SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG BÌNH TÀI LIỆU BỒI DƢỠNG THƢỜNG XUYÊN MÔN SINH HỌC THCS (Lƣu hành nội bộ) SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG BÌNH NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN NHẤT VỀ SINH THÁI HỌC (PHẦN 1[.]
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG BÌNH TÀI LIỆU BỒI DƢỠNG THƢỜNG XUYÊN MÔN SINH HỌC THCS (Lƣu hành nội bộ) SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG BÌNH NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN NHẤT VỀ SINH THÁI HỌC (PHẦN 1) PHỤC VỤ GIẢNG DẠY SINH HỌC THCS Quảng Bình, 2016 NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN PHẦN SINH THÁI HỌC (PHẦN 1) PHỤC VỤ GIẢNG DẠY SINH HỌC THCS Chƣơng MÔI TRƢỜNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI Môi trƣờng Mỗi sinh vật sống môi trường đặc trưng minh, ngồi ra, sinh vật khơng thể tồn Ví dụ, cá sống nước, nhơng cát sống bãi cát khô hạn, giun đất sống lớp đất ẩm giàu mùn Trên bề mặt Trái Đất phân chia tổng quát thành nhóm chính: Mơi trường vơ sinh hay khơng sống (abiotic) môi trường hữu sinh hay môi trường sinh vật (biotic) Môi trường vô sinh lại chia thành: mơi trường đất, nước khơng khí Cần nhớ rằng, q trình phát triển tiến hóa, sinh vật thường tập trung nơi thuận lợi cho đời sống Đó mơi trường nước từ sinh vật tiến chiếm đất liền, hình thành nên nhóm sinh vật chủ yếu: sinh vật nước (aquatic organisms) sinh vật cạn (Terrestrial organisms) Trong môi trường bất kì, sinh vật phải tìm điều kiện thuận lơi cho cư trú, kiếm ăn, làm tổ, sinh sản, nuôi con, đồng thời chống lại vật ăn thịt dịch bệnh Vậy, môi trường phần khơng gian bao quanh sinh vật, sinh vật có quan hệ trực tiếp gián tiếp với yếu tố cấu tạo nên môi trường phản ứng thích nghi hình thái cấu tạo, đặc điểm sinh lí, sinh thái tập tính Mơi trường sinh vật thường không ổn định, liên quan với giai đoạn phát triển vỏ Trái Đất biến đổi khí hậu Ví dụ, hình thành lục địa đại dương, siêu lục địa tan rã trôi dạt mảng lục địa Những sinh vật hình thành phát triển điều kiện phải trải qua bao biến cố lớn lao thích nghi để tồn ngày Vỏ Trái đất bước vào trạng thái tương đối yên tĩnh sau tuổi Băng hà lần cuối Đến nay, biến động mang tính cục khơng phải chấm dứt hoạt động đai núi lửa, động đất, sóng thần đổi thay mang tính tồn cầu hoạt động người lớp ơzơn bị xói mịn, khí hậu Trái Đất ấm dần lên, mực nước đại dương ngày dâng cao, đe dọa không đến đời sống sinh giới mà với đời sống người Trong trình tồn phát triển, chịu nhiều tác động, sinh vật phải thích ứng với điều kiện mơi trường nguồn sống có giới hạn phản ứng thích nghi (hình 1.1) Sự tích nghi hình thành q trình tiến hóa lồi mang tính tương đối, nhờ đó, sinh vật thỏa mãn nguồn thức ăn, sinh sản, phát tán nòi giống, chống lại vật dịch bệnh có hiệu cho tồn phát triển loài Các nhân tố sinh thái 2.1 Các khái niệm Yếu tố môi trường thành phần cấu tạo nên môi trường Khi chúng tương tác với sinh vật gọi nhân tố sinh thái Vậy, nhân tố sinh thái yếu tố mơi trường mà sinh vật có quan hệ trực tiếp hay gián tiếp phản ứng thích nghi Chẳng hạn, nơi lộng gió tồn nhờ có rễ cắm sâu xuống đất; nhiều lồi có thân bị; trùng thường có cánh ngắn, chí cánh tiêu giảm Liên quan với mơi trường, nhân tố sinh thái chia thành nhân tố vô sinh (abiotic - nhân tố không sống) nhân tố hữu sinh (biotic - nhân tố sinh vật) Nhân tố vô sinh gồm nhân tố