实验项目生态学实验

1、生态学实验表 实验项目清单序号项目名称项目类型课时说明1植物种群空间分布格局的调查验证性5野外实验2植物多样性的测定验证性5野外实验3植物化感作用的研究设计性6室内实验实验一 植物种群空间分布格局的调查 5 课时一、实验目的通过各检验方法的实际训练，使学生认识群落中不同种群个体空间分布表现出的不同类型（随机分布型、集聚分布型、均匀分布型二、实验材料皮尺、样方框202055，l0100c三、实验原理群落中种群个体空间分布类型的检验方法研究得比较深入1922Svedberg中植物分布的非随机性，以与给出检验植物非随机性的标准方法以来，到现在已经相继提出10 多个非随机性检验的估计量。本实验选用 2

2、 检验法和Cx分布系数法检验。 2 检验法：如果一个种群的个体分布是随机的，那么各样方包含2n级数的，级数可写成下列形式：m2e-m，me-m， e-m，m33! e-m，mne-mn!其中 m 是样方中的平均个体数目，即均值x 。检验是用 2 值检验实测值（即含 0、1、2、3、n 个个体样方的分布频次）与理论期望值（即泊松理论的期望频次）是否吻合，有无显著差异。其统计量为：（实测值理论期望值2 2 理论期望值查2 分布百分比表，比较2 的计算值与查表值，通常可做出如下判断： 若2 20.01f 若2 20.05f ，可认为适合泊松分布，即属于随机分布；若20.05f 2 20.01f ，可

3、认为可能不适合泊松分布。检验时每一级的理论值必须大于 5，若小于 5，可将相邻区间合并直至满足要求。（扩散系数法Poisson统计和检验野外调查数据。分布系数Cx的统计量为：s2C=xx式中： x 均值； s2方差若C=CC=（随机分布；xxxC 1 属于集群分布。在统计学上，采用t 检验来确定C 的实测值与理论预测值 1 差异的显著xx程度。T 检验的公式为：t=实测值1s/x12标准误s2N 1式中：s标准误2N 1查表比较，差异不显著时，可认为符合泊松分布（随机分布四、实验步骤学生分组，选择所需研究的植物种群，并确定合适的样地面积。根据最小面积法确定样地面积，一般草本植物可用，灌木可用

4、5m5m可大尺度，如可用 20m20m0.2m0.2m，灌木可用 1m1m，乔木可用 5m5m。也可根据具体情况采用其它方法确定合适的样方大小。算有关统计特征数。计算2 值，Cx说明2 值检验与Cx五、思考题值法检验的结果，指出所测定种群的分布类型。个体数理论值实测值个体数理论值实测值00.0033010.0298020.1330130.3953040.8816251.5728262.3382372.9796283.3222193.29271102.93715种群空间格局分布类型的特点与可能形成原因的分析。各种数据处理和检验方法的优缺点有哪些。讨论样方大小对实验结果的影响。表1 种群空间格局样

5、方日期： 物种：一年蓬样地位置：样地面积：1m1m观测人XX：样方号12345678910111213个体数2611161265107841310样方号141516171819202122232425个体数7645101310101115913数据初步整理：总样方数N总个体数n每样方平均数x方差 252238.9213.412 2 法数据处理表差值 22.64601.30773.30181.73000.22980.0085112.38172121.77041131.21483140.774000.88560.1144150.46031160.25661160.256603.1606表 3 C

6、法数据处理表x指数计算结果检验t=1.7438C1.5034t=2.064X0.05(24)t=2.7970.01(24)结论随机分布实验二 植物多样性的测定 5 课时一、实验目的生态学意义；熟悉和掌握最常用的物种多样性指数的计算方法。二、实验材料皮尺、样方框202055，l0100c三、实验原理1种的数目speciesrichnes（species evenness or equitabilit， Simpsons index、香农-威纳（Shannon WIener）指数与均衡度指数。辛普森多样性指数Simpsons diversity inde：该指数指数假设，对无限大的群=1-随机取样

