逍遥学能 2014-08-03 15:32
由于种群密度调查的实验有利于学生科学思想与创新能力的培养，因此近年来各级考试中种群密度调查的实验题出现的频次较高，不仅考查形式新颖，而且趋向于开放性与探究性。现将种群密度调查的一些方法归类分析如下，供师生参考。
一、标志重捕法
标志重捕法是指在被调查种群的生存环境中捕获一部分个体，将这些个体标志后再放回原来的环境，经过一段时间后进行重捕，根据重捕中标志个体占总捕获数的比例，来估计该种群的数量。常用于动物种群密度的取样调查，适用范围是活动能力强和活动范围大的动物，如哺乳类、鸟类、爬行类、两栖类、鱼类等。计算公式是：标志个体总数/种群中个体总数=重捕中所含标志数/重捕个体数。
注意事项：①个体被捕捉的概率相等，与标记状况、年龄和性别无关。②标志物和标志方法对动物不能产生有损其寿命和行为的伤害。③标志不能过分醒目，防止改变其与捕食者之间的关系，最终导致结果失真。④标志个体与未标志个体的混合所需时间需要正确估计。⑤标志物必须能够维持一定的时间，在调查研究期间不能消失。⑥调查期间无迁入或迁出、出生或死亡。
例1 野生动物研究所对某草原的一种野兔进行了调查，所调查区域的总面积为2 hm2。统计所捕获野兔的数量、性别等，进行标记后放归；一段时间后进行重捕与调查。所得到的调查数据如下表：
以上是某同学对该数据的分析，你认为正确的是( )
A．综合两次捕获情况，该野兔种群的性别比例(♀/♂)约为3∶2
B．该草原野兔的平均种群密度约为250只/hm2
C．如果野兔在被捕捉过一次后更难捕捉，统计的种群密度会比实际低
D．此调查方法可以用来调查土壤中小动物类群的丰富度
解析：综合两次捕获情况，该野兔种群雌性个体60个，雄性个体40个，故性别比例(♀/♂)约为3∶2；依据标志重捕法计算公式，50/X＝10/50，推导出2 hm2有250个个体，所以每公顷125个；依据计算公式10X＝50×50，如果野兔在被捕捉过一次后更难捕捉，那么重捕的10数值偏小，计算出的种群密度X会比实际高；土壤中小动物个体小不适合标志，调查土壤中小动物类群的丰富度用取样器取样法。
答案：A
二、样方法
样方法是指在被调查种群的生存环境内随机选取若干个样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度。取样方法常常以五点取样法和等距取样法为主。常用于植物种群密度的取样调查，适用范围包括植物和昆虫卵及蚜虫、跳蝻等动等。计算公式是：设各样方的种群密度分别为nl、n2、n3……nm，则该种群密度的估计值=（nl+n2+n3+……+nm）／m。
注意事项：①宜选择双子叶草本植物，不宜选择蔓生或丛生单子叶植物为调查对象。因为丛生或蔓生的单子叶植物地上部分往往难以辨别是一株还是多株。②植物的大小不同，样方的面积也应不同，如草本为1m2 ，灌木为16m2，乔木为100m2。③样方的选取应做到随机取样、不渗入主观因素，且尽量多一些。④计数时，样方内的植物个体数量统计遵循“样方内部个体全部统计、压在边界上的只统计相邻两条界线及夹角上的个体”原则。⑤要大胆舍弃特别悬殊的数值，取多组临近的求平均值。
例2 某学生在测定一个生物种群分布比较均匀的原始森林中的山毛榉的种群密度时，采取如下操作：①选择山毛榉分布比较均匀、长5千米、宽1千米的长方形地块；②将该地块分成三等份，在每份的中央划一个样方；③样方为边长5米的正方形；④每个样方内山毛榉的数量记录如下：
样方
第一样方
第二样方
第三样方
个体数
3
5
4
请完成下列问题：
（1）根据该同学的调查，该原始森林中山毛榉的种群密度为__________________。
（2）该调查结果是否可靠？。原因是______________________________________。
解析：该同学的测定结果为：（3/25+5/25+4/25）/3=0．16株/?。在本实验中测定的结果并不可靠，原因有二：一是样方数目太小，使计算结果不准确；二是样方太小，因为测定的是山毛榉的种群密度，山毛榉是高大乔木，样方为25m2太小，应为100m2。
答案：（1）0．16株/? （2）不可靠 选取的样方数目过少，每个样方的面积太小
三、显微镜直接计数法
显微镜直接计数法是指通过显微镜利用血球计数板进行较大单细胞微生物计数的操作方法。这是一种常用的微生物计数方法，此种方法简便、快速、直观。显微镜直接计数法是将少量待测样品的悬浮液置于一种特别的具有确定面积和容积的载玻片上（血球计数板），在显微镜下直接计数，然后推算出含菌数的方法。血球计数板是常用的计菌器之一。该方法的适用范围为较大单细胞微生物。计算公式是：较大单细胞微生物个数／1mL=n个小方格细胞总数／n×400×10000×稀释倍数。