vật lí, hóa học khí hậu, cịn nhân tố hữu sinh gồm thể sinh vật mối quan hệ chúng, kể người hoạt động người Theo ảnh hưởng tác động, nhân tố sinh thái chia thành nhóm: nhân tố khơng phụ thuộc mật độ nhân tố phụ thuộc mật độ Nhân tố không phụ thuộc mật độ tác động lên sinh vật ảnh hưởng tác động chúng khơng phụ thuộc vào mật độ quần thể bị tác động Chúng thường nhân tố vơ sinh Ví dụ: tác động ánh nắng trưa lên người giống tác động lên hàng chục, hàng trăm người bị phơi nắng Nhân tố phụ thuộc mật độ tác động lên sinh vật ảnh hưởng tác động chúng phụ thuộc vào mật độ quần thể bị tác động Chúng thường nhân tố hữu sinh Chẳng hạn, tác động dịch bệnh lên nơi dân cư thưa thớt nhiều so với nơi dân cư đông Trong tự nhiên, nhiều nhân tố có hàm lượng thấp, gặp so với nhu cầu tồn phát triển sinh vật, chẳng hạn, đất nguyên tố Bo cần cho tăng trưởng thực vật, lại khó kiếm Bởi vậy, thực tế canh tác nông nghiêp, Justus von Liebig có nhận xét, sinh trưởng thực vật bị giới hạn số lượng số loại muối khống, Từ (1840), ơng đề xuất định luật tối thiểu:“Mỗi lồi thực vật địi hỏi loại lượng muối dinh dưỡng xác định, số lượng tối thiểu tăng trưởng đạt mức tối thiểu” Hình 1.1 Sự thích nghi động thực vật với nhân tố môi trường để nâng cao mức sống sót, mức sinh sản khả phát tán nịi giống (theo WRIGM, 2004) Từ hình thành, định luật Lebig thường ứng dụng loại muối vô Về sau, quan niệm mở rộng, gồm phổ rộng nhân tố vật lí, nhiệt độ lượng mưa thể rõ Định luật có mặt hạn chế áp dụng trạng thái ổn định cịn bỏ qua vài mối quan hệ khác Chẳng hạn, quan hệ photpho suất, Libig cho rằng, photpho nguyên nhân tực tiếp làm thay đổi suất Sau người ta phát rằng, có mặt muối nitơ khơng ảnh hưởng lên nhu cầu nước thực vật mà giúp cho thực vật lấy photpho dạng khơng thể đồng hóa Như vậy, muối nitơ nhân tố thứ phối hợp tạo hiệu Tuy nhiên, tự nhiên lại có nhiều nhân tố dư thừa biến thiên rộng nhiệt chẳng hạn Từ thực tế dựa khái niệm nhân tố giới hạn Bleckman (1905) định luật tối thểu, Victor E Shelford (1940) đưa định luật chống chịu (Tolerance Low) Shelford rằng: “Các trung tâm phân bố sinh vật thường vùng mà điều kiện tối ưu (optimum) giành cho số lượng tương đối lớn loài” Như vậy, cá thể, quần thể loài hay quần xã, hệ sinh thái tồn khoảng xác định nhân tố sinh thái Ví dụ: lồi thủy sinh vật chống chịu giới hạn pH nước từ 6,5 đến 8,5; cá rô phi sống khoảng nhiệt độ 5,6 - 41,5oC Những khoảng xác định gọi giới hạn chống chịu (tolerant hay stress) hay giới hạn sinh thái (Ecological limit) Trong giới hạn có điểm hại (pessium): điểm hại điểm hại hay giới hạn (Minimum) giới hạn (Maximum), vượt qua chúng, sinh vật chết Trong giới hạn sinh thái có khoảng thuận lợi (optimum) khoảng chống chịu, nơi mà sinh vật sống bình thường, phí lượng nhiều so với khoảng thuận lợi (hình 1.2) Hình 1.2 Giới hạn sinh thái với khoảng cực thuận khoảng chống chịu loài Theo giới hạn sinh thái, có lồi có khoảng chống chịu rộng, có lồi lại có khoảng chống chịu hep Do vậy, người ta đưa khái niệm rộng (eury) hẹp (cteno), nhiều (poly), (oligo) Các từ tiếp đầu ngữ cho tên nhân tố, chẳng hạn, rộng nhiệt (eurythermal) hẹp nhiệt (ctenothermal); rộng muối (euryhaline) hẹp muối (ctenohaline), lồi tơm sống độ muối cao vùng cửa sơng lồi ưa mặn (polyhaline), cịn lồi sống phần đầu cửa sơng loài ưa nhạt (oligohaline) Định luật Shelford thừa nhận áp dụng phổ biến không đánh giá sức chịu