7、的两个个体属于同种的概率设种 i 的个体数占群落中总个体数的比例为Pi，那么，随机取种 i 两个个体的联合概率就为 Pi ，如果我们将群落中全部种的概率合起来，就可得到辛普森指数D，即2式中，S 为物种数目。（Shannon-Weiner index）E=H/InS式中：H 为香农指数；E 为香纳均衡度指数；Pi为第 i 个种在全体物种中的重要性比例，如以 为第iP=n/N；Siii四、实验步骤选择样方1 平方米到 平方米，密度高的样方可小些。在附近小ft块。植物应该采样带回实验室检索。并把有关数据记入下页表。物种多样性指数计算五、思考题不同环境中物种多样性的差异程度与其形成原因分析。各类多样

8、性指数计算结果的差异与分析。样方面积的大小对多样性指数的影响。表1野外群落观察记日期：样地位置：样地面积：1m1m观测人XX：种 名群落1群落2群落3群落4群落5实验三 植物化感作用的研究（4）6一、实验目的认识植物的化感作用与其对生态系统结构和功能的重要影响平研究 初步学习怎样通过实验方法来研究植物化感作用的存在；培养独立进行实验设计和科学研究的能力二、实验原理1什么是化感作用在植物群落中,常有一些植物能产生并向环境中释放一些化学物质,影响(抑制或刺激) 邻近异种或同种植物的生长和发育，这就是植物间的化感作用1937 年，奥地利科学家 H.Molisch相互Molisch 对该词的定义为：在

9、所有植物（包括微生物）化感作用的基本定义明确了化感作用的3个基本特征：1）相互作用的主客体均是植物，不包相互作用的化学物质是植物的释放到环境中的次生代 化感物质主要用于影响自身或邻近植物的生 长发育，植物释放的化学通讯（如报警）围。 80年代仅有零星报道，但自 20 世纪901990年12XX植物XX大学农学院 等单位植物化感作用的研究十分活跃。2(allelochemicals，allelopathic agents)不利的土壤条件下。植物化感物质主要通过茎叶淋溶种途径释放到环境中， 同时，种子萌发和花粉传播也是化感物质释放的有效途径。在干旱少降水的沙漠地区，植物主要 是以挥发的方式释放化感

10、物质，而在高湿度多降水地区，植物主要是以淋溶方式释放化感物质。Whittaker和 Feeny将这些化感物质分为 5(acetogenins， 将其划分为 15（1）长链简单酚类、苯甲酸与其衍生 物；（7）香豆素类；（8）黄酮类；（9）单宁；（10）萜类和甾类化 合物；（11）氨基酸和多肽；（12）生物碱和氰醇；（13）糖甙硫氰酸酯；（14）嘌呤和核苷；（15）其他化合物。李绍文类加以描述。孔 垂华等（2001）等。从目前的研究结果来看，上述各类物质中，酚类和类萜是高等植物的主要化感物质。编著的生 态57-61页、孔垂华等编著的植物化感（相生相克）作用与其应用一152-167页的详细论述和研究

11、实例，以与李寿田等的综述。3植物化感作用研究的基本思路孔垂华等（2001）将植物化感作用研究的主要内容和目的归纳为下图。以足够生物活性到达受体植物的化感物质能够被吸收并能 够影响以与物理环境等非化感物质因素产生的影响。4化感作用的生物测定生物测定是化感作用研究中非常重要的一个环节合评述。种子萌发测定：种子萌发实验是最广泛采用的生测方法。它简单，快速，仅需较少的化感物质。实验器皿通常采用培养皿，有时也用三角瓶或小烧杯。三角瓶和小烧杯 优于培养皿之处在于其保湿性能良好，允许植株长得较高；缺点是截面较小，对实验种子 数限制较大。实验基质可选用滤纸、海绵、毛毡布、琼脂、砂培、无菌浮石等。进行实验 时，

