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草履蟲實(shí)驗(yàn)報(bào)告
一·實(shí)驗(yàn)課題名稱
草履蟲種群在有限環(huán)境中的邏輯斯諦增長測定
二·文獻(xiàn)綜述（列出參考文獻(xiàn)）
草履蟲是一種身體很小，圓筒形的原生動物，它只有一個(gè)細(xì)胞構(gòu)成，是單細(xì)胞動物，雌雄同體。喜生活在有機(jī)物豐富的池塘、水溝、洼地等，尤喜生活于細(xì)菌豐富的水中【1】。國內(nèi)一些學(xué)者對草履蟲的研究頗多，其中，對草履蟲培養(yǎng)和觀察方面已有一定研究，候勇，張會芳等對幾種常用草履蟲培養(yǎng)和觀察方法進(jìn)行了整理并作了一定改進(jìn)
【2】
。郭祖寶介紹了幾種配制草履蟲培養(yǎng)液的材料【3】，還有學(xué)者對草
履蟲的邏輯斯諦增長方程參數(shù)進(jìn)行了測定【4】。
因?yàn)榄h(huán)境是有限的，生物本身也是有限的，所以大多數(shù)種群的“J”字型生長都是暫時(shí)的，一般僅發(fā)生在早期階段，密度很低，資源豐富的情況下。而隨著密度增大，資源缺乏，代謝產(chǎn)物積累等，環(huán)境壓力勢必會影響到種群的增長率r，使r值降低。
與密度有關(guān)的種群連續(xù)增長模型，比與密度無關(guān)的種群連續(xù)增長模型增加了兩點(diǎn)假設(shè)：（1）有一個(gè)環(huán)境容納量，通常以K表示，當(dāng)Nt=K時(shí)，種群為零增長，即dN/dt=0.（2）增長率隨密度上升而降低的變化是按比例的。每一個(gè)體利用空間為1/K，N個(gè)體利用N/K空間，剩余空間為1- N/K。按此兩點(diǎn)假設(shè)，種群增長曲線是“S”型。“S”型曲線有兩個(gè)特點(diǎn)：?曲線漸近于K值，即平衡密度。?曲線上升是平滑的。
產(chǎn)生“S”型曲線的最簡單數(shù)學(xué)模型是生態(tài)學(xué)發(fā)展史中著名的邏
輯斯蒂方程。邏輯斯蒂曲線常劃分為5個(gè)時(shí)期：(1)開始期，由于種群個(gè)體數(shù)很少，密度增長緩慢；(2)加速期，隨個(gè)體數(shù)增加，密度增長逐漸加快；(3)轉(zhuǎn)折期，當(dāng)個(gè)體數(shù)達(dá)到飽和密度一半，即K的一半，密度增長最快；(4)減速期，個(gè)體數(shù)超過K/2以后，密度增長逐漸變慢；(5)
【5】
飽和期，種群個(gè)體數(shù)達(dá)到K值而飽和。
本次開放性實(shí)驗(yàn)，我們也對草履蟲種群在有限環(huán)境中的邏輯斯諦增長進(jìn)行了測定。
參考文獻(xiàn)：
【1】朱艷芳，朱力力 草履蟲的培養(yǎng)研究【J】 淮北煤炭師范
學(xué)院學(xué)報(bào) 1672—7177(2010)04—0044—05
【2】 候勇，張會芳，劉軍英，鄭發(fā)科 幾種常用草履蟲培養(yǎng)和
觀察方法及改進(jìn)【J】 四川動物 2009，1000—7083(2009)03—0450—02
【3】 郭祖寶 介紹幾種配制草履蟲培養(yǎng)液的材料【J】 生物學(xué)
教學(xué) 2010，第9期，35卷
【4】 張燕 胡丹 王健 實(shí)驗(yàn)草履蟲時(shí)滯型邏輯斯諦增長方程參
數(shù)的測定【J】2010,12
【5】 牛翠娟，婁安如，孫儒泳，李慶芬 基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)【M】 高
等教育出版社第一文庫網(wǎng) 2007，12
三·實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/p>
1.了解種群在有限環(huán)境中的增長方式，理解環(huán)境對種群增長的限制作用。
2.學(xué)習(xí)種群大小的檢驗(yàn)、種群增長模型的建立、參數(shù)的估計(jì)以及種群增長曲線的擬合等實(shí)驗(yàn)技術(shù)。
