生态学实验指导.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date生态学实验指导生态学实验指导实验一 鱼类对温度、盐度耐受性的观测【实验目的】（1）认识并练习判断生物对生态因子耐受性范围的方法。（2）认识不同鱼类对温度、盐度等因子的耐受限度和范围不同，这种不同的耐受性与其分布生境和生活习性密切相关，加深对Shelford耐受性定律的理解。（3）认识影响鱼类耐受能力的因素。【实验器材】1、实验动物：鲤鱼（Cyprinus carpio）、鲫鱼（Carassius auratus）等。 2、设备与试剂光照培养箱、温度计、天平、加热棒、容纳箱、玻璃棒等【方法与步骤】1、观察动物对高温和低温的耐受能力（1）建立环境温度梯度（5，室温2025，35）。 （2）对实验动物称重，并记录其种类、驯化背景等。（3）将鲤鱼和鲫鱼各6条分成一组，分别暴露在5、室温和35下30分钟。观察行为。如果正常，则停止观察；如有异常，则观察在该温度条件下动物 死亡数达到50%时所需要的时间。如果动物明显不动，则可认定死亡。注：将动物放入低温（高温）环境中后，如果动物马上出现死亡，说明温度过低（或过高），应适当提高（降低）23再观测。同时观察并比较室温条件下各鱼的行为。（4）将鱼类在高温和低温出现死亡的温度条件下死亡率随时间的变化记录在表1-1中。表1-1 极端温度下不同鱼类死亡率随时间的变化动物种体重驯化背景5下随时间（分钟）的死亡率%35下随时间（分钟）的死亡率%3060903060902 观察不同淡水鱼类对盐度的耐受能力 （1）建立盐度梯度（20，30，40)。（2）对实验动物称重，并记录其种类、驯化背景等。（3）将鲤鱼和鲫鱼各6条分成一组，分别放入20，30，40的盐度环境中，同上观察其行为30分钟。如果正常，则停止观察；如有异常，则继续观察在该条件下动物死亡数达到50%时所需要的时间。如果动物明显不动，则可认定死亡。（4）将鱼类在各盐度条件的死亡率随时间的变化记录在表1-2中。表1-2鱼类对盐度的耐受性观测结果记录表动物种体重驯化背景5下随时间（分钟）的死亡率%35下随时间（分钟）的死亡率%306090306090【结果与分析】1、 依据表中记录结果，以时间为横坐标、死亡率为纵坐标作图。2、 各组根据实验结果，结合谢尔福德耐受性定律等对结果进行讨论，分析各组间的差异，评估不同鱼类对温度、盐度耐受性的差异及其影响因素。实验二 Lincoln指数法估计种群数量大小和生命表的编制一、Lincoln指数法估计种群数量大小标记重捕法通常用于估计在一个有比较明显界限的区域内的动物种群数量。具体做法是：在该区域内捕捉一定数量的动物个体并对其进行标记，然后放回，经过一个适当时期（让标记动物与种群内其它个体充分混合）后，再进行重捕。根据重捕样本中标记者的比例，估计该区域种群的总数。其原理是标记动物在第二次抽样样品中所占的比例与所有标记动物在整个种群中所占的比例相同。标记重捕法的方法很多，其中Lincoln指数法是常用的方法之一。 在运用Lincoln指数法进行种群数量的估计时，必须满足下列假设条件，才能使种群数量的估计比较准确：（1）标记方法不能影响个体的正常活动。（2）标记保留的时间不能短于整个实验时间。（3）第二次取样之前标记个体必须在自然种群中充分混合。（4）不同年龄的个体具有相等的被捕的几率。（5）种群是封闭的，即没有迁入或迁出，如果有，迁入或迁出的数量必须能够测定。 Lincoln指数法的的基本公式：p / a = n / r其中：p 种群总数；a 最初标记数；n 取样总数；r 样本中标记个体数。【实验目的】（1）通过Lincoln指数法估计种群数量，使学生掌握标记重捕技术。（2）理解Lincoln指数法在统计种群数量中的重要作用。【实验器材】 黑色与白色围棋子各300枚（代替实验动物），标记笔，50mL的烧饼，黑色布袋，托盘等。