1、著名的生物“黑白瓶”生態實驗及命題分析黑白瓶法是生態學中的一種常用技術方法，一般用于測定水生生態系統初級生產量，即生態系統中生產者綠色植物光合作用固定的太陽能量或制造的有機物量。操作方法是首先從池塘、湖泊或海水的一定深度采取含有自養生物的水樣，然后將水樣分裝在成對的小樣瓶中。每對樣瓶中有一個白瓶和一個黑瓶，白瓶就是透光瓶，里面可進行光合作用；黑瓶就是不透光瓶，里面不能進行光合作用，但有呼吸活動。黑瓶和白瓶同時被懸浮在水體中水樣所在的深度，放置一定時間后從水體取出，用化學滴定法或電子檢測器測定黑瓶和白瓶中的含氧量。根據白瓶中含氧量的變化可以確定凈光合作用量，而黑瓶中所測得的數據可以得知正常的呼吸

2、耗氧量，然后就可以計算出總初級生產量。題1：采用黑白瓶(不透光可透光瓶)法測定池塘群落各深度日代謝的平均氧濃度變化，結果如下表，請據表回答：深度（m）瓶中氧氣的變化（g/m3·24h）白瓶黑瓶131221301433(1)該池塘一晝夜生產氧氣_g/m324 h，消耗氧氣_g/m324 h，以上數據表明這個生態系統平衡狀態良好，能夠保持一定的氧氣濃度，原因是_。(2)據表分析該池塘的垂直結構：自養生物分布在_，完全由異養生物組成的生物群落分布在_。(3)假如池塘受到嚴重的無機磷污染，一段時間后水質變黑變臭，此時間內水中的微生物的種類和數量都發生變化.請在圖中畫出好氧

3、菌(a)和厭氧菌(b)可能的數量變化曲線。在細菌培養過程中，分離獲得了不能合成某種維生素的營養缺陷型菌株，請設計一個實驗以鑒定這種維生素的類型。第一步：將變異菌株接種到完全培養基上擴大培養。第二步：_。第三步：_。第四步：_。實驗結果分析：_。解析：黑白瓶的含義，白瓶是透明的瓶，光線能夠透過，瓶內的浮游植物能夠進行光合作用，黑瓶不透光，瓶內的浮游植物及異養型的小生命如浮游動物等只進行呼吸作用。白瓶中進行光合作用的是浮游植物，進行呼吸作用的除了浮游植物外還有浮游動物，所以白瓶中的含氧量反映的是浮游植物一晝夜產生的O2減去瓶內所有生物呼吸消耗后剩余的氧氣量，不能只考慮浮游植物，如在1 m

4、深處的白瓶中一晝夜的氧氣變化為+3 g/m324 h，瓶內浮游植物真正產生的氧氣為4 g/m324 h.據此計算池塘中一晝夜真正產生的氧氣量為：4+3+1=8 (g/m324 h)，呼吸消耗為：1+1+1+3=6 (g/m324 h)。兩者相比較均增2 g/m324 h，說明整個池塘的光合作用大于呼吸作用，能夠維持生態平衡。根據不同水深中白瓶內氧氣的變化，1 m和2 m水深處植物較多，3 m水深處浮游植物已很少，只能勉強維持，4  m深處幾乎沒有

5、浮游植物。所以自養的浮游植物只有分布在4 m水深以內，4 m水深以下是浮游植物的天下了。當池塘受到大量的磷污染后，會導致富營養化，浮游植物大量繁殖，死亡后使池塘中的有機物含量大增，開始耗氧性細菌大量增多，氧氣大量減少后，耗氧性細菌的活動受到限制，死亡增加，出生率降低，而厭氧性細胞活性增強，出生率大于死亡率，曲線見答案。第(4)小題是一道微生物篩選的實驗設計題，設計思路是先用完全培養基擴大培養，然后配制缺少某種維生素的系列培養基，將某種微生物接種到缺某種維生素的系列培養基上，觀察生長情況，微生物不能正常生長的培養中缺少的維生素即為該變異菌株不能合成的維生素。參考答案：例3 ：

6、(1)8   6    整個池塘群落光合作用大于呼吸作用 (2)小于4  m水深           4 m水深以下 (3)見圖所示(4)第二步：配制系列培養基，每種培養基為只缺少某一種維生素的“完全培養基”第三步：將擴大培養的變異菌種分別接種到上述培養基中培養第四步：觀察細菌生長情況實驗結果分析：細菌能正常生長的培養基中所缺少的維生素，就是該變異菌株不能合成的維生素例1：為了調查太湖是否有自養生物存在，及

