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第13章 基础性实验(2)

{实验材料的选择}

本实验可供选择的实验材料很多,如各种农业害虫,可根据当地实际情况选择方便获取的材料。为了取材方便,建议选择蝗虫、蚱蜢等昆虫的卵作为实验材料。

{供参考的实验流程}

1.实验材料的采集。在合适的季节,如在晚秋蝗虫(或蚱蜢)交配季节,到野外采集交配过的雌虫带回实验室进行培养,以供产卵。

2.根据实验室条件和研究对象,可选择不同的温度梯度进行处理。本实验选择10°C、15°C、20°C、25°C、30°C 5个温度梯度,将虫卵各100个放入5个试管中,用加湿的棉花塞封口,分别放于5个恒温培养箱中培养。

3.在保持温度条件不变的情况下,每天2或3次观察记录虫卵的发育进度,记录各个管中孵化出的若虫数目,计数后去除。

4.等所有的卵都孵化出来后,建立发育历期表,并计算虫卵的发育起始温度和有效积温常数。

{操作要点}

1.每天观察记录时,还应注意试管是否处于保湿状态,若已显干燥,则应及时对棉花塞进行加湿。

2.本实验还可在变温的自然温度条件下进行,由于自然界季节的温度差异,造成不同时期饲养的个体所经历的环境温度高低不同,因而发育速率不一,从而得到多组不同日均温度下的发育历期表,计算两个常数。

{实际应用}

可对多种农业害虫建立发育速率与温度的关系式,用于预测害虫发生期。

实验2.3鱼类对温度、盐度、pH值耐受性的观测

【实验目的】

1.了解测定生物对生态因子耐受范围的方法。

2.认识影响鱼类耐受能力的因素,结合其分布生境与生活习惯,加深对谢尔福德耐受性定律的理解。

【实验原理】

不同的生物对温度、盐度、环境pH值等生态因子有不同的耐受上限和下限,上、下限之间的耐受范围有宽有窄,且生物对不同生态因子的耐受能力随生物种类,个体类型、年龄、驯化背景等因素而变化。当多种生态因子共同作用于生物时,生物对各因子的耐受性之间密切相关。

【实验仪器和材料】

1.仪器和设备

水族箱、光照培养箱、温度计、天平、纱布等。

2.材料

(1)实验动物:选择常见水生脊椎动物,如金鱼、蝌蚪等小型动物。从实验动物的易取性或经济角度考虑,也可选择河虾作实验材料。本实验以金鱼为例。

(2)试剂:2mol·L-1 HCl或NaOH溶液。

【操作建议】

1.鱼类对温度耐受性的观测

(1)建立5个环境温度梯度,分别为5℃、10℃、20℃、30℃、40℃。

(2)选择健康且大小相近的金鱼若干条,称量并记录其体重。

(3)挑选50条体重、大小相近的金鱼,分为5组,每组10条,分别置于5个温度梯度下,持续30min。

(4)观察动物的活动以及死亡情况。如果在某一温度下,动物出现行为异常或死亡,则需观察在该温度条件下动物死亡数达到50%所需要的时间。

(5)在记录金鱼在不同温度条件下行为是否存在异常或出现死亡现象。

2.鱼类对盐度耐受性的观测

(1)盐度梯度的建立。一般说来,地球上海水的含盐浓度为16%~47%。(一般为35‰),而淡水的含盐浓度只有0.01‰~‰ ~。两者相差悬殊。从淡水直到盐度为47%。的海水,都有鱼类分布。按生活水域的盐度不同,鱼类可分为以下3类。

①海水鱼类:它们适应于盐度较高的海水水域。通常海水的盐度为16%。~47‰。

②咸淡水鱼类:它们适应于河口咸淡水水域,水的盐度为0.5%。~16‰。

③淡水鱼类:它们适应于淡水水域,水的盐度低而稳定,一般为0.02%。~0.5‰。

按如下所示建立盐度梯度:

高渗环境梯度(以暴气后自来水配制食盐溶液):10%。、20%。、40%。(也可根据实验材料的不同,参照预实验的情况,设置适宜的盐度梯度);并以蒸馏水(或1%盐浓度)为低渗环境,作为对照组。

(2)实验动物称重。挑选体重、大小相近的50条金鱼,随机分为5组,计算每组鱼平均体重(±0.01g)。

(3)半数致死浓度测定。将5组鱼分置于上述盐度水体内,观察行为30min,如果正常,则停止观察;如果异常,则观察至动物死亡数到达50%所需的时间。记录数据并制图,得出半数致死浓度。