【方法与步骤】（1）每3人一小组，每小组取一个黑布袋，每袋装入由实验教师发的白色围棋子若干（150个左右），但每组所装的棋子数不等。（2）每组再分别装入黑色棋子50个左右（相当于标记的动物），并将具体数目填入表中。（3）将黑色棋子与布袋中原有的白棋子混合均匀。（4）用50mL烧杯随机取1烧杯棋子，记录50ml烧杯中总棋子数和黑棋子数，并填入表中。（5）重复方法与步骤（3）和（4）5次。（6）计算p值（用n表示每次所取棋子（相当于样本）全部个数，r表示每次取样样本中标记的棋子个数（黑棋子数），a表示最初标记棋子数（总的棋子数）。（7）对计算出的5个p值，求其平均数： p = （p1 + p2 + p3 + p4 + p5）/ 5式中：pi 第i次计算出的布袋中围棋子的总数。 再数出布袋中所装围棋子的实际数量（黑白棋子数之和），并比较总数估算值p和总数实际值P。Lincoln指数法实验记录次数12345a总数估算值的平均值p总数实际值Pnr【思考题】（1）Lincoln指数法调查中的使用范围是什么？其可靠程度如何？（2）采用Lincoln指数法调查种群数量时取多大的样方才可以更好的估计种群的数量？【探索性实验】取样计数过程中，一般实验组用100ml的烧杯，另一半实验组用50ml的烧杯，并比较实验结果。二 生命表的编制生命表是表达种群死亡过程的有力工具。通过编制生命表，可获得有关种群存活率、存活曲线、生命期望、世代净增值率、增长率（综合生命表）等有重要价值的信息。根据生命表所列数字的来源和类型，可将生命表分为动态生命表（又称同生群生命表，追踪同生群存活数和死亡数作为基本数据列入表中）、静态生命表（根据一次大规模调查，以不同年龄个体存活数作为基本数据列入表中）和综合生命表（在上述生命表中加入带便世代繁殖信息的数据）。建立野外生物的动态生命表往往需要结合运用标记重捕技术，而且该方法由于要追踪生物从出生到死亡的整个过程，不太适用于寿命很长的生物的研究。静态生命表的编制需要一次大量采集数据，以使样品能够代表整个种群的构成，而且由于各同生群之间的出生率、死亡率不尽相同，容易出现较大的误差。【实验目的】（1）通过实验操作，掌握生命表的编制方法。（2）学会分析生命表。【实验原理】依据生物性质划分年龄阶段（如1个发育期、1个月、1年、5年等）作为表中最作边的一列x，观察同一时期出生的同一群生物从出生到死亡各年龄段开始时的存活情况，将观察值nx列在x值右边一栏，根据这些观测值即可算出表中其他栏目的数据。动态生命表中数据栏目由左至右依次为：x（年龄段）；nx（x期开始时存活数目）；lx（x期开始时的存活率）；dx（x到x+1期间的死亡数目），qx（x到x+1期间死亡率）；Lx（x到x+1期间的平均存活率）；Tx（超过x龄的个体总数）；ex（x期开始时的平均生命期望或平均余年）。各栏数据的关系如下：lx = nx/n0, dx = nx nx+1, qx = dx/nx, Lx = (nx +nx+1) /2，Tx = Lx + Lx+1 +Lx+2 + Lx+3 +.+ Lmax, ex = Tx/nx. 如果在生命表中加入mx相，用来记录各年龄的出生率，即构成综合生命表。【实验器材】骰子、烧杯、记录纸、绘图纸、笔等。【方法与步骤】（1）以骰子数量代表所观察的一组动物（如海豹）的同生群，给每个实验组发30只骰子，1个烧杯。（2）通过掷筛子游戏来模拟动物死亡过程，每只骰子代表一个动物，所以开始时动物数为30，年龄记为0。掷骰子规则：将烧杯中骰子充分混匀，一次全部掷出，观察骰子的点数，1、2、5、6点代表存活个体，3、4点代表死亡个体，投掷一次骰子代表一年。将投掷次数作为年龄记在表3-3最左边一栏（年龄x）中，将显示1、2、5、6点的骰子数作为存活个体数记在表3-3存活个体数nx一栏中。表3-3 动态生命表年龄x存活个体数nx存活率lx死亡数dx死亡率qxLxTxex012.n（3）将“死亡个体”去除，“存活个体”继续放回烧杯中重复以上步骤，直到所有动物全部“死亡”。