Chƣơng 1 : CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
2.1. Chương trình Sinh học trung học phổ thơng
2.1.2. Phân tích nội dung Sinh thái học cấp độ trên cơ thể trong chương
trình và sách giáo khoa Sinh học 12 trung học phổ thông
2.1.2.1. Đặc điểm
STH nghiên cứu các mối quan hệ giữa SV với SV và giữa SV với môi trường ở các cấp độ TCS từ cơ thể tới QT, loài, QX, HST và SQ. Đặc điểm nội dung kiến thức đã trình bày ở phần sau có quan hệ chặt chẽ với
phần trước. Tính hệ thống và kế thừa của nội dung STH có thể khái quát theo sơ đồ sau:
Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc nội dung STH 12 THPT.
Như vậy, bộ mơn STH có nội dung mang tính thực tiễn cao nên GV có thể lựa chọn PPDH phù hợp, phát huy tính chủ động và tích cực của HS, qua đó nâng cao khả năng liên hệ những kiến thức đã học trong SGK với thực tiễn cuộc sống.
2.1.2.2. Nội dung chương trình sinh thái học cấp độ trên cơ thể trong chương trình Sinh học trung học phổ thơng
Nội dung STH cấp độ trên cơ thể trong Sinh học 12 - THPT được thể hiện ở 3 chương, cụ thể:
Chƣơng I: Cá thể và quần thể sinh vật. Giới thiệu các vấn đề môi trường, sự tác động qua lại giữa cơ thể SV với môi trường. QT, các mối quan hệ trong QT, các đặc trưng cơ bản của QT và những biến động số lượng cá thể trong QT. Môi trường sống: + Đất + Nước + Khơng khí + SV STH TCS: + Cơ thể + QT - loài + QX + HST – SQ Thành phần: + Vô sinh + Hữu sinh + Con người Đặc điểm: Biến đổi theo không gian, thời gian Thích nghi: + Hình thái + Sinh lí + Tập tính Biểu hiện: + Cấu trúc + Trao đổi chất Ứng dụng: + Đời sống, sản xuất + BVMT
Bài 36: Quần thể sinh vật và mối quan hệ giữa các cá thể trong QT
Nội dung chủ yếu của phần STH QT gồm khái niệm QT; quan hệ hỗ trợ và cạnh tranh trong QT, ý nghĩa của các mối quan hệ; các đặc trưng của QTSV và ý nghĩa của việc nghiên cứu các đặc trưng cơ bản trong thực tiễn sản xuất và đời sống; kích thước QT, những yếu tố ảnh hưởng tới kích thước QT, QT tăng trưởng theo tiềm năng sinh học và tăng trưởng thực tế; nguyên nhân của các hiện tượng tăng giảm số lượng cá thể của một QT.
1. Khái niệm QT SV: QTSV là một tập hợp những cá thể cùng loài,
cùng sinh sống trong một khoảng không gian xác định, vào một thời điểm nhất định. Những cá thể trong QT có khả năng giao phối với nhau. Do đó QT có khả năng sinh sản tạo ra những thế hệ mới hữu thụ.
2. Mối quan hệ giữa các cá thể trong QT: Quan hệ giữa các cá thể
trong QT gồm 2 mặt: Hỗ trợ và cạnh tranh.
Nếu như quan hệ hỗ trợ giữa các cá thể trong QT đảm bảo cho QT khai thác được tối ưu nguồn sống của mơi trường, làm tăng khả năng sống sót và sinh sản của các cá thể thì thơng qua sự cạnh tranh, số lượng và sự phân bố của các cá thể trong QT duy trì ở mức phù hợp. Cạnh tranh là quá trình chọn lọc tự nhiên giữ lại những cá thể khỏe mạnh, khả năng sinh sản tốt.
Bài 37, 38: Các đặc trƣng cơ bản của quần thể sinh vật.
- QTSV bao gồm các đặc trưng cơ bản như: Tỉ lệ giới tính, nhóm tuổi,
sự phân bố các cá thể trong QT, mật độ QT, kích thước QT. Việc nghiên cứu các đặc trưng này có ý nghĩa rất lớn trong thực tiễn sản xuất và đời sống.
- Kích thước QT với những cực trị của nó:
Kích thước tối thiểu của QT là số lượng cá thể ít nhất mà QT cần có để duy trì và phát triển. Kích thước tối thiểu là đặc trưng cho lồi. Nếu kích thước QT xuống dưới mức tối thiểu, QT dễ rơi vào tình trạng suy giảm có thể dẫn tới diệt vong.
