Bài giảng Sinh học đại cương: Chương 7 - Nguyễn Thị Diệu Hạnh

ươ

Ch

ng 7

SINH THÁI H CỌ

1. KHÁI NIỆM

Sinh thaĩi hoüc laì khoa hoüc vãö quan hãủ cuía sinh váủt hoàủc mảüt nhoĩm sinh váủt vạĩi mải trăạìng xung quanh, hay laì khoa hoüc vãö quan hãủ qua laủi giăîa sinh váủt vaì mải sinh cuía chuĩng (Odum, 1971)

Sinh thái học được phân chia thành 2 lĩnh vực: - STH cá thể: nghiên cứu từng cá thể hay từng

loài trong một môi trường sống nhất định - STH quần thể: nghiên cứu tổng thể các mối

quan hệ giữa các loài khác nhau trong môt môi trường sống.

Sinh thái học được ứng dụng:

- Náng cao nàng suáút váût nuäi vaì cáy träöng

trãn cå såí caíi taûo caïc âiãöu kiãûn säúng cuía chuïng.

- Haûn chãú vaì tiãu diãût caïc âëch haûi, baío vãû

âåìi säúng cho váût nuäi cáy träöng vaì âåìi säúng cuía caí con ngæåìi

- Thuáön hoïa vaì di giäúng caïc loaìi sinh váût - Khai thaïc håüp lyï taìi nguyãn thiãn nhiãn, duy trç âa daûng sinh hoüc vaì phaït triãøn taìi nguyãn cho sæû khai thaïc bãön væîng

- Baío vãû vaì caíi taûo mäi træåìng säúng cho con ngæåìi vaì caïc loaìi säúng täút hån.

Ố CÁC NHÂN T  SINH THÁI

­ Các nhân t

vô sinh ậ ố  khí h u

ng

ồ ộ ố ữ ố * Các nhân t + Ánh sáng t đệ ộ + Nhi ộ ẩ ư + M a và đ   m không khí ố ủ  th y sinh * Các nhân t ố ổ ưỡ  th  nh * Các nhân t  h u sinh (kí sinh, ăn m i, c ng sinh...). ­ Các nhân t

Các quy luật sinh thái:

* Quy luật tác động cộng gộp Các nhân tố sinh thái không bao giờ tác động riêng lẻ mà luôn tác động kết hợp với nhau. Đối với một sinh vật, chịu sự tác động của các nhân tố sinh thái là sự tác động cộng gộp.

* Quy luật chống chịu Tất cả nhân tố sinh thái có một khoảng giá trị mà

trong đó các quá trình sinh thái học diễn ra bình thường. Chỉ trong khoảng giá trị đó thì sự sống của một sinh vật hoặc sự xuất hiện cuả một quần xã mới diễn ra được.

Có một giới hạn trên và một giới hạn dưới mà

vượt khỏi đó thì sinh vật không thể tồn tại được. Trong khoảng chống chịu đó có một trị số tối ưu ứng với sự hoạt động tối đa cuả loài hoặc quần xã sinh vật.

Khoảng chịu đựng đối với mỗi nhân tố thay đổi tùy loài. Nó xác định biên độ sinh thái học cuả loài. Biên độ dao động này càng rộng khi khoảng chịu đựng các nhân tố sinh thái cuả loài càng lớn.

2. SINH THÁI HỌC QUẦN THỂ

Ðịnh nghĩa Quần thể sinh vật là một nhóm cá thể cuả cùng một loài sinh vật sống trong một khoảng không gian xác định. Thí dụ quần thể tràm ở rừng U Minh; quần thể Dơi Quạ ở Sóc Trăng.

Quần thể chim cánh cụt Bắc cực

• Mật độ của quần thể: • Là số lượng của các cá thể trên một đơn vị không gian (diện tích hoặc thể tích). Nó có khả năng thay đổi theo thời gian mà hình thành quần thể.

• VD: mật độ các loài thú có guốc trong một savane Châu Phi bằng số cá thể/km2; số cây đại mộc/ha rừng ôn đới; số vi sinh vật/cm2 nước...

• Phân loại mật độ : • - Mật độ thô : là tỉ lệ giữa số lượng của tất cả cá thể (hay sinh khối) với tổng diện tích

• - Mật độ sinh học : là tỉ lệ giữa số cá thể

với diện tích thật sự sử dung được

• VD: Việt Nam có mật độ thô 1992 là 212 người/km2 và mật độ sinh thái là 1000 người/km2.

