Giới thiệu toàn bộ kiến thức liên quan đến quần thể bao gồm: di truyền quần thể, sinh thái học quần thể và tiến hóa; một số bài tập liên quan đến quần thể cơ bản, nâng cao và bài tập trong các đề thi HSG cấp quốc gia, quốc tế.....
PHẦN I: MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, xu hướng tích hợp thực nhiều bình diện, nhiều cấp độ trình phát triển chương trình giáo dục Chương trình xây dựng theo quan điểm tích hợp, trước hết dựa quan điểm giáo dục nhằm phát triển lực người học (Rogier, 1996) Một chủ trương lớn Bộ Giáo dục Đào tạo công đổi toàn diện giáo dục - đào tạo xây dựng chương trình phổ thơng theo hướng tích hợp mơn học Vì vậy, việc vận dụng quan điểm tích hợp vào dạy học khơng vấn đề cần thiết, mà thách thức người dạy người học Trong cấp tổ chức sống quần thể cấp tổ chức đặc biệt Quần thể vừa tổ chức sở, vừa đơn vị sinh sản lồi Bên cạnh đó, nội dung liên quan đến quần thể trình bày chuyên đề: sinh thái học, di truyền học tiến hóa Vì vậy, việc hệ thống hóa lại kiến thức quần thể theo logic định việc cần làm nhằm hình thành nhìn tổng quát đầy đủ quần thể Từ lí trên, định lựa chọn đề tài: “SINH HỌC QUẦN THỂ THEO HƯỚNG TÍCH HỢP” Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu sinh thái học quần thể - Nghiên cứu tiến hóa quần thể - Nghiên cứu trạng thái cân quần thể biến đổi cấu trúc di truyền quần thể tác động nhân tố tiến hóa - Đưa số tập vận dụng liên quan đến sinh thái học quần thể tiến hóa quần thể Khách thể đối tượng nghiên cứu 3.1 Khách thể - Học sinh lớp chuyên sinh - Học sinh đội tuyển học sinh giỏi cấp Tỉnh cấp Quốc gia - Giáo viên dạy chuyên trưởng THPT 3.2 Đối tượng nghiên cứu Hệ thống lý thuyết, câu hỏi tập phần di truyền quần thể, sinh thái học quần thể tiến hóa PHẦN II: NỘI DUNG Khái niệm quần thể Theo A.V Yablokov (1986), quần thể nhóm cá thể lồi có khả giao phối qua lại với nhau, chiếm khu phân bố xác định trải qua khoảng thời gian tiến hóa lâu dài để hình thành nên hệ thống di truyền độc lập ổ sinh thái riêng Hình 1: Một số quần thể Như vậy, hai dấu hiệu quần thể là: - Quần thể đơn vị tồn độc lập tự nhiên Mỗi quần thể khơng phải nhóm cá thể loài tập hợp ngẫu nhiên thời gian ngắn mà tổ chức sở lồi, có lịch sử phát sinh phát triển định, trải qua nhiều hệ - Quần thể đơn vị sinh sản loài Mỗi quần thể gồm nhiều cá thể giao phối tự với tạo thể dị hợp có sức sống cao, có tiềm thích nghi với hồn cảnh sống Giữa quần thể khác lồi khơng có cách li sinh sản tuyệt đối, nghĩa chúng trao đổi thông tin di truyền với có điều kiện thuận lợi Giao phối ngẫu nhiên nét đặc trưng quần thể giao phối Tùy theo hình thức sinh sản lồi, có quần thể sinh sản vơ tính quần thể sinh sản hữu tính Quần thể sinh sản vơ tính đồng mặt di truyền quần thể sinh sản hữu tính gồm: - Quần thể tự phối: quần thể thực vật tự thụ phấn, động vật lưỡng tính tự thụ tinh - Quần thể giao phối cận huyết: quần thể bao gồm cá thể có quan hệ huyết thống giao phối với - Quần thể giao phối có lựa chọn: quần thể mà động vật có xu hướng lựa chọn kiểu hình khác giới thích hợp với - Quần thể ngẫu phối: quần thể diễn bắt cặp giao phối ngẫu nhiên cá thể đực quần thể Nói tóm lại, đặc điểm quần thể là: tập hợp cá thể lồi; có giao phối ngẫu nhiên; có khu phân bố xác định; trải qua thời gian tiến hóa lâu dài; có hệ thống di truyền đặc trưng ổn định * Quá trình hình thành quần thể: - Đầu tiên cá thể lồi đến mơi trường sống - Những cá thể khơng thích nghi với điều kiện sống bị tiêu diệt hay di cư đến nơi khác - Những cá thể cịn lại thích nghi với điều kiện sống gắn bó chặt chẽ với thơng qua mối quan hệ sinh thái, thành quần thể ổn định, thích nghi với điều kiện ngoại cảnh Sinh thái học quần thể 2.1 Mối quan hệ cá thể quần thể Các cá thể quần thể có quan hệ chặt chẽ với sở huyết thống