Tìm hiểu về nhân tố ánh sáng sinh thái học

Và nhóm sinh viên lớp K66TN chúng tôi lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu và giảng dạy về ánh hưởng của ánh sáng trong chương trình Sinh thái học”để nghiên cứu, tìm hiểu một cách cặn kẽ, tích

Mục lục

L I M Đ U Ờ Ở Ầ

Sinh thái học tuy mới ra đời cách đây hơn một thập kỉ nhưng là một trong những lĩnh vực có

những đóng góp to lớn cho nền văn minh nhân loại, đặc biệt trong việc quản lý và bảo vệ môi trường cho sự phát triển một xã hội bền vững

Ngày nay, Sinh thái học là lĩnh vực khoa học được chú trong và quan tâm hàng đầu Sinh thái

học là một chủ điểm kiến thức quan trọng trong nội dung chương trình Sinh học ở bậc THCS - THPT, cũng như trong việc đào tạo những cử nhân Sinh học tại giảng đường của các trường Đại học,…

Chúng tôi là những sinh viên đang theo học chương trình cử nhân Sinh học chất lượng cao tại

một trong những môi trường học tập tốt nhất - khoa Sinh học trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tìm hiểu về chuyên ngành Sinh thái học, chúng tôi thấy rằng đó là một nôi dung kiến thức hay

và bất tận về thế giới thiên nhiên, mối quan hệ giữa thiên nhiên và con người hay các vấn đề về môi trường, dân số,…Điều đó thôi thúc chúng tôi mong muốn tìm hiểu những kiến thức chuyên sâu về cả lý thuyết và thực nhiệm – điều mà trước đây chúng tôi chưa từng được trải nhiệm khi học Sinh thái học tại trường phổ thông Và nhóm sinh viên lớp K66TN chúng tôi lựa chọn đề tài

“ Nghiên cứu và giảng dạy về ánh hưởng của ánh sáng trong chương trình Sinh thái học”để

nghiên cứu, tìm hiểu một cách cặn kẽ, tích hợp góc nhìn của nhiều lĩnh vực Sinh học, Vật lý, Hóa học,…Bởi ánh sáng là một nhân tố sinh thái cơ bản có tác động rất lớn tới đời sống sinh vật, cũng như các quá trình diễn ra trong quần xã sinh vật hay hệ sinh thái,…

Với bài tiểu luận này, chúng tôi hy vọng sẽ là một tư liệu hay và có ích cho các thầy, các cô, các

em học sinh và các bạn cử nhân theo chuyên ngành Sinh học Trong quá trình soạn thảo khó có thể tránh khỏi những sai xót, chúng tôi mong muốn nhận được những lời góp ý để bổ sung, chỉnh sửa Mọi ý kiến đóng góp vui lòng liên hệ trực tiếp tới email: duongquanghieuhnue@gmail.com.

Cuối cùng, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Lân Hùng Sơn

“Chúng em cảm ơn thầy rất nhiều vì những bài giảng rất hay, sự chỉ bảo tận tình và nhiệt huyết của thầy Chúng em cũng cảm ơn thầy đã tạo điều kiện để chúng em có cơ hội hoàn thành một bài tiểu luận nghiên cứu này Chúng em xin kính chúc thầy cùng gia đình mạnh khỏe và hạnh phúc.”

Nhóm tác giả

1 VAI TRÒ C A ÁNH SÁNG Ủ

1.1: Tìm hiểu về nhân tố ánh sáng:

- Ánh sáng cũng như nhiệt độ, độ ẩm… vừa là nhân tố điều chỉnh vừa là nhân tố giới hạn đối với đời sống sinh vật, đặc biệt là thực vật Thực vật cần ánh sáng như động vật cần thức ăn, cho nên ánh sáng được coi là “nguồn sống” của thực vật (Tilman, 1982)

- Bức xạ Mặt trời là một “dãy nguồn” liên tục, gồm một phổ rộng các dải sóng, từ cực ngắn (tần số cao) đến các tia có bước sóng rất dài (tần số thấp)

Khi truyền trong không gian dưới dạng sóng, các bước sóng của ánh sáng là

khoảng cách giữa các đỉnh của hai sóng Các tia có bước sóng càng ngắn thì chứa càng nhiều năng lượng Dựa vào bước sóng, chia quang phổ của bức xạ điện từ theo thứ tự tăng dần của bước sóng:

