(SKKN HAY NHẤT) chuyên đề cá thể quần thể

nhờ đó tăng cường khả năng hấp thu ánh sáng cho quang hợp.*Lưu ý: + Môi trường cạn  sức cản nhỏ, không có sự nâng đỡ  sinh vật tồn tại nhiều loại  đadạng + Môi trường nước: sức cản lớ

CHUYÊN ĐỀ: “CÁ THỂ - QUẦN THỂ SINH VẬT”

đề khá nhiều và đa dạng; tuy nhiên trong phạm vi 1 chuyên đề hẹp, tôi chỉ tập trung đisâu vào hệ thống các kiến thức trọng tâm nhất và đưa ra các câu hỏi, bài tập vận dụngtương ứng trong chuyên đề

II MỤC ĐÍCH VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

1 Mục đích nghiên cứu

Nhằm mục đích giúp các em học sinh có kiến thức chuyên sâu hơn về phần này đểcác em có nền tảng tốt để theo học đội tuyển HSG, tôi biên soạn chuyên đề theo cấu trúcmới một cách chi tiết, cơ bản, tổng hợp và chuyên sâu, cùng một số dạng bài tập và câuhỏi mà các em sẽ gặp phải khi làm đề thi HSG các cấp với hi vọng làm tài liệu đọc và ôntập cho các em học sinh trong đội tuyển học sinh giỏi

2 Đối tượng nghiên cứu

Chuyên đề có thể sử dụng để giảng dạy và ôn tập cho học sinh lớp 12, đặc biệt làhọc sinh các khối chuyên Sinh và các học sinh trong đội tuyển học sinh giỏi; có thể sửdụng cho mọi đối tượng học sinh, tùy theo mức độ nhận thức và trình độ người học màngười dạy có thể vận dụng cho phù hợp

PHẦN II – NỘI DUNG

A HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

PHẦN A: SINH THÁI HỌC CÁ THỂ VÀ MÔI TRƯỜNG

I MÔI TRƯỜNG SỐNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

- Khái niệm: môi trường sống là phần không gian bao quanh sinh vật mà ở đó các yếu tốcấu tạo nên môi trường trực tiếp hay gián tiếp tác động lên sự sinh trưởng và phát triểncủa sinh vật

- Các loại môi trường sống của sinh vật: Môi trường đất, nước, trên cạn, sinh vật

- Khái niệm NTST: là tất cả những nhân tố trong môi trường sống tác động đến sinh vật.

II CÁC QUY LUẬT CƠ BẢN CỦA SINH THÁI HỌC

1 Quy luật giới hạn sinh thái

Giới hạn sinh thái là khoảng giá trị xác định của 1 nhân tố sinh thái, ở đó sinh vật

có thể tồn tại và phát triển ổn định theo thời gian

Gồm: điểm giới hạn trên và dưới; khoảng thuận lợi; khoảng chống chịu

2 Quy luật tác động tổng hợp của các nhân tố sinh thái

Tất cả các NTST đều gắn bó chặt chẽ với nhau thành 1 tổ hợp sinh thái MỗiNTST chỉ có thể biểu hiện hoàn toàn tác động của nó khi các nhân tố khác đang hoạtđộng đầy đủ Ví dụ:

3 Quy luật tác động không đồng đều của các NTST Trong các giai đoạn phát triển hay trạng thái sinh lí khác nhau cơ thể phản ứng

khác nhau với tác động như nhau của 1 NTST

Các loài khác nhau phản ứng khác nhau với tác động như nhau của 1 NTST

4 Quy luật tác động qua lại giữa sinh vật với môi trường

Trong mối quan hệ qua lại giữa sinh vật với môi trường, không những môi trườngtác động lên chúng mà các sinh vật cũng ảnh hưởng đến các nhân tố của môi trường vàlàm thay đổi tính chất của các nhân tố đó

III NƠI Ở VÀ Ổ SINH THÁI

- Phân biệt nơi ở và ổ sinh thái:

+ Ổ sinh thái của 1 loài là một “không gian sinh thái” mà ở đó tất cả các NTST của môitrường nằm trong giới hạn sinh thái cho phép loài đó tồn tại và phát triển

+ Nơi ở là địa chỉ cư trú của loài, còn ổ sinh thái là cách sinh sống của loài đó

- Nguyên nhân chủ yếu hình thành ổ sinh thái trong quần xã: Cạnh tranh giữa các loài Ýnghĩa của hình thành ổ sinh thái hẹp giúp cho các sinh vật giảm cạnh tranh  nhiều cá thể

có thể sống chung với nhau trong một quần xã

IV ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI LÊN ĐỜI SỐNG SINH VẬT

VÀ SỰ THÍCH NGHI CỦA SINH VẬT

1 Ánh sáng

Gồm: cường độ ánh sáng, thành phần quang phổ của ánh sáng, thời gian chiếusáng

*Cường độ ánh sáng (ánh sáng mạnh hay yếu):

- Giảm từ xích đạo đến các cực (do độ cong của bề mặt trái đất và do ánh sáng bị hấp thụbởi lớp khí ngày 1 dày thêm); biến đổi mạnh theo địa hình (độ cao, núi, rừng, đất, biển,

…), càng lên cao cường độ ánh sáng càng mạnh

- NL mặt trời chiếu xuống trái đất ở dạng song điện từ, gồm:

+ Tia tử ngoại (10-380 nm): ức chế sinh trưởng, phá hoại tế bào nhưng 1 lượng nhỏ kíchthích hình thành vitamin D ở động vật và antoxian ở thực vật

+ Ánh sáng nhìn thấy (380-780 nm): chủ yếu tia xanh và tia đỏ cung cấp năng lượng choquang hợp ở thực vật và các hoạt động sinh lí khác của động vật

+ Tia hồng ngoại: (780-340.000 nm): có vai trò sản sinh nhiệt

*Thành phần quang phổ ánh sáng: ánh sáng trực xạ (chiếm 63%): ánh sáng chiếu thẳng

từ mặt trời xuống trái đất; ánh sáng tán xạ (37%): phần ánh sáng đã bị khuếch tán do tiếpxúc với hơi nước, các hạt bụi trong khí quyển

*Thời gian chiếu sáng: mùa hè cường độ ánh sáng mạnh và kéo dài hơn mùa đông

Trong nước: cường độ, thành phần quang phổ và thời gian chiếu sáng giảm dầntheo độ sâu.

