種群和群落中幾種實(shí)驗(yàn)調(diào)查方法解讀

潘建英等

近幾年高考命題中多涉及種群密度和物種豐富度調(diào)查有關(guān)試題.本文歸納了種群和群落中幾種調(diào)查方法，并利用典型例題解讀，供學(xué)習(xí)參考.

一、植物種群密度調(diào)查法——樣方法

1.調(diào)查原理

在被調(diào)查種群的分布范圍內(nèi)，隨機(jī)選取若干個(gè)樣方，通過(guò)計(jì)數(shù)每個(gè)樣方內(nèi)的個(gè)體數(shù)，求得每個(gè)樣方的種群密度，以所有樣方種群密度的平均值作為種群密度的估計(jì)值.

2.調(diào)查步驟及注意事項(xiàng)

步驟內(nèi)容1準(zhǔn)備：觀察地形，分析有無(wú)安全隱患，提出注意事項(xiàng).2確定調(diào)查對(duì)象：確定本小組要調(diào)查的種群.3選取樣方：樣方大小一般以1m2的正方形為宜.如果種群個(gè)數(shù)較少，樣方面積可適當(dāng)放大.常用的取樣方法為五點(diǎn)取樣法和等距取樣法，如圖所示，則該樣方中個(gè)體數(shù)目計(jì)數(shù)方法如下（注：圖中，“○”代表個(gè)體）：

a.樣方內(nèi)的個(gè)體全部計(jì)數(shù).

b.位于邊線上的，只計(jì)相鄰兩邊及其夾角上的個(gè)體，即計(jì)上不計(jì)下，計(jì)左不計(jì)右.4計(jì)數(shù)：計(jì)數(shù)每個(gè)樣方內(nèi)所調(diào)查植物的數(shù)量并做好記錄.5計(jì)算種群密度：以所有樣方種群密度的平均值作為種群密度的估計(jì)值.注意

事項(xiàng)①適用范圍：一般適用于雙子葉植物，也可以用于昆蟲卵的數(shù)量調(diào)查及一些活動(dòng)范圍較小的動(dòng)物，如作物植株上的蚜蟲、跳蝻等.

②注意事項(xiàng)：生物個(gè)體分布范圍較大，取樣要隨機(jī)，不能有主觀因素.

③調(diào)查誤差分析：對(duì)調(diào)查對(duì)象認(rèn)識(shí)不準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)偏差；樣方的數(shù)目、大小不統(tǒng)一；調(diào)查地段種群分布不均勻；計(jì)數(shù)時(shí)對(duì)各生長(zhǎng)期的個(gè)體統(tǒng)計(jì)不全.例1學(xué)校周圍生長(zhǎng)著很多植物，某研究性學(xué)習(xí)小組準(zhǔn)備對(duì)某種雙子葉草本植物的種群密度進(jìn)行調(diào)查，設(shè)計(jì)如下調(diào)查步驟：

（1）選取40 cm×40 cm為最佳樣方面積.

（2）在該物種分布較密集的地方利用 （如圖1）取5個(gè)樣方（若在較長(zhǎng)的范圍內(nèi)調(diào)查，可采用 ）（如圖2）.

圖1圖2③計(jì)數(shù)每個(gè)樣方內(nèi)該植物的個(gè)體數(shù).若計(jì)數(shù)結(jié)果如下表

樣方N1N2N3N4N5種群密度（株/m2）3715x4其中第四個(gè)樣方中該植物的分布情況如圖3所示.

圖3則N4樣方中x= 株/m2.

（4）分析表格中的數(shù)據(jù)，將N3作為種群密度的估計(jì)值.

請(qǐng)分析以上設(shè)計(jì)步驟，思考下列問(wèn)題：

①填充調(diào)查步驟中的空白.

②請(qǐng)指出以上設(shè)計(jì)步驟中的三點(diǎn)錯(cuò)誤并加以改正.

a. ，b. ，c. .

③若某同學(xué)選取樣方的統(tǒng)計(jì)數(shù)量明顯比其他同學(xué)的高，可能的原因是在 .因此選擇樣方的關(guān)鍵是要做到 .

④若他們調(diào)查的對(duì)象是白楊樹，所采取的調(diào)查方法應(yīng)該是 .

答案：①五點(diǎn)取樣法，等距取樣法，8.②a.選取的樣方面積不對(duì).應(yīng)取物種數(shù)量達(dá)到穩(wěn)定的最小面積100 cm×100 cm，取樣方法不對(duì)，b.應(yīng)在草原中隨機(jī)取樣，c.對(duì)種群密度值的估計(jì)方法不對(duì).應(yīng)以調(diào)查樣方的單位面積中種群個(gè)體數(shù)量的平均數(shù)作為種群密度的估計(jì)值 ③密度高的地方選取樣方，隨機(jī)取樣.④逐個(gè)計(jì)數(shù)法.