+ Tia Gama: là tia có bước sóng ngắn nhất, những tia này rất mạnh có thể đâm thủng được bất kì vật gì Theo nghiên cứu cho thấy nó có thể đâm thủng được 3m

bê tông Tia này được phát ra từ những nơi nóng nhất của vũ trụ như siêu sao mới, sao neutron, pulsa và lỗ đen truyền qua không gian của khoảng không vũ trụ đến

bề mặt trái đất Dựa vào đặc tính có mức năng lượng cao mà đã có một số ứng dụng để điều trị bệnh tật và ung thư

+ Tia X: có khả năng xuyên qua nhiều vật liệu như các mô mềm của động vật Tính đâm xuyên của tia này được ứng dụng rộng rãi trong y học để nghiên cứu cấu trúc cơ thể sinh vật, điển hình là ứng dụng của tia X vào chụp X quang trong bệnh viện

+ Ánh sáng tử ngoại: Tên khác là UV Mặc dù mức năng lượng thấp nhưng đủ

để giết tế bào và phá hủy mô Nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại từ mặt trời đến trái đất được giữ lại phần lớn bởi tầng ozon, chỉ một phần nhỏ đi tới bề mặt trái đất Tuy nhiên một lượng nhỏ ánh sáng có năng lượng tương đối cao này ( tia UV)

có thể xúc tiến tạo vitamin D, sạm da, cới liều lượng nhiều có thể gây hỏng võng mạc và ung thư da Bức xạ tia tử ngoại được ứng dụng nhiều trong quan trắc thiên văn, xử lý nước và thực phẩm, tác nhân diệt khuẩn,…

+ Ánh sáng nhìn thấy: Phổ ánh sáng nhìn thấy chia thành các vùng màu dựa trêntính chất vật lý Dựa vào độ dài của bước sóng có thể chia như sau:

Hình 1: Quang phổ ánh sáng

Màu đỏ: 622 – 780 nm

Màu cam: 597 -622 nm

Màu vàng: 577 – 597 nm

Màu lục: 492 – 577 nm Màu lam: 455 – 492 nm Màu tím: 455 nm trở xuống

Ánh sáng nhìn thấy là cơ sở cho sự sống trên Trái đất Tuy nhiên, quang hợp của thực vật chỉ xuất hiện ở phổ ánh sáng mà mắt người có thể nhìn thấy được với các bước sóng từ 3800 đến 7100 A (thường 4000 – 7000 A) Ánh sáng này được gọi là

“bức xạ quang hợp tích cực” và chiếm 44% tổng bức xạ Mặt trời chiếu xuống Trái Đất Trong tự nhiên, một số sắc tố của vi khuẩn (gọi là bacterioclorophin) có đỉnh hấp thụ ánh sáng ở bước sóng 8000, 8500 và 8700 – 8900 A Do vậy, nguồn sống hay năng lượng được sử dụng trong quang hợp cũng bị giới hạn

+ Bức xạ hồng ngoại: Thường được viết tắt là IR Bức xạ hồng ngoại nằm trong dải sóng từ 700 nm đến 1 nm Bức xạ của tia hồng ngoại có liên quan đến vùng nhiệt,vì vậy cơ thể động vật nhất là động vật đẳng nhiệt không phát ra ánh sáng nhìn thấy mà phát ra tia hồng ngoại yếu và có thể cảm nhận, ghi lại dưới dạng nhiệt Trong tự nhiên, khoảng một nửa năng lượng điện từ của ánh sáng Mặt Trời phát ra trong vùng hồng ngoại, ví dụ bóng đèn dây tóc volfram phát sáng không hiệu quả do phát ra nhiều sóng hồng ngoại.

+ Sóng vi ba: nằm trong dải sóng từ 1 nm đến 30 cm, được sử dụng phổ biến trong công nghệ của là vi sóng

+ Sóng vô tuyến: Gồm các bước sóng từ 30cm đến hàng ngàn km Vùng ánh sáng này chứa rất ít năng lượng sóng vô tuyến có nhiều ứng dụng trong truyền thông được điều biên, công nghiệp, y học, chụp ảnh cộng hưởng từ,…

- Năng lượng bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đều, phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố

- Trong môi trường nước, ánh sáng chiếu qua bị thay đổi rất lớn về thành phần các bước sóng, cường độ chiếu sáng và cường độ dài của ngày

Theo độ sâu, trong môi trường nước cực sạch cường độ bức xạ của tia đỏ giảm đến1% ở độ sâu 4m, trong khi đó tao lam chỉ giảm 70% tại độ sâu 70m Ánh sáng tím

và đỏ ở 2 cực của khoảng sáng nhìn thấy mất đi nhanh hơn so với các tia nằm giữa chúng

- Nguồn năng lượng phát ra từ mặt trời được truyền xuống trái đất thông qua ánh sáng, và chúng được sinh vật sử dụng dưới các hình thức khác nhau