- Sự thích nghi của thực vật: cây ưa sáng, ưa bóng và chịu bóng:

1 Vị trí phân bố Nơi trống trải (tầng trên tán rừng) Dưới tán cây khác, trong hang, …

2 Hình thái

- Thân cây

- Lá

- Thân thấp, tán rộng hoặc thân cao, tán hẹp

- Lá hẹp, dày, xanh nhạt, xếp nghiêng

- Thân thấp, cành nhiều phụ thuộc vàochiều cao tầng cây trên và các vật che chắn

- Khí khổng: đóng mở liên tục

- Hô hấp: mạnh khi có ánh sáng

- Quang hợp: sản phẩm QH cực đại đạtđược ở cường độ as trung bình

Ong, thằn lằn, nhiều loàichim và thú…,

Có thị giác phát triển và thân có màu sắc sặc sỡ để nhận biết đồngloại, để ngụy trang hay để doạ nạt kẻ thù

- Ưa hoạt độngban đêm Cú mèo, bướm đêm, cáhang… Thân màu sẫm, mắt có thể rất tinh hoặc nhỏ lại hoặc tiêu biến, xúcgiác và cơ quan phát sáng phát triển

ĐV hằng nhiệt sống ở vùng khí hậu ôn đới(lạnh) thì kích thước cơ thể lớn hơn ĐV cùngloài hay loài có quan hệ họ hàng gần nhau ởvùng nhiệt đới ấm áp

KT lớn  S/V càng nhỏ(giảm sự thoát nhiệt)

Quy tắc Anlen

ĐV hằng nhiệt sống ở vùng ôn đới có tai, đuôi

và chi, … thường bé hơn của ĐV vùng nóng

KT các phần lộ ra bênngoài bé  Hạn chế được

sự thoát nhiệt vào môitrường

- Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sinh vật biến nhiệt rất khác nhau Trong giới hạn sinh thái,tốc độ trao đổi chất của sinh vật tăng khi nhiệt độ môi trường tăng, và ngược lại Nhờ

vậy, trong nghiên cứu vant’ Hoff (1887) đã đưa ra công thức tính “hệ số nhiệt” (Q10)

Bằng các thực nghiệm, mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian phát triển của mộtgiai đoạn hay cả đời sống động vật biến nhiệt được thể hiện bằng công thức: T= (x – k).n

T: tổng nhiệt hữu hiệu (độ ngày, độ giờ, độ năm)x: nhiệt độ môi trường (oC )

k: nhiệt độ ngưỡng của sự phát triển (oC)n: số ngày cần thiết để hoàn thành một giai đoạn phát triển hay cả đời sống củasinh vật (ngày, năm, tháng…)

3 Độ ẩm

- Sự thích nghi của thực vật với độ ẩm:

Các nhóm

cứng: xương rồng, cỏtranh,

Sống ở nơi khô hạnkéo dài như sa mạc,thảo nguyên, …

- Có khả năng tích trữ nước trong thân, lá, rễ vàcủ; giảm tối đa thoát hơi nước (khí khổng ít, láhẹp hoặc biến thành gai, rụng lá vào mùa khô);phát triển các phương tiện tìm và kiếm nước (rễrất phát triển, 1 số ht rễ phụ); khả năng trốn hạn(hạt có vỏ dày,

Cây trung sinh

Hầu hết các loài cây gỗtrong rừng mưa nhiệt đới,rừng cây lá rộng ôn đới vàcây nông nghiệp

Phân bố rộng từvùng ôn đới đếnnhiệt đới

Có tính chất trung gian giữa 2 nhóm trên

*Lưu ý: Thực vật chịu hạn gồm:cây mọng nước và cây lá cứng Đặc điểm thích nghi:

+ Cây mọng nước: Sinh sản nảy nở quanh năm và ra hoa vào nhiều thời điểm + Cây lá cứng: Tranh thủ ra hoa vào lúc trời mưa,sau đó khi hạn thì rơi rụng từ từ từng bộphận cho đến khi chỉ còn rễ hoặc thân ngầm dưới mặt đất, đợi đến khi trời mưa phát triểntiếp

*Chú ý: Cây cỏ: cây thân thảo Cây bụi: là cây thân gỗ (bắt buộc ưa sáng) có đặc điểm là phân cành sát gốc, chồiđỉnh sinh trưởng nhanh, dừng lại sớm, phát triển chồi bên

Cây gỗ:Là cây thân gỗ (ưa sáng hoặc ưa bóng) có đặc điểm là phát triển mộtđoạn thân

*Động vật thủy sinh:

- Thích nghi với độđậm đặc của nước + Sống ở tầng giữa, tầng đáy + Bơi nhanh nhờ hệ cơ phát triển và đều có dạng hình thon dài  hạn chế sức cản của

nước

+ Giảm khối lượng cơ thể bằng cách tích lũy lipit hoặc có túi hơi

- Thích nghi với lượngoxi trong nước thấphơn không khí

+ Lấy khí qua cơ quan lấy khí chuyên biệt, da mỏng, nhiều mao mạch nằm sát da;

+ Dự trữ khí trong khoang chứa khí; luôn luôn quẫy đuôi, di chuyển dưới nước, đớp khí,nổi đầu

- Thích nghi với ánhsáng + Màu sắc khác nhau theo sự phân bố của tia sáng: Động vật vùng triều có màu sắc sặcsỡ nhất, động vật dưới sâu hoặc trong hang màu tối, nhiều loài có khả năng phát sáng

+ Khả năng định hướng theo ánh sáng kém hơn trong không khí, nhiều động vật sửdụng âm thanh làm phương tiện định hướng, 1 số phát ra sóng điện từ để liên lạc và tìmmồi

