一·实验课题名称

草履虫种群在有限环境中的逻辑斯谛增长测定

二·文献综述（列出参考文献）

草履虫是一种身体很小，圆筒形的原生动物，它只有一个细胞构成，是单细胞动物，雌雄同体。喜生活在有机物丰富的池塘、水沟、洼地等，尤喜生活于细菌丰富的水中【1】。国内一些学者对草履虫的研究颇多，其中，对草履虫培养和观察方面已有一定研究，候勇，张会芳等对几种常用草履虫培养和观察方法进行了整理并作了一定改进【2】。郭祖宝介绍了几种配制草履虫培养液的材料【3】，还有学者对草履虫的逻辑斯谛增长方程参数进行了测定【4】。

因为环境是有限的，生物本身也是有限的，所以大多数种群的“J”字型生长都是暂时的，一般仅发生在早期阶段，密度很低，资源丰富的情况下。而随着密度增大，资源缺乏，代谢产物积累等，环境压力势必会影响到种群的增长率r，使r值降低。

与密度有关的种群连续增长模型，比与密度无关的种群连续增长模型增加了两点假设：（1）有一个环境容纳量，通常以K表示，当Nt=K时，种群为零增长，即dN/dt=0.（2）增长率随密度上升而降低的变化是按比例的。每一个体利用空间为1/K，N个体利用N/K空间，剩余空间为1- N/K。按此两点假设，种群增长曲线是“S”型。“S”型曲线有两个特点：曲线渐近于K值，即平衡密度。曲线上升是平滑的。

产生“S”型曲线的最简单数学模型是生态学发展史中著名的逻辑斯蒂方程。逻辑斯蒂曲线常划分为5个时期：(1)开始期，由于种群个体数很少，密度增长缓慢；(2)加速期，随个体数增加，密度增长逐渐加快；(3)转折期，当个体数达到饱和密度一半，即K的一半，密度增长最快；(4)减速期，个体数超过K/2以后，密度增长逐渐变慢；(5)饱和期，种群个体数达到K值而饱和。【5】

本次开放性实验，我们也对草履虫种群在有限环境中的逻辑斯谛增长进行了测定。

参考文献：

【1】朱艳芳，朱力力 草履虫的培养研究【J】 淮北煤炭师范学院学报 1672—7177(2010)04—0044—05

【2】 候勇，张会芳，刘军英，郑发科 几种常用草履虫培养和观察方法及改进【J】 四川动物 2009，1000—7083(2009)03—0450—02

【3】 郭祖宝 介绍几种配制草履虫培养液的材料【J】 生物学教学 2010，第9期，35卷

【4】 张燕 胡丹 王健 实验草履虫时滞型逻辑斯谛增长方程参数的测定【J】2010,12

【5】 牛翠娟，娄安如，孙儒泳，李庆芬 基础生态学【M】 高等教育出版社 2007，12

三·实验目的和要求

1.了解种群在有限环境中的增长方式，理解环境对种群增长的限制作用。

2.学习种群大小的检验、种群增长模型的建立、参数的估计以及种群增长曲线的拟合等实验技术。

四·实验条件（包括实验材料、药品、仪器设备等）

1.实验材料：水沟里的草履虫（Paramecium caudatum）.

2.鲁哥氏固定液

3.显微镜，凹玻片，100ml锥形瓶，1ml移液管，量筒，纱布，橡皮筋

五·实验原理与方法

世代重叠种群在无限环境中呈现J－型增长。但在现实生态环境中，种群不可能长期而连续地按指数增长，往往受到有限的环境资源和其它必要生活条件的限制。随着密度的上升，种内竞争加剧，必然会影响种群的出生率和死亡率，使种群每员瞬时增长率随着密度上升而下降，一直到种群停止增长，甚至使种群数量下降，增长曲线呈现S－型。

草履虫在18～20℃环境中，每天分裂1次，种群增长速度快。草履虫主要以细菌为食，同时也吞食有机质。草履虫个体较大，观察计数方便，适于初学者完成实验操作。

六·实验方案或实验步骤设计

1、准备草履虫原液从湖泊或水渠中采集草履虫。

2、制备草履虫培养液

称取干稻草5g，剪成3~4cm长的小段。

在1000mL烧杯中加水800mL，用纱布包裹好干稻草，放入水中煮沸10 分钟，直至煎出液呈淡黄色。或者根据学生的人数多少制备一定量的稻草培养液。

将稻草煎出液置于室温下冷却后，经过过滤，即可作为草履虫培养液备用。

3、确定培养液中草履虫种群的初始密度

用0.1mL移液管吸取0.1mL草履虫原液于凹玻片上，当在实体显微镜下看到有游动的草履虫时，再用滴管取一小滴鲁哥氏固定液于凹玻片上杀死草履虫，在实体显微镜下进行草履虫计数。

