Nội dung lý thuyết
QUẦN THỂ SINH VẬT
1. Khái niệm
- Quần thể là một nhóm cá thể cùng loài, cùng sinh sống trong một khoảng không gian xác định, tại một thời điểm nhất định, có khả năng sinh ra các cá thể mới hữu thụ.
- Ví dụ: các cây lúa trong ruộng lúa, các con cá chép trong một ao cá, những cây thông trong rừng thông, những con chim cánh cụt trong một đàn ở Nam Cực,....là các ví dụ về quần thể. Các con gà trong lồng gà ở chợ không phải là một quần thể,..
2. Quá trình hình thành quần thể
- Quá trình hình thành quần thể sinh vật thường trải qua các giai đoạn chủ yếu sau:
1. Quan hệ hỗ trợ
- Các cá thể cùng loài có xu hướng tụ tập bên nhau tạo thành quần tụ cá thể.
→ dễ kiếm ăn, chống lại kẻ thù, bảo vệ nhau và gây hiệu quả tâm lí giúp các quá trình sinh lí của sinh vật diễn ra tốt hơn. Hiện tượng đó được gọi là "hiệu quả nhóm". Ví dụ:
=> Ý nghĩa: đảm bảo cho quần thể tồn tại một cách ổn định và khai thác được tối ưu nguồn sống của môi trường, làm tăng khả năng sống sót và sinh sản của các cá thể.
2. Quan hệ cạnh tranh
- Khi mức độ quần tụ vượt quá mức cực thuận sẽ dẫn tới hiện tượng cạnh tranh giữa các cá thể cùng loài về thức ăn, nơi ở, ánh sáng, các nguồn sống khác; các con đực tranh nhau để giành con cái...
- Các cơ chế để giảm sự cạnh tranh cùng loài:
Cách ly: Do thiếu thức ăn, nơi ở, nhiều cá thể trong quần thể cá, chim, thú, .... đánh lẫn nhau, dọa nạt nhau bằng tiếng hú hoặc động tác nhằm bảo vệ nơi sống, nhất là vào mùa sinh sản. Kết quả dẫn đến mỗi nhóm bảo vệ một khu vực sống riêng, một số cá thể phải tách ra khỏi đàn: (Ví dụ: ong tách đàn...)
=> Ý nghĩa: Cạnh tranh là đặc điểm thích nghi của quần thể. Nhờ có cạnh tranh mà số lượng và sự phân bố của các cá thể trong quần thể duy trì ở mức độ phù hợp, đảm bảo sự tồn tại và phát triển của cả quần thể.
- Ở các sinh vật cùng loài: quan hệ hỗ trợ diễn ra trước, sau dẫn đến cạnh tranh, quan hệ sinh thái chủ yếu là quan hệ sinh sản để duy trì nòi giống.
Các đặc trưng cơ bản của quần thể thể hiện ở các chỉ tiêu:
- Sự phân bố cá thể của quần thể
- Đặc trưng về cấu trúc: cấu trúc giới tính và cấu trúc các nhóm tuổi.
- Đặc trưng về kích thước quần thể và các chỉ tiêu liên quan đến kích thước quần thể.
- Sự phân bố cá thể của quần thể có ảnh hưởng tới khả năng khai thác nguồn sống trong khu vực sinh sống của quần thể.
- Có 3 kiểu phân bố: theo nhóm, đồng đều và ngẫu nhiên.
|
Kiểu phân bố |
Theo nhóm |
Đồng đều |
Ngẫu nhiên |
|
Đặc điểm |
- Là kiểu phân bố phổ biến nhất. - Các cá thể tập trung theo từng nhóm ở những nơi có điều kiện sống tốt nhất. |
- Kiểu phân bố này ít gặp trong tự nhiên. - Các cá thể có một khoảng cách tương đối đồng đều với nhau. |
- Là kiểu trung gian giữa hai dạng trên, ít gặp. - Các cá thể phân bố một cách ngẫu nhiên trong khu vực sinh sống. |
|
Điều kiện |
- Điều kiện sống phân bố không đồng đều trong môi trường. - Các cá thể sống thành bầy đàn khi chúng trú đông, ngủ đông... |
- Điều kiện sống phân bố đồng đều trong môi trường. - Giữa các cá thể có sự cạnh tranh gay gắt. |
- Điều kiện sống phân bố đồng đều trong môi trường. - Giữa các cá thể không có sự cạnh tranh gay gắt. |
|
Ý nghĩa ST |
- Các cá thể có thể hỗ trợ nhau chống lại những điều kiện bất lợi của môi trường. |
-Làm giảm mức độ cạnh tranh giữa các cá thể trong quần thể. |
- Sinh vật tận dụng được nguồn sống tiềm tàng trong môi trường. |
|
Ví dụ |
- Nhóm cây bụi mọc hoang... - Giun đất sống tập trung đông đúc nơi đất có độ ẩm cao... |
- Cây thông trong rừng. - Chim Hải âu làm tổ... |
- Các loài sâu sống trên tán lá cây. - Các cây gỗ trong rừng mưa nhiệt đới... |
1. Cấu trúc giới tính (tỉ lệ giới tính)
- Tỉ lệ giới tính là tỉ lệ giữa số lượng cá thể đực và cái trong một quần thể, mang đặc điểm riêng của từng loài, đảm bảo hiệu quả sinh sản của quần thể.