đựng sinh vật với nhân tố môi trường mà nghiên cứu phân bố loài, quần xã hệ sinh thái khác hành tinh Về sau, định luật mở rộng tạo nhiều hệ quan trọng - Các lồi có giới hạn sinh thái rộng nhiều nhân tố, chúng có khả phân bố rộng bề mặt Trái Đất, chí có lồi phân bố tồn cầu - Những lồi có giới hạn sinh thái hẹp nhiều nhân tố, chúng có vùng phân bố hẹp, chí trở thành lồi đặc hữu (endemic), phân bố mơi trường đặc trưng ổn định, ví dụ cá cóc Tam Đảo - Khi nhân tố trở nên cực thuận cho đời sống sức chống chịu nhân tố khác bị thu hẹp, chẳng hạn, hàm lượng muối nitơ thấp, thực vật đòi hỏi lượng nước nhiều so với lượng nước mà địi hỏi hàm lượng nitơ cao cho sinh trưởng bình thường - Những thể phát triển giai đọan sớm (trứng, ấu trùng, thiếu trùng, non) hay thể trưởng thành trạng thái sinh lí thay đổi (mang trứng, chửa đẻ, ốm đau ) nhiều nhân tố môi trường trở thành nhân tố giới hạn Các nhân tố mơi trường cịn gộp thành nhóm: điều kiện tồn tài nguyên Các điều kiện tồn (conditions) thường nhân tố vô sinh, không bị sử dụng đến cạn kiệt mà lồi khơng thể kiếm được, song có vai trị vừa điều chỉnh vừa giới hạn đời sông loài Điều kiện tồn biến động không gian theo thời gian nhiệt độ (các cực trị nóng, lạnh giá trị trung bình), áp suất khơng khí, gió, pH (tính axit kiềm), độ muối, lửa, cấu trúc đáy, độ sâu, độ đục, dòng chảy Tài nguyên (resources) nhân tố (hữu sinh hay vô sinh) sinh vật sử dụng dẫn đến mức cạn kiệt Các nguồn vô sinh gồm nước, muối, ánh sáng, ôxi nguồn hữu sinh thức ăn từ sinh vật hoàn cảnh xác định Chúng đối tượng gây cạnh tranh nội loài hay khác lồi 2.2 Sự tương tác nhân tơ mơi trường Các nhân tố môi trường phụ thuộc chi phối lẫn Ánh sáng coi nhân tố mơi trường vật lí Ánh sáng tao nhiệt, dải sóng hồng ngoại Nhiệt từ ánh sáng Mặt Trời trải xuống mặt đất không liên quan với thời gian vĩ độ địa lí, địa hình nên chỗ ấm hơn, chỗ khác lạnh hơn, gây chênh lệch áp suất vùng đưa đến hình thành dịng khí thăng, khí giáng (theo độ cao) gió Đi kèm với gió vận động nước Khi nước bốc lên cao gặp lạnh ngưng tụ thành mây, gây mưa lục địa mặt đại dương Như vậy, thông thường nhân tố hệ hoạt động nhân tố khác, có quan hệ chi phối lẫn nhau, tác động đồng thời lên đời sống sinh giới theo hướng khác hỗ trợ, thúc đẩy kìm hãm, chí triệt tiêu 2.3 Qui luật tác động nhân tố môi trường lên đời sống sinh vật Để đánh giá tác động nhân tố môi trường lên thể hay cấp độ tổ chức cao (quần thể, quần xã), người ta quan tâm đến vấn đề đây: - Bản chất nhân tố Mỗi nhân tố gây tác động khác lên đặc tính sinh lí - sinh thái tập tính lồi mà bật trình trao đổi chất - Cường độ liều lượng tác động nhân tố lên sinh vật mạnh hay yếu, nhiều hay ít, sinh vật phản ứng lại cách tương ứng - Phương thức tác động: Tác động liên tục hay gián đoạn, ổn định hay dao động; dao động theo chu kì khơng theo chu kì Những phương thức gây ảnh hưởng khác lên đời sống - Thời gian tác động: dài ngắn khác Tính chống chịu sinh vật với thời gian tác động thể phức tạp Trong điều kiện rét đậm kéo dài, nhiều trồng vật nuôi bị suy kiệt chết Trong giới hạn chịu đựng, thời gian tạo cho sinh vât làm quen với hoàn cảnh nằm khoảng cực thuận Sự biến đổi nhanh khí hậu Trái Đất ấm lên, nhiều loài, lồi có kích thước lớn, biến dị di truyền khơng kịp thích ứng lâm vào tình trạng dễ bị diệt vong - Các nhân tố tác động đến đời sống tổ hợp, tác động đồng thời Nói cách khác, sinh