Bài giảng Sinh học đại cương TS. Phạm Đình Văn (bs)

Bài giảng Sinh học đại cương TS. Phạm Đình Văn (bs) Bài giảng Sinh học đại cương TS. Phạm Đình Văn (bs) Bài giảng Sinh học đại cương TS. Phạm Đình Văn (bs) Bài giảng Sinh học đại cương TS. Phạm Đình Văn (bs) Bài giảng Sinh học đại cương TS. Phạm Đình Văn (bs) Bài giảng Sinh học đại cương TS. Phạm Đình Văn (bs) Bài giảng Sinh học đại cương TS. Phạm Đình Văn (bs) Bài giảng Sinh học đại cương TS. Phạm Đình Văn (bs) Bài giảng Sinh học đại cương TS. Phạm Đình Văn (bs)

PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương PHẦN MỞ ĐẦU: ĐẠI CƯƠNG VỀ THẾ GIỚI SỐNG 1.1 Hệ thống sống 1.1.1 Khái niệm Hệ thống tập hợp yếu tố định có mối quan hệ biện chứng với nhau, tạo thành chỉnh thể trọn vẹn, ổn định có quy luật vận động tổng hợp yếu tố tạo nên - Hệ thống có đặc trưng gì? + Tổ chức theo nguyên tắc thứ bậc: yếu tố vừa phận hệ thống cao hơn, vừa hệ thống yếu tố thấp + Hệ thống mở: mối quan hệ yếu tố cấu thành, hệ thống mối quan hệ thống với môi trường + Đặc tính trội: hệ thống có thuộc tính mới, trội vốn yếu tố tạo thành, tác động qua lại yếu tố tạo nên hệ thống Ngoài đặc trưng hệ thống nói chung, hệ thống tổ chức sống có đặc trưng: + Hệ thống liên tục tiến hóa + Có khả tự điều chỉnh: sở thu nhập, tàng trữ, chế biến xử lí thông tin nhằm đạt đến mục đích định + Trao đổi chất lượng + Cảm ứng + Sinh trưởng phát triển + Sinh sản 1.1.2 Các cấp tổ chức giới sống + Có 11 cấp tổ chức giới sống: Phân tử, bào quan, tế bào, mô, quan, hệ quan, thể, quần thể, quần xã, hệ sinh thái, Sinh + Tổ chức sống có đặc trưng bản: Chuyển hóa vật chất lượng; Sinh trưởng – phát triển; Sinh sản; Cảm ứng => Chỉ có cấp độ tổ chức sống: Tế bào → Cơ thể → Quần thể → Quần xã → Sinh + Tế bào cấp độ tổ chức sống nhỏ nhất, nhất, Sinh xem cấp độ tổ chức sống lớn hệ thống sống 1.1.3 Đặc điểm chung hệ thống sống TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương + Tổ chức theo nguyên tắc thứ bậc: nhiều cấp tổ chức thấp => cấp tổ chức cao + Thế giới sống hệ thống mở, tự điều chỉnh, cân động thích nghi với môi trường + Sự sống không ngừng tiến hóa tạo nên giới sống vô đa dạng phong phú 1.2 Sự phân chia sinh giới 1.2.1 Các quan điểm phân chia sinh giới ++ Hệ thống hai giới: Từ thời Aristote kỉ XVIII, tất SV xếp thành giới là: Thực vật Động vật ++ Hệ thống ba giới: Sang kỉ XIX, nhờ phát minh KHV người ta khám phá sinh vật nhỏ bé, mà năm 1866, Haeckel chia thành giới: Giới Protista (Giới Nguyên sinh, gồm nấm sinh vật đơn bào), Thực vật, Động vật ++ Hệ thống năm giới: Whittaker (1963) Margulis chia sinh giới thành giới: Giới Khởi sinh (Monera) Giới Nguyên sinh (Protista) Giới Nấm (Fungi) Giới Thực vật (Platae) Giới Động vật (Animalia) ++ Hệ thống bốn giới: Takhtajan (1973) nhiều tác giả khác chia sinh giới thành giới: Giới Mychota (gồm Vi khuẩn vi khuẩn lam) Giới Nấm (Mycetalia) Giới Thực vật (Vegetabilia) Giới Động vật (Amilia) Sở dĩ ông chia thành giới ông thu gọn giới Nguyên sinh vào giới Thực vật (Nguyên sinh thực vật) giới Động vật (Nguyên sinh động vật) ++ Hệ thống lãnh giới: Carl R Woose (1981) số tác giả khác chia sinh giới thành lãnh giới: Vi khuẩn cổ (Archaebacteria = Archaea) Nhóm khởi sinh (Monera) hay nhóm tiền nhân Nhóm nhân thật (Eucaryotes): NSinh; Nấm, Thực vật Động vật TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp Bài giảng Sinh học đại cương PDF by http://www.ebook.edu.vn Ngoài có Virus, chúng không xếp vào giới SV khả sống độc lập, tách chúng khỏi vật chủ chết) 1.2.2 Đặc điểm chúng giới theo quan điểm giới Giới ND Loại TB Mức độ tổ chức thể Kiểu dinh dưỡng Đại diện Khởi sinh Nhân sơ KT nhỏ – 5µm - Hoại sinh kí sinh - số có k/n tổng hợp CHC - VK - VK cổ (sống 00 – 1000C) Nguyên sinh Nhân thật - Đơn bào hay tập đoàn - Có thể có diệp lục - Có lông, có roi Dị dưỡng (hoại sinh) Tự dưỡng Tảo đơn bào Nấm nhầy ĐVNS Nấm Thực vật Động vật Nhân thật - Đa bào - Cấu trúc dạng sợi, thành TB chứa Kitin - Ko có lục lạp, lông, roi -Dị dưỡng: hoại sinh, kí sinh cộng sinh Nhân thật - Đa bào dạng tản phân hóa thành thân, rễ, - Sống cố định - Khả phản ứng chậm Nhân thật - Đa bào - Có khả di chuyển - Có khả phản ứng nhanh Tự dưỡng: có khả QH tạo chất hữu Dị dưỡng: Tiêu hóa thức ăn Nấm men, nấm sợi,… Địa y Rêu Quyết, Dương xỉ hạt trần, hạt kín Ruột khoang, giun, thân mềm, chân khớp, không xương, có xương TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương PHẦN I: SINH HỌC TẾ BÀO Chương Đại cương tế bào 1.1 Lịch sử phát tế bào Robert Hooke (1635 - 1703) – nhà bác học người Anh, người đưa khái niệm Tế bào vào năm 1665, ông sử dụng kính hiển vi với độ phóng đại 30 lần để quan sát “hộp” nhỏ cấu tạo nên nút bấc Hooke dùng thuật ngữ tế bào (cellula) có nghĩa phòng, buồng nhỏ, ý nghĩa lịch sử từ dùng ngày để lỗ Leeuwen Hoek (1632 - 1723) – nhà bác học người Hà Lan qưđã lắp đặt kính hiển vi với độ phóng đại 270 lần, với độ phóng đại sử dụng để nghiên cứu tế bào Ông quan sát tế bào hạt phấn nằm tự lần mô tả số thể đơn bào Tiếp theo nghiên cứu M Manpigi, Grew mô quan động vật thực vật tảng cấu trúc chung tế bào Vào đầu kỉ XIX, hai nhà bác học người Đức M Sleiden Theodor Schwann với nghiên cứu với thành tựu tế bào từ kỉ XVII – XVIII khái quát thành "Học thuyết tế bào" Đây công trình vĩ đại kỉ XIX, khẳng định tế bào đơn vị cấu tạo thể sống Đến nửa sau kỉ XIX, kính hiển vi quang học hoàn thiện với độ phóng đại khoảng 3000 lần bào quan hiển vi (Nhân, lục lạp, ty thể,…) phát nghiên cứu Với đời kính hiển vi điện tử vào năm 50 kỉ XX, có độ phóng đại từ 30 ngàn đến 1triệu lần Sử dụng kính hiển vi điện tử kết hợp với phương pháp sắc kí, ly tâm, điện tử đánh dấu nhà khoa học nghiên cứu cấu tạo siêu hiển vi bào quan tế bào, biết cấu trúc phân tử nguyên tử thành phần cấu tạo tế bào Cùng với tiến khoa học kĩ thuật, hiểu biết tế bào ngày hoàn thiện, đầy đủ có sở khoa học, tế bào ngày khẳng định đơn vị cấu trúc chức thể sống 1.2 Thuyết tế bào Nhà thực vật học Matthias Jakob Schleiden (1838) nhà động vật học Theodor Schwann (1839) người Ðức hệ thống hóa quan điểm thành thuyết tế bào Tất