生态学实验环境科学与工程学院

生态学实验环境科学与工程学院2004.2实验一&二生命表及生殖力表的编制方法一、实验原理：生命表是描述种群死亡过程及存活情况的一种有用工具，它包括了各年龄组的实际死亡数、死亡率、存活数及平均期望年龄值等。也可以利用生命表中的数据，描绘存活曲线图加以说明，并可计算反映种群增长的相应统计参数，如：世代历期T、周限增长率R0、内禀增长率rm等。在适当的实验安排下，还可计算影响种群的关键因子Kx。x(d)nxdxNmxlxqxLxTxexmxlxmxxlxmxvx01234567891011121314151617181920:求和生命表如下所示：x(d)---年龄nx------各年龄开始的存活数目。nx+1=nx-dx指在x期开始时的存活数目。dx------各年龄死亡个体数。dx=nx-nx+1指从x到x+1期的死亡数目。lx-------存活分数lx=nx/n0qx------各年龄死亡率qx=dx/nxLx------每个年龄期的平均存活数Lx=(nx+nx+1)/2Tx------x年龄的全部个体的剩余寿命之和单位：个体·时间ex------生命期望平均余年（平均生命期望）ex=Tx/nxmx-----每雌产雌率mx=Nmx/nxNmx为当天新生小蚤数。vx------生殖价(表征某一年龄的雌体对未来种群的增长可能做出的贡献)指x到x+1期个体未来产仔数的期望值，t为其x龄（包括x龄）以后的各年龄，w表示最后一次产仔的年龄。wxttxtxmllV)(天个体xxLTx二、实验材料：1、大型蚤大型蚤在条件适宜时，为孤雌生殖。选用大型蚤为实验材料，在生殖力表的绘制的过程中，求mx时不必分辨雄雌，便于实验操作。大型蚤生命力强，繁殖力强，广泛分布于各种水域，易于培养，是很好的实验材料。2、50ml小烧杯4只3、平底玻璃皿1只4、胶头吸管1只5、栅藻培养液若干三、实验步骤：1、每人取一只50ml烧杯，加入20ml栅藻培养液，再移入4～8只成年雌蚤，24小时后，杯中会有新生的小蚤，弃去大蚤（转移回原始的水族缸内）。准备三只50ml烧杯，各加入20ml栅藻培养液，再各移入新生小蚤3只。之后，每24小时定时观察一次，记录大型蚤的死亡数及新生小蚤数，记入原始记录表中，同时弃去新生小蚤（转移回原始的水族缸内）。每两天换一次栅藻培养液。实验进行至烧杯中原有的大型蚤全部死亡为止，总共约持续60天。对于时间间隔，要求为x(d)＝1，必要时可以改为x(d)＝2或3。这样观察时间相应延长为48小时或72小时。2、整理实验数据，填入原始记录表中［x(d)、nx、dx、mx]，计算出种群各时期的生命期望mx、生殖价vx；并计算种群的世代历期T〔即一个世代（由亲代到子代出生）平均经历的时间，〕、周限增长率R0、内禀增长率rm〔即种群的最大瞬时增长率，也可以用坐标纸以直线内插法求得〕。计算公式如下：3、画出种群的存活曲线，分析其存活曲线的类型。XXXXmlmlXTXXmlR0TRlrnm)(0（思考：如何进行？）〕四、讨论：1、本实验所绘生命表是静态生命表还是动态生命表？如果用另一种生命表的实验方式，该实验步骤该如何设计，与本实验相比各有何优劣点？2、如何设计实验，才可以计算出种群的关键因子Kx，应如何计算？如果作了相应的记录，请作出分析。五、实验记录和报告：•实验名称•实验日期•指导教师•学生姓名•原始记录生命及生殖力原始记录表6、实验报告实验三&四种群在有限环境中的Logistic增长一、实验目的：通过实验了解种群增长是受环境条件限制的。二、实验原理：种群不可能长期连续地按几何级数增长，往往因受到环境资源和其他生活条件的限制，到一定时候，种群增长率随着密度的上升而下降。增长的趋势，如以图表示，呈现“S”型曲线。也可以用Logistic方程来描述：K为环境容纳量其积分式：KNKrNdtdNrtaeKNt1三、实验生物大草履虫（Parameciumcaudatum）。