* Thực vật thủy sinh:

- Thích nghi với độđậm đặc của nước + Cơ thể dạng hẹp, kéo dài, hình thành nhiều mấu và tơ gai - Tăng cường bề mặt tiếp xúccủa cơ thể với nước; lá lớn (nổi)

+ Mô cơ kém phát triển, các yếu tố cơ trong cây tập trung ở phần trung tâm với nhiều tb

đã phân nhánh có tác dụng nâng đỡ và tạo nhiều khoảng trống chứa khí

- Thích nghi vớilượng oxi trong nướcthấp hơn không khí

TV sống chìm trong nước trên cơ thể k có lỗ khí, không khí hòa tan thấm qua bề mặt cơthể; lá cây nổi trên mặt nước như lá sung chỉ có mặt trên của lá có lỗ khí; trong cơ thể cónhiều khoảng trống chứa khí

- Thích nghi với ánhsáng + Phân bố khác nhau theo chiều sâu lớp nước: tia đỏ phân bố ở lớp trên cùngcam  vàng  lục  lam => Sự phân bố: phân lớn cây hạt kín, tảo lục phân bố ở lớp nước

nông vì chúng hấp thụ tia đỏ; tảo nâu có thể ở sâu hơn nhờ có sắc tố phụ màu nâu(phycocyanin); tảo đỏ có thể phân bố được ở lớp nước sâu nhờ có sắc tố đỏ(phycoerythrin) và sắc tố màu lam (phycocyanin) hấp thụ được những tia sáng yếu.+ Cây sống trong nước có ánh sáng yếu nên lá thường không có mô giậu hoặc mô giậukém phát triển (chỉ có 1 lớp tế bào); diệp lục phân bố ở cả trong biểu bì và 2 mặt của lá,

nhờ đó tăng cường khả năng hấp thu ánh sáng cho quang hợp.

*Lưu ý:

+ Môi trường cạn  sức cản nhỏ, không có sự nâng đỡ  sinh vật tồn tại nhiều loại  đadạng

+ Môi trường nước: sức cản lớn, có sự nâng đỡ  tương đồng sinh thái

- Sự thích nghi của ĐV với độ ẩm:

Nhóm động vật

ưa ẩm

Ếch nhái, giunđất, ốc sên, …

Sống nơi ẩm ướt, dưới đất vàđòi hỏi lượng nước trong thức

Sống ở hoang mạc, sa mạc, … Cơ thể có khả năng tích trữ nước, có cơ

chế chống mất nước (thân bọc vỏ kitin,vảy sừng, lông thưa để giảm lỗ chân lông)

và sử dụng nước tiết kiệm (thải phân khô,bài tiết ít nước tiểu, …)

Nhóm động vật

ưa ẩm vừa phải

Để mô tả mối quan hệ tácđộng tổ hợp nhiết-ẩm người ta thành

lập “khí hậu đồ”, nếu tồn tại trong

đó các nhân tố nhiệt - ẩm thỏa mãnđược những nhu cầu sống của sinhvật (hình 2.9)

Khí hậu đồ được dựng trên cơ

sở giá trị nhiệt - ẩm trung bình 12tháng trong năm được áp dụng trongviệc đánh giá các điều kiện nhiệt - ẩm tại vùng sống của một loài nào đó để di chuyển nóđến một nơi khác có khí hậu đồ tương tự hoặc để đánh giá sự phát triển số lượng cá thểcủa quần thể một loài nào đó, chẳng hạn sâu bệnh, trong những năm có khí hậu khácnhau

5 Đất

Đất được đặc trưng bằng những tính chất vật lý (cấu trúc hạt, sức nén, độ tơi xốp, chế

độ nước và khí, độ pH ), hóa học (các muối khoáng và ion), mùn bã hữu cơ và axithumic Song các thành phần chính của đất có trong 4 nhóm cơ bản: các vật liệu khoáng,

chất hữu cơ, không khí và nước Trong đất đầu bảng, vật liệu khoáng chiếm tỉ lệ 45%,

chất hữu cơ 5%, khí và nước mỗi loại chiếm 25%

Sự hình thành đất là một quá trình, phụ thuộc vào khí hậu (nhiệt độ, nắng, mưa), địahình (cao, trũng, hướng gió thịnh hành ), vật liệu gốc, sinh vật và thời gian, cũng nhưhoạt động canh tác của con người Trong mỗi khu vực, đất được chia thành các nhómkhác nhau theo mối quan hệ giữa kết cấu và các đặc tính của đất (bảng 2.1)

Bảng 2.1 Mối quan hệ giữa kết cấu của đất và các đặc tính của đât

Kết cấu của đất thấm nước Khả năng Khả năng giữ nước Khả năng duy trì khoáng Độ thoáng khí Khả năng canh tác

Bùn (phù sa) Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình

Đất nhiều mùn Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình

6 Các chất dinh dưỡng

Các chất dinh dưỡngbao gồm các chất vô cơ vàhữu cơ, xuất hiện từ cácnguồn gốc khác khác nhau(hình 2.11)

7 Dòng và tác động của dòng lên đời sống sinh vật

Dòng là khái niêm chỉ

tất cả sự vận động địnhhướng của vật chất từ nơi này đến một nơi khác do nhiều nguyên nhân Đó là các dòngkhí (gió, dòng khí thăng-giáng), dòng nước (dòng sông, hải lưu, dòng triều, dòng đối lưutrong tầng nước)

Gió không chỉ phân bố lại nhiệt - ẩm trên hành tinh mà còn giữ vai trò quan trọngtrong đời sống thực vật trên cạn: giúp cây thụ phấn (mang phấn hoa, hương dẫn dụ côntrùng) và phát tán nòi giống Ở nhiều loài thực vật, hạt hình cánh, có túm lông tơ, bông

nhờ đó, chúng có thể phát tán rất xa

Những loài chim (diều hâu, hải âu, nhạn biển ) còn dựa vào các dòng khí giáng để bay liệng trong không gian