Xác định số lượng cá thể của quần thể

• - Đếm trực tiếp : áp dụng đối với các động vật lớn như sư tử, linh dương, hải cẩu, cọp, beo,... • - Phương pháp lấy mẫu với các dụng cụ thích

hợp cho từng đối tượng sinh vật.

• - Phương pháp đánh dấu và bắt lại để xác định số lượng N cá thể của một quần thể, người ta bắt và đánh dấu T cá thể rồi thả chúng. Một thời gian sau, người ta thực hiện một đợt bắt nữa, được n cá thể, trong đó có t cá thể có đánh dấu (tức bị bắt lại lần hai). Do đó ước lượng của N sẽ là :

• N = nT / t

Thành phần tuổi của quần thể

• Thể hiện đặc tính chung của biến động số lượng quần thể vì nó ảnh hưởng đến khả năng sinh sản hay sự tử vong của quần thể.

• Thành phần tuổi thường được biểu diễn bằng

tháp tuổi.

• Tháp tuổi được thành lập bởi sự xếp chồng lên

nhau của các hình chữ nhật có chiều dài tỉ lệ với số lượng cá thể trong mỗi lứa tuổi. Các cá thể đực và cá thể cái được xếp thành 2 nhóm riêng ở 2 bên đường phân giác của hình tháp

Hình tháp tuổi người

• Các dạng hình tháp tuổi : • a. Quần thể đang phát triển nhanh có nhiều cá thể non • b. Quần thể ổn định có số cá thể non ở mức trung bình • c. Quần thể đang suy giảm có ít cá thể non.

Thành phần giới tính = tỉ lệ đực cái

• Thành phần giới tính mang đặc tính thích ứng của chủng quần đối với điều kiện môi trường để đảm bảo khả năng sinh sản và hiệu qủa sinh sản của chủng quần.

• Thành phần giới tính là tỉ lệ giữa số cá thể đực và cái của một quần thể sinh vật. Đa số quần thể động vật, tỉ lệ đực cái thường là 1 : 1.

Sự phân bố cá thể trong quần thể

• Các cá thể trong quần thể có nhiều cách

phân bố khác nhau :

• - Phân bố đồng đều : tương đối hiếm, thấy

ở ong và cây trồng, vật nuôi.

• - Phân bố ngẫu nhiên : thấy ở thực vật,

một số nhện.

• - Phân bố theo nhóm : thấy ở đa số động

vật, cây đại mộc.

Phân bố đều Phân bố ngẫu nhiên Phân bố theo nhóm

Sự phân bố cá thể trong quần thể

Sinh suất hay tỉ lệ sinh đẻ

Là nhân tố chính làm gia tăng số lượng của quần thể. Đó là số lượng cá thể được sinh ra trong một khoảng thời gian so với tổng số cá thể ở đầu của khoảng thời gian đó.

• - Tỉ lệ sinh đẻ tối đa là khả năng tạo ra số lượng cá thể con được hình thành trong một khoảng thời gian xác định khi không có tác nhân hạn chế, tức trong điều kiện lý tưởng.

• - Tỉ lệ sinh đẻ thực tế là số lượng cá thể được sinh ra trong một đơn vị thời gian trong điều kiện thực tế của môi trường, nó phụ thuộc vào kích thước của quần thể và các điều kiện vật lý của môi trường.

Tỉ lệ tử vong

Là số cá thể chết đi trong một khoảng thời gian trên tổng số cá thể ở đầu khoảng thời gian đó.

Tỉ lệ sống sót

Tỉ lệ sống sót của quần thể là kết qủa của tỉ lệ sinh đẻ và tỉ lệ chết. Tỉ lệ sống sót thay đổi rất nhiều giữa các loài, và trong mỗi loài thì có sự sai khác giữa cá thể đực và cá thể cái.

Ọ

Ầ

2. SINH THÁI H C QU N XÃ

ị

Đ nh nghĩa • Quần xã sinh vật là một tập hợp các quần thể sinh vật phân bố trong một vùng hoặc một sinh cảnh xác định.

