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黄腹角雉保护生物学研究遗传多样性和种群生存力分析

作　者: 桂小杰
导　师: 魏美才
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 生态学
关键词: 黄腹角雉人工种群疾病防治遗传多样性 RAPD 种群生存力分析PVA 旋涡模型Vortex
分类号: Q958
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

濒危物种保护是野生动物管理和生物多样性保护工作的重要内容与任务。就地保护(On site conservation)和迁地保护(Off site conservation)是物种保护的两种主要形式,其主要目标是恢复和保存野生种群,并通过关键物种的保护,保存和维持生物多样性,进而达到生态系统的恢复与保护。濒危物种保护成功与否取决于种群的遗传多样性和种群生存力(Population viability),并与人工种群(Captive breeding population)建立与管理、野生种群重建(Re-introduction of population)、栖息地管理(habitat management)、保护地规划(Protected areas planning)和保护计划(Conservation action plan)制定与实施密切相关。黄腹角雉(Tragopan caboti)为中国特有珍稀鸟类,是世界极度濒危物种之一,仅分布我国浙江、福建、江西、湖南、广东和广西等省(区),野生个体数量估计在4000只左右,栖息地呈现严重的“岛屿化”和“片段化”。目前我国在该物种的主要分布区建立了30多处自然保护区,开展了就地保护工作；在北京和湖南建立了两个人工种群,在迁地保护方面取得了初步进展。目前国内外对黄腹角雉的遗传多样性和种群生存力分析方面的研究未见报道。本论文根据湖南黄腹角雉人工种群研究工作,重点探索了黄腹角雉引种驯化、疾病防治、人工繁殖、生态群养等人工种群建立和管理关键技术；采用随机扩增多态DNA (RAPD)分子标记技术对黄腹角雉野生群体和子三代4个群体遗传多样性进行了分析,并检验了远交人工繁殖效果；应用种群生存力分析软件Vortex 9.51进行了种群生存力分析。根据上述研究结果,总结了黄腹角雉保护技术,并提出了保护策略。通过上述领域的研究,掌握了黄腹角雉人工种群建立的关键技术,建立了国际最大的黄腹角雉人工繁殖种群,为黄腹角雉迁地保护和重建野生种群积累了经验和技术、储备了种源、提供了数据,并为进一步的相关基础科学研究提供了基地及材料。主要研究结果如下：1、探索了黄腹角雉人工种群建立的关键技术,研究总结了黄腹角雉引种驯化、疾病防治等人工种群管理的技术,提出了黄腹角雉人工种群建立的整套技术标准和参数。通过对引种的野生个体进行寄生虫普查,发现了黄腹角雉的主要寄生虫疾病有球虫病、黑头病,并积累了有效的治疗方法,为建立黄腹角雉人工种群进行引种、检疫和治疗提供了经验。通过对黄腹角雉5种危险性疾病和7种常见疾病进行研究,发现黄腹角雉与鸡、鸭、鹅等家禽疾病有许多共同点,可以交叉传染,为有效防治新城疫(Newcatlle Disease)、禽出败Avian Pasteurella)和大肠杆菌(Escherichia coli)等疾病提供了科学依据。并采用琼脂凝胶免疫扩散试验(AGID),发明了检测新城疫病毒快速检测方法。首次治愈黄腹角雉肉毒梭菌中毒症(Botulism),填补了黄腹角雉人工种群和野生种群的疾病防治空白。2、研究了黄腹角雉繁殖行为。根据黄腹角雉繁殖行为特点和要求,进行了生态群体繁育模式的研究。通过生态群养和配对笼养技术的对比研究,证明黄腹角雉的群居程度、活动区大小、植被和隐蔽性与繁殖率有密切关系,群养、较大的活动空间、茂密的植被对提高繁殖率更有效,平均每只雌性产卵8.5枚,比传统对养方式提高产蛋率50%,提高受精率32.3%,达82.6%。通过对黄腹角雉饲料营养成分分析及对比实验,为黄腹角雉各生长时期筛选出了较为合理的营养搭配和饲料配方。根据黄腹角雉的特殊的生物学特性,在育雏过程中采用了日龄营养配方、定期免疫措施等,育雏成活率达到了91.3%。3、摸清了黄腹角雉繁殖规律。通过连续8年观察研究,发现黄腹角雉雄性较雌性发情早而明显。由于发情不一致,导致受精率下降,是该物种繁殖率低和致危的一个主要原因。在人工孵化研究中,发现黄腹角雉的应激反应强,其产卵数量比野生状态下增加3倍。黄腹角雉在野外年平均产卵3枚。