Những cây sống ở những nơi lộng gió thường có thân thấp, phát cành sớm hoặc có rễ

cọc cắm sâu vào lòng đất hoặc có “thân rễ” (cây đước), nhiều cây thân thảo có thân bò

và rễ bám chắc vào đất (bìm bìm biển, muống biển ) Nhiều cây gỗ có “bạnh rễ” rất lớn

hay phát triển rễ phụ (đa, si )

Dòng biển (hải lưu, dòng triều ) có vai trò tương tự như các dòng khí, mang thức ănđến cho các loài sống cố định hay ít di động (san hô, huệ biển, thân mềm ) và tham giavào quá trình thụ tinh, phát tán nòi giống và phân bố lại các loài trong biển

Những loài có vùng phân bố rộng thường hình thành nhiều quần thể Đó là

những loài đa hình (polymorphis) Những quần thể này có thể trao đổi các cá thể của

mình với nhau thông qua con đường nhập cư và xuất cư Trong tự nhiên có những loài

được gọi là loài đơn hình (monomorphis), tức là loài chỉ hình thành một quần thể, phân

bố hẹp trong điều kiện môi trường rất ổn định Loài đơn hình dễ lâm vào hoàn cảnh bịsuy thoái hoặc đến mức bị diệt vong khi môi trường biến động

*Quá trình hình thành quần thể:

- Một số cá thể cùng loài phát tán tới 1 môi trường sống mới

- Những cá thể không thích nghi được với điều kiện sống mới của môi trường sẽ bị tiêudiệt hoặc phải di cư đi nơi khác

- Những cá thể còn lại thích nghi dần với điều kiện sống

- Giữa các cá thể cùng loài gắn bó chặt chẽ với nhau thông qua các mối quan hệ sinh tháidần dần hình thành quần thể ổn định, thích nghi với điều kiện ngoại cảnh

2 Các mối quan hệ giữa các cá thể trong quần thể

Hỗ trợ

Các cá thể cùng loài hỗtrợ nhau trong các hoạtđộng sống như lấy thức

ăn, chống lại kẻ thù…

Giúp quần thể thích nghi tốthơn với điều kiện môi trường,khai thác nguồn sống tốt hơn

Cạnh tranh

Các cá thể trong quần thểcạnh tranh nhau về thức

ăn nơi ở…

Làm cho số lượng và sự phân

bố cá thể trong quần thể duy trì

ở mức độ phù hợp, đảm bảo sựtồn tại và phát triển

2.1 Những mối quan hệ hỗ trợ

Tập hợp các cá thể trong những hoàn

cảnh khác nhau còn tạo nên “hiệu suất

nhóm”, giảm tiêu hao năng lượng hoặc chống lại kẻ thù và những rủi ro môi trường một

cách có hiệu quả (ô nhiễm)

Ví dụ, sự tăng tốc độ lọc nước để hô hấp và kiếm ăn của thân mềm (Sphaerium corneum) như sau:

Tốc độ lọc nước (ml/giờ): 3,4 6,9 7,5 5,2 3,8

2.2 Những mối quan hệ đối địch

- Cạnh tranh cùng loài: Khi mật độ quá cao,

nguồn thức ăn suy kiệt; các cá thể đực giành giậtcon cái hay những con cái giành nhau nơi làm tổtrong mùa sinh sản hoặc trường hợp “đấu tranh”

giữa các con đực để giành vị trí đầu đàn trongcuộc sống bầy đàn (linh trưởng, chó sói, gà )

Do cạnh tranh về nguồn sống, số lượng cá thểcủa quần thể giảm, duy trì một mật độ vừa phải,phù hợp với điều kiện môi trường Đó là hiện

tượng “tỉa thưa” ở thực vật hay “tỉa đàn” ở động

vật

- Hiện tượng kí sinh cùng loài: Trong điều kiện

nguồn thức ăn bị giới han, quần thể có kích thước lớn buộc các cá thể đực phải sống kísinh vào con cái

Trường hợp này hiếm gặp, chỉ thấy ở một số loài cá sống trong vùng nước sâu đại

dương Những cá thể đực có kích thước rất nhỏ, không vây, không có các nội quan, trừruột chỉ là một cái ống chứa chất dinh dưỡng “nhận” từ con cái và cơ quan sinh dục đựcphát triển đầy đủ để thụ tinh cho con cái trong mùa sinh sản

- Ăn thịt đồng loại: Đây cũng là một hiện tượng không phổ biến trong tự nhiên Ví dụ, ở

cá vược châu Âu (Perca fluatili) Do một hoàn cảnh nào đó nguồn thức ăn bị suy kiệt, cá

bố mẹ bắt con làm thức ăn Khi điều kiện dinh dưỡng được cải thiện, cá sớm khôi phụclại kích thước quần thể của mình

Tất cả các trường hợp cạnh tranh, kí sinh cùng loài hay ăn đồng loài là những trườnghợp đặc biệt, ít gặp, song không dẫn đến sự tiêu diệt loài mà ngược lại, duy trì sự tồn tạicủa loài và làm cho loài phát triển hưng thịnh

II NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUẦN THỂ

1 Đặc trưng phân bố của các cá thể trong không gian

Các cá thể trong quần thể phân bố trong không gian rất khác nhau, có thể hình thành

3 kiểu: phân bố đều, phân bố theo nhóm hay phân bố ngẫu nhiên

1 Đặc điểm - Thường gặp khi điều kiện sốngphân bố đồng đều trong môi

trường

- Giữa các cá thể có sự cạnhtranh nhau gay gắt

- Thường gặp khi điều kiện sốngphân bố đồng đều trong môitrường

- Giữa các cá thể không có sự cạnhtranh nhau gay gắt, ít phụ thuộc

- Điều kiện sống phân bốkhông đồng đều trong môitrường

- Các cá thể thích sống tụ họpvới nhau

lẫn nhau hoặc kết hợp nhau thànhnhóm.

