TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA MÔN SINH HỌC: SINH THÁI HỌC QUẦN XÃ

LỜI NÓI ĐẦU BAN BIÊN TẬP Chuyên đề: SINH THÁI HỌC QUẦN XÃ Nhóm Sinh học - Trường THPT Chuyên Biên Hòa Hà Nam (Chuyên đề đạt giải Nhất) PHẦN I MỞ ĐẦU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Sinh giới bao gồm nhiều cấp độ tổ chức sống từ cấp nhỏ phân tử tới cấp lớn hệ sinh thái Khi nghiên cứu sinh thái học, nghiên cứu mối quan hệ sinh vật, mối quan hệ sinh vật với môi trường mức độ tổ chức từ thể, quần thể, tới quần xã hệ sinh thái Nằm hệ thống kiến thứcsinh thái học, quần xã tập trung nghiên cứu quần xã sinh vật: mối quan hệ quần thể sinh vật sinh cảnh, quan hệ quần xã với sinh cảnh, trình tự điều chỉnh quần xã từ đưa ứng dụng thực tiễn Hiểu rõ quy luật quần xã sinh vật vô quan trọng giải tập thực tế hệ sinh thái, phát triển ruộng đồng; phân tích sở khoa học ứng dụng… chương trình sinh học trung học phổ thông số sách chuyên, kiến thức quần xã chiếm phần nhỏ Vì vậy, với việc biên soạn chuyên đề “Sinh thái học quần xã”, muốn hệ thống lại kiến thức quần xã cung cấp thêm kiến thức chuyên sâu số nội dung số tập liên quan mà em học sinh gặp phải trình bồi dưỡng học sinh giỏi II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Hê ̣ thống kiến thức chuyên sâu sinh thái học quần xã - Giới thiệu số câu hỏi tập để củng cố vận dụng kiến thức quần xã III NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Khái niệm đặc trưng quần xã - Một số đặc trưng quần xã: Tính đa dạng, cấu trúc, hoạt động sống diễn sinh thái - Ứng dụng sinh thái học quần xã - Một số tập củng cố vận dụng kiến thức quần xã IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu Tìm kiếm xử lý thơng tin, kết nghiên cứu đề tài liên quan đến quần xã sinh vật 4.2 Phương pháp kế thừa Kế thừa số liệu tư liệu công trình nghiên cứu có liên quan đến quần xã báo cáo tổng kết công khai, công bố, đăng tải phương tiện thơng tin thức PHẦN NỘI DUNG A – KIẾN THỨC LÝ THUYẾT I – KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN Một quần thể khơng thể tự hồn thành chức sống nên khơng tồn độc lập mà phải dựa vào quần thể khác, tạo nên tổ hợp quần thể thuộc lồi khác để hình thành tổ chức cao gọi quần xã sinh vật (biocenosis hay community) Nhưng quần xã số cộng đơn quần thể mà bao gồm quần thể mối quan hệ chúng để tạo nên “đặc tính trội” quần xã Các quần thể quần xã có mối tương tác lẫn biến động chúng diễn mối quan hệ phụ thuộc Hơn nữa, quần xã phần sống cấu tạo thành hệ sinh thái (ecosystem), nên hoạt động chức quần xã có mối quan hệ chặt chẽ với mơi trường mà tồn Các quần xã tự nhiên gọi theo nhiều cách khác nhau: theo địa điểm phân bố (quần xã sinh vậtvùng triều, quần xã sinh vậtđảo Phú Quốc ), theo chủng loại phát sinh (quần xã thực vật ven hồ, quần xã động vật hoang mạc ), theo dạng sống (quần xã sinh vật nổi, quần xã sinh vật tự bơi ), theo lồi nhóm sinh vật ưu (quần xã bụi, quần xã sồi - hạt dẻ ) Hình Quần xã đầm lầy Mangrove, Ấn Độ (10) Một quần xã sinh vật thường có đặc trưng sau: (1) Đặc trưng thành phần loài: nghiên cứu cách xác định tần suất xuất hiện, mật độ phong phú loài (2) Vai trò số lượng lồi: thể qua vai trò lồi chủ chốt, lồi ưu thế, lồi đặc trưng quần xã (3) Sự đa dạng quần xã xác định qua phong phú số lượng loài số lượng cá thể lồi quần xã (4) Tính chu kì: Các hoạt động sống khác (hô hấp, sinh trưởng, sinh sản ) mùa khác Các hoạt động lặp lại đặn qua năm biểu gọi chu kỳ (5) Sự phân bố khơng gian quần xã nghiên cứu theo chiều thẳng đứng hay chiều ngang, qua thấy nhu cầu sống lồi quần xã (6) Các vùng chuyển tiếp quần xã (Ecotones) hiệu ứng Edge: Những vùng chuyển tiếp hai quần xã kế cận gọi cácquần xã sinh thái đệm (Ecotones) Những vùng có đặc trưng: diện tích hẹp hơn; thành phần lồi đa dạng phong phú hơn; mậtđộ nhiều loài sinh vật cao; điều kiện môi trường mối quan hệ loài sinh vật biểu “căng thẳng” Người ta gọi xu hướng gia tăng tính đa dạng loài, mật độ loài, vềsự căng thẳng môi trường quan hệ loài vùng giápranh hai quần xã hiệu ứng biên hay hiệu ứng giáp ranh (Edge effect).Trong vùng sinh thái đệm, loài thực vật động vật thường sinh trưởng hoàn cảnh bị giới hạn vật lý sinh học (7) Ổ sinh thái lồi thể vai trò lồi quần xã (8) Mối quan hệ loài quần xã: thường nghiên cứu mối quan hệ hai lồi quần xã Đó mối quan hệ hỗ trợ mối quan hệ cạnh tranh (9) Mối quan hệ dinh dưỡng quần xã thực chất mối quan hệ mồi – vật ăn thịt Qua đó, lồi thiết lập nên chuỗi thức ăn, lưới thức ăn tháp sinh thái (10) Năng suất sinh học quần xã: mức độ sản sinh chất sống toàn hay phần quần xã khoảng thời gian định đơn vị diện tích/ thể tích quần xã (11) Tính ổn định quần xã: Một quần xã có khả nhanh chóng lấy lại trạng thái cân sau xáo trộn biến động thành phần loài Điều gọi ổn định sinh học tỷ lệ thuận với số lượng loài quần xã- đa dạng quần xã (12) Sự biến đổi quần xã: Quần xã biến đổi tương ứng với biến đổi môi trường điều kiện tự nhiên khí hậu, thổ nhưỡng Trong phạm vi này, nghiên cứu vài đặc trưng quần xã II – TÍNH ĐA DẠNG CỦAQUẦN XÃ Các quần xã sinh vật có khuynh hướng đạt đến đa dạng loài, cấu trúc, gen mối quan hệ chúng.Trong cấu trúc quần xã, lượng thông tin thành phần loài sinh vật, số lượng cá thể quần thể, tính ưu thế, tính bình qn lồi, thứ bậc kết cấu, mối quan hệ đóng vai trò quan trọng thể đa dạng sinh học quần xã Độ đa dạng quần xã thường xác định qua số lượng loài khác độ phong phú tương đối loài quần xã.