干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 新疆塔里木马鹿的生态学特征及其保护遗传学研究

Arid

	新疆塔里木马鹿的生态学特征及其保护遗传学研究
	马合木提.哈力克; 艾尼瓦尔.吐米尔; 颜赛勋; 迪力夏提·阿布力孜; 单文娟; 张艺; 吾玛尔.阿布力孜; 董晓宇; 李秦豫
完成单位	新疆大学
登记(发布)日期	2010
中文摘要	1、课题来源与背景 1.1 任务来源 (1)中日合作项目：濒危鹿类—塔里木马鹿和白唇鹿的保护生物学研究以及建立保护区(项目号：15405007),(1996年―1998年;2003年～2006年); (2)教育部回国人员启动基金项目：新疆塔里木马鹿的分子系统和遗传多样性及其保护利用研究,(2005年～2007年); (3)新疆大学博士启动基金项目：新疆塔里木马鹿的分子系统和遗传多样性及其保护利用研究,(2003年～2004年)。 (4)国家自然科学基金项目：新疆塔里木马鹿栖息地破碎化对种群遗传多态性的影响(项目号：30660025),(2007年～2009年)。 1.2 立项背景随着全球人口的不断膨胀,人类对自然资源需求的不断增加,自然环境承受的压力越来越大,生态系统退化现象不断加剧,自然环境和生物多样性保护不但是人类社会可持续发展的首要问题之一,珍稀、特有和濒危物种更成为各国环境保护工作的重中之重和宝贵战略自然资源。提高濒危物种的研究,断推进和完善其保护和拯救工作,对自然生态系统稳定、社会经济健康可持续发展都具有不可替代的重要意义。马鹿(Cervus elaphus)为鹿科大型兽类,不但是重要的自然物种资源,也是重要的经济动物,广泛分布于欧亚大陆和北美大陆的西部山区,全球分为22个亚种,广泛分布于古北界和新北界。另外,全球马鹿大致分为三个群,他们分别为：欧洲群来自欧洲和非洲西北(elaphiod type);中亚群由七个亚种组成(hangul type 或wallich type),其中四个亚种来自中国(C.e.yarkandensis,C.e.wallichi,C.ekansuensis和C.e.macneilli);东北和北美洲种群或加拿大马鹿型组成八个亚种,其中四个亚种是来自于中国(C.e.sibiricus,C.e.songaricus,C.e.alashanicus 和C.e. xanthopygus)。中国作为主要的马鹿分布区域之一,曾广泛分布,目前主要分布于东北林区、宁夏贺兰山、新疆、甘肃、青海、四川和西藏东部等地区。我国现存8个马鹿亚种,已被列为国家II级重点保护动物。新疆是我国马鹿的重要分布区,有三个亚种：阿勒泰亚种(C．e．sibiricus)、天山亚种(C．e．songaricus)和塔里木亚种(C．e．yarkandensis)。塔里木马鹿是唯一栖息在荒漠景观中的马鹿亚种,同时,塔里木河绿洲是我国最大的天然绿洲,是我国西北干旱区生物多样性集中分布区之一,也是我国重要的生物资源宝库,选择这一生物多样性关键与脆弱区域进行研究,对该地区生物多样性保护、生物资源可持续利用、物种起源与演化、区域环境演变等具有重要的理论意义与应用前景,是一项重要的基础性研究工作。塔里木马鹿是主要分布于塔里木盆地各沿河地带,分布总面积达3.5万km2,属于高度适应荒漠生境的特殊亚种。在中国濒危动物红皮书中,被列为濒危(E),美国则认定该亚种面临灭绝的物种,将其列入”美国濒危物种名录” ,按IUCN的世界物种红色名录濒危定级标准,属于极危级(EN)。目前,塔里木马鹿种群正受到栖息地丧失和片断化的双重影响。栖息地丧失和片断化不仅导致了种群遗传多样性的丧失,而且也因遗传丧失和片断化不仅导致了种群遗传多样性的丧失,而且也因遗传漂变和近亲繁殖的不断增加而进一步加剧了该物种的濒危程度。