拥有全部基因的总和称为该种群的基因库,而携带的全部遗传信息的总和又称为该种群的基因组。结合生态学和分子生物学对种群的定义和理解,分子生态学将在分子水平上,从结构研究(分子基础和功能研究)和分子机制两方面来研究种群与环境的相互作用,并将其作为自己的主流任务。
三、分子生态学的研究对象和研究内容
分子生态学主要涉及分子种群生物学、分子环境遗传学和分子适应3 个方面的问题,在技术上主要有用于物种鉴定的分子技术、新探针的构建以及用于种群研究的基因序列分析和引物设计以及探讨基因工程产物的环境适应性和投放环境后所引起的物种与环境互作、物种之间互作、种内竞争等方面的生态效应等重要领域。目前分子生态学研究的主要内容包括分子群体生物学、分子环境遗传学和分子适应等。实际上分子生态学不是简单的分子技术在生态学问题中的应用,其研究内容还远不止于此。 分子生态学的深入发展依赖分子标记和检测技术的重大突破,客观地说,分子生态学还是一门十分年轻的学科,它没有公认的学科创始人和标识性的学术论著,其发展主要通过跟踪精确的分子标记技术和分子检测技术来准确地鉴别生物大分子结构与功能的差异,借此来揭示生物与环境相互作用的分子机制,这是分子生物学最显著的学科特征。 分子生态学研究始终依赖和跟踪分子标记技术和分子检测技术。分子标记技术包括限制性片断长度多态(RFLP)、单核苷酸多态(SNP)、扩增片段长度多态性(AFLP)、随机扩增DNA多态性(RAPD)、可变的串连重复多态(VNTRP)和PCR技术;分子检测技术包括DNA(或RNA)序列分析、片段分析、(长度分析),单链构象多态性(SSCP)、变性梯度(DGGE),温度梯度凝胶电泳(TGGE)、变性高效液相色谱(DHPLC)。 Weber通过PCR扩增和直接的序列测定发现了一类特殊的VNTR,其串连重复的核心单元仅由2个碱基组成,称为微卫星,它与等位酶和RFLP一样是很好的共显性标记物。随着基因组测序计划的开展以及更多的蛋白质序列和结构的测定,微卫星可以揭示出更高水平的多态性[5]。
四、分子生态学的研究现状
自从 1992 年《Molecular Ecology》问世以来,其上刊登了许多优秀的有关分子生态学研究的论文。Hoelze编著的《种群的分子遗传学分析:实践方法》一书中,总结了能够有效地用于种群生物学研究的、许多可行的分子生物学技术方法。Crawford 和Hewitt(1992)编著出版了《Genes inEcology》,书中论述了基因和生态学有机结合的理论与实践。该书在 1994 年重新印刷出版。在这里值得一提的是Schierwater 等编著的《分子生态学与进化:方法和应用》。该书从分子的角度描述了应用于生态学、进化、种群生物学、分子系统学、保护遗传学中的一些分子生物学方法的理论和技术及其进展。中国出版的《分子生态学》著作则对分子生态学概念另有见地。虽然分子生态学这个名词出现很晚,但国际上已经成立了一些研究机构专门从事分子生态学、的研究工作。比如,英国Durham 大学生物科学系的A.R.Hoelzel 领导的分子生态学研究小组就非常活跃。他们实验室的研究工作是对群体遗传学和系统发育、免疫基因进化以及各种不同生活史和行为对策在群体遗传结构进化中的作用进行研究,研究对象包括动植物的自然种群。德国的马克斯-普朗克化学生态学研究所专门成立了分子生态学研究室,并准备在2001 年扩大规模。在国内,分子生态学也受到越来越多的重视,湖北医科大学成立了分子生态学研究室。1996 年10 月,中国植物学会青年工作委员会与东北林业大学森林植物生态学开放研究实验室共同举办了首届全国植物分子生态学学术研讨会,与会专家一致认为,应用分子生物学的研究方法与技术手段,如同工酶、RFLP、PCR、RAPD、DNA 序列测定等技术来揭示植物个体、种群在生物大分子水平上的异同,是分子生态学现阶段的主要研究方法[6]
五、国际分子生态学研究进展
Burke 等(1994)评述了许多检测分子变异的技术手段及其在分子生态学中的应用。这些分子手段包括DNA 杂交,限制性片段分析,DNA 指纹分析,多位点指纹和单位点指纹以及可变数量的衔接重复(VNTR),PCR,DNA 测序和随机扩增多态性DNA 等。生态学应用包括性别鉴定(用分子标记去鉴别特殊