(2) 2.1 Đa dạng lồi Độ phong phú (hay mức độ giàu có) loài tỉ lệ phần trăm số cá thể loài so với tổng số cá thể tất lồi có quần xã Trong đó: số cá thể loài i quần xã; N số cá thể tất loài quần xã Để tính số đa dạng dựa vào giàu loài độ phong phú tương đối, người ta sử dụng độ đa dạng Shannon (1984)(9): Trong đó: A, B, C loài quần xã p độ phong phú tương đối loài ln logarit tự nhiên Ngoài ra, người ta nghiên cứu độ đa dạng quần xã thơng qua số tần số xuất (độ thường gặp) loài quần xã Tần số xuất tỉ lệ phần trăm loài gặp điểm khảo sát so với tổng số điểm khảo sát 2.2 Đa dạng di truyền quần xã Ngồi số hình thái sinh thái, đa dạng quần xã đánh giá số di truyền Các dạng sống khác có pha khác chu kì sống thường chiếm ổ sinh thái đặc trưng, tạo nên tính đa dạng chung quần xã (2) 2.3 Mối quan hệ tính đa dạng ổn định quần xã Số lượng loài quần xã số lượng cá thể loài biểu thị biến động hay ổn định, phát triển hay suy thoái quần xã Quần xã có mức đa dạng cao ổn định Số lượng loài quần xã cao khả chống chịu quần xã với nhiễu loạn cao Mỗi lồi sinh vật có mức chịu đựng với tác nhân môi trường khác nên quần xã bị tác động, phản ứng loài khác nhau, có lồi chịu tổn thương nhiều, có lồi chịu Đồng thời, quần xã có nhiều lồi khả thay vị trí lưới thức ăn tăng lên, giảm tỉ lệ gián đoạn dinh dưỡng loài Đa dạng thành phần loài giúp tỉ lệ tổn thương quần xã thấp Số lượng cá thể lồi lớn đa dạng di truyền quần thể loài quần xã cao, phổ chống chịu loài biến động môi trường lớn, tồn loài quần xã ổn định 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ đa dạng quần xã Độ đa dạng quần xã chịu ảnh hưởng nhân tố sinh thái vô sinh hữu sinh môi trường Các nhân tố hữu sinh cạnh tranh loài, mối quan hệ vật ăn thịt – mồi, loài ưu Các nhân tố vơ sinh khí hậu, điều kiện địa lý 2.4.1 Mối quan hệ số lượng loài số cá thể loài Giữa số lượng loài số cá thể loài sống quần xã có mối quan hệ xác định Các loài quần xã sống chung sinh cảnh, phù hợp với nguồn sống có giới hạn Do đó, chúng chia sẻ với nguồn sống để tồn phát triển theo thời gian Số lượng lồi tăng lên mối quan hệ sinh học loài phức tạp, số cá thể loài phải giảm Trong quần xã phát triển quần xã phân bố từ vĩ độ cao xuống vĩ độ thấp hay từ khơi xa vào bờ số lượng lồi tăng lên, số lượng cá thể loài giảm xuống cạnh tranh chúng tăng lên Ở quần xã suy thoái hay phân bố theo hướng ngược lại (từ vĩ độ thấp lên vĩ độ cao, từ bờ khơi) số lượng lồi giảm, số cá thể lồi tăng lên, tính ưu cao dần, mức bình quân giảm dần mối quan hệ sinh học loài bớt căng thẳng (2) 2.4.2 Ổ sinh thái loài Ổ sinh thái lồi tổng cộng nguồn sống vơ sinh hữu sinh mơi trường lồi sử dụng Nhà sinh thái học Mỹ E Odum dùng hình ảnh địa nghề nghiệp để giải thích khái niệm ổ sinh thái: Nơi sinh vật “địa chỉ”, ổ sinh thái sinh vật vai trò sinh thái hệ sinh thái – “nghề nghiệp” – cách thức sinh vật thích ứng với hệ sinh thái Ví dụ, ổ sinh thái thằn lằn nhiệt đới gồm nhiều thành phần giới hạn nhiệt độ chịu đựng nó, kích thước cành mà bám vào, thời gian hoạt động ngày, kích thước loại trùng mà ăn Sự giàu lồi định hàng loạt yếu tố môi trường hữu sinh Phân tích Bergon nnk (1995) cho thấy: Mỗi loài sử dụng phần (n) nguồn sống có (R), ổ sinh thái cắt tạo nên vùng chồng chéo (O) Khi nguồn sống (R) lớn số loài nhiều Nếu nguồn sống tương đương nhau, số loài nhiều loài chuyên hóa (n nhỏ) phần chồng chéo ổ sinh thái lớn (O lớn) lồi khai thác hồn hảo nguồn sống.(2) Hình Mơ hình đơn giản Bergon nnk (1995) mức độ giàu có lồi A – nguồn sống tăng B – Sự chuyên hóa ổ sinh thái lớn C – Phần chồng chéo ổ sinh thái lớn D – Độ khai thác nguồn sống hoàn hảo 2.4.3 Sự thay đổi theo vĩ độ Nhìn chung đa dạng thực vật động vật vùng nhiệt đới cao nhiều so với vùng khác Trái Đất Ví dụ, vùng nhiệt đới Malaysia có tới 711 lồi nghiên cứu 6,6ha, rừng rụng Michigan có từ 10 tới 15 lồi nghiên cứu 2ha, tồn vùng núi cao miền Bắc Tây Âu có 50 lồi Động vật có mức độ đa dạng tương tự Ví dụ, có tới 200 lồi kiến Brazil có loài Alaska.(9) Ảnh hưởng vĩ độ đến thay đổi đa dạng loài điều kiện khí hậu lịch sử tiến hóa khác vĩ độ Phân tích yếu tố lịch sử tiến hóa, quần xã có nhiều kiện hình thành lồi xảy có đa dạng có thểcao Những quần xã “già” có độ đa dạng cao Quần xã nhiệt đới nhìn chung già quần xã ôn đới quần xã vùng cực Mùa sinh trưởng vùng nhiệt đới dài khoảng lần so với đồng rêu đới lạnh (tundra) thuộc vùng có vĩ độ cao Vì vậy, khoảng thời gian sinh học thúc đẩy việc hình thành lồi vùng nhiệt đới nhanh vùng cực tới lần Nhiều quần xã vùng cực ôn đới phải “khởi đầu lại" nhiều lần đo thời kỳ băng hà đà lặp di lặp lại làm huỷ diệt quần xã (9) Nguyên nhân chủ yếu gây sư thay đổi đa dạng sinh học vĩ độ khác khí hậu Đối với quần xã cạn, lượng mặt trời lượng nước có sẵn có mối quan hệ chặt chẽ với đa dạng sinh học Hai nhân tố lượng hóa đo đạc tỉ lệ bốc – thoát nước quần xã Do ảnh hưởng ánh sáng mặt trời, nhiệt độ lượng nước môi trường nên bốc nước thoát nước nơi có nhiệt độ lượng mưa cao thường lớn nơi nhiệt độ thấp lượng mưa thấp Ở nơi có nhiều nước, mức độ bốc nước thoát nước phụ thuộc vào lượng mặt trời nhiệt độ nên thường cao nơi có nhiều ánh nắng nhiệt độ cao Chỉ số có mối quan hệ tỉ lệ thuận với số lượng lồi cây, từ ảnh hưởng tới đa dạng loài động vậttrong quần xã Khu vực nhiệt đới có mức độ bốc nước nước cao hơn, đó, mức đa dạng động thực vật cao 2.4.4 Diện tích phân bố quần xã Mức đa dạng quần xã sinh vật tăng lên diện tích phân bố quần xã lớn nhân tố khác tương đương Bởi diện tích lớn cung cấp nhiều nơi đa dạng nhiều nơi vi mô so với diện tích nhỏ Trong sinh học bảo tồn, xây dựng đường đồ thị diện tích – loài cho đơn vị phân loại (taxon) chủ chốt quần xã giúp cho nhà sinh thái học dự đoán việc vùng định nơi ảnh hưởng tới độ đa dạng sinh học quần xã.