vật lúc phải phản ứng tức thời với tác động tất nhân tố Nơi sống ổ sinh thái 3.1 Nơi sống (habitat) Nơi sống địa chỉ, nơi cư trú hay nơi thường gặp loài xác định quần xã thực vật mơi trường vơ sinh, nơi mà lồi thích nghi mặt sinh học Ví dụ: tán nơi sống loài chim Ngay tán cung cấp nơi sống khác hỗ trợ khác cho lồi đời sống hoang dã (hình 1.3) Hình 1.3 Sự phân chia vùng dinh dưỡng lồi chim hót Bắc Mĩ theo độ cao khác 3.2 Ổ sinh thái (Ecological nich) Ổ sinh thái “là không gian sinh thái (hay siêu không gian) giới hạn giới hạn sinh thái mà nhân tố sinh thái định đến tồn phát triển lâu dài cá thể lồi khơng gian (hình 1.4) Đây ổ sinh thái chung (tồn phần), cịn ổ sinh thái thành phần khơng gian sinh thái “các nhân tố thiết yếu đảm bảo cho hoạt động chức thể” ổ sinh thái sinh sản, ổ sinh thái dinh dưỡng Tập hợp ổ sinh thái thành phần cho ổ sinh thái chung Muối nitơ Độ ẩm (%) Max Max Min Min Min Nhiệt độ (oC) Max Hình 1.4 Một ổ sinh thái đơn giản với không gian chiều Không gian giới hạn giới hạn sinh thái nhiệt độ, độ ẩm muối nitơ Ngồi ra, người ta cịn đưa khái niệm ổ sinh thái (fundamental nich) ổ sinh thái thực (real nich) Ổ sinh thái không gian mà sinh vật sống khơng chịu áp lực sinh học (cạnh tranh, kí sinh, dịch bênh ), cịn ổ sinh thái thực không gian mà sinh vật sống phải chịu khống chế sinh học loài khác Chẳng hạn, Giáp xác bơi nghiêng (Gammarus duebeni) sống đơn độc vùng nước lợ bờ biển nước Anh, thủy vực nước Iceland loài phải chung sống với loài Gammarus pulex Về không gian, ổ sinh thái hẹp so với nơi sống Nói cách khác, nơi sống bao gồm nhiều ổ sinh thái Chẳng hạn, tán (hình 1.3) nơi sống nhiều lồi chim có ổ sinh thái khác Hồ ao dung nạp nhiều ổ sinh thái riêng loài thủy sinh vật: sinh vật sống nổi, sống đáy, sống ven bờ Aa B C Hình 1.5 Ổ sinh thái lồi Đường gạch nhân tố mơi trường Lồi A có ổ ST cách li với lồi B C Lồi B C có ổ ST gối lên nhau, lồi cạnh tranh với Trong tự nhiên, ổ sinh thái lồi cách li nhau, chồng gối lên Do chồng lấp thế, ổ sinh thái dinh dưỡng, loài cạnh tranh với Mức độ cạnh tranh mạnh, yếu phụ thuộc vào chồng lấp nhiều ít, ổ sinh thái chồng khít lên dẫn đến cạnh tranh loại trừ (hình 1.5) Trong nhiều trường hợp, địch thủ cạnh tranh với chung sống nơi, có phân ly ổ sinh thái chúng Sự cạnh tranh giảm đến tối thiểu, kẻ cạnh tranh ưu sử dụng nguồn thức ăn khác Chẳng hạn, chim gõ kiến ăn côn trùng vỏ cây, khơng cạnh tranh với chim ăn trùng có cánh Dơi nhạn ăn trùng có cánh, dơi bắt mồi vào chiều tối, nhạn săn mồi vào ban ngày Nhiều khi, “nguồn sống” khoảng khơng gian lồi khác sử dụng để tìm kiếm thức ăn, tranh chỗ làm tổ Ví dụ: phân chia “nguồn sống” loài chim sống tán rừng vân sam Maine Trong nhiều trường hợp loài cạnh tranh trực tiếp chung nguồn sống loài chuyển từ nơi khác đến sống với loài địa Đương nhiên, chúng lâm vào tình trạng diệt vong phải rời bỏ nơi khác theo nguyên lí “cạnh tranh loại trừ” Chẳng hạn, thỏ chuyển từ châu Âu đến Australia, nhiều lồi thú có túi nhỏ bị suy giảm diệt vong chúng cạnh tranh không với thỏ thức ăn nơi đào hang làm tổ Chƣơng MỐI QUAN HỆ TƢƠNG HỖ GIỮA CÁC NHÂN TỐ MÔI TRƢỜNG VÀ SINH VẬT Các nhân tố môi trƣờng tác động chúng lên đời sống sinh vật 1.1 Ánh sáng Ánh sáng từ Mặt Trời cung cấp nguồn lượng cho hoạt động Trái Đất, song ánh sáng trải xuống bề mặt Trái Đất không theo không gian thời gian Ánh sáng gồm dải tia đơn sắc, từ bước