实验室研究方法概述

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1、实验生态学（硕士研究生）,第一章 实验生态学实验室研究方法概述 （4学时）,第一节：概述,实验生态学定义： 关于生态学的实验研究方法的科学，通过野外的直接干预或实验室内的人工模拟，对自然生态系统或实验生态系统及其组分进行观察和研究的一门科学。简言之，实验生态学是一门使用现代实验理论和技术研究生物之间及生物与环境之间相互作用的科学。,研究范围： 针对研究目的、研究尺度、研究对象的不同而各有侧重。 本课程在个体生态、种群和群落生态、生态系统等层次上，重点讲授与水产养殖和水生生物相关： 生物能量研究原理与方法； 生物操纵原理与方法； 全生态系统与生态工程原理与方法； 稳定性核素在水生生态系统中的应用

2、及其方法。,第二节：小型实验生态系统的构建,根据实验目的和要求构建系统 包括的主要要素： 饲养装置 用水处理 环境控制 研究对象 确定需控制的环境参数 系统运行调试 引入实验动物、植物 物种的驯化适应,流化生化反应器,生化反应器,臭氧消毒泡沫分离器,调配池（温度、pH）,养殖池,自控式固液分离机,流着净化装置,紫外线消毒装置,集水池,循环水养殖系统工艺流程示意图,第三节：主要生态因子检测技术,温度影响试验 一、意义： 温度因子是所有生态因子中最重要的因子之一，它直接影响水产动物的呼吸代谢、营养、摄食、生长、繁殖发育、成活、分布及洄游等。 包括3方面内容： 研究所能忍受的最高和最低温度限，即耐性

3、限度； 研究最适温度范围； 研究鱼类对剧烈温度变化的忍耐力。,二、研究方法与步骤： 研究鱼类对温度的耐性限度 在确定鱼类生命活动的极限温度界限时，首先应测定鱼的休克温度限和致死温度限。当鱼从一个适宜的温度条件下逐渐转变到不适宜的温度下生活，首先它将产生不舒服的感觉，然后出现侧卧和仰卧的现象，一旦温度条件好转，鱼将恢复过来，这时的温度叫休克温度。当休克温度维持下去，则鱼会最终死亡。 鱼的休克温度限和致死温度限是变化的。 鱼最高温度限的测定： 控温箱中日升温2记录个别鱼开始休克和全部鱼发生休克时的温度个别鱼和全部鱼死亡时的温度。 测定鱼的休克和致死低温限：原理同上,研究突变温度对鱼类的影响 突升温

4、度的影响试验： 动物原生活水温每0.5-1设梯度，形成温度序列记录发生死亡、休克、全无休克现象的3种温度状态。 突降温度的耐寒性试验：原理同上。（鱼类无温度适应过程，是立即放入）,研究鱼类的选择温度 最适度原理是现代生态学的基本概念之一。 最适温度：如果选择成为可能，则大多数个体都要选择的那种温度。 确定鱼类最适温度区域的意义（研究鱼类的分布、活动、驯化、生产）。 选择合适的温度等级器放入实验鱼，应是随机分布开启等级器每530min照相一次根据结果制作概率分布图最后确定选择温度、广温性指数、热非对称性指数。,鱼的选择温度以什么为标准？ 平均温度、众数温度：若分布曲线是对称的，两者相等；若不对称

5、，多用众数温度。 温度分布曲线：曲线的峰度可以表明鱼类的适应范围，不对称性表明该种鱼类对高温或低温的生态趋势。 常用广温性指数来表示鱼类对温度适应的范围，而用热非对称性指数表示鱼类对高温和低温的生态趋势。,其中： n该温度条件下出现次数（）； m0众数（），鱼出现次数最多的百分数； tmax,tmin,tm分别为最大、最小和众数温度,等级适度试验中应注意事项： 应消除其它因子的干扰，鱼被随机引入等级器各区段，有足够的时间适应试验环境，注意试验动物的驯化温度条件和蓄养时间。 统计检验：用卡方检验法来检验试验结果的差异是否显著。,原理：通过冷暖水对流形成温度等级,光对鱼类的影响试验,一、光的性质和

6、生态学意义： 光具有电磁波性和微粒性，这两种特性使得光成为地球上一切生命的源泉和动力。到达地球表面的太阳光是由多种波长的波组成，可区分为3个部分： 可见光（400760毫微米）； 紫外线（290400毫微米）； 红外光（760毫微米）。 在到达地球表面的太阳光中可见光占39、红外线占60、紫外线占1，这三种光所起的作用各不相同。紫外光主要能引起变化，具极大的杀伤力；红外线能引起热效应，具有增温的作用；可见光能影响鱼类和其它动物的行为和活动节律；,水中光照条件和空气中条件大不相同。水中大量存在地颗粒物质和盐类，吸收和散射进入的光线，强度大大消弱，光谱成分也发生很大变化。 一般来说：光谱中长波长（