(9) 2.5 Mơ hình cân đảo Để nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố địa lý sinh học ảnh hưởng tới độ đa dạng loài quần xã, người ta xây dựng mơ hình cân đảo đảo.Từ “đảo’’ dùng khơng có nghĩa đào đại dương, mà bao gồm nơi cô lập đất liền hồ nước tách biệt với vùng nước khác, đỉnh núi tách biệt thung lũng khu rừng bị phân mảnh hoạt động xung quanh người Nói cách khác từ “đảo" khoảng đất bao quanh môi trường khơng thuận lợi cho lồi sống khu đất đó.Do bị lập có điện lích giới hạn nên đảo cung cấp hội lý tưởng để nghiên xác định yếu tố chủ chốt định độ đa dạng loài đảo liên quan đến đặc điểm tự nhiên đảo (9) 2.5.1 Số lượng lồi có đảo Với đảo đại dương hình thành đón nhận lồi từ đất liền tới nhập cư Hai yếu tố định số lượng loài đảo tỷ lệ loài nhập cư lên đảo tỷ lệ loài bị tuyệt chủng đảo Hai yếu tố chịu ảnh hưởng số lồi có sẵn đảo Số lượng lồi đảo cao tỷ lệ nhập cư lồi đến đảo giảm, cá thể lên đảo có khả đại diện cho lồi lồi chưa có sẵn đảo từ trước Đồng thời, đảo có nhiều lồi cạnh tranh loài giành nguồn sống mạnh mẽ, nên mức độ tuyệt chủng cao 2.5.2 Kích thước đảo khoảng cách với đất liền Hai đặc điểm tự nhiên đảo ảnh hưởng tới nhập cư tuyệt chủng là: kích thước đảo khoảng cách đảo với đất liền Nhìn chung đảo nhỏ có tỷ lệ nhập cư thấp đảo nhỏ có khả hứng sinh vật phát tán tới đảo Ví dụ, gió bão thổi chim biển đảo lớn có nhiều hội hứng dược chim đảo nhỏ Đảo nhỏ có tỷ lệ tuyệt chủng cao đảo lớn, đảo nhỏ có nguồn sống mơi trường khơng da dạng nên khó phù hợp với loài nhập cư Khoảng cách đảo tới đất liền quan trọng; hai đảo có diện tích tương đương nhau, đảo gần đất liền sã có tỷ lệ cá nhập cư lớn đảo xa đất liền Tỷ lệ nhập cư cao tuyệt chủng thấp đảo gần đất góp phẩn ổn định số lượng lồi có mặt ngăn cản tuyệt chủng lồi 2.5.3 Ý nghĩa mơ hình cân đảo Theo MacArthur and Wilson, tỷ lệ nhập cư tuyệt chủng ghi đồ thị thể số lượng lồi có đảo Số lượng lồi đảo đạt cân tỷ lệ nhập cư loài tỷ lệ tuyệt chủng Số lượng lồi điểm cân tỷ lệ thuận với kích thước đảo tỉ lệ nghịch với khoảng cách đảo tới đất liền Nhập cư tuvệt chủng xảy nên thành phần lồi thay đổi theo thời gian.Sự cân lồi mơ hình trạng thái động.(9) Mơ hình cân đảo thành phần loài quần xã sinh vật sử dụng để dự đoán số trường hợp giai đoạn tương đối ngắn – khoảng thời gian mà trình hình thành nơi lồi sinh vật ảnh hưởng tới thành phần loài Với giai đoạn dài hơn, nhiễu loạn phi sinh học bão tố, thay đổi tiến hố thích nghi, hình thành lồi thường làm biến đổi thành phần loài cấu trúc quần xã sinh vật đảo Tuy nhiên, mơ hình sử dụng rộng rãi sinh học bảo tồn, đặc biệt sử dụng thiết kế khu bảo tồn sinh cảnh cung cấp điểm khởi đầu để dự đoán ảnh hưởng suy giảm mơi trường sống sinh vật đến đa dạng lồi.(9) III – CẤU TRÚC QUẦN XÃ Cấu trúc quần xã xem xét theo nhiều khía cạnh khác vai trò, số lượng lồi quần xã hoạt động chức nhóm lồi hay phân bố nhóm lồi khơng gian, cấu trúc có chu kỳ, cấu trúc theo đời sống bầy đàn xã hội 3.1 Cấu trúc quần xã theo vai trò, số lượng lồi Một số lồi định có ảnh hưởng đặc biệt lớn tới cấu trúc quần xã Đó lồi có số lượng lớn lồi có vai trò chủ chốt động thái học quần xã Chúng gây ảnh hưởng tới cấu trúc quần xã thông qua mối quan hệ dinh dưỡng qua tác động chúng với môi trường vô sinh quần xã Các lồi thường gọi tên theo vai trò với quần xã như: loài ưu thế, loài chủ chốt, loài sở 3.1.1 Loài ưu Loài ưu lồi có số lượng lớn có sinh khối cao quần xã Chúng có ảnh hưởng mạnh tới tồn phân bố loài khác quần xã Ví dụ, với quần xã cạn, thực vật có hạt lồi ưu chúng định khí hậu mơi trường, từ ảnh hưởng tới loài sống quần xã Một lồi trở thành lồi ưu quần xã nguyên nhân khác Loài ưu lồi thắng cạnh tranh nguồn sống (ví dụ nước, ánh sáng, chất dinh dưỡng ) Ví dụ: Trước năm 1910, hạt dẻ Mỹ loài ưu rừng rụng miền Đông Bắc Mỹ, chiếm 40% số trưởng thành Khi nấm trắng gây bệnh loài xuất NewYork (do nhập sản phẩm từ châu Á), chúng lây lan nhanh chóng Và tới năm 1950, nấm trắng giết chết gần hạt dẻ miền Đông Bắc Mỹ Khi ấy, sồi, mại châu thích đỏ tăng lên nhanh chóng thay hạt dẻ Các lồi thú chim khơng thay đổi có lồi nhậy bướm sống hạt dẻ bị tuyệt chủng(9) Như vậy, ảnh hưởng loài ưu tới lồi khác nhau, có lồi chịu ảnh hưởng mạnh, trực tiếp loài ưu có lồi khơng chịu ảnh hưởng nhiều Hoặc lồi ưu lồi khơng bị ăn thịt tránh bệnh tật quần xã, từ đạt sinh khối lớn Khi chúng gọi loài xâm lấn – loài sinh vật từ nơi khác đến, vượt qua vùng phân bố tự nhiên chúng (ví dụ lồi người mang từ nơi khác tới) Trong mơi trường mới, lồi khơng phải đối đầu với vật ăn thịt hay tác nhân sinh học gây bệnh mơi trường phân bố tự nhiên Khi đó, sinh trưởng quần thể lồi khơng bị khống chế, chúng phát triển nhanh chóng đạt sinh khối lớn quần xã, trở thành loài ưu thế(9) Lồi xâm lấn thay đe dọa nghiêm trọng đến hệ động thực vật địa, đe dọa đa dạng sinh học Một số ví dụ loài xâm lấn gây hại Việt Nam: Cây mai dương, bèo Nhật Bản, rùa tai đỏ, ốc bươu vàng, cá rơ phi 3.1.2 Lồi chủ chốt Lồi chủ chốt thường động vật ăn thịt, giữ vị trí cuối chuỗi thức ăn, kiểm soát cấu trúc quần xã qua mối quan hệ dinh dưỡng từ xuống, trì ổn định quần xã Ví dụ, rái cá biển loài chủ chốt biển Bắc Thái Bình Dương Chúng ăn cầu gai, cầu gai chủ yếu ăn tảo bẹ Những vùng rái cá biển phát triển mạnh, cầu gai tảo bẹ có hội để phát triển mạnh Ngược lại, vùng biển rái cá cầu gai phát triển mạnh, tảo bẹ gần không phát triển Vùng biển dọc bờ biển miền Tây Alska có cá voi orca săn bắt rái cá làm số lượng cá thể quần thể giảm tới 25%/năm Điều dẫn tới quần thể cầu gai phát triển mạnh, từ kìm hãm phát triển quần thể tảo bẹ Và sau khoảng 20 năm, thảm tảo bẹ biến Lồi chủ chốt ảnh hưởng cấu trúc quần xã qua ổ sinh thái Ví dụ, nghiên cứu Rober Paine quần xã ngập triều bãi đá miền Tây Bắc Mỹ cho thấy biển Pisaster ăn thịt cạnh tranh chỗ với loài trai Mytilus californianus – loài ưu Khi khơng có biển, độ giàu lồi giảm trai độc quyền chiếm giữ bề mặt đá loại bỏ hầu hết tảo động vật khơng xương sống Ở vùng có biển, phát triển quần thể trai bị kìm hãm, tạo điều kiện sinh sống cho loại tảo động vật không xương sống, làm tăng mức đa dạng sinh học quần xã.