常用的培养液是稻草煎出液（10克稻草加入1000毫升水，煮沸10分钟后过滤制得。）大草履虫在25℃的环境中，每天可以分裂2～3次。当种群密度达到饱和后（大约在第5～6天）增长停止，种群开始下降。四、仪器及用具体视显微镜、浮游生物计数框、盖玻片、试管三支/人、试管架、吸管、碘液、计数器、纱布、镜头纸、培养皿、蒸馏水瓶、记号笔、20ml量筒。五、实验步骤1.从大草履虫培养试管中吸取几滴培养液，移入培养皿中，滴加一定量的蒸馏水进行稀释，在显微镜（10×物镜）下进行大草履虫计数。计数在计数框内进行（计数框的容积为0.1ml），计数时在计数框内加一滴培养液和一滴碘液，盖上盖玻片。2滴溶液大约等于0.1ml。加碘液的作用是为了杀死并固定大草履虫，同时有染色的作用。要求大草履虫的密度大约200～400个/ml。若虫数过多，则应进一步用水稀释。2.吸取稻草煎出液15ml，移入试管中，并以记号笔标记刻度，然后从培养皿中吸取大草履虫液移入试管中，使试管溶液中大草履虫的密度大约在3～4个/ml，作为起始种群密度。以同样的操作方法制作3个平行样。3.将试管排放在试管架上，画上个人记号，放入恒温培养箱内，于25～28℃恒温培养或放入恒温水浴中于25～28℃培养。4.每天定时用吸管向试管内反复吹气多次〔思考：为什么？〕，吸出一滴虫液，加上一滴碘液（一滴约0.05ml），在计数框内盖上盖玻片（不许产生气泡），计数。重复计数3次，求平均值，并计算出每毫升虫数。5.将每天计数的虫数写入原始记录表，依表在坐标纸上描点作图，求出饱和密度K值。K值的求法最常用的是，把观测的数据在坐标纸上描点，并作出近似曲线，曲线的最高峰即为近似的K值；另一种求K值的方法是，如大草履虫增长到第5天达到高峰，第6第7天不再增长（即已达到平衡），则把第5～7三天的数值相加除以3，也可求得K的平均值；第三种方法是按此公式求K值K=其中p1、p2、p3、是渐近线上等距的坐标值。22313122321)(2ppppppppp6.K值求出后，可以按直线方程y=a-rt,y=ln，以y对t描点作图，或进行线性回归分析，即可求得瞬时增长率r（表征物种的潜在增殖能力）的值。六、讨论1、根据数据画出Logistic曲线，并用三种方法求算K值。2、根据曲线求出r值、TR值（即自然反应时间，为r的倒数，TR=1/r，表征种群在受干扰后返回平衡状态所需时间的长短）。〔思考：如何求算？〕七、实验记录和报告•实验名称•实验日期•指导教师•学生姓名•原始记录Ln121110987654321Logistic方程估计的N值虫数（N）个/ml培养天数原始记录表：大草履虫增长数据的统计分析实验五温度对鱼类呼吸速率的影响一、实验目的：通过对变温动物（鱼）呼吸速率随温度变化规律的观察，验证范霍夫定律（VanHolf’sLaw）。二、实验原理：动物的代谢(生化反应)速率（包括呼吸反应），随温度上升而加快。这种温度与反应速度的关系，可以用温度系数来表示，或称做范霍夫定律。它可以用下面公式来表示：Q10=()10/(t2-t1)Q10=()10/(t2-t1)1212VVQ10即温度系数，表示温度每提高10℃，反应速度增加的倍数，通常是2－3倍，或表示温度每提高1℃，反应速度增加9.6%。K1、K2是相对温度t1、t2的速度常数，它与反应速度（V1、V2）成正比，所以也可以用反应速度代替速度常数。鱼类的呼吸速度与水温的关系，通常与定律相当吻合，所以应用鱼类进行呼吸速率的实验是比较理想的。三、实验用具与材料：水族箱，恒温水浴，1000ml烧杯一个，计时表，计数器，温度计各一支，活金鱼若干条。四、实验步骤：1、提前一天在水族箱（或以玻璃缸代替）内放入自来水（即曝气一天）。2、向恒温水浴中加入自来水至水浴锅的三分之二，挑选健康的试验鱼一条，放入1000ml烧杯中。加入曝气水600—700ml，将烧杯放入恒温水浴中，使烧杯中水的液面与水浴锅的水面平行。将温度计插入烧杯中，读出初始温度。