- Dựa vào năng lượng do ánh sáng mặt trời cung cấp, con người đã nghiên cứu được 2 quy luật lớn là về dòng vật chất và dòng năng lượng

1.2: Vai trò và ý nghĩa của nhân tố ánh sáng

- Năng lượng ánh sáng mặt trời đã tạo ra sự mở đầu cho một loạt các chuỗi trong tựnhiên, nó được coi là yếu tố bắt đầu của hệ sinh thái

Ánh sáng là một yếu tố vô cùng quan trọng đối với thực vật Nhờ có ánh sáng thực vật có khả năng quang hợp để tổng hợp các hợp chất vô cơ thành hợp chất hữu cơ

Ánh sáng tạo ra được 2 dòng lớn trong hệ sinh thái là dòng năng lượng và dòng vật chất Dòng vật chất của hệ sinh thái là một dòng khép kín, bắt đầu từ các chất

vô cơ đến hữu cơ và kết thúc cũng là các chất vô cơ dưới các dạng khác nhau Dòng năng lượng tồn tại trong hệ sinh thái được lưu chuyển thông qua các chuỗi

và lưới thức ăn của sinh vật, truyền từ sinh vật bậc thấp đến bậc cao Sinh vật ở mỗi bậc sau không thể hấp thụ toàn bộ năng lượn từ bậc dinh dưỡng trước truyền lên, chỉ hấp thụ khoảng 10%, vì vậy mà dòng năng lượng là một hệ hở

Quá trình quang hợp của thực vật là nguồn cung cấp oxy làm thay đổi thành phầncủa khí quyển, tạo nên tầng ozon để chặn lại các tia cực tím của bức xạ mặt trời chiếu xuống trái đất gây hại cho sinh vật Lượng oxy này có ý nghĩa quan trọng trong giải thích cho hiện tượng tiến hóa vì sao sinh vật lại bắt đầu từ dưới nước trước tiên Ta có thể giải thích như sau: Ánh sáng mặt trời có những tia rất có hại cho sinh vật, làm biến đổi gen, gây đột biến… bề mặt nước như một bức màn giúp giữ lại những tia có ảnh hưởng đến đời sống sinh vật này và chỉ cho những dải ánh sáng nhìn thấy đi qua Vì vậy mà cơ thể sinh vật khi sống trong nước an toàn hơn,

đó là bước đầu tiên của tiến hóa Dần dần khi các sinh vật bắt đầu tiến cạn, chính nhờ tầng ozon mà nguồn cung cấp làm thay đổi thành phần của khí quển là từ quá trình quang hợp của thực vật Lớp ozon đã giúp giữ lại các tia uv, chỉ có một lượngrất nhỏ đi qua, giúp cho cơ thể sinh vật trên bề mặt trái đất không bị tiếp xúc nhiều với những tia độc hại gây ảnh hưởng đến cơ thể

Ngoài ra, lượng oxy được tạo ra từ việc sử dụng năng lượng của thực vật có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng từ môi trường bên ngoài vào môi trường bên trong cơ thể sinh vật Năng lượng ánh sáng Mặt trời được tích lũy dưới dạng các hợp chất hữu cơ, tồn tại trong các liên kết hóa học liên kết C-C, C-O, …

Vì vậy để có năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống bên trong cơ thể, cần phải bẻ gãy các dạng liên kết hóa học này để giải phóng năng lượng, các quá trình này gọi là quá trình oxy hóa khử, vì vậy sinh vật cần lấy oxy để oxy hóa các chất này

Tuy nhiên, ngoài thực vật ra còn có một lượng rất ít các sinh vật có khả năng quang hợp chuyển đổi các chất vô cơ thành hữu cơ

- Ánh sáng tạo ra năng lượng để sưởi ấm cho bề mặt tế bào Xét các cấp độ từ thấp đến cao

+ Phân tử: sự sống là khả năng tồn tại các nhóm protein, các protein trong tự nhiên chủ yếu là các enzym, hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 10- 35 độ c , nếu như xuống quá thấp chúng có thể bị đóng băng và bị biến tính

+ Tế bào: nhiệt độ mà ánh sáng cung cấp cho trái đất giúp cho tế bào không bị đóng băng bởi vì thành phần chủ yếu của tế bào là nước, nó sẽ bị đóng băng nếu như nhiệt độ quá thấp, tế bào sẽ bị phá hủy