二、動(dòng)物種群密度調(diào)查法——標(biāo)志重捕法

項(xiàng)目?jī)?nèi)容調(diào)查

原理在被調(diào)查種群的活動(dòng)范圍內(nèi)，捕捉一部分個(gè)體，做上標(biāo)記后再放回原來(lái)的環(huán)境，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后進(jìn)行重捕.根據(jù)重捕到的動(dòng)物中標(biāo)記個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)的比例，來(lái)估計(jì)種群密度操作

步驟確定調(diào)查對(duì)象→捕獲并標(biāo)記（數(shù)量為N1）→重捕、計(jì)數(shù)捕獲數(shù)N2

標(biāo)記數(shù)N0→計(jì)算種群密度（計(jì)算公式為：NN1=N2N0）注意

事項(xiàng)①適用范圍：活動(dòng)能力強(qiáng)、活動(dòng)范圍大的動(dòng)物.

②前提條件：標(biāo)志個(gè)體與未標(biāo)志個(gè)體在重捕時(shí)被捕的概率相等，在調(diào)查期內(nèi)沒(méi)有新的出生和死亡，沒(méi)有遷入和遷出.

③注意事項(xiàng)

a.標(biāo)志物和標(biāo)志方法不能影響動(dòng)物的正常生命活動(dòng).

b.標(biāo)志物不能過(guò)分醒目，過(guò)分醒目易被捕食.

c.標(biāo)志符號(hào)持續(xù)存留時(shí)間不短于研究時(shí)間.

d.數(shù)量變動(dòng)：在研究期間，沒(méi)有較多個(gè)體的出生和死亡，也沒(méi)有較多個(gè)體的遷入和遷出. 【歸納提煉】調(diào)查種群密度的方法

調(diào)查方法生物類別逐個(gè)計(jì)數(shù)法范圍小、個(gè)體大估

算

法樣方法植物、活動(dòng)范圍小的動(dòng)物；

昆蟲卵、蚜蟲、跳蝻的密度標(biāo)志重捕法活動(dòng)能力強(qiáng)、活動(dòng)范圍大的動(dòng)物黑光燈誘捕趨光性昆蟲例2某研究機(jī)構(gòu)對(duì)某區(qū)域的一種田鼠進(jìn)行了調(diào)查，所調(diào)查樣方的總面積為2 hm2（1 hm2=10 000 m2），統(tǒng)計(jì)所捕獲的鼠數(shù)量、性別等，進(jìn)行標(biāo)記后放歸，3日后進(jìn)行重捕與調(diào)查.所得到的調(diào)查數(shù)據(jù)如下表：

捕獲數(shù)

（只）標(biāo)記數(shù)

（只）雌性個(gè)

體數(shù)（只）雄性個(gè)

體數(shù)（只）初捕50502822重捕50103218以下是某同學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，你認(rèn)為正確的是 （ ）.

A.此調(diào)查方法可以用來(lái)調(diào)查土壤中小動(dòng)物物種的豐富度

B.若田鼠在被捕捉過(guò)一次后更難捕捉，統(tǒng)計(jì)的種群密度比實(shí)際低

C.綜合兩次捕獲情況，該田鼠種群的性別比例（♀/♂）約為7∶2

D.該地區(qū)田鼠的平均種群密度約為125只/hm2

解析本題考查動(dòng)物種群密度調(diào)查方法.因土壤中小動(dòng)物具有較強(qiáng)的活動(dòng)能力，且身體微小，因而對(duì)其豐富度的調(diào)查一般采用取樣器取樣法；標(biāo)志重捕法理論計(jì)算公式N=N1×N2/N0，田鼠在被捕捉過(guò)一次后更難捕捉，即N0值減小，N值會(huì)增大；通過(guò)兩次捕獲情況，不能確定該田鼠種群的性別比例（捕獲次數(shù)過(guò)少，偶然性較大）；該地區(qū)田鼠的平均種群密度約為125 只/hm2.答案：D

三、微生物種群密度調(diào)查法——抽樣檢測(cè)法

1.實(shí)驗(yàn)原理

（1）可用液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)液）培養(yǎng)酵母菌，培養(yǎng)基中種群的增長(zhǎng)受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響.

（2）在理想的無(wú)限環(huán)境中，酵母菌種群的增長(zhǎng)呈“J”型曲線；在有限的環(huán)境中，酵母菌種群的增長(zhǎng)呈“S”型曲線.

（3）可采用抽樣檢測(cè)的方法，進(jìn)行顯微鏡計(jì)數(shù).