在人工养殖条件下3月初即开始产卵,每只雌性平均年产卵量8.5枚。2002年H2号笼一只雌性年产卵19枚,是野外产卵量的6倍,说明该物种具有较大的存活潜力。研究发现雌性有25-30%的繁殖个体第二年即能产下受精卵,而且成功孵化出幼鸟,但未发现同龄雄性能成功繁殖,说明黄腹角雉的雄性比雌性性成熟更晚。4、进行了黄腹角雉人工繁育方案对比研究。通过采取1雄1雌、1雄多雌、多雄多雌等3类配比繁育方案研究,结果表明以多雄多雌效果为好,多雄多雌中又以雄性多于雌性最好,其受精率和孵化率分别为83.1%和89.2%,显著高于其他组别的相应指标。说明该物种的生存竞争策略倾向于K选择,即以较大的雄性比例来提高有效种群数量,进而控制整个种群的数量,以保证种群基因的杂合度。5、掌握了黄腹角雉人工孵化技术和关键技术指标。孵化临界温度控制在37.5℃,湿度控制在65-75%,出雏温度控制在36.5℃,湿度控制在65-100%,孵化率达到了89.2%。这些条件要求,特别是孵化温度和出雏湿度,与家鸡、环颈雉及基地同时养殖的红腹锦鸡、白颈长尾雉等雉类要求有很大的差别,孵化临界温度和出雏较上述雉类低,而湿度要求高。6、采用随机扩增多态DNA (RAPD)和微卫星(SSR)技术,首次对黄腹角雉野生群体和子四代5个群体遗传多样性进行了检测。检测结果显示,野生群体的遗传多样性高于人工繁殖群体,并随着世代更替,遗传多样性逐渐降低。7、分析了野生和人工繁殖四代5个群体遗传相似率和遗传距离。计算了黄腹角雉任意两个个体之间的遗传相似系数和遗传距离,构建出黄腹角雉遗传距离距阵,野生与人工繁殖群体的相似系数,随着世代更替递减,而遗传距离逐渐加大。子代F1、F2、F3、F4与亲本的遗传距离是逐渐增大的,逐代分化,并且分化程度逐代加大。8、对野生和人工繁殖群体遗传变异进行了研究。与遗传相似系数和遗传距离分析的结果一致,即随着世代更替,遗传相似系数逐渐降低,而遗传距离逐渐加大。遗传变异主要来自于群体内。9、对五个群体黄腹角雉的10个位点进行了哈迪-温伯格遗传平衡偏离指数(Hardy-Weinberg genetic equilibrium)分析。通过对各群体的多位点检测,野生群体和子一代中的平均哈迪—温伯格遗传平衡偏离指数显示过剩,在子二代、子三代和子四代中的平均哈迪—温伯格遗传平衡偏离指数显示缺失,且随着世代的更替缺失曾现递增趋势。本研究发现人工繁殖群体子二代、子三代和子四代在MCW330,、MCW29、MCW34三个座位杂合子严重缺失。10、检测了黄腹角雉人工种群生存力。应用旋涡模型(Vortex 9.51)软件,根据8年的连续观测研究数据,进行了50年100次模拟,结果表明,在考虑人为因素、近交压力和环境方差影响的前提下,假设容纳量为500±50(SD=0.1)只,在无收获(猎捕)、内禀增长率r为0.113(SD=0.238,PE=0.1)。在各种因素的综合作用下,种群达到环境容纳量之前的随机增长率为0.053(SD=0.238,PE=0.1)；在达到环境容纳量前的平均增长率为0.0458(SE=0.0035；SD=0.2401)。最后种群数量(包括现存和灭绝情形)平均为348.35只(SE=14.57,SD=145.72),在有灭绝情形下的最后种群数量平均为362.56(SE=13.23,SD=129.67)。种群的世代长度为4.85年,即平均每4.85年种群基因交换一次,其中雌性为4.16年,雄性为5.45年。周限增长率λ为1.12(倍/年),净增长率RO为1.604；成年雄性数量是成年雌性的1.259倍。每25次模拟中至少发生一次灭绝,在50年中有4次灭绝。11、进行了致危因子的敏感性分析。对黄腹角雉繁殖率、死亡率、性比、灾害、环境容纳量、初始种群数量和异质种群效应等影响种群动态因子进行了敏感性检测。通过研究分析,找出了影响黄腹角雉种群存活的关键因子。雌性繁殖率、幼鸟死亡率、环境容纳量、初始种群数量和亚种群数量为关键致危因子；致死基因当量的变化,对小种群作用明显,并确定了黄腹角雉最小存活种群(MVP)、重建野生种群初始种群大小和性比等关键技术参数。12、探讨了黄腹角雉种群特征。通过对黄腹角雉种群生存力分析和结合人工繁育方式研究结果,表明该物种对环境因子变化敏感,由多个亚种群构成的异质种群(Metapopulation)有利于保持较高的遗传多样性和抵御环境因子的影响；通过雄性比例高于雌性比例的策略,在保持遗传多样性的前提下,增加有效种群,验证了黄腹角雉在野生状态下呈现异质种群分布的特征,是该物种在保持遗传多样性的前提下所采取的竞争策略。在环境容纳量K分别为100、200、300、400和500只(SD=0.1)时,每个亚种群的数量N与回归方程N=5.6390+0.813991K有极大拟合性,决定系数达R=0.9997,确定系数为RR=0.9994。13、提出了具有针对性的黄腹角雉就地和迁地保护策略。根据目前黄腹角雉种群数量、遗传多样性、种群生存力、社会经济条件和物种保护工作的要求,按照黄腹角雉特有的生物学特性,应采取就地保护和迁地保护相结合的技术方式,应用比较成熟的人工种群管理技术,增建人工种群,保存遗传多样性,并采取在多点重建野生小种群的措施,保持野生种群的总体数量和存活概率,以抵御由于环境因子,特别是灾害性事件导致种群灭绝的影响。

