Phân tích tác động của nhân tố ánh sáng đến sinh vật và quy luật tác động tổng hợp liên hệ thực tiễn trong việc áp dụng vào quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG KỲ THI KẾT THÚC HỌC PHẦN HỌC KỲ 1 NĂM HỌC 2021 - 2022 Đề tài: Phân tích tác động của nhân tố ánh sáng đến sinh vật và

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

KỲ THI KẾT THÚC HỌC PHẦN HỌC KỲ 1 NĂM HỌC 2021 - 2022

Đề tài: Phân tích tác động của nhân tố ánh sáng đến sinh vật và quy luật tác động tổng hợp Liên hệ thực tiễn trong việc áp dụng vào quản lý tài

nguyên và bảo vệ môi trường

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thường Đoan

Mã học viên: 20111070199

Lớp: ĐH10M1

Tên học phần: Sinh thái học

Mã học phần: MTQT2101

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Bích

Hà Nội, ngày tháng 12, năm 2021

NỘI DUNG 2

I Tác động của nhân tố ánh sáng đến sinh vật 2

1 Đặc điểm về sự phân bố và thành phần quang phổ của ánh sáng 2

1.1 Đặc điểm về sự phân bố của ánh sáng 2

1.2 Thành phần quang phổ của ánh sáng 2

2 Tác động của nhân tố ánh sáng đến thực vật 3

2.1 Ánh sáng ảnh hưởng tới hình thái cây 4

2.2 Ánh sáng ảnh hưởng tới lá cây 5

2.3 Ánh sáng ảnh hưởng tới hệ rễ 6

2.4 Ánh sáng ảnh hưởng tới các quá trình sinh lý của cây 6

2.5 Ánh sáng và đặc điểm thích nghi của các nhóm cây 6

3 Tác động của nhân tố ánh sáng tới động vật 7

4 Tác động của nhân tố ánh sáng tới vi sinh vật 10

5 Ý nghĩa của nhân tố ánh sáng đổi với đời sống sinh vật 10

II Quy luật tác động tổng hợp 11

III Liên hệ thực tiễn trong việc áp dụng vào quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường 12

1 Liên hệ thực tiễn trong việc áp dụng nhân tố ánh sáng vào quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường 12

2 Liên hệ thực tiễn trong việc áp dụng quy luật tác động tổng hợp vào quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường 13

KẾT LUẬN 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO 15

MỞ ĐẦU

Ánh sáng là nguồn cung cấp năng lượng cho quang hợp của thực vật, đây là vai trò quan trọng bậc nhất của ánh sáng có ý nghĩa quyết định cho sự ra đời, tồn tại và phát triển của thế giới sinh vật đa dạng trên Trái Đất

Ánh sáng là nhân tố điều khiển chu kì sống của sinh vật thông qua sự biến đổi có chu kì của chính bản thân nó, đặc biệt quan trọng là chu kì ngày đêm và chu kì mùa Ánh sáng là nhân tố điều chỉnh hoạt động sống của sinh vật thông qua cường độ, chất lượng, thời gian tác động lên từng đối tượng sinh vật cụ thể Các tác động đó

ảnh hưởng đến trao đổi chất, năng lượng và nhiều quá trình sinh lí khác Nó cũng là

nhân tố chính của khí hậu, tác động mang tính giới hạn và điều chỉnh của ánh sáng còn được thể hiện ở khía cạnh kéo theo sự thay đổi của các nhân tố sinh thái khác (nhiệt độ, độ ẩm không khí…) khi ánh sáng thay đổi

Bản thân em là sinh viên khoa Môi trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường

Hà Nội, nhận thấy được tầm quan trọng của nhân tố ánh sáng đến sinh vật em quyết

định chọn đề tài “Phân tích tác động của nhân tố ánh sáng đến sinh vật và quy luật tác động tổng hợp Liên hệ thực tiễn trong việc áp dụng vào quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường” để làm rõ hơn tác động của nhân tố ánh sáng đến

sinh vật và quy luật tác động tổng hơp

NỘI DUNG

1 Đặc điểm về sự phân bố và thành phần quang phổ của ánh sáng

Nguồn cung cấp ánh sáng cho Trái đất chủ yếu là Mặt Trời Bức xạ Mặt Trời khi xuyên qua khí quyển, bị khí quyển hấp thu và giữ lại ở tầng này 19%, còn 34% phản xạ trở lại vào vũ trụ và chỉ còn 47% xuống đến bề mặt Trái đất Khi xuống đến Trái đất, ánh sáng được chia thành hai phần: ánh sáng trực xạ chiếm 63%, đó là ánh nắng Mặt Trời chiếu thẳng xuống bề mặt Trái đất; còn lại là ánh sáng tán xạ chiếm 37%, đó là ánh sáng bị khuếch tán do bụi và hơi nước

