生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)有限條件下種群增長(zhǎng)曲線

1、一、實(shí)驗(yàn)名稱種群在資源有限環(huán)境中的邏輯斯蒂增長(zhǎng)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、認(rèn)識(shí)到環(huán)境資源是有限的，任何種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化都受到環(huán)境條件的制約。2、了解種群在有限環(huán)境中的增長(zhǎng)方式，理解環(huán)境對(duì)種群增長(zhǎng)的限制作用，領(lǐng)會(huì)邏輯斯蒂模型中生物學(xué)特性參數(shù)r與環(huán)境因子參數(shù)一生態(tài)學(xué)特性參數(shù)K的重要作用。3、學(xué)會(huì)如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)估計(jì)出r、K兩個(gè)參數(shù)和進(jìn)行曲線擬合的方法。4、在實(shí)際生態(tài)學(xué)統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，能夠利用r、K等參數(shù)估計(jì)種群的整體情況。三、實(shí)驗(yàn)原理1、資源有限培養(yǎng)由于環(huán)境是有限的，種群指數(shù)增長(zhǎng)只是暫時(shí)的，多發(fā)生在種群增長(zhǎng)的早期階段，密度很低、資源豐富的情況下。隨著種群密度增大，資源缺乏，影響到種群的增長(zhǎng)率，使其降低。比如酵母的增

2、長(zhǎng)曲線：1947酵陟種胖舸增長(zhǎng):曲線（仿KormondJ如和2、邏輯斯諦方程與密度有關(guān)的連續(xù)增長(zhǎng)模型兩點(diǎn)假設(shè)：（1）有一個(gè)環(huán)境容納量K,當(dāng)Nt=K時(shí)，種群停止增長(zhǎng)，dN/dT=0；（2）種群增長(zhǎng)率隨種群密度升高成比例降低，最簡(jiǎn)單的情況是每增加一個(gè)個(gè)體，同時(shí)產(chǎn)生1/K的抑制效果。當(dāng)種群數(shù)量為N時(shí)，種群增長(zhǎng)率下降為原來(lái)的（1-N/K）。結(jié)果：導(dǎo)出邏輯斯諦方程rN(1rN(1dNdlTNt其積分式為：1e.KNo其中aln吋K理論上的環(huán)境容納量，難以準(zhǔn)確測(cè)定。N為種群大小，t為時(shí)間，r為種群的瞬時(shí)增長(zhǎng)率。K為環(huán)境容納量，1-N/K為剩余空間。邏輯斯諦方程中兩個(gè)參數(shù)r和K具有重要的生物學(xué)意義：r表示物

3、種的潛在增殖能力，即種群內(nèi)稟增長(zhǎng)率。K是環(huán)境容納量，即物種在特定環(huán)境中的平衡密度。應(yīng)注意K是隨環(huán)境（資源量）的改變而改變的。3、種群增長(zhǎng)曲線密度制約導(dǎo)致種群增長(zhǎng)率隨密度增加而降低，與非密度制約的情況相反，種群增長(zhǎng)曲線不是“J”型，而是“S型S”型曲線有兩個(gè)特點(diǎn)：曲線漸近于K值，即環(huán)境容納量(或平衡密度)。曲線上升是平滑的。邏輯斯諦曲線常劃分為五個(gè)時(shí)期：開始期：種群個(gè)體數(shù)很少，增長(zhǎng)緩慢；加速期：隨著種群個(gè)體數(shù)增加，增長(zhǎng)逐漸加快；轉(zhuǎn)折期：種群個(gè)體數(shù)達(dá)到環(huán)境容納量一半(即K/2)時(shí)，增長(zhǎng)最快;減速期：種群個(gè)體數(shù)超過(guò)K/2以后，增長(zhǎng)逐漸放慢；飽和期：種群個(gè)體數(shù)達(dá)到K值停止增長(zhǎng)。WK班孚WK班孚時(shí)間四、