(9) Như vậy, loài chủ chốt đóng vai trò quan trọng việc giữ gìn độ đa dạng quần xã Loại bỏ loài chủ chốt khỏi quần xã quần xã dễ bị xáo trộn cấu trúc, dễ rơi vào trạng thái cân 3.1.3 Loài sở Những loài ảnh hưởng tới quần xã thông qua tác động chúng làm thay đổi môi trường vật lýđược gọi lồi sở “cơng trình sư” quần xã Ảnh hưởng chúng với môi trường tập tính hoạt động hay khối lượng sinh khối lớn mà chúng lấy từ mơi trường Tác động lồi sở tới lồi khác âm tính dương tính tùy thuộc vào nhu cầu lồi bị ảnh hưởng.Ví dụ, hải ly đốn xây dựng đập nước, tạo hồ nước, từ biến vùng rừng rộng lớn thành đầm lầy Khi đó, có bị chết ngập úng, song có lồi lợi vùng đất ngập nước Có đơi khi, tác động lồi sở làm tăng khả sống sót lồi khác quần xã, chúng gọi lồi hỗ trợ Ví dụ, vùng đầm lầy ngập mặn New England, loài cỏ Juncus gerardi có khả ngăn cản q trình ngập mặn nhờ che phủ bề mặt đất, chống bốc nước Đồng thời, lồi có rễ xun qua lớp đất sâu dẫn truyền khí oxy xuống mơ rễ sâu, từ bảo vệ đất đầm lầy khỏi bị yếm khí Chính nhờ tác động trên, cỏ Juncus hỗ trợ sống số loài thực vật vùng ngập mặn này, làm tăng số lượng loài vùng(9) 3.1.4 Loài đặc trưng Lồi đặc trưng lồi có quần xã mà khơng có quần xã khác (trường hợp gọi loài đặc hữu) Ví dụ cá cóc Tam Đảo lồi đặc hữu quần xã vùng núi Tam Đảo Cây tràm loài đặc trưng quần xã rừng tràm U Minh Trường hợp này, lồi đặc hữu có số lượng nhiều hẳn có vai trò quan so với lồi khác quần xã, đó, chúng loài ưu 3.1.5 Loài thứ yếu Các lồi thứ yếu đứng sau lồi ưu thế, đóng vai trò thay cho nhóm nhóm bị suy vong 3.1.6 Lồi ngẫu nhiên Nhóm lồi ngẫu nhiên gồm lồi có tần suất xuất thấp, số lượng cá thể sinh khối ít, độ phong phú lồi thấp Nhưng nhờ nó, quần xã trở nên đa dạng, tăng tính bền vững 3.2 Cấu trúc quần xã theo hoạt động chức nhóm loài Theo hoạt động chức năng, quần xã chia thành nhóm sinh vật tự dưỡng, sinh vật dị dưỡng (sinh vật tiêu thụ sinh vật phân giải) 3.2.1 Sinh vật tự dưỡng (autotroph): Sinh vật tự dưỡng gồm sinh vật có khả tổng hợp chất hữu từ chất vô đơn giản thơng qua hoạt động quang hợp hóa tổng hợp thực vật, tảo, vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn hóa tự dưỡng Trong hoạt động quang hợp, sinh vật sử dụng lượng ánh sáng mặt trời hấp thu loại sắc tố để tạo hóa năng, từ tổng hợp chất hữu ban đầu từ CO2 nước Chlorophyl (diệp lục) loại sắc tố đóng vai trò ưu quang hợp loài Ngoài ra, sinh vật sử dụng số loại sắc tố khác sắc tố đỏ, sắc tố nâu Còn sinh vật hóa tự dưỡng khai thác lượng từ oxi hóa chất (có thể chất vơ SO42-, NO3- chất hữu cơ) để tạo nên chất hữu Nhóm sinh vật tự dưỡng tạo chất hữu ban đầu cho quần xã Các sản phẩm tạo thành khơng phát triển nhóm mà cung cấp nguồn dinh dưỡng cho nhóm sinh vật dị dưỡng.(1) 3.2.2 Sinh vật dị dưỡng (heterotroph) Những sinh vật khơng có khả tạo chất hữu ban đầu, phải sống dựa vào thức ăn hữu có sẵn thiên nhiên gọi sinh vật dị dưỡng Nhóm gồm nhóm nhỏ sinh vật tiêu thụ sinh vật phân giải Sinh vật tiêu thụ (consumer)(1) Các loài động vật ăn thực vật, tảo, thịt, mùn bã hữu số loài thực vậtbắt mồi gọi sinh vật tiêu thụ Do đa dạng thành phần loài, sinh vật tiêu thụ phân nhóm dựa theo nguồn thức ăn mà chúng sử dụng Động vật ăn cỏ (herbivore) động vật ăn thực vật sử dụng thực vật sản phẩm (thân, lá, rễ, phấn hoa, mật, quả, hạt ) làm thức ăn 10 Câu 12: Có thể rút nhận xét nghiên cứu chuỗi thức ăn lưới thức ăn quần xã sinh vật? Hướng dẫn chấm Nhận xét chung: - Thể mối quan hệ dinh dưỡng quần xã - Trong lưới thức ăn có nhiều chuỗi thức ăn tính ổn định quần xã cao - Mỗi mắt xích thức ăn thay lồi có họ hàng gần mà không làm thay đổi cấu trúc quần xã - Tất chuỗi thức ăn tạm thời không bền vững Chế độ ăn khác giai đoạn phát triển khác gây nên biến đổi - Nếu có thay đổi mắt xích chuỗi thức ăn đặc điểm quần xã giữ nguyên, song mối tương quan loài chuỗi thức ăn bị biến đổi, dẫn đến tương quan số lượng chuỗi thức ăn khác, từ ảnh hưởng tới toàn lưới thức ăn ảnh hưởng đến toàn quần xã Đề HSG Quốc gia năm 2006 Bảng A: - Vì động vật nước ăn thực vật thường cho suất cao động vật có vú cạn ăn động vật ? Hướng dẫn chấm Động vật nước ăn thực vật thường cho suất cao so với động vật có vú cạn ăn động vật vì: - Do chuyển hóa lượng từ thức ăn khoảng thời gian định với khối lượng để xây dựng chất sống thân không giống - Do môi trường nước có điều kiện sinh thái ổn định - Động vật nước ăn thực vật động vật biến nhiệt, không cần số lượng để điều hòa thân nhiệt, động vật có vú động vật đẳng nhiệt cần số lượng lớn để trì thân nhiệt - Động vật ăn thực vật thực vật có khối lượng lớn, không di chuyển nên chúng không tốn lượng để tìm bắt mồi, động vật có vú ăn động vật phải tốn lượng để bắt mồi - Động vật ăn thực vật ăn trực tiếp sinh vật sản xuất, động vật ăn động vật sinh vật tiêu thụ Câu 10 a Thiên địch gì/ Cho ví dụ Nêu mối quan hệ thiên địch với sinh vật gây hại Việc sử dụng thiên địch sản xuất nơng nghiệp có ý nghĩa nào? b Vì quần xã sinh vật vật ăn thịt động lực phát triển mồi, mồi điều kiện tồn vật ăn thịt? Nêu tóm tắt ý nghĩa mối quan hệ hệ sinh thái? Hướng dẫn chấm a Thiên địch: 280 - Khái niệm: Thiên địch sinh vật ăn thịt sinh vật kí sinh có tự nhiên người nuôi thả để khống chế sinh vật gây hại (quần thể mồi gây hại) - Quân hệ thiên địch sinh vật gây hại: quan hệ đối địch: Vật ăn thịt – mồi; kí sinh – vật chủ) Lúc đầu thiên địch làm sinh vật gây hại giảm số lượng sau thiên địch giảm số lượng theo thức ăn bị giảm → cân sinh học tạm thời - Ví dụ: ong mắt đỏ kí sinh trứng sâu đục thân lúa, kiến vàng ăn rệp hại cam - Ý nghĩa: + Hiệu để tiêu diệt sinh vật gây hại nhanh + Tăng suất trồng chính, khơng gây hại trồng khác + Khơng gây nhiễm mơi trường, chủ động thời gian Trong quần xã sinh vật thì: b - Vật ăn thịt động lực phát triển mồi vật ăn thịt tác nhân chọn lọc mồi Ví dụ: quần xã đồng ruộng có chim ăn sâu sâu rau chim tác nhân chọn lọc sâu - Con mồi điều kiện tồn vật ăn thịt mồi thức ăn cho vật ăn thịt • Ý nghĩa: Mối quan hệ đảm bảo tuần hồn vật chất