sóng cực ngắn đến ánh sáng có bước sóng dài (hình 2.1) Hình 2.1 Phổ điện từ trường với dải hồng ngoại, tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy dạng sóng dài khác - Cường độ chế độ chiếu sáng biến đổi theo quy luật thiên văn xác định, liên quan với sư vận động Trái Đất quanh trục sinh ngày đêm quanh Mặt Trời theo quỹ đạo xác định sinh mùa (hình 2.2) Hình 2.2 Do trục Trái Đất lệch với mặt phẳng quỹ đạo quanh Mặt Trời góc 23,5o nên vận động quanh Mặt Trời, mùa hình thành với vị trí quan trọng: Hạ chí-Đơng chí, Xuân phân-Thu phân Ngày Hạ chí ánh sáng mặt trời chiếu thẳng góc với Chí tuyến Bắc, mùa hạ thống trị Bắc Bán Cầu, Nam Bán Cầu mùa đơng Ngước lại, ngày Đơng chí, ánh sáng mặt trời chiếu thẳng góc với Chí tuyến Nam, mùa hạ thống trị Bán cầu Nam, Bắc Bán Cầu mùa đông Ngày Xuân phân Thu phân, ánh sáng mặt trời chiếu thẳng góc với xích đạo chùm lên đến địa cực, ngày đêm dài - Cường độ chiếu sáng giảm từ xích đạo đến cực độ cong bề mặt Trái Đất ánh sáng bị hấp thụ lớp khí ngày dày thêm (hình 2.3) Hình 2.3 a- Phổ xạ Mặt Trời ngưỡng khí quyển; b- Lượng xạ MT (%) phản xạ từ mặt biển lặng vào khí hàm góc chiếu; c- Sự biến đổi tổng xạ theo vĩ độ theo mùa Bắc Bán cầu.(đường cong thể vĩ độ) - Cường độ ánh sáng biến đổi mạnh theo địa hình bề mặt Trái Đất (độ cao, núi, rừng, đất, biển ) Trong nước, ánh sáng giảm theo độ sâu thành phần quang phổ, cường độ thời gian chiếu sáng Trong nước ngọt, ánh sáng đạt đến độ sâu từ 1-2 đến 5-6m tùy theo độ đục, trừ hồ Baical (40m), khơi đại dương ánh sáng xâm nhập đến độ sâu 200m, đêm vĩnh cửu Theo độ sâu, nước sạch, cường độ xạ tia đỏ nhanh chóng giảm đến 99% độ sâu 4m, chủ yếu biến thành nhiệt, ánh sáng lam (blue) giảm khoảng 70% độ sâu 70m (hình 2.4) Hình 2.4 Sự xâm nhập ánh sáng xuống tầng nước đại dương - Cường độ chiếu sáng cịn bị nhiễu loạn nhiều yếu tố khí hậu thời tiết (mây, mưa, giông ) chất chứa môi trường Ánh sáng không tạo nhiệt làm Trái Đất ấm lên mà “nguồn sống” thực vật Những sinh vât mang màu có khả tiếp nhận lượng Mặt Trời để thực quang hợp, tạo nguồn thức ăn sơ cấp đồng thời làm cho hành tinh hoàn toàn khác biệt với hành tinh khác hệ Mặt Trời Bức xạ quang hợp xanh chủ yếu dải ánh sáng trắng với bước sòng 3600-7600Ǻ Đối với thực vật, khả quang hợp biến động đến hàng trăm lần, liên quan với nhiều nhân tố khác Khả xác định tốc độ quang hợp xạ tia tới mức bão hòa, nhiệt độ điều kiện cực thuận độ ẩm cao, hàm lượng CO2 O2 mức bình thường Khả quang hợp thực vật C3 C4 khác Ở thực vật C4 (Zea mays, Saccharum officinal, Sargum vulgare nhiều thân thảo khác) tốc độ quang hợp liên tiếp tăng cường độ xạ quang hợp tích cực vượt ngồi cường độ bình thường thiên nhiên Nhóm có tới hàng nghìn lồi thuộc 17 họ, nhiều loài họ Amaranthaceae, Protoulacaceae Chenopodiaceae Ở thực vật C3, tốc độ quang hợp tăng cường độ chiếu sáng thấp, đặc biệt ưa bóng (rêu) Thực vật C3 gồm loài Triticum vulgare, Secale cereale, Lolium perenne, Dactylis glomerata, Trifolium repens, tất thuộc chi Quercus, Fagus, Beluta Pinus Liên quan đến cường độ chiếu sáng nhu cầu ánh sáng, thực vật chia thành nhóm sinh thái: ưa sáng, ưa bóng chịu bóng Cây ưa sáng lồi địi hỏi cường dộ chiếu sáng cao, ưa mọc nơi trống trải, mỏng, màu xanh nhạt chứa lượng sắc tố không nhiều Sản phẩm quang hợp tăng cường độ chiếu sáng tăng, đạt cực đại cường độ chiếu sáng thấp cường độ chiếu sáng cực đại Trong