Kích thước tối đa của QT là giới hạn cuối cùng về số lượng cá thể mà QT có thể đạt được, phù hợp với khả năng cung cấp nguồn sống của môi
trường (phù hợp với sức chứa của mơi trường). Hai vấn đề này khơng chỉ có ý nghĩa lí thuyết mà cịn có giá trị thực tiễn rất lớn, nhất là trong việc khai thác và sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Do khai thác quá mức, ở nhiều lồi SV hoang dã, kích thước QT của chúng đã giảm xuống dưới mức tối thiểu mà chúng cần phải có để khơi phục lại số lượng.
- Những yếu tố ảnh hưởng tới kích thước QT là mức độ sinh sản, mức
độ tử vong, xuất cư và nhập cư của QT. Trong điều kiện môi trường không bị giới hạn QT tăng trưởng theo tiềm năng sinh học (đường cong tăng trưởng có hình chữ S). Trong nhiều trường hợp, một số QT không tăng trưởng theo tiềm năng sinh học.
Trong thực tế, khuynh hướng tăng trưởng theo tiềm năng sinh học thường xuất hiện ở những lồi có sức sinh sản lớn, số cá thể sống sót cao. Thuộc khuynh hướng này bao gồm các lồi có kích thước cơ thể nhỏ, tuổi thọ thấp như nấm, vi khuẩn, động vật nguyên sinh, cỏ một năm,… và các QT này thường có ở trong những HST trẻ. Tuy nhiên, các lồi này khơng thể phát triển tràn lan mà bị khống chế bởi các điều kiện khí hậu, thời tiết. Ngược lại, những lồi sinh sản ít, địi hỏi điều kiện chăm sóc cao thì tăng trưởng theo đường cong thực tế. Thuộc khuynh hướng này gồm các loài động vật, thực vật có kích thước cơ thể lớn như voi, tê giác, bị tót,… và các cây gỗ lớn.
Bài 39: Biến động số lƣợng cá thể của quần thể sinh vật.
Biến động số lượng của QT được coi là tiêu điểm sinh thái, phản ánh đầy đủ những đặc tính sinh học cơ bản của QT. Có hai dạng biến động số lượng:
Biến động không theo chu kì xảy ra do những nguyên nhân ngẫu nhiên như bão tố, lụt lội, cháy, ơ nhiễm… và biến động theo chu kì.
Những yếu tố mơi trường hoạt động có tính chu kì là ngun nhân gây ra sự biến động số lượng cá thể theo chu kì:
+ Chu kì ngày đêm. + Chu kì mùa. + Chu kì tuần trăng.
+ Chu kì nhiều năm.
- Các nhân tố điều chỉnh số lượng cá thể của QT bao gồm nhân tố sinh
thái phụ thuộc mật độ và nhân tố sinh thái không thuộc mật độ, sự cạnh tranh giữa các cá thể SV giành nguồn sống trong môi trường, kẻ thù ăn thịt,… Trong điều kiện môi trường sống thuận lợi, nguồn thức ăn dồi dào, các nhân tố điều chỉnh số lượng cá thể (cạnh tranh, kẻ thù ăn thịt,…) tác động làm cho QT tăng mức sinh sản, giảm mức độ tử vong, nhiều cá thể từ nơi khan hiếm nguồn sống nhập cư tới sống trong QT - nơi có nhiều nguồn sống hơn, qua đó số lượng cá thể của QT tăng lên.
Ngược lại, khi số lượng cá thể tăng cao (mật độ cá thể tăng cao), nguồn sống trở nên thiếu hụt, dẫn tới cạnh tranh gay gắt giữa các cá thể, làm tăng mức độ tử vong và giảm sức sinh sản của QT. Đồng thời, khi sự cạnh tranh giữa các cá thể tăng lên, nhiều cá thể trong QT sẽ xuất cư đi tìm nơi sống mới và số lượng cá thể của QT lại được điều chỉnh. Điều hòa số lượng cá thể (điều hòa mật độ cá thể) của QT dần dần sẽ dẫn tới trạng thái cân bằng của QT. Tham gia kiểm soát số lượng cá thể của QT bao gồm các mối quan hệ:
- Con mồi - vật ăn thịt, vật chủ - kí sinh và bệnh tật. - Cạnh tranh trong nội bộ loài.
- Cạnh tranh giữa các loài trong QX. - Sự di cư của một nhóm cá thể trong QT. - Sự cộng sinh giữa các loài trong QX.
Chƣơng II: Quần xã sinh vật (gồm các bài 40 và 41). Giới thiệu QX
và các đặc trưng của QX, mối liên hệ giữa các loài trong QX và sự biến động của QXSV.
