Tai lieu on thi THPT Sinh12 2016

Tài liệu Sinh học 12 CHUYÊN ĐỀ V - DI TRUYỀN & BIẾN DỊ VẤN ĐỀ I - CẤU TRÚC, CƠ CHẾ DT & BIẾN DỊ Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ A TÓM TẮT LÝ THUYẾT Cấu trúc cấp độ phân tử 1.1 Cấu trúc & chức ADN 1.1.1 Cấu trúc: - ADN đại phân tử sinh học có cấu trúc đa phân, mà đơn phân Nu (A, T, G, X), Nu liên kết với liên kết photphodieste (liên kết cộng hóa trị) hình thành nhóm hydroxyl (–OH) vị trí C3’ Nu với nhóm nhóm phôt phat (–H2PO3) vị trí C5’ Nu kế cận để tạo thành chuỗi pôlinuclêôtit Cấu tạo nuclêôtit: kích thước 3.4A0, khối lượng trung bình 300 đvC gồm thành phần: Liên kết Hóa trị Liên kết photphodieste + gốc đường Deoxiribôzơ (C5H10O5); + nhóm phôt phat (–H2PO4); + loại bazơnitơ ( A, T, G, X) - ADN mạch đơn (một số virut); mạch kép thẳng hay vòng Phần lớn ADN có cấu trúc xoắn kép dạng B (theo J.Watson F.Crick) gồm mạch đơn xoắn song song, xoắn từ trái sang phải ngược chiều kim đồng hồ (xoắn phải) xoắn theo chu kì Mỗi chu kì xoắn gồm 10 cặp Nu, có chiều dài 34 A0 Đối với ADN mạch kép, mạch đơn Nu liên kết với theo nguyên tắc bổ sung (NTBS): “A mạch liên kết với T mạch liên kết hiđrô ngược lại; G mạch liên kết với X mạch liên kết hiđrô ngược lại” - Phân tử ADN chứa nhiều gen, gen đoạn phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho sản phẩm xác định, sản phẩm chuỗi pôlipeptit hay ARN Đối với virut, gen ADN ARN mạch đơn hay kép + Phân loại gen: có nhiều loại gen gen cấu trúc, gen điều hòa, gen nhảy, + Cấu trúc chung gen cấu trúc  Gen mã hóa prôtêin gồm vùng trình tự Nu:  Vùng điều hòa : nằm đầu 3’ mạch mã gốc, có trình tự Nu đặc biệt giúp ARN – pôlimeraza bám vào để khởi động, đồng thời điều hòa trình phiên mã  Vùng mã hóa : mang thông tin mã hóa aa  Vùng kết thúc: nằm đầu 5’ mang tín hiệu kết thúc phiên mã  Các gen sinh vật nhân sơ có vùng mã hóa liên tục gọi gen không phân mảnh, phần lớn gen SV nhân thực gen phân mảnh: xen kẽ đoạn mã hóa aa (Êxôn) đoạn không mã hóa aa (Intrôn) 1.1.2 Chức ADN: mang, bảo quản truyền đạt thông tin di di truyền (TTDT) - TTDT: trình tự xếp nuclêôtit mạch ADN dạng mật mã di truyền, quy định trình tự Nu ARN từ quy định trình tự aa phân tử prôtêin TTDT lưu giữ ADN hay gen dạng mật mã di truyền (mã di truyền) - Mã di truyền trình tự nuclêôtit gen qui định trình tự axit amin phân tử prôtêin Mã di truyền có đặc điểm: đọc từ điểm xác định theo ba không gối chồng lên nhau; Có tính phổ biến; Có tính đặc hiệu; Mang tính thoái hóa Bằng lí luận thực nghiệm, người ta xác định đơn vị mã di truyền mã ba Như ADN (gen) có loại Nu (A, T, G, X)  43  64 ba gen (triplet) ThS Đặng Thị Lan Hương Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 - Các phân tử ADN khác thành phần, số lượng trình tự xếp  loại Nu (4 A, T, G, X)  tạo tính đặc trưng đặc điểm đa dạng phong phú cho loài 1.2 Cấu trúc loại ARN 1.2.1.Cấu trúc: - ARN đại phân tử sinh học, cấu trúc Chuỗi poli Nu ARN theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân Nu (A, U, G, X ), Nu liên kết với liên kết hóa trị tạo thành chuỗi pôlinuclêôtit - ARN phiên mã từ mạch mã gốc gen thông qua trình phiên mã ARN gồm chuỗi pôlinuclêôtit (mạch đơn) số virut có ARN mạch kép - Có loại ARN, loại có đặc điểm cấu trúc khác nhau: + mARN: 1chuỗi pôlinuclêôtit mạch thẳng + rARN: 1chuỗi pôlinuclêôtit có nhiều đoạn xoắn kép cục bộ, Nu liên kết với theo NTBS + tARN: 1chuỗi pôlinuclêôtit quấn trở lại đầu (có đoạn Nu liên kết với theo NTBS) tạo gắn với aa nên cấu trúc thùy đầu mang ba đối mã, đầu gắn với aa – đầu 3’ đầu tự – đầu 5’ 1.2.2.Chức năng: - tARN có chức vận chuyển axit amin tới ribôxôm để tổng hợp prôtêin (dịch mã) - rARN thành phần cấu tạo nên ribôxôm - bào quan tham gia dịch mã - mARN có chức truyền đạt thông tin di truyền từ gen → Rb để tổng hợp prôtêin Lưu ý: - Các ba Nu mạch mã gốc gen gọi ba mã gốc hay triplet - Các ba Nu mARN gọi ba mã hay codon - Các ba Nu tARN gọi ba đối mã hay anticodon Các ba gen phiên mã thành ba ARN Trong ba mARN (codon hay ba mã sao) ba trực tiếp tham gia quy định (mã hóa) axit amin chuỗi poolipeptit Như mARN có 64 ba, có:  Một ba vừa làm tín khởi đầu dịch mã, vừa mã hóa axit amin mở đầu - Mêtiônin (kí hiệu Met - sinh vật nhân thực hay f Met sinh vật nhân sơ) gọi ba mở đầu: AUG  Ba ba không mã hóa aa làm tín hiệu kết thúc dịch mã (bộ ba kết thúc) : UAA, UAG UGA  61 ba mã hóa cho 19 loại aa (tính thoái hóa mã di truyền) Bảng ba mật mã U X A G UUU UXU UAU UGU U Tyr UUX UXX UAX U G X Cys X phe UUA UXA U G A (kt) A Ser U A A (kt) U UUG UXG U A G (kt) U G G Trp G Leu X XUU XUX XUA XUG Leu ThS Đặng Thị Lan Hương XXU XXX XXA XXG Pro XAU XAX XAA XAG His Gln XGU XGX XGA XGG Arg U X A G Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 A G AUA AUX AUA AUG GUU GUX GUA GUG He Met Val Val AXU AXX AXA AXG GXU GXX GXA GXG Thr Ala Thr AAU AAX AAA AAG GAU GAX GAA GAG Asn Lys AGU AGX AGA AGG GGU GGX GGA GGG Asp Glu Ser Arg Gli Thr U X A G U X A G 1.3 Cấu trúc prôtêin - Cấu trúc: + Prôtêin đại phân tử hữu cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân axit amin Mỗi aa có thành phần: gốc cacbon (-R), nhóm amin (-NH2), nhóm cacboxyl (-COOH) + Các aa liên kết với liên kết peptit (liên kết nhóm amin axit amin với nhóm cacboxyl axit amin bên cạnh đồng thời giải phóng phân tử nước)→ chuỗi pôlipeptit + Các phân tử prôtêin phân biệt với số lượng, thành phần, trình tự phân bố axit amin Ngoài ra, phân tử prôtêin hay nhiều chuỗi pôlipeptit loại hay Liên kết peptit khác lại liên kết với tạo nên bậc cấu trúc khác → Do vậy, từ 20 loại aa tạo nên khoảng 1014 – 1015 loại prôtêin đặc trưng cho loài  Prôtêin hợp đa dạng phong phú hợp chất hữu Bảng cấu tạo hóa học 20 loại axit amin Cấu tạo hóa học Tên Cấu tạo hóa học Tên CH3CH(NH2)COOH Ala H2N-C(=NH)NHCH2CH2CH2CH(NH2)COOH Arg (H2N-C(=O)CH2CH(NH2)COOH Asn HOOC-CH2CH(NH2)COOH Asp HS-CH2CH(NH2)COOH Cys H2N-C(=O)CH2CH2CH(NH2)COOH Gln HOOC-CH2CH2CH(NH2)COOH Glu HCH(NH2)COOH Gly His CH3CH2CH(CH3)CH(NH2)COOH Ile* H2N-CH2CH2CH2 CH2CH2(NH2)COOH Lys* CH3CH(CH3)CH2CH(NH2)COOH Leu* CH3-S-CH2CH2CH(NH2)COOH Met* Phe* Pro ThS Đặng Thị Lan Hương HOCH2CH(NH2)COOH Ser Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 Cấu tạo hóa học CH3CH(OH)CH(NH2)COOH Cấu tạo hóa học Tên Thr* Tên Trp* Tyr CH3CH(CH3)CH(NH2)COOH Val* - Chức năng: tương tác với môi trường để biểu thị chức sinh lí, sinh hóa tính trạng thể + Vai trò prôtêin cấu trúc di truyền  Prôtêin histon tạo nên tiểu thể hình cầu dẹt, ADN quấn 1,75 vòng xoắn vào tiểu thể hình cấu tạo nên nuclêôxôm, đơn vị cấu tạo nên NST Trong nuclêôxôm, prôtêin liên kết với vòng xoắn ADN đảm bảo cho cấu trúc di truyền ổn định, thông tin di truyền điều hoà  Prôtêin liên kết với rARN hình thành nên hạt lớn hạt bé, tổng hợp prôtêin hạt lớn hạt bé ghép lại với để thực chức dịch mã Và vận hành bước phân tử mARN, hạt ribôxôm bé dính bám vào mARN, hạt ribôxôm lớn chứa enzim, vị trí A (vị trí axit amin), vị trí P (vị peptidyl) + Vai trò prôtêin chế di truyền  Prôtêin tạo từ khuôn mẫu gen cấu trúc, chúng tương tác với môi trường để hình thành tính trạng theo sơ đồ: gen  mARN  prôtêin  tính trạng  Prôtêin ức chế sản sinh từ khuôn mẫu gen điều hoà có tác dụng đóng mở gen vận hành (O) điều hoà trình phiên mã  Trong trình tổng hợp ADN có xúc tác enzim ADN - pôlimeraza enzim khác  Trong trình tổng hợp ARN có tham gia enzim ARN - pôlimeraza đảm bảo cho trình phiên mã xảy mạch 3' - 5' gen để tạo ARN có chiều 5' - 3'  Trong trình tổng hợp prôtêin, cần có tham gia nhiều enzim  Prôtêin tham gia tạo nên yếu tố mở đầu, kéo dài, kết thúc trình tổng hợp prôtêin  Sự phân huỷ prôtêin tạo nên axit amin làm nguyên liệu tổng hợp prôtêin, tạo lượng ATP hoạt hoá nguyên liệu: nuclêôtit, axit amin nguyên liệu tổng hợp ADN, ARN, prôtêin  Prôtêin thành phần tạo nên trung thể, thoi tơ vô sắc, đảm bảo cho trình phân li NST nguyên phân, giảm phân góp phần ổn định vật chất di truyền cấp độ tế bào Cơ chế di truyền cấp độ phân tử (phương thức truyền đạt thông tin di truyền) 2.1 Cơ chế nhân đôi ADN 2.1.1 Cơ chế nhân đôi ADN sinh vật nhân sơ * Cơ chế: Nhân đôi ADN diễn theo NTBS bán bảo tồn - Vị trí : diễn vùng nhân tế bào chất (đối với ADN plasmit) - Thời điểm: trước tế bào vi khuẩn phân chia - Diễn biến: ADN vi khuẩn có dạng vòng kép, kích thước nhỏ nên nhân đôi xảy điểm tạo nên đơn vị nhân đôi gồm chạc chép hình chữ Y + Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN:  Nhờ enzim tháo xoắn, hai mạch đơn phân tử ADN tách dần tạo nên chạc chép để lộ mạch khuôn + Bước 