- Tỉ lệ giới tính cho thấy tiềm năng sinh sản của quần thể → Quy định tốc độ phát triển của quần thể.
- Tỉ lệ giới tính có thể thay đổi do ảnh hưởng của môi trường.
Ví dụ: Ở kiến nâu, nếu nhiệt độ môi trường thấp hơn 20oC thì trứng nở ra toàn cái, nếu nhiệt độ môi trường cao hơn 20oC thì trứng nở ra hầu hết là đực.
- Tỉ lệ giới tính ở mỗi quần thể khác nhau thì khác nhau, liên quan chặt chẽ đến tập tính sinh dục. Ví dụ về tỉ lệ đực/cái ở một số loài:
→ Ý nghĩa: Khai thác, sử dụng các quần thể sinh vật mà vẫn duy trì được số lượng cá thể cũng như tiềm năng sinh sản của quần thể.
2. Tuổi và cấu trúc tuổi của quần thể
a. Tuổi
- Tuổi được tính bằng thời gian.
- Có 3 khái niệm về tuổi thọ:
- Nói chung, quần thể thường gồm 3 nhóm tuổi sinh thái: nhóm tuổi trước sinh sản, tuổi sinh sản, và tuổi sau sinh sản.
b. Cấu trúc tuổi của quần thể
- Khái niệm: Là tỉ lệ giữa các nhóm tuổi trước sinh sản, tuổi sinh sản, và tuổi sau sinh sản của quần thể.
- Bảng về ý nghĩa sinh thái của các nhóm tuổi (Bảng 47.2 SGK Sinh học 9 – 140)
- Cấu trúc tuổi (thành phần nhóm tuổi) của quần thể được biểu diễn bằng biểu đồ tháp tuổi. Có các dạng:
- Cấu trúc tuổi của quần thể có thể thay đổi theo chu kì ngày đêm hoặc phụ thuộc vào điều kiện sống của môi trường. VD:
=> Ý nghĩa của việc nghiên cứu cấu trúc tuổi:
VD: Nếu đánh bắt cá mà thấy nhiều cá trưởng thành → chưa khai thác hết tiềm năng của quần thể đó, có thể tiếp tục khai thác. Nếu thấy nhiều cá con → quần thể bị đánh bắt quá mức, nếu tiếp tục đánh bắt sẽ dẫn tới cạn kiệt nguồn cá.
1. Khái niệm về kích thước và mật độ quần thể
a. Kích thước quần thể
- Kích thước của quần thể sinh vật là số lượng các cá thể (hoặc khối lượng, hoặc năng lượng tích luỹ trong các cá thể) phân bố trong khoảng không gian của quần thể.
- Mỗi quần thể sinh vật có kích thước đặc trưng. Các loài có kích thước cơ thể nhỏ thường hình thành quần thể có số lượng cá thể lớn và ngược lại. Ví dụ:
- Kích thước quần thể có 2 cực trị: kích thước tối thiểu và kích thước tối đa. Sự dao động giữa 2 giá trị này là khác nhau tuỳ từng loài.
* Kích thước tối thiểu là số lượng cá thể ít nhất mà quần thể cần có để duy trì và phát triển. Nếu kích thước quần thể xuống dưới mức tối thiểu, quần thể dễ rơi vào trạng thái suy giảm dẫn tới diệt vong, do:
* Kích thước tối đa là số lượng cá thể nhiều nhất mà quần thể có thể đạt được, cân bằng với khả năng cung cấp nguồn sống của môi trường. Nếu kích thước quá lớn, có thể xảy ra các hiện tượng:
b. Mật độ quần thể (mật độ cá thể của quần thể)
- Mật độ cá thể của quần thể là số lượng cá thể trên một đơn vị diện tích hay thể tích (chính là kích thước quần thể được tính trên đơn vị diện tích hay thể tích).