dòng lượng hệ sinh thái Đề HSG Quốc gia năm 2006- Bảng B Câu 8: Một số nghiên cứu ảnh hưởng ô nhiễm đến đời sống sinh vật cho thấy: nhiều loài động vật biển chuyên ăn cá sống vùng cực Trái Đất có nồng độ chất hóa học độc hại tích tụ gan, mô mỡ số quan khác thể cao nồng độ chất tích tụ thể động vật sống vùng biển nhiệt đới a Hãy nêu nguyên nhân tác hại tượng b Theo em, cần làm để hạn chế tác hại Hướng dẫn chấm a Nguyên nhân tác hại: - Nguyên nhân: Đó tượng khuếch đại sinh học Ô nhiễm bắt đầu chủ yếu từ vùng nhiệt đới – nơi sản xuất nơng nghiệp có sử dụng nhiều phân bón hóa học thuốc trừ sâu… Các hóa chất độc (như kim loại nặng, DDT …) truyền qua bậc dinh dưỡng, nồng độ hóa chất tích lũy mơ động vật tăng dần từ bậc dinh dưỡng thấp lên bậc dinh dưỡng cao (Từ sinh vật vùng nhiệt đới tăng dần tới động vật vùng ôn đới tới vùng cực Trái Đất) - Hậu quả: Gây tác hại tới đời sống động vật sức khỏe người b Biện pháp khắc phục - Hạn chế sử dụng phân bón hóa học thuốc trừ sâu, sử dụng liều cách - Tăng cường sử dụng biện pháp sinh học 281 - Xử lí chất thải, chống nhiễm mơi trường Đề HSG Quốc gia năm 2007 Câu 18 : Nêu ý nghĩa sinh học thực tiễn tượng khống chế sinh học Cho ví dụ ứng dụng tượng khống chế sinh học sản xuất nông nghiệp Hướng dẫn chấm - Ý nghĩa sinh học: + Phản ánh mối quan hệ đối địch quần xã + Làm cho số lượng cá thể quần thể ổn định, từ tạo nên trạng thái cân sinh học quần xã 0,25đ - Ý nghĩa thực tiễn: + Là sở khoa học cho biện pháp đấu tranh sinh học nhằm chủ động kiểm soát số lượng cá thể lồi theo hướng có lợi cho người 0,25đ + Nêu vd phù hợp.0,25đ Câu 19 : Tại chuỗi thức ăn hệ sinh thái cạn thường ngắn so với chuỗi thức ăn hệ sinh thái nước? Hướng dẫn chấm - Hiệu suất sinh thái chuỗi thức ăn cạn thường thấp nhiều nguyên nhân chẳng hạn như: + Môi trường cạn thường không ổn định, sinh vật thường tiêu tốn nhiều lượng trình trao đổi chất +Thực vật cạn thường chứa nhiều chất khó tiêu hóa (xelulozo, gỗ ) hiệu suất sử dụng thức ăn sinh vật tiêu thụ bậc thấp + Động vật ăn thịt thường tiêu tốn nhiều lượng cho hoạt động săn mồi 0,5đ - Hiệu suất sinh thái chuỗi thức ăn nước thường cao nhiều nguyên nhân chẳng hạn như: + Môi trường nước thường ổn định, mà sinh vật thường tiêu tốn lượng q trình trao đổi chất + Thực vật phù du dễ tiêu hóa, hiệu suất sử dụng thức ăn sinh vật tiêu thụ bậc cao + Động vật ăn thịt thường tiêu tốn lượng cho việc di chuyển săn mồi Đề HSG Quốc gia năm 2008 Câu 18 Trong mối quan hệ vật ăn thịt – mồi, số lượng cá thể quần thể loài ăn thịt quần thể mồi bị săn bắt với mức độ nhau, số lượng cá thể quần thể phục hồi nhanh hơn? Vì sao? Hướng dẫn chấm - Quần thể mồi phục hồi số lượng cá thể nhanh Vì: + Mỗi vật ăn thịt thường sử dụng nhiều mồi làm thức ăn → tiêu diệt vật ăn thịt có nhiều mồi sống sót 282 + Con mồi thường có kích thước bé hơn, tốc độ sinh sản nhanh vật ăn thịt, nên quần thể mồi thường có tiềm sinh học lớn quần thể sinh vật ăn thịt Câu 11 (1 điểm) Hãy nêu nguyên nhân chủ yếu ý nghĩa việc hình thành ổ sinh thái quần xã Cho ví dụ nơi mà sinh vật thường có ổ sinh thái hẹp Hướng dẫn chấm: + Cạnh tranh nguyên nhân chủ yếu hình thành ổ sinh thái sinh vật (0,25 điểm) + Việc hình thành ổ sinh thái hẹp giúp cho sinh vật giảm cạnh tranh nhờ nhiều cá thể sống chung với quần xã (0,5 điểm) + Nêu ví dụ (0,25 điểm) Câu 20 Tại hệ sinh thái, lượng hóa học ln sau mắt xích chuỗi thức ăn? Hướng dẫn chấm + Ở hệ thống sinh vật, thể chuyển hóa lượng hóa học từ đường glucôzơ hay axit béo thành ATP (hô hấp tế bào) sau chuyển vào liên kết hóa học (trong q trình tổng hợp hợp chất mới), chuyển thành lượng vận động (vd: co cơ), hoạt động sống khác tế bào, ln có phần, trí hầu hết lượng hóa học biến thành nhiệt khỏi thể phát tán vào môi trường (0,5 điểm) + Vì hoạt động sống sinh vật diễn liên tục, nên sinh vật không ngừng chuyển hóa lượng hóa học thành nhiệt khỏi hệ sinh thái, nên lượng phần sau mắt xích chuỗi thức ăn (0,5 điểm) Ghi chú: Nếu thí sinh giải thích qua mắt xích chuỗi thức ăn, có phần hóa dạng chất dinh dưỡng tái sử dụng, lượng lại bị phát tán mơi trường dạng nhiệt, cho điểm biểu điểm Hoặc thí sinh giải thích theo nguyên lý thứ nhiệt động học, lượng chuyển từ dạng sang dạng khác, chuyển từ chỗ sang chỗ khác, ln có phần lượng chuyển thành nhiệt ra, cho điểm biểu điểm; Câu 20 Giả sử có hai quần thể A B khác lồi sống khu vực có nhu cầu sống giống nhau, nêu xu hướng biến động số lượng cá thể hai quần thể sau thời gian xảy cạnh tranh Hướng dẫn chấm: - Nếu hai quần thể A B bậc phân loại, lồi có tiềm sinh học cao loài chiến thắng, tăng số lượng cá thể Loài bị giảm dần số lượng, bị diệt vong - Nếu hai quần thể A B khác bậc phân loại, lồi có bậc tiến hóa cao lồi chiến thắng, tăng số lượng cá thể (0,50đ) - Hai quần thể tồn chúng có khả phân ly phần ổ sinh thái thức ăn, nơi ở… 283 - Nếu hai quần thể có tiềm sinh học nhau, thời điểm xâm nhập đến khu vực sống lồi có số lượng nhiều có xu hướng phát triển lấn át loài (0,50đ) Chọn đội tuyển olympic 2003 Câu 13:Có hồ nhỏ, nước đổ vào hồ từ sông nhỏ hậu việc chặt phá rừng nên nước sông ngày đục, mang theo nhiều đất xác sinh vật làm cho lòng hồ bị lấp đầy Q trình thay đổi hồ diễn theo giai đoạn sau: I II III IV Trong hồ có xác sinh vật sản xuất tảo đơn bào sinh vật tiêu thụ bậc loài động vật Em cho biết: a.Sự biến đổi nhân tố sinh thái hồ qua giai đoạn nào? b.Hai đồ thị A B biểu diễn sinh khối tảo hai giai đoạn khác hồ Đồ thị A đồ thị B phù hợp với giai đoạn hồ nước? Tại sao? Sinh khối tảo đơn bào(kg/m3) Sinh khối tảo đơn bào(kg/m3) Độ sâu sâu mực mực nước10 Độ nước 10 (m) Đồ thị A Đồ thị B c.Hình tháp sinh thái X Y hình tháp sinh khối giai đoạn Vì hai dạng hình tháp sinh thái lại diễn hồ? Hình tháp X hình tháp Y xuất nào? 284 X Y Hướng dẫn chấm a.Sự biến đổi nhân tố sinh thái : - Ánh sáng nước giảm dần qua giai đoạn, độ đục nước tăng - Nhiệt độ nước khơng có thay đổi rõ rệt - Hàm lượng chất mùn bã, đất, cát…tăng dần qua giai đoạn - Số lượng sinh vật sinh vật bơi giảm dần, sinh vật đáy tăng dần - giai đoạn 4, sinh vật sản xuất lồi thực vật có rễ bám vào đất xuất nhiều b.