- Ngoài ra, ánh sáng mặt trời giúp sinh vật tổng hợp tiền vitamin D Ví dụ như ở chim, có hiện tượng rỉa lông, trong dịch của phai câu có những chất béo, chúng rỉa lông để bôi lên lông, ánh sáng mặt trời sẽ chuyển các chất béo này thành tiền

vitamin D và chim sẽ mút trở lại qua đường tiêu hóa giúp cho quá trình tạo xương,

mà canxi đối với chim là một yếu tố vô cùng quan trọng, với tập tính bay lượn bộ xương chim đòi hổi phải vừa nhẹ, xốp và chắc nên đòi hỏi phải có nhiều canxi Vớicon người, ở dưới da có sắc tố meelanin cũng giúp tạo ra tiền vitamin,…

2 TÁC Đ NG C A NHÂN T ÁNH SÁNG T I Đ I S NG SINH V T Ộ Ủ Ố Ớ Ờ Ố Ậ

2.1: Ảnh hưởng của ánh sáng tới các loài thực vật.

Ánh sáng là nhân tố sinh thái cơ bản và có ảnh hưởng tới toàn bộ đời sống của thựcvật từ khi hạt nảy mầm, sinh trưởng và phát triển cho đến khi cây ra hoa, kết quả Ánh sáng có ảnh hưởng nhất định đến hình thái, cấu tạo, cũng như sự phân bố các loài cây trong quần xã

2.1.1: Sự phân tầng trong không gian quần xã của các loài thực vật:

Sự phân tầng trong không gian quần xã bắt nguồn từ nhu cầu khác nhau về các điều kiện sống mà đặc biệt là nhu cầu về nhân tố ánh sáng Nhu cầu ánh sáng của các loài cây không giống nhau, dựa vào đó phân chia thực vật thành ba nhóm cây thích nhi với các điều kiện chiếu sáng khác nhau:

+) Nhóm các cây ưa sáng (heliophytes): bao gồm những cây sống nơi quang đãng

ở thảo nguyên, savan, rừng thưa, núi cao và hầu hết các cây công nghiệp,… Các loài cây này thích nghi với điều kiện cường độ ánh sáng mạnh, thời gian chiếu sángdài và phân bố ở tầng trên, tầng vượt tán Ví dụ: các loài thuộc chi Bạch đàn

(Eucalyptus), chi Thông (Pitus), xà cừ (Khaya senegalensis),…

+)Nhóm các cây ưa bóng (sciophytes): bao gồm những cây không có khả năng chịu được cường độ ánh sáng mạnh và phân bố ở những nơi ít ánh sáng và ánh sáng tán xạ chiếm chủ yếu như ở dưới tán rừng, trong các hang động,… Ví dụ: cây

dọc (Garcinia tonkinensis), lim (Erythrophloeum fordii), và nhiều loài thuộc họ

Gừng, họ Cà phê,…

+) Nhóm cây chịu bóng: bao gồm các loài cây sống dưới ánh sáng vừa phải Nhómcây chịu bóng được coi là nhóm trung gian giữa hai nhóm trên Ví dụ: các cây dầu

rái (Dipterocarpus alatus), ràng ràng (Ormosia pinnata),…

Đòi hỏi ánh sáng mạnh Không có khả năng chịu được ánh sáng mạnhSống ở tầng trên Sống dưới tán

Phiến lá dày, màu xanh nhạt Phiến lá mỏng, màu xanh thẫm

Mô giậu phát triển Mô giậu kém phát triển

Lá xếp nghiêng Lá xếp ngang

Bảng : Những điểm khác biệt giữa thực vật ưa sáng và ưa bóng

Chính sự phân tầng trong không gian quần xã này, giúp các loài giảm cạnh tranh vàtận dụng tối ưu nguồn sống của môi trường

Trong tự nhiên vẫn tồn tại nhiều loài thực vật có khả năng thích nghi cao với điều kiện chiếu sáng, cây ưa sáng vẫn phát triển trong bóng râm và ngược lại cây chịu bóng vẫn không bị tổn thương ngoài sáng Tuy nhiên có thể nhận xét chung: cây tiên phong thường là cây ưa sáng và cây mọc sau khi đã có cây tiên phong là cây chịu bóng Ngoài ra, sự đòi hỏi về độ chiếu sáng còn phụ thuộc vào lứa tuổi, khi còn nhỏ phần lớn các cây là cây chịu bóng, sau 2 – 3 năm tuổi chuyển dần thành cây ưa sáng

Cây xà cừ (ưa sáng) Cây vạn niên thanh (ưa bóng)

Cây dầu rái (chịu bóng)Hình 2: Ví dụ các nhóm cây

2.1.2: Ảnh hưởng tới hình thái và giải phẫu:

Lá là cơ quan trực tiếp tiếp nhận, hấp thụ ánh sáng nên lá cây cũng có thay đổi lớn

thường mọc nằm ngang, và có sự sắp xếp xen kẽ nhau để có thể nhận được nhiều ánh sáng tán xạ Trái lại, các cây ưa sáng có lá mọc nghiêng tránh những tia nắng chiếu thẳng góc vào bề mặt lá Ngoài ra, các loài cây ưa sáng thường có màu xanh nhạt, phiến lá nhỏ, dày, cứng, có tầng cutin dày, mô giậu phát triển và có nhiều gân

lá Giải phẫu lá cây ưa sáng sẽ thấy các tế bào mô giậu có hình dài, xếp xít nhau vàxếp sâu vào phần thịt lá Trong khi đó, lá cây ưa bóng thường có màu xanh đậm, phiến lá rộng, mô giậu kém phát triển,…

Hình 3: So sánh giải phẫu lát cắt ngang lá trong điều kiện ánh sáng khác nhau.(Theo Giáo trình Sinh thái học và môi trường, Trần Kiên – Mai Sỹ Tuấn)

Nhiều loài cây có tính hướng sáng, cây cong về phía có ánh sáng Hiện tượng này thấy rõ ở các cây mọc ven rừng, dọc đường phố có nhà cao hoặc bên cửa sổ

Các cây mọc trong rừng thường có đặc điểm thân cao, thẳng, cành chỉ tập trung ở phần ngọn, các cành phía dưới héo và rụng sớm Hiện tượng đó được gọi là tự tỉa cành tự nhiên Nguyên nhân là do các cành phía dưới không được cung cấp đủ ánh sáng nên quang hợp kém, tạo được ít chất hữu cơ, lượng chất hữu cơ tích lũy

không đủ bù lượng tiêu hao do hô hấp nên cành khô héo dần rồi rụng

2.1.3: nh h Ả ưở ng t i ho t đ ng sinh lí c a th c v t: ớ ạ ộ ủ ự ậ

Ánh sáng ảnh hưởng đến nhiều hoạt động sinh lý của các loài thực vật như quá trình thoát hơi nước, vận chuyển các chất trong cây, hô hấp và đặc biệt là quá trình

quang hợp thông qua ba phương diện: cường độ, thời gian chiếu sáng và quang phổánh sáng.

Cường độ ánh sáng và quang phổ ánh sáng ảnh hưởng rất lớn tới khả năng quang hợp của các nhóm thực vật C3 , C4 , CAM Thực vật C3 gồm từ các loài rêu cho đếncác loài cây gỗ lớn mọc trong rừng, phân bố hầu khắp mọi nơi trên Trái Đất Nhómthực vật C4 bao gồm một số loài thực vật sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như mía, rau dền, ngô, cao lương, kê,…Các loài thực vật CAM gồm những loài mọng nước sống ở các vùng hoang mạc khô hạn như cây xương rồng, dứa, thanh long,…

a, C ườ ng đ ánh sáng: ộ

Quá trình quang hợp ở các loài thực vật có thể xảy ra dưới tác động của ánh sáng với cường độ rất yếu như ánh sáng đèn dầu hỏa hay ánh trăng Tuy nhiên ở điều kiện cường độ ánh sáng quá thấp, quang hợp xảy ra rất yếu không bù lại được lượng chất hữu cơ bị tiêu hao trong hô hấp Cường độ ánh sáng ảnh hưởng lớn tới năng suất cây trồng

-Cường độ ánh sáng mà tại đó lượng CO2 được hấp thụ trong quang hợp bằng lượng CO2 thải ra trong hô hấp, được gọi là điểm bù ánh sáng Trị số điểm bù ánh

sáng là không giống nhau không chỉ ở cây ưa bóng và cây ưa sáng mà còn ở các lá thuộc các tầng khác nhau của cùng một cây Trị số đó cũng phụ thuộc vào lượng