按上述方法重复取样4次，对4次计数的草履虫数求平均值，并推算出草履虫原液中的种群密度。

取冷却后的草履虫培养液50mL，置于50mL烧杯中。经过计算，用移液管吸取适量的草履虫原液放入培养液中，使培养液中草履虫的密度在5~10只/mL左右。此时培养液中的草履虫密度即为初始种群密度。

用纱布和橡皮筋将实验用的烧杯罩好，并做好本组标记，放置在20+20C的光照培养箱中培养。

4、定期检测和记录

在实验开始后8天内，每天定时对培养液中的草履虫密度进行检测，具体方法同方法与步骤3中的（１）和（２），求出其平均数。将每天的观测数据记录在观测数据记录表中

５．环境容纳量Ｋ的确定

将8天中得到的草履虫种群大小数据，标定在以时间为横坐标、草履虫种群数量为纵坐标的平面坐标系中，从得到的散点图中不仅可以看出草履虫种群大小随时间的变化规律，还可以得到此环境条件下可以容纳草履虫的最大环境容纳量Ｋ。通常从平衡点以后，选取最大的一个Ｎ，以防止在计算ln[(K﹣N)/Ｎ]的过程中真数出现负值。

最大环境容纳量Ｋ还可以通过三点法求得。三点法的公式为：

K=[2N1N2N3-N22(N1+N3)]/(N1N2-N22)

式中：N1，N2，N3，——分别为时间间隔基本相等的三个种群数量，要求时间间隔尽量大一些。

６．瞬时增长率ｒ的确定

瞬时增长率ｒ可以用回归分析的方法来确定。首先将Ｌogistic方程的积分式变形为

（K-N）/N=ea-rt

两边取对数，得：ln((K-N)/N)=a-rt

如果设y= ln((K-N)/N)，b=-r，x=t，那么Ｌogistic方程的积分式可以写为：y=a+bx

这是一个直线方程，只要求出a和b，就可以得到Ｌogistic方程。

根据一元线形回归方程的统计方法，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

将求得的a、r和K代入Ｌogistic方程，则得到理论值。在坐标纸上绘出Ｌogistic方程的理论曲线。看看理论曲线与实际值是否拟合得好。

七·实验数据的处理

八·实验结果与分析

Logistic方程的积分式：前三天 y=-3.15x+6.63；

后五天 y=1.15x-4.016；

根据公式求出Logistic方程理论值，见上表。

分析:

（1）0-3天时, b=-r, r=3.15,随着培养天数的增加，y逐渐减小，当K一定时，N逐渐变大，由于草履虫种群空间，食物均丰富，呈现J－型增长。4-8天时，r=-1.15，随着培养天数的增加，y逐渐增大，当K一定时，N逐渐变小，随着密度的上升，种内竞争加剧，由于空间拥挤，食物大量消耗，且积累了大量的有害代谢物质，种群密度逐渐下降，直至为零，种群消亡。

(2) 种群在达到最大值之后有波动，但总体趋势是下降的。培养液0-3天时，草履虫种群由于空间，食物均丰富，呈现J－型增长。3-4天时，草履虫种群密度急剧下降，原因可能是前3天，随着密度的上升，种内竞争加剧，第3天时，草履虫种群密度达到最大值，由于空间拥挤，食物大量消耗，故第3-4天时，草履虫种群密度急剧下降。第4-5天时，种群密度有所回升，第5天以后，种群密度逐渐下降，直至为零，种群消亡，由于食物几乎耗尽，且积累了大量的有害代谢物质。

九·实验小结（实验存在的问题讨论，分析实验成败的原因，提出适当的建议，实验的收获和体会等）

1．取草履虫溶液时，一定要搅拌，且需多次重复取样，以免影响实验结果。

2．在显微镜下对每天草履虫密度计数时，液滴表层常常有覆盖物，需用解剖针小心挑去，再计数。

3．草履虫初始种群密度应在5~10只/mL，太少，显微计数时，数目太少，不能准确的反映种群密度变化趋势；太多，草履虫种群由于空间，食物限制，也不能准确的反映种群密度变化趋势。