Đồ thị A phù hợp với giai đoạn I II, B phù hợp III IV - Đồ thị A có tảo phân bố lớp nước nông sâu, đồ thị B tảo phân bố chủ yếu lớp nước nông - Ở giai đoạn 1, ánh sáng nước cao, độ đục nước thấp nên có nhiều tảo đơn bào sống lớp nước sâu, tảo quang hợp tốt nước sâu - Giai đoạn 4, nước đục, có lớp nước phía có đủ ánh sáng cho quang hợp tảo c.Trong hệ sinh thái nước: - Hình tháp X có sinh khối động vật lớn SVSX - Hình tháp Y có sinh khối SVSX lớn SVTT Cả trường hợp xảy vì: + Sinh vật sản xuất có khả sinh sản mạnh có điều kiện thuận lợi có đủ ánh sáng độ sâu nước, nhiệt độ ấm áp…lúc sinh khối lớn (hình tháp Y) + Ngược lại, ánh sáng yếu nhiệt độ mơi trường xuống thấp sinh sản tảo giảm, sinh khối tảo nhỏ (X) Tuy nhiên X hình tháp sinh khối thời điểm định, tảo sinh sản nhanh, vòng đời ngắn nên sinh khối thời điểm định thấp hồn tồn cung cấp đủ lượng cho bậc dinh dưỡng cao - Thời gian xuất phụ thuộc vào mùa: mùa xuân, hè (Y) màu đông (X) Chọn đội tuyển olympic 2004 Câu Cạnh tranh loài cạnh tranh khác loài xảy thời gian dài có ảnh hưởng đến ổ sinh thái quần thể? Hướng dẫn chấm a Cạnh tranh loài : lâu dài → mở rộng ổ sinh thái quần thể (loài) Vì: Khi phải cạnh tranh với nhau, nhiều cá thể không nhận thức ăn yếu tố sinh thái khác → cá thể có biến dị di truyền giúp 285 tiêu hóa nguồn thức ăn mà cá thể bình thường khác khơng ăn có nhiều hội sống sót tốt Cứ lâu dần, ổ sinh thái loài mở rộng * Cạnh tranh khác loài: xảy loài có trùng lặp phần ổ sinh thái Lâu dài ổ sinh thái lồi bị thu hẹp lại * Ví dụ: Một lồi chim ăn hạt có kích thước nhỏ lồi ăn hạt có kích thước lớn, sống vùng địa lý Hai lồi có phần ổ sinh thái chồng chéo hạt có kích thước trung gian Khi chim ăn hạt có kích thước trung bình bị cạnh tranh loài khác loài Những chim ăn hạt nhỏ to hẳn bị cạnh tranh lồi nên có ưu so với ăn hạt trung bình Lâu dần, CLTN đào thải bớt ăn hạt trung bình ổ sinh thái quần thể bị thu hẹp dần ( bớt phần chồng lấn lồi) Câu Hãy giải thích cá thể quần thể có ổ sinh thái chồng khít lên cạnh tranh xảy xảy điều khơng dẫn đến cạnh tranh loại trừ mà giúp cho lồi tồn phát triển hưng thịnh Hướng dẫn chấm Các cá thể quần thể có ổ sinh thái chồng khít lên nhưng: * Cạnh tranh khơng xảy ra: nguồn sống không gian có đủ đến dư thừa để lồi tồn tiến hóa (số lượng lồi cân thấp sức chịu đựng môi trường) * Cạnh tranh xảy ra: nhóm cá thể lồi có khả tiềm ẩn để phân ly ổ sinh thái tránh đối đầu nguồn sống bị suy giảm: - Mở rộng, chí phân li vùng dinh dưỡng mở rộng phổ thức ăn non trưởng thành, gữa đực cái, tránh cạnh tranh - Ở nhiều lồi có biến dị mặt hình thái, quan bắt mồi, quan tìm thức ăn để khai thác nguồn thức ăn khác - Các lồi có tượng di cư đàn phận cá thể quần thể đến nơi để tự giảm sức ép dân số * Cạnh tranh giúp cho loài phát triển hưng thịnh: - Cạnh tranh đực để giao phối hay giành nơi tốt để làm tổ, đẻ trứng giúp cho non có sức sống cao - Kí sinh lồi hay ăn thịt đồng loại hay tượng tự tỉa thưa dều giúp cho loài tồn phát triển mà khơng tiêu diệt lồi Chọn olimpyc 2005 Câu Khi nghiên cứu quần xã sinh vật gồm loài A, B, C, D E, nhà sinh thái học nhận thấy loại bỏ hồn tồn lồi A khỏi quần xã (thí nghiệm 1) lồi E bị biến khỏi quần xã quần xã lại lồi B, C, D, lồi B lúc có số lượng đơng nhiều so với trước làm thí nghiệm 286 Trong thí nghiệm 2, nhà khoa học lại loại bỏ hoàn toàn loài C khỏi quần xã, để lại loài A, B, D E Sau thời gian, nhà sinh thái nhận thấy quần xã lại lồi A (các lồi B, D E bị biến hoàn toàn khỏi quần xã) Hãy giải thích kết thí nghiệm rút vai trò lồi quần xã Hướng dẫn chấm Kết thí nghiệm cho thấy: Loại bỏ lồi A lồi B lại trở thành loài ưu loài E bị biến chứng tỏ lồi A có khả cạnh tranh tốt so với lồi B Khi có mặt lồi A lồi B khơng cạnh tranh với lồi A nên số lượng bị hạn chế Khi loài A bị loại bỏ lồi B khơng bị khống chế nên số lượng phát triển mạnh làm cho loài E bị biến khỏi quần xã Điều chứng tỏ hai lồi B E có mức độ trùng lặp nhiều ổ sinh thái nên có tượng trùng lặp nhiều ổ sinh thái xảy cạnh tranh loại trừ Loài B phát triển mức loại trừ loài E Loài B, C D có mức độ trùng lặp ổ sinh thái nên lồi C D bị ảnh hưởng loại trừ loài A khỏi quần xã Trong thí nghiệm 2: Khi loại bỏ lồi C quần xã lại lồi A Điều chứng tỏ lồi C có vai trò khống chế mật độ quần thể lồi A lồi A có khả cạnh tranh cao so với loài khác quần xã Lồi A có ổ sinh thái trùng lặp với ổ sinh thái loài B, D E nên khơng bị lồi C khống chế, lồi A có khả cạnh tranh cao nên tiêu diệt lồi lại Câu 12 (1 điểm)Hãy giải thích lượng hóa học lại ln sau mắt xích chuỗi thức ăn hệ sinh thái Hướng dẫn chấm + Ở hệ thống sinh vật, thể chuyển hóa lượng hóa học từ đường glucơzơ hay axit béo thành ATP (hơ hấp tế bào) sau chuyển vào liên kết hóa học (trong q trình tổng hợp hợp chất mới), chuyển thành lượng vận động (vd: co cơ), hoạt động sống khác tế bào, ln có phần, trí hầu hết lượng hóa học biến thành nhiệt khỏi thể phát tán vào mơi trường (0,5 điểm) + Vì hoạt động sống sinh vật diễn liên tục, nên sinh vật khơng ngừng chuyển hóa lượng hóa học thành nhiệt khỏi hệ sinh thái, nên lượng ln phần sau mắt xích chuỗi thức ăn (0,5 điểm) Ghi chú: Nếu thí sinh giải thích qua mắt xích chuỗi thức ăn, có phần hóa dạng chất dinh dưỡng tái sử dụng, lượng lại bị phát tán mơi trường dạng nhiệt, cho điểm biểu điểm Hoặc thí sinh giải thích theo nguyên lý thứ nhiệt động học, lượng chuyển từ dạng sang dạng khác, chuyển từ chỗ sang chỗ khác, ln có phần lượng chuyển thành nhiệt thoát ra, cho điểm biểu điểm; Chọn đội tuyển olympic 2008 287 Câu Giải thích tính đơn vị diện tích, số lượng