2.實(shí)驗(yàn)流程

（1）酵母菌培養(yǎng)類型、條件，液體培養(yǎng)基，無(wú)菌條件

（2）振蕩培養(yǎng)基目的，酵母菌均勻分布于培養(yǎng)基中

（3）觀察并計(jì)數(shù)：每天將含有酵母菌的培養(yǎng)液滴在計(jì)數(shù)板上，計(jì)數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量，再以此為根據(jù)，估算試管中的酵母菌總數(shù)

（4）重復(fù)（2）、（3）步驟：連續(xù)觀察7天，統(tǒng)計(jì)數(shù)目

（5）繪圖分析：將所得數(shù)值用曲線表示出來(lái)，得出酵母菌種群數(shù)量變化規(guī)律

3.注意事項(xiàng)

（1）該探究實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的問(wèn)題：①顯微鏡計(jì)數(shù)時(shí)，對(duì)于壓在小方格界線上的酵母菌，應(yīng)遵循“數(shù)上線不數(shù)下線，數(shù)左線不數(shù)右線”的原則計(jì)數(shù)；②從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)前，需將試管輕輕振蕩幾次，目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布，減小誤差；③每天計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量的時(shí)間要固定；（4）溶液要進(jìn)行定量稀釋，計(jì)算1 mL菌液的數(shù)量.

（2）血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)法：血球計(jì)數(shù)板有兩種方格網(wǎng)，如圖4所示，對(duì)于16×25的方格網(wǎng)而言，計(jì)四角的4個(gè)中方格共計(jì)100個(gè)小方格中的個(gè)體數(shù)量；而對(duì)于25×16的方格網(wǎng)而言，計(jì)四角和正中間的（共5個(gè)）中方格共計(jì)80個(gè)小方格中的個(gè)體數(shù)量.

圖4計(jì)算方法：大方格長(zhǎng)度為 1 mm，高度為0.1 mm（即規(guī)格為1 mm×1 mm×0.1 mm），則每個(gè)大方格的體積為0.1 mm3（10-4mL），故1 mL培養(yǎng)液中細(xì)胞個(gè)數(shù)=（中方格中的細(xì)胞總數(shù)/中方格中小方格個(gè)數(shù)）×400×104×稀釋倍數(shù).

例3依據(jù)探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和要求，回答下列問(wèn)題：

（1）某學(xué)生的部分實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程是這樣的：

①?gòu)撵o置試管中吸取酵母菌培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)，記錄數(shù)據(jù)；

②把酵母菌培養(yǎng)液放置在冰箱中培養(yǎng)；

③第七天再取樣計(jì)數(shù)，記錄數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析繪成曲線.

請(qǐng)糾正該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中的錯(cuò)誤.

（2）利用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板可在顯微鏡下對(duì)微生物細(xì)胞進(jìn)行直接計(jì)數(shù).血細(xì)胞計(jì)數(shù)板是一個(gè)特制的可在顯微鏡下觀察的玻片，樣品就滴在計(jì)數(shù)室內(nèi).每個(gè)計(jì)數(shù)室由25×16=400個(gè)小室組成，容納液體的總體積為0.1 mm3.現(xiàn)將1 mL酵母菌樣品加99 mL無(wú)菌水稀釋，用無(wú)菌吸管吸取少許滴在蓋玻片邊緣，使其自行滲入計(jì)數(shù)室，并用濾紙吸去多余菌液.現(xiàn)觀察到圖5中該計(jì)數(shù)室所示a、b、c、d、e 5個(gè)中方格80個(gè)小室內(nèi)共有酵母菌44個(gè)，則上述1 mL酵母菌樣品中約有菌體個(gè).為獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)值，減少誤差，你認(rèn)為采取的做法是.

解析本題考查微生物密度調(diào)查方法，及血細(xì)胞計(jì)數(shù)板使用方法.要理解實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各個(gè)步驟的要求及其原因，才能更好地理解實(shí)驗(yàn)的原理.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)酵母菌的總數(shù)進(jìn)行計(jì)算是很難的，所以要采用抽樣檢測(cè)法，每次從試管中吸出培養(yǎng)液時(shí)，都要進(jìn)行振蕩，目的是讓酵母菌在培養(yǎng)液中分布均勻，減少計(jì)數(shù)的誤差；培養(yǎng)酵母菌時(shí)，要提供酵母菌生活的最適條件，包括溫度、無(wú)菌條件等，所以不應(yīng)該放在冰箱里進(jìn)行培養(yǎng)；7天中，酵母菌種群數(shù)量是不斷變化的，所以連續(xù)7天每天都要進(jìn)行取樣、觀察、計(jì)數(shù)，而不是僅在第7天進(jìn)行計(jì)數(shù).在顯微鏡下觀察時(shí)，要注意多取樣，取平均值，盡量減少誤差.計(jì)算酵母菌總數(shù)時(shí)，要先計(jì)算出每個(gè)計(jì)數(shù)室中酵母菌的數(shù)量，然后乘酵母菌總體積.所以上述1 mL酵母菌樣品中的總數(shù)為：4480×400×100×1 000÷0.1=2.2×108個(gè).

答案：（1）①應(yīng)將試管輕輕振蕩幾次再吸取酵母菌培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)；②應(yīng)將酵母菌培養(yǎng)液放置在適宜溫度下培養(yǎng)；③應(yīng)連續(xù)七天，每天觀察、取樣計(jì)數(shù)并記錄數(shù)據(jù)（2）2.2×108 多取樣、取平均值

（收稿日期：2014-09-13）