rừng nhiệt đới ưa sáng tạo nên 3-5 tầng vượt tán, nhiều đạt đến độ cao đến 40-50m Cây ưa bóng địi hỏi ánh sáng khuếch tán, thường sống tán ưa sáng nơi có bóng rợp Lá dày, chứa nhiều sắc tố nên mầu thẫm thường mọc ngang để tiếp nhận ánh sáng tốt Sản phẩm quang hợp cực đại đạt cường độ chiếu sáng trung bình Cây chịu bóng chất, ưa sáng, thích nghi sống nơi ánh sáng, thường phân bố đáy rừng Sản phẩm quang hợp tăng cường độ chiếu sáng tăng Những đại diện chịu bóng đa dạng Gừng, Riềng, Vạn niên thanh, Ráy Nhờ xuất khác nhóm sinh thái, rừng, rừng mưa nhiệt đới thường phân nhiều tầng, tạo nên sinh cảnh khác cho nhóm động vật khác cư trú Liên quan với chế độ chiếu sáng, thực vật chia thành nhóm ngày dài ngày ngắn, đặc trưng cho vùng vĩ độ trung bình Bán cầu Bắc Cây dài ngày thời kì hoa kết trái đòi hỏi pha sáng nhiều pha tối Ngược lại, ngày ngắn thời thời kỳ hoa kết hạt lại đòi hỏi pha tối nhiều pha sáng Ở thềm lục địa, loài tảo Đỏ (Rhodophyta) thích nghi với cường độ chiếu sáng thấp thời gian chiếu sáng ngắn nhờ có nhóm sắc tố bổ sung (phycoerythrin) hấp thụ nguồn lượng thấp Mặt Trời tầng nước sâu Động vật đòi hỏi ánh sáng cho sống mình, khơng q chặt chẽ Nhiều lồi động vật sống nơi khơng có ánh sáng đất, hang tối hay tầng nước sâu đại dương Một lượng nhỏ tia tử ngoại giúp cho động vật chuyển hóa vitamin cần thiết, song liều lượng cao lại gây hại cho trình trao đổi chất động thực vật, Các tia X, α, β với cường độ định thường gây đột biến gen thể Liên quan đến ánh sáng, động vật chia thành: nhóm lồi ưa hoạt động ban ngày, nhóm lồi ưa hoạt động ban đêm nhóm lồi ưa hoạt động vào lúc chuyển tiếp ngày qua đêm (hồng hơn) đêm qua ngày (bình minh) Nhóm thứ đặc trưng phát tiển quan thị giác thân có màu sắc, chí sặc sỡ Ở nhóm 2, mắt thường phát triển tinh (hổ, mèo, cú), đại phận thể nhuộm mầu xỉn đen Ở nhiều loài sinh vật biển sống sâu, quan thị giác tiêu giảm, thay quan phát sáng phát triển xúc giác Màu sắc thể có ý nghĩa sinh học quan trọng đời sống loài: - Các cá thể loài dựa vào màu sắc để nhận biết Những lồi sống đàn thường có màu sắc đàn điểm, xoang màu thể - Màu sắc thể giúp cho loài ngụy trang để trốn khỏi kẻ thù để rình bắt mồi Cơn trùng nhóm động vật có khả ngụy trang xuất sắc giới động vật nhờ biến đổi màu sắc hình dạng thân đến bất ngờ (bọ lá, bọ que) (hình 2,5) Một số lồi cịn biến đổi màu sắc thân theo thời gian liên quan với cường độ chiếu sáng ngày hay thay đổi màu sắc môi trường (Cameron, tắc kè ) Hình 2.5 Màu sắc ngụy trang bướm (a), bọ que Australia (b) biến đổi hình dạng cá ngựa Phyllopteryx eques (c) để sống ẩn dật đám rong, cỏ biển - Màu sắc thân dấu hiệu giới tính lồi Ở nhiều loài khác màu sắc cá thể đực xuất từ cịn non (cá Khổng tước, cá Chọi, cá Rơ cờ), song số lồi khác xuất đến tuổi thành thục (cá hồi Viến Đông ), gọi tượng “khoác áo cưới” - Màu sắc thân sặc sỡ tín hiệu báo nguy hiểm Đặc tính có mặt sinh vật thể có chứa chất độc nguy hiểm Nhiều lồi thể hồn tồn khơng chứa chất độc, “bắt chước” màu sắc loài thực độc để dọa vật ăn thịt chúng Đó màu sắc “dọa nạt” 1.2 Nhiệt độ Nhiệt độ nhân tố sinh thái quan trọng đời sống Nhiệt độ phân bố không theo vĩ độ địa lí địa hình, theo độ cao độ sâu tầng nước, theo ngày đêm theo mùa Ở vĩ độ cao hay vùng nhiệt đới xích đạo nhiệt độ thấp (trên đỉnh núi cao) cao, ổn định năm, vĩ độ trung bình lại dao động theo mùa Càng lên cao tầng đối lưu xuống