nhờ chúng thực đầy đủ chức sinh học vốn có lồi để trì, phát triển nịi giống ngày hưng thịnh 2.1.1 Những mối quan hệ hỗ trợ Mối quan hệ hỗ trợ gồm dạng sống tụ họp bố mẹ cái, nhóm có nhiều đặc điểm sinh học giống (cùng kích thước, nhóm tuổi, …); cá thể đực cá thể để sinh sản Nhiều lồi có tập tính sống bầy đàn (cơn trùng, cá, chim, thú) Ong, kiến, mối sống thành xã hội theo kiểu mẫu hệ Hình 2: Quan hệ hỗ trợ động vật thực vật Tập hợp cá thể hồn cảnh khác cịn tạo nên “hiệu suất nhóm”, giảm tiêu hao lượng chống lại kẻ thù rủi ro mơi trường cách có hiệu Ví dụ: tăng tốc độ lọc nước để hô hấp kiếm ăn thân mềm (Sphaerium corneum) sau: Số lượng (con) 10 15 20 Tốc độ lọc nước (ml/giờ) 3,4 6,9 7,5 5,2 3,8 2.1.2 Những mối quan hệ đối địch Hình 3: Cạnh tranh loài - Cạnh tranh loài: Các cá thể loài cạnh tranh với số nguyên nhân bản: mật độ cao, nguồn thức ăn suy kiệt; cá thể đực giành giật hay giành nơi làm tổ mùa sinh sản (ví dụ: cị cái) Cũng có trường hợp “đấu tranh” đực để giành vị trí đầu đàn sống bầy đàn (ví dụ: linh trưởng, chó sói, …) - Hiện tượng kí sinh lồi: Trong điều kiện nguồn thức ăn bị giới hạn, quần thể có kích thước lớn buộc cá thể đực phải sống kí sinh vào Trường hợp gặp, thấy số loài cá Edrolychnus schmidti Ceratias sp thuộc họ Ceratoidae sống vùng nước sâu đại dương Những cá thể đực có kích thước nhỏ, khơng vây, khơng có nội quan, trừ ruột ống chứa chất dinh dưỡng “nhận” từ quan sinh dục đực phát triển đầy đủ để thụ tinh cho mùa sinh sản - Ăn thịt đồng loại: Đây tượng khơng phổ biến tự nhiên Ví dụ, cá vượt châu âu (Perca fluatilis), cá ăn plankton, cịn cá thể trưởng thành ăn thịt lồi cá khác Song hồn cảnh làm nguồn thức ăn bị suy kiệt, cá bố mẹ bắt làm thức ăn Khi điều kiện dinh dưỡng cải thiện, cá sớm khơi phục lại kích thước quần thể Tất trường hợp cạnh tranh, kí sinh lồi hay ăn thịt đồng loại trường hợp đặc biệt, gặp, song khơng dẫn đến tiêu diệt loài mà ngược lại, trì tồn lồi làm cho lồi phát triển hưng thịnh 2.2 Những đặc trưng quần thể 2.2.1 Sự phân bố cá thể không gian Sự phân bố không gian tạo thuận lợi cho cá thể sử dụng tối ưu nguồn sống môi trường khác Các cá thể phân bố theo dạng: phân bố đều, phân bố ngẫu nhiên phân bố theo nhóm Kiểu Phân bố phân bố Đặc điểm Phân bố ngẫu nhiên Phân bố theo nhóm - Ít gặp tự nhiên, - Ít gặp tự nhiên, - Phổ biến tự nhiên, thường gặp điều thường gặp điều kiện thường gặp điều kiện kiện sống phân bố đồng sống phân bố đồng sống phân bố khơng đồng - Giữa cá thể có - Giữa cá thể khơng có - Các cá thể tụ họp với cạnh tranh gay gắt, cạnh tranh gay gắt, cá nhau, hỗ trợ lẫn cá thể không sống tụ thể không sống tụ họp họp - Đặc trưng cho lồi khơng - Đặc trưng cho lồi có - Đặc trưng cho lồi có có tính lãnh thổ, khơng có tính bầy đàn, trú đơng tính lãnh thổ cao tính bầy đàn sinh sản vơ tính khơng có khả phát tán xa Ý nghĩa Làm giảm mức độ cạnh Sinh vật tận dụng Các cá thể hỗ trợ tranh cá thể nguồn quần thể Ví dụ sống tiềm mơi trường tàng chống lại điều kiện bất lợi môi trường Sự phân bố chim Phân bố gỗ Cây chôm chôm mọc cánh cụt dã tràng rừng nhiệt đới tập trung ven rừng nơi nhóm tuổi bãi có cường độ chiếu sáng biển cao Hình 4: Các kiểu phân bố quần thể (a) Phân bố theo nhóm Nhiều lồi động vật, biển sống tập trung thành nhóm nơi có nhiều thức ăn (b) Phân bố đồng Chim làm tổ đảo nhỏ, chim cánh cụt đảo Nam Georgia Nam Đại Tây Dương, cá thể thường phân bố đồng trì khoảng cách định với cá thể xung quanh, cá thể ln có cạnh tranh công lẫn (c) Phân bố ngẫu nhiên Nhiều loài thực vật phân bố ngẫu nhiên bồ cơng anh, hạt phát tán nhờ gió nảy mầm vùng đất thuận lợi Để xác định kiểu phân bố, người ta sử dụng phương pháp thống kê Giá trị V/m cho ta biết cá thể phân bố theo dạng nào: - Khi V/m >1: cá thể phân bố theo nhóm - Khi V/m