20世纪70年代,塔里木马鹿种群数量为1.5万余头。随着对鹿茸和鹿鞭等滋补用品需求量的不断增加,刺激了养鹿业的发展, 人们为了扩大圈养种群,对野生塔里木马鹿进行过度捕捉。人类活动的增强,导致了野生马鹿栖息地丧失和片断化,使得马鹿的活动范围缩小在非常有限的区域内,从而影响到野生塔里木马鹿种群的自我复壮和发展,致使野生种群数量急剧下降到500余头,物种处于极度濒危状态。因此,为实现塔里木马鹿的有效地保护、合理利用及其科学管理,本项目采用景观生态学原理和方法与分子生物学技术相结合来探索塔里木马鹿栖息地破碎化对种群遗传多态性的影响、种群资源的兴衰及面临濒危原因,明确了塔里木马鹿的野生种群资源现状、栖息动态、栖息适宜面积及其动态变化、栖息地选择、种群基因多态性。并据此提出了系统的保护措施建议,实施了人工野放。为塔里木马鹿的保护、物种拯救和利用提供关键理论基础、技术支持和决策参考。 2、研究目的与意义珍稀特有濒危野生动物物种的保护,直接关系到人类是生存环境、国民经济和社会可持续发展。由于自然灾害和人类活动干扰等诸多因素的影响,许多野生动物面临灭绝。如何保护濒危动物及其赖以生存的栖息环境,保护自然物种多样性,是拯救野生动物和人类赖以生存的环境的关键问题之一。虽然国家已经颁布了野生动物保护法和相关条例,各级政府及主管部门也给予该工作高度的关心和重视,但如何在发展经济的同时保护野生濒危动物及其栖息地自然环境,仍亟需大量有针对性的基础研究科学依据和合理措施建议。马鹿(Cervus elaphus)为鹿科大型兽类,属国家II级重点保护动物,又是重要的经济动物。该种广泛分布于古北界和新北界,他们的分化特征存在很多差异。根据马鹿的皮毛的颜色、头骨形态学特征和角,分为22个亚种。另外,全球马鹿大致分为三个群,他们分别为：欧洲群来自欧洲和非洲西北(elaphiod type);中亚群由七个亚种组成(hangul type 或wallich type),其中四个亚种来自中国(C.e.yarkandensis,C.e.wallichi,C.ekansuensis和C.e.macneilli);东北和北美洲种群或加拿大马鹿型组成八个亚种,其中四个亚种是来自于中国(C.e.sibiricus,C.e.songaricus,C.e.alashanicus 和C.e. xanthopygus)。新疆是我国马鹿的重要分布区,有三个亚种：阿勒泰亚种(C．e．sibiricus)、天山亚种(C．e．songaricus)和塔里木亚种(C．e．yarkandensis)。塔里木马鹿是主要分布于塔里木盆地各沿河地带,分布总面积达3.5万km2,属于高度适应荒漠生境的特殊亚种。在中国濒危动物红皮书中,被列为濒危(E),美国则认定该亚种面临灭绝的物种,将其列入“美国濒危物种名录”,按IUCN的世界物种红色名录濒危定级标准,属于极危级(EN)。目前,塔里木马鹿种群正受到栖息地丧失和片断化的双重影响,丧失和片断化不仅导致了种群遗传多样性的丧失,而且也因遗传漂变和近亲繁殖的不断增加而进一步加剧了该物种的濒危程度。 20世纪70年代,塔里木马鹿种群数量为1.5万余头,随着对鹿茸和鹿鞭等滋补用品需求量的不断增加,刺激了养鹿业的发展,人们为了扩大圈养种群,对野生塔里木马鹿进行过度捕捉。人类活动的增强,导致了野生马鹿栖息地丧失和片断化,使得马鹿的活动范围缩小在非常有限的区域内,从而影响到野生塔里木马鹿种群的自我复壮和发展,致使野生种群数量急剧下降到500余头,物种处于极度濒危状态。近年来通过微卫星DNA分析,发现塔里木马鹿杂合体的结合度极低,遗传多样性为0.08,而北美产马鹿的遗传多样性为0.55,这一结果表明塔里木马鹿有进行近亲交配的可能性。