sinh vật hay nhiều tế bào tạo thành, hay tế bào đơn vị cấu tạo sống tất sinh vật Ðến năm 1858 thuyết tế bào Rudolph Virchow mở rộng thêm: Tế bào tế bào có trước sinh Quan điểm sau L Pasteur (1862) chứng minh (Bác bỏ thuyết tự sinh) Như tóm tắt thuyết tế bào sau: Tế bào đơn vị cấu tạo sống tất sinh vật, tế bào tế bào có trước sinh 1.3 Cơ sở phân tử tế bào 1.3.1 Các nguyên tố hóa học tế bào Tế bào đơn vị cấu tạo nên giới sống, thành phần nguyên tố hóa học chất sống không sống khác Trong số 92 nguyên tố hoá học có thiên nhiên, có khoảng 25 nguyên tố (O, C, H, N, Ca, P, K, S, Cl, Na, Mg, TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp Bài giảng Sinh học đại cương PDF by http://www.ebook.edu.vn Fe…) cấu thành nên thể sống Như vậy, cấp độ nguyên tử, giới vô giới hữu thống Tùy theo tỉ lệ nguyên tố có tế bào mà người ta chia thành nhóm đa lượng vi lượng Nguyên tố đa lượng nguyên tố mà lượng chứa khối lượng chất sống thể lớn 0,01%, như: C, H, O, N, P, K, S, Ca, Na… Các nguyên tố mà lượng chứa 0,01% gọi nguyên tố vi lượng như: Mn, Zn, Cu, Mo … Bảng Các nguyên tố chủ yếu tế bào thể người Nguyên tố O C H N Ca P K S Na Cl Mg Tỉ lệ % 65 18,5 9,5 3,3 1,5 1,0 0,4 0,3 0,2 0,2 0,1 Cacbon nguyên tố hoá học đặc biệt quan trọng cấu trúc nên đại phân tử Lớp vỏ êlectron vòng cacbon có êlectron nên nguyên tử cacbon lúc có liên kết cộng hoá trị với nguyên tố khác, nhờ tạo số lượng lớn khung cacbon phân tử đại phân tử hữu khác Các nguyên tố C, H, O, N nguyên tố chủ yếu hợp chất hữu xây dựng nên cấu trúc tế bào (Gluxit, lipid, protein, axit nucleic) Trong chất nguyên sinh nguyên tố hoá học tồn dạng anion ( PO43-, SO42-, Cl-, NO3- ,) cation (Ca2+, Na+, K+, …) có thành phần chất hữu (như Mg chất diệp lục Mặc dù chiếm tỉ lệ nhỏ nguyên tố vi lượng có vai trò quan trọng thiểu tế bào thể sống Nhiều nguyên tố (Mn, Cu, Zn, Mo…) thành phần cấu trúc bắt buộc hàng trăm hệ enzim xúc tác phản ứng sinh hoá tế bào Cơ thể cần lượng nhỏ iôt thiếu iôt bị bệnh bướu cổ 1.3.2 Nước vai trò nước tế bào a Cấu trúc đặc tính hoá – lí nước Nước chiếm tỉ lệ lớn tế bào, thành phần thiếu để tiến hành chuyển hóa vật chất trì sống tế bào Phân tử nước cấu tạo từ nguyên tử oxi kết hợp với hai nguyên tử hidro liên kết cộng hoá trị Do đôi êlectron mối liên kết bị kéo lệch phía oxi nên phân tử nước có hai đầu tích điện trái dấu (phân cực) Quan sát cấu trúc hoá học nước ta thấy hai nguyên tử hidro liên kết với nguyên tử oxi tạo phân tử nước có tính phân cực mang điện tích dương khu vực gần nguyên tử hidro mang điện tích âm khu vực gần với TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương nguyên tử oxi Sự hấp dẫn tĩnh điện phân tử nước tạo nên mối liên kết yếu (liên kết hidro) tạo mạng lưới nước Hình 1.4 Cấu trúc phân tử nước b Vai trò nước tế bào Nước thành phần chủ yếu, bắt buộc tế bào thể sống Trong tế bào, nước phân bố chủ yếu chất nguyên sinh Nước dung môi phổ biến nhất, môi trường khuếch tán môi trường phản ứng chủ yếu thành phần hoá học tế bào Nước nguyên liệu cho phản ứng sinh hoá tế bào Do có khả dẫn nhiệt, toả nhiệt bốc cao nên nước đóng vai trò quan trọng trình trao đổi nhiệt, đảm bảo cân ổn định nhiệt độ tế bào nói riêng thể nói chung Nước liên kết có tác dụng bảo vệ cấu trúc tế bào Do phân tử nước có tính phân cực nên nước có đặc tính hoá – lí đặc biệt làm cho có vai trò quan trọng sống (dung môi hoà tan chất, môi trường khuếch tán phản ứng, điều hoà nhiệt…) Các phân tử nước tế bào tồn dạng tự liên kết với thành phần khác Vì vậy, nước vừa thành phần cấu tạo vừa dung môi hòa tan nhiều chất tan cần thiết cho hoạt động sống tế bào, đồng thời nước dung môi phản ứng sinh hóa 1.3.3 Saccarit (Cacbohydrat) a Cấu trúc Saccarit hợp chất hữu phổ biến tế bào, cấu tạo từ nguyên tố C, H, O, H O có tỉ lệ : phân tử nước, gọi cacbonhydrat Công thức chung Cn(H2O)n hay (CH2O)n.Ví dụ, glucose có công thức C6H12O6 hay (CH2O)6 Saccarit cấu tạo từ đơn phân mônôsaccarit (đường đơn) như: glucose, fructose, ribose + Cấu trúc monosaccarit (đường đơn) TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương Gồm loại đường có từ – nguyên tử cacbon phân tử, phổ biến quan trọng Hexozo (chứa 6C) pentose (chứa 5C) Điển hình Hexozo glucose (đường nho), fructose (đường quả), glactose Các đường đơn có tính khử mạnh Đường pentose gồm đường robose dezoxiribose + Cấu trúc disaccarit (đường đôi) Hai phân tử đường đơn (glucose, fructose, glactose) liên kết với nhờ liên kết glicosit sau loại phân tử nước tạo thành đường disaccarit Saccarose (đường mía), mantose (đường mạch nha), lactose (đường sữa) Các disaccarit có công thức cấu tạo phân tử khác Hình Một số loại đường đơn đường đôi Nguồn: http://www.eccentrix.com/members/chempics/Sugars.html + Cấu trúc polisaccarit (đường đa) Nhiều phân tử đường đơn phản ứng trùng ngưng loại nước tạo thành polisaccarit phân tử mạch thẳng (như Cellulose) hay mạch phân nhánh (như tinh bột thực vật hay glicogen động vật) Tinh bột hình thành nhiều phân tử glucose liên kết với dạng phân nhánh không phân nhánh Glicogen hình thành nhiều phân tử glucose liên kết với thành phân tử có cấu trúc phân nhánh phức tạp TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương Hình 1.6 Cấu trúc phân tử Cellulose (Đường đa) Hình 1.7 Cấu trúc phân tử Glycogen b Chức Saccarit nhóm chất hữu thường có khối lượng lớn nguyên liệu giải phóng lượng dễ dàng (đóng vai trò nguồn cung cấp lượng, phổ biến glucose) Saccarit thành phần xây dựng nên nhiều phận tế bào, ví dụ, Cellulose thành phần cấu trúc nên thành tế bào thực vật Pentose loại đường tham gia cấu tạo AND, ARN Hexozo nguyên liệu chủ yếu cho hô hấp tế bào tạo lượng, cấu tạo nên disaccarit polisaccarit Saccarose loại đường TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương vận chuyển Tinh bột có vai trò chất dự trữ cây, glicogen chất dự trữ thể động vật nấm… Một số polisaccarit kết hợp với protein có vai trò vận chuyển chất qua màng sinh chất góp phần “nhận biết” vật thể lạ lúc qua màng Glicogen tế bào động vật tinh bột tế bào thực vật đóng vai trò nguồn dự trữ lượng 1.3.4 Lipid Lipid (chất