Bài 40: QX và một số đặc trƣng cơ bản của QX
QX là một tập hợp các QTSV thuộc nhiều loài khác nhau, cùng sinh sống trong một không gian xác định (gọi là sinh cảnh). Các SV trong QX có mối quan hệ gắn bó với nhau như một thể thống nhất. Do vậy QX có cấu trúc tương đối ổn định. Các SV trong QX thích nghi với mơi trường sống của chúng.
Như vậy, trong khái niệm này nhấn mạnh đến những tập hợp QT khác loài, khơng chỉ gồm các nhóm SV có hoạt động chức năng khác nhau mà còn gồm các lồi có cùng hoạt động chức năng nhưng lại có các dạng sống khác nhau. QX cịn được gọi là mơi trường tồn tại, phân hóa và tiến hóa của các lồi.
Những mối quan hệ trong QX được coi là động lực chính dẫn đến hiện tượng phân hóa và tiến hóa của các lồi là:
- Quan hệ cạnh tranh giữa các loài
- Quan hệ con mồi - vật ăn thịt và vật chủ - kí sinh
- Quan hệ cộng sinh của các loài là một trong các quan hệ quan trọng trong các mối tương tác tích cực.
Khơng những vậy, mỗi QX là kết quả sự tương tác của các QT. Các QX được đặc trưng bởi thành phần lồi, sự phân bố cá thể trong khơng gian. Mỗi QX gồm nhiều nhóm SV có chức năng dinh dưỡng khác nhau như SV sản xuất, SV tiêu thụ, SV phân giải,…
QX không phải là phép cộng đơn giản các loài SV trong một sinh cảnh nhất định mà là tập hợp của những SV đã được hình thành bằng cơ chế chọn lọc tự nhiên trong một quá trình lịch sử thiết lập được những quan hệ sinh thái giữa chúng như quan hệ hỗ trợ hay quan hệ cạnh tranh. Quan hệ tương tác giữa các loài trong QX là thuộc tính của QX tạo nên những đặc trưng của từng QX có tính hằng số.
Mối quan hệ giữa số lồi và số lượng cá thể của mỗi loài là mối quan hệ nghịch biến, nghĩa là số lồi tăng lên thì số lượng cá thể của mỗi loài giảm đi. Điều này được giải thích bởi nguồn sống của sinh cảnh có giới hạn, các lồi sống trong đó buộc phải chia sẻ về khơng gian và nguồn sống. Khi số loài tăng lên, mối quan hệ sinh học giữa các lồi trở nên căng thẳng. Do đó, chúng phải phân hóa về ổ sinh thái, kéo theo là các biến đổi về đặc điểm hình thái, sinh lí và sinh thái cũng như mối quan hệ giữa các lồi.
Tính đa dạng về lồi trong QX thay đổi một cách có quy luật: khi đi từ các cực đến xích đạo hay từ khơi đại dương vào bờ. Khi QX phát triển thì
mức đa dạng về lồi tăng, cịn số lượng cá thể của các lồi giảm đi. Quy luật đó diễn ra ngược lại khi di chuyển theo hướng đối nghịch. Trong trường hợp đi từ đỉnh núi cao hay từ mặt biển xuống đáy sâu thì số lượng lồi và số lượng cá thể đều giảm. Điều này có quan hệ với điều kiện khó khăn của mơi trường ngày càng tăng.
Mối quan hệ sinh học trong QX là mối quan hệ khác loài, gồm các mối quan hệ hỗ trợ và mối quan hệ đối kháng. Hầu như các mối quan hệ này đều là những nhân tố kiểm soát (hay khống chế) sự phát triển cá thể mỗi loài.
Trong những mối quan hệ sinh học giữa các lồi có:
+ Mối quan hệ cạnh tranh có những điều kiện để dẫn đến loài này chiến thắng và một loài khác thua cuộc, những điều kiện dẫn đến sự chung sống của các loài trong QX.
+ Mối quan hệ giữa con mồi và vật dữ giúp cho việc hình thành cân bằng sinh học trong tự nhiên.
Cả hai mối quan hệ trên là một trong những động lực quan trọng dẫn đến sự phân hóa và tiến hóa của các lồi.
Bài 41: Diễn thế sinh thái
DTST là q trình phát triển tiến hóa của HST, từ một dạng khởi đầu trải qua các dạng trung gian để đạt đến trạng thái ổn định thiết lập được các giá trị hằng số về các đặc điểm Sinh học của QX.
