Trang 1
TRẠI HÈ PHƯƠNG NAM LẦN VIII Chuyên đề môn Sinh học QUẦN XÃ SINH VẬT Mã chuyên đề:.......... Tây Ninh, 2025
Trang 2
MỤC LỤC MỤC LỤC..........................................................................................................................2 Phần A. PHẦN MỞ ĐẦU...................................................................................................3 1. Lý do chọn đề tài..........................................................................................................3 2. Mục đích chuyên đề.....................................................................................................3 PHẦN B. NỘI DUNG.........................................................................................................4 1. Khái niệm và các đặc trưng cơ bản của một quần xã....................................................4 1.1. Khái niệm...............................................................................................................4 1.2. Các đặc trưng cơ bản của một quần xã....................................................................4 2. Các mối quan hệ trong quần xã.....................................................................................7 2.1. Quan hệ đối kháng..................................................................................................7 2.2. Quan hệ hỗ trợ........................................................................................................8 2.3. Khống chế sinh học, kiểm soát sinh học....................................................................9 3. Diễn thế sinh thái.......................................................................................................10 3.1. Khái niệm và các loại diễn thế sinh thái..............................................................11 3.2. Nguyên nhân gây ra diễn thế sinh thái................................................................12 3.3. Ý nghĩa của việc nghiên cứu diễn thế sinh thái...................................................12 4. Phương pháp giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi.....................................................12 PHẦN C. KẾT LUẬN.........................................................................................................13 TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................14 PHỤ LỤC. CÂU HỎI VẬN DỤNG................................................................................15 Trang 2
Trang 3
CHUYÊN ĐỀ: QUẦN XÃ SINH VẬT Phần A. PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài - Nội dung lý thuyết về quần xã sinh vật trong chương trình sách giáo khoa đơn giản. Học sinh khó khăn trong việc hiểu và vận dụng kiến thức chuyên sâu. Điều này gây lúng túng cho học sinh khi giải quyết tình huống trong những đề thi chọn học sinh giỏi các cấp. - Việc nghiên cứu, học tập những nội dung kiến thức nâng cao, mở rộng về chủ đề này để cung cấp cho học sinh nền tảng lý thuyết bên cạnh rèn luyện tư duy phân tích tổng hợp, giải quyết các tình huống nghiên cứu, thực tiễn cũng như trong các kì thi HSG các cấp. 2. Mục đích chuyên đề - Xây dựng một tài liệu giảng dạy chuyên sâu về quần xã sinh vật bao gồm nội dung lý thuyết, mở rộng các kiến thức và các bài tập vận dụng. - Tổng hợp các kiến thức về quần xã sinh vật và hướng dẫn rèn luyện năng lực thông qua một số tình huống/ bài tập vận dụng. - Hình thành khả năng tổng hợp, phân tích lý thuyết để vận dụng vào giải quyết các câu hỏi trong các đề thi HSG các cấp liên quan đến chủ đề quần xã. Trang 3
Trang 4
PHẦN B. NỘI DUNG 1. KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA MỘT QUẦN XÃ. 1.1. Khái niệm. - Quần xã sinh vật bao gồm các quần thể của nhiều loài khác nhau, cùng sống trong một không gian, thời gian nhất định, gắn bó với nhau như một thể thống nhất qua mối quan hệ dinh dưỡng và nơi ở. - Quần xã là một hệ mở có khả năng tự điều chỉnh. - Ví dụ: tập hợp các sinh vật trong rừng Nam Cát Tiên. 1.2 Các đặc trưng cơ bản của một quần xã. 1.2.1. Đặc trưng về phân bố trong không gian ( sự phân tầng) - Phân bố cá thể trong không gian của quần xã phụ thuộc vào nhu cầu sống của từng loài. Sự phân bố cá thể trong tự nhiên giúp giảm bớt mức độ cạnh tranh giữa các loài và nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn sống. - Quần xã có thể phân bố theo chiều thẳng đứng hoặc chiều ngang + Từ cực đến xích đạo, số loài tăng, nhưng số lượng cá thể mỗi loài giảm. + Từ bờ ra đại dương số loài giảm, nhưng số lượng cá thể mỗi loài tăng. + Từ thấp đến cao và từ mặt nước đến đáy sâu, số loài và số lượng cá thể mỗi loài đều giảm. 1.2.2. Đặc trưng về thành phần loài. a. Độ đa dạng của quần xã. - Là mức độ phong phú về số lượng loài và số lượng cá thể của mỗi loài trong quần xã. Các nhà khoa học thường tính toán sự đa dạng quần xã dựa vào độ giàu loài và độ phong phú tương đối của mỗi loài.Chỉ số thường được dùng phổ biến là độ đa dạng Shannon (H)) + Độ giàu loài: Số lượng các loài khác nhau trong quần xã. + Độ phong phú tương đối của mỗi loài: tỷ lệ cá thể của mỗi loài trên tổng số các cá thể trong quần xã. Khái niệm/ Đặc điểm Cách xác định n Độ D = i .100% N phong Là tỉ lệ cá thể của mỗi loài trên tổng số ( Trong đó n là số cá thể của loài i trong quần phú các cá thể trong quần xã i xã, N là số lượng cá thể của tất cả các loài trong ( D ) quần xã ) H = - ( PAlnPA + PBlnPB + … ) Chỉ số + H càng lớn thì quần xã càng đa ( Trong đó A, B,… là loài A, loài B,… ; PA, PB, Shannon dạng. … là độ phong phú của loài = Số cá thể của ( H ) loài / Số cá thể quần xã ) Lưu ý: Giá trị cao nhất của H xuất hiện khi các loài trong quần xã có số lượng tương đương. * Mối quan hệ giữa tính đa dạng và sự ổn định của quần xã. Trang 4
Trang 5
- Số lượng các loài trong quần xã và số lượng cá thể của mỗi loài biểu thị sự biến động hay ổn định, sự phát triển hay suy thoái của quần xã. - Quần xã càng có mức độ đa dạng cao thì càng ổn định : + Trong quần xã đa dạng, một loài quan hệ với nhiều loài và do vậy số lượng cá thể của chúng phụ thuộc lẫn nhau chặt chẽ trong mối quan hệ khống chế sinh học và cạnh tranh khác loài. + Quần xã có đa dạng cao có nguồn thức ăn phong phú và nhiều loài rộng thực có khả năng khai thác nguồn sống tốt hơn. + Trong quần xã đa dạng, một loài bị chết (hoặc di chuyển đi sống ở nơi khác) sẽ dễ dàng có những loài có quan hệ họ hàng gần gũi hoặc sử dụng nguồn thức ăn thay thế chức năng sinh thái của loài đó trong quần xã. + Số lượng cá thể của mỗi loài càng lớn thường đa dạng di truyền quần thể của loài trong quần xã ấy càng cao, phổ chống chịu của loài đối với các biến động của môi trường càng lớn, sự tồn tại của loài trong quần xã càng ổn định. * Những tác động nhiễu loạn làm ảnh hưởng tới đa dạng và thành phần loài. - Nhiễu loạn là sự kiện như bão tố, hoả hoạn, ngập lụt gia súc gặp quá nhiều cỏ, tác động con người, làm thay đổi một quần xã bằng cách loại bỏ sinh vật ra khỏi quần xã hoặc làm thay đổi nguồn sống của quần xã. - Đặc điểm của sự nhiễu loạn : + Nhiễu loạn ở mức cao : Giảm độ đa dạng loài do tạo sự căng thẳng về môi trường (sự khắc nghiệt vượt quá khả năng chịu đựng và phục hồi của loài) . Quần xã thường chỉ có những loài có chu kỳ sống ngắn, mức sinh sản cao Nhanh chóng khép kín vòng đời trong khoảng thời gian ngắn khi môi trường ổn định. + Nhiễu loạn ở mức thấp : Gây giảm độ đa dạng loài do loài ưu thế phát triển, cạnh tranh loại trừ với các loài khác làm giảm số lượng loài trong quần xã. + Nhiễu loạn ở mức trung bình : Làm tăng đa dạng quần xã bằng cách hạn chế sự phát triển quá mức của loài ưu thế, tạo điều kiện cho các loài khác phát triển. b. Loài ưu thế. - Là loài có số lượng lớn trong quần xã, có sinh khối cao, hoạt động mạnh. - Có ảnh hưởng quyết định đến các nhân tố sinh thái của môi trường ( Đến một thời điểm nhất định, nhân tố sinh thái vô sinh thay đổi quá nhiều Loài khác phát triển mạnh và thay thế loài ưu thế hiện tại ) và ảnh hưởng mạnh đến sự tồn tại và phân bố của các loài khác, quyết định chiều hướng tiến hoá quần xã. - Kiểm soát quần xã thông qua việc kiểm soát các yếu tố vô sinh. Trang 5
Trang 6
- Loài ưu thế phát triển quá mạnh lấn át các loài khác trong quần xã Giảm đa dạng loài trong quần xã. - Loài ưu thế chịu tác động của loài chủ chốt thông qua mối quan hệ dinh dưỡng. c. Loài thứ yếu. - Loài có số lượng cá thể ( sinh khối ) và mức độ hoạt động vừa. - Có thể thay thế loài ưu thế trong quá trình diễn thế nếu cạnh tranh thắng, thích nghi được với môi trường do loài ưu thế tạo ra Phát triển và thay đổi môi trường sống Thay thế loài ban đầu. d. Loài chủ chốt. - Loài chủ chốt kiểm soát cấu trúc quần xã bằng vai trò sinh thái chủ chốt của nó, hoặc bằng ổ sinh thái. Loài chủ chốt thường là loài động vật ăn thịt, giữ vị trí cuối cùng trong chuỗi thức ăn. - Có mức độ hoạt động rất mạnh, kiểm soát các loài khác trong quần xã thông qua mối quan hệ dinh dưỡng giúp duy trì đa dạng của quần xã. - Quần thể thường có kích thước nhỏ, kích thước cơ thể lớn, sinh khối nhỏ, thường nằm cuối chuỗi thức ăn. - Cách xác định loài chủ chốt: loại bỏ loài X → quan sát mức độ đa dạng của quần xã. Nếu kết quả có độ đa dạng giảm: X là loài chủ chốt. Ví dụ: Do hoạt động săn bắt rái cá biển ở bờ tây Bắc Mỹ nhằm khai thác lông da diễn ra quá rầm rộ, nên kích thước quần thể rái cá giảm mạnh dưới 1000 cá thể. Điều này dẫn đến hậu quả là quần thể nhím biển không bị kiểm soát và tăng