4．通过做实验我巩固了查找相关文献，撰写文献综述，设计方案等基本技能。

5．本次实验我们也有不足的地方，开始试验时小组分工合作意识不是很强，耽误了一些时间，通过此次试验，我们学会了

团队协作。

第二篇：草履虫培养实验报告

培养草履虫

实验目的：分别用配置的5种培养液培养草履虫，以探索培养草履虫适宜的条件

实验材料：烧杯、试管、解剖针、电池、载玻片、显微镜、血球计数板。

实验内容：分为草履虫的采集、纯化、培养等几部分。

1、 草履虫的采集

1.1 水温较高时草履虫的采集

在气候温暖的季节，可以到水沟、池塘采集草履虫。在采集时要选择枯枝落叶多的地方，用清洁的试管、小广口瓶或小烧杯沿水面采集池水。向光观察，如果发现其中有针尖大小的小白点在游动，则可能是草履虫；或者在比较肥沃、水不太流动、沟水较浅、淤泥黑色的污水沟、河沟或池塘里。用器皿轻轻刮取泥表乳白色的薄膜。连同少许的水放于瓶中。即可采集到草履虫。

1.2 水温较低时草履虫的采集

一般认为采集草履虫都在夏季进行。但有人认为夏季水温高，适宜草履虫生活，草履虫在水中活动频繁，不易采集。冬天水温低，草履虫不会自由流动，而且缩成一团沉于水底，这时采集可以防止以上不利条件。采集时可以用小铁锤在冰层上打开一个小洞，由于冰下压强大于冰上压强，使水向上喷，水下球状的草履虫包囊(草履虫在低温等不适环境中便形成包囊)也随水喷出，这时用清洁的试管、小广口瓶或小烧杯采集水样则很容易得到球状的草履虫。采集回来以后放在20℃左右的环境下培养。

2、 草履虫的纯化

牛肉汁、电场分离纯化培养法: 草履虫对牛肉汁的敏感性很强，但单纯的使用牛肉汁，分离速度较慢；草履虫在电场中有向阴极的应激性，即当直流电通过其培养液时，草履虫会向阴极快速游动，其安全电压为4~ 12伏。在牛肉汁和电极的双重刺激下，分离会快速有效地进行。具体操作如下：取新鲜牛肉50 g，加水1000 mL，煮沸1 h后，以纱布过滤，取上清液，放凉备用，即为牛肉汁。分离时取载玻片平放于解剖镜的载物台上，用微吸管吸取牛肉汁一滴滴于载玻片一端，吸取待分离的培养液一滴，滴于载玻片另一端，两滴间距2 cm左右。用解剖针从肉汁一端划一条引渡线到含有草履虫的水滴上。设置6伏直流电(采用干电池较好)，负极放于牛肉汁上正极放于待分离液中，如图8所示。镜检，可观察到草履虫很快经引渡线到牛肉汁一端。待草履虫聚集较多时，用纱布切断引渡线擦去分离液。用干净滴管把含草履虫的牛肉汁吹入以上分装的培养液中。如此重复操作几次，然后将培养液放在20℃ 温度下继续培养5~ 7天，就会有大量草履虫繁殖出来。

3、 培养草履虫

3.1五种培养液的配置

3.1.1稻草培养液：取新鲜洁净的稻草去掉上端和基部的几节剪成2．0～3．0厘米长的小段，按1克稻草／100毫升水的比例放人烧杯中煮沸10分钟并用蒸馏水补足蒸发掉的水分。盖上双层纱布于烧杯口上放置24小时即可接种草履虫。盖上双层纱布的目的是使空气中的细菌可以进人培养液而其它生物不能进入故不用玻璃盖。

3.1.2麦粒液培养液的制备：按5克麦粒／1000毫升水的比例加入烧杯中煮到麦粒裂开用蒸馏水补足蒸发掉的水分。盖上双层纱布于烧杯口上放置24小时即可用于接种草履虫。

3.1.3玉米粒培养液：称取15g玉米粒放入容器中加1 000mL蒸馏水，煮沸15 min冷却、过滤、定容后分装制成浓度为1. 5%的玉米粒培养液备用。

3.1.4 酵母片培养：称取干酵母2 g放入容器中加1000mL蒸馏水，摇荡均匀使其充分溶解，定容后分装制成浓度为0. 2%的酵母培养液备用。

3.1.5熟鸡蛋黄培养液：称取0. 2 g熟鸡蛋黄，磨碎放入容器中加60 mL蒸馏水，摇荡均匀使其充分溶解，定容后分装备用。

3.2其他培养条件

草履虫能否大量繁殖取决于它的生活环境是否适宜。以上培养液无论煮沸与否均要放进恒温箱中在25℃ ~ 30℃ 下培养1~ 2 天，目的是促使培养液长出细菌以便接种草履虫后供草履虫索饵。同时草履虫在相当大的pH范围内（5.0~10.0）均能正常生长，最适生长繁殖pH 值是7. 0左右因此在培养液制备时要调整PH 值使其在适宜生长范围内。另外,适宜个体生长和繁殖的条件也有差异。

3.3记录数据

培养过程中，每天定时计录5种培养液中草履虫的密度。

实验结果：五种培养液中草履虫密度测定 单位（ 个/ml）

分析：