sâu tầng nước đại dương hồ sâu, nhiệt độ giảm dần ổn định (hình 2.6 2.7) Những lồi sống điều kiện nhiệt độ khác có đặc điểm thích nghi riêng Cây vùng lạnh thường có vỏ dày, xốp chứa khí, phủ lơng tơ sáp, mùa đơng gần ngừng sinh trưởng, có “chồi ngủ đơng” Tương tự, lồi động vật thân phủ lơng có lớp mỡ da dầy, có tập tính di cư trú đơng ngủ đơng Sống nơi hoang mạc khơ nóng lồi động vật chuyển sinh hoạt vào ban đêm hay cư trú hang hốc với nhiệt độ thích hợp Các lồi trùng có vỏ kitin óng ánh để phản xạ lại ánh sáng có khoang khí chống nóng Hình 2.6 Sự biến thiên nhiệt độ khí Nhiệt độ (oC) Độ sâu Tầng nƣớc mặt, ấm Tầng nƣớc đệm Tầng nƣớc sâu, lạnh) Hình 2.7 Sự phân bố nhiệt độ theo độ sâu thủy vực Nhờ đặc tính riêng, nhiều lồi có khả sống điều kiện nhiệt độ thấp Ví dụ: ấu trùng sâu ngô (Pyrausta nubilaris) chuẩn bị qua đông chịu nhiệt độ âm 27,2oC, cá tuyết (Boregonus saida) hoạt động tích cực nhiệt độ -2oC tảng băng trơi Một số lồi có giới hạn sinh thái rộng loài chân bụng (Hydrobia aponensis) chịu dao động nhiệt độ từ -1oC đến +60oC Liên quan với khả điều hòa thân nhiệt, sinh vật chia thành nhóm biến nhiệt (poikilothermal) hay ngoại nhiệt (ectothermal) nhóm đồng nhiệt (homothermal) hay nội nhiệt (endothermal) Ở nhóm thứ nhất, thân nhiệt biến đổi theo biến đổi nhiệt độ mơi trường (hình 2.8) Chúng gồm tất loài vi sinh vật, Protozoa, thực vật, động vật không xương sống động vật có xương sống với tim ngăn ngăn Ngược lại, nhóm thứ lồi chim thú, thân nhiệt ổn định, độc lập với biến đổi nhiệt độ môi trường Nhờ vậy, chúng có ưu chinh phục bề mặt Trái Đất Hình 2.8 Trao đổi nhiệt thể động vật biến nhiệt mơi trường Trong q trình sống, khả tích tụ thải nhiệt loài động vật biến nhiệt thấp nhiều so với lồi đồng nhiệt Ví dụ, cá chép có khối lượng 105g ngày đêm thải 10,2 kcal/kg thể dạng nhiệt, sáo nặng 75g với khoảng thời gian thải 270 kcal/kg thể Ảnh hưởng nhiệt độ lên sinh vật biến nhiệt khác khác Trong giới hạn sinh thái, tốc độ trao đổi chất sinh vật tăng nhiệt độ môi trường tăng, ngược lại Nhờ vậy, nghiên cứu vant’ Hoff (1887) đưa cơng thức tính “hệ số nhiệt” (Q10) sau: 10 y1 x1 x Q10 y2 hoặc: log Q10 10(log y1 log y 2) x1 x2 Trong y tốc độ phát triển, x nhiệt độ (oC) Sau J Arrhenius (1898) lại đưa cơng thức tính tốn khác: 1 y2 e x1 x y1 hay: 4,6(log y log y1 )x 1 x1 x (y tốc độ phát triển; x nhiệt độ; hệ số) Theo vant’ Hoff, giá trị Q10 dao động từ đến 3, theo J Arrhenius, dao động khoảng 12.000-16.000 Nếu Q10 = 2,5 có nghĩa là, nhiệt tăng lên 10oC tốc độ trao đổi chất sinh vật tăng lên 2,5 lần Cách lí giải tương tự ảnh hưởng nhiệt độ lên tốc độ phản ứng hóa học Đây hạn chế quan điểm đời sống sinh vật Bằng thực nghiệm, mối quan hệ nhiệt độ thời gian phát triển giai đoạn hay đời sống động vật biến nhiệt thể công thức đây: T = n(x - k) T: tổng nhiệt hữu hiệu ngày cần cho phát triển giai đoạn hay đời sống; n- số ngày cần cho hoàn thành giai đoạn phát triển hay đời sống; x: nhiệt độ môi trường; k: nhiệt độ ngưỡng phát triển Ở động vật biến nhiệt, kích thước thể thường tăng theo chiều từ vĩ độ cao xuống vĩ độ thấp, ngược lại, động vật đồng nhiệt, quần thể loài hay loài gần nguồn gốc, kích thước thể lại tăng theo chiều ngược lại liên quan với trình trao đổi chất chúng (quy tắc Bergman) Tuy nhiên, loài sống nơi lạnh, phần thò thể (đuôi, tai) thường thu nhỏ lại (quy tắc Allen) so với quần thể sống vĩ độ thấp