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论文范文生物入侵的概况及发展研究

论文类型:论文范文
论文字数:
论点:入侵,研究,种群
论文概述:

这篇论文主要从国内外研究概况、研究与发展的趋势及核心问题几个方面入手,详细阐述了生物入侵概况和发展研究这个问题,本论文由硕博论文网生物论文频道提供。

论文正文:

前言:本文主要从国内外研究概况、研发趋势和核心问题等方面阐述了生物入侵及发展研究概况。本文由硕博纸网生物论文频道提供。

关于生物入侵概况和发展的研究
外来入侵物种对生态系统、生物多样性、农业、林业、畜牧业和渔业的巨大危害和经济损失无疑受到国际社会的高度重视(生物多样性公约、自然保护联盟、环境署-全球环境基金、教科文组织、ICSU等)。)和科学家(穆尼和霍布斯,2000年;Perrings等人,2000年;Lovei,1997年;Schmitz等人,1997年).外来入侵物种的生态成本是当地物种多样性不可弥补的损失和物种灭绝,对生物多样性和人类生存环境的保护和可持续利用构成了重要威胁。经济成本是农业、林业、畜牧业和渔业的产量和质量的严重损失以及防治的高成本(万方浩等,2002)。美国科学家的研究表明,外来物种入侵对生态环境造成的破坏和经济损失高达每年1370亿美元(mental等,2000),中国几大外来农林昆虫和环境杂草造成的经济损失高达每年574亿元人民币(万方豪等,2001年,网上公布的数据)。

1.国内外研究综述[/BR/]外国科学家早在1958年就出版了一本关于生物入侵的书(埃尔顿,1958)。此后,来自世界各地的科学家相继开展了许多有关外来动物的活动(约翰逊,1996;Moller,1996年;Thingstad,1999),植物研究(Higgins等人,2001,callaway & aschehou,2000),微生物,海洋生物等。然而,直到20世纪80年代末,科学家才真正吸引了广泛的关注和研究。特别是在过去的20年里,对外来入侵生物的研究一直是从宏观防控策略进行的(McNeely等人,2001;Zalba等人,2000年;Haltuch & Berkman,2000)和有效可行的控制和管理技术系统(Shine等人,2000)到微观分子生物学和生态学(Mack等人,2000;科恩等人,1998年),《生态遗传学》(酒井等人,2001年;卡罗尔&丁格尔,1996),共同进化(莱文,2000;Christan,2001年;鲁德辛&安德里亚,2001年;汤普森(Thompson,1998)和控制技术与生态恢复机制(Driesche & Driesche,2000)已经成为广泛研究的焦点,研究水平越来越高。在《国际生物多样性公约》原则的指导下,全球环境基金为每个缔约方预防和管理外来入侵生物提出了9项指导原则。全球入侵生物学项目(GISP),由Scope(环境问题科学委员会)、自然保护联盟和CAB国际于1996年联合组织。自全球涉及物种方案(全球入侵物种方案)实施以来,在制定针对外来入侵生物的最佳预防和管理战略和准则以及组织和实施国际合作项目研究方面取得了丰硕成果(Writtenberg & Cock,2001年)。

我国对外来入侵生物的研究主要体现在以下几个方面:(1)对外来物种的检疫和消毒处理研究较多,但对病原微生物快速检测技术和外来生物狙击系统技术的研究较少;(2)在文献基础上,对入侵性外来生物的综合风险分析研究较多,但对实际案例测试风险评估模型和系统的研究较少;(3)外来入侵物种(如美洲斑潜蝇、烟粉虱、斜纹夜蛾、红脂大小蠹)的危害性研究较多,对潜在危险外来物种入侵的预警、扩散和传播机制研究较少。(4)对国外主要病虫害(如松材线虫、松突圆蚧、五角枫、美国白蛾、稻水象甲)的分布、危害、生物生态学特性和防治技术进行了较多的研究,对甘薯黑斑病的入侵生物学、入侵生态学和发病机理的研究较少。(5)外来入侵物种的种群动态研究很多;然而,在微观层面(分子生物学)和宏观层面(社区和系统)的研究却很少。(6)入侵性环境有害杂草(如豚草属)有多种生物防治和综合治理技术。,空空心莲子草、凤眼莲、薇甘菊。紫茎泽兰)和入侵物种的遗传变异、对群落结构的影响、生态调控和恢复的研究甚少(见:万方浩等,2002)。总之,我国对外来入侵生物的研究正处于起步、积累经验和数据的阶段,而且是单向的。它需要发展到不同的水平(基因、个体、种群、社区、生态系统)和更高的水平(分子生物学、分子生态学、生态遗传学)以及跨学科的实验和理论研究。