• Sự phân bố ánh sáng cũng không đồng đều và phụ thuộc vào:

- Cường độ ở trên cao sẽ mạnh hơn dưới thấp Tại vùng Xích đạo (gần Mặt Trời) là mạnh nhất và suy yếu dần khi đi về phía hai cực

- Thời gian trong năm: Ở tại các cực của Trái đất, mùa đông không có ánh sáng, mùa hè thì lại sáng liên tục

- Số giờ được chiếu sáng trong một ngày: Vùng nhiệt đới, vào mùa hè thì ngày kéo dài, còn mùa đông thì ngày ngắn Càng về Xích đạo thì độ dài ngày càng tăng

- Vĩ độ, độ cao, các mùa trong năm: Trên núi cao có nhiều tia sóng ngắn

- Sự chiếu sáng: độ dài ngày đêm phụ thuộc vào trục quay của Trái đất

nghiêng 23 ° 27’ so với mặt phẳng quỹ đạo Vào mùa đông, độ dài của ngày tăng khi đi từ cực tới Xích đạo và vào mùa hè thì ngược lại

Sự phân bố ánh sáng đã ảnh hưởng đến sự biến đổi có chu kỳ của các nhân tố khác, như độ ẩm, nhiệt độ… và từ đó ảnh hưởng đến chu kỳ hoạt động của sinh vật, dẫn đến sự phân bố sinh vật trên Trái đất rất khác nhau

Bức xạ Mặt Trời gồm một phổ rộng các dải sóng Tùy theo độ dài sóng, nó được chia thành ba phần chính là: tia tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại

- Tia tử ngoại: Nó có độ dài sóng ngắn chỉ từ 10–380nm, mắt thường không nhìn thấy được, phần lớn các tia sóng ngắn đều gây hại cho sinh vật Nhưng nhờ có tầng ozon như một lớp lá chắn, giữ lại khoảng 90% lượng bức xạ cực tím và chỉ còn 10% là lọt xuống Trái đất, đủ thuận lợi cho các hoạt động sống, đó là những tia có bước sóng từ 290 - 380nm, ít gây hại đối với sinh vật và có tác dụng diệt khuẩn, nhưng cũng chỉ ở một lượng nhỏ mới có lợi cho sinh vật; đối với động vật và người, giúp tạo vitamin D; còn ở thực vật thì nó giúp tạo anthoxyan

- Quang phổ của ánh sáng nhìn thấy: gồm những tia có độ dài sóng từ 380-780nm và được chia thành các tia: tia tím, tia xanh, tia lục, tia vàng, tia đỏ; ánh sáng nhìn thấy rất quan trọng đối với cây xanh, cung cấp năng lượng cho cây quang hợp, trong đó tia đỏ có vai trò tốt nhất Ánh sáng nhìn thấy còn tác

động đến động vật về sự hình thành sắc tố, hoạt động của thị giác, hệ thần

kinh và sinh sản

- Tia hồng ngoại: Nó có độ dài sóng lớn nhất 780-340000 nm, mắt thường không nhìn thấy được

2 Tác động của nhân tố ánh sáng đến thực vật

Nó có ảnh hưởng mạnh mẽ đến toàn bộ đời sống của cây Quang hợp của thực vật chỉ xuất hiện ở phổ ánh sáng mà mắt thường có thể nhìn thấy được Cường độ ánh sáng khác nhau sẽ ảnh hưởng khác nhau tới thực vật

- Cường độ ánh sáng yếu và trung bình: Vào buổi sáng và buổi chiều (sau 14 giờ) ánh sáng được thực vật sử dụng tới 10-15% Còn vào buổi trưa (từ

11-14 giờ) thực vật chỉ sử dụng khoảng 2% Cường dộ ánh sáng yếu và trung bình thích hợp cho sự sinh trưởng của thực vật