由于遗传漂变和近亲繁殖的不断增加将进一步加剧该亚种的濒危程度。目前国内外对马鹿地理分布格局、个体和种群生态学、景观生态学、保护生物学等方面的研究比较多。随着分子生物技术的日益发展、分子生态学的研究逐渐与多学科相结合,从而拓宽了原有的种群生态学研究范围。分子生态学在生态学研究中的广泛应用,使得原来的种群宏观生态学深入到遗传结构及遗传多样性等微观生态学领域。目前,利用分子生态学的原理和技术方法来探讨鹿科动物的系统进化和分类地位、遗传多样性和种群遗传结构、适应性与基因型间的关系、自然种群的数量波动及种群遗传多样性的关系、种群数量和种群间联系的剧变事件(dramatic changes)、认定合适的地理监管规模(scale)等问题。近年来,随着全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)等技术和计算机技术的发展和应用,各种种群生存力分析(PVA)模型被编制成了应用方便、功能强大、计算速度快的软件包,并广泛应用在珍惜濒危动物生境动态、生境适宜性评价、种群生存力分析等方面,为科学合理的保护珍惜濒危动物提供便利。国内20世纪70～90年代,高行宜等、谷景和等、罗宁等、乔建芳等对塔里木马鹿开展过大尺度分布、栖息生态、保护利用、食性、种群结构等方面的研究,马合木提等于1996年至今在该亚种的分子系统发育、遗传多样性及其保护方面进行了比较系统的研究。分子系统发育研究表明,世界马鹿分为东西两大系统,西部系统为塔里木种群和欧洲种群,东部系统为塔里木亚种外的中国分布亚种和北美亚种,新疆为两大系统的分界区域,新疆是马鹿系统发育和分散的重要区域。因此,结合景观生态学、分子生态学、地理信息系统等方法系统的研究新疆野生塔里木马鹿种群资源、栖息地类型、栖息地选择规律、栖息地动态趋势、栖息地适宜性进行科学的评价;准确的掌握塔里木马鹿隔离种群遗传多样性等在有效保护塔里木马鹿、确定塔里木马鹿进化地位方面具有重要的理论和实际意义。 3、主要论点与论据 (1)探明了塔里木马鹿的野生种群资源现状、系统进化特征和独特系统分类地位,指出了塔里木马鹿野生种群的遗传学困境,为种群保护措施的制定提供了关键理论依据。 (2)查明了野生塔里木马鹿且末种群数量,为野生塔里木马鹿种群保护提供了基础数据。 (3)探明了塔里木马鹿隔离种群栖息地变化规律和适宜性,为有效保护区野生塔里木马鹿生境类型、扩大野生种群分布区、增加种群数量提供了重要理论基础和保护措施依据。 (4)提出了系统的塔里木马鹿保护和管理对策建议,为塔里木河流域野生动物资源保护提供科学有效途径。 4、创见与创新 4.1 通过马鹿线粒体DNA控制区序列多态性研究,确定了世界马鹿系统进化中,东部世系和西部世系的分界线出现在新疆天山山脉和塔里木盆地间。确定了新疆地区为两大系统的分界区域,从而提出了新疆是马鹿系统分化和扩散的重要区域。并通过微卫星DNA多态性研究,指出塔里木马鹿野生种群的遗传多样性极低,种群面临近亲繁殖的威胁。明确了塔里木马鹿保护的关键问题和目标。通过新疆马鹿三亚种(塔里木亚种、天山亚种、阿勒泰亚种)头骨的形态特征分析,证明了塔里木亚种的头骨形态短而宽,明显地区别于其他两亚种的特征。通过这一结果考证了与利用分子系统学的分析方法获得的结果(塔里木亚种分属西部系统)是一致的论断。 4.2 在塔里木马鹿野生种群分布区域采用截线法、路线统计法,并结合粪便DNA分析方法,在前期研究基础上,更准确的查明了野生塔里木马鹿且末种群的数量为75±26头;胡杨林保护区种群数量为46±22头。明确了塔里木马鹿种群数量现状和变化趋势,是野生塔里木马鹿种群保护工作和相关研究的重要基础。 