2.研发趋势和核心问题:

危险外来入侵生物的研究过程不同于当地有害生物的研究过程。一般来说,外来物种指的是自然分布以外的种群。然而,就大多数物种而言,“自然分布”的概念很难在进化时间尺度和生态空相互尺度上准确识别(卡尔顿,1996年)。因此,大多数案例研究的范围将外来物种定义为:无意识的引进/引进、领土边界或地理屏障生态区(外来的,空、最近发生的时间(时间尺度)以及由此造成的生态和经济损失(入侵)。外来生物的入侵通常分为几个阶段:引进、定居和种群建立、孵化、传播/扩散和灾难(Ehler,1998)。由于外来生物的入侵呈现出有序的过程,因此每个阶段的研究都应着眼于自身的特点。

1.引进前或引进期间的预防和早期预警:防止外来害虫种群的建立是抵御外来生物入侵的第一道防线(Ehler,1998年)。如何进行科学预测是有效防止外来生物入侵的首要问题。由于引入途径的多样性和不同生物物种的不同生物学特性,很难用一个共同的模型来预测和解释各种外来生物的入侵模式和潜在危害(Kolar & Lodge,2001)。20世纪90年代末,关于预测植物和大型动物入侵的研究文献激增。大多数研究指出,物理壁垒不再是外来物种入侵的重要因素,而是随着国际贸易的增加而增加。因此,预警能力建设在防止和预测外来物种入侵方面具有更加重要的科学地位和现实意义。许多研究表明,入侵物种可能的分布范围和危害可以根据物种的系统发育限制因素(生活史特征、入侵物种起源与入侵地之间的生物气候相似性、入侵物种的生物学特征以及入侵物种起源与入侵地之间遗传多样性的分化特征、入侵物种与当地物种/相关物种之间的差异、入侵物种的传播方式等)来预测。因此,发展预警系统(风险识别、危害识别、区域识别、变异识别)是提高预防和预测准确性的首要关键科学问题。在预警系统的指导下,快速探测技术的发展和快速狙击系统的建立是防御不可或缺的一部分。实际上,这是一个需要优先考虑的主动防御技术系统。

2.入侵生物生态过程和种群建立过程中遗传的“预适应”机制:对详细记录的外来物种成功引进的分析表明,大部分引进或引进都是不成功的,建立偶然物种种群的概率只有1/10,建立普通物种种群的概率只有1/10,其中只有1/10有可能成为有害物种(事实上,1/10原则中的10的范围是5-20,二项式的上限和下限繁殖体的存活和死亡、入侵种群的环境耐受性、环境耐受性及其自身的遗传特征决定了入侵是否成功。其中,遗传特征是影响定居和种群建立的重要因素。

遗传差异决定入侵的成功和入侵效应,这是遗传特征和入侵生物特征相互作用的结果。这方面的研究充满了前景,但目前的研究并不令人满意(威廉森,1996)。因为,到目前为止,还没有研究证实或识别一个有利于入侵的基因或一个在入侵后会改变的基因。没有太多的证据来回答一个特征的改变是由多个基因控制还是由一个基因控制。

然而,一些研究表明,在最初的入侵和定居过程中,生态过程比遗传过程更重要。因此,在殖民化和种群建立的过程中,遗传过程和生态过程哪个更重要?如果成功的入侵受到遗传变异的影响,那么遗传变异在多大程度上决定了它的入侵效果?如果外来物种失去遗传多样性和变异,殖民化和入侵会受到限制吗?然而,目前的研究不能完全回答这些问题。因此,对外来物种是否具有遗传“预适应性”以及它们如何与生态过程(即入侵压力)相互作用的综合研究,是成功定居和种群建立过程中的关键问题。