• VD: Quần xã các loại bò sát ở savane

Châu Phi

Số lượng loài

Số lượng chung của loài là tổng số loài của quần xã trong một hê sinh thái. Thực tế ít khi đếm được tổng số loài của một quần xã.

Sự phong phú của các loài

Đó là số lượng cá thể của mỗi loài trong

quần xã.

Sự ưu thế

Trong các quần xã, một số loài rất phong phú, tạo thành một tần số cao trong khi các loài khác có số lượng rất ít, cho nên chỉ có một tần số thấp trong quần xã.

SỰ PHÂN TẦNG TRONG QUẦN XÃ. • 1. Tầng tự dưỡng và tầng di dưỡng. • Tầng tự dưỡng là nơi xảy ra hoạt động quang tổng hợp mạnh của các sinh vật sản xuất, tức là ở tầng trên nơi tán lá. Còn trao đổi dị dưỡng xảy ra ở dưới, trong đất và trong chất trầm tích, nơi tích lũy nhiều chất hữu cơ. • 2. Sự phân tầng trên mặt đất của thực vật và động vật. • Thảm thực vật có thể phân thành tầng cỏ, tầng cây bụi,

tầng tiểu mộc và tầng đại mộc. Rừng dày nhiệt đới có sự phân tầng phức tạp nhất.

• Động vật, nhất là chim và các thú nhỏ sống trên cây

(sóc, chồn...) cũng có sự phân tầng theo sự phân tầng của thực vật.

• 3. Sự phân tầng dưới mặt đất của rễ cây. • Sự phân tầng này không được rõ ràng

lắm. Rễ của các loài cây cắm vào đất với các độ sâu khác nhau.

• 4. Sự phân tầng trong nước. • Sự phân tầng của các thủy sinh vật thấy rõ trong các hố sâu và nhất là trong biển.

QUAN HỆ DINH DƯỠNG

• Ba nhóm sinh vật trong quần xã. • Các nhóm sinh vật tự dưỡng, gồm chủ yếu là cây xanh. Chúng được gọi là sinh vật sản xuất, cung cấp thức ăn cho nhóm sinh vật dị dưỡng.

• Sinh vật dị dưỡng không tự tạo được chất hữu cơ mà

phải nhờ vào nhóm trước.

• Nhóm còn lại có nhiệm vụ phân hủy chất hữu cơ từ xác

bả thực và động vật và các chất thải thành chất vô cơ trả lại cho môi trường.

Chuäùi thæïc àn

Chuäùi thæïc àn laìm cho nàng læåüng âæåüc váûn chuyãøn trong hãû sinh thaïi tæì thæûc váût âãún caïc nhoïm sinh váût khaïc.

Sinh váût saín xuáút (cid:0)

Sinh váût tiãu thuû

Sinh váût phán huíy.

(cid:0)

Læåïi thæïc àn

Caïc chuäùi thæïc àn trong mäüt hãû sinh

thaïi thæåìng âan xen, liãn kãút våïi nhau mäüt caïch chàût cheî, taûo thaình maûng læåïi thæïc àn.

Hiãûu suáút sinh thaïi hoüc

Laì tyí lãû cuía caïc trë säú cuía doìng nàng læåüng trong caïc báûc dinh dæåîng khaïc nhau cuía chuäùi thæïc àn trong hãû sinh thaïi.

Cæï qua mäùi báûc thç âa säú nàng læåüng máút âi, chè mäüt pháön nhoí âæåüc sæí duûng âãø laìm thaình sinh khäúi cuía caïc caï thãø.

Sự tiêu hao năng lượng qua các bậc dinh dưỡng

ầ

Caïc quan hãû trong qu n xã

* Quan hãû âoïi khaïng: 1. Sæû caûnh tranh Laì sæû tranh daình nguäön taìi nguyãn giæîa 2 sinh váût

cuìng mäüt loaìi hoàûc thuäüc 2 loaìi khaïc nhau.

Caûnh tranh cuìng loaìi khi caïc caï thãø cuía mäüt quáön thãø cuìng tranh nhau nguäön thæïc àn, næåïc, âäúi tæåüng sinh duûc...

Caûnh tranh khaïc loaìi xaíy ra khi dcaïc caï thãø cuía 2

loaìi cuìng tranh nhau mäüt nguäön taìi nguyãn.