（4） 按上面公式计算生命表中其他各项的数值，完成表3-3.【结果与分析】以年龄x为横坐标、lglx为纵坐标作图，看看得到一条怎样的存活曲线。【思考题】（1）在上述掷骰子游戏中，如果在投掷两次后，假定投出5点的为繁殖个体，每个繁殖个体的后代数量为2个，但投掷超过8次后取消该假定，恢复为开始的基本假设，试将mx栏列入上述生命表中，构建一个综合生命表，并计算种群的增长率。（2）修改投骰子游戏的假设，以改变种群的出生率和死亡率，看存活曲线和种群增长率会随之发生怎样的变化。实验三 种内（种间）竞争一、工作目标:1、通过选定植物的盆栽实验，观察和了解植物的自然稀疏现象及竞争规律。2、掌握植物栽培和管理的基本技术，提高学生动手能力、观察能力和实验数据分析和处理能力。二、工作任务与内容:1、西红柿和黄瓜种子（或小麦和玉米）栽培。2、植物种内种间竞争现象观察。3、观测记录盆栽植物生长状况。4、分析植物种内种间关系。三、工作材料：西红柿和黄瓜种子（或小麦和玉米）、培养器皿、培植土壤、标签、铅笔、剪刀、纸袋、烘箱、天平等四、工作方法与步骤：将西红柿和黄瓜（或小麦和玉米）种子按不同比例混合播种，实验分组进行。1、每组取培养器皿（或花盆或圃地）9只（或个或块），分别贴号标签（组别、播种比例、播种日期）。2、将土壤和厩肥充分拌匀，分别装满培养器皿（或花盆或圃地）9只（或个或块），刮平，使土壤稍低于盆口（或圃地整平），用喷壶浇透水。3、按表13-1提供的参考播种数量播种。要求播种均匀，再覆薄层培植土，以不见种子为宜。表13-1 各盆植物种子播种量（粒）123456789种1510152025030150种22520151053000154、利用实验室条件，设计集中安放花盆的位置。5、各组编制值日表，轮流观察记录（表2）和护理。6、实验结束时测平均苗高、称鲜重和干重等。五、结果统计与分析： 将盆栽植物生长状况记录在表13-2中。表13-2 盆栽植物生长状况观测记录表观测时间： 观测人：编号123456789出苗数平均苗高鲜重干重比较两种植物的出芽率、各期存活率、收获时的鲜重和干重三项指标，分析两者竞争中的优势，讨论竞争机理。利用所学的统计学知识作图报告分析结果。六、结论与建议：1、设计密度适当：因资源利用性竞争的强度与资源量呈反比关系。资源一定的前提下，一定限度实验植株数越多，竞争效应越明显高，因此播种密度应适当高于环境承载量。2、培养条件应保持一致：环境因子对实验的影响非常复杂，实验中应对实验植物的培养条件严加控制，尽可能地减小非设计因素干扰性效应，以利于实验结果的易读和可靠。本实验严格控制好光照和水分条件的一致。实验四植物群落物种多样性的测定生物多样性是指生物中的多样化和变异性以及物种生境的生态复杂性。它包括植物、动物和微生物的所有种及其组成的群落和生态系统。生物多样性可分为遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次。物种多样性具有两种涵义：一是指一个群落或生境中物种数目的多寡（数目或丰富度）；二是指一个群落或生境中全部物种个体的数目分配状况（均匀度）。群落的复杂性可以用多样性指数来衡量。植物群落的多样性是群落中所含的不同物种数和它们的多度的函数。多样性依赖于物种丰富度（物种数）和均匀度或物种多度的均匀性。两个具有相同物种的群落，可能由于相对多度的分布不同而在结构和多样性上有很大差异。在不同空间尺度范围内，植物多样性的测度指标是不同的，通常分为-多样性、-多样性和-多样性三个范畴，其中-多样性是指在栖息地或群落中的物种多样性。一实验目的掌握植物群落多样性的-多样性测定方法；加深物种多样性对植物群落重要意义的认识。二实验器材1.实验器材样方测绳（100m），皮尺（50m），卷尺，测高仪，GPS，海拔仪，计算器，标本夹等。2.