- Mỗi quần thể có một mật độ tối thích nhất định. Ví dụ:
- Mật độ cá thể của quần thể là một đặc trưng cơ bản của quần thể vì nó ảnh hưởng tới:
Ví dụ: Khi mật độ tăng quá cao, các cá thể cạnh tranh gay gắt giành thức ăn, nơi ở, sinh sản...dẫn tới tỉ lệ tử vong tăng cao. Khi mật độ giảm, thức ăn dồi dào, các cá thể trong quần thể lại tăng cường hỗ trợ lẫn nhau.
2. Các nhân tố ảnh hưởng đến kích thước của quần thể sinh vật
- Kích thước của quần thể luôn thay đổi và phụ thuộc vào 4 nhân tố: mức độ sinh sản, mức độ tử vong, mức độ nhập cư và mức độ xuất cư của các cá thể.
- Công thức tổng quát: Nt = No + B - D + I - E
a. Mức độ sinh sản của quần thể
- Mức độ sinh sản là số lượng cá thể của quần thể được sinh ra trong một đơn vị thời gian => phản ánh khả năng gia tăng về mặt số lượng cá thể của quần thể.
- Mức độ sinh sản của quần thể phụ thuộc vào sức sinh sản của các cá thể trong quần thể, cụ thể:
- Mức độ sinh sản của quần thể còn phụ thuộc vào tác động của các nhân tố sinh thái trong môi trường sống.
VD: Khi thiếu thức ăn, nơi ở hoặc điều kiện khí hậu không thuận lợi, mức sinh sản của quần thể thường bị giảm sút và ngược lại.
b. Mức độ tử vong của quần thể
- Mức độ tử vong là số lượng cá thể của quần thể bị chết đi trong một đơn vị thời gian => phản ánh mức độ giảm về mặt số lượng cá thể của quần thể.
- Mức độ tử vong của quần thể phụ thuộc vào các yếu tố:
+ Giới tính: Ví dụ: ở nhện và nhiều loài sinh vật, sau mùa sinh sản, mức độ tử vong của các cá thể đực thường lớn hơn của các cá thể cái.
+ Nhóm tuổi: Ví dụ:
Điều kiện của môi truờng: môi trường thuận lợi => tử vong ít, không thuận lợi => cao....
- Ngược với mức tử vong là mức sống sót - số cá thể còn sống đến một thời điểm nhất định.
Ss = 1 - D (1: kích thước của quần thể, D: mức tử vong)
* Đường cong sống sót của các loài:
c. Sự phát tán cá thể của quần thể (mức nhập cư và xuất cư của quần thể)
- Nhập cư là hiện tượng một số cá thể từ các quần thể khác chuyển đến sống trong quần thể.
- Xuất cư là hiện tượng một số cá thể rời bỏ quần thể của mình chuyển sang sống ở quần thể bên cạnh hoặc di chuyển đến nơi ở mới.
- Sự phát tán cá thể của quần thể phụ thuộc vào điều kiện môi trường và mật độ cá thể của quần thể:
3. Sự tăng trưởng kích thước của quần thể
- Sự tăng trưởng kích thước của quần thể phụ thuộc vào 4 nhân tố nêu trên, nhưng chủ yếu được tính dựa trên 2 nhân tố là mức sinh sản (B) và mức tử vong (D) của quần thể.
- Công thức: r = b - d
=> Kết luận:
- Có 2 dạng tăng trưởng kích thước của quần thể: trong điều kiện môi trường lí tưởng (không bị giới hạn) và trong điều kiện môi trường bị giới hạn.
- Kiểu tăng trưởng theo hàm mũ này đặc trưng cho các nhóm sinh vật có đặc điểm: kích thước cơ thể nhỏ, tuổi thọ ngắn (vi sinh vật, tảo, nấm...).
- Lưu ý: Số lượng cá thể của các sinh vật này tăng nhanh nhưng cũng có thể giảm đột ngột ngay cả khi quần thể chưa đạt đến kích thước tối đa do chúng rất mẫn cảm với tác động của các nhân tố vô sinh (rết đột ngột...).
b. Tăng trưởng trong điều kiện môi trường bị giới hạn - tăng trưởng thực tế:
- Điều kiện môi trường không thuận lợi, bị dịch bệnh, vật kí sinh, vật ăn thịt...) => quần thể chỉ có thể đạt được số lượng tối đa cân bằng với sức chịu đựng của môi trường => Đường cong tăng trưởng thực tế có hình chữ S (Ban đầu, số lượng cá thể tăng rất nhanh do tốc độ sinh sản vượt trội so với tốc độ tử vong. Qua điểm uốn, sự tăng trưởng chậm dần do nguồn sống giảm, tốc độ tử vong tăng, tốc độ sinh sản giảm dần. Cuối cùng, số lượng cá thể của quần thể bước vào trạng thái ổn định, cân bằng với sức chịu đựng của môi trường - tốc độ sinh sản và tốc độ tử vong xấp xỉ bằng nhau).
