草履蟲(chóng)在不同溫度和不同生存空間中的Logistic增長(zhǎng)

草履蟲(chóng)在不同溫度和不同生存空間中的Logistic增長(zhǎng)小組成員：畢茂，黃亞平，李成永，楊雷雷學(xué)號(hào):2009301060049,2009301060050,2009326660076,2009301060046單位：武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物學(xué)基地班摘要：對(duì)不同溫度和不同生存空間下草履蟲(chóng)種群增長(zhǎng)的研究表明，草履蟲(chóng)的最適溫度為25°C左右，在一定限度內(nèi)，生存空間相對(duì)越大，種群密度的K值越大。關(guān)鍵詞：草履蟲(chóng)，溫度，生存空間，Logistic增長(zhǎng)前言：草履蟲(chóng)Logistic增長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)室生態(tài)學(xué)中的重要實(shí)驗(yàn)。草履蟲(chóng)是單細(xì)胞原生動(dòng)物的代表,對(duì)水質(zhì)，溫度，生存空間和pH值都有較廣的適應(yīng)范圍。由于其結(jié)構(gòu)典型，易于觀察，容易取材和培養(yǎng)，個(gè)體大，繁殖快，草履蟲(chóng)成為種群Logistic增長(zhǎng)的理想材料。但是由于草履蟲(chóng)的生態(tài)習(xí)性，生殖方式不穩(wěn)定，容易受培養(yǎng)的環(huán)境條件而改變，實(shí)驗(yàn)的成功率比較低。此次實(shí)驗(yàn)小組選擇對(duì)草履蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)有影響的溫度和生存空間因子進(jìn)行研究，來(lái)探究草履蟲(chóng)的最適溫度和生存空間。種群增長(zhǎng)與Logistic方程在自然條件下，因受空間，食物等必需資源的限制，動(dòng)物種群不可能呈J”型增長(zhǎng)。隨著數(shù)量的上升，個(gè)體間對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)相應(yīng)增加，以致影響種群的生長(zhǎng)率和存活率，使種群增長(zhǎng)率下降，種群數(shù)量停止增加甚至下降。Logistic方程是描述在資源有限的條件下種群增長(zhǎng)規(guī)律的一個(gè)最佳數(shù)學(xué)模型。Logistic方程表達(dá)式如下：dN/dt=rN[1-(N/K)]式中，N是在時(shí)間t時(shí)的種群數(shù)量，K是環(huán)境條件所允許的種群數(shù)量的最大值，r是種群的瞬時(shí)增長(zhǎng)率。Logstic增長(zhǎng)方程所描述的增長(zhǎng)曲線呈“S”型，如圖所示：該模型有2個(gè)基本假設(shè)：設(shè)想存在一個(gè)環(huán)境條件所允許的最大K值,當(dāng)種群數(shù)量達(dá)到K值時(shí)不再增長(zhǎng)，即dN/dt=0假設(shè)制約種群增長(zhǎng)的因素是簡(jiǎn)單地與個(gè)體數(shù)量的增加成正相關(guān)。1.材料與方法1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室中有四個(gè)恒溫箱，溫度分別是15°C、20°C、25°C、30°C。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將草履蟲(chóng)分別在這四個(gè)恒溫箱中培養(yǎng)，來(lái)觀察溫度對(duì)草履蟲(chóng)種群增長(zhǎng)的影響。一般設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)草履蟲(chóng)的初始密度為5?10只/ml,為了探究生存空間對(duì)草履蟲(chóng)數(shù)量的影響，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種容量來(lái)初步觀察生存空間的影響。1.2材料與儀器實(shí)驗(yàn)材料：草履蟲(chóng)主要儀器;大錐形瓶，小錐形瓶，顯微鏡，恒溫箱，EP管，玻片，吸管，燒杯，鍋，漏斗培養(yǎng)基：稻草煎出液1.3試驗(yàn)方法與步驟培養(yǎng)液配制取稻草10克，剪成長(zhǎng)5cm左右的小段，放在1000ml水中煮沸30min,冷卻后紗布過(guò)濾，濾液置于加蓋燒杯中，共三次。保存24h后使用。計(jì)數(shù)方法處死計(jì)數(shù)用移液管吸取0.2ml草履蟲(chóng)液放入EP管中，然后加一滴5%乙酸溶液，混勻。稍后，在顯微鏡下數(shù)出所有草履蟲(chóng)的個(gè)數(shù)。活體計(jì)數(shù)直接用移液管吸取0.2ml草履蟲(chóng)液放入EP管中，然后在顯微鏡下計(jì)數(shù)。草履蟲(chóng)的接種與培養(yǎng)12月15日，取1ml原液，處死后在鏡下計(jì)數(shù)：4+6+7+7+23+1+2+1+3+2+1+1=5812月16日，取0.5ml草履蟲(chóng)液，處死后計(jì)數(shù)：8+7+2+10+11+1+1=40前后兩天草履蟲(chóng)密度有所變化。以第二天測(cè)得為主，參考第一天數(shù)據(jù)，取原液15ml，分別置于4個(gè)含有200ml培養(yǎng)液的錐形瓶和4個(gè)含有50ml培養(yǎng)液的錐形瓶中，然后四組大小錐形瓶分別置于15°C、20°C、25C和30C下的恒溫箱中。觀察計(jì)數(shù)每隔24h（即每天中午12:30）進(jìn)行觀察計(jì)數(shù)結(jié)果與討論2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果2.1.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（為了盡量減少誤差，計(jì)數(shù)結(jié)果沒(méi)有轉(zhuǎn)換成種群密度，而是以0.2mL為單位）15°C每次取0.2mL，計(jì)數(shù)如下天數(shù)12345678910111213215mL0235241692318336251565mL19910106438601716811

