试验一种群的Logistic增长模式

生态学实验指导

浙江大学生命科学学院

生物科学系

生态学课程组

2012年2月

目录

前言 (1)

实验一、二种群增长观测及Logistic增长模型 (2)

实验三、四代谢生态-群体密度调控指数确定 (4)

实验五、六环境诱导细胞钙信号对气孔开闭的调控 (6)

实验七、八群落物种多样性测定与计算 (8)

实验九、十城市植被与土壤碳特征的关系 (10)

实验十一、十二城市树木年龄与生产力关系 (15)

实验十三、十四植物吸收水中铵氮能力比较分析 (16)

实验十五、十六植物吸收水中硝氮能力比较分析 (18)

前言

“工欲善其事，必先利其器”——在科学研究的构成中，方法占有极其重要的意义，甚至可以说，一部科学发展的历史就是一部科学方法不断发展的历史。生态学是生命科学的一个分支学科，同其他学科一样，实验是其最重要的内容。掌握基本方法，掌握基本技能，对于理解生态学理论，并将之运用于实践，具有重要意义。

在科学方法论中，实验是狭义的。包括我们经常说到的观察和实验两个内容。科学观察是指在自然条件下，人们对自然现象进行搜集、描述和记载的一种手段。在各种科学手段十分发达的今天，观察依然是生态研究中的重要方法。目前生态学中的观察主要有野外观测（包括野外考察和定位观测）和实验室（包括试验田）观察两大类。

依照研究目的，使用科学仪器和设备，有意义地去控制自然过程条件，模拟自然现象，避开次要矛盾，突出主要因素，在特定条件下去探索客观规律，认识客观世界，这种方法即实验方法。生态学中的实验方法主要有原地实验和人工控制实验两类。原地实验是在野外条件下通过某些措施获得某个因素的变化对生物的影响及生物的响应数据。例如，在牧场进行围栏可以分析出食草动物对群落结构和生产力的影响；在田间人工“小岛”上接种昆虫，以观测昆虫出现后的生态关系变化，等等。人工控制实验是在受控条件系统中研究单项或多项因子对目标的作用，如人工气候箱中的实验。

在科学研究中实验只是手段，由观察、实验获得的大量第一手资料，需要经过比较与分类，进一步进行归纳、演绎、分析、综合，进行逻辑思维与抽象（经常要用到模型方法，进行逻辑思维与抽象，形成概念，提出假说，发展成理论。因此，生物科学的研究过程中不能只动手，而应该同时动脑。

生态学实验不是一般的验证实验，而是探索型实验。同学们必须对实验数据进行充分的比较\综合和分析，最后得出自己的结论。这期间需要阅读科学文献，共享其他成员和实验组的数据，并按照科学论文的格式进行写作。

迈开了解和参与科学研究的第一步，你的投入越多，你的收获越丰!

实验一、二 种群增长观测及Logistic 增长模型

一、实验原理

自然种群的增长总会受到食物、空间和其它资源或生物的制约，是有限的增长。在有限的环境条件下，开始时因种群基数小增长缓慢，随后逐渐加快，然后，又由于环境阻力逐渐增加，增长速度又逐渐变缓。当种群数量达到其环境资源所能维持的最大数量即环境容纳量或平衡水平时，种群停止增长并维持下去。因此，种群的个体出生率和死亡率都随着种群密度的变化而变化。由于环境对种群增长的限制作用是逐渐增加的，所以增长曲线呈S 形，其数学模型可用Logistic 方程来描述：

)(k

N k rN dt dN -=

式中dt

dN 是种群的瞬时增长量，r 是种群的内禀增长率，N 是种群大小，k 是环境容纳量，k

N k -代

表环境阻力。当N ＞k 时，0<-k

N k ，种群数量下降；N ＜k 时，0>-k

N k ，种群数量上升；N=k

时，0=-k

N k ，种群数量保持不变。Logistic 方程的解析解为：rt

t e N k

N --+=

)1(

10

，N 0是种

群起始数量。利用此式可以求出在Logistic 增长过程中任一时刻的种群数量。

自然界中酵母、果蝇、草履虫、藻类等种群的增长过程比较符合Logistic 增长曲线，其他高等生物的增长，包括人类，也可以应用Logistic 模型研究。当然，Logistic 模型表示的是一种理想化的状态，受到一些假设条件的限制，在实际运用时还需要加以改进。

本实验选用培养技术环节较为简单的小球藻作为实验材料，通过测定其光密度来观察小球藻种群的增长动态。在一定的中密度范围内，单位空间的植物种群叶绿素含量与种群大小之间呈正向线性关系，而叶绿素含量与其吸光度之间也存在正向的数量关系，因而小球藻光密度的变化能够反映其种群数量的变化。

二、目的要求

1．了解小球藻的培养过程和观察方法

2．了解Logistic 模型，掌握Logistic 增长曲线绘制的一般方法。运用模型进行种群增长的分析。

三、实验设备与材料

光照培养箱，三角瓶，分光光度计；小球藻，小球藻培养液。

四、实验准备

1．小球藻培养液的配制

2．藻种的活化

取10 ml 藻种转至三角瓶中，并加入100 ml 培养液，在25℃、12 h 光照条件下，培养一周；然后再按同样方法连续转接培养3-4次，即可用来测定Logistic 增长动态。

五、实验步骤

1．取10ml 藻种培养液转移至250 ml 三角瓶中，加入100 ml 培养液，振荡均匀，测定OD 650

值（以培养液作为空白对照），重复3

次，取其平均值作为起始浓度，；

2．三角瓶置于光温培养箱中，在25℃、12 h 光照条件下连续培养一周，每天定时观测一次（测定前振荡均匀），记录OD 650值；

3．根据测定的OD 650值绘制小球藻种群的增长曲线。

小球藻培养液观测记录表