- Công thức: dN/dt = r.N. (K - N)/K
- Ban đầu, khi N rất nhỏ so với K, (K - N)/K ~ 1 => Tốc độ tăng trưởng của quần thể cao gần giống với tăng trưởng theo tiềm năng sinh học (trước điểm uốn).
- Càng về sau, khi N càng gần với K => (K - N)/K càng nhỏ => Tốc độ tăng trưởng của quần thể chậm dần. Sự tăng trưởng của quần thể là lớn nhất khi quần thể đạt xấp xỉ một nửa khả năng chịu đựng của môi trường (khi mật độ quần thể ở mức trung bình). Khi đó, có nhiều cá thể có khả năng sinh sản => tốc độ tăng trưởng giữ được ở mức độ cao.
- Lúc đầu, khi số lượng cá thể ít, sự hỗ trợ giữa các cá thể không đạt mức cực thuận, ít có điều kiện gặp nhau, giao phối => tỉ lệ sinh sản chưa cao.
c. Ý nghĩa
- Ứng dụng trong việc bảo tồn tài nguyên sinh học, để ước lượng khả năng khôi phục của một quần thể nào đó sau khi bị giảm xuống kích thước nhỏ.
- Ước lượng khả năng thu hoạch phù hợp với các quần thể cá hoặc các quần thể hoang dại khác.
(Nếu thấy sự tăng trưởng của quần thể vượt qua điểm uốn rồi thì thu hoạch được vì lúc đó kích thước quần thể gần đạt đến khả năng chứa đựng của môi trường => mức độ tăng rất chậm).
- Biến động số lượng là sự tăng hay giảm số lượng cá thể của quần thể. Thông thường, khi đạt đến kích thước tối đa cân bằng với sức chứa của môi trường, số lượng cá thể của quần thể thường dao động quanh vị trí cân bằng.
- Biến động số lượng là phản ứng tổng hợp của quần thể trước sự biến đổi của điều kiện sống:
1. Biến động theo chu kì
a. Khái niệm: Biến động số lượng cá thể của quần thể theo chu kì là biến động xảy ra do những thay đổi có tính chu kì của điều kiện môi trường.
b. Các dạng biến động theo chu kì:
- Chu kì ngày đêm: thường xảy ra với các loài có kích thước nhỏ, đời sống ngắn. Ví dụ: số lượng cá thể của các loài thực vật nổi tăng vào ban ngày, giảm vào ban đêm do chúng tập trung quang hợp và sinh sản vào ban ngày. Ngược lại, số lượng cá thể của các loài động vật nổi tăng vào ban đêm, giảm vào ban ngày vì chúng sinh sản tập trung vào ban đêm.
- Chu kì tuần trăng và hoạt động của thuỷ triều. Ví dụ: sự biến động số lượng cá thể của rươi, của ốc vặn, của cá suốt ở ven biển California.
- Chu kì mùa (chu kì một năm). Ví dụ:
- Chu kì nhiều năm: Ví dụ:
2. Biến động không theo chu kì
a. Khái niệm: Biến động không theo chu kì là hiện tượng số lượng cá thể của quần thể tăng hoặc giảm đột ngột do các nguyên nhân bất thường.
b. Ví dụ:
=> Nguyên nhân gây biến động số lượng cá thể của quần thể:
(cơ chế điều hoà mật độ quần thể).
- Trong tự nhiên, số lượng cá thể của quần thể không cố định mà luôn dao động phụ thuộc vào nhiều nguyên nhân khác nhau.
* Số lượng cá thể của quần thể tăng do:
* Khi số lượng cá thể của quần thể tăng quá mức
=> Trạng thái cân bằng của quần thể là trạng thái trong đó số lượng cá thể của quần thể ở mức ổn định, phù hợp với khả năng cung cấp nguồn sống của môi trường.
=> Cơ chế chủ yếu điều chỉnh số lượng cá thể của quần thể là sự điều chỉnh mối tương quan giữa mức sinh sản và mức tử vong của quần thể.
Ví dụ: Một năm nào đó khí hậu thuận lợi, cây cối xanh tốt => số lượng cá thể sâu tăng mạnh => ăn hết lá => thức ăn khan hiếm, mất chỗ ở => tỉ lệ chết tăng => số lượng cá thể của quần thể giảm.
- Ngoài ra, số lượng cá thể của quần thể còn được điều chỉnh bởi một số tác nhân khác như vật ăn thịt, vật kí sinh, dịch bệnh, di cư, nhập cư...