学科前沿进展

分子生态学

班级:生物科学111班 姓名:李江 学号:1303110115

摘要:介绍分子生态学这个新学科的历史发展，基本内容，研究现状，及发展前景。综合国内外最近几年在动植物自然种群的分子研究，介绍国际分子生态学的发展历史和在各个领域的进展。简单介绍分子生态学的基本研究技术。

1、分子生态学发展简介：

从20世纪50年代，淀粉凝胶电泳技术和蛋白质组织化学染色法的发明；到20世纪60年代，分子进化的中性理论的提出以及限制性内切酶的发现；再到20世纪70年代，DNA转膜杂交技术的建立和DNA序列分析技术的发现；最后到20世纪末DNA聚合酶链式反应(PCR)的发明和热稳定DNA聚合酶的发现。这一系列分子生物学技术的革命与发展为分子生态学的产生奠定了基础。

1976 年，由 Avise Lansman 等，第1次将 mtDNA 的分析方法应用于自然种群的研究，被看作是分子生态学的首次工作。在随后的几十年里，无论是在基础理论还是在应用技术方面均取得了突飞猛进的发展。

1992年，英国生态学会主办的国际性杂志分子生态学 ( Molecular ecology) 的创刊成为分子生态学诞生的主要标志。

2、分子生态学概念：

对这一新学科的准确定义存在较多争议，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[1]。

3、分子生态学基础理论：

3.1 分子进化的中性理论：分子水平上的绝大多数突变是选择上中性的，因为它们在进化中的命运是由随机遗传漂变，而不是由自然选择所决定的。中性理论对分子生态学的研究具有指导意义。

3.2 哈德-温伯格原理：在满足生物进行有性繁殖且随机交配、等位基因在雌雄两性中随机分布、种群足够大(理论上可视为无穷大)、世代没有重叠、没有自然选择、突变和迁移的假设条件的前提下，不管群体的初始基因型频率如何，经过一代的随机交配，等位基因频率和基因型频率将达到平衡，即在以后的世代中保持不变。

3.3 溯祖理论：在经过一系列“溯祖事件”后，最终所有的谱系都归结成一个共同的祖先，这个过程称为溯祖过程。

4、分子生态学技术方法：分子生态学的技术方法主要分为两大类，即属于DNA层次的研究方法和蛋白质层次的研究方法，DNA 层次的主要研究对象是mtDNA 、叶绿体DNA、核糖体DNA、及基因组DNA，蛋白质层次的研究多采用多位点等位酶为指标[2]。

4.1蛋白质技术

等位酶分析技术是分子生态学研究中重要的技术手段。等位酶对一些普遍理论的提出作出了贡献，如自然种群的遗传维持、性别的进化意义、在适应性进化中基因的角色、种

群地理结构的起源以及遗传多样性的生态学意义。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。等位酶技术操作相对简单、花费少、统计方法标准，且有大量资料可以借鉴。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；另外，由于酶自身的特性，使得该技术在实际应用中具有一定的局限性。

4.2 DNA 技术

DNA通常分2种类型，即核DNA和细胞器DNA，前者亦称为基因组DNA，多适宜于种群内的研究；后者相对保守，主要用于研究种间系谱关系。细胞器DNA为母系遗传，为研究母系血亲关系提供了可能途径。

DNA分析技术与等位酶技术相比较为复杂，其基本过程包括：DNA提取、限制性酶切、PCR 扩增、分子杂交、基因文库构建、DNA测序或指纹谱带测定等。这些常规的分子生物学技术已广泛应用于生态学研究，归纳起来主要有以下几种DNA技术，即限制性片段长度多态性( RFLPs)、随即机扩增多态DNA标记( RAPDs)、可变数目串联重复(VNTRs)、以及简单重复间序列标记(ISSR)DNA测序(DNA se-quences)。其中VNTRs包括多位点小卫星(multi- locus mini-satellite DNA)、单位点小卫星(single locus minisatellite DNA)和微卫星( microsatellite DNA)3种类型.