lồi sinh vật lại giảm dần từ xích đạo tới vùng cực trái đất? Hướng dẫn chấm Càng dần vùng cực, điều kiện khí hậu thời tiết, ánh sáng… khơng thuận lợi cho loài sinh vật vùng nhiệt đới Do thời gian sinh trường phát triển lồi dần phía cực trái đất dài so với vùng nhiệt đới Vì thời gian hệ dài nên tốc độ tiến hóa chậm số lượng lồi tiến hóa tạo Câu 13 (1,0 điểm) Trên quan điểm tiến hố - sinh thái, giải thích độ giàu lồi có xu hướng giảm dần từ xích đạo đến hai cực Trái Đất Đáp án: Do lịch sử tiến hóa vùng xích đạo hai cực (Bắc cực Nam cực) khác Các quần xã nhiệt đới thường già (lâu đời hơn) so với quần xã ôn đới vùng cực Mùa sinh trưởng nhiệt đới dài so với ôn đới cực thời gian hình thành lồi dài Các quần xã vùng cực ôn đới liền kề bị nhiều đợt băng hà tàn phá, phải tái sinh nhiều lần; đó, quần xã nhiệt đới không bị ảnh hưởng đợt băng hà (0,25 đ) Do khác khí hậu: Sự đa dạng lồi liên quan đến lượng ánh sáng mặt trời chiếu xuống trái đất lượng nước bốc Do số lượng loài động, thực vật vùng xích đạo cao nhiều so với vùng ôn đới cực (0,25 đ) Đề HSG Quốc gia năm 2014 Câu 11(2,0 điểm) a) Lồi cho có tiềm sinh học cao quần xã có đặc điểm chủ yếu nào? Khi xem xét mối quan hệ tương hỗ loài quần xã cần phải dựa sở nào? b) Hệ sinh thái tự điều chỉnh trạng thái cân nhờ chế nào? Khả tự điều chỉnh trạng thái cân hệ sinh thái có giới hạn khơng? Vì sao? Hướng dẫn chấm a) * Lồi có tiềm sinh học cao quần xã có đặc điểm sau: - Khai thác nguồn sống hiệu quả, kích thước thể nhỏ nên sử dụng hết nguồn sống hiệu suất sử dụng nguồn sống cao.(0,25đ) - Sinh sản nhanh tuổi thành thục sớm, để nhiều lứa/năm nhiều con/lứa (0,25đ) * Khi xem xét mối quan hệ tương hỗ loài quần xã, dựa sở sau: - Phải xét tổ hợp tương tác tập hợp quần thể hay loài nơi tự nhiên (0,25đ) - Phải xét mối quan hệ tương hỗ hình thành trình hình thành lồi, hai lồi hình thành đặc điểm tương thích định với kết chọn lọc tự nhiên giúp chúng tồn tiến hóa (0,50đ) b) Sự điều chỉnh hệ sinh thái diễn theo chế sau: 288 - Cơ chế dân số sinh học thông qua khống chế sinh học cân sinh học Nhờ khống chế sinh học mà quần thể dao động cân bằng, làm cho quần xã dao động cân đưa đến hệ sinh thái cân sinh học (0,25đ) - Cơ chế sinh-địa-hóa phục hồi hàm lượng vật chất hệ sinh thái, điều chỉnh chất lượng môi trường vô sinh hệ sinh thái trở trạng thái ban đầu (0,25đ) - Khả tự điều chỉnh hệ sinh thái thực giới hạn định Vì hệ sinh thái hệ thống sống hồn chỉnh ngưỡng hệ sinh thái bị hủy diệt (0,25đ) Câu 12.(2,0 điểm) Một đầm nước nông nuôi cá có ba bậc dinh dưỡng: vi khuẩn lam tảo (bậc 1); động vật phù du (bậc 2); tôm, cá nhỏ (bậc 3) Do nguồn chất khống tích tụ nhiều năm từ chất ô nhiễm đáy đầm tạo cho vi khuẩn lam tảo bùng phát Để tránh hệ sinh thái đầm bị ô nhiễm nặng tượng phì dưỡng (phú dưỡng hóa), xác định nguyên nhân diễn sinh thái, từ thiết kế thí nghiệm kiểm chứng đề xuất giải pháp hạn chế nhiễm đầm nước có hiệu Hướng dẫn chấm - Nguyên nhân tạo nên diễn sinh thái đầm nướclà số lượng vi khuẩn lam tảo tăng nhanh trở lên dư thừa động vật phù du khơng sử dụng hết vi khuẩn lam tảo làm thức ăn Do đó, xác sinh vật bậc chết gây thối rữa giảm lượng ơxi hòa tan nên mơi trường nước trở nên nhiễm (0,50đ) - Để xử lí nhiễm hiệu cần nghiên cứu xem tác động diễn xảy theo chiều ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ từ lên (bậc bậc bậc 3) hay theo chiều từ xuống (bậc bậc bậc 1) ) Để xác định chiều diễn diễn cần phải thiết kế thí nghiệm:tạo hai khu vực cách li đầm có diện tích điều kiện tương đương nhau: Khu A thực nghiệm (thay đổi điều kiện sống); Khu B đối chứng (giữ nguyên điều kiện tự nhiên).(0,25đ) - Kiểm tra tác động từ lên: Ngăn chặn nguồn dinh dưỡng sinh vật bậc Phương án khơng khả thi làm ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái đầm nuôi cá (0,25đ) - Kiểm tra từ xuống thực hai phương án: + Phương án 1: Đánh bắt bớt tôm cá nhỏ (giảm bậc 3) để động vật phù du có điều kiện phát triển ăn tảo (bậc 1) tạo trạng thái cân bậc dinh dưỡng nước bớt nhiễm, nước giảm nhiễm kết thí nghiệm tốt nhất.(0,50đ) + Phương án 2: Thả thêm số cá (bậc 4) vào hồ để ăn cá nhỏ (bậc 3) số lượng cá nhỏ giảm tạo điều kiện cho động vật phù du phát triển có kết tương tự nước giảm nhiễm kết thí nghiệm chấp nhận Tuy nhiên, đầm cá nuôi nên ưu tiên phương án hơn.(0,50đ) Đề HSG Quốc gia năm 2015 Câu 10 (2,0 điểm) Hãy nêu đặc điểm sinh thái vị trí chuỗi thức ăn, sinh khối vai trò tác động quần xã nhóm sinh vật sau: sinh vật sản xuất, động vật ăn thực vật, động vật ăn động vật sinh vật phân giải Lấy ví dụ minh họa cho nhóm sinh vật Hướng dẫn chấm 289 Đặc điểm sinh thái sinh vật quần xã: - Sinh vật sản xuất: đầu vào chu trình vật chất, nằm bậc chuỗi thức ăn tháp sinh thái, thường có sinh khối lớn sinh vật bậc khác, có vai trò định ổn định quần xã Những sinh vật sản xuất có sinh khối lớn hoạt động mạnh giữ vai trò lồi ưu quần xã Ví dụ: tất thực vật, tảo, … có khả quang hợp quần xã (0,5 điểm) - Động vật ăn thực vật: nằm bậc chuỗi thức ăn (là sinh vật tiêu thụ bậc 1), sinh khối tổng số thường lớn sinh khối động vật ăn thịt, có tác động làm thay đổi quần xã cách từ từ Tuy nhiên, môi trường bị suy thoái nghiêm trọng chăn thả động vật mức làm suy giảm thảm thực vật Ví dụ: trâu, bò, cừu, … động vật ăn thực vật quần xã (0,5 điểm) - Sinh vật phân giải gắn liền với tất mắt xích chuỗi thức ăn, sinh khối thường không lớn, trực tiếp phân giải xác sinh vật từ chất hữu thành chất vơ Ví dụ: giun đất, vi khuẩn, … (0,5 điểm) Câu 11 (1,5 điểm) Trong hình bên, kí hiệu A, B, C, D loài khác hệ sinh thái Hãy cho biết: a.Mỗi kí hiệu tương ứng với loài sau đây: loài thứ yếu, loài ưu thế, loài ngẫu nhiên hay loài chủ chốt ? b.