- Cường độ ánh sáng cao: Nó thích hợp cho nhiều loại cây ưa sáng, như các cây trồng hàng năm, thân cây không cao, nhiều cành, nhánh, lá, hoa và quả Cường độ ánh sáng cao làm tăng sự thoát hơi nước, cây hấp thu nhiều chất

vô cơ, quang hợp mạnh, tích lũy vật chất nhanh

- Ánh sáng ở trong nước: Khi chiếu xuống mặt nước, một phần ánh sáng bị phản chiếu trở lại không khí, một phần được khuếch tán, phần còn lại xuyên qua nước với bước sóng màu xanh và màu lục

2.1 Ánh sáng ảnh hưởng tới hình thái cây

- Tính hướng sáng: Do tác dụng ánh sáng chiếu xuống cây không đều ở 4 phía, nên ngọn cây nghiêng và tán lệch về phía có nhiều ánh sáng, đặc tính này gọi

là sự hướng sáng của cây Gặp ở cây mọc lẻ bìa rừng, ven nhà cao tầng… trong đó có tính hướng quang của hoa, lá, rễ luôn hướng xuống đất…

Nguyên nhân là do: Dưới ảnh hưởng của ánh sáng kích thích một chiều lên ngọn cây, sự phân bố chất sinh trưởng đến ngọn cũng bị thay đổi và đầu ngọn có sự phân cực về điện: phía được chiếu sáng sinh điện tích dương, phía bị che tối sinh điện tích âm Dưới ảnh hưởng của sự phân cực này, dòng chất sinh trưởng vận chuyển về phía tối, kích thích tế bào phía tối dài ra nhanh hơn so với phía đối diện Kết quả cây cong về phía ánh sáng và cũng

vì vậy mà vòng gỗ hàng năm bị lệch tâm

Hình 1 Cảm ứng của cây non đối với điều kiện sáng

a Cây được chiếu sáng từ một phía - b Cây mọc trong tối (mọc vống)

c Cây được chiếu sáng từ mọi phía

- Sự mọc vống là hiện tượng cây có màu nhạt, dài ra nhanh, yếu ớt Gặp ở các cây trong tối Nguyên nhân là do cây bị thiếu sáng trầm trọng, sự trao đổi chất và sinh trưởng không bình thường Tế bào giảm cường độ phân chia,

nhưng lại có sự tăng trưởng nhanh về chiều dài Cây có thể trở lại sinh

trưởng bình thường, nếu hàng ngày ta chiếu vào cây một lượng ánh sáng yếu

và ngắn

- Hình thái loại cây: gồm các cây trong rừng, cây mọc lẻ ngoài rừng, cây bìa rừng; chúng có sự khác nhau về nhiều đặc điểm: vỏ thân, sự phân cành, tán

lá, chiều cao cây, số cành, góc tạo bởi giữa thân và cành…

Hình 2 Ảnh hưởng của ánh sáng đến hình thái cây

- Hiện tượng tỉa cành tự nhiên: là hiện tượng cây tự rụng cành một cách tự nhiên, không có sự can thiệp của con người Đây một hiện tượng thường xảy

ra ở trong rừng, khi rừng bắt đầu khép tán, do cành ở phía dưới bị những cành ở phía trên che mất ánh sáng Cây mọc lẻ ngoài rừng nhờ có đủ ánh sáng nên sự tỉa cành chậm, chiều cao đoạn thân phân cành thấp và giá trị gỗ kém hơn cây trong rừng

- Sự sắp xếp lá: các cây có sự sắp xếp lá giữa các tầng lá trên cao và tầng lá ở dưới thấp sao cho không che khuất nhau để cùng tiếp nhận ánh sáng ñược nhiều nhất

- Hình thái giải phẫu lá: các lá ở ngay trên một cây cũng khác nhau, lá ở phần ngọn, ngoài sáng thì nhỏ, dày, cứng, có tầng cutin dày, nhiều mô giậu, nhiều gân lá, lá có màu nhạt Còn lá ở phía dưới tán và bên trong thì phiến lá

thường to, mỏng, mềm, biểu bì mỏng, tầng cutin mỏng hoặc không có, nhiều

mô khuyết, ít mô giậu, lá có màu lục thẫm, gân lá ít, lỗ khí to và ít, như cây hồi, cây xà cừ…

- Vị trí của lá: Do sự thích nghi lâu đời, nên lá cây sắp xếp trên cành thuận lợi