注意事项：①先将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗人。多余培养液用滤纸吸去，待细胞全部沉降到计数室底部后再显微计数。②该实验需要重复但不需对照一自身前后已形成对照；③从试管中吸出培养液进行计数之前，要将试管轻轻震荡摇匀几次。④浓度过大时需做稀释处理，但最后计算时要考虑稀释倍数。⑤压线计数规则，应遵循“计上不计下，计左不计右”的原则，即只计数样方相邻两条边上的个体。
例3 依据探究培养液中酵母菌种群的数量变化的实验过程和要求，回答下列问题。
（1）某学生的部分实验操作过程如下：
① 静置试管中吸取酵母菌培养液进行计数，记录数据；
②把酵母菌培养液放置在冰箱中培养；
③第七天再取样计数，记录数据，统计分析绘成曲线。
请纠正该同学实验操作中的错误。
（2）利用计数板可在显微镜下对微生物细胞进行直接计数。计数板是一个特制的可在显微镜下观察的玻片，样品就滴在计数室内。计数室由25×16＝400个小室组成，容纳液体的总体积为0．1 mm3。现将1 mL酵母菌样品加99 mL无菌水稀释，用无菌吸管吸取少许滴在盖玻片边缘，使其自行渗入计数室，并用滤纸吸去多余菌液。
现观察到图中所示a、b、c、d、e 5个中方格80个小室内共有酵母菌44个，则上述1 mL酵母菌样品中约有菌体________个。为获得较为准确的数值，减少误差，你认为可采取的做法是______________________。
解析：要理解实验过程中各个步骤的要求及其原因，才能更好地理解实验的原理。在实验过程中，对酵母菌的总数进行计算是很难的，所以要采用抽样检测法，每次从试管中吸出培养液时，都要进行振荡，目的是让酵母菌在培养液中分布均匀，减少计数的误差；培养酵母菌时，要提供酵母菌生活的最适条件，包括温度、无菌条件等，所以不应该放在冰箱里进行培养；7天中，酵母菌种群数量是不断变化的，所以连续7天都要取样、观察、计数，而不是仅在第7天进行计数。在显微镜下观察时，要注意多取样，取平均值，尽量减少误差，计算酵母菌总数时，要先计算出每个计数室中酵母菌的数量，然后乘以酵母菌总体积。所以上述1 mL酵母菌样品中的总数为：44÷80×400×100×1000÷0．1＝2．2×108个。
答案：（1）①应将试管轻轻振荡几次再吸取酵母菌培养液进行计数；②应将酵母菌培养液放置在适宜温度下培养；③应连续七天，每天观察、取样计数并记录数据。
（2）2．2×108 多取样、取平均值
四、取样器取样法
取样器取样法是指用专用取样器做为取样工具来取样，用于估算土壤小动物的物种丰富度。该方法的适用范围为活动能力强（不适合样方法）、身体微小（不适合标志重捕法）的土壤小动物。计算方法分为两类：①记名计算法──直接数个体数（一般用于个体较大，种群数量有限的群落）；②目测估计法一一分等级测估，如非常多、多、较多、较少、少、很少等。
注意事项：①选择的样点是林下或落叶等腐殖质比较丰富的地方。②要随机取样、不渗入主观因素。③取样器质地、大小视具体土壤而定。④诱虫器上方用热光灯，因土壤中小动物有趋湿、趋暗、避高温特性。⑤使用体积分数为70％的酒精杀死并保存标本。⑥统计体型小的土壤动物要借助显微镜。
例4 跳虫、甲螨和线虫是土壤中的主要动物类群，对动植物遗体的分解起重要作用。请回答：
（1）由于跳虫和甲螨活动能力________，身体________，不适合用手直接捕捉，常采用吸虫器等工具进行采集。
（2）现在采集大量的跳虫用于实验室培养，最好选择下图中的吸虫器________，理由是____________________________________________________________________。若要采集大量的甲螨作为标本保存，最好选择吸虫器________，理由是_____________________
_______________________________________________________________。
（3）现在一培养罐内同时培养跳虫、甲螨和线虫三个种群，若它们均仅以罐内已有的酵母菌为食，则跳虫与甲螨之间的关系是________，线虫与酵母菌之间的关系是________。
解析：（1）土壤中跳虫和甲螨活动能力较强，身体微小，不适合用手直接捕捉，常采用吸虫器等进行采集。（2）跳虫多栖息于潮湿隐蔽的场所，属于好氧型生物，湿润的棉花模拟土壤湿润环境，利于跳虫存活。（3）跳虫与甲螨都以酵母菌为食，所以两者之间为竞争关系。线虫以酵母菌为食，故线虫与酵母菌之间的关系为捕食关系。
答案：（1）较强 微小 （2）B 该吸虫器中的湿润的棉花模拟土壤湿润环境，利于跳虫存活 D 该吸虫器中的酒精可将收集的甲螨及时固定，防止腐烂（3）竞争 捕食
作者简介：周伟，生物奥赛主教练。主要从事生物教学与奥赛培训研究，近年来在《生物学教学》、《中学生物教学》、《吉首大学学报》、《新高考》、《考试报》、《素质教育报》、《中学生理化报》、《中学生学习报》、《当代中学生报》等报刊上发表文逾100篇。