2 Ý nghĩa sinh thái

- Giảm mức độ cạnh tranh giữacác cá thể trong QT

- Khai thác triệt để nguồn sống

từ môi trường

Tận dụng được nguồn sống tiềmtàng từ môi trường Hỗ trợ nhau thông qua hiệuquả nhóm

3 Ví dụ Chim cánh cụt, hải âu, … Các loài cây gỗ trong rừng mưa

nhiệt đới, … Các loài cây bụi mọc hoangdại, …

Để xác định kiểu phân bố, người ta sử dụng phương pháp thống kê Giá trị V/m cho

ta biết các cá thể phân bố theo theo dạng nào Khi V/m > 1 thì các cá thể phân bố theonhóm, nếu V/m < 1 thì các cá thể phân bố đồng đều, còn nếu V/m = 1 thì chúng phân bốngẫu nhiên

V là sai số chuẩn: ; m: số lượng cá thể trung bình; n: tổng lượng mẫu.

Sự phân bố của các cá thể trong loài phụ thuộc vào điều kiện môi trường và đặcđiểm sinh học, sinh thái học của loài, song đều hướng đến khai thát tốt nhất nguồn sốngcho sự tồn tại và phát triển của quần thể

2 Đặc trưng tỉ lệ giới tính

- Khái niệm: Là tỉ số giữa số lượng cá thể đực/số lượng cá thể cái

- Ý nghĩa: đặc trưng cho mỗi quần thể, đảm bảo hiệu quả sinh sản của quần thể

- Đặc điểm: tỉ lệ giới tính của quần thể có thể thay đổi, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tốnhư:

+ Đặc điểm sinh sản của loài

+ Điều kiện dinh dưỡng và tỉ lệ tử vong không đều giữa cá thể đực và cái

+ Điều kiện môi trường sống …

- Ứng dụng trong chăn nuôi: Điều chỉnh tỉ lệ đực cái cho phù hợp nhằm đạt được hiệuquả kinh tế cao

3 Đặc trưng cấu trúc tuổi của quần thể

- Phân biệt các khái niệm tuổi thọ:

+ Tuổi thọ sinh lí: khoảng thời gian tính từ lúc cá thể sinh ra cho đến khi chết vì già

+ Tuổi thọ sinh thái: là khoảng thời gian sống của cá thể từ lúc sinh ra đến lúc chết vìnhững lí do sinh thái (dịch bệnh, bị ăn thịt hay những rủi ro khác)

+ Tuổi thọ của quần thể: là tuổi thọ trung bình của cá thể trong quần thể

- Cấu trúc thành phần nhóm tuổi+ Là tổ hợp các nhóm tuổi của quần thể (gồm nhóm tuổi trước sinh sản, đang sinh sản vàsau sinh sản)

+ Ý nghĩa của nghiên cứu cấu trúc tuổi: phản ánh trạng thái phát triển số lượng cá thể củaquần thể, phản ánh tiềm năng phát triển của quần thể trong tương lai Từ nghiên cứu vềcấu trúc tuổi của quần thể có thể dự đoán được sự phát triển của quần thể trong tương lai,

ứng dụng trong bảo vệ, khai thác các loài sinh vật, điều chỉnh sự phát triển của quần thểtheo ý muốn.

- Tháp tuổi: Biểu thị tươngquan về số lượng cá thể củatừng nhóm tuổi trong một QTquần thể Tháp tuổi chỉ ra 3trạng thái phát triển của quầnthể: quần thể đang phát triển,quần thể ổn định và quần thểsuy thoái Nhìn chung các loàiđều có 3 nhóm tuổi, song một

số loài không có nhóm tuổi sausinh sản do những cá thể củanhóm này bị chết hết sau khi

sinh sản Ví dụ: cá Chình (Anguilla), cá hồi Viễn Đông

Khoảng thời gian giữa 3 nhóm tuổi ở các loài khác nhau cũng khác nhau Đa số côntrùng, tuổi trước sinh sản rất dài, nhưng tuổi sinh sản và sau sinh sản rất ngắn Ví dụ:

chuồn chuồn, ve sầu và một số loài khác, tuổi trước sinh sản kéo dài đến 1 hay 2 nămhoặc nhiều hơn, còn tuổi sinh sản và sau sinh sản chỉ dài khoảng 3-4 tuần

4 Đặc trưng kích thước quần thể

- Khái niệm kích thước quần thể: Số lượng, sinh khối, năng lượng tích lũy trong phạm viphân bố của quần thể

+ Kích thước tối thiểu: Số lượng ít nhất duy trì sự tồn tại Dưới kích thước tối thiểu thìquần thể không tồn tại (tiềm năng sinh học yếu: khả năng tự vệ kém, khả năng gặp gỡgiữa cá thể đực và cái thấp

+ Kích thước tối đa: Kích thước lớn nhất mà quần thể có thể đạt được, vượt qua kíchthước này, quần thể có thể xảy ra các trường hợp làm giảm sô lượng cá thể: tăng cườngcạnh tranh, sức sinh sản giảm, di cư tăng

- Khi kích thước quần thể vượt quá mức tối đa sẽ có những bất lợi sau:

+ Quan hệ hỗ trợ giữa những cá thể trong quần thể giảm, quan hệ cạnh tranh tăng

+ Khả năng truyền dịch bệnh tăng → sự phát sinh các ổ dịch dẫn đến chết hàng loạt

+ Mức ô nhiễm môi trường cao và mất cân bằng sinh học

- Khi kích thước quần thể giảm xuống dưới mức tối thiểu sẽ có những bất lợi sau:

+ Quan hệ hỗ trợ giữa những cá thể trong quần thể giảm: tự vệ, kiếm ăn

+ Mức sinh sản giảm: khả năng bắt cặp giữa đực và cái thấp, số lượng cá thể sinh ra ít,đặc biệt dễ xảy ra giao phối gần

- Cách tính kích thước quần thể:

+ Phương pháp trực tiếp: Đối với quần thể của các cá thể không có khả năng di chuyển

Đếm trực tiếp trên các ô tiêu chuẩn

+ Phương pháp gián tiếp: Đối với quần thể của các cá thể có khả năng di chuyển Phươngpháp chủ yếu: đánh bắt - thả bù theo công thức: C = (N1 x N2) / m

C: kích thước quần thể

N1: số cá thể bắt được lần 1; N2: số cá thể bắt được lần 2; m: số cá thể bắt lần 2 có đánhdấu.