để tiếp nhận ánh sáng Trong điều kiện ánh sáng vừa phải, lá cây thường

hướng về phía ánh sáng để các tia sáng chiếu thẳng góc với mặt trên của lá Cây bạch đàn cũng là loại cây ưa sáng, có tán thưa, lá trực tiếp nhận ánh sáng trực xạ; lá thường xếp nghiêng trên cành để giảm bớt tác hại của ánh sáng, nên tán cây bạch đàn ít có bóng râm

- Lượng diệp lục trong lá: nếu bị thiếu sáng, cây có hiện tượng mọc vống, màu nhạt, lá vàng dần không có diệp lục mà chỉ có các sắc tố màu; cây sẽ xanh trở lại khi có ánh sáng đầy đủ Các cây sinh trưởng trong điều kiện ánh sáng yếu thì lượng diệp lục trong lá cao hơn cây ở nơi có ánh sáng mạnh, để tăng cường tiếp nhận ánh sáng, quang hợp, tạo chất hữu cơ

Phụ thuộc vào loài và tùy môi trường, ánh sáng giúp cho một số loài cây có rễ trong không khí tạo diệp lục để quang hợp, như một số loài phong lan trong họ Lan

Hệ rễ trong đất của cây ưa sáng phát triển rất mạnh so với cây ưa bóng

2.4 Ánh sáng ảnh hưởng tới các quá trình sinh lý của cây

Quang hợp: tia đỏ có tác dụng tốt nhất cho diệp lục hấp thu ánh sáng để quang hợp Cường độ quang hợp, hô hấp và cường độ thoát hơi nước của cây ưa sáng cao hơn lá trong bóng của cây ưa bóng Cây vùng ôn đới nếu thời gian chiếu sáng càng dài, thì cây càng phát triển nhanh và ra hoa sớm Còn cây ở vùng nhiệt đới thì ngược lại Ví dụ để cây đậu xanh trong ánh sáng liên tục, cây mọc nhanh, dài ra và biến thành dây leo

Nhu cầu ánh sáng của các loại cây không giống nhau và được chia thành ba nhóm cây: nhóm ưa sáng, nhóm ưa bóng, nhóm cây trung tính

- Nhóm cây ưa sáng sinh trưởng, phát triển tốt trong những điều kiện chiếu sáng đầy đủ, ở nơi quang đãng như các cây ở thảo nguyên, savan, rừng thưa, cây nông nghiệp…Ví dụ, đếch, bạch đàn, lúa, ngô… nhiều loại cỏ thuộc họ Lúa, họ đậu… Cây ưa sáng tạo nên sản phẩm quang hợp cao khi điều kiện chiếu sáng tăng lên, nhưng nói chung sản phẩm quang hợp đạt cực đại không phải trong điều kiện cường độ chiếu sáng cực đại mà ở cường độ vừa phải Cây ưa sáng có tán thưa, nhiều cành, lá, sự phân cành nhiều, vỏ cây dày, lá dày, nhẵn, bóng, hẹp Lá có mạng gân phát triển, nhiều, dày, có nhiều lỗ khí,

mô giậu phát triển mạnh Hạt diệp lục nhỏ; tế bào biểu bì nhỏ có thành ngoài dày, xếp ngoằn ngoèo, lượn sóng để tăng tính cơ học, lá nhỏ, dày và cứng

- Nhóm ưa bóng thích hợp ở những nơi ít ánh sáng, như dưới tán rừng, hang

động, như các cây: lim, lá dong, chua me rừng, nhiều loài cây thuộc họ Cà

phê…Cây ưa bóng cho sản phẩm quang hợp cao ở cường độ chiếu sáng thấp; ánh sáng trực xạ không những thừa mà còn có hại cho chúng Cây ưa bóng

đã tận dụng ánh sáng yếu, nên có tán dày, nhỏ, thu hẹp lại ở phần ngọn, cành

dưới dài hơn cành trên để nhận ánh sáng được nhiều nhất Thân hình trụ, tỉa cành tự nhiên mạnh, vỏ thân mỏng và sẫm Lá cây ưa bóng lớn, mỏng và có hiện tượng xếp xen kẽ nhau, lá có mạng gân lá ít, lỗ khí lớn, nhưng số lượng

ít, vì thoát hơi nước ít hơn Lỗ khí nhiều khi lồi lên ở mặt dưới lá, mô giậu kém phát triển