béo) nhóm chất hữu không tan nước, tan dung môi hữu este, benzen, clorofor a Cấu trúc lipid + Mỡ, dầu sáp (lipid đơn giản) Các phân tử mỡ, dầu sáp có chứa nguyên tố hoá học cacbon, hidro oxi (giống nguyên tố tạo cacbohiđrat) lượng oxi (đặc biệt mỡ, ví dụ mỡ bò có công thức C57H110O6) Mỡ dầu cấu tạo từ hai đơn vị nhỏ axit béo glicerol Mỡ chứa nhiều axit béo no dầu lại chứa nhiều axit béo không no Mỗi axit béo thường gồm từ 16 đến 18 nguyên tử cacbon Các liên kết không phân cực C – H axit béo làm cho mỡ dầu có tính kị nước Mỗi phân tử sáp chứa đơn vị nhỏ axit béo liên kết với rượu mạch dài thay cho glicerol + Các phospholipid steroit (liphid phức tạp) Phospholipid có cấu trúc gồm hai phân tử axit béo liên kết với phân tử glicerol giống mỡ dầu, vị trí thứ ba phân tử glicerol liên kết với nhóm phosphat, nhóm nối glicerol với ancol phức (cholin hay axetylcholin) Phospholipid có tính lưỡng cực: đầu ancol phức ưa nước đuôi kị nước (mạch cacbua hidro dài axit béo) Khác với nhóm lipid khác, cấu trúc phân tử steroit lại có chứa nguyên tử kết vòng Một số steroit quan trọng colesteron, axit mật, ostrogen, progesteron… TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp Bài giảng Sinh học đại cương PDF by http://www.ebook.edu.vn Hình 1.8 Một số Lipid Hình 1.9 Cấu tạo phân tử Cholesterol b Chức lipid Lipid có vai trò đặc biệt quan trọng cấu trúc nên hệ thống màng sinh học (phospholipid, colesteron) Ngoài ra, lipid nguyên liệu dự trữ lượng (mỡ dầu), dự trữ nước tốt tham gia vào nhiều chức TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 10 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương Bìa rừng vùng đệm quần xã rừng quần xã đồng ruộng Bãi lầy vùng đệm quần xã rừng quần xã đầm Ở vùng đệm có số loài quần xã Ngoài có loài riêng Do số loài vùng đệm nhiều với số lượng cá thể nhiều so với quần xã Đặc điểm gọi tác động rìa Giữa ngoại cảnh quần xã có trình trao đổi chất lượng; quan hệ ngoại cảnh quần xã kết tổng hợp mối quan hệ ngoại cảnh với quần thể Các nhân tố khí hậu, nhân tố hữu sinh (thức ăn, kẻ thù, dịch bệnh) tạo nên tính chất thay đổi theo chu kì quần xã Giữa quần thể quần xã thường xuyên diễn mối quan hệ hỗ trợ quan hệ cạnh tranh Hiện tượng số lượng cá thể quần thể bị số lượng cá thể quần thể khác kìm hãm gọi tượng khống chế sinh học Sự khống chế sinh học làm cho số lượng cá thể quần thể dao động cân bằng, từ toàn quần xã sinh vật dao động cân tạo trạng thái cân sinh học quần xã 1.2 Phân loại quần xã Các quần xã có kích thước lớn, hoàn thiện tổ chức có kích thước nhỏ phụ thuộc vào quần xã bên cạnh Phần lớn loài thay lẫn theo không gian thời gian nên quần xã giống chức có thành phần loài khác nhau: - Quần xã lớn sinh địa quần xã bao gồm toàn sinh vật cư trú sinh quyển, mang tính chất qui mô toàn cầu - Quần xã bao gồm vùng lãnh thổ lớn quần xã lục địa, quần xã đại dương, quần xã nước - Quần xã có qui mô nhỏ cảnh quan vùng địa lí (biome) rừng, đồng ruộng Gọi tên theo quần hệ thực vật - Quần xã sinh cảnh bao gồm quần thể nhỏ quần xã vi sinh vật cảnh: quần xã tầng, quần xã hang hốc, quần xã kí sinh gồm loài kí sinh Cách đặt tên quần xã dựa vào loài ưu thế, loài thị, điều kiện nơi ở, kiểu trao đổi chất Ví dụ: quần xã dầu, quần xã rừng ngập mặn, quần xã cửa sông, quần xã sinh vật xử lí nước thải Cấu trúc quần xã Đặc trưng cấu trúc quần xã gồm: 2.1 Số lượng cá thể loài Để mô tả cấu trúc quần xã, số lượng loài chưa thể biểu diễn cách đầy đủ mà có loài phổ biến (hiếm) chi phối đa dạng quần xã Người ta dùng số khác để biểu thị độ phong phú số lượng cá thể loài như: 2.1.1 Độ nhiều Là số lượng cá thể loài đơn vị diện tích thể tích Mỗi loài quần xã có độ nhiều khác số lượng cá thể Ví dụ: 54 rau/m2 ruộng cỏ, 102 giun đất/m3 đất vườn Độ nhiều thường thay đổi theo thời gian (ngày đêm, mùa, tháng, năm) biến cố đột xuất (lũ lụt, hạn hán, quần thể bị tàn phá đột ngột,…) TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 135 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương Trong thực tế khảo sát độ nhiều thường qui ước theo bậc: 1) Kí hiệu: 0: 2) +: hay phân tán (rare) 3) ++: không nhiều 4) +++ (cop 1): nhiều (copious) 5) ++++ (cop 2): nhiều 2.1.2 Độ thường gặp Còn gọi số có mặt, tỉ số % số địa điểm lấy mẫu có loài xét so với tổng số địa điểm lấy mẫu vùng nghiên cứu Độ thường gặp biểu thị công thức: C = p/P x 100 mẫu Tron p số địa điểm lấy mẫu có loài nghiên cứu; P tổng số địa điểm lấy Theo giá trị C mà độ thường gặp chia cấp độ sau: Nếu: 1) c > 50%: loài thường gặp 2) 25% < c > 50%: loài gặp 3) c < 25%: loài ngẫu nhiên 2.1.3 Tần số Là tỉ lệ % số cá thể loài so với tổng số cá thể quần xã lần thu mẫu hay tổng lần thu mẫu Một loài có tần số thấp địa điểm thu mẫu, lại loài có số có mặt cao nhiều địa điểm vùng phân bố quần xã 2.2 Thành phần loài 2.2.1 Loài ưu Mỗi quần xã sinh vật có loài ưu thế, loài đóng vai trò quan trọng quần xã số lượng lớn, sinh khối lớn… Nó có vị trí quan trọng hoạt động cấu trúc quần thể Ví dụ: Bò rừng Bison loài ưu quần xã đồng cỏ bắc Mĩ Thực vật có hạt thường nhóm loài ưu quần xã cạn 2.2.2 Độ ưu thích Mỗi loài quần xã sinh vật có mật độ ưu thích riêng Độ ưu thích cường độ gắn bó loài quần xã Có mức độ ưa thích sau: - Loài đặc trưng loài có quần xã, loài thường gặp có độ nhiều cao loài khác Loài đặc trưng có giới hạn sinh thái hẹp Ví dụ: Quần thể loài cọ quần xã sinh vật đồi Vĩnh Phú, quần thể loài cá trám cỏ, cá mè quần xã ao hồ nuôi cá - Loài ưu thích loài có mặt nhiều quần xã ưu thích quần xã quần xã - Loài phổ biến loài có mặt nhiều quần xã cách ngẫu nhiên 2.2.3 Độ đa dạng Mỗi quần xã có độ đa dạng riêng biệt Độ đa dạng mức độ phong phú số lượng loài quần xã Khi điều kiện phù hợp, khắc nghiệt quần xã sinh vật có độ đa dạng thấp có số quần thể loài thích ứng tồn quần xã TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 136 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương (rừng thông phương Bắc) Trong khu vực rộng 1ha rừng nhiệt đới gặp 100 loài chim rừng ôn đới gặp khoảng 10 loài 2.3 Sự phân bố cá thể loài quần xã 2.3.1 Phân bố thẳng đứng Mỗi quần