7、其產氧量是否維持本層水體生物呼吸耗氧所需，可用黑白瓶法測定該水層生物晝夜平均代謝率來判定。白瓶為透明玻璃瓶，其水體溶解O2 的晝夜變化值為水中生物光合作用產生的 O2 與呼吸消耗的 O2 的差值（以WDO 表示）；黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶，瓶中水體溶解 O2 的晝夜變化值為水中生物呼吸消耗的 O2（以 BDO 表示）。請完成下列實驗。 （1）實驗步驟： 用采集器取該層水樣，分別注滿 500mL黑、白瓶并密封，剩余水樣測 ； 將黑、白瓶 ； 。 （2）設計記錄所測數據的表格。 （3）預測實驗結果并分析。分析：實驗的檢測指標是密封在黑、白瓶中水體的溶氧變化值，而要得出此值就必須先測得水體最初溶氧量和

8、24小時后瓶中溶氧量，這樣就不難設計實驗步驟和數據記錄表格了。要探究的問題即反應指標有兩個：該水層是否有自養生物，若有自養生物，其產氧量能否滿足本層水體生物呼吸作用消耗。實驗數據是怎樣揭示結論的呢，數據該如何處理呢？這需要學生進行科學抽象思維和邏輯思維，即先從事物的感性現象中抽取出事物的本質屬性，再運用概念進行判斷和推理。引導學生分析題干信息，學會繪制圖表的方法來逐層尋找數據與探究目標的內在聯系，過程如下：實測數據數據處理數據的生理意義分析數據得出結論水體中最初溶解氧濃度24小時后白瓶內溶解氧濃度24小時后黑瓶內溶解氧濃度黑瓶溶解O2變化值BDO=24小時后黑瓶溶解O2濃度-最初溶解O2濃度水

9、體中O2消耗值，即水體中生物呼吸作用消耗的O2BDO0，越小表示水中生物呼吸作用消耗O2越多。白瓶溶解O2變化值WDO=24小時后白瓶溶解O2濃度-最初溶解O2濃度水體中O2的凈釋放值，即水體中生產者光合作用產生O2與所有生物呼吸消耗O2的差值WDO可能0，說明有自養生物，并且產氧量能滿足本層水體生物耗氧所需。WDO可能0，若= BDO則說明無自養生物，若BDO，則說明有自養生物但產生O2不能滿足生物需要。參考答案：例1：(1)溶解氧濃度；掛回原水層；24h后取出黑、白瓶測溶解氧濃度。(2)黑、白瓶溶氧(mgL)變化記錄表，如下表。（3）若WDOBDO>0，則有自養生物；若WDOBDO=

10、0，則無自養生物；若WDO0，則該水層產氧能維持生物耗氧量所需。 編號項目白 瓶黑 瓶l23平均l23平均24h后溶氧量        原初溶氧    例2 以下實驗是對低等植物的水域生態系統進行的測定。步驟一：取兩個相同的透明玻璃瓶，分別編號為1號、2號。步驟二：用兩個瓶同時從水深3m處取水樣（都裝滿），立即測定2號瓶中的溶氧量，將1號瓶密封瓶口沉入原取水樣處。步驟三：24h后將1號瓶取出，測定瓶中的溶氧量。按以上步驟重復三次，結果1號瓶溶氧量平均值為6.5mg，2號瓶溶氧

11、量平均值為5.3mg。回答下列問題：（1）24h后，1號瓶中溶氧變化量是 ，這說明 。（2）經過24h后，1號瓶增加的有機物量（假設全為葡萄糖）為 。（3）現欲使實驗過程同時還能測出1號瓶24h中實際合成的有機物總量，簡述需補充的實驗內容（請自行選擇實驗用具），并解釋計算方法。分析：1、2號瓶的設置目的，2號瓶測的是水體最初溶氧量，1號瓶為24小時后水體溶氧量，兩瓶對照可得出氧氣凈增量。氧氣凈增量是植物光合作用產生氧氣與所有生物消耗氧氣的差值，可換算成有機物葡萄糖量，即水體中有機物凈增量。要得出實際合成的有機物量，根據光合作用實際葡萄糖生產量=光合作用凈生產量呼吸作用消耗量，還需測定水體生物呼

12、吸耗氧量，這樣就確定了補充實驗的設計原理。 常見典型錯誤：不是對增加的3號瓶進行不透光處理，而是取樣后放于暗室；有的沒有增加新瓶，而是直接將2號瓶設置成不透光后置于取樣處等。學生不明白用黑、白瓶計算植物有機物合成量的前提就是瓶中生物的呼吸相同，將3號瓶置于暗室中，就無法與1號瓶構成單一變量的對照，也失去了模擬自然水體的意義；而將2號瓶用作黑瓶，不僅違背了2號瓶測定最初溶氧量的目的，并且測定過程對水體的影響也會使實驗不嚴密、不準確。參考答案：例2：（1）增加1.2mg；水生植物的光合作用產生O2大于水中生物呼吸消耗O2。（2）1.13mg（3）另取一個和1號、2號相同的瓶，設法使之不透光（如涂上黑