- Số lượng cá thể hay kích thước quần thể được mô tả khái quát theo biểu

thức:

Nt = No + B - D + I - E

Nt và No là kích thước quầnthể ở thời điểm t và to; B: mức sinh sản; D: mức tử vong; I: mức nhập cư; E: mức xuấtcư

Bốn yếu tố trên chi phối đến kích thước quần thể, nhưng B và D là 2 yếu tố cơ bảnnhất, mang đặc tính vốn có của quần thể

Mức sinh sản của quần thể là số lượng con non được quần thể sinh ra trong mộtkhoảng thời gian xác định, còn mức tử vong là số lượng cá thể của quần thể chết sau mộtkhoảng thời gian xác định

- Mức sống sót (Ss) của quần thể ngược với mức tử vong, tức là số cá thể còn sống đếnmột thời điểm nhất định, được biểu diễn bằng biểu thức dưới đây:

Ss = 1 - D

I: kích thước quần thể được xem là một đơn vị;

D: mức tử vong, D  1

Đường cong sống sót của quần thể thuộc các loài khác nhau được thể hiện ở hình 4.8.

Những loài đẻ nhiều (hàu, sò), phần lớn bị chết ở những ngày đầu, số sống sót đến cuốiđời rất ít (III) Những loài động vật cao cấp và người đẻ rất ít, con sinh ra phần lớn sốngsót, chết chủ yếu ở cuối đời (I) Đường cong II, đặc trưng cho các loài, sóc, thuỷ tức vì ởchúng mức chết của các thế hệ gần như nhau

Trong tiến hoá, các loài đều hướng đến việc tăng mức sống sót nhờ biết chăm sóctrứng và con non (làm tổ, ấp trứng, bảo vệ trứng và con non), chuyển từ thụ tinh ngoàisang thụ tinh trong (động vật ở nước), đẻ con và nuôi con bằng sữa (động vật cao cấp)

Khi nghiên cứu về sinh sản của quần thể, người ta còn dùng khái niệm “tốc độ sinh sản riêng” hay “tốc độ tái sản xuất cơ bản” (kí hiệu Ro), tức là số lượng con non được

sinh ra tính trên đầu một cá thể cái ở một nhóm tuổi nào đó theo biểu thức

sau:

Lx: mức sống sót riêng, là số lượng cá thể trong nhóm tuổi x của quần thể sống sótđến cuối khoảng thời gian xác định (ngày, tháng, năm); mx: sức sinh sản riêng của nhómtuổi x; dx: mức tử vong riêng cũng của nhóm tuổi x.

Như vậy, mật độ quần thể như một nhân tố nội tại điều chỉnh kích thước quần thể

III BIẾN ĐỘNG SỐ LƯỢNG CÁ THỂ VÀ SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA QUẦN THỂ

- Khái niệm: Biến động số lượng là sự tăng hay giảm số lượng cá thể của quần thể

- Sự tăng trưởng kích thước quần thể có thể xảy ra theo 2 hướng: Tăng trưởng theo hàm

số mũ và tăng trưởng theo hàm logistic.

+ Sự tăng trưởng theo hàm số mũ (tiềm năng sinh học):

Trong điều kiện môi trường không bị giới hạn (môi trường lí tưởng), sự gia tăng số

lượng cá thể của quần thể chỉ phụ thuộc vào tiềm năng sinh học vốn có của loài, tức là số

lượng cá thể với thời gian tăng lên nhanh chóng theo hàm số mũ:

hay:

N: số lượng cá thể của quần thể; : mức sinh sản; : khoảng thời gian; b: tốc

độ sinh sản riêng tức thời; d: tốc độ tử vong riêng tức thời; r: tốc độ tăng trưởng riêng tức thời của quần thể Đường cong tăng trưởng tương ứng có hình chữ J (hình 4.12)

Môi trường không bị giới hạn không có trong tự nhiên, nhưng nhiều loài có kích thước nhỏ, tuổi thọ thấp, sức sinh sản cao (nấm, vi khuẩn, nhiều loài côn trùng, cây mộtnăm ) có kiểu phát triển số lượng gần với kiểu tăng hàm mũ Tuy nhiên, số lượng củachúng nhiều khi chưa đạt đến giá trị giới hạn thì đã bị suy giảm thình lình do tác động củacác nhõn tố môi trường vô sinh mà chúng rất mẫn cảm

+ Sự tăng trưởng số lượng cá thể theo hàm logic (tiềm năng thực tế).

Trong thực tế, hầu hết các loài phát triển số lượng của mình trong điều kiện môi ường bị giới hạn, tuân theo hàm logistic:

Trong đó, K: kích thước tối đa mà quần thể có thể đạt được, cân bằng với sức chứa của môi trường Đường cong tương ứng của nó có dạng chữ S hay sigmoid, theo thời gian

số lượng cá thể chỉ có thể tiệm cận với sức chứa của môi trường (hình 4.13)

Sự tăng trưởng theo hàm logistic đặc trưng cho các loài có kích thước cơ thể lớn, tuổithọ cao, tuổi sinh sản lần đầu đến muộn, sức sinh sản thấp, chịu tác động chủ yếu bởi cácnhân tố môi trường hữu sinh (thức ăn, dịch bệnh )

Trong quần thể, tốc độ hay nhịp điệu sản xuất chất hữu cơ được xác định bởi các đặc tính sinh vật cũng như phức

hợp các nhân tố môi trường, đồng thời được quyết định bởi tốc độ và cường độ của cácquá trình sinh lí xảy ra trong quần thể

Tốc độ sản xuất là lượng chất hữu cơ mới được quần thể sinh ra trên đơn vị thời gian,còn sản lượng của quần thể là tổng lượng chất hữu cơ được quần thể tạo ra trong khoảngthời gian quan sát