(3)侵入性生物生态学和遗传在潜在和传播传播过程中的“后适应”机制:外来物种通常需要几年甚至几十年或更长时间才能殖民、传播,然后爆发灾难。例如,进口的天敌昆虫在释放后几年内都找不到,过了一会儿,人们突然发现数量激增。然而,没有证据解释原因:是遗传变异和生态适应性的结合,或者是阿莱效应(Allee effect)使得种群建设过于缓慢。然而,在一定的遗传特征背景下,生态特征(对生态环境的适应性、后代的繁殖力和扩散能力),尤其是生殖特征,是决定快速种群构建的重要因素(霍尔特,1996)。当然,最初的潜伏期可能需要基因调整,一个小的基因变异可能会有很大的生态影响(Bazzaz,1986)。已经有证据表明杂交对入侵期间的遗传变化非常重要。入侵后杂交会导致快速的遗传变化。然而,很难回答其他基因变化是否以同样的速度发展。首先,遗传变异在生态时代通常是不可检测的。其次,遗传变化非常小,重要的生态变化是可以测量的。第三,进化发生在很长一段时间内(最快的估计是1%/100年)。对于昆虫来说,如果在前几代种群中有强大的选择压力,它可能会导致快速进化。从比较生态遗传学的角度来看,通过研究入侵物种和起源物种之间的遗传差异来解释某些遗传问题是可能的。种群建立后的扩散:一方面,它取决于外来物种的扩散能力(扩散模式和速度)和繁殖对策(内在生长力是一个非常重要的因素),另一方面,它取决于快速的生态“后适应性”(适应性进化)。

因此,外来物种的生态适应能力是研究其潜在爆发机制的关键。关键是:(1)生态特征的差异能反映遗传学的背景吗?(2)种群扩张的生态适应机制,( 3)直接选择能导致快速进化吗?

4.生态系统的爆发过程和入侵机制:美国科学家对外来生物入侵的分析数据显示,只有少数外来入侵物种具有严重的生态影响(TENS ROLE);所有社区都是入侵性的,但大多数是人为的(奈奈子和科基奇,1997年);;入侵物种不一定是起源地重要的有害生物,但它们经常在入侵地造成巨大的生态和经济损失。例如,美洲斑潜蝇在中国的分布和危害就是一个典型的例子。布朗(1989)提出了成功入侵的五条生态规则(低多样性的孤立环境对入侵的敏感性不同,大多数成功入侵者是陆地上的本地物种和非孤立陆地环境中的物种,物理起源条件和入侵地点相似,本地物种不占据与入侵物种相似的生态位,物种栖息在受干扰的环境中,与人类活动相关的物种在人工生态系统中容易入侵)。这些研究表明,不同生境的群落抵抗或接受入侵的生态过程存在很大差异。新提出的生态位机会理论从资源机会、逃避天敌的机会和环境机会的角度讨论了三者之间的相互作用。然而,对这些机制的研究相当复杂,包括:入侵物种是否缺乏适当的遗传变异(共同进化),它们是否具有系统发育特征的生态位保护特征,物种之间的相互作用是否导致快速进化,以及这种快速进化对生物群落的生态过程(动力学)有什么潜在影响等。

总之,外来物种入侵机制的研究相当复杂。这不是一个可以用简单生物学或生态学特征来解释的问题,而是一个在多学科(生物学、生态学、遗传学、生物物理学、生物地理学、生物气候学、种群动力学、社区科学、系统学等)的不同层次上整合、交织、影响和共同作用的学科群理论。)。其深入研究不仅可以为外来生物入侵过程中的预测与预防、根除与灭绝、控制与管理、生态控制与恢复的实践提供坚实的理论基础和依据,也可以为转基因生物的环境释放与应用以及引入传统生物防治的天敌释放提供参考。同时,完善“生物区系老化理论”、“生物区系不协调理论”和“生态释放理论”的理论体系也是可能的。

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