2. Sæû àn mồi. Laì hiãûn tæåüng mäüt sinh váût bàõt vaì àn mäüt sinh

váût khaïc laìm thæïc àn. VD: thoí àn coí, thoí laì váût àn mäöi, coìn coí laì mäöi. Khi soïi àn thoí thç thoí laì con mäöi, coìn soïi laì váût àn mäöi.

3. Sæû kyï sinh. Laì hiãûn tæåüng mäüt sinh váût (säúng) låüi duûng mäüt

sinh váût khaïc.

Trong sæû kyï sinh, vật kyï sinh thæåìng nhoí hån váût

ả ứ ) tiãút mäüt cháút

chuí vaì khäng nháút thiãút phaíi giãút chãút váût chuí nhæ váût àn mäöi phaíi giãút con mäöi. 4. Sæû tiãút cháút caím nhiãùm åí thæûc váût. Ngæåìi ta phán biãût sæû tiãút cháút khaïng sinh åí thæûc váût báûc tháúp nhæ náúm. VD: náúm Penicilium tiãút: cháút penicilin. ÅÍ thæûc váût báûûc cao coï hiãûn tæåüng tiãút cháút âäüc aính hæåíng xa nguäön. VD: cáy Arte m is ia californica (Ng i c u terpene bay håi coï taïc duûng ngàn caín sæû naíy máöm caïc hoìa baín vaì cáy nháút niãn khaïc.

* Quan hãû häù tråü 1. Sæû häüi sinh. Âáy laì mäúi quan hãû âån giaín vaì bæåïc âáöu cuía sæû phaït triãøn caïc quan hãû 2 bãn cuìng coï lợi. Thê duû : Âëa y trãn thán cáy xoaìi, máûn...Dæång xè, lan trãn cáy ræìng.

2. Sæû håüp taïc. Âoï laì mäúi quan hãû 2 bãn cuìng coï låüi nhæng khäng bàõt buäüc giæîa 2 loaìi. Thê duû: Haíi quç vaì täm kyï cæ.

3. Sæû cäüng sinh. Âáy laì sæû quan hãû bàõt buäüc vaì cuìng coï låüi giæîa 2 loaìi. Thê duû: Rong vaì náúm trong âëa y: vç khuáøn Rhizobium vaì cáy âáûu: mäúi vaì nguyãn sinh âäüng váût...

IV. HÃÛ SINH THAÏI

Khái ni mệ Hệ sinh thái là đối tượng nghiên cứu của sinh thái học. Tất cả mọi sinh vật của 1 khu vực đều có tác động qua lại với môi trường vật lý bằng các dòng năng lượng tạo nên cấu trúc dinh dưỡng, sự đa dạng về loài và chu trình tuần hoàn vật chất.

Trong mäùi HST âãöu coï caïc thaình pháön sau: 1. Caïc cháút vä cå : C, N, H2O, CO2... tham gia

vaìo chu trçnh váût cháút

2. Caïc cháút hæîu cå : proted, glucid, lipid, cháút muìn ... liãn kãút caïc pháön tæí hæîu sinh vaì vä sinh.

3. Chãú âäü khê háûu : aïnh saïng, nhiãût âäü,

âäü áøm...

4. Sinh váût saín xuáút : laì caïc sinh váût tæû

dæåîng, chuí yãúu laì cáy xanh

5. Sinh váût tiãu thuû, dë dæåîng, chuí yãúu laì

âäüng váût.

6. Sinh váût phán huíy, hoaûi sinh, dë dæåîng:

chuí yãúu laì vi khuáøn vaì náúm

• Thaình pháön cå baín trong 1 HST ao nhæ sau:

- Sinh váût saín xuáút: Thæûc váût låïn thuíy sinh vaì phiãu sinh thæûc váût phán bäú nåi táöng màût nåi coï nhiãöu aïnh saïng.

- Sinh váût tiãu thuû: gäöm caïc âäüng váût àn træûc tiãúp thæûc váût hoàûc xaïc baí thæûc váût vaì àn thët láùn nhau, âæåüc chia laìm 3 nhoïm: phiãu sinh âäüng váût, båi bäüi vaì tráöm sinh. Sinh váût tiãu thuû báûc I nhæ PSÂV, báûc II nhæ cän truìng àn thët, caï àn thët: báûc III nhæ caï låïn àn caïc loaìi tiãu thuû báûc II.