4、實(shí)驗(yàn)材料和用品草履蟲、計(jì)數(shù)板、培養(yǎng)液。五、實(shí)驗(yàn)步驟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（1）稱取干稻草5g,剪成3-4cm長(zhǎng)的小段。（2）在1000ml燒杯中加水800ml，用紗布包裹好干稻草，放人水中煮沸10分鐘，直至煎出液呈淡黃色。或者根據(jù)學(xué)生的人數(shù)多少制備一定量的稻草培養(yǎng)液。（3）將稻草煎出液置于室溫下冷卻后，經(jīng)過(guò)過(guò)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（1）用ml移液管吸取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(dòng)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)。（2）按上述方法重復(fù)

5、取樣4次，對(duì)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。（3）取冷卻后的草履蟲培養(yǎng)液50ml，置于50mL燒杯中。經(jīng)過(guò)計(jì)算，用移液管吸取適量的草履蟲原液放人培養(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。（4）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20士2C的光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。、定期檢測(cè)和記錄（1）在實(shí)驗(yàn)開始后10天內(nèi)，每天定時(shí)對(duì)培養(yǎng)液中的草履蟲密度進(jìn)行檢測(cè)，具體方法同方法與步驟3中的（1）和（2），求出其平均數(shù)。（2）將每天的觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄在觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄表（表3-4）中。、環(huán)境容納量K的確定將10天中得到的草履

6、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)景為縱坐標(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In（K-N）/N過(guò)程中出現(xiàn)負(fù)值。最大環(huán)境容納量K還可以通過(guò)三點(diǎn)法求得。三點(diǎn)法的公式為：.-代（N、MJK=；輅“-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(zhǎng)率r的確定瞬時(shí)增長(zhǎng)率r可以用回歸分析的方法來(lái)確定。首先將Logistic方程的分式變形為:分式變形為:兩邊取對(duì)數(shù)，得:Ina-ri如果設(shè)y=ln（K

7、-N）/N，b=-r，x=t，那么Logstic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)一元線性回歸方程的統(tǒng)計(jì)方法，a和b可以用下面的公式求得：fiv*工（乞一無(wú)）（”一yb=廠一土-V）2式中：x自變量x的均值；xi第i個(gè)自變量的樣本值；y因變量y的均值；yi第i個(gè)因變量y的樣本值；n-樣本數(shù)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。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、結(jié)果記錄培養(yǎng)天數(shù)平均實(shí)測(cè)值種群估算值（個(gè)/50ml）(K-N)/Nln(K-N)/NL

8、ogistic方程理論值11100022200037700043535000510510500061601600007180180000天甄t2、直線3、數(shù)據(jù)分析三點(diǎn)法求K選用1、4、7天的數(shù)據(jù)K=2X1000X35000XX35000X(1000+180000)1000XX35000=200120y=+所以：r=-b=a=Logistic方程理論值=NtNteart=2001201+eA()（計(jì)入上表一）4、擬合分析兩條曲線擬合程度較大，無(wú)顯著性差異。七、結(jié)果討論從草履蟲數(shù)量隨時(shí)間變化的理論曲線和實(shí)際估測(cè)曲線得知，草履蟲的邏輯斯蒂方程的實(shí)際曲線和理論曲線擬合程度較高，但是在實(shí)驗(yàn)后期仍然出現(xiàn)誤差。分析原因，其原因有如下兩條:、在方程參數(shù)a、r、k的計(jì)算，尤其是K的計(jì)算過(guò)程中，無(wú)論采用在實(shí)際數(shù)量的散點(diǎn)圖中取平衡后的最大N值的方法還是三點(diǎn)法，都有一定的誤差。同時(shí),三點(diǎn)法求K值的方法中，三個(gè)N值的選取又難以達(dá)到時(shí)間間隔盡量大的要求，故也存在誤差;、人為測(cè)量過(guò)程中存在不同程度的差異，由于草履蟲在培養(yǎng)液中是自由活動(dòng)的，故不能保證均勻分布，我們?cè)诿看稳訒r(shí)先講培養(yǎng)液搖勻，再取接近錐形瓶底部的培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)，以使結(jié)果盡量準(zhǔn)確，但本實(shí)驗(yàn)的數(shù)量