2: Tổng hợp mạch ADN mới:  ADN – pôlimeraza xúc tác hình thành mạch đơn theo chiều 5’ – 3’ Trong đó, Nu mạch khuôn liên kết với Nu môi trường nội bào theo NTBS: “ Amạch khuôn liên kết với Tmôi trường liên kết hiđrô Tmạch khuôn liên kết với Amôi trường liên kết hiđrô Gmạch khuôn liên kết với Xmôi trường liên kết hiđrô Xmạch khuôn liên kết với Gmôi trường liên kết hiđrô”  Trên mạch khuôn (3’ – 5’), mạch bổ sung tổng hợp liên tục (5’ – 3’) Trên mạch khuôn (5’ – 3’) mạch ThS Đặng Thị Lan Hương Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 tổng hợp gián đoạn  đoạn Okazaki (5’ – 3’)  nối lại với nhờ enzim ligaza  mạch (3’ – 5’) + Bước 3: Hai phân tử ADN tạo thành:  Các mạch tổng hợp đến đâu mạch đơn xoắn đến tạo thành phân tử ADN con, mạch tổng hợp mạch ADN ban đầu (nhân đôi theo nguyên tắc bán bảo tồn) * Ý nghĩa nhân đôi ADN: - Đảm bảo TTDT truyền đạt xác qua hệ tế bào thể - Là sở cho nhân đôi NST phân bào 2.1.2 Cơ chế nhân đôi sinh vật nhân thực - Cơ giống với sinh vật nhân sơ: Diễn theo nguyên tắc bổ sung bán bảo tồn - Điểm khác: + Vị trí : diễn nhân hay TBC (đối với ADN ti thể, lục lạp) + Thời điểm : diễn kì trung gian trước tế bào phân chia + TB nhân thực có nhiều phân tử ADN có kích thước lớn, phân tử ADN có nhiều đơn vị nhân đôi → trình nhân đôi diễn nhiều điểm phân tử ADN + Có nhiều loại enzim tham gia so với nhân đôi TB nhân sơ * Lưu ý: - Enzim ADN - pôlimeraza (III) có hoạt tính xúc tác mạch khuôn theo chiều 3’-5’ Do vậy, mạch khuôn (3’-5’) mạch bổ sung tổng hợp liên tục; mạch khuôn (5’-3’) mạch bổ sung tổng hợp gián đoạn thành đoạn okazaki - Quá trình nhân đôi, enzim primaza tổng hợp đoạn ARN mồi (khoảng 10 Nu), có trình tự bổ sung với mạch khuôn Nó có nhiệm vụ tạo đầu 3’OH tự sẵn có mạch (5’-3’) để ADN – pôlimeraza (III) lắp ráp Nu môi trường theo NTBS polime hóa hình thành mạch (5’-3’) Mỗi đoạn okazaki phải có đoạn mồi, kể mạch tổng hợp liên tục cần có đoạn mồi để khởi - Đơn vị nhân đôi: có nhiều đơn vị nhân đôi 2.2 Cơ chế phiên mã * Cơ chế: - Vị trí : diễn nhân TBC (Ti thể, lục lạp) TB nhân thực hay vùng nhân TBC (plasmit) TB nhân sơ - Thời điểm: tế bào cần tổng hợp loại prôtêin - Diễn biến: + Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN:  Enzim ARN – pôlimeraza bám vào vùng điều hòa làm gen tháo xoắn để lộ mạch mã gốc (3’-5’) bắt đầu tổng hợp ARN vị trí nhận biết đặc hiệu (khởi đầu phiên mã) + Bước 2: Tổng hợp phân tử ARN  ARN–pôlimeraza trượt dọc mạch mã gốc theo chiều 3’-5’ để tổng hợp nên mARN theo NTBS: “ Amạch gốc liên kết với Um liên kết hiđrô Tmạch gốc liên kết với Am liên kết hiđrô Gmạch gốc liên kết với Xm liên kết hiđrô Xmạch gốc liên kết với Gm liên kết hiđrô ” + Bước 3: Kết thúc phiên mã  Vùng gen phiên mã xong mạch đơn đóng xoắn lại  Khi ARN–pôlimeraza gặp tín hiệu kết thúc phiên mã kết thúc → mARN giải phóng  Ở SV nhân sơ, mARN sau phiên mã sử dụng làm khuôn để tổng hợp prôtêin  Ở SV nhân thực mARN sau phiên mã loại bỏ đoạn intron, nối đoạn exon để tạo mARN trưởng thành * Ý nghĩa phiên mã: tạo phân tử ARN sử dụng làm khuôn (như mARN), hay phương tiện vận chuyển aa (như tARN) cấu tạo nên Ribôxôm (như rARN) để tham gia dịch mã ThS Đặng Thị Lan Hương Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 2.3 Cơ chế dịch mã * Cơ chế: - Vị trí : diễn tế bào chất - Thời điểm: Khi tế bào thể có nhu cầu loại prôtêin - Diễn biến: trải qua giai đoạn + Giai đoạn hoạt hóa aa: Trong tế bào chất (môi trường nội bào) , ATP aa  tARN enzim   aa  tARN (phức hệ) + Giai đoạn tổng hợp chuỗi pôlipeptit:  Bước 1: Khởi đầu dịch mã: Tiểu đơn vị bé Rb gắn với mARN vị trí nhận biết đặc hiệu di chuyển đến ba mở đầu (AUG), aamở đầu - tARN tiến vào Rb, đối mã khớp với mã mở đầu mARN theo nguyên tắc bổ sung, sau tiểu phần lớn gắn vào → tạo Rb hoàn chỉnh để khởi đầu dịch mã  Bước 2: Kéo dài chuỗi pôlipeptit o aa1- tARN tiến vào Rb (đối mã khớp với mã thứ mARN theo NTBS) liên kết peptit hình thành aamđ với aa1 (do peptidin transferaza xúc tác) o Rb chuyển dịch sang ba thứ 2, tARN vận chuyển aamđ giải phóng Tiếp theo, aa2 - tARN tiến vào Rb (đối mã khớp với ba thứ hai mARN theo NTBS), hình thành liên kết peptit aa2 aa1 o Rb chuyển dịch đến ba thứ ba, tARN vận chuyển aa1 giải phóng trình tiếp tục ba tiếp giáp với ba kết thúc mARN Bước 3: Kết thúc: Khi Rb dịch chuyển sang ba kết thúc (một ba: UAA, UAG, UGA) → trình dịch mã dừng lại, tiểu phần Rb tách (chỉ tổng hợp prôtêin chúng liên kết với để thực chức năng), enzim đặc hiệu loại bỏ aamđ → giải phóng chuỗi pôlipeptit * Ý nghĩa dịch mã: - Tổng hợp loại prôtêin cần thiết cho nhu cầu tế bào, thể - Để tăng hiệu tổng hợp prôtêin mARN có nhiều ribôxôm tham gia dịch mã gọi chuỗi pôliribôxôm (pôlixôm) Mối quan hệ nhân đôi, phiên mã với dịch mã Phiên mã ADN Dịch mã mARN Điểm SS Quá trình Vị trí, thời điểm, thành phần tham gia Nhân đôi ADN (Quá trình tổng hợp ADN) - Vị trí: Xảy nhân (hay vùng nhân TB nhân sơ) tế bào chất (ti thể, lục lạp hay plasmit – TB nhân sơ) - Thời điểm: kì trung gian trước tế bào phân chia trước TB phân chia TB nhân sơ - Thành phần tham gia: mạch ADN, en zim: ADN-polimeraza, Primaza, Ligaza, ThS Đặng Thị Lan Hương Chuỗi pôlipeptit Biến đổi sau dịch mã Prôtêin Diễn biến - Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN: Nhờ enzim tháo xoắn, hai mạch đơn phân tử ADN tách dần tạo nên chạc chép hình chữ Yvà để lộ mạch khuôn - Bước 2: Tổng hợp mạch ADN mới: + ADN – pôlimeraza xúc tác hình thành mạch đơn theo chiều 5’ – 3’ Trong đó, Nu mạch khuôn liên kết với Nu môi trường nội bào theo NTBS: “ Amk liên kết với Tmt liên kết hiđrô Gmk liên kết với Xmtbằng liên kết hiđrô ” + Trên mạch khuôn (3’ – 5’) mạch bổ sung tổng hợp liên tục theo chiều tháo xoắn Trên mạch khuôn (5’ – 3’) mạch bổ sung tổng hợp ngược chiều thành đoạn Okazaki enzim noi ligaza (5’ – 3’)  mạch (5’ – 3’) - Bước 3: Hai phân tử ADN tạo thành: + Các mạch tổng hợp đến đâu mạch đơn xoắn đến tạo thành phân tử ADN Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 Điểm SS Quá trình Phiên mã (Quá trình tổng hợp loại ARN) Dịch mã (Quá trình tổng hợp loại prôtêin) Điều hòa hoạt động gen (Quá trình điều hòa lượng sản phẩm gen mà chủ yếu prôtêin) Vị trí, thời điểm, thành phần tham gia Diễn biến + Trong ADN có mạch tổng hợp mạch ADN ban đầu: nhân đôi theo NT bán bảo tồn - Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN: Enzim ARN – pôlimeraza bám vào vùng điều hòa làm gen tháo xoắn để lộ mạch mã gốc (3’-5’) bắt đầu tổng hợp ARN vị trí nhận biết đặc hiệu (khởi đầu phiên mã) - Bước 2: Tổng hợp phân tử ARN ARN–pôlimeraza trượt dọc mạch mã gốc theo chiều 3’-5’ để - Vị trí: Xảy tổng hợp nên mARN có chiều 3’-5’ theo NTBS: “ Amạch gốc liên kết với Umt liên kết hiđrô nhân (hay vùng nhân Tmạch gốc liên kết với Amt liên kết hiđrô TB nhân sơ) Gmạch gốc liên kết với Xmt liên kết hiđrô tế bào chất (TB nhân Xmạch gốc liên kết với Gmt liên kết hiđrô ” thực: ti thể, lục lạp hay TB nhân sơ: plasmit) - Bước 3: Kết thúc phiên mã - Thời điểm: tế bào, + Vùng gen phiên mã xong  mạch đóng xoắn lại thể cần tổng hợp loại + Khi ARN–pôlimeraza di chuyển đến vùng kết thúc gen phiên prôtêin mã dừng lại → mARN giải phóng Vì đa số gen sinh vật nhân thực gen phân mảnh toàn gen sinh vật nhân sơ gen không phân mảnh nên: Ở SV nhân thực mARN sau phiên mã loại bỏ đoạn intron, nối đoạn exon để tạo mARN trưởng thành Ở SV nhân sơ, mARN sau phiên mã sử dụng làm khuôn để tổng hợp prôtêin *Giai đoạn hoạt hóa aa: enzim, ATP aa + tARN   aa- tARN (phức hệ) *Giai đoạn tổng hợp chuỗi pôlipeptit: - Bước 1: Khởi đầu dịch mã: Tiểu đơn vị bé Rb gắn với mARN vị trí nhận biết đặc hiệu di chuyển đến ba mở đầu (AUG), aamở đầu - tARN tiến vào Rb, đối mã khớp với mã mở đầu mARN theo nguyên tắc bổ sung, sau tiểu phần lớn Rb gắn vào → tạo Rb hoàn chỉnh để khởi đầu dịch mã - Bước 2: Kéo dài chuỗi pôlipeptit - Vị trí: Xảy TBC +aa1- tARN tiến vào Rb (đối mã khớp với mã thứ mARN theo NTBS) liên kết peptit hình thành aamđ với - Thời điểm: Khi tế aa1 (do peptidin transferaza xúc tác) bào, thể có nhu cầu +Rb chuyển dịch sang ba thứ 2, tARN vận chuyển aamđ giải loại prôtêin phóng Tiếp theo, aa2 - tARN tiến vào Rb (đối mã khớp với ba thứ hai mARN theo NTBS), hình thành liên kết peptit aa2 aa1 +Rb chuyển dịch đến ba thứ ba, tARN vận chuyển aa1 giải phóng trình tiếp tục ba tiếp giáp với ba kết thúc mARN - Bước 3: Kết thúc: Khi Rb dịch chuyển sang ba kết thúc (một ba: UAA, UAG, UGA) → trình dịch mã dừng lại, tiểu phần Rb tách (chỉ tổng hợp prôtêin chúng liên kết với để thực chức năng), enzim đặc hiệu loại bỏ aamđ → giải phóng chuỗi pôlipeptit - Vị trí: Xảy nhân - Các gen cấu trúc có chung chế điều hòa thường phân bố liền kề tạo thành cụm gen cấu trúc gọi Operon tế bào (vùng nhân), - Cơ chế điều hòa hoạt động gen: Do tương tác prôtêin ức TBC chế với vùng O operon - Thời điểm: Khi tế + Khi môi trường chất cảm ứng (ví dụ bào, thể có hay Lactôzơ Operon Lac E.coli)→ prôtêin ức chế liên kết với nhu cầu loại sản phẩm vùng vận hành (O)  ngăn cản phiên mã nhóm gen cấu trúc (chủ yếu prôtêin)  sản phẩm không tạo (các enzim phân giải Lactôzơ) ThS Đặng Thị Lan Hương Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 Điểm SS Quá trình Vị trí, thời điểm, thành phần tham gia Diễn biến + Khi môi trường có chất cảm ứng – tín hiệu (Ví dụ Lactôzơ Operon Lac), số phân tử chất cảm ứng liên kết làm biến đổi cấu hình không gian prôtêin ức chế → giải phóng vùng O  hoạt động phiên mã, dịch mã diễn bình thường ARN – pôlimeraza nhóm gen cấu trúc  ĐHHĐ gen SV nhân sơ xảy chủ yếu 2.4 Cơ chế Mô hình cấu trúc Ôpêron Lac 2.4.1 Điều hòa hoạt động gen sinh vật nhân sơ Ví dụ ĐHHĐ Operon Lac E.coli gen điều Vùng khởi Vùng vận hòa động hành - Cấu trúc operon Lac: + Vùng khởi động (P): có trình tự Nu đặc thù, giúp ARNP O Z Y A P R pôlimeraza bám vào để khởi đầu phiên mã + Vùng vận hành (O): Có trình tự Nu đặc biệt, prôtêin Nhóm gen ức chế liên kết ngăn cản phiên mã cấu trúc + Nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A): quy định tổng hợp enzim phân giải Lactôzơ Vùng vận hành (O) Vùng vận hành (O) *Lưu ý: Gen điều hòa (R) không nằm operon, có khả tổng hợp prôtêin ức chế để liên kết với vùng vận hành, ngăn cản phiên GĐ ức chế GĐ ứcmã chế Y YA ADN A ADN Z Z - Cơ chế ĐHHĐ Operon Lac: + Giai đoạn ức chế: Khi môi trường Khi môi trường  Khi môi trường không cókhông Lactôzơ, điều có gen lactôzơ lactôzơ hòa (R) tổng hợp prôtêin ức chế → prôtêin ức chế liên kết với vùng vận hành (O)  ngăn cản phiên mã nhóm gen cấu trúc  sản phẩm (các enzim phân giải Lactôzơ) không tạo Prôtêin ức chế  Ngoài trường hợp điều hòa hoạt động gen Prôtêin ức chế trở lại tác động chất tín hiệu, xảy ức chế ngược, sản phẩm tạo dư thừa quay ADN Y A chuỗi Z GĐ cảm ứng chất ức chế: sản phẩm cuối chuỗi phản ứng chuyển hoá ức chế hoạt tính enzim Y A ADN Z GĐ cảm ứng + Giai đoạn cảm ứng: Khi môi trường mAR  Khi môi trường có Lactôzơcó (chất cảm ứng – tín lactôzơ hiệu), số phân tử Lactôzơ liên kết làm biến đổi Khi môi trường mARN cấu hình không gian prôtêin ức chế → giải phóng vùng có lactôzơ O  hoạt động phiên mã ARN – pôlimeraza lại tiếp diễn  Khi Lactôzơ bị phân giải hết, prôtêinChất ức chếcảm lại liên Prôtêin ức chế Các prôtêin tạo th ứng kết với vùng O  ngăn cản hoạt động enzim ARN – bị bất hoạt gen Z, Y, A (lactôzơ) pôlimeraza  phiên mã dừng lại  ĐHHĐ gen SV nhân sơ xảy chủ yếu mức độ Chất cảm ứng Prôtêin ức chế Các prôtêin tạo thành phiên mã bị bất hoạt gen Z, Y, A (lactôzơ) 2.4.2 Điều hòa hoạt động gen sinh vật nhân thực - Cơ chế điều hòa phức tạp sinh vật nhân sơ, cấu trúc phức tạp ADN NST - ADN có số cặp Nu lớn, phận mã hóa TTDT, lại đóng vai trò điều hòa không hoạt động - ADN nằm NST có cấu trúc bện xoắn phức tạp nên trước phiên mã phải tháo xoắn - Sự ĐHHĐ gen sinh vật nhân thực diễn qua nhiều giai đoạn NST tháo xoắn, phiên mã, biến đổi sau phiên mã, dịch mã biến đổi sau dịch mã Cơ chế biến dị cấp độ phân tử (Đột biến gen) 3.1 Khái niệm dạng đột biến gen: - Đột biến gen biến đổi cấu trúc gen, thường liên quan tới cặp Nu xảy điểm phân tử ADN (đột biến điểm) - Thể đột biến: cá thể mang đột biến biểu thành kiểu hình - ĐBG (đột biến điểm) bao gồm: Mất, thêm, thay cặp Nu ThS Đặng Thị Lan Hương Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 3.2 Nguyên nhân: Do tác động tác nhân bên ngoài: tác nhân hóa học (5-BU, EMS, hóa chất độc hại, ), tác nhân vật lí (tia tử ngoại, tia phóng xạ, ), tác nhân sinh học (virut) tác nhân bên : rối loạn sinh lí, hóa sinh tế bào 3.3 Cơ chế phát sinh: - Cơ chế chung: + Tác nhân gây đột biến gây sai sót trình nhân đôi ADN, sai sót thường xảy điểm mạch gen dạng tiền đột biến + Dưới tác dụng enzim sửa sai, trở trạng thái ban đầu tạo thành đột biến qua lần nhân đôi - Ví dụ: + Sự kết cặp không nhân đôi ADN Bazơ nitơ có vị trí liên kết hiđrô bị thay đổi khiến chúng kết cặp không tái G* G Nhân đôi Nhân đôi A T X T + Tác động tác nhân gây đột biến(5-BU) A A Nhân đôi Nhân đôi G 5BU Nhân đôi T G 5BU X 3.4 Hậu vai trò ĐBG: - Hậu quả: + ĐBG phụ thuộc vào loại tác nhân, liều lượng, cường độ loại tác nhân đặc điểm cấu trúc gen + Đột biến gen có hại (phần lớn ĐBG có hại), có lợi hay trung tính Nhưng phần lớn ĐB điểm vô hại + Mức độ có hại, có lợi đột biến gen phụ thuộc vào tùy tổ hợp gen điều kiện môi trường - Vai trò: + ĐBG tạo nhiều alen khác nhau, tần số đột biến gen thấp 10-6 – 10-4 tế bào cá thể có nhiều gen quần thể có nhiều cá thể số lượng alen đột biến tạo hệ lớn  ĐBG nguồn phát sinh biến dị di truyền cho sinh vật + ĐBG thay đổi giá trị thích nghi trở nên có lợi cho thể sinh vật + Con người sử dụng tác nhân đột biến để gây đột biến gen nhân tạo, có tần số đột biến cao, định hướng để tạo nguồn vật liệu cho chọn giống  ĐBG nguồn nguyên liệu chủ yếu cho trình tiến hóa chọn giống CHUYÊN ĐỀ V - DI TRUYỀN & BIẾN DỊ VẤN ĐỀ II - CẤU TRÚC - CƠ CHẾ DT & BD Ở CẤP ĐỘ TẾ BÀO A TÓM TẮT LÝ THUYẾT Cấu trúc cấp tế bào: Cấu trúc NST 1.1 Ở sinh vật nhân sơ : NST phân tử ADN kép dạng vòng không liên kết với prôtêin histôn 1.2 Ở sinh vật nhân thực 1.2.1 Cấu trúc hiển vi - Mỗi loài có NST đặc trưng số lượng, hình thái, cấu trúc - Phần lớn loài sinh vật lưỡng bội, NST TB thể thường tồn thành cặp tương đồng (gồm giống hình dạng, kích thước, trình tự gen NST, có nguồn gốc từ bố có nguồn gốc từ mẹ) Có loại NST NST thường NST giới tính + Các NST thường: tồn thành cặp tương đồng nên gen NST tồn thành cặp tương ứng + Các NST giới tính: giới đồng giao tử , chứa cặp NST tương đồng XX; giới dị giao tử , chứa cặp NST không tương đồng XY: vùng tương đồng NST chứa gen tương ứng (gen tồn thành cặp) Vùng không tương đồng NST cặp không chứa gen tương ứng ThS Đặng Thị Lan Hương Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 - Tại kì nguyên phân, NST co xoắn cực đại nên có hình dạng kích thước đặc trưng (hình que, hình hạt, hình chữ V , đường kính 0,2 – m, dài 0,2 – 50 m) Mỗi NST gồm crômatit đính qua tâm động (eo thứ nhất), số NST có eo thứ hai 1.2.2 Cấu trúc siêu hiển vi NST cấu tạo từ ADN prôtêin, prôtêin tham gia cấu tạo NST gồm prôtêin histôn – prôtêin bazơ (gồm loại H1, H2A, H2B, H3 H4) prôtêin histôn – prôtêin axit - ADN + prôtêin  Nuclêôxôm, nuclêôxôm gồm: + phân tử prôtêin histôn: phân tử H3 phân tử H4 liên kết vùng trung tâm, phân tử H2A phân tử H2B liên kết vùng phía + Mỗi nuclêôxôm quấn quanh đoạn ADN dài khoảng 146 cặp nuclêôtit, quấn vòng - Các nuclêôxôm kế cận, nối với đoạn ADN nối có chiều dài từ 15 – 100 Nu phân tử histon loại H1  Sợi (khoảng 11 nm)  Sợi nhiễm sắc (25–30 nm)  Ống siêu xoắn (300 nm)  Crômatit (700 nm)  NST Trong NST có vùng chức năng: + Vùng đầu mút: vùng chứa trình tự Nu hai đầu NST, có tác dụng bảo vệ ngăn cản NST dính vào + Tâm động (eo thứ nhất): vùng chứa trình tự Nu đặc biệt, giúp NST liên kết với TPB để di chuyển cực tế bào phân bào + Eo thứ cấp (eo thứ hai): vùng chứa trình tự Nu qui định tổng hợp rARN + Các trình tự khởi đầu nhân đôi: điểm mà ADN bắt nhân đôi *Lưu ý:  Bộ NST chứa cặp NST tương đồng gọi NST lưỡng bội kí hiệu 2n (có tế bào sinh dưỡng tế bào sinh dục) Bộ NST chứa NST cặp NST tương đồng gọi NST đơn bội kí hiệu n (thường có giao tử)  Tại pha S kì trung gian phân bào (nguyên phân hay GFI), NST đơn nhân đôi  NST kép (gồm crômatic đính tâm động)  Cặp NST tương đồng nhân đôi  Cặp NST tương đồng kép  NST vật chất mang gen, gen có vị trí xác định NST gọi lôcut Cơ chế di truyền cấp độ tế bào, thể Trước bước vào phân chia tế bào, dù nguyên phân hay giảm phân tế bào trải qua giai đoạn kì trung gian Đây bước quan trọng chuẩn bị cho hoạt động phân chia tế bào, kì trung gian chia thành pha: - Pha G1: Là thời kì sinh trưởng chủ yếu tế bào, tổng hợp chất cần cho phân bào Vào cuối pha G1 có điểm kiểm soát (R) tế bào vượt qua vào pha S diễn trình nguyên phân - Pha S: Ở pha diễn nhân đôi ADN, NST Mỗi cặp NST tương đồng nhân đôi trở thành cặp NST kép tương đồng - Pha G2: Diễn tổng hợp chất lại cần thiết cho phân bào prôtêin thoi phân bào, Sau pha G2 diễn trình nguyên phân hay giảm phân 2.1 Nguyên phân 2.1.1 Khái niệm nguyên phân Là