12、将经挑1-2mm1-7d。计Leather等（1986）等提出的种子萌发速(II值:I = 2(5Xl+ 4X2+ 3X3+ 2X4+lX)5这里Xi是指每隔24h发芽的种子数，X 为 24h记录的发芽数，X 为 48h记录的发芽数，依次l2类推。受体植物应根据研究目的和在野外可能的作用对象来选择。但一般性地研究某种植物是否具有化感作用，则宜选用对化感物质敏感、生长快而整齐的受体植物。通常采用作物（莴苣、萝卜、油菜、黄瓜、小麦和高粱等）而促进作用很难检测出来。杂草种子发芽率低，发芽时间长，发芽不整 齐（如不进行种子预处理往往较难得到理想的实验结果），结果的重现性也差。用杂草种子 研究化感作用对

13、种子萌发Hauglan199）24cmllcm7cm 的透明方盒的底部垫上 2 层滤纸，加入30m1 450。 这样根能直着生长，易于测量。也可在盒上标记好尺寸，每 24h 观测记录根的长度。该方法也可用于测量苗高。Leather测定幼苗干重是表示化感作用全面影响的一个敏感指标，干重分地上苗和地下根 两部分，也可根的比例。也有不少研究用幼苗的鲜重作为衡量指标。当化感物质数量有限时，可将预先发芽好的种子置于含一定浓度化感物质的培养基上 进行实验。例如，将催过芽的种子放在含有一定浓度化感物质或抽提物的琼脂试管中，胚 根和幼苗生长可在未受损伤情况下进行测量，幼苗也很容易被移出来进一步分析 1986）

14、。曹坳程介绍的一种快速灵敏的除草剂生物测定方法可以借鉴。即用 1%的琼 270C 条件下培养 72h，测量芽长和叶绿素在 660nm用循环培养液法测定根分泌物对受体植物生长发育的影响也很有效。用水培或砂培法将供组织培养法可以在较短时间内取得良好效果。化感作用机理的生物测定：化感作用机理方面的研究相对比较薄弱。化感物质 的内容。感兴趣的同学可进一步参看聂呈荣等关于三裂叶蟛蜞菊对花生化感作用法研究化感物质对受体植物养分吸收的影响。化感物质的收集方法：化感物质的潜力是通过测定挥发物、淋溶物、根部渗出物 以植物或其残体为生测材料，采用水淋洗或浸提，收集淋溶液或浸提液，进行过滤、浓缩或稀释，配成所需浓度

15、，进行生测。证实化感作用最好是用水作为 抽提溶剂并在常温条件下提取，避免用有机溶剂或热水。很多研究将植物材料进行粉碎后再进行提取和化感物质 释放出来，这并不代表化感作用的真实情况。挥发物：对挥发性化感物质的取样和分析可采用常温吸附法。在实验室中，也可将整 株植物材料或鲜叶片放在密闭容器 (常用大的干燥器) 中直接挥发生测，将受体植物种子短 时间内太少而现象不明显。根分泌物：根分泌物是活体根产生化感作用的主要途径，用浸提方法所获得的结果并 不代表通过活根产生的化感作用。通常，将供体植物在培养液或固体介质中生长一定时间 后，将培养液或培养基作生物测定或化学分析。唐崇实等（ Tang C.S.et

16、al，1982）的 CRETS 循环水培装置在水培或砂培系统中用 XAD-4 树脂收集未受干扰的根所产生的疏根 分泌物进行分离和鉴定，该方法目前在国际上已得到较广泛应用。此外，也可用绒纸吸附 和用琼脂收集根分泌物。影响生物测定的因素 :生物测定除受受体植物种类、发芽种子的数量、实验所用基质、溶液的体积、化感物质的收集方法等的影响外，还受很多其他因素如溶液的渗透和 pH 值、实验温度和光照、微生物、以与供体植物材料等的影响。一般来讲，渗透压大于 150 毫渗摩时就对很多植物的种子萌发产生显著影响（Leatheret al ，1986）。因此在研究中需要考虑植物材料与溶剂的比例，并调节好对照渗透压