4.3 通过地理信息系统,分析遥感图像找出了沙雅县胡杨林、轮台县胡杨林自然保护区及且末县阿克塔子牧场等三个地区塔里木马鹿隔离种群栖息地动态变化规律,根据栖息地类型和变化规律评价野生塔里木马鹿的栖息地适宜性。确定了塔里木马鹿野生种群栖息地选择规律,为有效保护塔里木马鹿栖息地提供了依据。对有效保护区野生塔里木马鹿生境类型、扩大野生种群分布区、种群数量方面具有重要意义。 4.4 通过塔里木马鹿的种群遗传多样性、种群生存力分析,根据研究成果提出了以下保护措施： ①指定为国家一级保护动物,禁止一切捕获行为。 ② 在主要栖息地设立保护区。 ③ 恢复保障种群间遗传交流的绿色通道。 ④ 为维持栖息环境而必需的水资源的保障。 ⑤ 建设种源繁育基地。 ⑥ 从圈养纯塔里木马鹿适度放生。社会经济效益、存在的问题 5.1 社会经济效益本项目开展了新疆塔里木马鹿的生态学特征及其保护遗传学研究,完成了塔里木马鹿野生种群资源的调查、栖息地选择及动态分析、栖息地适宜性评价、塔里木马鹿分子系统进化、塔里木马鹿微卫星遗传多样性、塔里木马鹿遗传结构及遗传多样性分析等,完成了塔里木马鹿资源调查,栖息地评价及遗传多样性的评价工作,为塔里木马鹿野生种群的有效保护提供了重要的科学依据。并提出了系统的保护和繁育措施建议,实施野放20头纯种母鹿,并与野生种群成功融合。极大的推进了塔里木马鹿野生种群的保护和恢复。对塔里木马鹿野生种群的有效保护起到了积极的促进作用,尤其是对应于新疆野生动物资源的有效,科学保护以及合理开发利用方面具有重要的指导作用。本项目的完成过程中培养博士研究生1人、硕士研究生3人。获得了各种奖励5项,发表论文24篇、出版专著一部。 (1)经济意义：马鹿具有很高的经济价值,鹿茸及马鹿系列产品有广泛的医疗和保健作用,是目前国际市场上畅销不衰的紧俏商品。随着人口的老年化和物质生活水平的提高,对营养食品和高级补品的需出将会越来越多。为此,大力开展保护合理开发塔里木马鹿资源,亦使居民收入增加。 (2)社会意义：初步形成的综合保护利用体系对塔里木盆地自然保护事业的付诸进步和动物保护效益的间接效益。可以提供新的社会就业机会,促进边疆地区社会稳定;调查研究和试验示范理论与实践成果以及生态系统和生物多样性保护创新文化知识,可以在同类地区普及推广,对新疆乃至西部地区生态建设产生重大影响及示范作用。将为人类进行自然资源及生态环境保护,经营,管理,发展,合理利用等各种活动提供宝贵的科学材料和物种复壮示范基地。 (3)生态意义：调查研究和试验示范理论与实践成果将推动塔里木河流域荒漠生态环境和生物多样性保护发展,提高生态环境质量和生物多样性中的“物种”在个体资源数量,增强动物多样性和栖息条件的稳定性,提高低制自然灾害的能力,改善塔里木野生马鹿栖息地生存环境。塔里木马鹿保护区的建立,将使塔里木河流域野生动物资源得到拯救,保护和合理开发利用,绿州－荒漠过度带动物出没率和密度增加,保护绿州和野生动物集中分布区缓冲力增加。 5.2 存在的问题尚待开展研究的问题：如何解释野生动物种群变化与环境演变之间的关系是一直作为学术界重点研究的热点问题。国内外对新疆马鹿塔里木亚种的种群数量,遗传多样性,分子系统进化,食性,形态学等方面已有不少的研究报道,但是塔里木马鹿生境规模动态演变方面的系统研究并不多见,在干旱环境背景下的野生动物及其生境动态变化研究属于空白。全面研究塔里木马鹿生境规模动态变化,学习其成因及解决途径,保护濒危的珍贵物种——塔里木马鹿是当前可持续发展面临解决的一项重要任务,实现塔里木盆地生态系统持续发展的重要前提,同时这也是对于保护新疆,中国,以及世界生物多样性的重大贡献。希望在干旱区野生动物生境演变研究上打开一个新的篇目,为探索干旱区濒危野生动物的保护提供新思路和新方法,为今后的相关研究和塔里木盆地生态系统可持续发展提供先期研究和经验奠定基础,为干旱区的协调发展提供强有力的保障。