调查统计表：依照表1、表2和表3印制野外群落调查统计表表1森林群落样地标本情况调查表调查者：样方号：日期：植物群落型：地理位置纬度：经度：海拔：地貌：土壤类型：坡向：坡度：地形：坡位：群落内地质情况：人为及动物活动情况：表2森林群落样方乔木层调查表乔灌层： 样方面积： 总郁闭度：树种名称株数胸径/cm高度/m郁闭度1234：表3 森林群落样方灌草层调查表灌草层： 样方面积： 总盖度：树种名称多度盖度平均高度/ cm1234：三方法与步骤1. 样地的选择 样地是指能够反映植物群落基本特征的一定地段。样地的选择标准是：各类成分的分布要均匀一致；群落结构要完整，层次要分明；生境条件要一致（尤其是地形和土壤），最能反映该群落生境特点的地段；样地要设在群落中心的典型部分，避免选在两个类型的过渡地带；样地要有显著的实物标记，以便明确观察范围。在符合上述五个选择标准的基础上确定样地，并将样地基本情况记入表1中。2.群落类型及样方大小的选择在野外选择一个天然次生落叶阔叶林群落，按样地的选择标准选择样地。可采用样方面积为10m×10m，并将10m×10m 的样方划分为5m×5m的4个网格的小样方。3.群落内各数量指标的调查乔木层数据调查：在每个5m×5m的小样方内识别乔木层树种的数目，目测出样方的总郁闭度。然后统计每个树种的株数，测量胸径、树高以及目测每个树种的郁闭度。并将数据记录到表2中。灌草层数据的调查：在同样的5m×5m的小样方内识别灌木层中的物种数，目测每个灌木种类的盖度、平均高度以及多度。在10m×10m的样方中随机选取5个1m×1m的草本植物样方，然后进行草本层每个植物物种的盖度、平均高度以及多度有调查，并将数据填入表3中。地理数据的测定 运用GPS（全球卫星定位系统）测定每个样方的经度与纬度。GPS给出的海拔高度误差较大，所以再用海拔表校正海拔高度。用坡度仪测出样地山体的坡度，并测出坡向。判断土壤类型、土层厚度、地形以及群落内人类活动等情况。将这些数据及情况填入表4中。注意这些地理数据与群落内的其它情况记录越详细，就越有利于对群落物种多样性高低的环境理解。表4 不同森林类型中物种多样性指数随海拔变化情况群落类型多样性指数不同海拔高度（相对高差100 m）海拔1海拔2海拔3落叶阔叶林DH针叶林DH针阔叶混交林DH4多样性指数的计算植物尤其是草本植物数目多，且禾本科植物多为丛生的，计数很困难，故采用每个物种的重要值来代替每个物种个体数目这一指标，作为多样性指数的计算依据。因此，首先按照下面的重要值的计算公式，计算出每个物种的重要值，再将每个物种的重要值代入辛普森多样性指数和香农-威纳指数计算公式中，分别计算群落的多样性指数。辛普森（Simpson）多样性指数（D）：式中：Pi 种i的重要值； S物种数目。香农-威纳(Shannon-weiner)指数（H）式中：Pi 种i的重要值；S物种数目。重要值的计算方法：乔木的重要值（相对密度+相对优势度+相对频度）灌木和草本植物重要值（相对密度+相对优势度+相对频度）式中：相对密度= 每个种的密度/所有种的密度之和×100 相对高度= 每个种的所有个体高度这和/所有种个体高度之和×100 相对优势度= 每个种所有个体的胸径断面积和/所有种个体的胸径断面积和×100 相对盖度 = 每种的盖度/所有种的盖度之和×100四探索性实验应用辛普森多样性指数（D）和香农-威纳指数（H）的计算方法，在同一地区，试根据表4的要求，对落叶阔叶林群落、针叶林群落和针阔叶混交林群落的物种多样性进行调查与计算，将结果填入表中，分析结果并回答下列问题：1.落叶阔叶林群落、针叶林群落和针阔混交林群落多样性随海拔高度的变化规律有何差异？为什么会有这种差异？2.相同海拔下，落叶阔叶林群落、针叶林群落和针阔叶混交林群落多样性有什么不同分析原因。实验五 重金属对水生动物的毒性实验一实验目的1、了解自然界重金属的分布、来源。2、了解重金属对水生动物的毒害。3、掌握判断重金属对水生生物毒性的实验方法二 实验原理微核技术是利用环境污染物能引起DNA损伤、诱发染色体畸变而在细胞核外形成微核的原理，从而检测诱变物质对染色体损伤的一种较为简便的遗传毒理学方法三 实验材料鱼、解剖刀、盖玻片、吉姆萨染液、显微镜等四 实验步骤1、实验生物 采集清洁池塘中的小鱼，染毒前10 d饲养于经曝气后的自来水内，水温为2022。