Cường độ sản xuất (kí hiệu là P/B) là tốc độ sản xuất riêng, tức là lượng chất hữu cơđược hình thành bởi quần thể tính trên đơn vị thời gian và đơn vị sinh khối (biomass)trung bình trong khoảng thời gian nghiên cứu

Thường để tính sản lượng, tốc độ người ta không tính cả quần thể mà chỉ một phầnquần thể chiếm trên một không gian xác định (m2hay m3)

Phần chất hữu cơ được tích tụ dưới dạng các cá thể gọi là sản lượng sinh vật (bilogical production), còn sinh khối (biomass) là sản lượng chất hữu cơ có được tại

một thời điểm lấy mẫu, không phụ thuộc vào khoảng thời gian mà quần thể tồn tại

Giữa sinh khối và sản lượng sinh vật có mối quan hệ với nhau:

P(t1 - t2) = Bt2 - Bt1 + P’

Trong đó, P(t2 t1): Sản lượng sinh vật gia tăng trong khoảng thời gian t1 t2; Bt1 và Bt2: Sinh khối ở thời điểm t1 và t2; P’: Sản lượng sinh vật bị hao hụt trong khoảng thời gian t1 - t2 Nói cách khác, sinh khối ở một thời điểm nào đó, chẳng hạn

-ở t2, được xem là khối lượng sinh vật có -ở thời điểm trước đó (t1) cộng với khối lượng sinh vật mới được sản sinh ra trong khoảng thời gian t1 - t2, trừ đi khối lượng sinh vật đã

bị hao hụt cũng trong khoảng thời gian đó (chết, bị sinh vật sử dụng ăn thịt ), nghĩa là:

Bt2 = Bt1 + P (t2 - t1) - P’

Cường độ sản xuất chất hữu cơ của quần thể (P/B) phụ thuộc trước hết vào đặc tínhcủa loài và cấu trúc của quần thể, bao gồm cả kích thước và tuổi cá thể Các loài có kíchthước lớn, tuổi thọ cao thì hệ số P/B thấp hơn so với các loài kích thước nhỏ, tuổi thọ

thấp Ngay trong một loài, các cá thể có kích thước và tuổi thọ khác nhau, P/B cũng biến

đổi tương tự như dưới đây:

Sinh vật Tuổi thọ (năm) P/B (ngày/đêm)

Gammưarus locusta < 1 0,0480

G lacustris = 2 0,0055 Acanthogammarus/grewingki 10 0,0004

B HỆ THỐNG CÂU HỎI, BÀI TẬP VẬN DỤNG

PHẦN A: ÔN TẬP SINH THÁI HỌC CÁ THỂ

I MÔI TRƯỜNG SỐNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

Câu 1: Biểu đồ dưới đây minh họa sự thay đổi nhiệt độ không khí trong một ngày tại hai địa điểm: dưới tán rừng và ở vùng trống trong rừng.

a Quan sát biểu đồ và mô tả sự thay đổi của hai nhân tố sinh thái ánh sáng và độ ẩm không khí trong một ngày trong mối liên quan với nhân tố sinh thái nhiệt độ ở mỗi địa điểm nêu trên.

b Hãy so sánh các đặc điểm thích nghi nổi bật giữa hai nhóm thực vật thường phân bố tương ứng ở hai địa điểm nêu trên.

a Nhìn chung cường độ ánh sáng tăng và giảm trong ngày tương ứng với sự thay đổi củanhiệt độ

+ Ở vùng trống: Cường độ ánh sáng thay đổi nhiều trong ngày

+ Ở dưới tán: Cường độ ánh sáng trong ngày thay đổi không nhiều

Độ ẩm không khí thay đổi theo sự tác động tổ hợp của "nhiệt, độ ẩm" Vào buổi sáng, khinhiệt độ tăng, lượng nước bốc hơi nhiều, thoát hơi nước tăng, độ ẩm không khí cao Vàobuổi chiều, nhiệt độ giảm dần, lượng nước bốc hơi giảm nên độ ẩm cũng giảm đần

b Thực vật sống ở vùng trống mang đặc điểm của cây ưa sáng, thực vật dưới tán rừngmang đặc điểm của cây ưa bóng

Vị trí phân bố Nơi trống trải hoặc tầng trên của tán rừng,

nơi có nhiều ánh sáng Dưới tán của các cây khác hoặc mọc tronghang nơi có ít ánh sáng

Cấu tạo giải phẫu

Cách xếp lá Lá xếp nghiêng so với mặt đất Lá nằm ngang so với mặt đấtHoạt động sinh lý Quang hợp đạt cao nhất trong môi trường có

cường độ chiếu sáng cao

Quang hợp đạt cao nhất trong môi trường cócường độ chiếu sáng thấp

Câu 2: Hãy nêu các nhân tố sinh thái có liên quan đến mật độ cá thể của quần thể và làm giới hạn kích thước quần thể.

2 Các bệnh dịch truyền nhiễm (có nguy cơ phát tán càng mạnh khi mật độ quần thể tănglên, làm tăng tỷ lệ chết của quần thể)

3 Tập tính ăn thịt (một số loài động vật ăn thịt ưu tiên săn bắt các loài con mồi có mật độquần thể cao vì hiệu quả săn bắt sẽ cao hơn so với các loài con mồi có mật độ quần thểthấp

4 Các chất thải độc hại (có xu hướng tăng lên khi kích thước quần thể tăng, đến mứcnhất định có thể gây độc và gây chết cá thể trong quần thể)

II CÁC QUY LUẬT CƠ BẢN CỦA SINH THÁI HỌC

Câu 1: Vòng đời phát triển của loài tôm he là loài tôm biển như sau: Trứng  Ấu trùng  Sau ấu trùng  Tôm trưởng thành Khi ở giai đoạn thành thục chúng sống ở biển khơi nơi có nồng độ muối từ 32 – 35 0 /00 (cách bờ 10-12 km) và đẻ ở đó Ấu trùng tôm lúc đầu sống ở ngoài biển khơi nhưng di cư dần vào vùng cửa sông, đến khi cơ thể chuyển sang giai đoạn sau ấu trùng thì trôi dạt vào nơi nước lợ có độ mặn thấp 10-15 0 /00 Khi tôm trưởng thành chúng lại di cư ra biển Hiện tượng trên mô tả quy luật sinh thái nào?