hình thức phân chia tế bào nguyên nhiễm sinh dưỡng sinh dục sơ khai kể tế bào hợp tử, xảy phổ biến sinh vật nhân thực Nguyên phân gồm giai đoạn: Phân chia nhân phân chia tế bào chất 2.1.2 Diễn biến nguyên phân - Phân chia nhân (phân chia vật chất di truyền): Kì đầu, kì giữa, kì sau kì cuối + Kì đầu: NST kép bắt đầu co xoắn ; Thoi vô sắc (thoi phân bào) hình thành; Màng nhân nhân biến + Kì giữa: NST kép co xoắn cực đại tập trung thành hàng mặt phẳng xích đạo thoi vô sắc Thoi phân bào đính vào NST từ phía tâm động ThS Đặng Thị Lan Hương 10 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 1.2.3.1 Quy luật giới hạn sinh thái Trong thiên nhiên có nhiều nhân tố sinh thái có hàm lượng thấp, gặp so với nhu cầu sinh vật cần đời sống chúng Ngược lại, có nhiều nhân tố dư thừa biến thiên rộng sinh vật tồn phát triển biến thiên chúng nằm giới hạn sinh thái: - Giới hạn sinh thái khoảng giá trị xác định nhân tố sinh thái mà sinh vật tồn phát triển ổn định theo thời gian - Giới hạn sinh thái gồm giới hạn (điểm gây chết dưới) giới hạn (điểm gây chết trên) - Trong giới hạn sinh thái có khoảng thuận lợi khoảng chống chịu: + Khoảng thuận lợi: khoảng giá trị phù hợp, đảm bảo cho sinh vật thực chức sống tốt + Khoảng chống chịu: khoảng giá trị gây ức chế cho hoạt động sinh lí sinh vật - Quy luật GHST: Mỗi loài có giới hạn chịu đựng nhân tố sinh thái định Ngoài giới hạn sinh thái, sinh vật tồn - Ý nghĩa QL giới hạn sinh thái: + Do loài sinh vật có giới hạn chịu đựng riêng nhân tố sinh thái nên phân bố sinh vật phụ thuộc chặt chẽ vào biên độ giao động NTST  chia sinh vật thành nhóm rộng hay hẹp với nhân tố sinh thái đó:  Các loài có giới hạn sinh thái rộng nhiều nhân tố sinh thái (loài đa hình), chúng có khả phân bố rộng  Những loài có giới hạn sinh thái hẹp nhiều nhân tố sinh thái (loài đơn hình), chúng có vùng phân bố hẹp (Những loài đặc hữu thường loài có GHST hẹp nhiều nhân tố)  Những thể phát triển giai đoạn sớm (trứng, ấu trùng, thiếu trùng, non) hay thể trưởng thành trạng thái sinh lí thay đổi (mang trứng, chửa đẻ, ốm đau) già có giới hạn sinh thái nhiều nhân tố bị thu hẹp + Trong công tác chăn nuôi, trồng trọt việc nắm vững giới hạn sinh thái NTST giống vật nuôi, trồng giúp lựa chọn giống cây, thời gian nuôi trồng hợp lí Đồng thời kết hợp với biện pháp kĩ thuật nhằm nâng cao hiệu chăn nuôi trồng trọt 1.2.3.2 Quy luật tác động không đồng NTST: Các NTST tác động không đồng lên sinh vật: - Các loài khác phản ứng khác với tác động nhân tố sinh thái - Trong giai đoạn phát triển hay trạng thái sinh lí khác … thể phản ứng khác với tác động nhân tố 1.2.3.3 Quy luật tác động tổng hợp NTST: - Tất nhân tố sinh thái môi trường gắn bó chặt chẽ với thành tổ hợp sinh thái tác động lên thể sinh vật vậy, sinh vật lúc phải phản ứng tức thời tất nhân tố - Tuy nhiên, sinh vật tồn phát triển nhân tố tổ hợp tác động NTST nằm giới hạn sinh thái tạo nên “không gian sinh thái” đảm bảo cho loài tồn tại, sinh trưởng phát triển ổn định Khoảng không gian sinh thái thể qua hai đặc trứng nơi sống ổ sinh thái + Nơi sống địa chỉ, nơi cư trú hay nơi thường gặp loài xác định quần xã thực vật + Ổ sinh thái loài “không gian sinh thái” mà tất nhân tố sinh thái môi trường nằm giới hạn sinh thái cho phép loài tồn phát triển lâu dài Ổ sinh thái loài có đặc điểm: + Trong ổ sinh thái ổ dinh dưỡng đóng vai trò then chốt chức dinh dưỡng chi phối tất chức khác + Trong tự nhiên, ổ sinh thái loài cách li nhau, trùng phần trùng hoàn toàn + Sự trùng lấp ổ sinh thái (đặc biệt ổ sinh thái dinh dưỡng) loài lớn cạnh tranh khốc liệt dẫn đến cạnh tranh loài trừ Do vậy, loài gần nguồn gốc sống sinh cảnh có xu hướng phân li ổ sinh thái để giảm cạnh tranh 1.2.3.4 Quy luật tác động qua lại sinh vật với môi trường (NTST) Môi trường tác động lên thể sinh vật làm biến đổi sinh vật cách hình thành đặc điểm thích nghi với điều kiện sống môi trường hình thái, giải phẫu, sinh lí tập tính hoạt động Đồng thời sinh vật tác động trở lại làm biến đổi tính chất nhân tố sinh thái 1.3 Sự thích nghi sinh vật với môi trường sống ThS Đặng Thị Lan Hương 58 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 Sự thích nghi sinh vật với môi trường đa dạng, bao gồm: - Sự thích nghi hình thái: biến đổi đặc điểm hình thái, cấu tạo để thích nghi với môi trường - Sự thích nghi sinh lí : biến đổi đặc điểm sinh lí để nghi - Sự thích nghi tập tính hoạt động: 1.3.1 Sự thích nghi sinh vật với ánh sáng - Ánh sáng nhân tố sinh thái vừa có tác dụng giới hạn, vừa có tác dụng điều chỉnh Trong đó, ánh sáng trắng nguồn lượng xanh (tham gia vào quang hợp) ảnh hưởng gián tiếp đến đời sống động vật - Ánh sáng chi phối tới hoạt động đời sống thông qua biến đổi thích nghi đặc điểm cấu tạo - Cường độ chiếu sáng giảm từ xích đạo đến cực biến đổi mạnh theo địa hình bề mặt trái đất (độ cao, núi, rừng, đất, biển, )  tùy vào nhu cầu khác mà thực vật phân bố thành nhiều tầng cạn (rừng) hay nước để thích nghi Ví dụ: lên cao lớp không khí mỏng nên cường độ ánh sáng yếu, 1.3.1.1 Sự thích nghi động vật với ánh sáng Liên quan đến ánh sáng, động vật chia thành nhóm: nhóm ưa hoạt động ban ngày nhóm ưa hoạt động ban đêm - Nhóm ưa hoạt động ban ngày: + Cơ quan thị giác phát triển + Thân có màu sắc, chí sặc sở Màu sắc dấu hiệu giúp cá thể loài nhận biết nhau, đồng thời giúp loài ngụy trang để trốn khỏi kẻ thù hay tín hiệu báo nguy hiểm - Nhóm ưa hoạt động ban đêm: mắt thường phát triển chí tiêu giảm (các loài kí sinh, nhiều loài ĐV biển sống sâu) tinh (Hổ, Mèo, Cú) 1.3.1.2 Sự thích nghi thực vật với ánh sáng Thực vật thích nghi khác với điều kiện chiếu sáng môi trường Người ta chia thực vật thành nhóm: - Thực vật ưa sáng, có đặc điểm: + Thân mọc riêng lẻ thường thấp, phân cành nhiều, tán rộng; mọc nơi nhiều thân cao, mọc thẳng, cành tập trung phần ngọn, cành phía sớm rụng + Lá nhỏ, tầng cutin dày, màu nhạt, phiến dày, mô dậu phát triển, thường xếp xiên góc + Lục lạp có kích thước nhỏ + Cây ưa sáng có cường độ quang hợp hô hấp cao ánh sáng mạnh - Thực vật ưa bóng có đặc điểm: + Thân nhỏ tán khác + Lá to, tầng cutin mỏng, màu đậm, phiến mỏng, mô dậu phát triển, thường xếp xen kẽ nằm ngang so với mặt đất + Lục lạp có kích thước lớn + Cây ưa bóng có cường độ quang hợp hô hấp cao ánh sáng yếu - Thực vật chịu bóng : Mang đặc điểm trung gian hai nhóm 1.3.2 Sự thích nghi sinh vật với nhiệt độ: - Nhiệt độ phân bố không theo vĩ độ địa hình, theo độ cao độ sâu tầng nước, theo ngày đêm theo mùa - Nhiệt độ nhân tố sinh thái quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh vật ảnh hưởng gián tiếp thông qua yếu tố khác lượng mưa, độ ẩm, gió,… làm cho sinh vật có biến đổi hình thái; cấu trúc thể; tuổi thọ; hoạt động sinh lí - sinh thái tập tính sinh thái để thích nghi với biến đổi nhiệt độ môi trường Ví dụ: Sống vùng lạnh, thực vật thường có thân với lớp vỏ dày, xốp chứa khí, phủ lông tơ sáp, mùa đông gần ngừng sinh trưởng Tương tự, loài động vật thân phủ đầy lông, lớp mỡ da dày, có tập tính di cư trú đông, ngủ đông Ngược lại loài sống nơi hoang mạc khô nóng loài động vật chuyển sinh hoạt vào ban đêm hay cư trú hang hốc với nhiệt độ thích hợp Các loài côn trùng có vỏ kitin óng ánh để phản xạ lại ánh sáng có khoang khí để chống nóng Ở thực vật, có rễ phát triển, biến thành gai, đóng khí khổng vào ban ngày mở vào ban đêm, - Theo thích nghi sinh vật với nhiệt độ môi trường người ta chia làm hai nhóm: + Nhóm sinh vật biến nhiệt : Thân nhiệt biến đổi theo biến đổi nhiệt độ môi trường (Vi sinh vật, Thực vật, ĐVKXS, Cá, lưỡng cư, bò sát)  Ở động vật biến nhiệt, kích thước thể tăng theo chiều vĩ độ cao xuống thấp ThS Đặng Thị Lan Hương 59 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12  Ở động vật biến nhiệt, tốc độ phát triển phụ thuộc vào nhiệt độ Mối quan hệ tốc độ phát triển thể theo công thức sau: T  (t  k)  n T: tổng nhiệt hữu hiệu nhiệt lượng cần cho chu kì sống giai đoạn chu kì sống t: nhiệt độ trung bình môi trường k: ngưỡng nhiệt phát triển, t0 loài ngừng phát triển n: số ngày để hoàn thành chu trình sống loài giai đoạn + Nhóm sinh vật nhiệt : Thân nhiệt ổn định, độc lập với biến đổi nhiệt độ môi trường (Chim thú) - Ở động vật nhiệt để thích nghi với biến đổi nhiệt độ môi trường, sinh vật có biến đổi hình thái, cấu tạo thể theo quy tắc: + Quy tắc kích thước thể (quy tắc Becman): “ Động vật nhiệt sống vùng ôn đới (khí hậu lạnh) kích thước thể lớn so với động vật loài hay loài có quan hệ họ hàng gần sống vùng nhiệt đới ấm áp ” + Quy tắc diện tích bề mặt thể (quy tắc Anlen): “Động vật nhiệt sống vùng ôn đới có tai, đuôi chi, thường bé tai, đuôi, chi động vật vùng nóng” Quần thể sinh vật 2.1 Khái niệm Quần thể tập hợp cá thể loài, sống khoảng không gian xác định, vào thời điểm định, có khả sinh sản tạo thành hệ 2.2 Các mối quan hệ cá thể quần thể - Quá trình hình thành quần thể phải trải qua khoảng thời gian không gian xác định tác động CLTN Do vậy, cá thể phải có mối quan hệ gắn bó mật thiết với nhau: Quan hệ Hỗ trợ Cạnh tranh Là mối quan hệ xảy mật độ cá thể QT Là mối quan hệ cá thể tăng lên cao, nguồn sống của môi trường loài hỗ trợ lẫn hoạt động không đủ cung cấp cho cá thể quần thể Khái niệm sống lấy thức ăn, chống lại kẻ thù,  cá thể tranh giành thức ăn, nơi ở, ánh sinh sản sáng nguồn sống khác đực tranh giành Vai trò Ví dụ Đảm bảo cho quần thể tồn ổn định, khai thác tối ưu nguồn sống môi trường, làm tăng khả sống sót sinh sản cá thể (hiệu nhóm) Làm cho số lượng phân bố cá thể quần thể trì mức phù hợp với nguồn sống không gian sống, đảm bảo tồn phát triển quần thể - Các thông nhựa gần có tượng liền rễ: làm tăng hiệu trao đổi chất - Các tre mọc thành bụi: Chống gió bão, hạn chế thoát nước - Chó rừng tập trung thành đàn săn mồi: Bắt mồi tự vệ tốt - Đàn bồ nông xếp thành hàng tìm kiếm thức ăn: Kiếm nhiều thức ăn, - Hiện tượng cạnh tranh dành ánh sáng, chất dinh dưỡng thông non rừng hay lúa non luống mạ dẫn đến tượng tự tỉa thưa  đảm bảo mật độ phù hợp - Ăn thịt đồng loại số loài động vật Nhện, cá mập, cá vược châu Âu  giúp cho loài vượt qua giai đoạn bất lợi, tồn non có sức sống cao - Kí sinh loài loài cá sống sâu (Edriolychnus schmidti Ceratias sp): đực tiêu giảm kích thước quan kí sinh vào  giúp giảm sức ép lên nguồn thức ăn hạn hẹp - Các mối quan hệ hỗ trợ hay cạnh tranh hướng đến việc nâng cao tính ổn định thích nghi với biến đổi điều kiện sống giúp trì tồn phát triển loài 2.3 Các đặc trưng quần thể 2.3.1 Mật độ cá thể quần thể - Mật độ cá thể quần thể số lượng cá thể đơn vị diện tích hay thể tích quần thể - Mật độ cá thể có ảnh hưởng tới mức độ sử dụng nguồn sống môi trường, tới khả sinh sản tử vong quần thể 2.3.2 Sự phân bố cá thể ThS Đặng Thị Lan Hương 60 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 Có kiểu phân bố cá thể quần thể: - Phân bố theo nhóm: + Đặc điểm: xảy điều kiện sống môi trường phân bố không đồng Đây kiểu phân bố phổ biến thiên nhiên + Vai trò: cá thể hỗ trợ để làm tăng hiệu nhóm + Ví dụ: Các thân gỗ thường tập trung nôi có điều kiện sống thuận lợi - Phân bố đồng đều: + Đặc điểm: xảy điều kiện sống môi trường phân bố cách đồng có cạnh tranh gay gắt cá thể quần thể + Vai trò: góp phần làm giảm cạnh tranh gay gắt cá thể + Ví dụ: Sự phân bố thông nhựa rừng, phân bố làm tổ chim Hải âu, chim Cánh cụt, - Phân bố ngẫu nhiên: + Đặc điểm: xảy điều kiện sống môi trường phân bố cách đồng cạnh tranh cá thể quần thể + Vai trò: tận dụng nguồn sống tiềm tàng môi trường + Ví dụ: Sự phân bố sâu ăn tầng tán khác cây, phân bố thân gỗ rừng mưa nhiệt đới 2.3.3 Tỉ lệ giới tính: - Tỉ lệ số cá thể đực quần thể - Tỉ lệ giới tính thay đổi chịu ảnh hưởng nhiều nhân tố (điều kiện sống môi trường, đặc điểm sinh sản, sinh lí tập tính sinh vật ) - Ý nghĩa: đảm bảo hiệu sinh sản quần thể 2.3.4 Nhóm tuổi: sau sinh sản - Ở đa số quần thể, cấu trúc tuổi chia làm nhóm: Đang sinh sản nhóm tuổi trước sinh sản, nhóm tuổi sinh sản, nhóm tuổi sau sinh sản Người ta phân chia cấu trúc tuổi thành: tuổi Trước sinh sản sinh lí (thời gian sống đạt tới cá thể), tuổi sinh thái (thời gian sống thực tế cá thể), tuổi quần thể (tuổi bình quân Tháp Tháp Tháp cá thể quần thể) phát triển ổn định Suy thoái - Quần thể có cấu trúc tuổi đặc trưng thành phần nhóm tuổi thay đổi theo loài ĐKS Ví dụ: Ở loài động vật có chu kì sống ngắn, có tuổi thọ trung bình thấp, phát dục sớm, tỉ lệ sinh sản lớn tỉ lệ tử vong cao  số lượng cá thể dao động lớn khả phục hồi nhanh Còn loài động vật có chu kì sống dài có đặc điểm ngược lại - Ý nghĩa việc nghiên cứu nhóm tuổi: Dựa vào cấu trúc tháp tuổi quần thể  mà có chiến lược khai thác bảo vệ nguồn tài nguyên môi trường cách hợp lí 2.3.5 Kích thước quần thể - Kích thước quần thể số lượng cá thể (hoặc sản lượng hay lượng) quần thể - Kích thước quần thể mang tính di truyền Ví dụ: Những quần thể có kích thước cá thể nhỏ thường có số lượng cá thể đông ngược lại Kích thước quần thể dao động qua hai trị số: + Kích thước tối thiểu số lượng cá thể mà quần thể cần để trì phát triển Nếu kích thước quần thể giảm xuống mức tối thiểu quần thể dễ rơi vào trạng thái suy giảm dẫn tới diệt vong + Kích thước tối đa giới hạn cuối số lượng mà quần thể đạt được, phù hợp với khả cung cấp nguồn sống môi trường Nếu kích thước quần thể lớn dẫn đến cạnh tranh, ô nhiễm, dịch bệnh tăng cao, - Kích thước quần thể phụ thuộc vào nhân tố: mức độ sinh sản (sức sinh sản), mức độ tử vong, phát tán cá thể (xuất cư, nhập cư) quần thể sinh vật Nhân tố Mức độ sinh sản quần Mức độ tử vong quần Phát tán cá thể quần Điểm SS thể thể thể - Nhập cư: tượng số Là số lượng cá thể quần thể Là số lượng cá thể quần cá thể chuyển tới QT sinh đơn vị thể bị chết đơn vị Khái niệm - Xuất cư: tượng thời gian thời gian số cá thể rời bỏ QT - Điều kiện sống MT Điều kiện sống môi Các yếu tố phụ - Điều kiện sống MT - Tỷ lệ đực cái, số lượng trứng - Trạng thái quần thể trường thuộc ThS Đặng Thị Lan Hương 61 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 Mức độ sinh sản quần Mức độ tử vong quần Phát tán cá thể quần thể thể thể (hay non), số lứa đẻ, tuổi - Mức khai thác trưởng thành sinh dục người 2.3.6 Tăng trưởng quần thể * Tăng trưởng quần thể sinh vật: - Tăng trưởng kích thước quần thể điều kiện môi trường không bị giới hạn (điều kiện môi trường hoàn toàn thuận lợi) - Đặc điểm tăng trưởng: + Quần thể có tiềm sinh học cao tăng trưởng theo tiềm sinh học (đường cong tăng trưởng hình chữ J) + Kiểu tăng trưởng thường gặp loài có sức sinh sản lớn, cá thể sống sót cao, có kích thước thể nhỏ, tuổi thọ thấp như: vi khuẩn, nấm, ĐVNS, cỏ năm, - Tăng trưởng kích thước quần thể điều kiện môi trường bị giới hạn (điều kiện môi trường không hoàn toàn thuận lợi) - Đặc điểm tăng trưởng: + Quần thể tăng trưởng giảm (đường cong tăng trưởng hình chữ S) + Kiểu tăng trưởng thường gặp loài có sức sinh sản ít, kích thước thể lớn, tuổi thọ cao, đòi hỏi điều kiện chăm sóc cao như: voi, tê giác, bò tót, loài gỗ lớn, *Tăng trưởng quần thể người hậu quả: - Dân số giới tăng liên tục suốt trình phát triển lịch sử - Dân số tăng nhanh nguyên nhân làm chất lượng môi trường giảm sút 2.4 Biến động số lượng điều chỉnh số lượng cá thể quần thể 2.4.1 Khái niệm dạng biến động số lượng cá thể quần thể * Khái niệm: Biến động số lượng cá thể quần thể tăng hay giảm số lượng cá thể quần thể * Các dạng biến động số lượng cá thể quần thể: Số lượng cá thể quần thể bị biến động theo chu kì không theo chu kì - Biến động số lượng cá thể quần thể theo chu kì (chu kì ngày đêm, chu kì mùa, chu kì tuần trăng, chu kì nhiều năm) dạng biến động xảy thay đổi có tính chu kì môi trường Ví dụ : (1) Loài rươi sống nước lợ có biến động theo chu kì tuần trăng "tháng đôi mươi, tháng mười mùng 5" rươi ngoi lên mặt nước để sinh sản (chu kì tuần trăng) (2) Dòng hải lưu Ninô chảy qua năm/lần ven biển Peru  nhiệt độ tăng, nồng độ muối tăng  sinh vật phù du chết nhiều  môi trường ô nhiễm  cá cơm chết hàng loạt - Biến động số lượng cá thể quần thể không theo chu kì dạng biến động mà số lượng cá thể quần thể tăng giảm cách đột ngột thay đổi bất thường môi trường tự nhiên hay hoạt động khai thác tài nguyên mức người Ví dụ : Ở miền Bắc Việt Nam, số lượng bò sát ếch nhái giảm vào năm có mùa đông giá rét * Nguyên nhân gây nên biến động số lượng cá thể quần thể - Do thay đổi nhân tố sinh thái vô sinh: + Sự tác động nhân tố vô sinh đến quần thể không phụ thuộc vào mật độ cá thể quần thể + Trong nhân tố vô sinh nhân tố khí hậu ảnh hưởng thường xuyên rõ rệt - Do thay đổi nhân tố hữu sinh: + Sự tác động nhân tố hữu sinh đến quần thể phụ thuộc vào mật độ cá thể quần thể + Sự thay đổi nhân tố sinh hữu sinh dẫn đến biến đổi số lượng cá thể quần thể bao gồm: o Sự cạnh tranh gay gắt cá thể quần thể o Sức sinh sản, tỉ lệ tử vong, phát tán cá thể quần thể o Kẻ thù, dịch bệnh, khai thác tài nguyên thiên nhiên không hợp lí người 2.4.2 Sự điều chỉnh số lượng cá thể QT Sinh sản - Quần thể có xu hướng tự điều chỉnh số lượng cá thể cách làm giảm kích thích làm tăng số lượng cá thể thông qua việc điều chỉnh sức Kích thước sinh