5、分子生态学研究现状：

5.1分子生态学在动物生态学中的应用：动物mtDNA的分子量小，且是共价闭合环状双链结构，呈严格的母系遗传，无组织特异性，进化速度快，特别适合进行RFLP分析。

Glaus[3]首先报道了珍珠鸡(Agelastes Meleagrides)和火鸡( Turkey) mtDNA的RFLP长度多态性,并选用家鸡的16S rRNA 、ND6等基因的DNA探针对鸡形目部分鸟类的亲缘关系进行了研究。根据已有资料，目前已对131种鸟类进行了mtDNA的RFLP研究。

张亚平等[4]用微卫星标记对13 只人工饲养的大熊猫进行了亲缘关系分析, 得出了繁殖能力较强的父本个体,这对于大熊猫人工繁殖过程中选择有效的雄性个体及理想的配对方案都十分必要.分子标记技术已广泛应用于对两栖动物[5] 哺乳动物和鱼类[6]等类群的遗传谱系关系分析,确定物种或物种内不同品系的亲缘关系.另外,在濒危动物的保护生态学方面，DNA分子标记技术也有其独特之处.

5.2 分子生态学在植物生态学中的应用:叶绿体DNA是多拷贝、非重组的。在大多数被子植物中其遗传信息只通过种子传递，因此它反映了种子的基因流动状况。

林鹏[7]用分子生态学技术研究红树群落，澄清了木榄属(Bruguiera)的尖瓣海(B.sexangula var. phynchop etala)的归属问题，明确了尖瓣海莲是海莲(B.sexangula)的一个变种，而非海莲与木榄(B.gymmorrhiza)的杂交种。总体而言，分子生态学在植物生态学中的应用主要涉及濒危植物保护生物学的应用、物种的遗传多样性和种群生存力分析、植物的生殖行为研究以及转基因植物释放的生态学评估等方面。

6、分子生态学的研究热点：

6.1生态适应性研究

研究植物对水、温度、盐、重金属等非生物胁迫的分子反应以及生物胁迫反应，包括

胁迫环境下植物数量性状的QTL定位、热激反应的生态适应等。研究表明，多数黄酮类物质可缓解热胁迫而保证Ipomoea pur-puread 的正常结实。

6.2重组生物带来的危险

重组生物的存活、繁殖、扩散和对其他生物的影响以及对重组生物提出生态预测，是分子生态学研究的热点问题之一。一些学者认为，大多数遗传工程产生的产物并不会带来大的风险，然而人们并不能因此排除它们中的一部分会带来严重后果。虽然现在尚无关于遗传工程改良产物危险环境的令人信服的证据，但依据人类在引种、育种方面的经验，以及目前遗传学、生态学及进化学等有关知识，可以推论遗传工程生物释放于环境可能产生的潜在效应。

6.3 保护生物学

保护生物学的核心是生物多样性的保护。如何协调遗传工程或保存物种、基因的多样性的矛盾是分子生态学的一个重要任务。

6.4行为生态学

其研究热点主要有: 花粉和种子传播的分子鉴定；克隆繁殖植物的克隆结构及其斑块形成机制等；有性繁殖和无性繁殖的比例。

7、分子生态学的发展趋势：

分子生态学刚刚兴起，但发展很快。可以预见，随着分子生物学的发展尤其是各种检测DNA多样性方法的发明和广泛使用，分子生态学将成为生态学的一个重要研究领域，

其研究范围将越来越广泛，研究内容也越来越丰富，阐明问题也越来越深入，应用价值也越来越大。

当然，分子生态学也仅仅是一种新的技术手段，只有像物理学发展那样多学科结合共同发展才能发展的更好更快，也就是说只有将它与传统生态学、种群统计、生理学、环境学、物理、数学、群体遗传学、生态学、进化生态学、生物地理学、行为生物学、保护生物学等学科和方法结合起来，才能最终理解种群的结构与动态、物种不同形态及生理特征的实际意义，才能理解物种或种群的进化规律，才能取得更大的成就。

参考文献：

[1]徐正强,唐继荣,姚明亮.分子生态学简介[J].生物学教学,1999,24（11）: 4 －6．

[2]黄瑞林,印遇龙,侯振平,等.分子生态学的兴起与应用［J］.广西农业生物科学,2005,24(1):80-85．

[3]GLAUS K.Structure organization and evolution of avian mitochondlrial

DNA [D].Columbus (USA):Ohio State University,1981.

[4]张亚平，宿兵.大熊猫的遗传多样性[M]//胡志昂,张亚平.中国动植物的遗传多样性.杭州:浙江科学技术出版社,1997:7-17.

[5]江建平,周开亚.中国林蛙的分子系统关系［J］.动物学研究,2001,22(1):27 －32．

[6]HEIST E J,GOLD J R.genetic identification of sharks in the US． Atlantic large

coastal shark fishery[J]. Fishery Bulletin,1999,97(1):53-61.

[7]林鹏.中国红树林研究进展［J］.厦门大学学报:自然科学版,2001,40(2): 592 -603．