7、红、黄）光在水的上层被吸收，而短波长的蓝光、紫外光被吸收的少，可透入较深的水层。 水体中光照条件的好坏与水的透明度、悬浮物和溶解物质的多少有关。光对生物的作用主要表现在光源和热源2方面。 在渔业生产上的应用：渔具的选择；根据鱼类的趋光性，灯光诱鱼；,二、研究方法： 光因子主要从3个方面影响鱼类及其他水生动物：光照强度；光谱成分；光照时间。 常用仪器：测量可见光强度（照度计）；测量热辐射强度（辐射计）；测量光谱成分（光谱镜、分光计）；光等级器。 可研究：确定鱼类对光照的选择性（适宜照度试验）；研究鱼类对光色的喜好；研究鱼类的光阈值；测定鱼类辨认色彩、物体大小、形状的能力；光照对鱼类活动性、摄食性

8、的影响。,水生动物耗氧量的测定,测定水生动物耗氧量的仪器装置和方法很多。 大致可分为： 密封式静水试验、 密封式流水试验、 敞水式静水试验、 敞水式流水试验。,其中，C0为初始溶解氧浓度，C1为试验结束时溶解氧浓度，V为试验水体体积，P为鱼体重量，t为试验持续时间。 注：微生物的耗氧应扣除（设空白对照）；试验应持续一定时间，一般应使试验后水体中的溶解氧下降为最初氧饱和度的70，通常需2小时以上。,一、密封式静水试验：,二、密封式流水试验： 测定流入呼吸室和流出呼吸室的水流中的含氧量和水流的流量。,其中，Ci为进水溶解氧浓度，Cq为试验结束时溶解氧浓度，f为流量（L/h），W为鱼体重。 注：该法

9、中流速的控制是头等重要的事情（可加定量蠕动泵）。,三、开放式静水测定试验（适用于池塘养殖水体）：,其中，Kf为水体中溶解氧减少速度（百分数/小时）；V为水体体积；Sat.O2为饱和溶解氧；n为鱼数量；W平均每尾重量。 注：该法的前提是假设试验水体的体积一定；与大气接触的水面一定；界面状态一定；实验水体溶氧分布均匀；微生物或有机物耗氧极低；鱼的耗氧量超过水体的复氧量。,四、开放式流水测定法：,其中，k为池水交换率（次/小时）； C0进水溶解氧浓度； Ct出水溶解氧浓度； B鱼的饲养密度，等于全池鱼重量除以池水体积； r为池水自身耗氧量（g/m3h）：测定方法是用250ml容量瓶，同时采集2瓶水样

10、，一瓶立即测定，另一瓶封口放回原池0.5米水深处，经过13小时测定溶氧浓度。 注：该实验可以每1小时、或每23小时测定一次，持续一昼夜，其间可照常投饵。,摄食量的测定,确定鱼类每天需要的食物（饵料日粮）的方法有2种。即直接计算法和间接计算法。 直接计算法只适用于凶猛性鱼类。 间接法用的多，包括： 氮素平衡法：动物摄食的氮量等于动物体内积累的氮量加上由于不消化而排出体外的粪便中的氮量和代谢产物所排泄的氮量的总和。因此，只要测定出鱼类通常取食的食物和鱼体中的氮量以及排出的氮量，就可间接计算出摄食量。 能量平衡法：鱼类摄食的能量主要用于维持生命活动的呼吸代谢和增加体重的生长2个方面。即：,其中：R为

11、饵料日粮；T为每天维持生命活动所需的食物量；P为日平均增长体重所需的食物量；k为食物的有效系数；g为食物的干重率。 可见，只要测定出每克鱼体在一定温度条件下每小时的耗氧量和每昼夜体重的平均增长量，就可以根据呼吸消耗1克氧所释放的热量值和1克食物的干重的热量值计算出每天为维持生命所需要的食物量（T）：,w为鱼的平均体重； a为一定温度条件下每克鱼重每小时的耗氧量； b为鱼呼吸耗氧1g所放出的热量值（千卡）； C为1克食物干重所含热量值（千卡）。 根据鱼体和食物中的氮量百分比就可以计算出日平均增长体重所需的食物肝重量（P）：,其中， d为鱼每天的平均增长体重； e为鱼体内的含氮量； f为食物中的含

12、氮量。,通过消化率计算食物量的方法：,C为摄食量； E为排粪量； A为同化量； A/C等于消化率，所以只要知道排粪量和消化率就能计算出摄食量。,消化率的测定方法有： 对食性简单的鱼类，可取一定数量的鱼，解剖肠道，分别取出前、中、后肠内含物，进行化学成分测定，前后两段肠含物中营养物质的差就是消化吸收的数量（如氮量、葡萄糖量等）。 对食性复杂的鱼类可以通过食含特殊物质的食饵，然后通过比色法和微量分析法测定出粪便中或消化道活体组织中该物质的含量。 （色素法、放射性同位素、非放射性同位素等）。 常用三氧化二铬作指示剂来测定鱼类的消化率。 该方法测定的是表观消化率，主要优点是： 不需要收集定量粪便，只要取样分析饵料和粪便中某些营养成分的含量以及用比色法测定饵料和粪便中指示物的含量，就可计算消化率。,也可用放射性的三氧化二铬作指示剂，通过测定实验前饵料中的营养物质含量和铬的活性核试验后粪便中剩余的营养物质含量和铬的活性来计算消化率。,其中，a、为粪便中营养物质含量； r、为粪便中铬的活性（单位重量的脉冲数）； b、为饵料中营养物质的含量； R、为饵料中铬的活性。,