sản, tỉ lệ tử vong, xuất cư, nhập cư để cân Nhập cư Xuất cư Quần thể với khả cung cấp môi trường: + Khi điều kiện môi trường thuận lợi (hoặc số lượng cá thể quần thể thấp)  mức tử vong giảm, sức Tử vong sinh sản tăng, nhập cư tăng  tăng số lượng cá thể Nhân tố Điểm SS ThS Đặng Thị Lan Hương 62 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 quần thể + Khi điều kiện môi trường khó khăn (hoặc số lượng cá thể quần thể cao)  mức tử vong tăng, sức sinh sản giảm, xuất cư tăng  giảm số lượng cá thể quần thể - Các nhân tố tham gia điều chỉnh số lượng cá thể quần thể: Cạnh tranh; Di cư; Vật ăn thịt, kí sinh dịch bệnh - Quần thể có xu hướng tự điều chỉnh số lượng cá thể quần thể ổn định phù hợp với khả cung cấp nguồn sống môi trường tạo nên trạng thái cân quần thể CHUYÊN ĐỀ VII – SINH THÁI HỌC VẤN ĐỀ II - QUẦN XÃ SINH VẬT A TÓM TẮT LÝ THUYẾT Khái niệm Quần xã tập hợp quần thể sinh vật thuộc nhiều loài khác nhau, sống không gian (sinh cảnh) thời gian định, sinh vật có mối quan hệ gắn bó với thể thống quần xã có cấu trúc tương đối ổn định Cấu trúc quần xã Quần xã gồm nhiều loài, loài giữ vai trò xác định đời sống quần xã 2.1 Căn theo số lượng loài quần xã Quần xã chia làm nhóm loài sau: - Loài ưu loài đóng vai trò quan trọng quần xã số lượng cá thể nhiều, sinh khối lớn hoạt động mạnh Ví dụ: (1) Ở quần xã sinh vật ruộng lúa lúa loài ưu (2) Ở quần xã sinh vật đồng cỏ cỏ loài ưu - Loài đặc trưng loài có quần xã đó, có số lượng nhiều hẳn vai trò quan trọng loài khác Ví dụ: cá cóc loài đặc trưng rừng nhiệt đới Tam Đảo, tràm loài đặc trưng rừng U Minh, cọ loài đặc trưng vùng đồi Vĩnh Phú, thông nhựa loài đặc trưng quần xã sinh vật rừng kim, … - Loài chủ chốt vài loài (thường vật ăn thịt đầu bảng) có vai trò khống chế phát triển loài khác, trì ổn định cho quần xã - Loài thứ yếu đứng sau nhóm loài ưu kể số lượng cá thể sinh khối, có vai trò thay nhóm loài ưu nhóm rơi vào tình trạng suy thoái - Loài ngẫu nhiên loài có tần suất xuất thấp, số lượng cá thể sinh khối ít, song nhờ quần xã trở nên đa dạng, tính bền vững quần xã cao 2.1 Căn theo hoạt động chức loài (dinh dưỡng) Quần xã chia làm nhóm sinh vật tự dưỡng sinh vật dị dưỡng - Sinh vật tự dưỡng: VSV tự dưỡng (Vi khuẩn quang hợp, tảo, vi khuẩn hóa tự dưỡng) thực vật chúng tạo nên sản lượng sinh vật sơ cấp để nuôi sống loài sinh vật dị dưỡng - Sinh vật dị dưỡng: gồm tất loài lại, khả tổng hợp chất hữu ban đầu, phải sống nhờ vào thức ăn hữu có sẵn thiên nhiên + Sinh vật tiêu thụ: Động vật ăn thực vật (động vật tiêu thụ bậc 1), động vật ăn động vật (động vật tiêu thụ cấp), động vật ăn tạp loài thực vật bắt mồi Ngoài có loài động vật – thực vật – VSV vật sống kí sinh + Sinh vật phân giải: Vi khuẩn, nấm, số ĐVKXS (giun, sâu bọ,…) Các đặc trưng quần xã 3.1 Đặc trưng thành phần loài - Độ đa dạng: Số lượng loài, số lượng cá thể loài biểu thị mức độ đa dạng quần xã + Quần xã ổn định thường có số lượng loài lớn số lượng cá thể loài cao Tuy nhiên sinh cảnh xác định, số lượng loài tăng lên số lượng cá thể loài giảm + Số lượng loài mối quan hệ quần xã đa dạng phức tạp cấu trúc quần xã trở nên bền vũng + Các quần xã sinh vật vùng nhiệt đới thường đa dạng so với quần xã phân bố vùng ôn đới Độ đa dạng quần xã biểu thị hệ số (hay số) đa dạng (d) theo công thức: Trong đó: N(N - 1) d N: Tổng số cá thể tất loài n(n - 1) n: Tổng số cá thể loài - Thành phần loài quần xã: Loài ưu thế, loài đặc trưng, loài chủ chốt, loài thứ yếu, loài ngẫu nhiên  ThS Đặng Thị Lan Hương 63 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 Quan hệ đối kháng Quan hỗ trợ 3.2 Đặc trưng phân bố không gian Do nhu cầu sống khác nhau, loài thường phân bố khác không gian nước hay cạn 3.2.1 Đặc trưng phân bố không gian * Phân bố theo chiều thẳng đứng - Sự phân thành nhiều tầng sinh vật rừng mưa nhiệt đới (5 tầng), tầng thích nghi với mức độ chiếu sáng khác nhau: Tầng vượt tán  Tầng tán rừng  Tầng gỗ tán  Tầng nhỏ (tầng bụi thấp)  Tầng cỏ, dương xỉ Sự phân tầng TV dẫn đến phân tầng động vật - Sự phân thành nhiều tầng sinh vật môi trường nước (3 tầng): Tầng (tầng sáng)  Tầng (tầng sáng)  Tầng đáy (tầng tối) * Phân bố theo chiều ngang: - Ở quần xã cạn, sinh vật phân bố thành vùng theo đường tròn đồng tâm thường tập trung nơi có điều kiện thuận lợi Ví dụ: Phân bố sinh vật cạn từ: đỉnh núi  Sườn núi  chân núi Ở quần xã nước, sinh vật phân bố theo vùng đất ven bờ biển  vùng ngập nước ven bờ  vùng khơi xa 3.2.2 Nguyên nhân dẫn đến phân bố không gian - Do phân bố không đồng NTST theo chiều ngang chiều thẳng đứng môi trường - Do đặc điểm sinh vật nhu cầu sống loài khác nhau, đặc điểm thích nghi loài khác 3.2.3 Ý nghĩa phân bố không gian loài * Về mặt lí luận: phân bố không gian loài có ý nghĩa: - Giảm mức độ cạnh tranh loài, trì tính đa dạng loài  quần xã ổn định - Nâng cao hiệu sử dụng nguồn sống môi trường * Về mặt thực tiễn: Việc nắm vững phân bố loài không gian giúp ứng dụng chăn nuôi, trồng trọt đánh bắt thủy hải sản Quan hệ loài quần xã 4.1 Các mối quan hệ loài quần xã Trong quần xã, sinh vật có mối quan hệ gắn bó với thể thống thông qua mối quan hệ sinh thái quan hệ hỗ trợ (cộng sinh, hội sinh, hợp tác) quan hệ đối kháng (cạnh tranh, kí sinh, ức chế - cảm nhiễm, sinh vật ăn sinh vật khác) Quan hệ Đặc điểm Ví dụ Hai loài có lợi sống chung thiết Nấm, vi khuẩn tảo đơn bào cộng sinh Cộng sinh phải có nhau; tách riêng hai loài có địa y; Vi khuẩn lam cộng sinh nốt sần hại họ đậu; Hải quỳ cua, kiến kiến, … Hai loài có lợi sống chung không Hợp tác chim sáo trâu rừng, cá nhỏ Hợp tác thiết phải có nhau; tách riêng hai loài lươn biển, … có hại Khi sống chung loài có lợi, loài Cây phong lan bám thân gỗ, cá ép sống Hội sinh lợi hại gì; tách riêng loài bám cá lớn,… có hại loài không bị ảnh hưởng - Các loài cạnh tranh nguồn sống, không gian sống - Cả hai loài bị ảnh hưởng bất lợi, thường Cạnh tranh giành ánh sáng, nước muối Cạnh tranh loài thắng loài khác bị hại nhiều khoáng thực vật; Cạnh tranh cú chồn rừng,… - Mức độ cạnh tranh phụ thuộc vào chồng chéo ổ sinh thái nhiều hay Một loài sống nhờ thể loài khác, lấy Cây tầm gửi (sinh vật nửa kí sinh) kí sinh Kí sinh chất nuôi sống thể từ loài thân gỗ; Giun kí sinh thể người,… Tảo giáp nở hoa gây độc cho cá, tôm chim Ức chế – Một loài sống bình thường, gây hại ăn cá, tôm bị độc; Cây tỏi tiết chất ức chế hoạt cảm nhiễm cho loài khác động VSV xung quanh, … Một loài sử dụng loài khác làm thức ăn Bao gồm Sinh vật ăn : Động vật ăn động vật, động vật ăn thực vật  Bò ăn cỏ; Hổ ăn thịt thỏ; Cây nắp ấm bắt côn sinh vật trùng, … chuỗi thức ăn  giúp quần xã trì phát khác triển ThS Đặng Thị Lan Hương 64 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 Nhận xét: - Quan hệ hỗ trợ khác loài mối quan hệ mà loài hỗ trợ hoạt động sống Có thể bên có lợi không bị hại - Quan hệ đối kháng loài mối quan hệ mà loài có lợi, loài bị hại hai nhiều bị hại 4.2 Mối quan hệ số lượng loài số lượng cá thể loài - Trong sinh cảnh số loài tăng số lượng cá thể loài giảm - Khi từ thấp lên cao hay từ mặt biển xuống đáy đại dương số loài số lượng cá thể loài giảm 4.3 Hiện tượng khống chế sinh học - Khái niệm: Khống chế sinh học tượng số lượng cá thể loài bị khống chế mức định quan hệ hỗ trợ đối kháng loài quần xã - Vai trò: Thiết lập trạng thái cân sinh học quần xã Diễn sinh thái 5.1 Khái niệm diễn sinh thái Là trình biến đổi quần xã qua giai đoạn tương ứng với biến đổi môi trường 5.2 Các loại diễn : 5.2.1 Diễn nguyên sinh: *Khái niệm: Diễn nguyên sinh diễn khởi đầu từ môi trường chưa có sinh vật kết hình thành nên quần xã tương đối ổn định *Các giai đoạn: Quá trình diễn diễn theo giai đoạn sau: - Giai đoạn tiên phong: từ môi trường chưa có sinh vật  hình thành quần xã tiên phong - Giai đoạn giữa: giai đoạn hỗn hợp, gồm quần xã biến đổi thay - Giai đoạn cuối: Khi có cân sinh thái quần xã với ngoại cảnh quần xã ổn định thời gian dài Kết quả: hình thành quần xã đỉnh cực *Đặc điểm vai trò diễn nguyên sinh - Thời gian hình thành dài có tới hàng chục hay hàng trăm, hàng ngàn năm - Giúp hình thành thảm thực vật trái đất, tạo môi trường sống có lợi cho tất loài 5.2.2 Diễn thứ sinh: *Khái niệm: Diễn thứ sinh diễn xuất môi trường có quần xã sinh vật sống Tuỳ theo điều kiện thuận lợi hay không thuận lợi mà diễn hình thành nên quần xã tương đối ổn định bị suy thoái *Các giai đoạn: Quá trình diễn diễn theo giai đoạn sau: - Giai đoạn đầu: Giai đoạn quần xã ổn định sau bị hủy hoại yếu tố bất lợi môi trường - Giai đoạn giữa: Giai đoạn gồm quần xã biến đổi tuần