(4)观察动物的活动以及死亡情况。如果在某盐度环境下,动物出现行为异常或死亡,则需观察在该盐度环境中动物死亡数达到50%所需要的时间。

(5)在记录金鱼在不同盐度环境中行为是否存在异常或出现死亡现象。

3.鱼类对pH值耐受性的观测

(1)建立5个pH梯度,分别为3、5、7、9、11。

(2)选择健康且大小相近的金鱼若干条,称量并记录其体重。

(3)挑选50条体重、大小相近的金鱼,分为5组,每组10条,分别放入所设置的5个pH梯度的环境中,持续30min。

(4)观察动物的活动以及死亡情况。如果在某pH环境中,动物出现行为异常或死亡,则需观察在该盐度环境中动物死亡数达到50%所需要的时间。

(5)在记录金鱼在不同pH环境中行为是否存在异常或出现死亡现象。

【实验注意事项】

1.选择动物时,尽量保证各组动物的体重、大小相近。

2.如果动物出现立即死亡的情况,则需要适当调整温度、盐度和pH值。3.在盐度和pH值耐受性实验中,各组处理的水温应保持一致。

【实验拓展】

实验拓展温度对金鱼能量代谢的影响该实验的拓展方向为不同生态因子对动物能量代谢的影响,如温度、光周期、盐度等。动物可选择水生或陆生的脊椎动物。

动物呼吸需要消耗氧气,通过氧化体内的能量物质,产生能量,来维持自身的各种生命活动。然而,呼吸的耗氧量与产生能量的多少密切相关,因此,我们可通过测定动物呼吸的耗氧量,来评价生物能量代谢率的高低。

{实验材料的选择}

实验动物可选择金鱼或蝌蚪等小型动物。设备需要溶解氧测定仪、光照培养箱、水槽、呼吸瓶。若没有溶解氧测定仪,则可用Winker滴定法测定水中的溶解氧。

{供参考的实验流程}

1.将光照培养箱分别设置10°C、20°C、30°C 3个温度梯度。

2.记录气温、气压,并称量金鱼的体重。

3.将充分曝气过的自来水装入500mL的呼吸瓶中,水要装满。

4.在每个呼吸瓶中放入1条金鱼,每个温度下设置4个呼吸瓶和1个对照瓶(对照瓶中同样装满水,但不放入金鱼)。

5.将呼吸瓶放在不同温度的培养箱中,盖紧瓶塞,放置30min。

6.将呼吸瓶和对照瓶从培养箱中拿出,用溶解氧测定仪测定各瓶中的溶氧量。

7.比较每个温度下金鱼的耗氧量以及各温度下金鱼单位体重的呼吸耗氧量。

{实际应用}

为水产养殖实践提供基础资料,还有助于了解环境污染(例如盐度)对该物种的毒理作用。

实验2.4校园栽培植物的传粉学观察

【实验目的】

1.了解不同物种间建立种间有益关系的方法。

2.学习传粉生态学的研究方法,培养室外定位观察的能力和协作精神。

【实验原理】

经过自然界漫长的进化过程,许多开花植物与媒介生物之间形成了互利的协作关系(通常是原始协作关系)。媒介生物在采食开花植物的花粉、花蜜或得到其他好处时,客观上也为植物起了传粉授精的作用。

开花植物与媒介生物长期形成的互利关系,一方面,使得植物在形态结构上适应媒介生物的身体特征和行为方式;另一方面,媒介生物觅食方式也与植物的开花周期和花部特征相适应,它们之间形成了特殊的协同进化关系。

【实验仪器和材料】

1.仪器和设备

放大镜、记录本等。

2.材料

可对学校校园内栽培的常见的以动物为媒介的开花植物进行观察,如白玉兰(Magnolia denudate)、红叶李(Prunus cerasif era)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis二角梅(Opuntia stricta)、杜鹃(Rhododendron simsii)、虞美人(Papaver rhoeas)、矮牵牛(Petunia hybrida)、一串红(Salvias plendens)等。

【操作建议】

1.调查校园内开花植物的基本情况。应先了解植物在不同季节的开花状况,以便选择适宜的植物种类进行观察。如果本实验安排在早中春季(3—4月)进行,可选择白玉兰、红叶李、紫玉兰(Magnolia liliiflora)、杜鹃、郁金香(Tulipa gesneriana)、樱花(Prunus serrulata)、白兰花(Michelia alba)、迎春花(Jasminum nudiflorum)、侮棠花(Maulus spectabilis)、棟棠花(Kerria japonica)等植物;如果安排在晚春、初夏季(5—6月)进行,可选择矮牵牛、月季(Rosa chinensis)等植物;如果安排在秋季,可选择桂花(Osmanthus fragrans)、木芙蓉、虞美人、矮牵牛、凌霄(Campsis grandiflora)、一*串红、海桐花(Pittoaporum tobira)等植物;如果安排在冬季,可选择腊梅(Chimonanthus praecox)等植物。