- Nhóm cây trung tính là nhóm trung gian giữa hai nhóm trên Chúng cần ánh sáng vừa phải, nhưng nếu bị che một ít vẫn không bị ảnh hưởng, nhưng nhịp

điệu quang hợp tăng ở nơi chiếu sáng tốt, như cây ràng ràng, dầu rái…

3 Tác động của nhân tố ánh sáng tới động vật

Ánh sáng không có “giới hạn sinh thái thích hợp” đối với động vật, tất cả các loài

động vật đều có thể phát triển trong tối và trong sáng Tuy nhiên, ánh sáng cũng rất

cần thiết cho động vật Tia tử ngoại ở liều lượng nhất định thúc đẩy quá trình tạo thành vitamin D, còn ở liều lượng cao gây ra hủy hoại chất nguyên sinh, ung thư da… các tia cực ngắn còn gây ra cho cơ thể những đột biến về gen

• Sự phân nhóm động vật: Các loài khác nhau cần thành phần quang phổ, cường độ và thời gian chiếu sáng khác nhau, có hai nhóm: nhóm ưa sáng và nhóm ưa tối

- Nhóm động vật ưa sáng hay nhóm ưa hoạt động vào ban ngày: chúng chịu

được giới hạn rộng về độ dài sóng, cường độ và thời gian chiếu sáng, chúng

thường có cơ quan tiếp nhận ánh sáng Ở động vật bậc thấp là các tế bào cảm quang, phân bố khắp cơ thể Ở động vật bậc cao chúng tập trung thành cơ quan thị giác; điển hình như ở côn trùng, động vật có xương sống, nhất là chim và thú Do vậy, động vật thường có màu sắc, đôi khi lại rất sặc sỡ (côn trùng) như là những tín hiệu sinh học

Hình 3 Ví dụ về nhóm động vật ưa sáng

- Nhóm động vật ưa tối hay nhóm ưa hoạt động vào ban đêm, gồm những loài chỉ có thể chịu đựng được giới hạn ánh sáng nhất định, chúng sống trong hang, trong đất hay ở đáy biển sâu Màu sắc của chúng không phát triển và thân thường xỉn đen Ở những vùng không có ánh sáng, thì cơ quan thị giác tiêu giảm hoàn toàn, nhường chỗ cho cơ quan xúc giác và cơ quan phát sáng

Cơ quan phát sáng phát ra ánh sáng lạnh, gọi là ánh sáng sinh học, để nhận biết đồng loại, hay để bắt mồi…

Hình 4 Ví dụ về nhóm động vật ưa tối

• Ánh sáng cần cho sự định hướng thị giác trong không gian của động vật

Cơ quan thị giác ở động vật ngày càng được hoàn thiện, từ chỗ chỉ là lỗ chứa tế bào cảm quang ở các động vật không xương sống bậc thấp, đến chỗ đã có mắt ở

động vật có xương sống và sâu bọ

Về sự phân biệt màu sắc, cơ quan thị giác cũng có nhiều mức độ khác nhau, tuỳ loài Những loài thú, chim hoạt động nhiều vào ban đêm và hoàng hôn thì không phân biệt được màu sắc và chỉ thấy phản chiếu hình ảnh đen trắng (chó, mèo, chuột

đồng, chim cú mèo…); còn thú và chim ăn ngày thì thị giác phát triển tốt, chúng

phân biệt được màu Nhờ thị giác, nhiều động vật đã định hướng trong thời gian di

cư, nhất là chim

• Ảnh hưởng của ánh sáng tới sự sinh trưởng, phát triển, sinh sản và tử vong

của động vật

Sinh sản của động vật phụ thuộc vào cường độ và thời gian chiếu sáng Nhiều thực nghiệm đã chứng minh rằng: Ánh sáng sau khi kích thích cơ quan thị giác, thông qua các trung khu thần kinh gây nên hoạt động nội tiết ở tuyến não thùy, từ

đó ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát dục ở động vật Ví dụ, tăng cường độ chiếu

sáng, sẽ rút ngắn thời gian phát triển ở cá hồi Thời gian chiếu sáng cực đại trong ngày còn làm thay đổi mùa đẻ trứng của cá hồi Một số loài thú như: cáo, một số thú

ăn thịt nhỏ, một số gặm nhấm sinh sản vào thời kỳ có ngày dài; ở nhiều loài động