nhanh chóng. Chúng phá hoại rừng tảo bẹ (vốn là ổ sinh thái của nhiều loài sinh vật biển) và hệ quả làm biến mất những loài phụ thuộc vào rừng tảo bẹ. Hậu quả là quần xã rừng tảo bẹ bị suy thoái trầm trọng Rái cá là loài chủ chốt. e. Loài cơ sở. - Thay đổi quần xã thông qua thay đổi môi trường vật lí, làm thay đổi môi trường sống thông qua tập tính hoạt động hoặc thu nhận sinh khối lớn từ môi trường. Ảnh hưởng của loài cơ sở đến các loài khác có thể là dương hoặc âm tính tuỳ theo nhu cầu của loài khác. Ví dụ: Ở vùng đầm lầy ngập mặn New England, loài cỏ Juncus gerardi có khả năng ngăn cản quá trình ngập mặn nhờ che phủ bề mặt đất, chống bốc hơi nước. Đồng thời, loài cây này có bộ rễ xuyên qua các lớp đất sâu và dẫn truyền khí oxygen xuống các mô rễ dưới sâu, từ đó bảo vệ đất đầm lầy khỏi bị yếm khí. Chính nhờ 2 tác động trên, cỏ Juncus đã hỗ trợ làm tăng khả năng sống sót của một số loài thực vật trong vùng ngập mặn này, làm tăng số lượng loài cây trong vùng. f. Loài vãng lai. - Sinh khối và mức độ hoạt động thấp. Nếu bị loại bỏ cũng không ảnh hưởng nhiều đến quần xã. g. Loài ngoại lai. - Không có sẵn, được nhập từ quần xã khác nhờ các yếu tố khách quan hoặc con người. - Một số loài ngoại lai không chịu sự kiểm soát của loài nào có thể phát triển và đánh thắng loài bản địa trở thành loài xâm lấn, gây hại cho quần xã. Vd; rùa tai đỏ, ốc bươu vàng, cây mai dương. Trang 6
Trang 7
+ Khi rùa tai đỏ, ốc bươu vàng mới xâm nhập vào Việt Nam chúng không hoặc có rất ít thiên địch (loài ăn thịt chúng) cũng như không hoặc ít gặp phải sự cạnh tranh của các loài khác. Đồng thời số lượng của chúng còn ít, nguồn sống của môi trường rất dồi dào nên chúng có tốc độ tăng trưởng rất nhanh. + Ngoài ra, rùa tai đỏ, ốc bươu vàng là những loài có tốc độ sinh sản cao, giới hạn sinh thái rộng (ăn được nhiều loài khác) hơn các loài bản địa nên chúng trở thành những loài ưu thế. Vì vậy, chúng cạnh tranh thành công hơn và có thể loại trừ nhiều loài bản địa có ổ sinh thái trùng với chúng hoặc chúng tiêu diệt các loài là thức ăn của các loài bản địa. 2. CÁC MỐI QUAN HỆ TRONG QUẦN XÃ. 2.1. Quan hệ đối kháng - Quan hệ đối kháng giữa 2 hay nhiều loài, trong đó loài được lợi sẽ thắng thế và phát triển, loài bị hại sẽ bị suy thoái. Tuy nhiên, cũng có một số trường hợp cả hai loài ít nhiều đều bị hại. Quan hệ đối kháng bao gồm các mối quan hệ : Cạnh tranh, kí sinh – vật chủ, ức chế - cảm nhiễm, sinh vật ăn sinh vật khác. 2.1.1. Quan hệ cạnh tranh khác loài - Các loài có ổ sinh thái trùng nhau ( chủ yếu là trùng nhau về ổ sinh thái dinh dưỡng và nơi ở ) thường dẫn đến cạnh tranh với nhau. Sự trùng lặp về ổ sinh thái càng lớn thì cạnh tranh càng gay gắt. - Cạnh tranh là nguyên nhân dẫn đến sự phân li các ổ sinh thái khác nhau, ảnh hưởng tới sự phân hoá hình thái của sinh vật, sự phân ly ổ sinh thái giúp giảm mức độ độ cạnh tranh giữa các loài. ( thu hẹp ổ sinh thái) * Cạnh tranh loại trừ : - Trong một môi trường không có tác động nhiễu loạn, loài nào sử dụng nguồn sống hiệu quả hơn thì sẽ sinh sản nhanh hơn loài khác. Thậm chí chỉ cần 1 loài có ưu thế sinh sản hơn một chút so với loài kia thì rốt cuộc loài cạnh tranh kém hơn sẽ bị loại trừ hoặc bị tiêu diệt hoặc phải rời đi nơi khác Cách ly sinh thái, mở rộng vùng phân bố, thúc đẩy tiến hoá, hình thành loài mới. - Giữa các loài cạnh tranh : + Tiềm năng sinh học khác nhau : Loài có tiềm năng sinh học cao loại trừ loài có tiềm năng sinh học thấp hơn. + Tiềm năng sinh học giống nhau : Loài có số lượng lớn hơn sẽ cạnh tranh thắng thế. + Bậc tiến hóa khác nhau : Loài ở bậc tiến hóa cao hơn sẽ cạnh tranh thắng thế. * Cạnh tranh không loại trừ : - Cạnh tranh không lại trừ sẽ dẫn đến phân ly ổ sinh thái. 2.1.2. Quan hệ sinh vật ăn sinh vật khác Trang 7
Trang 8
- Là mối quan hệ giữa một loài sử dụng loài khác làm thức ăn, như quan hệ giữa động vật ăn thực vật, động vật ăn thịt ( vật dữ - con mồi ) hoặc thực vật bắt sâu bọ. - Động vật sử dụng thực vật làm thức ăn, tuy nhiên trong một số trường hợp, động vật ăn thực vật cũng tác động tích cực đến quá trình mở rộng khu phân bố của quần thể thực vật. 2.1.3. Kí sinh - vật chủ - Một loài sống bám (vật kí sinh) thu nhận chất dinh dưỡng từ vật chủ nhưng không giết chết vật chủ. - Xét trong chuỗi thức ăn : Kích thước vật ký sinh nhỏ hơn kích thước vật chủ. Vật chủ ( kích thước lớn, số lượng nhỏ) Vật ký sinh (kích thước nhỏ, số lượng lớn) Nếu sử dụng tháp số lượng để đánh giá, khả năng cao sẽ ghi nhận dạng tháp lộn ngược. - Tiềm năng sinh học của vật kí sinh lớn hơn vật chủ. Những loài kí sinh càng có tiềm năng sinh học cao càng dễ gây hại cho sinh vật chủ. Sinh vật kí sinh không giết chết ngay sinh vật chủ, mà chúng lấy chất dinh dưỡng