经过15分钟，让鱼在水中有一个短时间的适应，然后观察鱼的鳃盖活动（呼吸运动），记录下鱼的呼吸次数（次/分钟），重复计数10次（注意，计数时应尽量避免或远离外界对鱼的干扰，包括说话和按动计数器的声音等）。并且用溶氧仪测定水中的初始DO值，记录。3、水浴锅开始逐渐升温，一小时升高10℃，即平均每6分钟左右升高1℃，（以烧杯内温度计的温度示数为准）。温度每升高1℃，用溶氧仪测定水中的DO值一次，记录。当温度升高了10℃之后，保持升温后的水温不变，开始观察鱼的鳃盖活动，并记录下鱼的呼吸次数。重复计数10次。观察记录结果至原始记录表中。五、讨论1.实验验证，温度上升10℃后呼吸速度增加了多少倍？是否符合范霍夫定律？2、为什么范霍夫定律只有在一定温度范围内才适用？3、温度系数只适用于变温动物，为什么？4、耗氧速率与水温有什么关系？这种关系与范霍夫定律是否吻合？六、实验记录和报告1.实验名称2.实验日期3.指导教师4.学生姓名5.原始记录6、实验报告实验六水体初级生产力的测定一、实验目的：了解测定水生生态系统中初级生产力的意义和方法。二、实验原理：生态系统中的生产过程主要是植物通过光合作用生产有机物的过程，水生生态系统的生产过程起主要作用的是浮游植物。在光合作用与呼吸作用两个过程中，在单位时间、单位体积内所生产的有机物量，即为该生态系统的初级生产力。测定水体初级生产力最通行的方法是黑白瓶测氧法，在黑瓶内的浮游植物，在无光条件下只进行呼吸作用，瓶内氧气将会被逐渐消耗而减少，而白瓶在光照条件下，瓶内植物进行光合作用与呼吸作用两个过程，但以光合作用为主，所以白瓶中的溶解氧量会逐渐增加。光合作用的过程可以用下列化学反应式来表示：6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2或化简式：CO2+H2O〔CH2O〕+O2由反应式可以看出氧气的生成量与有机质的生成量之间存在着一定的当量关系，所以可以通过测定瓶中溶解氧的变化，用O2量间接表示生产量，也可以将O2量转移成C量，从O2转移成C量转换系数是0.375。叶绿素、酶日光能三、实验用具：溶氧仪、照度计、电导率仪、采水器、透明度盘、黑白瓶、水桶、PH计（PH试纸）、洗瓶、吸耳球、乳胶管、滤纸、卷尺、曲别针。四、实验步骤：1、本实验可以在室内大水族箱内进行模拟，也可以到现场（湖或河）中进行。2、挂瓶，用采水器采0～1m深度的水样（采样深度可分别取0.00m，0.05m，0.10m，0.15m，0.20m，0.25m，0.30m，0.35m，0.40m，0.50m，0.60m，1.0m），装满试验瓶，灌水时要使水满溢出2～3倍。每组试验瓶3个，其中一瓶水应立即进行溶氧测定（称IB瓶），测定原初溶氧量，另一白瓶（称LB瓶）与一黑瓶（称DB瓶）装满水后挂入与采水相同深度的水层中，然后经一定时间分别测定黑白瓶两瓶中的溶解氧量，如测定光照强度与生产力的关系，可每2～4小时测定一次，如测定全天初级生产力，则可在挂瓶后24小时测一次。本实验挂瓶时间为6小时（一般10∶00挂瓶，16∶00取瓶）。1.在野外测定时，要选择晴天。在室内进行时，水族箱应放在靠窗户位置，或加人工光源。不论室内或室外，均可用照度计定时测定光强度。还要测定水温、pH、透明度（或浊度）、电导等水质状态参数。野外工作还要详细记录当天的天气情况，如晴、阴、雨、风向、风力等，以备实验分析时参考。2.6h后取瓶，用溶氧仪分别测定黑瓶、白瓶的溶解氧（先测黑瓶，再测白瓶）。在取瓶的同时还要将步骤2再测定一遍。五、数据计算：1、溶氧量单位均为mg/l·h表示。呼吸量（R）=IB-DB总生产量(PG)=LB-DB净生产量(PN)=LB-IBIB为原初溶氧量，LB为白瓶溶氧量，DB为黑瓶溶氧量。2、计算日总产量和日净产量。（单位mg/l·日）3、将O2量转换成C量。六、讨论：1、分析用黑白瓶法测定水生生态系统初级生产力的优缺点。2、初级生产力的测定方法还有哪些？3、水生生态系统初