全文目录

摘要  5-9
ABSTRACT  9-19
缩略词  19-20
引言  20-22
1 研究综述  22-63
  1.1 鸟类保护生物学研究进展  22-35
    1.1.1 保护生物学发展历史  22
    1.1.2 保护生物学的基本原理  22-25
    1.1.3 保护生物学的研究内容和方法  25-30
    1.1.4 鸟类保护生物学研究进展  30-35
  1.2 黄腹角雉生物生态学研究进展  35-63
    1.2.1 生物学  36-37
    1.2.2 生态学  37-41
    1.2.3 种群致危因素  41-42
    1.2.4 保护现状  42-44
    1.2.5 鸟类种群生态学和保护策略关键技术  44-60
    1.2.6 本课题研究的目的和意义  60-63
2 黄腹角雉迁地保护研究  63-83
  2.1 人工种群基地自然概况  63
  2.2 引种驯化  63-64
    2.2.1 外伤防治  63-64
    2.2.2 应激反应缓解  64
  2.3 饲养繁殖设施  64-65
    2.3.1 建场选址  64
    2.3.2 基本设施  64
    2.3.3 孵化室  64
    2.3.4 饲养区  64-65
    2.3.5 育雏笼舍  65
    2.3.6 出雏和育雏室  65
    2.3.7 管理区  65
  2.4 疾病防治  65-68
    2.4.1 防疫措施  65-66
    2.4.2 免疫治疗  66
    2.4.3 白痢病的防治  66
    2.4.4 大肠杆菌病治疗  66-67
    2.4.5 禽出败治疗  67
    2.4.6 育雏期球虫病的防治  67
    2.4.7 痛风(gout)的防治  67
    2.4.8 维生素A缺乏症  67
    2.4.9 维生素D缺乏症  67-68
    2.4.10 寄生虫病防治  68
    2.4.11 抗原与抗体应用  68
  2.5 AGID应用研究  68-71
    2.5.1 病状及危害  68
    2.5.2 材料  68-69
    2.5.3 实验方法  69-70
    2.5.4 实验结果  70-71
  2.6 肉毒梭菌中毒症的诊治  71-73
    2.6.1 症状与危害  71-72
    2.6.2 实验室检查  72
    2.6.3 防治措施  72
    2.6.4 试验结果  72-73
  2.7 黄腹角雉的人工孵化与育雏技术研究  73-77
    2.7.1 孵化前的准备工作  73
    2.7.2 种蛋的收集和管理  73-74
    2.7.3 人工孵化  74-75
    2.7.4 黄腹角雉的人工育雏  75-76
    2.7.5 黄腹角雉的生长发育  76-77
    2.7.6 结果  77
  2.8 生态群养技术研究  77-80
    2.8.1 研究目的  77-78
    2.8.2 材料与方法  78
    2.8.3 试验结果  78-80
  2.9 小结与讨论  80-83
    2.9.1 疾病防治  80
    2.9.2 应激反应  80
    2.9.3 性成熟时间  80
    2.9.4 种群性比  80
    2.9.5 饲养配方  80-81
    2.9.6 孵化与育雏  81
    2.9.7 群养技术优点  81
    2.9.8 群养的优化机制  81-82
    2.9.9 人工种群建立  82-83
3 黄腹角雉基因遗传多样性研究  83-110
  3.1 黄腹角雉RAPD分析  83-98
    3.1.1 材料与方法  83-87
    3.1.2 实验结果  87-95
    3.1.3 分析讨论  95-98