Nắm được quy luật này có tác dụng gì trong việc đánh bắt hải sản cho năng suất cao?

- Quy luật tác động không đồng đều của các NTST (nồng độ muối trong nước biển):

+ Tôm trưởng thành chịu được nồng độ muối cao ở ngoài khơi

+ Giai đoạn ấu trùng chịu muối kém, phân bố ở vùng nước ven bờ - nơi có nồng độ muốikém

- Nắm được quy luật PT của tôm, tổ chức bảo vệ nguồn tôm giống và đánh bắt vào thờiđiểm thích hợp

III ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NTST LÊN ĐỜI SỐNG SINH VẬT VÀ SỰ THÍCH NGHI CỦA SINH VẬT

1 Ánh sáng

Câu 1: a Tại sao có thể nói ánh sáng là nhân tố chủ yếu của môi trường toàn cầu?

b Trong mùa đông hay mùa hạ, nhiệt độ môi trường vượt quá giới hạn sinh thái của bò sát, ếch nhái Vậy chúng có bị chết không ? Giải thích tại sao ?

b Trong mùa đông hay mùa hạ, nhiệt độ môi trường vượt quá giới hạn sinh thái của bòsát, ếch nhái chúng có không bị chết Vì chúng có tập tính tìm đến nơi có điều kiện nhiệt

độ thích hợp để trú ngụ

Câu 2: Hai hồ A và B có diện tích mặt nước và độ sâu bằng nhau, nhưng sinh khối tảo lại phân bố khác nhau như minh hoạ trong đồ thị Hãy cho biết sự khác nhau về các nhân tố sinh thái của môi trường 2 hồ Trong trường hợp nào ở các vùng ao, hồ, đầm lầy có hiện tượng xảy ra như trong hồ B?

- Hồ A có nước trong, ánh sáng xuống được sâu hơn ở hồ B.

- Hiện tượng sinh thái như trong hồ B ( gọi là hiện tượng phú dưỡng), thường gặp khi hồ

bị ô nhiễm chất hữu cơ Ví dụ như khi người ta đổ nhiều rác thải xuống hồ, khi cây xungquanh hồ bị chặt phá, mùn bã đổ xuống Để khắc phục ta cần bảo vệ các vùng đất ngậpnước bằng cách không đổ rác xuống hồ, ao, sông, suối , trồng cây để hạn chế xói mòn

Nhiệt độ ngưỡng phát triển ( 0 C)

Tổng nhiệt hữu hiệu ( 0 C.ngày)

Ngày 17 tháng 3 năm 1996, người ta tiến hành điều tra sâu đục thân ở Nghệ An (nhiệt độ trung bình ngày là 27,5 0 C) thấy trứng đã bắt đầu nở hàng loạt.

a Hãy tính thời gian phát triển của 1 vòng đời sâu đục thân ở vùng này.

b Hãy xác định thời gian bướm sâu đục thân bắt đầu xuất hiện ở vùng này?

HD:

a 50,62 ngày (cộng thời gian 4 giai đoạn)

b 28/4/1996 (cộng thời gian của giai đoạn sâu và nhộng)

Câu 2: Ở cao nguyên nhiệt độ trung bình ngày là 20 0 C, một loài sâu hại quả cần khoảng

90 ngày để hoàn thành cả chu kì sống của mình, nhưng ở vùng đồng bằng nhiệt độ trung bình ngày cao hơn vùng trên 3 o C thì thời gian để hoàn thành chu kì sống của sâu là 72 ngày.

a Hãy tính ngưỡng nhiệt phát triển của sâu?

b Nếu nhiệt độ môi trường giảm đến 18 0 C thì sâu cần bao nhiêu ngày để hoàn thành chu

- Tổng nhiệt ngày cho sâu hoàn thành chu kì sống của mình là: 80.(27- 10) = 13600C

Câu 3: Khi nghiên cứu một loài ruồi dấm có 3 nòi A, B, C tại một khu vực địa lý, người

ta lập được biểu đồ dưới đây về sự phân bố số lượng cá thể:

Để tìm hiểu nhân tố nào đã chi phối đặc điểm phân bố của các nòi ruồi trên, người ta tiến hành 2 thí nghiệm sau:

+ Thí nghiệm 1: nuôi chung trong cùng một lồng

2 nòi A và B với tỉ lệ ban đầu là A = 15%,

B = 85% ở 25 o C, qua 12 thế hệ, tỉ lệ số lượng nòi A

thay đổi theo đường biểu diễn số 1 trên đồ thị bên.

+ Thí nghiệm 2: giống thí nghiệm 1 nhưng ở điều kiện 15 o C, tỉ lệ số lượng nòi A (ban đầu là 85%) thay đổi theo đường biểu diễn số 2 trên trên đồ thị bên.

- Tỉ lệ số lượng cá thể nòi C hầu như không thay đổi theo độ cao

- Càng lên cao, tỉ lệ số lượng cá thể nòi B càng tăng, nòi A càng giảm

b - Kết luận:

+ Ở 25oC, nòi A tỏ ra thích nghi hơn, số cá thể tăng dần qua các thế hệ Nòi B thì ngược

lại, số cá thể giảm dần qua các thế hệ + Ở 15oC, nòi A tỏ ra kém thích nghi, số cá thể giảm dần qua các thế hệ Nòi B thì ngược

lại, số cá thể tăng dần qua các thế hệ

- Nhân tố sinh thái chính có liên quan đến sự phân bố cá thể giữa 3 nòi ruồi dấm A, B, C

là nhiệt độ không khí Càng lên cao thì nhiệt độ càng giảm, nòi B chịu lạnh giỏi hơn nêncàng chiếm ưu thế, nòi A thì ngược lại