CO2 trong không khí Cây ưa bóng có điểm bù ánh sáng thấp hơn cây ưa sáng

- Khi tăng cường độ ánh sáng lên cao hơn điểm bù ánh sáng thì cường độ quang

hợp tăng hầu như tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng cho đên khi đạt tới điểm bão hòa ánh sáng Điểm bão hòa ánh sáng là trị số ánh sáng mà từ đó cường độ quang

hợp không tăng thêm dù cho cường độ ánh sáng tiếp tục tăng

Hình 4: Tác động của cường độ ánh sáng tới quá trình quang hợp

Các loài thực vật C4 có các đặc điểm ưu việt hơn thực vật C3: cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO2 thấp hơn, điểm bão hòa ánh sáng cao hơn, nhu cầu thoát hơi nước thấp hơn Đó là phản ứng thích nghi sinh lí đối với cường độ ánh sáng mạnh.Trong tự nhiên, cường độ quang hợp không phụ thuộc đơn lẻ vào cường độ chiếu sáng mà chịu sự tương tác của cường độ ánh sáng và nồng độ CO2 (hình ) Nhìn vào hình 4.29 ta thấy ở các nồng độ CO2 thấp (0,01%;0,04%) trị số cường độ quanghợp vẫn rất thấp (< 5mg CO2/dm2.giờ) mặc dù cường độ chiếu sáng cao đến

18.000lux Nhưng khi nồng độ CO2 tăng lên đến 0,16%, cường độ quang hợp tại cường độ ánh sáng 6000lux đã vượt cao hẳn cường độ quang hợp tại cường độ ánh sáng 18.000lux nhưng nồng độ CO2 thấp chỉ ở 0,04%

Hình 5: Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến quang hợp khi nồng độ CO2tăng

( Trích Sinh lý học Thực vật , tác giả Nguyễn Như Khanh – Cao Phi Bằng)

b, Th i gian chi u sáng: ờ ế

Liên quan với độ dài chiếu sáng, thực vật còn được chia thành nhóm cây ngày dài

và cây ngày ngắn Cây ngày dài là cây ra hoa kết trái cần pha sáng nhiều hơn pha tối, còn ngược lại, cây ngày ngắn đòi hỏi độ dài chiếu sáng khi ra hoa kết trái ngắn

hơn Những loài thuộc ngành Tảo đỏ (Rhodophyta) sống ở thềm lục địa không chỉ

thích nghi với cường độ chiếu sáng rất thấp mà cả độ dài chiếu sáng cũng rất ngắn

do chúng có nhóm sắc tố quang hợp bổ sung (phycoerythrin), hấp thụ được nguồn

năng lượng rất thấp của bức xạ mặt trời

- Thời gian chiếu sáng trong một ngày càng dài thì các cây vùng ôn đới (cây ngày dài) phát triển nhanh, ra hoa sớm, ngược lại phần lớn cây nhiệt đới (cây ngắn ngày)nếu kéo dài thời gian chiếu sáng trong ngày thì làm cây ra hoa muộn

- Thời gian chiếu sáng điều chỉnh quá trình sinh trưởng, phát triển và chuyển pha sinh sản của nhiều loài thực vật Ví dụ: Cây mía và cây thanh long là hai loài chịu ảnh hưởng của yếu tố quang kì khác nhau Cây mía sẽ trổ hoa khi gặp điều kiện quang kì ngày ngắn (mùa đông) Ngược lại, cây thanh long lại trổ hoa khi quang kì ngày dài (mùa hè) Điều này có nghĩa là, khi trồng mía vào mùa đông muốn giảm, làm chậm sự ra hoa ( vì khi ra hoa, cây mía sẽ giảm lượng đường) thì người dần thường thắp đèn vào ban đêm cho thời gian chiếu sáng dài, và ở Cuba thì có bắn pháo sáng trên diện rộng Cây thanh long sẽ không ra hoa vào mùa đông nên muối trồng thanh long trái vụ, ta phải thắp sáng vào ban đêm để kéo dài thời gian chiếu sáng

c, Ph ánh sáng (quang ph ): ổ ổ

Các tía sáng có độ dài bước song khác nhau ảnh hưởng không giống nhau đến cường độ quang hợp Quang hợp chỉ xảy ra tại miền ánh sáng xanh tím và miền ánh sáng đỏ

Trong đó, các tia sáng xanh tím kích thích sự tổng hợp các axit amin, protein Các tia sáng đỏ xúc tiến quá trình hình thành cacbohidrat

Trong môi trường nước, thành phần ánh sáng biến động nhiều theo độ sâu Thành phần ánh sáng theo độ sâu có ảnh hưởng tới sự phân bố động, thực vật trong môi

trường nước Theo chiều từ trên mặt nước xuống đáy sâu, phân bố tảo: tảo lục  tảo nâu  tảo đỏ.