2.观察、记录植物的开花动态。一旦选定了所要观察的植物,就要对该植物的开花动态进行观察,主要观察内容有:①花序状态(单生花还是花序?若是花序,则是什么花序?)、花的着生状况(顶生或腋生)、花的形状等。②花的形态和结构特征:花冠直径、花瓣长度、花丝长度、花丝的着生方式、柱头形态、花药与柱头是否同时成熟等。

3.观察开花植物与媒介生物之间的传粉协同关系。观察花的内部形态和结构与媒介生物的身体特征是如何相匹配的,如花的大小与媒介生物身体大小的匹配状况,花丝的长短、着生位置、给出花药的方式与媒介生物的活动方式、进出花途径的匹配状况,花吸引媒介生物的手段(花色?香味?花粉?花蜜?油脂?或其他?),柱头展开的面积及黏着度等。

4.观察、记录媒介生物的访花峰期。对新开的花进行跟踪观察(同个实验小组的同学可轮流进行),记录开花当天访花者(媒介生物)光顾的次数、密集光顾的时段,开花次日或以后几日访花者光顾的次数等。

5.观察媒介生物的种类及携粉部位。同一朵花可能会有不同的访花者光顾,应仔细观察记录访花者的种类和次数,常见的有膜翅目、鳞翅目、双翅目的昆虫及鸟类(在世界其他地区还有兽类、爬行类),如蜜蜂、黄蜂、胡蜂、姬蜂、马蜂、木蜂、菜粉蝶、眼蝶、蝇类、蛾类等。还应观察这些媒介生物携带花粉的部位及携带的花粉量,媒介生物携带花粉部位不同,其携带的花粉量差异较大,直接影响到传粉的成效。

6.记录上述观察结果并分析得出结论。综合观察记录上述传粉学特征,可以对植物通过媒介生物进行花粉传播的过程有比较清楚的认识,从中了解植物是如何适应媒介生物的形态特征和活动规律并依靠它进行传粉的,媒介生物又是如何适应花的形态、结构特征进行生活的,它们之间形成了怎样的种间有益关系。

【实验注意事项】

1.在选择所观察的植物时,应重点选择花色艳丽、具有芬芳香味、花粉量较大、花期较长的单花或一个花序中的小花依次开放的植物,不应选择风媒花。

2.为了便于观察,所选的植物以灌木、草本或小乔木为主。

【实验拓展】

实验拓展1外来入侵植物(或濒危、保护植物)的传粉学观察

本拓展方向主要考虑对不同性质的植物(如外来入侵植物、濒危植物、保护植物等)进行传粉学观察,这在实践中有广泛的应用前景。

外来入侵植物造成某些区域生物多样性下降、生态灾害频发。外来入侵植物之所以危害严重,其原因之一是它具有很强的繁殖和竞争能力,其中有许多植物是依靠媒介生物来传粉、结实的。因此,了解并掌握其传粉学特征,对于防止入侵植物的扩散有重要意义。

濒危植物和保护植物往往处在某个生态系统中的特殊位置,很多还可能是关键种。他们之所以濒危或需要人类的保护,其繁殖率低是较重要的原因。因此,了解并掌握这些植物的传粉学特征,对于保护生物学工作而言,其意义是不言而喻的。

{实验材料的选择}

外来入侵物种的观察对象可考虑加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)、微甘菊(Mikania micrantha)、喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)、水葫芦(Eichhornia crassipes)等。

濒危植物和保护植物的观察对象可考虑七子花(Heptacodium miconioides)、蓝果树(Nyssa sinensis)等。

{供参考的实验流程}

可参考上述“校园栽培植物的传粉学观察”内容。

{实际应用}

可应用于有害植物的防治及濒危植物的保护,还有助于生态农业种植技术的推广、养蜂业的发展等。

实验拓展2附生植物(或寄生植物)生长状况的生态学调查

本拓展方向是种间的不同关系及状态调查:附生植物与其附着的支撑物(在许多情况下,是其他直立的乔木或灌木植物)之间常形成偏利共生关系;寄生植物与寄主(也可能是其他植物)之间形成寄生关系。这对于理解不同物种间的共生、寄生关系,乃至处理好人与自然的辩证关系有重要意义。

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