每周换水3次，每天投放一次磨细的饲料，试验时挑选处于变态期发育状态良好的个体为材料。2、配制重金属离子梯度浓度0.01mg/L、0.02mg/L、0.04mg/L 铜 铬 铅3、染毒每组投放4条鱼。染毒时间均为1周。染毒1周后若全部活，转移到经曝气后的自来水中，6 h后处死制血涂片。每一浓度中随机取2条鱼进行采样处理。4、血涂片制备取鱼，吸干体表水分，尾部取血涂片，甲醇固定15 min，5%Giemsa染液（pH值为6.98）染色15 min，晾干。每只蝌蚪制备一张血涂片。5、数据记录及结果分析镜检涂片均匀区，沿“弓”字型路线观察，每张片子观察1000个红细胞，记录微核及核异常的细胞数，观察结果以千分率（）表示。微核细胞率（）=具有微核的细胞总数/观察细胞总数×1 000；核异常细胞率（）=具有核异常（除微核）的细胞总数/观察细胞总数×1 000微核位于细胞质中，与主细胞核分开，形状呈圆形或椭圆形，边缘光滑，染色性质与主细胞核一致，大小为主核的1/3（将含有多个微核细胞记为一个细胞）。异常核位于细胞质中，形状不规则，如核内凹、核变形、核破裂、核内有空泡、周围不光滑、染色性质与主细胞核不一致。五、作图分析实验六 淡水水域初级成产力的测定一、实验目的1、掌握水域生态系统初级生产力的测定方法2、了解水域生态系统初级生产力在垂直空间中的分布规律，评价该水域生态系统的优劣二、实验器材1、 仪器与设备采水瓶（250ml细口薄玻璃磨口试剂瓶）、黑色塑料布袋（套在西口瓶外，以不透光为原则）、线绳、采水瓶支架、浮子采水器、白塑料布块、吸管、剪刀、水下照度计、铁架台、天平、三角瓶、移液管、滴定瓶等。2、试剂三、方法与步骤1、水域生态系统的选择在学校周围选择一个水深2m以下的湖泊，做为测定淡水水域生态系统初级生产力的场所。同租用船只以备实验之用。注意采水和挂瓶的地方应当比较开阔，不要有大树或高楼遮挡了光。2、挂瓶层数 一般浅水湖泊可在水深0.0m、0.5m、1.0m、2.0m和3.0m处分别挂采水瓶。每层取两个重复样本。按照设计水层安装好挂瓶支架。每层支架可挂2个采水瓶（包括1个用黑塑料布袋包住不透光的黑瓶和1个白瓶），各层另有一个初始采水瓶。对于较深的湖泊，采水层需要用水下照度计测量照度后再确定挂瓶层数，即先测定水中有光层的深度（接收表面照度1%），按照表面照度100%、50%、25%、10%、1%的深度分层。3、 取样与挂瓶曝光首先，对各层的挂瓶进行编号。取水要用专用的采水器，每层各瓶中所灌入的水样一定要是采水器同一次采集的水。在向每层瓶中灌水时，一定要把采水器的胶管插入瓶底，待瓶灌满后还要继续灌入，使溢流出瓶容积的1/3-1/2的水量，以保证在瓶中没有混入空气。初始瓶中要立即加入硫酸锰与碱性碘化钾对溶解氧进行固定，盖紧瓶塞，装入采集筐中。对用作白瓶的，在盖紧瓶塞后，再用白塑料布将瓶口扎紧。然后，将同一层的黑、白瓶的瓶颈牢固地固定进行曝光培养。注意在支架下面坠一个重物使支架保持垂直状态和不致被风吹走。4、曝光时间与取瓶 一般采水瓶需要在水中悬挂24小时（或根据实际情况决定悬挂时间）。按时取出支架，将挂瓶从支架上解下来，打开瓶塞，分别加入硫酸锰与碱性碘化钾，对黑、白瓶进行溶解氧的固定。如果光合作用很强，氧过饱和，在瓶中形成大的氧气泡，应将瓶稍微倾斜，小心打开瓶塞加入固定剂，然后带回实验室进行测定。5、溶解氧的测定 测定各层各瓶水样中的溶解氧。6、计算（1）水层日生产量mg(O2)/L的计算方法：净生产量 = 白瓶溶解氧量 - 初始瓶溶解氧量呼吸作用量 = 初始瓶溶解氧量 - 黑瓶溶解氧量总生产量 = 净生产量 + 呼吸作用消耗量思考题（1）淡水水域生态系统初级生产力的高低受什么因素影响？（2）淡水水域生态系统初级生产力的高低在空间分布上有什么规律？ -