xã thường có cấu trúc phân tầng thẳng đứng, phân tầng rõ quần xã nước, đất rừng Ví dụ: Rừng nhiệt đới thường có tầng gồm tầng gỗ (tầng vượt tán, tầng tán, tầng tán), tầng bụi, tầng thảm tươi (tầng cỏ, dương xỉ), tầng thảm mục tầng mùn Ngoài có tầng phụ tầng dây leo, tầng phụ sinh… Ở nước có tầng tạo sinh (tầng mặt nước có ánh sáng) gồm sinh vật tự dưỡng tầng phân huỷ (tầng nước sâu thiếu ánh sáng) gồm sinh vật phân hủy chất hữu cơ… Sự phân tầng làm tăng khả sử dụng nguồn sống quần xã làm giảm mức độ cạnh tranh cá thể quần thể 2.3.2 Phân bố ngang Mỗi quẩn xã nhiều có cấu trúc phân bố ngang, phân bố tạo vành đai đồng tâm Ví dụ: Một quần thể ao hồ ta thấy rõ cấu trúc nằm ngang, phân bố loài từ bờ đến ao hồ Quanh bờ loài thực vật mọc nước có cành nhô lên khỏi mặt nước, đến thực vật có mặt nước đến loài sống chìm Các động vật đáy ếch nhái phát triển vùng ven bờ nhiều vùng xa bờ Ở quần xã biển có phân bố sinh vật khác ven bờ vùng khơi Thành phần loài số lượng sinh vật vùng ven bờ đa dang phong phú Nguyên nhân phân bố cá thể quần xã phân bố không đồng theo thang bậc định nhân tố môi trường (ánh sáng, nhiệt độ, ẩm độ, thức ăn…) 2.3.3 Phân bố biến đổi theo chu kì Các quần xã sinh vật có cấu trúc phân bố biến đổi theo chu kì (ngày, đêm mùa) Sự biến đổi thấy rõ quần xã nước mặn, nước ngọt, quần xã đất Ví dụ: loài tảo đơn bào ban ngày lên mặt nước để quang hợp, ban đêm chìm xuống sâu Về mùa khô hạn ấu trùng bọ bổ củi, bọ thép di chuyển xuống lớp đất sâu Trong rừng loài chim di trú theo mùa đông làm cho cấu trúc quần xã thay đổi Nhịp điệu quần xã sinh vật coi tổng tất nhịp điệu quần thể cấu trúc nên quần xã Nó xảy tác động nhân tố môi trường thay đổi cách có nhịp điệu Quan hệ sinh thái loài quần xã Quan hệ sinh thái loài quần xã bao gồm mối quan hệ sinh thái cá thể loài quần thể cá thể khác loài mức độ phức tạp Những mối quan hệ hình thành lâu dài lịch sử quần xã thể quan hệ dinh dưỡng quan hệ khác 3.1 Quan hệ dinh dưỡng Trong quần xã luôn có nhóm sinh vật có kiểu dinh dưỡng khác Đầu TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 137 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương tiên nhóm sinh vật tự dưỡng gồm chủ yếu xanh, chúng tổng hợp chất hữu từ chất vô môi trường nên gọi sinh vật sản xuất Sinh vật sản xuất nguồn thức ăn cho sinh vật dị dưỡng Sinh vật dị dưỡng gồm nhóm khác nhau: nhóm thứ sinh vật tiêu thụ gồm đa số động vật; nhóm thứ hai sinh vật phân hủy, phân hủy chất hữu từ xác bả thực vật, động vật chất thải thành chất vô trả lại cho môi trường Ba nhóm sinh vật tạo thành chuỗi thức ăn hay chuỗi dinh dưỡng 3.1.1 Ảnh hưởng tương hỗ động vật thực vật Trong thiên nhiên thực vật thức ăn, nơi động vật; ngược lại nhiều loài thực vật ăn thịt (thực vật ăn thịt) gây bệnh cho người (nấm, vi sinh vật) Động vật giúp thực vật thụ phấn phát tán nòi giống, chất tiết thải bả động vật phân hủy cung cấp chất dinh dưỡng cho thực vật 3.1.2 Quan hệ vật kí sinh vật chủ (parasitism) Vật kí sinh sống thể vật chủ lấy chất dinh dưỡng từ thể vật chủ Vật kí sinh thường nhỏ vật chủ không thiết phải giết vật chủ, chúng làm yếu vật chủ Đây biểu đặc biệt loài Trong trình sống vật kí sinh vật chủ hình thành đặc điểm thích nghi để tồn Vật kí sinh có biến đổi kích thước thể, màu sắc, cấu tạo quan bám, hệ tiêu hóa, vận chuyển, sinh sản để kí sinh tốt hơn, ngược lại vật chủ có thích nghi để tự vệ Ví dụ: Giun kí sinh người động vật, chấy, rận kí sinh da, dây tơ hồng, dây tầm gửi kí sinh thực vật 3.1.3 Quan hệ vật ăn thịt mồi (predation) Vật ăn thịt bắt giết mồi làm thức ăn, loài có mhững biến đổi thích nghi để tồn Ví dụ: Thỏ ăn cỏ, thỏ vật ăn mồi cỏ mồi; sói ăn thỏ thỏ mồi sói vật ăn mồi Quan hệ vật ăn thịt mồi luôn giữ mức cân động, số lượng cá thể dao động đồng với Quan hệ kí sinh - vật chủ quan hệ vật ăn thịt - mồi ảnh hưởng lớn đền phát triển số lượng quần thể cân sinh học quần xã 3.2 Các quan hệ khác 3.2.1 Quan hệ hợp tác Là mối quan hệ bên có lợi không bắt buộc loài Ví dụ: Hải quì tôm kí cư 3.2.2 Quan hệ cộng sinh Là quan hệ bắt buộc có lợi loài Ví dụ: Rhizobium cộng sinh với họ đậu, địa y Sticta cộng sinh hyphae nấm tế bào tảo 3.2.3 Quan hệ hội sinh Là mối quan hệ đơn giản, bước đầu phát triển quan hệ bên có lợi Ví dụ: dương xỉ, lan rừng; địa y mận, xoài… Quan hệ cộng sinh, hội sinh biểu mức độ hỗ trợ, gắn bó ràng buộc sinh vật quần xã 3.2.4 Sự tiết chất cảm nhiễm thực vật Ở thực vật bậc thấp tiết chất kháng sinh nấm Penicilium tiết chất penicillin Ở thực vật bậc cao có tượng tiết chất độc ảnh hưởng xa nguồn Artemisia californica tiết chất bay terpène có tác dụng ngăn cản nảy mầm thực vật họ hòa niên khác TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 138 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương 3.2.5 Quan hệ cạnh tranh Sự canh tranh xảy quần thể phụ thuộc vào nguồn sống có hạn Hậu cuối việc đào thải cạnh tranh hai quần thể Ví dụ: Paramecium caudatum bị đào thải cạnh tranh sống chung môi trường với Paramecium aurelia Đào thải cạnh tranh không thiết dẫn đến tiêu diệt loài, chúng chuyển đổi nhu cầu môi trường sống hệ Ví dụ: loài chim cốc cốc mào vùng biển, chúng chia xẻ không gian sinh sống ăn cá Loài chim cốc ăn loại cá nước sâu, chim cốc mào ăn loại cá nước cạn Sự phân hóa quan hệ cạnh tranh dẫn đến trình tiến hóa dẫn đến đa dạng sinh học quần xã Sự biến động quần xã sinh vật 4.1 Khái niệm diễn Trong hóa trình tồn phát triển quần xã luôn biến đổi Diễn sinh thái trình biến đổi quần xã qua giai đoạn khác nhau, từ dạng khởi đầu thay dạng quần xã cuối thường dẫn đến quần xã tương đối cố định Diễn trình phát triển theo thứ bậc quần xã liên quan tới biến đổi cấu trúc loài trình khác điều kiện môi trường, ngoại cảnh quần thể tạo nên Diễn sinh thái quần xã bắt đầu quần xã tiên phong trải qua dãy quần xã thay kết thúc quần xã đỉnh cực (climax) Quần xã đỉnh cực bền vững thời gian dài khoảng nhiều đời người Ví dụ: từ khoảng đất trống, sau cỏ mọc lên, thành trảng cỏ dại, rừng bụi, rừng thưa, rừng mưa kín,… cuối thành rừng nhiệt đới thường xanh hay Sự phân vùng thực vật quanh ao dọc bờ sông theo độ sâu nước Như vậy, song song với trình diễn trình biến đổi khí hậu, thổ nhưỡng, địa chất… ( môi trường) Mỗi quần xã vừa hậu tác động làm thay đổi điều kiện môi trường quần xã trước, vừa nguyên nhân gây thay quần xã Quần xã đỉnh cực tương đối ổn định thời gian dài kết tương tác qua lại quần xã điều kiện môi trường tạo cân bền vững, có thích nghi cao sinh vật quần xã; nói quần xã thích nghi tốt thay Trong quần xã đỉnh cực biến đổi nhỏ già chết bị đổ ngã quần xã rừng tạo "lỗ trống" lấp đầy hệ khác cân tái lập 4.2 Các kiểu diễn 4.2.1 Diễn nguyên sinh Nếu diễn xảy nơi mà trước chưa có quần xã tồn gọi diễn nguyên sinh Nó xảy chậm dẫn đến quần xã đỉnh cực Ví dụ: Đất bồi lòng sông, bãi phù sa nâng lên vùng cửa sông, đảo hình thành tro tàn núi lửa Nhóm sinh vật phát tán đến hình thành nên quần xã tiên phong Các loài tiên phong phải thích nghi với điều kiện khô hạn, lớp thổ nhưỡng, tiếp dãy quần xã thay Khi có cân sinh thái quần xã ngoại cảnh quần xã ổn định thời gian tương đối dài a Diễn cạn TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 139 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương Điển hình trường hợp sinh vật chiếm lĩnh lại đảo Krakatan Indonesia bị núi lửa tàn phá từ năm 7/8/1883 Núi lửa bùng nổ đảo, phận lớn đảo biến mất, phần nhỏ lại bị vùi lớp dung nham nóng bỏng dày khoảng 60m, toàn sống bị tiêu diệt Từ đảo tro đá bọt vô sinh, sau vài năm rêu địa y đại diện đến quyết, tiếp thực vật có hoa thân cỏ, thực vật thân gỗ động vật phổ biến địa phương (số loài động vật tăng dần từ 202 loài năm 1908 đến 880 loài năm 1934) Sau 50 năm hình thành lại quần xã gần trước núi lửa phun b Diễn nước Trong trình ao, hồ, sông bị bồi cạn thực vật có sẵn nước tham gia đáng kể vào khởi đầu diễn nguyên sinh Giai đoạn đầu thường quần thể thực vật sống trôi (bèo, lục bình…) chìm nước (rong) động vật sống với Khi đất bồi tụ nhiều làm thành bãi thực vật có rễ cắm bùn sen, súng, trang…xuất Điều kiện chuẩn bị cho quần xã thực vật thủy sinh mọc nhô lên khỏi mặt nước nghể, cỏ nến, lau… Sau bụi mọc, lộc vừng rừng thấp có nhiều loại dại họ cà phê (Rubiaceae) Giai đoạn cuối trỉnh diễn thế, đất cạn hình thành rừng cao to với mầm chiếm ưu Sự phát triển thay hệ thực vật kéo theo phát triển thay hệ động vật, thực vật tương tự Ví dụ: Diễn nguyên sinh quần xã bờ hồ Michigan Trong trình bồi tụ, diện tích hồ thu nhỏ dần hình thành cồn cát có tuổi khác nhau, có quần xã hình thành từ thời gian khác 4.2.2 Diễn thứ sinh Diễn thứ sinh diễn xuất môi trường có quần xã sinh vật định Quần xã vốn tương đối ổn định thay đổi lớn khí hậu, bị xói mòn, bị bão phá hoại hay người chặt cây, đốt rừng làm nương rẫy, trồng nhập nội làm thay đổi hẳn cấu trúc quần xã Ví dụ: trồng rừng bạch đàn, rừng keo tràm Diễn thứ sinh phục hồi lại quần xã rừng lim Hữu Lũng sông Thương (theo Trần Ngũ Phương 1970) Có thể biểu thị trình diễn theo sơ đồ sau: Rừng lim nguyên sinh → nương rẫy → trảng cỏ → trảng bụi → trảng gỗ → rừng sau sau (Liquidambar formosana) → rừng lim tái sinh * Ngoài có loại diễn phân hủy trình không dẫn tới quần xã sinh vật ổn định mà theo hướng bị phân hủy tác dụng nhân tố sinh học Đây trường hợp diễn quần xã sinh vật xác động vật thực vật Loại diễn thường khác xảy thời gian ngắn mang tính chất tạm thời Như vậy, trình diễn trình xuất liên tiếp quần xã, từ quần xã khởi đầu (quần xã tiên phong) qua quần xã thay kết thúc quần xã cuối (quần xã đỉnh cực) ********************* TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 140 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương Chương 15 HỆ SINH THÁI Khái niệm 1.1 Định nghĩa Hệ sinh thái (Ecosystem) hệ thống bao gồm sinh vật (các quần xã) môi trường (các nhân tố vô sinh) diễn trình trao đổi lượng vật chất sinh vật với sinh vật môi trường với sinh vật Tất sinh vật khu vực có tác động qua lại với môi trường vật lí dòng lượng tạo nên cấu trúc dinh dưỡng, đa dạng loài chu trình tuần hoàn vật chất Quần xã sinh vật + môi trường xung quanh + lượng mặt trời = Hệ sinh thái 1.2 Thành phần hệ sinh thái Hệ sinh thái gồm thành phần sau: - Nhân tố sô sinh: + Các chất vô cơ: C, N, P, CO2, H2O… tham gia vào chu trình tuần hoàn vật chất + Các chất hữu cơ: Protein, glucid, lipid, chất mùn… liên kết phần vô sinh hữu sinh + Chế độ khí hậu: Nhiệt độ yếu tố vật lí khác - Nhân tố sinh học: * Sinh vật sản xuất hay sinh vật tự dưỡng chủ yếu xanh có khả tổng hợp chất hữu từ chất vô đơn giản, vi khuẩn hóa tổng hợp * Sinh vật tiêu thụ gồm động vật (ấu trùng, côn trùng, tôm, cua, cá…) có thức ăn trực tiếp thực vật xác bã thực vật hay ăn thịt lẫn Chúng có nhóm sinh thái sinh vật nổi, thuỷ sinh vật, sinh vật đáy Sinh vật tiêu thụ bậc I động vật Sinh vật tiêu thụ bậc II côn trùng ăn thịt, cá ăn thịt Sinh vật tiêu thụ bậc III gồm cá lớn ăn loài tiêu thụ bậc II * Sinh vật phân hủy: Như vi khuẩn, nấm, trùng chỉ…, chúng phân hủy chất thải xác bã sinh vật sản xuất sinh vật tiêu thụ biến chất hữu thành chất vô Một số tác giả khác xem hệ sinh thái sinh địa quần xã, bao gồm quần xã động vật, thực vật, vi sinh vật (được gọi quần xã sinh vật) yêu tố vo sinh khí hậu cảnh, thổ nhưỡng (được gọi gọi địa quần xã) Đặc điểm hệ sinh thái - Đặc điểm chung hệ sinh thái mối quan hệ tương hỗ sinh vật tự dưỡng sinh vật dị dưỡng - Hệ sinh thái có qui mô lớn nhỏ khác nhau: Hệ sinh thái nhỏ bể nuôi cá, hệ sinh thái vừa thảm rừng, hồ chứa nước, hệ sinh thái lớn đại dương - Chức hệ sinh thái trao đổi chất lượng để tái tổ hợp quần xã thích hợp với điều kiện ngoại cảnh tương ứng Hệ thống phát sinh, biến động, phát triển tái sản xuất nhờ dòng: Vật chất, lượng, thông tin, tái sản xuất Hoạt động hệ vận động dòng này, dòng vật chất dòng sở TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 141 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương Tóm lại tất hệ sinh thái lấy lượng từ bên để hoạt động, chủ yếu lượng ánh sáng mặt trời Những nhân tố vô sinh cần thiết cho sinh vật sử dụng lại nhiều lần Các loài sinh vật quan hệ quan hệ dinh dưỡng Như quần xã ngoại cảnh thể thống nhất, tác động lẫn thông qua trình