từ sinh vật chủ, gây bệnh cho sinh vật chủ do đó mà vật chủ bị yếu dần. - Sinh vật kí sinh không có đời sống tự do mà chuyên hoá hẹp và phụ thuộc vào đời sống của sinh vật chủ. 2.1.4. Ức chế cảm nhiễm - Một loài vô tình làm hại loài khác trong quá trình sinh trưởng. Ví dụ: Trong sự phát triển của mình, khuẩn lam thường tiết ra các chất độc, gây hại cho các loài động vật xung quanh. Nhiều loài tảo biển khi nở hoa sẽ gây ra hiện tượng thủy triều đỏ làm cho hàng loạt các động vật không xương sống, cá, chim chết vì nhiễm độc trực tiếp hoặc gián tiếp qua chuỗi thức ăn. 2.2. Quan hệ hỗ trợ. 2.2.1. Cộng sinh: cả 2 loài cùng có lợi. - Mối quan hệ thường xuyên ở mức cá thể, có sử dụng sản phẩm trao đổi chất của nhau. Ví dụ: Cây tổ kiến (còn gọi là kỳ nam kiến) là loài cây sống bám trên các cây thân gỗ cây. Khi cây còn non, chúng lấy chất dinh dưỡng từ cây chủ nhưng khi lớn lên, nguồn dinh dưỡng cạn kiệt không thể giúp chúng phát triển. Lúc này, trong thân cây phình to bắt đầu hình thành các lỗ hang và tiết ra những chất quyến rũ loài kiến đến làm tổ. Đây là mối quan hệ cộng sinh – cây là nơi trú ẩn an toàn cho kiến, trong khi kiến tha mùn, thải phân làm nguồn nuôi dưỡng cây và bảo vệ cây trước sự xâm nhập của các loại côn trùng có hại.Mối quan hệ giữa cây và kiến bây giờ là mối quan hệ chặt chẽ ở mức độ cá thể, diễn ra thường xuyên. - Phần lớn là cộng sinh không bắt buộc (mối quan hệ giữa vi khuẩn cố định đạm Rhizobium với cây họ đậu). - Cộng sinh bắt buộc: không gắn với nhau sẽ chết, thường là sinh vật này trong sinh vật kia (tảo với nấm, khi di cư từ nước lên cạn, nấm lấy nước khoáng, tảo có khả năng tạo chất hữu cơ → cộng sinh rất bền vững). - Quan hệ cộng sinh đôi khi kéo theo sự tiến hóa các đặc điểm thích nghi của cả 2 loài, sự thay đổi của một loài có thể liên quan tới khả năng sống sót và sinh sản của loài khác. Trang 8
Trang 9
Ví dụ : Một số loài kiến nhiệt đới biết “trồng nấm”: Kiến kiếm lá cây, cắt nhỏ mang về tổ của mình để trồng nấm. Nấm được “trồng” cung cấp chất dinh dưỡng cho kiến. Mô hình này cũng dẫn đến những tiến hóa mới ở cả loài nấm và kiến. Loài kiến biết cấy các nhóm vi sinh vật để phân hủy lá nhanh hơn. Nấm thì sinh sản nhanh hơn đảm bảo nguồn thức ăn phong phú cho kiến. 2.2.2. Hợp tác: cả 2 loài cùng có lợi. - Mối quan hệ không thường xuyên, ở mức cá thể. Ví dụ: + Ở biển, các loài tôm, cá nhỏ thường bò trên thân cá lạc, cá dưa để ăn các ngoại kí sinh sống ở đây làm thức ăn; sáo thường đậu trên lưng trâu, bò bắt “chấy, rận” để ăn. + Hợp tác làm tổ của tập đoàn nhạn bể và cò giúp cho cả hai bên bảo vệ được trứng và con non trước kẻ thù; hợp tác giữa chim sáo và trâu rừng; giữa chim mỏ đỏ và linh dương. Chim tìm thức ăn là ve bét dưới lớp lông của trâu, khi phát hiện có thú dữ tới gần, chim bay lên nhờ đó báo động cho trâu. 2.2.3. Hội sinh: Một bên được lợi, một bên không lợi không hại. Ví dụ: + Mối quan hệ giữa dương xỉ với cây gỗ: dương xỉ sống bám trên thân cây, thuận lợi cho việc lấy nước và ánh sáng. + Nhiều loài phong lan và cây thân gỗ. + Ở biển, cá ép luôn tìm đến các loài động vật lớn (cá mập, vích…) để ép chặt vào, nhờ đó, cá dễ dàng di chuyển xa, dễ kiếm ăn và hô hấp. 2. 3. Khống chế sinh học, kiểm soát sinh học. 2.3.1. Hiện tượng khống chế sinh học và kiểm soát sinh học. - Khống chế sinh học là hiện tượng số lượng cá thể của một loài bị khống chế ở một mức nhất định, không tăng cao quá hoặc giảm thấp quá do tác động của các mối quan hệ hoặc hỗ trợ hoặc đối kháng giữa các loài sinh vật trong quần xã. - Ý nghĩa của hiện tượng khống chế sinh học : + Ý nghĩa sinh học : Làm số lượng cá thể của mỗi quần thể dao động ở trạng thái cân bằng tạo trạng thái cân bằng sinh học trong quần xã bảo đảm sự cân bằng ổn định của hệ sinh thái. + Ý nghĩa thực tiễn : Là cơ sở khoa học cho biện pháp đấu tranh sinh học (kiểm soát sinh học). - Kiểm soát sinh học là biện pháp sử dụng các sinh vật (thiên địch) để khống chế sự phát triển về số lượng của các sinh vật gây hại cho mùa màng và con người. 2.3.2 Hai mô hình phổ biến của tổ chức quần xã. a. Mô hình từ dưới lên: N → V → H → P (Nutrients, Vegetation,Herbivores, predators) - Ảnh hưởng là một chiều từ bậc dinh dưỡng bên dưới tới bậc dinh dưỡng cao hơn. Trong trường hợp này, hàm lượng các chất khoáng (N) trong đất sẽ khống chế số lượng thực vật (V), thực vật khống chế số lượng động vật ăn cỏ (H), đến lượt động vật ăn cỏ khống chế động vật Trang 9
Trang 10
