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草履蟲實驗報告
一·實驗課題名稱
草履蟲種群在有限環境中的邏輯斯諦增長測定
二·文獻綜述（列出參考文獻）
草履蟲是一種身體很小，圓筒形的原生動物，它只有一個細胞構成，是單細胞動物，雌雄同體。喜生活在有機物豐富的池塘、水溝、洼地等，尤喜生活于細菌豐富的水中【1】。國內一些學者對草履蟲的研究頗多，其中，對草履蟲培養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和觀察方法進行了整理并作了一定改進
【2】
。郭祖寶介紹了幾種配制草履蟲培養液的材料【3】，還有學者對草
履蟲的邏輯斯諦增長方程參數進行了測定【4】。
因為環境是有限的，生物本身也是有限的，所以大多數種群的“J”字型生長都是暫時的，一般僅發生在早期階段，密度很低，資源豐富的情況下。而隨著密度增大，資源缺乏，代謝產物積累等，環境壓力勢必會影響到種群的增長率r，使r值降低。
與密度有關的種群連續增長模型，比與密度無關的種群連續增長模型增加了兩點假設：（1）有一個環境容納量，通常以K表示，當Nt=K時，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。每一個體利用空間為1/K，N個體利用N/K空間，剩余空間為1- N/K。按此兩點假設，種群增長曲線是“S”型。“S”型曲線有兩個特點：?曲線漸近于K值，即平衡密度。?曲線上升是平滑的。
產生“S”型曲線的最簡單數學模型是生態學發展史中著名的邏
輯斯蒂方程。邏輯斯蒂曲線常劃分為5個時期：(1)開始期，由于種群個體數很少，密度增長緩慢；(2)加速期，隨個體數增加，密度增長逐漸加快；(3)轉折期，當個體數達到飽和密度一半，即K的一半，密度增長最快；(4)減速期，個體數超過K/2以后，密度增長逐漸變慢；(5)
【5】
飽和期，種群個體數達到K值而飽和。
本次開放性實驗，我們也對草履蟲種群在有限環境中的邏輯斯諦增長進行了測定。
參考文獻：
【1】朱艷芳，朱力力 草履蟲的培養研究【J】 淮北煤炭師范
學院學報 1672—7177(2010)04—0044—05
【2】 候勇，張會芳，劉軍英，鄭發科 幾種常用草履蟲培養和
觀察方法及改進【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液的材料【J】 生物學
教學 2010，第9期，35卷
【4】 張燕 胡丹 王健 實驗草履蟲時滯型邏輯斯諦增長方程參
數的測定【J】2010,12
【5】 牛翠娟，婁安如，孫儒泳，李慶芬 基礎生態學【M】 高
等教育出版社第一文庫網 2007，12
三·實驗目的和要求
1.了解種群在有限環境中的增長方式，理解環境對種群增長的限制作用。
2.學習種群大小的檢驗、種群增長模型的建立、參數的估計以及種群增長曲線的擬合等實驗技術。
四·實驗條件（包括實驗材料、藥品、儀器設備等）
1.實驗材料：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·實驗原理與方法
世代重疊種群在無限環境中呈現J－型增長。但在現實生態環境中，種群不可能長期而連續地按指數增長，往往受到有限的環境資源和其它必要生活條件的限制。隨著密度的上升，種內競爭加劇，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，甚至使種群數量下降，增長曲線呈現S－型。
草履蟲在18～20℃環境中，每天分裂1次，種群增長速度快。草履蟲主要以細菌為食，同時也吞食有機質。草履蟲個體較大，觀察計數方便，適于初學者完成實驗操作。
六·實驗方案或實驗步驟設計
1、準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。或者根據學生的人數多少制備一定量的稻草培養液。
將稻草煎出液置于室溫下冷卻后，經過過濾，即可作為草履蟲培養液備用。
3、確定培養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，當在實體顯微鏡下看到有游動的草履蟲時，再用滴管取一小滴魯哥氏固定液于凹玻片上殺死草履蟲，在實體顯微鏡下進行草履蟲計數。
按上述方法重復取樣4次，對4次計數的草履蟲數求平均值，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液50mL，置于50mL燒杯中。經過計算，用移液管吸取適量的草履蟲原液放入培養液中，使培養液中草履蟲的密度在5~10只/mL左右。此時培養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驗用的燒杯罩好，并做好本組標記，放置在0C的光照培養箱中培養。 4、定期檢測和記錄
在實驗開始后8天內，每天定時對培養液中的草履蟲密度進行檢測，具體方法同方法與步驟3中的（１）和（２），求出其平均數。將每天的觀測數據記錄在觀測數據記錄表中 ５．環境容納量Ｋ的確定
將8天中得到的草履蟲種群大小數據，標定在以時間為橫坐標、草履蟲種群數量為縱坐標的平面坐標系中，從得到的散點圖中不僅可以看出草履蟲種群大小隨時間的變化規律，還可以得到此環境條件下可以容納草履蟲的最大環境容納量Ｋ。通常從平衡點以后，選取最大的一個Ｎ，以防止在計算ln[(K﹣N)/Ｎ]的過程中真數出現負值。 最大環境容納量Ｋ還可以通過三點法求得。三點法的公式為：
K=[2N1N2N3-N22(N1+N3)]/(N1N2-N22)
式中：N1，N2，N3，——分別為時間間隔基本相等的三個種群數量，要求時間間隔盡量大一些。 ６．瞬時增長率ｒ的確定
瞬時增長率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，得：ln((K-N)/N)=a-rt
如果設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
這是一個直線方程，只要求出a和b，就可以得到Ｌogistic方程。 根據一元線形回歸方程的統計方法，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
標紙上繪出Ｌogistic方程的理論曲線。看看理論曲線與實際值是否擬
合得好。
七·實驗數據的處理
八·實驗結果與分析
Logistic方程的積分式：前三天 y=-3.15x+6.63；
后五天 y=1.15x-4.016； 根據公式求出Logistic方程理論值，見上表。
分析:
（1）0-3天時, b=-r, r=3.15,隨著培養天數的增加，y逐漸減小，
當K一定時，N逐漸變大，由于草履蟲種群空間，食物均豐富，呈現J－型增長。4-8天時，r=-1.15，隨著培養天數的增加，y逐漸增大，當K一定時，N逐漸變小，隨著密度的上升，種內競爭加劇，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，種群密度逐漸下降，直至為零，種群消亡。
(2) 種群在達到最大值之后有波動，但總體趨勢是下降的。培養液0-3天時，草履蟲種群由于空間，食物均豐富，呈現J－型增長。3-4天時，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，種內競爭加劇，第3天時，草履蟲種群密度達到最大值，由于空間擁擠，食物大量消耗，故第3-4天時，草履蟲種群密度急劇下降。第4-5天時，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。
九·實驗小結（實驗存在的問題討論，分析實驗成敗的原因，提出適當的建議，實驗的收獲和體會等）
1．取草履蟲溶液時，一定要攪拌，且需多次重復取樣，以免影響實驗結果。
2．在顯微鏡下對每天草履蟲密度計數時，液滴表層常常有覆蓋物，需用解剖針小心挑去，再計數。
3．草履蟲初始種群密度應在5~10只/mL，太少，顯微計數時，數目太少，不能準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，也不能準確的反映種群密度變化趨勢。
4．通過做實驗我鞏固了查找相關文獻，撰寫文獻綜述，
設計方案等基本技能。
5．本次實驗我們也有不足的地方，開始試驗時小組分工合作意
識不是很強，耽誤了一些時間，通過此次試驗，我們學會了 團隊協作。
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