Thành phần ánh sáng cũng biến động theo thời gian của ngày Vào buổi sáng sớm

và buổi chiều, ánh sáng chứa nhiều tia đỏ hơn Vào buổi trưa, các tia sáng có bước song ngắn (tia xanh, tia tím) tăng lên

Dưới tán rừng rậm, chủ yếu là ánh sáng khuếch tán, các tia đỏ giảm rõ rệt, cây mọcdưới tán rừng thường chứa lượng diệp lục b cao giúp hấp thụ được các tia sáng có bước sóng ngắn hơn

2.2 Ánh hưởng của ánh sáng đối với động vật

2.2.1: Ánh sáng đ i v i kh năng đ nh h ố ớ ả ị ướ ng c a đ ng v t ủ ộ ậ

Ánh sáng rất cần thiết cho đời sống động vật Các loài động vật khác nhau cần thành phần quang phổ, cường độ và thời gian chiếu sáng khác nhau Tùy theo sự đáp ứng đối với yếu tố ánh sáng mà người ta chia động vật thành hai nhóm :

- Nhóm động vật ưa sáng là những loài động vật chịu được giới hạn rộng về độ dài sáng, cường độ và thời gian chiếu sáng Nhóm này bao gồm các động vật hoạt động vào ban ngày, thường có cơ quan tiếp nhận ánh sáng Ở động vật bậc thấp cơ quan này là các tế bào cảm quang, phân bố khắp cơ thể, còn ở động vật bậc cao chúng tập trung thành cơ quan thị giác Thị giác rất phát triển ở một số nhóm động vật như côn trùng, chân đầu, động vật có xương sống, nhất là ở chim và thú Do vậy, động vật thường có màu sắc, đôi khi rất sặc sỡ (côn trùng) và được xem như những tín hiệu sinh học

Hình 6: Đại diện nhóm động vật ưa sáng

- Nhóm động vật ưa tối bao gồm những loài động vật chỉ có chịu được giới hạn hẹp về độ dài sáng Nhóm này bao gồm các động vật hoạt động vào ban đêm, sống trong hang động, trong đất hay ở đáy biển sâu Nhóm động vật này có màu sắc không phát triển và thân thường có màu xỉn đen Những loài động vật ở dưới biển, nơi thiếu ánh sáng, cơ quan thị giác có khuynh hướng mở to hoặc còn đính trên cáccuống thịt, xoay quanh bốn phía để mở rộng tầm nhìn, còn ở những vùng không cóánh sáng, cơ quan thị giác tiêu giảm hoàn toàn, nhường cho sự phát triển cơ quan xúc giác và cơ quan phát sáng.

Hình 7: Đại diện nhóm động vật ưa tối

? Vì sao các loài động vật biết khi nào đi kiếm ăn, khi nào cần tìm chỗ nghỉ ngơi

và phân chia thành hai nhóm động vật như vậy

Các nhà khoa học đã nghiên cứu và chỉ ra rằng các nhịp điệu sống hàng ngày của động vật được quy định và kiểm soát bởi hệ thống “đồng hồ sinh học”, nó kiểm soát hoạt động của tất cả các cơ quan trong cơ thể để điều chỉnh các quá trình trao đổi chất, nhiệt độ cơ thể v v thông qua sự tiếp nhận kích thích từ ánh sáng

* Ở một số loài động vật có khả năng tiếp nhận những tia sáng khác nhau của quang phổ ánh sáng mặt trời mà mắt người không tiếp thu được:

Một số loài động vật thâm mềm dưới nước sâu có thể tiếp thu tia hồng ngoại Ong

và một số loài chim có thể phân biệt được mặt phẳng phân cực ánh sáng mà con người hoàn toàn không nhận biết, ngoài ra chúng còn có thể nhìn thấy được quang phổ vùng sóng ngắn trong đó có cả tia tử ngoại nhưng không nhận biết được tia sáng màu đỏ (có độ dài sóng lớn) Ong chính nhờ tiếp thu được mặt phẳng phân cực ánh sáng nên xác định được vị trí của mình mà định hướng được địa phương thậm chí cả khi Mặt Trời bị mây che lấp

* Nhiều loài động vật định hướng nhờ thị giác trong thời gian di cư Đặc biệt nhất

là chim, những loài chim trú đông bay vượt qua hàng ngàn kilômét đến nơi có khí hậu ấm hơn nhưng không bị chệch hướng

2.2.2: Ánh sáng đ i v i s sinh tr ố ớ ự ưở ng ,phát tri n và sinh s n c a đ ng ể ả ủ ộ

v t ậ

* Ánh sáng đ i v i s sinh tr ố ớ ự ưở ng và phát tri n c a đ ng v t: ể ủ ộ ậ

Ánh sáng có tác dụng tổng hợp vitamin D cho các loài động vật có xương sống nhằm tránh còi xương, gãy xương Ánh sáng mặt trời còn giúp tiêu diệt các sinh vật kí sinh trên các động vật thông qua hoạt động phơi nắng