ăn thịt (P). - Để thay đổi cấu trúc quần xã theo mô hình từ dưới lên thì cần thay đổi sinh khối ở bậc dinh dưỡng thấp nhất, thay đổi đó sẽ được truyền qua toàn bộ lưới thức ăn. - Nếu thả thêm hoặc loại bỏ động vật ăn thịt ra khỏi quần xã có mô hình từ dưới lên thì sẽ không ảnh hưởng đến các bậc dinh dưỡng thấp hơn. b. Mô hình từ trên xuống: N ← V ← H ← P (mô hình thác dinh dưỡng) - Vật ăn thịt là sinh vật chủ yếu khống chế tổ chức quần xã, trong đó vật ăn thịt hạn chế động vật ăn cỏ, động vật ăn cỏ hạn chế thực vật, sự hấp thu chất dinh dưỡng từ đất của thực vật ảnh hưởng đến hàm lượng của chúng ở trong đất. - Ảnh hưởng truyền từ bậc dinh dưỡng cao xuống các bậc dinh dưỡng thấp theo thứ tự luân phiên +, -. - Ý nghĩa thực tiễn: Các nhà sinh thái học áp dụng mô hình từ trên xuống để cải tạo chất lượng nước của các hồ bị ô nhiễm → kiểm soát sinh học. Ví dụ: thay đổi mật độ của SV tiêu thụ ở bậc dinh dưỡng cao ngăn cản hiện tượng tảo nở hoa, hiện tượng phú dưỡng thay cho biện pháp xử lý bằng hóa chất. Theo sơ đồ sau, nếu loại bớt cá động vật phù du tăng tảo giảm nước sạch hơn. 3. DIỄN THỂ SINH THÁI. 3.1 Khái niệm và các loại diễn thế sinh thái. - Diễn thế sinh thái (DTST) là quá trình biến đổi tuần tự của quần xã qua các giai đoạn, tương ứng với sự biến đổi của môi trường. Trong quá trình diễn thế, song song với quá trình biến đổi quần xã là quá trình biến đổi về điều kiện tự nhiên như khí hậu, thổ nhưỡng,… - Diễn thể nguyên sinh : Là diễn thể khởi đầu chưa có hoặc có rất ít sinh vật. Thông thường thì dạng sống duy nhất xuất hiện đầu tiên trong diễn thể nguyên sinh là các sinh vật nhân sơ tự dưỡng hoặc dị dưỡng và nguyên sinh vật. Các giai đoạn : + Giai đoạn khởi đầu : Các sinh vật đầu tiên phát tán tới hình thành nên quần xã mới. + Giai đoạn giữa: Gồm các quần xã sinh vật biển đổi tuần tự, thay thế lẫn nhau + Giai đoạn cuối: Hình thành quần xã tương đối ổn định ( quần xã định cực) - Diễn thế thứ sinh : Là diễn thể xuất hiện ở mỗi trường đã từng có một quần xã sinh vật từng sống nhưng quần xã đó bị hủy diệt do những thay đổi của tự nhiên hoặc do hoạt động của con người. Quần xã mới được phục hồi, thay thế dẫn quẩn xã bị hủy diệt hoặc bị suy thoái. Các giai đoạn : + Giai đoạn khởi đầu : Quần xã sinh vật bị hủy diệt Trang 10
Trang 11
+ Giai đoạn giữa : Gồm các quẩn xã biến đổi tuần tự, thay thế lẫn nhau. + Giai đoạn cuối : Trong điều kiện thuận lợi, hình thành nên quần xã sinh vật tương đối ổn định. Trong điều kiện không thuận lợi, hình thành quần xã sinh vật suy thoái. - Trong DTST, các loài đến định cư sớm hoặc muộn hơn có thể liên kết với nhau theo các kiểu: + Loài đến sớm tạo môi trường thuận lợi cho loài đến sau phát triển bằng rất nhiều cách như tăng sự màu mỡ, khả năng giữ nước của đất hoặc che chở cây con khỏi tác động của gió và mặt trời, ... + Loài đến trước ức chế sự phát triển của loài đến sau, nhưng loài đến sau vẫn có thể định cư thành công. + Loài đến trước hoàn toàn độc lập với loài đến sau : Loài đến sau chịu đựng được các điều kiện tạo ra trước đó, loài trước không cản trở hay giúp đỡ loài đến sau. - Đặc điểm các giai đoạn trong diễn thế nguyên sinh trên cạn: (1) (2) (3) (4) Sinh vật Cỏ ưa sáng, địa y, Cây bụi, cỏ ưa Cây gỗ nhỏ, cây bụi, Cây gỗ lớn, gỗ nhỏ ưa sáng, rêu sáng, cỏ chịu cỏ chịu bóng, động cây ưa bóng, động vật đất, bóng, côn trùng vật đất trung bình, động vật ăn cỏ, động vật ăn cỏ, động vật động vật ăn cỏ, động phân giải, chim trong không đất nhỏ vật phân giải sâu dưới gian đất Phân 1 tầng 1 – 2 tầng 2 tầng rõ ràng 3 – 4 tầng tầng Cấu Sinh vật sản xuất Có thêm sinh Sinh vật sản xuất, Sinh vật sản xuất, sinh vật trúc về hoạt động mạnh. vật tiêu thụ (chủ sinh vật tiêu thụ có tiêu thụ và sinh phân giải chức yếu bậc 1) vai trò quan trọng, có với tỉ lệ phù hợp. năng thêm sinh vật phân loài giải. Loài ưu Cỏ ưa sáng Cây gỗ lớn thế Nhân tố Ánh sáng mạnh, Ánh sáng mạnh Ánh sáng phân hóa Ánh sáng phân hóa rất vô sinh khô hạn hoặc ẩm, có phân hóa, đất mạnh, đất ẩm, có lớp mạnh, nhiệt độ, độ ẩm Trang 11
Trang 12
nhiệt độ không ổn ẩm hơn, nhiệt thảm mục bao phủ, quanh năm tương đối ổn định, đất ít mùn, độ không ổn đất có sự phân tầng định, đất nhiều mùn, thảm tầng đất mặt định, đất giàu ( đất mặt, đất sét, cát thực vật và sinh vật đất phát nông. mùn hơn, pH sỏi, đá mẹ ). triển, đất phân tầng. trung tính. Ổ sinh Ổ sinh thái rộng Ổ sinh thái bắt đầu thu hẹp dần do cấu Ổ sinh thái các loài hẹp, ít thái do số lượng loài trúc loài trở nên đa dạng và phức tạp trùng lặp do cấu trúc quần ít. hơn. xã đã ổn định. 3.2. Nguyên nhân diễn thế sinh thái Nguyên nhân bên ngoài: - Do tác động của ngoại cảnh lên quần xã. - Sự thay đổi về môi trường, khí hậu thường gây những biến đổi trong cấu trúc quần xã. - Các dạng thiên tai gây ra sự chết hàng loạt của các loài sinh vật. Nguyên nhân bên trong: - Sự cạnh tranh giữa các loài đóng vai trò quan trọng trong việc làm biến đổi quần xã. - Nhóm loài ưu thế là loài đóng vai trò quan trọng trong diễn thế - Ngoài