20C每次取0.2mL,計(jì)數(shù)如下天數(shù)12345678910111213215mL115181729405030102416321665mL131710986102021010411225°C每次取0.2mL，計(jì)數(shù)如下天數(shù)12345678910111213215mL916213836504148465050464965mL1126221522712421618394119

30°C每次取0.2mL計(jì)數(shù)如下天數(shù)12345678910111213215mL1344312923233919171320211665mL1518181281123153315121821

大錐形瓶中各溫度下計(jì)數(shù)匯總天數(shù)1011121315°C2416231833251520C2115181729405030102416321625C16213836504148465050464930C1344312923233919171320大錐形瓶中各溫度下計(jì)數(shù)匯總天數(shù)1011121315°C2416231833251520C2115181729405030102416321625C16213836504148465050464930C134431292323391917132021162.1.2數(shù)據(jù)與邏輯斯諦方程的擬合：dN/dt=rN[1-(N/K)]r可以根據(jù)y=ax+b來(lái)求得。其中a=r,x=t.由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差程度不同，我們只選擇一些有效數(shù)據(jù)來(lái)與邏輯斯諦方程的擬合，以求反映種群增長(zhǎng)狀況。15C215ml瓶裝中，t=10時(shí)，k=33;t=2時(shí)N=2,因此r=3.9,從而dN/dt=3.9(1-N/33)20C 215ml瓶裝中，t=7時(shí),k=50;t=2時(shí),N=15因此r=7從而dN/dt=7(1-N/50)25C 215ml瓶裝中，t=6時(shí)，k=50;t=0時(shí)，N=6,因此r=7.3,從而dN/dt=7.3(1-N/50)30C215ml瓶裝中，t=2時(shí),k=44;t=0時(shí),N=6,因此r=19,從而dN/dt=19(1-N/50)實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)論3.1.1草履蟲(chóng)培養(yǎng)1天后：(1)種群密度大致呈下降或不變趨勢(shì)，這與其調(diào)整以適應(yīng)新環(huán)境有關(guān)。(2)在25C和30C下，215mL的瓶中，草履蟲(chóng)的密度呈上升趨勢(shì)，而低溫15C時(shí)呈明顯下降趨勢(shì)，這與其生活最適溫度有關(guān)。3.1.2同一容積不同溫度下出現(xiàn)峰值的時(shí)間不同。215mL容積的峰值最先出現(xiàn)的是30C下培養(yǎng)的草履蟲(chóng)。最晚的是在15C下培養(yǎng)的草履蟲(chóng)，20C下草履蟲(chóng)出現(xiàn)峰值較晚25C下草履蟲(chóng)達(dá)到K值后持續(xù)穩(wěn)定，其穩(wěn)定期較長(zhǎng)?？梢耘袛喑?5C最接近草履蟲(chóng)的最適溫度。由此可知，低溫下峰值出現(xiàn)較晚，而適宜溫度下草履蟲(chóng)穩(wěn)定期較長(zhǎng)。3.1.3同一溫度不同容積種群密度變化不同。由于草履蟲(chóng)生存空間不同，整體來(lái)說(shuō)215mL瓶裝的草履蟲(chóng)的種群密度較大，這是由于空間相對(duì)充足，但在15C下，有兩天計(jì)數(shù)較反常。即第八天和第九天，取材誤差不可避免，而且對(duì)其他溫度下，215mL瓶裝的峰值大于65mL瓶裝的，所以可以判斷15C第九天計(jì)數(shù)屬無(wú)效記錄。從生存空間來(lái)看，215mL瓶裝的峰值必然要大于65mL瓶裝的。3.1.4種群增長(zhǎng)并沒(méi)有嚴(yán)格的按種群邏輯斯地增長(zhǎng)，而是出現(xiàn)升降波動(dòng)。3.1.5不同溫度下，草履蟲(chóng)的增長(zhǎng)速率不同。在實(shí)驗(yàn)中的四個(gè)溫度下，溫度越高，草履蟲(chóng)數(shù)量達(dá)到K值越快，這與其新陳代謝隨溫度升高而加快有關(guān)。3.1.6不同生存空間的比較可以看出,65ml瓶裝的草履蟲(chóng)增長(zhǎng)更容易表現(xiàn)出無(wú)規(guī)律性。草履蟲(chóng)數(shù)量易受環(huán)境影響，由此可以看出，生存空間不僅與種群密度有關(guān)，還與它的可活動(dòng)空間有關(guān)。草履蟲(chóng)可活動(dòng)空間越小，種群的不穩(wěn)定性越容易加劇。每個(gè)種群都應(yīng)有它的最適可活動(dòng)空間范圍。但是由于這只是一次實(shí)驗(yàn)，所以以上只是初步結(jié)論。誤差分析一取樣誤差，盡管每次取樣前搖勻，但誤差不可避免。二若不處死，草履蟲(chóng)活動(dòng)易造成誤數(shù)；若處死，酸度過(guò)大會(huì)使草履蟲(chóng)解體。三每次取樣不放回，對(duì)實(shí)驗(yàn)有一定影響。致謝非常感謝黃老師和杜老師對(duì)我們實(shí)驗(yàn)的悉心指導(dǎo)，也感謝高老師和朱老師在我們實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中給予的幫助，使我們能夠順利完成開(kāi)放實(shí)驗(yàn)。感受無(wú)論是開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的過(guò)程還是結(jié)果處理都考驗(yàn)著我們，每次計(jì)數(shù)七八個(gè)甚至更多裝片，需一個(gè)小時(shí)左右，數(shù)完后兩眼疼痛。每次計(jì)數(shù)要重復(fù)三次左右。不過(guò)有一點(diǎn)可以肯定，那就是實(shí)