四·實(shí)驗(yàn)條件（包括實(shí)驗(yàn)材料、藥品、儀器設(shè)備等）
1.實(shí)驗(yàn)材料：水溝里的草履蟲（Paramecium caudatum）. 2.魯哥氏固定液
3.顯微鏡，凹玻片，100ml錐形瓶，1ml移液管，量筒，紗布，橡皮筋
五·實(shí)驗(yàn)原理與方法
世代重疊種群在無限環(huán)境中呈現(xiàn)J－型增長。但在現(xiàn)實(shí)生態(tài)環(huán)境中，種群不可能長期而連續(xù)地按指數(shù)增長，往往受到有限的環(huán)境資源和其它必要生活條件的限制。隨著密度的上升，種內(nèi)競爭加劇，必然會影響種群的出生率和死亡率，使種群每員瞬時(shí)增長率隨著密度上升而下降，一直到種群停止增長，甚至使種群數(shù)量下降，增長曲線呈現(xiàn)S－型。
草履蟲在18～20℃環(huán)境中，每天分裂1次，種群增長速度快。草履蟲主要以細(xì)菌為食，同時(shí)也吞食有機(jī)質(zhì)。草履蟲個(gè)體較大，觀察計(jì)數(shù)方便，適于初學(xué)者完成實(shí)驗(yàn)操作。
六·實(shí)驗(yàn)方案或?qū)嶒?yàn)步驟設(shè)計(jì)
1、準(zhǔn)備草履蟲原液從湖泊或水渠中采集草履蟲。 2、制備草履蟲培養(yǎng)液
稱取干稻草5g，剪成3~4cm長的小段。
在1000mL燒杯中加水800mL，用紗布包裹好干稻草，放入水中煮沸10 分鐘，直至煎出液呈淡黃色�；蛘吒鶕�(jù)學(xué)生的人數(shù)多少制備一定量的稻草培養(yǎng)液。
將稻草煎出液置于室溫下冷卻后，經(jīng)過過濾，即可作為草履蟲培養(yǎng)液備用。
3、確定培養(yǎng)液中草履蟲種群的初始密度
用0.1mL移液管吸取0.1mL草履蟲原液于凹玻片上，當(dāng)在實(shí)體顯微鏡下看到有游動的草履蟲時(shí)，再用滴管取一小滴魯哥氏固定液于凹玻片上殺死草履蟲，在實(shí)體顯微鏡下進(jìn)行草履蟲計(jì)數(shù)。
按上述方法重復(fù)取樣4次，對4次計(jì)數(shù)的草履蟲數(shù)求平均值，并推算出草履蟲原液中的種群密度。
取冷卻后的草履蟲培養(yǎng)液50mL，置于50mL燒杯中。經(jīng)過計(jì)算，用移液管吸取適量的草履蟲原液放入培養(yǎng)液中，使培養(yǎng)液中草履蟲的密度在5~10只/mL左右。此時(shí)培養(yǎng)液中的草履蟲密度即為初始種群密度。
用紗布和橡皮筋將實(shí)驗(yàn)用的燒杯罩好，并做好本組標(biāo)記，放置在0C的光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。 4、定期檢測和記錄
在實(shí)驗(yàn)開始后8天內(nèi)，每天定時(shí)對培養(yǎng)液中的草履蟲密度進(jìn)行檢測，具體方法同方法與步驟3中的（１）和（２），求出其平均數(shù)。將每天的觀測數(shù)據(jù)記錄在觀測數(shù)據(jù)記錄表中 ５．環(huán)境容納量Ｋ的確定
將8天中得到的草履蟲種群大小數(shù)據(jù)，標(biāo)定在以時(shí)間為橫坐標(biāo)、草履蟲種群數(shù)量為縱坐標(biāo)的平面坐標(biāo)系中，從得到的散點(diǎn)圖中不僅可以看出草履蟲種群大小隨時(shí)間的變化規(guī)律，還可以得到此環(huán)境條件下可以容納草履蟲的最大環(huán)境容納量Ｋ。通常從平衡點(diǎn)以后，選取最大的一個(gè)Ｎ，以防止在計(jì)算ln[(K﹣N)/Ｎ]的過程中真數(shù)出現(xiàn)負(fù)值。 最大環(huán)境容納量Ｋ還可以通過三點(diǎn)法求得。三點(diǎn)法的公式為：
K=[2N1N2N3-N22(N1+N3)]/(N1N2-N22)
式中：N1，N2，N3，——分別為時(shí)間間隔基本相等的三個(gè)種群數(shù)量，要求時(shí)間間隔盡量大一些。 ６．瞬時(shí)增長率ｒ的確定