ra, các hoạt động khai thác tài nguyên của con người đóng vai trò quan trọng trong việc làm biến đổi và làm suy thoái tài nguyên đồng thời cũng có các hoạt động cải tạo nhằm đa dạng hoá tự nhiên 3.3. Ý nghĩa của việc nghiên cứu diễn thế sinh thái - Nghiên cứu diễn thế sinh thái để điều chỉnh xu hướng diễn thế theo hướng thiết lập trạng thái cân bằng, tồn tại và phát triển của hệ sinh thái một cách ổn định theo thời gian. - Nghiên cứu diễn thế sinh thái nhằm dự đoán được xu hướng phát triển của quần xã sinh vật để chủ động xây dựng kế hoạch trong việc bảo vệ và khai thác hợp lí các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Đồng thời, có thể kịp thời đề xuất các biện pháp khắc phục những biến đổi bất lợi của môi trường, sinh vật và con người. 4. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI - Giáo viên định hướng học sinh nghiên cứu nội dung bài học thông qua các nguồn tài liệu tham khảo. Bên cạnh giáo viên cũng chuẩn bị các nội dung bài học có lồng ghép các tình huống thực tiễn (giả định) để học sinh xử lý ngay trong giờ học lí thuyết. - Tập hợp câu hỏi từ ở các cấp độ tư duy khác nhau được trích từ các nguồn đề tham khảo ( IBO, HSG QG, các kì thi olympic KHTN HN,…) giúp HS rèn kĩ năng phân tích tình huống, tổng hợp kiến thức từ đó nâng cao năng lực giải quyết vấn đề. Trang 12
Trang 13
PHẦN C. KẾT LUẬN - Nhìn chung với cách tiến hành giảng dạy và khai thác các vấn đề của chuyên đề này nhiều HS trong đội tuyển lớp đã nâng cao năng lực xử lý tình huống, tuy vậy với các chủ đề liên quan đến sinh thái thì cũng gặp 1 số khó khăn khi tìm kiếm các nghiên cứu và bài báo khoa học trong nước để làm tư liệu khai thác vấn đề. Nên hầu hết các tình huống được đưa ra đều dựa trên các nguồn tài liệu tham khảo. - Trên đây là một số nội dung của chuyên đề được tổng hợp. Rất mong được nhiều nhận xét, góp ý từ quí đồng nghiệp để có thể hoàn thiện, nâng cao chất lượng chuyên đề, giúp giảng dạy bồi dưỡng chuyên đề hiệu quả hơn. Trang 13
Trang 14
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Campbell – Reece (2011). Biology (Eighth Edition), Sinh học, Dịch theo sách xuất bản lần thứ tám, NXB Giáo dục Việt Nam. 2. Mai Sỹ Tuấn – Cù Huy Quảng (2009). Tài liệu giáo khoa chuyên sinh học trung học phổ thông, Sinh thái học, NXB Giáo dục Việt Nam. 3. Đề thi học sinh giỏi quốc gia môn Sinh học, đề thi Olympic sinh học quốc tế (IBO), đề thi Olympic KHTN Hà nội môn Sinh học, … 4. https://vi.wikipedia.org/wiki/Qu%E1%BA%A7n_x%C3%A3_sinh_h%E1%BB%8Dc Trang 14
Trang 15
PHỤ LỤC: CÂU HỎI LUYỆN TẬP Câu 1: Trong hình bên, kí hiệu A, B, C, D là các loài khác nhau trong một hệ sinh thái. Hãy cho biết: a. Mỗi kí hiệu trên tương ứng với mỗi loài nào sau đây: loài thứ yếu, loài ưu thế, loài ngẫu nhiên hay loài chủ chốt? b. Đặc điểm sinh thái và mức độ tác động của mỗi loài A, B, C, D tớ các loài khác và tới sự biến đổi của hệ sinh thái. Hướng dẫn: a. A là loài chủ chốt; B là loài ưu thế; C là loài thứ yếu; D là loài ngẫu nhiên b. Loài chủ chốt là loài động vật ăn thịt, hung dữ có sinh khối thấp nhưng hoạt động mạnh, làm biến đổi mạnh hệ sinh thái thông qua khống chế chuỗi thức ăn. - Loài ưu thế là loài có số lượng cá thể nhiều, sinh khối lớn và hoạt động mạnh, làm biến đổi hệ sinh thái, tác động mạnh mẽ làm thay đổi các nhân tố vô sinh của hệ sinh thái. Loài ưu thế thường là thực vật có kích thước lớn. - Loài thứ yếu: là những loài luôn cạnh tranh với loài ưu thế và thay thế loài ưu thế ở những giai đoạn tiếp theo của diễn thế sinh thái. Loài thứ yếu có đặc điểm gần giống với loài ưu thế, thường là thực vật có số lượng cá thể nhiều, sinh khối lớn và hoạt động mạnh làm thay đổi các nhân tố vô sinh của hệ sinh thái. - Loài ngẫu nhiên là loài có sinh khối thấp, tác động yếu và không thường xuyên tới các nhân tố sinh thái của hệ sinh thái. Câu 2: Hình sau mô tả các đảo đại dương được xuất hiện gần như cùng một thời điểm, kí hiệu A, B, C, D và E. Hãy cho biết đảo nào có độ đa dạng thành phần loài cao nhất và đảo nào có độ đa dạng thành phần loài thấp nhất, nếu thời gian tiến hoá của các loài sinh vật ở trên các đảo là như nhau? Giải thích. Hướng dẫn: - Số lượng loài trên đảo phụ thuộc vào: + (1) số lượng loài được hình thành trên đảo; + (2) số lượng loài bị tuyệt chủng; + (3) số lượng loài di cư tới đảo. - Số lượng loài ở đảo A, là lớn nhất vì đảo này gần lục địa nhất và lớn nhất nên có nhiều cơ hội đón nhận được những cá thể của các loài khác di cư tới. Ngoài ra, do kích thước đảo lớn nhất nên có nguồn sống phong phú nhất, hình thành nhiều ổ sinh thái, vì vậy sẽ có ít loài bị tuyệt chủng nhất/cũng như có nhiều loài được hình thành hơn ở các đảo nhỏ. - Đảo có độ đa dạng thành phần loài ít nhất là đảo C, vì đảo này nhỏ và xa nhất nên có ít cơ hội nhận được các loài khác di cư tới; số lượng loài tuyệt chủng cũng cao hơn và số lượng loài mới Trang 15