- Sinh váût phán huíy: nhæ vi khuáøn næåïc, truìn chè, náúm... phán bäú âãöu trong ao, nhæng âàûc biãût

nhiãöu åí âáöy ao, nåi têch luîy xaïc âäüng váût vaì

thæûc váût .

- Cháút vä sinh bao gäöm caïc cháút vä cå vaì hæîu cå: næåïc, CO2,, O2, Ca, muäúi, N2, amino acd, acid humic,...

SÆÛ TRAO ÂÄØI NÀNG LÆÅÜNG.

Sæû hoaût âäüng cuía táút caí sinh váût âoìi hoíi sæí duûng nàng læåüng tæì ngoaìi vaìo. Nàng læåüng naìy laì aïnh saïng åí sinh váût tæû dæåîng dæåîng, hoàûc laì cháút sinh hoïa (nhæ glucid) cho caïc sinh váût dë dæåîng.

Trong moüi træåìng håüp thç nàng læåüng màût tråìi laì nguäön nàng læåüng duy nháút âæåüc træûc tiãúp hay giaïn tiãúp sæí duûng båíi caïc sinh váût.

Hçnh thaïp sinh thaïi

Maûng læåïi dinh dæåîng trong HST tiãu biãøu cho quáön xaî cáúu truïc âæåüc âàûc træng båíi tênh cháút vaì säú læåüng sinh váût åí mäùi báûc dinh dæåîng.

Caïc hçnh thaïp sinh thaïi diãùn taí bàòng

daûng hçnh hoüc cáúu truïc dinh dæåîng trong HST.

- Chiãöu cao cuía thaïp tè lãû våïi chiãöu daìi của chuäùi thæïc àn, tæïc laì säú læåüng cuía báûc dinh dæåîng cuía chuäùi:

- Daûng hçnh thaïp seî räüng/heûp laì tuìy vaìo hiãûu quaí cuía sæû chuyãøn hoïa nàng læåüng báûc naìy lãn báûc khaïc.

Các dạng hình tháp sinh thái

ố ượ ng

trao âäøi nàng læåüng vaì nàng suáút trong chuäùi thæïc àn. Noï âæåüc thiãút láûp bàòng caïch tênh toaïn læåüng Kcal têch luîy trãn âån vë diãûn têch vaì thåìi gian vaì læåüng kcal sæí duûng båíi sinh váût cuía mäùi báûc dinh dæåîng.

­ Hình tháp s  l ­ Hình tháp sinh kh i: ố ­ Hình tháp năng l ngượ : tiãu biãøu cho táön suáút

Hình tháp số lượng

Hình tháp sinh khối

CHU TRÇNH VÁÛT CHÁÚT

Caïc cháút hoïa hoüc vaì dinh dæåîng luän luän âæåüc trao âäøi giæîa sinh váût vaì mäi træåìng.

Trong mäùi HST hiãûn diãûn caïc nhoïm

sinh váût coï sæû biãún dæåîng vaì nhu cáöu dinh dæåîng bäø tuïc láùn nhau, taûo ra sæû quay voìng thæåìng xuyãn caïc nguyãn täú cáön yãúu cho tãú baìo säúng. Do âoï coï sæû chuyãøn âäüng tuáön hoaìn váût cháút gæîa sinh váût tæû dæåîng vaì sinh váût dë dæåîng HST.

Chu trình nước

Chu trình CO2

Chu trình N2

Chu trình nitơ

Rhizobiu (Rhizobium, Bradyrhizobium)

Vi sinh v t:ậ

Azotobacter, Bejerinckia

Clostridium

Cyanobacteria (Anabaena azollae)

+ Phaûn öùng

Quá trình cố định nitơ phân tử

+

Nitrogenase

N2

NH4

Q ua ù trình oxy hoùa va ø qua ù trình khöû

Quá trình cố định nitơ phân tử

+ Amôn hóa Urê: Ure bacterium

(Cocoacal , Bacilaccae, vd: Proteus, Yersina,.. )

HO

H2N

C

C

(NH4)2CO3

O + 2H2O

O + NH3

2NH3  +  CO2  +  H2O

HO

H2N

+ Amôn hóa protein:

* Hieáu khí : Bac.mycoides, Bac.mesentericus, Bac.subtilis, Ps. fluorescens

* Tuøy tieän : Proteus vulgaris, Escherichia coli

* Yeám khí : Clostridium putrifiicium, Clostridium  sporogenes

* Naám

Quá trình amôn hóa

: Penicillin, Aspergillus, Mucor H2O

H2O

H2O

Protein

Pepton

Polypeptide

Acid amin

Protein

Polypeptid

Sơ đồ sự phân giải protein bởi vi sinh vật

Dipeptid và tripeptid

Quá trình amôn hóa

Acid amin

ơ ữ ơ

ơ ấ Các ch t vô c CO2, H2O, H2S,  NH3

ấ ữ ơ Ch t h u c  khác Crezol Phenol Indol Scartol

Acid h u cữ ơ Acid bay h iơ Acid acetic Acid butyric Acid formic

Baz  h u c Cadaverin Histamin Metylamin Dimetylamin

Quá trình nitrat hóa

ọ

+ Giai đ an 1:

Nitrosomonas , Nitrosospira

2NH 3 + 3O2

2HNO 2 + 2H2O + Q

ọ

+ Giai đ an 2:

Nitrobacte r

2HNO 2 + O2

2HNO 3 + Q

VS V toång hôïp carbon

CO2 + Q

HCHO +H 2O

Quá trình phản nitrat hóa trực tiếp

Vi sinh v t:ậ  Chromobacterium   denitrificans, Achromobacter stutzeri,

Pseudomonas  fluorescens

+ Khöû acid nitric thaønh acid nitrô

HNO3 + 2[H]

HNO 2 +H2O

+ Khöû Nitrat thaønh NH3

HNO3 + 8[H ]

NH 3 +3H2O

+ Khöû HNO3 thaønh N2

2HNO 3

2HNO2

N 2

Một số hệ sinh thái

- Hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới - Hệ sinh thái rừng taiga - Hệ sinh thái đồng cỏ savan - Hệ sinh thái vùng khô hạn - Hệ sinh thái đất ngập nước ven biển - Hệ sinh thái nước ngọt - Hệ sinh thái nước mặn

DIÃÙN THÃÚ SINH THAÏI

ả

ấ

Một sæû xaïo träün, âäüt ngäüt hay tæì tæì, nhæ sæû biãún âäøi khê háûu hay hoaût âäüng cuía con ngæåìi, coï thãø phaï vỡ sæû cán bàòng âäüng vaì sæû äøn âënh cuía HST làm x y ra  m t ộ hiãûn tæåüng goüi laì diãùn thãú sinh thaïi. Caïc loaìi sinh váût tiãn phong seî xuáút hiãn trong sinh caính bë biãún âäøi naìy đó là cây nh t niên,  sau âãún caïc cáy thán mäüc. Diãùn thãú ị đ a y, naìy coï thãø keïo daìi hàòng nhiãöu tháûp niãn cho âãún khi âaût âæåüc giai đoaûn phaït triãøn sau cuìng, goüi laì cao âènh.

Giai âoaûn cao âènh thãø hiãûn1 sæû táûp håüp äøn âënh caïc loaìi, tæåüng træng vãö màût cháút læåüng vaì säú læåüng, giai âoaûn sau cuìng cuía sæû phaït triãøn cuía quáön laûc sinh

váût trong 1 diãùn thãú.

Các kiểu diễn thế chính

1. Diãùn thãú så cáúp Diãùn thãú så cáúp âàûc træng båíi sæû thiãút

láûp 1 quáön xaî cao âènh trãn 1 sinh caính måïi âæåüc taûo láûp. Sæû phuï dæåîng hoïa 1 caïi häö coï nguäön gäúc bàng haì chàóng haûn, hay sæû chiãúm cæï 1 cồn caït di âäüng hoàûc trãn dung nham måïi, laì nhæîng thê duû cho loaûi diãùn thãú naìy. 2. Diãùn thãú thæï cáúp Diãùn thãú thæï cáúp coï liãn quan âãún caïc

hiãûn tæåüng taïi láûp laûi 1 cao âènh trãn 1 sinh caính bë taìn phaï chuí yãúu do con ngæåìi, nhæ sæû taïi láûp 1 khu ræìng sau hoía hoaûn.