Động lực của q trình DTST chính là sự biến đổi của mơi trường vật lí dưới sự kiểm sốt của QXSV. Trong q trình phát triển nhóm lồi ưu thế của QXSV thường làm cho môi trường biến đổi thuận lợi có khi khơng phải cho mình mà cho các nhóm lồi khác khiến có lồi có sức cạnh tranh cao hơn mình thay thế. Sự biến đổi của điều kiện mơi trường trở thành nguyên nhân trực tiếp, đồng thời còn quy định tốc độ và phạm vi của sự diễn thế. Đó cũng là ngun nhân giải thích vì sao có khi điều kiện mơi trường vật lí khơng thay đổi nhiều nhưng QX vẫn diễn thế, tiến hóa với cường độ cao.
Trong quá trình DTST, hàng loạt các chỉ số sinh thái thay đổi và ở trạng thái đỉnh cực, các mối quan hệ giữa các loài trong QX và giữa QX với môi trường đạt được trạng thái cân bằng động.
Chƣơng III: Hệ sinh thái, sinh quyển và bảo vệ môi trƣờng. Giới
thiệu về HST, thành phần cấu trúc HST, các kiểu HST, sự chuyển hóa vật chất và dòng năng lượng trong HST, chu trình sinh địa hóa, SQ, ứng dụng STH với việc quản lí và sử dựng bền vững nguồn lợi thiên nhiên.
Bài 42: Hệ sinh thái
HST là tổ hợp của một QXSV với mơi trường vật lí mà nó tồn tại, trong đó tồn tại quan hệ tương tác giữa các SV với nhau và với môi trường được thể hiện trong chu trình sinh địa hóa vốn là bản chất của cơ chế biến đổi vật chất và chuyển hóa năng lượng của HST.
HST bao giờ cũng là một hệ động lực mở, tự điều chỉnh vì hoạt động của nó tn theo các quy luật nhiệt động; hệ nhận VC&NL từ mơi trường ngồi, trong giới hạn sinh thái, khi chịu tác động của các yếu tố môi trường hệ biến đổi trạng thái của mình để phù hợp với điều kiện cân bằng mới. HST được cấu trúc bởi các thành phần sau:
+ SV sản xuất trong HST nguồn năng lượng chủ yếu là từ ánh sáng mặt trời: Là những loài thực vật và một số vi sinh vật có khả năng quang hợp và hóa tổng hợp.
+ SV tiêu thụ: Gồm các loài động vật sống dị dưỡng.
+ SV phân hủy: Là những vi SV dị dưỡng, SV sống hoại sinh. + Các chất vô cơ (cacbônic, nước, ôxi, nitơ, phốtpho…). + Các chất hữu cơ (prôtêin, gluxit, lipit, vitamin,…)
Bài 43: Trao đổi VC&NL trong HST
Sự trao đổi chất và kèm với nó là chuyển hóa năng lượng trong HST thể hiện qua chuỗi thức ăn, lưới thức ăn trong QX và với môi trường thơng qua chu trình sinh-địa-hóa.
Chuỗi thức ăn được hình thành trong mối quan hệ dinh dưỡng của các lồi trong QX. Trong đó một lồi này bắt một lồi khác làm thức ăn nhưng về phía mình nó lại làm mồi cho những loài tiếp theo.
Bậc dinh dưỡng là đơn vị cấu trúc nên chuỗi thức ăn có thể gồm nhiều lồi có quan hệ với nhau về mặt dinh dưỡng.
Trong thiên nhiên tồn tại ba loại chuỗi thức ăn cơ bản: chuỗi ăn cỏ được khởi đầu bằng thực vật, chuỗi phế liệu được khởi đầu bằng phế liệu và chuỗi thức ăn thẩm thấu được khởi đầu bằng các chất hữu cơ hòa tan. Tuy nhiên ở SGK chỉ trình bày hai loại đầu. Trong tự nhiên, ba chuỗi thức ăn đều hoạt động song song, nhưng tùy nơi, tùy thời gian mà một trong chúng đóng vai trị chủ yếu.
Lưới thức ăn là tổ hợp các chuỗi thức ăn, trong đó một số lồi nhờ có phổ thức ăn rộng đã đóng vai trị kết nối các chuỗi thức ăn lại với nhau. QX càng đa dạng về thành phần loài, giàu ổ sinh thái thì lưới thức ăn càng trở nên phức tạp. Trong vùng xích đạo và nhiệt đới, lưới thức ăn phức tạp hơn so với thức ăn vùng nước ngoài khơi.
Tháp sinh thái được hình thành khi ta xếp chồng các bậc dinh dưỡng từ thấp đến cao. Tháp sinh thái có ba dạng khác nhau, tùy thuộc vào cách sử dụng các đơn vị đo đếm mà ta có: tháp số lượng, tháp sinh khối và tháp năng lượng.
Tháp số lượng và sinh khối thường có dạng chuẩn, song cũng có những biến dạng do mối quan hệ của các lồi và do kích thước của cơ thể ở mỗi bậc