Trang 16
được hình thành ít hơn do nguồn sống không phong phú, ổ sinh thái không đa dạng. Câu 3: So sánh mối quan hệ vật ăn thịt-con mồi với mối quan hệ vật kí sinh-vật chủ. Cho một ví dụ về ứng dụng của mối quan hệ vật ăn thịt-con mồi trong phòng trừ côn trùng gây hại bằng biện pháp sinh học. Hướng dẫn: Giống nhau: - Đều là mối quan hệ đối kháng giữa hai loài: một loài có lợi, loài kia bị hại. - Loài này sử dụng chất dinh dưỡng của loài kia. - Đều góp phần quan trọng vào điều chỉnh số lượng cá thể và số lượng loài trong quần xã. Khác nhau: Đặc điểm Vật ăn thịt-con mồi Kí sinh-vật chủ Kích thước cơ thể Vật ăn thịt thường lớn hơn con Vật kí sinh thường nhỏ hơn mồi. vật chủ. Mức quan hệ Vật ăn thịt giết chết con mồi. Vật kí sinh thường không giết chết vật chủ. Số lượng cá thể Số lượng vật ăn thịt thường ít Số lượng vật kí sinh thường hơn số lượng con mồi. nhiều hơn số lượng vật chủ. - Hiện tượng khống chế sinh học: Sử dụng loài cóc Bufo marinus để tiêu diệt sâu hại mía, dùng kiến vống (Decophylla smaradina) để tiêu diệt sâu hại cam,… Câu 4: a. Nhiều nhà sinh thái cho rằng quan hệ cạnh tranh khác loài là quan hệ sinh thái cơ bản, là động lực của chọn lọc tự nhiên, có vai trò đối với sự tiến hóa và đa dạng sinh học. Hãy giải thích nhận định trên. b. Bên cạnh mối quan hệ cạnh tranh khác loài, còn có mối quan hệ sinh thái khác loài nào cũng là động lực của chọn lọc tự nhiên. Tại sao? Hướng dẫn: a. - Quan hệ cạnh tranh khác loài quan hệ giữa hai hay nhiều loài, chúng tranh giành nhau nguồn sống như thức ăn, nơi ở,...Những loài có quan hệ sinh thái gần nhau, có nguồn sống giống nhau thì quan hệ cạnh tranh càng gay gắt. - Cạnh tranh là nguyên nhân dẫn đến sự phân hóa ổ sinh thái khác nhau, ảnh hưởng đến sự phân hóa hình thái của sinh vật nhờ đó mức độ cạnh tranh được giảm bớt; nhiều loài sinh vật có thể sống chung trong 1 khu phân bố → tăng đa dạng sinh học. - Cạnh tranh ảnh hưởng tới sự phân bố địa lí, nơi ở của các loài ... là cơ sở cho hình thành những quần thể, quần xã sinh vật và là cơ sở cho tiến hóa của loài. b. Ngoài quan hệ cạnh tranh khác loài thì quan hệ sinh vật ăn sinh vật khác cũng là động lực của quá trình chọn lọc tự nhiên. -Vật ăn thịt trước hết giúp quần thể con mồi đào thải cá thể yếu, những con mồi thiếu nhanh nhẹn. Bên cạnh đó để tăng hiệu quả bắt mồi, vật ăn thịt thường có những đặc điểm thích nghi Trang 16
Trang 17
về hình thái và khả năng bắt mồi: nanh vuốt nhọn, tinh mắt, chạy nhanh, ... - Đồng thời con mồi cũng hình thành những đặc điểm giúp chống lại kẻ thù tốt hơn: màu sắc, hình dáng ngụy trang; màu sắc báo hiệu, tuyến nọc độc, khả năng chạy nhanh Câu 5: Có hai hồ nước ngọt bị ô nhiễm nặng do nước thải sinh hoạt khiến vi khuẩn lam phát triển bùng phát. Sự phát triển của vi khuẩn lam đã dẫn tới sự phát triển mạnh của loài cá Rutilus- một loài cá ăn tạp, đôi khi có sử dụng vi khuẩn lam làm thức ăn. Đa dạng sinh học của hai hồ nước bị giảm mạnh, chỉ số Shannon xuống mức dưới 0,5. Để làm sạch hồ, các nhà khoa học đã làm như sau: Hồ 1: trong 2 năm liên tiếp, người ta đã sử dụng các biện pháp cơ học để loại bỏ vi khuẩn lam cùng lúc lần lượt loại bỏ 20%, 40%, 60% cá Rutilus ra khỏi hồ. Sau hai năm chỉ số Shannon vẫn nhỏ hơn 0,5 và thành phần loài trong hồ gần như không thay đổi. Hồ 2: bổ sung thêm cá chó, một loài cá sử dụng cá Rutilus làm thức ăn vào hồ. Sau 2 năm chỉ số Shannon là 1,36. a. Căn cứ trên chỉ số Shannon, em hãy đánh giá mức độ ô nhiễm của mỗi hồ trước và sau khi có tác động làm sạch của con người. b. Trên cơ sở sinh thái học, em hãy phân tích nguyên nhân dẫn đến sự kiểm soát hồ 1 bị thất bại. c. Mô hình kiểm soát đa dạng sinh học thành công ở đây là mô hình từ trên xuống hay từ dưới lên? Giải thích. Hướng dẫn: a. Trước khi làm sạch: Chỉ số Shannon < 0,5 → ô nhiễm nghiêm trọng ở 2 hồ. Sau làm sạch: hồ 1: vẫn ô nhiễm nghiêm trọng, hồ 2 giảm ô nhiễm. b. Hồ 1: loại bỏ vi khuẩn lam và loài cá Rutilus số lượng cá thể giảm → quần thể tự điều chỉnh: tăng sinh, giảm tử → sau 1 thời gian số lượng 2 loài lại tăng lên cân bằng với sức chứa → kiểm soát hồ 1 thất bại. Hồ 2: thả cá chó → Rutilus giảm → tạo cơ hội cho các loài khác ( sử dụng vi khuẩn làm thức ăn) tăng số cá thể → vi khuẩn lam giảm → sinh vật phù du tăng lên → thực vật khác phát triển → giảm ô nhiễm môi trường c. Kiểm soát từ trên xuống. Trang 17
Trang 18