+Đối với các loài động vật biến nhiệt như cá, lưỡng cư và bò sát, việc phơi mình dưới ánh sáng mặt giúp chúng tăng cường được nhiệt độ cơ thể đảm bảo cho các hoạt động sống Những động vật đó thường chậm chạp vào sáng sớm khi chưa có

đủ lượng nhiệt cần thiết cho cơ thể, chúng mất một thời gian để hấp thu ánh sáng mặt trời Điều đó đồng nghĩa rằng ở vùng nhiệt đới và vào mùa có nhiệt độ cao, các động vật biến nhiệt sẽ hoạt động mạnh hơn; còn vào mùa lạnh và ở những

vùng có nhiệt độ thấp, các loài động vật này sẽ không phong phú và hạn chết hoạt động(có thể ngủ đông)

Hìn

h 8: Thằn lằn bóng đuôi dài đang phơi nắng+Ánh sáng đối với động vật hằng nhiệt: Mặc dù có khả năng ổn định thân nhiệt nhưng các loài động vật này vẫn cần ánh sáng để phát triển đầy đủ Các nghiên cứu

đã chỉ ra rằng động vật sẽ kém mọc lông,bị các bệnh về da, hung hăng, khi thiếu ánh sáng mặt trời

*Ánh sáng nh h ả ưở ng đ n s sinh s n c a đ ng v t: ế ự ả ủ ộ ậ

Ánh sáng sau khi kích thích cơ quan thị giác đã thông qua trung khu thần kinh gây nên hoạt động nội tiết ở tuyến não thùy làm ảnh hưởng đến sự phát dục ở động vật.Cùng một loài động vật, quần thể sống ở những vùng có ít ánh sáng mặt trời hơn thường có tuổi sinh sản muộn hơn quần thể phân bố tại vùng có nhiều ánh sáng mặt trời Nếu động vật sống trong môi trường thường xuyên thiếu ánh sáng thì sẽ bước vào tuổi sinh sản muộn hơn các cá thể cùng loài khác Động vật thường có

mùa sinh sản vào quãng thời gian có thời gian chiếu sáng nhiều, cường độ lớn, nhưcác loài chim ở nước ta hay sinh sản vào mùa hè.

2.2.3: S thích ng c a đ ng v t v i ánh sáng ự ứ ủ ộ ậ ớ

* V màu s c: ề ắ

Các loài động vật hoạt động ở vùng có nhiều ánh sáng thường có màu sắc rực rỡ, sáng Đối với động vật ăn cỏ là để lẩn tránh kẻ thù còn động vật ăn thịt là giúp phù hợp với việc săn mồi Dưới sự chiếu sáng của mặt trời thì mỗi thảm thực vật sẽ phản xạ lại màu khác nhau Các loài tắc kè, kì nhông là bậc thầy về ngụy trang; chúng có thể hòa lẫn vào môi trường xung quanh Đặc biệt là có loài tắc kè có thể thay đổi màu sắc của da

Sau một thời gian nghiên cứu, các nhà khoa học đến từ Thụy Sĩ đã phát hiện ra rằng, những tinh thể nano nằm trên lớp da dày chính là cơ chế giúp tắc kè thay đổi màu sắc tài tình khi ở ngoài tự nhiên

Hình 9a: Tắc kè khi gặp mối nguy hiểm

Họ đã phát hiện trên lớp da của tắc kè có những tinh thể nano phản ánh sáng và những túi sắc tố vàng Những tinh thể này có kích cỡ siêu nhỉ và hình dạng rất

khác nhau Để đỏi màu da, tắc kè chỉ cần thay đổi cấu trúc sắp xếp của lớp tế bào phía ngoài bằng cách thả lỏng hoặc làm căng lớp da Khi lớp da ở tình trạng thả lỏng, các tinh thể nano sẽ tiến lại gần nhau và làm lớp da chỉ phản chiếu ánh sáng

có bước sóng xanh dương Màu sắc này khi kết hợp với các túi sắc tố vàng trên da

sẽ tạo ra màu xanh lá, giúp tắc kè có thể hòa lẫn vào thiên nhiên một cách dễ

dàng.Nhưng khi làn da bị kích động, khoảng cách giữa các tinh thể sẽ gia tăng, khiến các tế bào phản chiếu bước sóng dài hơn như vàng, cam, đỏ…

Hình 9b: Tắc kè nguy trạng giống màu của lá cây

+ Với các loài côn trùng, màu sắc của từng loài sẽ đặc trưng cho từng môi trườngsống Ví dụ như bọ ngựa có màu xanh giống với lá hay bọ que giống cành cây khô