trao đổi chất lượng - Hệ sinh thái có trạng thái là: + Trạng thái cân bằng: Tốc độ trình thuận nghịch (tổng hợp, phân hủy), lượng tự không thay đổi + Trạng thái bất cân bằng: Trong trình trao đổi chất hệ phần lớn vật chất vào không biến thành sản phẩm nên phần lượng tự dạng nhiệt, phần lượng khác biến thành chất dự trữ hệ + Trạng thái ổn định: Hệ sinh thái hệ hở, thường xuyên đảm bảo nguồn vật chất lượng từ bên Vật chất thường xuyên vào sản phẩm cuối hệ không ngừng thải CO2 H2O, mật độ sản phẩm trung gian hệ không thay đổi gọi trạng thái ổn định Các kiểu hệ sinh thái 2.1 Hệ sinh thái đất liền (trên cạn) 2.1.1 Môi trường cạn Đối với hệ sinh thái đất liền có nhóm nhân tố bản: - Nhóm nhân tố vô sinh (sinh thái cảnh) gồm thành phần là: + Khí quyển: Chỉ tầng thấp khí - tầng đối lưu tham gia vào thành phần trao đổi vật chất lượng hệ sinh thái + Thổ nhưỡng quyển: Đất thành phần quan trọng hệ sinh thái Tài nguyên đất gồm nước đất, chất khoáng chất hữu cơ, chất khí, lượng tham gia vào trình tác động tương hỗ khác hệ sinh thái với thảm thực vật, động vật, vi sinh vật, khí đồng thời tuân theo thay đổi khác Khí hậu đất nhóm nhân tố qui định tính chất hệ sinh thái cạn - Nhân tố sinh vật (sinh vật cảnh) gồm thành phần: Quần xã thực vật quần xã động vật, quần xã vi sinh vật - Trong thành phần hệ sinh thái: Khí quyển, đất, nước, ánh sáng nguyên tố dinh dưỡng khoáng nguyên liệu sơ cấp, động vật, thực vật vi sinh vật tác nhân vận chuyển, máy trao đổi chất lượng hệ sinh thái Nó đặc trưng mối quan hệ có lợi hay có hại, mối quan hệ dinh dưỡng sinh vật tự dưỡng với sinh vật dị dưỡng sinh vật phân hủy 2.1.2 Các vùng địa lí sinh vật lục địa Ở cạn nhóm đơn vị phân loại cao, giới thực vật động vật chiếm ưu thế, sinh vật phức tạp chuyên hóa cao Loài người sinh vật liên quan mật thiết với người (cây trồng, vật nuôi, ruồi, muỗi, chuột, vi khuẩn gây bệnh…) phân bố rộng khắp trái đất Ngoài vùng lục địa có hệ động vật thực vật đặc trưng gọi vùng địa lí sinh vật Các nhà sinh thái học thường phân thành vùng sau: TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 142 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương Vùng Cổ Bắc Vùng Tân Bắc Vùng Tân nhiệt đới Vùng châu Phi nhiệt đới Vùng Viễn Đông (Ấn Độ - Mã Lai) Vùng châu Úc Vùng Nam cực Các đảo Đại dương 2.1.3 Các hệ sinh thái lớn cạn (các bioms) Khí hậu thực vật có vai trò quan trọng việc thành lập đất Do người ta gặp vùng địa lí sinh học lục địa khác tập hợp đại hệ sinh thái Chúng bao trùm diện tích rộng lớn tương ứng với đơn vị khí hậu, thổ nhưỡng sinh vật tạo thành đơn vị đặc biệt gọi bioms (cảnh quan vùng địa lí) Có đối xứng bioms qua đường xích đạo, đối xứng không hoàn chỉnh đất liền Nam bán cầu Một quần xã sinh vật có mặt vùng đất rộng tách biệt Trái Đất, điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng gần giống Ví dụ: Các vùng rừng mưa nhiệt đới thấy Malaysia, Tây Phi Nam Mĩ Các sinh vật sống vùng tiến hóa theo cách riêng thường thể thích nghi gần giống 2.2 Hệ sinh thái biển (nước mặn) Gồm hệ sinh thái vùng ven bờ vùng khơi Độ mặn tính chất đặc biệt biển, trung bình 35%o pH trung bình 8,2 Vùng ven bờ tương ứng với thềm lục địa, sườn lục địa, thảm bình nguyên hố đại dương Sinh vật biển đa dạng khó liệt kê nhóm ưu Động vật biển có số ngành tiêu biểu ngành Ruột khoang, Thân lỗ, Da gai, Giun đốt, Chân khớp, Thân mềm, động vật Có xương sống , chúng có vai trò quan trọng Tảo biển đa dạng chủ yếu Tảo đỏ, Tảo Silic Tảo nâu Cây có hạt không quan trọng Các hệ sinh thái biển tiêu biểu 2.2.1 Hệ sinh thái rừng đước (rừng sác hay rừng Mangrove) Là rừng ngập mặn gồm số nhỏ loài thực vật đất liền có khả chịu mặn nước biển Các loài khác tạo thành dãy xác định vùng triều thượng triều Ta gặp từ sâu cạn mắm (Avicennia), bần (Sonneratia), đước (Rhizophora), vẹt (Bruguiera), nét (Ceriops),… Hạt đước nẩy mầm cây, có rễ đặc biệt để bám vào đất bùn để hô hấp môi trường nghèo dưỡng khí, phế (rễ khí) Rừng sác có vai trò quan trọng việc lấn biển tạo đảo, bảo vệ bờ khỏi bị xâm thực gió ĩao Lá rụng góp phần quan trọng việc cung cấp lượng cho chuỗi thức ăn với mắt xích cuối loài cá kinh tế tôm cua 2.2.2 Các rạn san hô Rất phổ biến vực nước nóng vùng biển nhiệt đới Đó quần xã có sức sản xuất cao đa dạng phân loại học Rạn san hô Australia dài 2000km, bề ngang khoảng 70km San hô thuộc ngành Ruột khoang (Coelenterata), động vật có kích thước nhỏ, tạo lớp vỏ vôi TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 143 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương cứng rắn (gồm nhiều loài) Có cộng sinh san hô tảo, rạn san hô có nhiều sinh vật biển đặc trưng 2.3 Hệ sinh thái nông nghiệp Vùng sản xuất nông nghiệp sở sản xuất nông nghiệp nông trường, hợp tác xã nông nghiệp, nông trại hệ sinh thái nông nghiệp Đó hệ sinh thái nhân tạo lao động người làm Hệ sinh thái nông nghiệp có thành phần loài đơn giản, chí độc canh Số loài động vật giảm số côn trùng gậm nhấm tăng Do hệ sinh thái nông nghiệp không ổn định, dễ bị thiên tai sâu bệnh Muốn tăng suất tính ổn định người cần đầu tư nhiều lượng 2.4 Hệ sinh thái nước 2.4.1 Môi trường nước Môi trường nước có vai trò quan trọng bên bên thể sinh vật Môi trường nước có số đặc tính sau: - Nhiệt độ nước điều kiện có biên độ dao động nhỏ thay đổi chậm thông số vật lí không khí Ở 40C nước có tỉ trọng lớn nhất, nhiệt độ cao hay thấp 40C nước trở nên nhẹ làm cho hồ không bị đóng băng đến tận đáy, tạo điều kiện cho thủy sinh vật sống - Độ đục nước phần tử lơ lửng nước làm hạn chế ánh sáng xuống độ sâu Do môi trường nước, tầng quang hợp bị giới hạn độ sâu xác định - Dòng chảy yếu tố giới hạn vô quan trọng việc phát tán chất khí muối dinh dưỡng cần thiết cho đời sống sinh vật 2.4.2 Hệ sinh thái nước đứng Bao gồm vực nước đầm, ao, hồ Vực nước đứng chịu ảnh hưởng nắng (khô hạn), mưa (ngập nước) chút ô nhiễm gây ảnh hưởng lớn cho quần xã - Hệ sinh thái đầm ao: Ánh sáng soi xuống tận đáy nên vùng bờ thường có thủy sinh có rễ ăn xuống đáy, mặt nước có thực vật nơi nguồn thức ăn cho động vật Động vật có động vật nổi, động vật đáy động vật tự bơi Ao cạn đầm nên dễ bị khô cạn theo mùa - Hệ sinh thái hồ: Sâu ao, ánh sáng chiếu vào tầng nước trên, có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ không khí Thực vật phong phú, động vật đáy thích ứng với môi trường có nhiệt độ ổn định thiếu ánh sáng 2.4.3 Hệ sinh thái nước chảy (sông, suối…) Chế độ nhiệt muối khoáng hệ sinh thái nước chảy đồng thay đổi theo mùa Các quần xã thủy sinh sông có thành phần không đồng nhất, thay đổi theo thượng lưu, trung hạ lưu Bao gồm rong, rêu, vi khuẩn, tảo silic, tảo lam, tảo lục, ấu trùng sâu bọ, giáp xác nhỏ, động vật khác cá chủ yếu Quần xã thủy sinh suối thường giống với hệ sinh vật thượng lưu sông Năng lượng hệ sinh thái Sự hoạt động tất sinh vật đòi hỏi sử dụng lượng từ vào Năng lượng ánh sáng cho sinh vật tự dưỡng (quang năng) hợp chất sinh hóa (glucid) cho sinh vật dị dưỡng (hóa năng) Trong trường hợp lượng mặt TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 144 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương trời nguồn lượng trực tiếp hay gián tiếp sử dụng sinh vật Theo quy luật nhiệt động học I II toàn lượng mặt trời cố định thức ăn thực vật phải trải qua trình: - Năng lượng qua hệ sinh thái chuỗi thức ăn lưới thức ăn - Năng lượng tích lũy hệ sinh thái lượng hóa học nguyên liệu động vật thực vật - Năng lượng khỏi hệ sinh thái dạng nhiệt sản phẩm nguyên liệu 3.1 Dòng lượng hệ sinh thái Năng lượng cung cấp trực tiếp hay gián tiếp từ mặt trời thường xâm nhập vào hệ sinh thái thông qua trình quang hợp thực thực vật xanh Năng lượng truyền từ thể sống sang thể sống khác dạng thức ăn Vì dòng lượng hệ sinh thái vận chuyển lượng qua bậc dinh dưỡng chuỗi thức ăn Trong trình vận chuyển lượng, số lượng bị giảm dần thất thoát phân tán cho nhiều đối tượng, nhiều khu vực khác (từ mức độ dinh dưỡng sang mức độ dinh dưỡng khác…) Năng lượng mức độ dinh dưỡng tất sinh vật hô hấp làm oxy hóa hydrat carbon (CH2O) giải phóng lượng (CH2O) + O2 → CO2 + H2O + Q Khác với trao đổi vật chất, dòng lượng qua hệ sinh thái theo chiều: Từ vào hệ sinh thái nất đị dạng nhiệt hay Trong hệ sinh thái, dòng lượng bảo đảm hoạt động sau: - Cung cấp lượng tiêu hao nhầm bảo đảm hoạt động hệ sinh thái - Cung cấp lượng tiêu hao cho hoạt động sống thể có khả vận chuyển - Cung cấp lượng cho việc tạo chất sống trình sinh trưởng - Cung cấp lượng cho việc tạo chất sống trình sinh sản tạo chất dự trữ Dòng lượng thông qua hoạt động sống bảo đảm cho trình vận động vật chất chu trình vật chất tạo thành, tích tụ phân hủy Sự vận chuyển lượng mạnh hay yếu phụ thuộc vào hệ sinh thái, cụ thể lượng mặt trời vật cung cấp tiếp nhận khả chuyển hóa lượng bậc dinh dưỡng trình sử dụng nguồn sống môi trường Các dòng lượng hệ sinh thái là: 1) Năng lượng vào hệ sinh thái từ lượng ánh sáng mặt trời, tất lượng sử dụng trình quang hợp Chỉ tỉ lệ nhỏ lượng hấp thu (khoảng - %) chuyển thành lượng hóa học Phần lại dạng nhiệt Một số lượng thức ăn thực vật sử dụng trình hô hấp, trình làm nhiệt khỏi hệ sinh thái 2) Năng lượng tích lũy nguyên liệu thực vật qua chuỗi thức ăn lưới thức ăn, qua động vật ăn cỏ, động vật ăn thịt sinh vật hoại sinh Do phần lớn lượng mức độ dinh dưỡng nên dòng lượng giảm dần TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 145 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương bước sau chu trình thức ăn Các động vật ăn cỏ tích lũy khoảng 10% lượng thực vật cung cấp Tương tự động vật tích lũy 10% lượng cung cấp mồi 3) Các nguyên liệu thực vật không tiêu thụ chúng tích lũy lại hệ, chuyển sang sinh vật hoại sinh khỏi hệ bị rửa trôi 4) Các sinh vật mức độ tiêu thụ mức độ hoại sinh sử dụng số lượng cho hô hấp giải phóng nhiệt khỏi hệ sinh thái 5) Vì hệ sinh thái hệ thống hở nên số nguyên liệu hữu vào hệ sinh thái; nhập cư động vật, dòng chảy đổ vào hệ sinh thái ao hồ 3.2 Cấu trúc dinh dưỡng hệ sinh thái 3.3.1 Chuỗi thức ăn Sự vận chuyển lượng từ nguồn (thực vật) đến sinh vật khác, sinh vật dùng làm thức ăn cho sinh vật khác Mỗi sinh vật mắt xích thức ăn, vừa sinh vật tiêu thụ mắt xích trước nó, vừa sinh vật bị mắt xích sau tiêu thụ, gọi chuỗi thức ăn Chuỗi thức ăn bắt đầu cá thể sống tự dưỡng gọi sinh vật sản xuất (các xanh), chúng chuyển phần nhỏ lượng mặt trời sang dạng lượng hóa học lưu trữ lại Một phần lượng dược truyền sang động vật ăn cỏ dạng thức ăn, sau truyền đến hay nhiều vật ăn thịt gọi sinh vật tiêu thụ Chuỗi thức ăn đầy đủ bao gồm thành phần sau: - Sinh vật sản xuất (P) sinh vật tự dưỡng chủ yếu thực vật xanh - Sinh vật tiêu thụ cấp (C1) động vật ăn thực vật, vật kí sinh thực vật - Sinh vật tiêu thụ cấp hai (C2) động vật ăn thịt, vật kí sinh động vật - Sinh vật tiêu thụ cấp ba (C3) sinh vật ăn sinh vật tiêu thụ cấp hai … - Sinh vật phân hủy (D): Bao gồm chủ yếu nấm vi khuẩn hoại sinh phân hủy xác bả hữu thành chất vô Thông thường chuỗi thức ăn số mắt xích không vượt bậc Có lẽ tỉ lệ sử dụng vật chất qua mắt xích giảm dần nên chuỗi thức ăn phổ biến gồm - mắt xích Ví dụ: cỏ (P) → thỏ (C1) → cáo (C2) → Nấm vi khuẩn (D) Trong thực tế tồn số kiểu chuỗi thức ăn khác nhiều với chuỗi thức ăn chuỗi thức ăn có kí sinh (rệp sáp cây) Do người ta phân biệt loại chuỗi thức ăn: 1) Chuỗi thức ăn mở đầu sinh vật sản xuất, có vật ăn thịt Ví dụ: Cỏ (P) → nai (C1) → cọp (C2) 2) Chuỗi thức ăn mở đầu sinh vật sản xuất, có vật kí sinh Ví dụ: Cỏ (P) → thú ăn cỏ (C1) → rận (C2) → trùng roi (C3) 3) Chuỗi thức ăn mở đầu sinh vật phân hủy Ví dụ: Chất mùn bã (P) → động vật đáy (C1) → cá chép (C2) 3.2.2 Lưới thức ăn bậc dinh dưỡng - Một loài quần xã không ăn loại thức ăn mà nhiều loại Các chuõi thức ăn quần xã liên hệ với chằng chịt tạo thành hệ thống phức tạp Tập hợp tất chuỗi thức ăn hệ thống gọi lưới thức ăn TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 146 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương Trong lưới thức ăn, chuỗi thức ăn tạm thời trình phát triển cá thể giai đoạn tuổi khác thay đổi chế độ ăn, thức ăn sinh vật tìm thức ăn khác để đảm bảo tính ổn định tương đối quần xã Quần xã có tính đa dạng cao, chuỗi thức ăn nhiều, lưới thức ăn phức