Nói chung, lồi có giới hạn sinh thái riêng nhiệt độ nên chúng có vùng phân bố riêng, đặc trưng cho loài Sự phân bố chúng thường kiếm soát điều kiện môi trường cực thuận (sub-optimum) Điều kiện cực thuận có quan hệ với nhiều nhân tố khác để tạo nên hiệu ứng tổng hợp đời sống, Do đó, quy tắc Bergman, Allen có ý nghĩa tương đối 1.3 Nước độ ẩm Nước tồn dạng: thể hơi, thể lỏng, thể rắn Dưới ảnh hưởng nhiệt, nước chuyển dạng cho tạo nên chu trình nước hay chu trình nhiệt - ẩm tồn cầu Nước đóng vai trò quan trọng đời sống sinh vật Cơ thể động vật thường chứa 50-70% trọng lượng thể, chí đến 99% (sứa) Ngồi tự nhiên, khối lượng nước lớn chứa đại dương, sau mũ băng cực đỉnh núi cao Nước môi trường thuận lợi cho đời sống Trái Đất, nơi tồn phát triển giới thủy sinh vật Sống nước, lồi thủy sinh vật có thích nghi tinh tế hình dạng, đặc tính sinh lí-sinh thái lối sống để chiếm lĩnh toàn khối nước đại dương Tuy nhiên, sống thường tập trung tầng nước mặt, dải độ sâu 0-100m, xuống sâu sống trở nên nghèo nàn (xem chương Sinh quyển) Ở cạn, nước cấp mưa độ ẩm khơng khí Trong đất, nước tồn dạng tự khe mạch túi nước ngầm hay dạng nước liên kết với cấu tử đất Cây lấy nước muối khống hịa tan từ mao mạch đất nhờ lông hút, song có tới 97-99% nước mà kiếm khỏi bề mặt Đó chiến lược sống cịn thực vật Nhờ vậy, dịng nước muối khống vận chuyển liên tục từ đất lên lá, muối khống giữ lại cho quang hợp, cịn nước khí Cây lấy nước muối khống từ mao mạch đất, song đường kính mao mạch nhỏ 0,2-0,8μm, lông hút xâm nhập vào Bởi vậy, đất mịn, khả giữ nước tốt, đất trở nên yếm khí, bị chết Ngược lại, đất xốp, thống khí, khả giữ nước kém, trở nên khơ hạn Do đó, từ mối quan hệ độ ẩm cấu trúc đất, người ta đưa khái niệm “độ héo vĩnh viễn” thực vật, nghĩa lượng nước cịn chứa đất (tính %) mà bắt đầu héo chết Độ héo vĩnh viễn giảm dần từ đất hạt mịn đến đất hạt thô (cao đất than bùn, giảm đất limon-bùn, đạt cực tiểu cát thô) Độ ẩm nhân tố sinh thái giới hạn quan trọng loài sinh vật cạn Trong nghiên cứu, việc đo đạc độ ẩm tương đối (tính %), người ta cịn sử dụng đại lượng “độ hụt bão hịa” Đó hiệu số áp suất nước điều kiện bão hòa áp suất nước thực tế Các nghiên cứu khẳng định rằng, thoát nước thường tỉ lệ thuận với độ hụt bão hịa khơng phải độ ẩm tương đối Những nơi có độ ẩm cao, rừng mưa nhiệt đới, bì sinh, khí sinh phát triển phong phú Đây cịn nơi sống nhiều loài động vật cần độ ẩm cao ruồi, muỗi, vắt sống lớp khí đất ẩm bề mặt hay giun đất sống đất Khi độ ẩm thấp, khả thoát nước từ thực vật gia tăng, vận chuyển nhiều chất dinh dưỡng lên lá, sản lượng chất hữu tích lũy thể thơng qua quang hợp cao Các nghiên cứu rằng, “hiệu thoát nước”, tức số gam chất hữu (khối lượng khơ) tích lũy thể thực vật lượng ... NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN NHẤT VỀ SINH THÁI HỌC (PHẦN 1) PHỤC VỤ GIẢNG DẠY SINH HỌC THCS Quảng Bình, 2016 NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN PHẦN SINH THÁI HỌC (PHẦN 1) PHỤC VỤ GIẢNG DẠY SINH HỌC THCS. .. ổ sinh thái chung (tồn phần), cịn ổ sinh thái thành phần khơng gian sinh thái “các nhân tố thiết yếu đảm bảo cho hoạt động chức thể” ổ sinh thái sinh sản, ổ sinh thái dinh dưỡng Tập hợp ổ sinh. .. khái niệm ổ sinh thái (fundamental nich) ổ sinh thái thực (real nich) Ổ sinh thái không gian mà sinh vật sống khơng chịu áp lực sinh học (cạnh tranh, kí sinh, dịch bênh ), cịn ổ sinh thái thực