对于塔里木盆地生态环境演变下的野生动物生境及其规模动态演变进行耦合研究,提出解释塔里木马鹿生境的变化及其空间分布问题,对评估野生动物栖息地生境的质量,预测栖息地的负载量以及保护和合理利用动物资源等具有重要意义。下一步工作方向：本项目力求将野外调查与室内分析相结合,以3S技术为依托,观测研究区马鹿资源生存所必要的气候、土壤、水文等因子,进而利用多源遥感图像结合表征生境因子观测数据探讨影响马鹿资源退化的主要驱动力,并分析马鹿资源的退化过程、程度与机制,最终为塔里木马鹿资源保护与修复及可持续利用提出政策方案,为全国荒漠动物资源监测提供科技支撑。从以下三个方面开展下一步工作： (1)塔里木马鹿种群资源生境因子的研究拟通过野外重点调查和普查相结合的方法,研究塔里木马鹿分布区植物生存环境中地表、地下水的分布与变化,土壤成分、及气候条件。采用野外调查所获得的数据,以3S技术为依托,借鉴地理学、生态学、生物学、环境科学及相关的人文社会等多学科的基本理论与方法,利用多源遥感图像结合表征气候、土壤、水文的观测数据进行研究,研究结论也可为塔里木马鹿种群资源退化及生境因子演变提供数据上的参考。 (2)栖息地片断化与基因流的测定采用宏观生态学和地理信息系统(GIS)技术相结合,搞清楚塔里木马鹿的栖息地片断化对塔里木马鹿种群的基因流是否存在影响,为探索生境变化对种群资源影响研究提供新思路,并为信息共享平台服务。 (3)塔里木马鹿种群资源保护通过探索马鹿种群资源退化情况,建立生态系统修复理论,提出修复方法,研究在塔里木盆地生态特征,考察当地天然植被的覆盖与退化程度、塔里木马鹿的生态适宜性,并由此分析该鹿种群结构的演变规律。现有的极端干旱生态环境和生物资源条件下,针对国家生态建设的需求,为实现塔里木马鹿资源保护、恢复及可持续利用提供有效措施。 6、历年获奖情况 (1)2005年 01月：“新疆马鹿种群的分子系统进化树：与其他亚洲,欧洲和北美马鹿种群的比较研究” 新疆维吾尔自治区第八届自然科学优秀论文二等浆。 (2)2007年01月：“Georaphical Variations of Skull Morphology in Red Deer (Cervus elaphus) in Xinjiang, China” 新疆维吾尔自治区第九届自然科学优秀论文二等浆。 (3)2007年03月：“新疆塔里木马鹿的分子系统和遗传多样性及其保护利用研究”新疆大学自然科学优秀成果三等奖。 (4)2007年01月：马鹿新疆亚种(C. e. yarkandensis)种群的种群生存力分析,并被评为优秀论文,现代科学研究杂志,2007年1月,香港。 (5)2009年04月：于GIS技术探讨对人类活动塔里木马鹿(C. e. yarkandensis)生境的影响,新疆第七届青年学术年会被评为优秀学术论文三等奖。 (6)2009年05月：“新疆维吾尔自治区优秀留学回国人员”新疆维吾尔自治区人民政府。 (7)2011年1月：艾尼瓦尔等.塔里木马鹿车尔臣河种群栖息地现状及影响因素分析.获得了乌鲁木齐市第九届自然科学优秀论文三等奖。
中文关键词	塔里木马鹿 ; 栖息地破碎化 ; 种群保护
成果类型	基础理论
中图法分类号	Q958
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001571654
来源机构	新疆大学
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/242776
推荐引用方式 GB/T 7714	马合木提.哈力克,艾尼瓦尔.吐米尔,颜赛勋,等. 新疆塔里木马鹿的生态学特征及其保护遗传学研究[Z]. 基础理论,2010.