tạp, tính ổn định cao - Trong lưới thức ăn mắt xích thuộc thành phần chuỗi thức ăn (đó sinh vật sản xuất hay sinh vật tiêu thụ cấp I, cấp II ) tạo thành nhóm gọi bậc dinh dưỡng Sơ đồ lưới thức ăn quần xã đồng cỏ Trong thiên nhiên gặp chuỗi thức ăn có nhiều bậc lượng ban đầu dự trữ thể tự dưỡng sử dụng cách mãnh liệt qua bậc dinh dưỡng Chu trình sinh địa hóa 4.1 Chu trình nước Đây chu trình hợp chất nguyên tố sinh học Nước thành phần vô quan trọng chất sống sinh vật, vừa chất hòa tan vừa môi trường cho phản ứng hóa học Mặc dù thể sinh vật phân tích thành dạng ion H+ OH- môi trường vô sinh tuần hoàn chủ yếu dạng phân tử Trong chu trình đại dương bể nước vô sinh chính, chứa khoảng 97% nước trái đất Lượng nước thích hợp với sinh vật cạn phụ thuộc vào mưa thời gian mà cần để quay trở lại khí bay hơi, trở lại đại dương sông hồ Tác động người có ảnh hưởng sâu sắc đến giai đoạn tuần hoàn Ví dụ công tác thủy lợi làm nước lưu lại đất lâu nên làm đất màu mỡ nơi vùng hạn Cuộc sống đô thị lại có ảnh hưởng ngược lại tiêu phí nước, nước thải chảy trực tiếp sông đường ống TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 147 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương 4.2 Chu trình carbon Carbon tạo 18% vật chất sống môi trường vô sinh Nguồn carbon cho sinh vật dạng CO2 thu từ không khí hay hòa tan nước Thông qua trình quang hợp thực vật có diệp lục, CO2 chuyển thành hợp chất hữu bao gồm hydrat carbon, chất béo, chất đạm, acid nucleic Ở dạng carbon trở nên dạng hấp thụ cho sinh vật mức dinh dưỡng cao qua chuỗi thức ăn CO2 trả lại khí sinh vật hô hấp Các sinh vật phân hủy đặc biệt quan trọng lẽ chúng tách C cố định khỏi thể sinh vật chết lần dùng cho sinh vật Tuy nhiên carbon cố định tuần hoàn lại cách Nơi thiếu oxy tầng đất chặt hay đáy hồ sâu, chất hữu thường tích tụ lại Chúng hình thành trầm lắng hữu tạo nên nhiên liệu lòng đất than, khí thiên nhiên (CH4) dầu mỏ Khi người khai thác sử dụng chúng (đốt cháy) khí CO2 giải phóng 4.3 Chu trình nitơ Khí có 80% nitơ, nitơ thường xuyên vào khí hoạt động sống vi sinh vật khử nitơ lại trở lại chu trình nhờ hoạt động vi khuẩn cố định đạm việc tạo thành hợp chất nitơ có tích điện (chớp) Nhờ hàng năm hệ sinh thái tiếp nhận lượng nitơ đáng kể từ - 10kg/ha dạng urê acid nitơ Vi khuẩn tảo cố định đạm biến thành nitrat hòa tan, chúng vào đất nước thực vật sử dụng Một số nitơ thực vật động vật thải vào đất Một số lại sinh trình phân hủy xác động vật, thực vật vi khuẩn biến đổi thành amoniac Amoniac vi khuẩn nitrat hóa biến thành nitrit nitrat Vi khuẩn khử nitrat trả lại nitơ tự cho không khí Amoniac sinh hoạt động núi lửa (trong biển có trình tương tự) 4.4 Chu trình lưu huỳnh Chu trình lưu huỳnh khác chu trình carbon nitơ chỗ pha vô diễn chủ yếu trầm lắng khí Một lượng nhỏ lưu huỳnh tồn dạng SO2 không khí đốt chất chứa sulphur, nhiên sulphur chủ yếu có đá chứa lưu huỳnh pyrit sắt Thực vật có khả hấp thu lưu huỳnh dạng SO4 oxy hóa bề mặt đá Quá trình chủ yếu sinh học tiến hành nhờ loại vi khuẩn đặc biệt mà tạo lượng từ trình Trong thực vật, ion SO4 hấp thu kết hợp thành nhóm SH acid amin chất đạm Và dạng lưu huỳnh chuyển qua cấp bậc dinh dưỡng khác giải phóng khỏi thể sống dạng phân hay xác chết Các vi chuẩn phân huỷ nhóm -SH thành H2S, chất khí gây mùi hôi thối đặc trưng khu bãi rác Khí H2S sản oxy hóa thành SO4 nhờ vi khuẩn đặc biệt điều kiện yếm khí Một vài loài vi khuẩn quang hợp đặc biệt khác sống chuỗi sulphur dùng H2S thay H2O làm nguyên liệu để sản xuất hydratcarbon Lưu huỳnh từ phản ứng trở lại lớp đất trầm tích 4.5 Chu trình phospho Chu trình phospho đơn giản, nguồn cung cấp phospho cho hệ sinh thái các,loại mỏ có chứa phospho (apatit) loại đá núi lửa Nó thực vật hấp thu dạng vô PO43 , HPO42 , H2PO4 nhiều hợp chất chứa phospho khác Động vật nhận phospho dạng vô từ nước uống chuỗi thức ăn dạng hữu Khi động vật, thực vật chết hay tiết chất thải, vi khuẩn phosphat TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 148 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương hóa khép lại vòng phospho cách trả phosphat vô trở lại đất Chu trình phospho không hoàn toàn cân bằng, số lượng lớn phospho theo dòng chảy đổ vào biển Ở chúng làm giàu cho nước mặn nguồn dinh dưỡng sinh vật phù du Sau xác sinh vật phù du lắng xuống đáy ngưng động dạng trầm tích Một phần phospho trả lại cho chu trình hoạt động chim cá biển Chim biển đóng vai trò quan trọng chu trình phospho, chim để lại nhiều mỏ phân khổng lồ đất trường hợp nitơ Người động vật lấy cá làm thức ăn, làm phân trả lại cho chu trình lượng đáng kể Đồng thời biến động địa chất, số nơi đáy biển lên thành núi phospho bắt đầu sử dụng Tóm lại, chu trình vật chất thực sở tự điều hòa quần xã Để thực chu trình vật chất cần có lượng ánh sáng mặt trời Tuy có nhiều lượng chất tham dự thay đổi nhỏ thành phần có tác dụng mạnh đến hệ sinh thái Hoạt động người dẫn đến phá hủy cân chu trình làm xuất vấn đề sinh thái 4.6 Con đường hoàn lại vật chất Trong chuỗi thức ăn phân biệt đường hoàn lại chất dinh dưỡng cho chu trình: - Sự tiết sơ cấp động vật - Sự phân giải phế liệu nhờ vi sinh vật Nếu hai khả tập trung vào hệ thống đường thứ chiếm ưu quần xã sinh vật phù du quần xã khác, nơi mà dòng lượng sở qua chuỗi thức ăn chăn nuôi Con đường thứ hai chiếm ưu đồng cỏ, rừng vùng ôn đới quần xã khác nơi mà dòng lượng sở qua chuỗi thức ăn phế liệu Cuối có đường thứ ba vận chuyển trực tiếp từ thực vật sang thực vật nhờ vi sinh vật cộng sinh TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 149 ... TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương PHẦN I: SINH HỌC TẾ BÀO Chương Đại cương. .. bào Màng sinh chất: Là màng bao bọc khối sinh chất tế bào thể TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp 20 PDF by http://www.ebook.edu.vn Bài giảng Sinh học đại cương a Thành phần hóa học: chủ... Archaea) Nhóm khởi sinh (Monera) hay nhóm tiền nhân Nhóm nhân thật (Eucaryotes): NSinh; Nấm, Thực vật Động vật TS Phạm Đình Văn – Trường Đại học Đồng Tháp Bài giảng Sinh học đại cương PDF by http://www.ebook.edu.vn