瞬時(shí)增長率ｒ可以用回歸分析的方法來確定。首先將Ｌogistic方程的積分式變形為
（K-N）/N=ea-rt
兩邊取對數(shù)，得：ln((K-N)/N)=a-rt
如果設(shè)y= ln((K-N)/N)，b=-r，x=t，那么Ｌogistic方程的積分式可以寫為：y=a+bx
這是一個(gè)直線方程，只要求出a和b，就可以得到Ｌogistic方程。 根據(jù)一元線形回歸方程的統(tǒng)計(jì)方法，a和b可以用下面的公式求得： a=?y-b?x
b=*∑(xi-?x)( yi-?y)+/ ∑(xi-?x)2
將求得的a、r和K代入Ｌogistic方程，則得到理論值。在坐
標(biāo)紙上繪出Ｌogistic方程的理論曲線。看看理論曲線與實(shí)際值是否擬
合得好。
七·實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理
八·實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
Logistic方程的積分式：前三天 y=-3.15x+6.63；
后五天 y=1.15x-4.016； 根據(jù)公式求出Logistic方程理論值，見上表。
分析:
（1）0-3天時(shí), b=-r, r=3.15,隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加，y逐漸減小，
當(dāng)K一定時(shí)，N逐漸變大，由于草履蟲種群空間，食物均豐富，呈現(xiàn)J－型增長。4-8天時(shí)，r=-1.15，隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加，y逐漸增大，當(dāng)K一定時(shí)，N逐漸變小，隨著密度的上升，種內(nèi)競爭加劇，由于空間擁擠，食物大量消耗，且積累了大量的有害代謝物質(zhì)，種群密度逐漸下降，直至為零，種群消亡。
(2) 種群在達(dá)到最大值之后有波動，但總體趨勢是下降的。培養(yǎng)液0-3天時(shí)，草履蟲種群由于空間，食物均豐富，呈現(xiàn)J－型增長。3-4天時(shí)，草履蟲種群密度急劇下降，原因可能是前3天，隨著密度的上升，種內(nèi)競爭加劇，第3天時(shí)，草履蟲種群密度達(dá)到最大值，由于空間擁擠，食物大量消耗，故第3-4天時(shí)，草履蟲種群密度急劇下降。第4-5天時(shí)，種群密度有所回升，第5天以后，種群密度逐漸下降，直至為零，種群消亡，由于食物幾乎耗盡，且積累了大量的有害代謝物質(zhì)。
九·實(shí)驗(yàn)小結(jié)（實(shí)驗(yàn)存在的問題討論，分析實(shí)驗(yàn)成敗的原因，提出適當(dāng)?shù)慕ㄗh，實(shí)驗(yàn)的收獲和體會等）
1．取草履蟲溶液時(shí)，一定要攪拌，且需多次重復(fù)取樣，以免影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2．在顯微鏡下對每天草履蟲密度計(jì)數(shù)時(shí)，液滴表層常常有覆蓋物，需用解剖針小心挑去，再計(jì)數(shù)。
3．草履蟲初始種群密度應(yīng)在5~10只/mL，太少，顯微計(jì)數(shù)時(shí)，數(shù)目太少，不能準(zhǔn)確的反映種群密度變化趨勢；太多，草履蟲種群由于空間，食物限制，也不能準(zhǔn)確的反映種群密度變化趨勢。
4．通過做實(shí)驗(yàn)我鞏固了查找相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫文獻(xiàn)綜述，
設(shè)計(jì)方案等基本技能。
5．本次實(shí)驗(yàn)我們也有不足的地方，開始試驗(yàn)時(shí)小組分工合作意
識不是很強(qiáng)，耽誤了一些時(shí)間，通過此次試驗(yàn)，我們學(xué)會了 團(tuán)隊(duì)協(xié)作。
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