17、。同时， 研究中所使用的浓度不能超过自然界中可能存在的最大浓度。土壤微生物不仅影响化感物质产生的数量，也影响化感物质的种类。有的植物体内含 有化感抑制物质，但并不表现出化感作用，可能是由于土壤中微生物活动或土壤胶粒吸附 菌的土壤进行实验。此外，植物材料的选择也有重要影响。有的植物如狗尾草、野燕麦、银胶菊等只在一定的生长时期才表现出化感作用。苹果只有种植一定年份后才发生自毒作用。有的植物化感作用因季节变化而异。而且，化感物质在植物体内的产生以与向环境的释放是受环境调控的。一般来讲，在环境胁迫条件下，植物的化感作用增强，体内化感物质增加，释放到环境中的化感物质也增多。等（1988）RI 作为衡量指

18、标：RI0测定方法。三、研究实例Prunus （Proebsting 等(1941)设计了很多实验他们从桃园和非桃园选取土壤样品做盆栽 实（2）若把桃树根加到非桃园的土中，实验桃苗就受到了 严重（3）将桃根分为根皮和木质部两部分分别实验，发现化 感物质存(amygdalin把 1g 苦杏仁苷加到 25OmL 营 养液里， 每周向桃苗浇 12 次，发现并没有伤害作用产生。当把同样量的苦杏仁苷和 苦杏仁酶（苦杏仁酶能水解苦杏仁苷成苯甲醛和氢氰酸对这两种化合物分别进行实验，发现 1g 苯甲醛对桃苗影响很小，而 0.1g 的 氢氰酸却对桃苗产生了严重伤害。Patrick(1955) 进一步研究了桃树的

19、这些化感作用产生的机制，发现桃树根提取物能极Patrick 等(19642 蟛蜞菊根分泌物化感作用的研究（资料来源：曾任森等，1994）(Wedelia 植丛。曾任森等通过砂培水洗方法获得蟛蜞菊的亲水性根分泌物，通过水培用 XAD-4 树脂吸附收集疏水性根分泌物，来研究蟛蜞菊根是否具有异种克生作用，并确定它 的作用浓度并试图对根分泌物的化感活性物质进行分离。下面仅就其研究方法作一简单介绍。（1）亲水性根分泌物的收集与活性测定在长宽高为 5Ocm3Ocm2Ocm、底部开有水孔的白色瓷盆中，底部铺 5cm 厚的 干净砾石，上面铺 12cm 厚用 0.8%福尔马林杀菌的细砂作培养床。盆底下水孔用带一

20、段玻 璃管的胶塞塞紧，玻璃管下接一段胶管。将蟛蜞菊植株扦插于盆中，在温室培养一段时间 后，开始收集根分泌物。用 100OOml自来水循环淋洗盆中蟛蜞菊根部，每天 2 次，由于蒸发， 天后得淋出液，用水稀释成 24h上述淋出液浸泡根 5440ml。取其中的 10OOml C)至 80ml(此浓缩液 =1.O5 lO5Pa)，根鲜重为 128g。浓缩液折合起来的浓度为 2.03gFWml-1。 生物测定时将浓缩液用水配成 4 个浓度 (单位为gFWml-1):2.031.38、0.680.34，用自来水作对照。受体为萝卜、水稻、黄瓜和绿豆。生测方法是:在 5Oml三角瓶内铺 2 新华定性滤纸做萌发床，将 2.5ml处理液或自来水加于滤纸上，上面再放 5 粒均匀饱满的种子，在无光照、恒温28 C的培养箱中培养，5 天后记录幼苗的根长与苗高。实验3 次重复。（2）疏水性根分泌物收集与活性测定疏水性根分泌物的收集装置在 Tang 的 CRETS 系统的基础上设计而成（1）。收集系统采用 XAD-4 树脂为吸附树脂，在 15cm(直径) 3Ocm1 倍的 Hoagland1.5cm25cm柱中装 15g 洗净