  3.2 黄腹角雉SSR分析  98-108
    3.2.1 材料与方法  98-101
    3.2.2 实验结果  101-106
    3.2.3 讨论  106-108
  3.3 小结  108-110
    3.3.1 RAPD与SSR技术特点  108
    3.3.2 RAPD与SSR技术研究结果分析  108-109
    3.3.3 保护黄腹角雉遗传多样性  109-110
4 黄腹角雉种群生存力分析研究  110-132
  4.1 材料与方法  110-112
    4.1.1 样品选择  110-111
    4.1.2 分析方法  111-112
  4.2 模型参数的确定  112-118
    4.2.1 致死基因当量的确定  112-114
    4.2.2 个体最大繁殖量的确定  114
    4.2.3 雌性成体繁殖比率  114-115
    4.2.4 死亡率的确定  115
    4.2.5 灾害性事件分析  115-116
    4.2.6 交配垄断程度  116-117
    4.2.7 初始种群数量  117
    4.2.8 环境容纳量  117-118
  4.3 模拟结果  118-128
    4.3.1 人工种群模拟结果  118-121
    4.3.2 敏感性分析  121-128
  4.4 讨论  128-132
    4.4.1 随机因素对PVA模型的影响  128
    4.4.2 数据对PVA分析结果的影响  128
    4.4.3 PVA和Vortex模型的应用  128-129
    4.4.4 种群遗传多样性  129
    4.4.5 致死基因当量生物学意义  129
    4.4.6 环境方差与种群动态  129-130
    4.4.7 统计随机性与种群动态  130
    4.4.8 种群灭绝关键因子  130
    4.4.9 异质种群生存力分析  130-131
    4.4.10 种群管理策略  131-132
5 黄腹角雉保护策略  132-146
  5.1 野生种群数量  132-133
  5.2 迁地保护意义和原则  133
    5.2.1 迁地保护意义  133
    5.2.2 迁地保护原则  133
  5.3 迁地保护关键技术指标  133-136
    5.3.1 最小存活种群  134
    5.3.2 初始种群  134
    5.3.3 初始种群结构  134-135
    5.3.4 有效种群  135-136
    5.3.5 重建种群策略  136
  5.4 人工种群管理  136-137
    5.4.1 印痕学习和行为训练  136-137
    5.4.2 人工繁殖策略  137
  5.5 野生种群管理  137-138
    5.5.1 保护地建立  137
    5.5.2 保护地建立的理论依据  137-138
    5.5.3 建立保护地技术体系  138
  5.6 建立保护地规划原则  138-139
  5.7 黄腹角雉保护地的建立  139-140
    5.7.1 保护地位置  139-140
    5.7.2 保护地面积  140
  5.8 栖息地管理  140-142
    5.8.1 提高食物的数量和质量  141-142
    5.8.2 栖息地隐蔽条件改善  142
  5.9 群落管理  142-143
    5.9.1 生境保护  142
    5.9.2 天敌控制  142-143
  5.10 生态系统管理  143-144
    5.10.1 技术要求  143
    5.10.2 技术要点  143
    5.10.3 生态系统保护  143-144
    5.10.4 生态系统管理  144
  5.11 小结  144-146
    5.11.1 黄腹角雉种群关键技术指标  144
    5.11.2 黄腹角雉就地保护策略  144-145
    5.11.3 黄腹角雉迁地保护策略  145
    5.11.4 黄腹角雉种群管理策略  145
    5.11.5 栖息地管理策略  145-146
6 讨论与结论  146-152
攻读学位期间的主要学术成果  152-153
参考文献  153-177
致谢  177

黄腹角雉保护生物学研究遗传多样性和种群生存力分析

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