Câu 6: Một nhà nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm trên hai hòn đảo. Các hòn đảo có kích thước, khí hậu, thành phần loài và độ phong phú tương tự nhau. Ban đầu, cùng một loài rắn ( X) đều có mặt trên cả hai hòn đảo (A và B). Trong thí nghiệm, nhà nghiên cứu đã loại bỏ loài rắn X ra khỏi đảo A. Ở đảo B, loài rắn này không bị loại bỏ. Sau đó, nhà nghiên cứu ghi lại số lượng loài trên mỗi hòn đảo mỗi tháng, trong 2 năm. Kết quả được thể hiện ở hình bên. Hãy giải thích sự khác biệt về số lượng loài ở 2 đảo A và B sau 2 năm. Hướng dẫn: - Đảo B ( đảo đối chứng) số lượng loài dao động 35-40 loài qua các tháng thí nghiệm. - Đảo thí nghiệm A khi loại bỏ loài rắn X thì số lượng loài giảm dần theo thời gian, từ tháng thứ 4 trở đi số lượng này tương đối ổn định với số lượng loài rất thấp (khoảng 8-10 loài). - Loài rắn này như 1 loài chủ chốt trên đảo. Ở đảo B, nó kiểm soát và khống chế các loài, làm cho các loài cạnh tranh nhau ở một mức độ nhất định và cùng tồn tại. Đảo A, khi loài chủ chốt (loài rắn X ) bị loại bỏ, loài ưu thế sẽ phát triển mạnh Mức độ cạnh tranh giữa các loài tăng lên, chúng loại trừ nhau, nên số lượng loài bị giảm đi đáng kể. Câu 7: Một khu rừng sau khi bị tàn phá hoàn toàn đã trải qua sự phục hồi của các loài thực vật từ cây cỏ, thân thảo đến cây bụi và sau đó là các cây điển hình của một quần xã rừng. Giải thích quá trình diễn thể đó. Hướng dẫn: - Sự hồi phục của các loài xảy ra trong quá trình diễn thể được bắt đầu khi loài thực vật đầu tiên đến chiếm cứ khu vực này, chúng phải có những đặc điểm thuận lợi như: tạo ra nhiều hạt nhỏ, bay theo gió, có khả năng thích nghỉ được biên độ sinh thái rộng và phát triển nhanh chóng. - Những sinh vật chiếm cứ đầu tiên này, thưởng là các loài chọn lọc theo kiểu r, tiếp theo đó, chúng không phải là đối thủ cạnh tranh tốt và dần dần bị loại bỏ khỏi khu vực bởi một loạt các đối thủ cạnh tranh tốt hơn, là những sinh vật theo kiểu chọn lọc K.. - Các loài theo chọn lọc K sinh ra ít hạt, hạt to hơn, hạt phát tán nhỏ động vật và do đó xâm chiếm chậm hơn các loài chọn lọc r. Nhưng một khi đã thiết lập được thì chúng được trang bị tốt hơn để cạnh tranh chúng độc quyền ánh sáng, nước và chất dinh dưỡng. - Sự hiện diện của một nhóm các loài thực vật đến trước thường tạo các điều kiện thuận lợi cho các nhóm thực vật tiếp theo bằng cách che phủ đất trọc, giúp đất giữ được độ ẩm, làm cho các loài khác có nhu cầu nước lớn hơn được thiết lập và thay thế các loài trước đó. Trang 18
Trang 19
- Sự diễn thể đạt đến đỉnh cực khi không có sự thay thế nào thêm nữa, vào thời điểm đó quần xã thích nghỉ với điều kiện khí hậu và đất đai của vùng và thường có cùng một nhóm các loài đã tồn tại trước khi khu rừng bị tàn phá. Trang 19
Trang 20
Câu 8: Kết quả nghiên cứu sự biến đổi sinh khối thực vật phù du, động vật phù du và các nhân tố vố sinh ( ánh sáng, nhiệt độ, chất dinh dưỡng) ở một hồ nước ngọt được thể hiện ở hình bên. Các giá trị được ghi nhận từng tháng. a. Sinh khối thực vật trong tháng 5, 6 đạt giá trị thấp. Trình bày các nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này. b. Dựa vào thông tin ở hình sau hãy xác định mô hình điều chỉnh từ dưới lên hay từ trên xuống phù hợp với quần xã sinh vật này. Hướng dẫn: a. Có 2 nguyên nhân: - Thiếu hụt chất dinh dưỡng vì khoảng thời gian này chất dinh dưỡng có giá trị thấp; - Tăng số lượng động vật phù du: thời gian này động vật phù du tăng cao khai thác nhiều thực vật phù du làm thức ăn. b. Mô hình kiểm soát từ dưới lên: Vì khi hàm lượng chất dinh dưỡng tăng thì sinh khối thực vật phù du tăng và sau đó làm tăng sinh khối động vật phù du. Cay to nhiều sin h khối hơn hô hấp tăng, kèm sinh vật tiêu thụ cũng ngày càng nhiều --. Hô hấp tổng hệ sinh thái giảm. Câu 9: ( HSGQG 2023 ) Đa dạng loài có tương quan với độ giàu loài ( số lượng loài ) của quần xã. Ở một vùng ngập thủy triều ven biển, các loài động vật không xương sống và tảo biển sống bám trên các tảng đá. Sóng biển mạnh do bão làm lật ngược các tảng đá, ảnh hưởng tới các loài sinh sống trên đó. Các tảng đá bị lật ngược ở hai mức độ 1 lần/năm và 5 lần/năm được theo dõi. Số lượng loài sinh sống trên mỗi tảng đá này cũng được theo dõi. Tỉ lệ % các tảng đá có số lượng loài khác nhau ở mỗi mức độ lật ngược khác nhau được trình bày ở Bảng sau. Trên những tảng đá không bị lật ngược, thường có từ 1 đến 2 loài sinh sống. Số lượng loài sinh sống trên một tảng đá 1 2 3 4 5 6 7 8 Tỉ lệ % số tảng đá lật ngược 1 lần / năm có 0 16 22 36 13 7 4 2 số loài tương ứng Tỉ lệ % số tảng đá lật ngược 5 lần / năm có 54 19 16 6 5 0 0 0 số loài tương ứng a. Trên các tảng đá ở mỗi mức độ lật ngược 1 lần / năm và 5 lần / năm, độ giàu loài thấp nhất và cao nhất ghi nhận được là bao nhiêu ? Mức độ lật ngược nào có các mức độ giàu loài cao hơn ? Trang 20
Showing the first 20 pages. Download the document to see it all.
Comments (0)
No comments yet. Be the first!