tự, thay lẫn - Giai đoạn cuối: Tùy theo điều kiện mà kết hình thành nên quần xã ổn định khác quần xã bị suy thoái *Đặc điểm vai trò diễn thứ sinh - Thời gian hình thành dài ngắn tùy thuộc vào cường độ tác nhân gây diễn - DTTS có lợi cho loài trình diễn dẫn đến hình thành nên quần xã ổn định Cũng lợi trình diễn dẫn đến quần xã bị suy thoái Ví dụ: ThS Đặng Thị Lan Hương 65 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 5.3 Nguyên nhân gây nên diễn sinh thái - Nguyên nhân bên ngoài: thay đổi mạnh mẽ điều kiện tự nhiên, khí hậu - Nguyên nhân bên (nội tại) cạnh tranh gay gắt loài quần xã Trong nhóm loài ưu đóng vai trò quan trọng Tuy nhiên, hoạt động mạnh mẽ nhóm loài ưu làm thay đổi điều kiện sống đến mức bất lợi cho - "tự đạo huyệt chôn mình" tạo điều kiện cho nhóm loài có khả cạnh tranh cao trở thành loài ưu - Ngoài ra, hoạt động khai thác tài nguyên người nguyên nhân bên quan trọng làm biến đổi nhiều dẫn tới suy thoái quần xã + Hoạt động khai thác không hợp lí nguồn tài nguyên dẫn tới:  Làm biến đổi, môi trường sống nhiều loài sinh vật  giảm đa dạng sinh học  Thảm thực vật bị  xói mòn đất, biến đổi khí hậu  Môi trường cân sinh thái  dễ gây nhiều bệnh tật cho người loài sinh vật + Tuy nhiên người điều chỉnh hoạt động khai thác hợp lí nguồn tài nguyên thiên nhiên Con người với khả khoa học góp phần cải tạo thiên nhiên làm cho quần xã sinh vật phong phú thêm, môi trường sống ngày ổn định Như vậy: Trong nguyên nhân nguyên nhân bên nguyên nhân gây nên diễn thế, môi trường nhân tố khởi động quần xã động lực cho trình diễn 5.4 Những xu hướng biến đổi trình diễn sinh thái - Sinh khối tổng sản lượng tăng lên, sản lượng sơ cấp tinh giảm - Hô hấp quần xã tăng, tỉ lệ sản phẩm trình tổng hợp phân giải vật chất quần xã tiến dần đến - Tính đa dạng loài tăng số lượng cá thể loài giảm quan hệ sinh học loài trở nên căng thẳng - Lưới thức ăn trở nên phức tạp, chuỗi thức ăn mùn bã ngày quan trọng - Kích thước tuổi thọ loài tăng - Khả tích lũy chất dinh dưỡng quần xã ngày tăng quần xã sử dụng lượng ngày hoàn hảo 5.5 Ý nghĩa nghiên cứu diễn sinh thái: Giúp hiểu quy luật phát triển quần xã sinh vật Từ chủ động để: - Xây dựng kế hoạch dài hạn việc bảo vệ, khai thác phục hồi nguồn tài nguyên - Có biện pháp khắc phục biến đổi bất lợi môi trường, sinh vật người ThS Đặng Thị Lan Hương 66 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 CHUYÊN ĐỀ VII: SINH THÁI HỌC VẤN ĐỀ III: HỆ SINH THÁI, SINH QUYỂN VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG Hệ sinh thái 1.1 Khái niệm: Hệ sinh thái bao gồm quần xã sinh vật sinh cảnh quần xã, sinh vật tác động qua lại với với thành phần sinh cảnh tạo nên chu trình sinh địa hoá Nhờ đó, hệ sinh thái hệ thống sinh học hoàn chỉnh tương đối ổn định 1.2 Đặc điểm hệ sinh thái - Là hệ thống sinh học hoàn chỉnh tự nhiên, biểu chức tổ chức sống thông qua trao đổi chất lượng nội quần xã quần xã với môi trường - Là hệ động lực mở tự điều chỉnh để trì trạng thái cân ổn định - Kích thước HST đa dạng, nhỏ giọt nước ao lớn Trái Đất 1.3 Cấu trúc hệ sinh thái - Thành phần vô sinh (sinh cảnh): + Các chất vô : H2O, NH3, CO2, ion khoáng: Ca2+, K+, S2-, … + Các chất hữu cơ: CH4, C2H4, C2H2, prôtêin, lipit, cacbohđrat, + Các yếu tố khí hậu: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, pH, khí áp, - Thành phần hữu sinh: quần xã sinh vật, tùy theo hình thức dinh dưỡng chia nhóm sinh vật quần xã thành nhóm: + Sinh vật sản xuất: o Bao gồm: thực vật quang hợp VSV tự dưỡng (tảo, vi khuẩn lam, ) o Vai trò: truyền lượng từ môi trường vô sinh vào quần xã + Sinh vật tiêu thụ: o Bao gồm: động vật ăn thực vật, động vật ăn động vật, thực vật bắt mồi, sinh vật kí sinh o Vai trò: truyền lượng từ sinh vật sản xuất qua bậc dinh dưỡng quần xã + Sinh vật phân giải: o Bao gồm: VSV sống hoại sinh (nhiều loài VK, nấm) số ĐVKXS (giun, sâu bọ,…) o Vai trò: truyền lượng từ quần xã vào môi trường vô sinh 1.4 Các kiểu hệ sinh thái trái đất Đồng rêu hàn đới Rừng kim phương Bắc Rừng rộng ôn đới HST cạn Th nguyên Sa van đồng cỏ Hoang mạc - HST tự nhiên Sa mạc Rừng mưa nhiệt đới Ven biển HST nước Nước mặn Nước Vùng khơi Nước đứng Nước chảy - HST nhân tạo : bể cá, vườn rau, ao cá, hồ nước, đồng ruộng, rừng trồng, thành phố, … ThS Đặng Thị Lan Hương 67 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 Kiểu HST Đặc điểm Cấu trúc chức Hệ sinh thái tự nhiên Hệ sinh thái nhân tạo Gồm quần xã sinh vật sinh cảnh tác động lẫn hình thành nên hệ thống sinh học hoàn chỉnh Được hình thành hoạt động quy Được hình thành hoạt động Nguồn gốc hình luật tự nhiên: giọt nước ao, hồ tự người: sinh vật nuôi ống thành nhiên, đầm lầy, khoảng rừng, nghiệm, bể cá cảnh, hồ chứa, Trái đất HST lớn thành phố, nương rẫy, Vật chất từ sinh cảnh với hỗ trợ Nguồn vật chất Có nguồn vật chất từ sinh cảnh nguồn người lượng lượng ASMT Năng lượng phần lớn từ từ nhiên, phần người bổ sung Độ đa dạng Cao Thấp Chuỗi thức ăn đơn giản, ngắn, chủ yếu Chuỗi lưới thức ăn Phức tạp, có loại chuỗi thức ăn chuỗi thức ăn mở đầu xanh Khả tự điều Thấp, người phải thường xuyên cải Cao chỉnh tạo Trạng thái cân Có cân sinh học, ổn định Kém cân bằng, không trì ổn định, phụ tính ổn định trì cách tự nhiên thuộc vào tác động người Năng suất sinh học Thấp Cao 1.5 Chức hệ sinh thái Thực trình TĐC NL để tạo vòng tuần hoàn vật chất dòng lượng HST Quá trình trao đổi chất lượng HST bao gồm trình trao đổi chất lượng nội quần xã quần xã với môi trường vô sinh (sinh cảnh) quần xã 1.5.1 Trao đổi chất lượng quần xã sinh vật Quá trình trao đổi chất quần xã trình trao đổi chất loài sinh vật thông qua chuỗi lưới thức ăn 1.5.1.1 Chuỗi thức ăn: Ví dụ : Cỏ  Châu chấu  Ếch  Rắn; Giun (ăn mùn)  tôm  Cò  Đại bàng - Chuỗi thức ăn dãy loài sinh vật có mối quan hệ với mặt dinh dưỡng, loài ăn loài khác phía trước thức ăn loài phía sau - Phân loại chuỗi thức ăn: có loại chuỗi thức ăn: + Chuỗi thức ăn bắt đầu sinh vật tự dưỡng (sinh vật sản xuất): + Chuỗi thức ăn bắt đầu sinh vật ăn mùn bã hữu (các loài vi khuẩn, nấm số loài ĐVNS, ĐVKXS)  chuỗi thức ăn hệ chuỗi thức ăn mở đầu sinh vật sản xuất - Đặc điểm chuỗi thức ăn: + Chuỗi thức ăn tự nhiên thường ngắn mắt xích (vì chuỗi thức ăn dài vật chất lượng bị tiêu hao qua mắt xích lớn) + Chuỗi thức ăn thường không bền vững, dễ thay đổi theo mùa loài thay đổi nguồn thức ăn + Chuỗi thức ăn tồn thiếu lượng ánh sáng mặt trời + Các chất độc khó phân hủy tăng dần mắt xích phía cuối chuỗi (khuếch đại sinh học) 1.5.1.2 Lưới thức ăn: Ví dụ : Cho lưới thức ăn: Nai Cỏ Thỏ Hổ Cáo Vi sinh vật Số chuỗi thức ăn lưới thức ăn đó: A B C D 10 Ngỗng Mèo rừng - Lưới thức ăn tập hợp chuỗi thức ăn hệ sinh thái, có mắt xích chung - Đặc điểm lưới thức ăn: + Đa dạng thành phần loài  ổn định chuỗi thức ăn + Quan hệ sinh thái lưới phức tạp chuỗi thức ăn  quần xã sinh vật đa dạng thành phần loài lưới thức ăn quần xã phức tạp + Một loài nhiều vị trí khác lưới thức ăn ThS Đặng Thị Lan Hương 68 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 + Nếu loài bị biến động (mắt xích chung) lưới biến động thời gian, sau có loài bậc dinh dưỡng thay lưới ổn định trở lại + Nếu sinh vật sản xuất lưới thức ăn không tồn - Trong lưới thức ăn, loài sinh vật tập hợp thành bậc dinh dưỡng, bậc dinh dưỡng xếp chồng lên hình thành nên tháp sinh thái 1.5.1.3 Bậc dinh dưỡng: - Tập hợp loài sinh vật có mức lượng sử dụng thức ăn có mức lượng lưới thức ăn (hoặc chuỗi thức ăn) - Trong quần xã có nhiều bậc dinh dưỡng: + Bậc dinh dưỡng cấp : Sinh vật sản xuất Lưu ý: Sinh vật tiêu thụ bậc n + Bậc dinh dưỡng cấp : Sinh vật tiêu thụ bậc có bậc dinh dưỡng cấp n + + Bậc dinh dưỡng cấp : Sinh vật tiêu thụ bậc 2, Ví dụ: Ở lưới thức ăn thì: + Bậc dinh dưỡng cấp : Cỏ + Bậc dinh dưỡng cấp : Nai, Thỏ, Ngỗng + Bậc dinh dưỡng cấp : Mèo rừng, Cáo + Bậc dinh dưỡng cấp : Hổ * Tháp sinh thái: - Bao gồm nhiều hình chữ nhật xếp chồng lên nhau, hình chữ nhật có chiều cao nhau, chiều dài biểu thị độ lớn bậc dinh dưỡng - Tháp sinh thái cho biết mức độ dinh dưỡng bậc toàn quần xã Có loại hình tháp ST: Khái niệm Ưu nhược điểm - Dễ xây dựng - Ít có giá trị vì: kích thước cá thể, chất sống cấu tạo nên Xây dựng dựa số lượng cá thể Tháp số loài bậc dinh dưỡng khác không đồng sinh vật bậc dinh dưỡng lượng nên việc so sánh bậc dinh dưỡng không xác  có trường hợp, tháp có dạng ngoại lệ - Biểu thị khối lượng chất sống bậc dinh dưỡng nên so sánh bậc dinh dưỡng với Xây dựng dựa khối lượng tổng số tất sinh vật Tháp sinh - Thành phần hóa học giá trị lượng chất đơn vị diện