Đặc điểm sinh thái mức độ tác động loài A, B, C, D tới loài khác tới biến đổi hệ sinh thái Hướng dẫn chấm a) A loài chủ chốt; B loài ưu thế; C loài thứ yếu; D loài ngẫu nhiên (0,5 điểm) b) Loài chủ chốt loài động vật ăn thịt, có sinh khối thấp hoạt động mạnh, làm biến đổi mạnh hệ sinh thái thông qua khống chế chuỗi thức ăn (0,25 điểm) - Loài ưu loài có số lượng cá thể nhiều, sinh khối lớn hoạt động mạnh, làm biến đổi hệ sinh thái, tác động mạnh mẽ làm thay đổi nhân tố vô sinh hệ sinh thái Loài ưu thường thực vật có kích thước lớn (0,25 điểm) - Lồi thứ yếu: lồi ln cạnh tranh với lồi ưu thay loài ưu giai đoạn diễn sinh thái Loài thứ yếu có đăc điểm gần giống với lồi ưu thế, thường thực vật có số lượng cá thể nhiều, sinh khối lớn hoạt động mạnh làm thay đổi nhân tố vô sinh quần thể (0,25 điểm) - Lồi ngẫu nhiên lồi có sinh khối thấp, tác động yếu không thường xuyên tới nhân tố sinh thái hệ sinh thái (0,25 điểm) Câu 12 (1,5 điểm) Nêu nguyên nhân vai trò cạnh tranh cá thể quần thể Những yếu tố làm hạn chế cạnh tranh cá thể quần thể ? 290 Hướng dẫn chấm - Nguyên nhân xảy cạnh tranh cá thể quần thể: mật độ cá thể quần thể tăng lên cao, nguồn sống mơi trường khộng đáp ứng cho cá thể quần thể dẫn đến cá thể cạnh tranh nguồn sống thức ăn, nơi ở, ánh sáng, đực, cái, … (0,5 điểm) - Vai trò: nhờ có cạnh tranh cá thể quần thể mà số lượng phấn bố cá thể quần thể trì trạng thái cân giúp cho loài tồn phát triển Mặt khác, cạnh tranh loài thúc đẩy trình chọn lọc tự nhiên (0,5 điểm) - Những yếu tố làm hạn chế cạnh tranh cá thể quần thể: + Mật độ cá thể quần thể thường điều chỉnh trạng thái cân số lượng cá thể quần thể thường nằm ngưỡng mà mơi trường chịu đựng (0,25 điểm) + Các cá thể quần thể có khả tiềm ẩn để phân li ổ sinh thái ổ sinh thái dinh dưỡng (0,25 điểm) Đề HSG Quốc gia năm 2016 Câu 11 (1,5 điểm) Khi nghiên cứu mối quan hệ sinh thái lồi có quan hệ gần gũi, nhà khoa học Gause tiến hành nuôi lồi trùng cỏ: Paramecium aurelia, Paramecium bursaria, Paramecium caudatum có nhu cầu dinh dưỡng nhân tố sinh thái cần thiết Thí nghiệm tiến hành sau: Thí nghiệm 1: Ni riêng lồi bể, loài tăng trưởng ổn định theo đường hình S (đường cong logistic) Thí nghiệm 2: Ni chung lồi Paramecium aurelia lồi Paramecium caudatum bể: kết sau 16 bể lồi Paramecium Aurelia Thí nghiệm 3: Ni chung lồi Paramecium bursaria loài Paramecium aurelia bể: kết sau thời gian loài sinh trưởng với bể a Hãy cho biết mối quan hệ loài Paramecium aurelia loài Paramecium caudatum? Giải thích kết thí nghiệm b Giải thích ni chung lồi Paramecium bursaria lồi Paramecium aurelia bể chúng sống chung với được? Hướng dẫn chấm a Mối quan hệ loàiParamecium aurelia loài Paramecium caudatum quan hệ cạnh tranh loại trừ Trong mơi trường có nguồn sống giới hạn, loài Paramecium aurelia cạnh tranh thắng thế, tăng số lượng cá thể, loại bỏ loài Paramecium caudatum (0,75 đ) b Hai loài Paramecium bursaria loài Paramecium aureliachung sống với môi trường sống chứng tỏ chúng phân ly ổ sinh thái, loài sống vi cảnh (microbiotop) khác bể nuôi (0,75 đ) 291 III Kết luận đề nghị: Kết luận Thực mục tiêu đề tài, xây dựng đượchệ thống câu hỏi – tập chương quần xã sinh vật để rèn kĩ tự học, kỹ phân tích – tổng hợp…cho học sinh chuyên sinh, góp phần nâng cao hiệu q trình giảng dạy chun đề Sinh thái học nói riêng, mơn Sinh học nói chung Phần lý thuyết soạn kỹ, tổng hợp từ nhiều nguồn tư liệu khác nhau, đặc biệt ví dụ nhằm cung cấp cho học sinh kiến thức tảng tốt Ngoài ra, chúng tơi sưu tầm, tổng hợp câu hỏi đề thi học sinh giỏi năm làm nguồn tư liệu tham khảo Đề nghị Muốn rèn luyện kỹ tự học, kỹ phân tích – tổng hợp kỹ khác cho học sinh chuyên có hiệu thiết học sinh phải có phần kiến thức tảng tốt, đòi hỏi giáo viên trình giảng dạy phải trọng việc trang bị cho học sinh hệ thống kiến thức chắn Trong khuôn khổ đề tài xây dựng hệ thống câu hỏi-bài tập chương quần xã Trên sở triển khai xây dựng tất chương phần Sinh thái học chuyên đề khác chương trình Sinh học 292 Tài liệu tham khảo Đinh Quang Báo (chủ biên), Nguyễn Đức Thành (2001), Lý luận dạy học Sinh học (phần đại cương), Nxb Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Thành Đạt (Tổng chủ biên), Phạm Văn Lập (Chủ biên), Đặng Hữu Lanh, Mai Sỹ Tuấn, 2008 Sinh học 12 (Sách giáo viên) Nxb Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Thành Đạt (Tổng chủ biên), Phạm Văn Lập (Chủ biên), Đặng Hữu Lanh, Mai Sỹ Tuấn, 2008 Sinh học 12 (Sách giáo khoa) Nxb Giáo dục, Hà Nội Ngô Văn Hưng, 2005 Giới thiệu đề thi đáp án thi chọn học sinh giỏi quốc gia môn sinh Nxb Đại học Quốc Gia, Thành phố Hồ Chí Minh 10 Ngơ Văn Hưng, Đỗ Mạnh Hùng, Trần Minh Hương, 2003 Đề thi olympic quốc tế môn sinh học Nxb Giáo dục, Hà Nội 11 Trần Văn Kiên, Phạm Văn Lập, 2006 Giới thiệu đề thi học sinh giỏi quốc gia olympic quốc tế môn sinh học năm 2004-2005 Nxb Giáo dục, Hà Nội 12 Trần Văn Kiên, Phạm Văn Lập, 2007 Giới thiệu đề thi học sinh giỏi quốc gia olympic quốc tế môn sinh học năm 2006 Nxb Giáo dục, Hà Nội 15 Vũ Trung Tạng, 2003 Cơ sở sinh thái học Nxb Giáo dục, Hà Nội 17 Mai Sỹ Tuấn (Chủ biên), Cù Huy Quảng, 2009 Tài liệu giáo khoa chuyên Sinh học Trung học phổ thông (Sinh thái học) Nxb Giáo dục, Hà Nội 18 Mai Sỹ Tuấn (Chủ biên), Trần Ngọc Danh, Phan Thanh Phương, 2010 Tài liệu chuyên Sinh học Trung học phổ thông (Bài tập Sinh thái học) Nxb Giáo dục, Hà Nội 293 MỤC LỤC 294 ... (quần xã sinh vậtvùng triều, quần xã sinh vậtđảo Phú Quốc ), theo chủng loại phát sinh (quần xã thực vật ven hồ, quần xã động vật hoang mạc ), theo dạng sống (quần xã sinh vật nổi, quần xã sinh. .. thống kiến thứcsinh thái học, quần xã tập trung nghiên cứu quần xã sinh vật: mối quan hệ quần thể sinh vật sinh cảnh, quan hệ quần xã với sinh cảnh, trình tự điều chỉnh quần xã từ đưa ứng dụng... tháp sinh thái (10) Năng suất sinh học quần xã: mức độ sản sinh chất sống toàn hay phần quần xã khoảng thời gian định đơn vị diện tích/ thể tích quần xã (11) Tính ổn định quần xã: Một quần xã có