tích hay thể tích khối sống bậc dinh dưỡng khác nhau; chưa bậc dinh dưỡng ý đến yếu tố thời gian việc tích lũy sinh khối bậc dinh dưỡng  có trường hợp, tháp có dạng ngoại lệ - Hoàn thiện vì: SV xa vị trí SVSX có Xây dựng dựa số lượng lượng trung bình giảm Tháp tích luỹ đơn vị diện tích hay thể tích đơn vị thời lượng - Xây dựng nhiều công sức thời gian  tháp có gian bậc dinh dưỡng dạng chuẩn (đáy lớn, đỉnh nhỏ) 1.5.2 Trao đổi chất lượng quần xã với môi trường 1.5.2.1 Trao đổi chất qua chu trình sinh địa hóa Quá trình trao đổi chất lượng quần xã với môi trường thông qua chu trình sinh địa hóa * Chu trình sinh địa hoá : - Là chu trình trao đổi chất tự nhiên (hay trao đổi không ngừng nguyên tố hóa học quần xã môi trường) - Một chu trình sinh địa hoá gồm có thành phần: + Tổng hợp chất + Tuần hoàn chất tự nhiên + Phân giải lắng đọng phần vật chất (trong đất, nước, ) - Chu trình sinh địa hoá gồm dạng: chu trình chất khí chu trình chất lắng đọng Chu trình chất khí Chu trình chất lắng đọng - Ví dụ: chu trình H2O, CO2, N2, SO2, - Ví dụ: chu trình P, Fe, Mn, Mg, Ca, - Có nguồn gốc từ khí - Có nguồn gốc từ vỏ Trái Đất - Sau qua chu trình, vật chất thường thất thoát - Sau qua chu trình thường thất thoát nhiều lắng đọng xuống biển sâu - Vận động nhanh, xảy thiếu hụt - Vận động chậm chạp, thường xảy thiếu hụt cục ThS Đặng Thị Lan Hương 69 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 * Ví dụ số chu trình sinh địa hóa: - Chu trình cac bon: + Cacbon từ môi trường vô vào quần xã dạng CO2, SV tự dưỡng đồng hóa CO2 QH  chất hữu + Cacbon (chất hữu cơ) trao đổi quần xã qua chuỗi lưới thức ăn + Cacbon trở lại môi trường vô qua đường :  Hô hấp ĐV - TV - VSV  Phân giải sinh vật  Sự đốt cháy nhiên liệu công nghiệp, giao thông,  Một phần cacbon tách khỏi chu trình bị lắng đọng lớp trầm tích - Chu trình nitơ: + Các Nitơ: NH 4+ , NO -, NO 3- hình thành tự nhiên đường vật lí, hóa học sinh học + TV hấp thụ nitơ dạng muối amôn (NH + ) nitrat (NO -) + Nitơ từ xác SV trở lại môi trường đất, nước thông qua hoạt động phân giải chất hữu VK, nấm,… + Hoạt động phản nitrat VK trả lại lượng nitơ phân tử cho đất, nước bầu khí 1.5.2.2 Dòng lượng hệ sinh thái *Dòng lượng hệ sinh thái: - NL hệ sinh thái bắt nguồn từ NLASMT NL từ ASMT vào quần xã mắt xích sinh vật sản xuất, NLAS tích tụ dạng hóa truyền cho sinh vật tiêu thụ cấp chuỗi – lưới thức ăn bậc dinh dưỡng   sinh vật phân giải  cuối cùng, NL trả lại môi trường dạng nhiệt - Trong hệ sinh thái lượng truyền chiều từ sinh vật sản xuất qua bậc dinh dưỡng, tới môi trường Càng lên bậc dinh dưỡng cao, lượng giảm phần lớn lượng bị thất thoát qua hô hấp (chiếm khoảng 70%), qua tiết, qua phận rơi rụng, (chiếm khoảng 20%) - Vai trò nhóm sinh vật quần xã dòng lượng HST: + SV tự dưỡng có vai trò truyền NL từ MT vô sinh vào chu trình dinh dưỡng (quần xã) + Vi khuẩn, nấm (sinh vật phân giải) có vai trò truyền NL từ chu trình dinh dưỡng vào môi trường vô sinh * Hiệu suất sinh thái: - Hiệu suất sinh thái tỉ lệ % chuyển hoá lượng qua bậc dinh dưỡng hệ sinh thái - Hiệu suất sinh thái bậc dinh dưỡng sau tích luỹ thường 10% so với bậc trước liền kề Hiệu suất sinh thái bậc dinh dưỡng cấp so với bậc cấp liền kề tính theo công thức : truyen Hn = Năng lượng có bậc dinh cấp n Năng lượng có bậc dinh cấp n-1 X 100% Ví dụ: Giả sử lượng đồng hóa sinh vật dị dưỡng chuỗi thức ăn sau: Sinh vật tiêu thụ bậc 1: 1500 000 Kcal Sinh vật tiêu thụ bậc 2: 180 000 Kcal ThS Đặng Thị Lan Hương 70 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 Sinh vật tiêu thụ bậc 3: 18 000 Kcal Sinh vật tiêu thụ bậc 4: 620 Kcal Hiệu suất sinh thái bậc dinh dưỡng cấp với bậc dinh dưỡng cấp bậc dinh dưỡng cấp với bậc dinh dưỡng cấp chuỗi thức ăn : A 9% 10% B 12% 10% C 10% 12% D 10% 9% Hướng dẫn Sinh vật tiêu thụ bậc n có bậc dinh dưỡng cấp n + Do H3-2 = (180 000/1 500 000) x 100% = 12% H4-3 = (18 000/180 000) x 100% = 10%  B Kết luận trao đổi chất lượng hệ sinh thái: - Trao đổi chất lượng quần xã sinh vật thông qua chuỗi lưới thức ăn - Trong quần xã tổng số sinh khối lượng bậc dinh dưỡng cấp lớn bậc dinh dưỡng cấp - Trong quần xã vật chất trao đổi theo chu trình sinh địa hóa, vật chất từ môi trường vô sinh truyền vào quần xã, qua bậc dinh dưỡng từ thấp lên đến cao trở lại môi trường tiếp tục sinh vật quần xã tái sử dụng - Năng lượng vận chuyển theo dòng từ môi trường vô sinh đến sinh vật sản xuất qua bậc dinh dưỡng quần xã cuối hoàn trả lại cho môi trường dạng nhiệt NL không sinh vật quần xã tái sử dụng - Khi chuyển từ bậc dinh dưỡng thấp đến bậc dinh dưỡng cao liền kề, trung bình lượng tới 90% Sự thất thoát do: + Phần lớn lượng tích lũy bậc dinh dưỡng cấp không sinh vật bậc dinh dưỡng cao sử dụng làm thức ăn, sử dụng không đồng hóa + Ở bậc dinh dưỡng, phần lớn lượng bị tiêu hao qua hô hấp (chiếm khoảng 70%); phần lượng bị qua chất thải phận rơi rụng khoảng 20% Sinh bảo vệ môi trường 2.1 Sinh 2.1.1 Khái niệm sinh Sinh gồm toàn sinh vật môi trường vô sinh trái đất hoạt động hệ sinh thái lớn 2.1.2 Đặc điểm - Có độ dày khoảng 20 km bao gồm: địa (vài chục m), khí (6 – km) thủy (10 11km) - Trong sinh quyển, sinh vật nhân tố vô sinh liên quan chặt chẽ với thông qua chu trình sinh địa hóa - Sinh gồm nhiều khu sinh học (biôm) 2.2 Khu sinh học 2.2.1 Khu sinh học (biôm) Khu sinh học hệ sinh thái cực lớn đặc trưng cho đặc điểm địa lí, khí hậu sinh vật vùng 2.1.2 Đặc điểm Khu sinh học bao gồm khu sinh học cạn khu sinh học nước *Các khu sinh học cạn Bao gồm đồng rêu hàn đới, rừng kim phương Bắc, rừng rụng ôn đới, rừng mưa nhiệt đới… - Đồng rêu hàn đới: Phân bố thành đai viền lấy Bắc châu Á, Bắc Mĩ, quanh năm băng giá, đất nghèo, thời kì sinh trưởng ngắn Thực vật ưu rêu, địa y, cỏ bông, Động vật có gấu trắng Bắc Cực, tuần lộc Chúng có thời kì ngủ đông dài, số tập tính di cư trú đông phương nam - Rừng kim phương bắc: nằm kề phía nam đồng rêu, diện tích lớn tập trung Xibêri Ở mùa đông dài, tuyết dày; mùa hè ngắn, ngày dài ấm Cây kim chiếm ưu (thông, tùng, bách) Động vật rừng thỏ, linh miêu, chó sói, gấu - Rừng rụng ôn đới: tập trung vùng ôn đới, có đặc trưng mùa sinh trưởng dài; lượng mưa trung bình, phân bố năm; độ dài ngày điều kiện môi trường biến đổi theo mùa theo vĩ độ Thảm thực vật gồm thường xanh nhiều rộng rụng theo mùa Khu hệ động vật đa dạng không loài chiếm ưu - Thảo nguyên: vùng có đặc điểm nóng mùa hè lạnh vào mùa đông, thực vật ưu loài cỏ Động vật chủ yếu loài chạy nhanh - Savan: vùng khí hậu khô Rừng bụi mọc xen với cỏ Vào mùa khô rụng thiếu nước Động vật phổ biến loài chạy nhanh linh dương, ngựa vằn, hươu cao cổ, đà điểu, sư tử, ThS Đặng Thị Lan Hương 71 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Tài liệu Sinh học 12 - Hoang mạc sa mạc: vùng có khí hậu khô, nóng, lượng mưa thấp Thực vật thưa thớt chủ yếu gồm hạn sinh đặc điểm nóng mùa hè lạnh vào mùa đông, thực vật ưu loài cỏ Hệ động vật gồm loài thích nghi với khí hậu khô sâu bọ cánh cứng, thằn lằn, rắn, lạc đà, - Rừng mưa nhiệt đới: kiểu rừng tập trung xích đạo, khí hậu nóng ẩm quanh năm, lượng mưa hàng năm lớn 2000mm Thảm thực vật phân thành nhiều tầng, hệ động vật đa dạng  kiểu hệ sinh thái đa dạng Trái Đất * Các khu sinh học nước Bao gồm khu sinh học nước ngọt, khu sinh học nước mặn - Khu sinh học nước bao gồm sông, suối, ao, hồ, đầm chiếm 2% diện tích bề mặt Trái Đất - Khu sinh học nước mặn gồm khu sinh học biển gồm đầm phá, vịnh nông đại dương, bao phủ 71% bề mặt hành tinh Hệ động thực vật ven bờ đa dạng, phong phú vùng khơi 2.2 Quản lí sử dụng bền vững nguồn tài nguyên thiên nhiên 2.2 Các dạng tài nguyên: - Tài nguyên không tái sinh: nhiên liệu hoá thạch, kim loại, phi kim - Tài nguyên tái sinh: không khí sạch, đất, nước sạch, sinh vật - Tài nguyên lượng vĩnh cửu: lượng mặt trời, lượng sóng, lượng gió, lượng thuỷ triều 2.3 Sự suy thoái dạng tài nguyên biện pháp khắc phục - Tài nguyên thiên nhiên đa dạng, nhiên người khai thác bừa bãi  giảm đa dạng sinh học suy thoái nguồn tài nguyên, đặc biệt tài nguyên có khả phục hồi, gây ô nhiễm môi trường sống - Các giải pháp khắc phục suy thoái môi trường sử dụng bền vững tài nguyên thiên nhiên: + Sử dụng bền vững tài nguyên đất, tài nguyên nước, tài nguyên rừng, tài nguyên biển Sử dụng bền vững tài nguyên thiên nhiên hình thức sử dụng vừa thoả mãn nhu cầu người để phát triển KT - XH, vừa đảm bảo trì lâu dài tài nguyên cho hệ mai sau + Duy trì đa dạng sinh học + Giáo dục môi trường ThS Đặng Thị Lan Hương 72 Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm