I. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM
A. Ảnh hưởng của ánh sáng
– Ánh sáng là nhân tố cơ bản, chi phối trực tiếp hoặc gián tiếp đến hầu hết các nhân tố khác. Cường độ và thành phần của phổ ánh sáng giảm dần từ xích đạo đến các cực, từ mặt nước đến đáy sâu. Ánh sáng còn biến đổi tuần hoàn theo ngày đêm và theo mùa.
– Ánh sáng gồm các chùm tia đơn sắc có bước sóng khác nhau. Dải tia tử ngoại (bước sóng < 3.600 A0) tham gia vào sự chuyển hóa vitamin ở động vật, song ánh sáng giàu các tia tử ngoại có thể hủy hoại nguyên sinh chất và hoạt động của các hệ men, gây ung thư da. Dải hồng ngoại (bước sóng > 7.600 A0) chủ yếu tạo nên nhiệt. Ánh sáng nhìn thấy (bước sóng từ 3.600 – 7.600 A0) trực tiếp tham gia vào quá trình quang hợp, quyết định đến thành phần cấu trúc của hệ sắc tố và sự phân bố của các loài thực vật.
1. Sự thích nghi của thực vật.
– Thực vật, tảo,… có màu là những loài có khả năng hấp thụ ánh sáng cho quang hợp. Không có ánh sáng, cây cối không thể tồn tại được. Ánh sáng chi phối đến mọi hoạt động của đời sống thông qua những biến đổi thích nghi về các đặc điểm cấu tạo, sinh lí và sinh thái của chúng.
– Thích nghi với điều kiện chiếu sáng khác nhau và nhu cầu ánh sáng khác nhau đối với đời sống, thực vật được chia thành 3 nhóm chính:
+ Nhóm cây ưa sáng (nhiều loài cỏ, cây tếch, phi lao, bồ đề…) mọc ở nơi trống trải, có lá dày, màu xanh nhạt. Trên tầng ưa sáng của rừng ẩm thường xanh ở nhiệt đới còn có tầng cây vượt tán với những thân cây cao 40-50m hay cao hơn nữa.
+ Nhóm cây ưa bóng: tiếp nhận ánh sáng khuếch tán, thường sống dưới tán cây khác (phong lan, vạn niên thanh, gừng, riềng…) có lá mỏng, màu xanh đậm.
+ Giữa 2 nhóm cây sáng và ưa bóng là nhóm cây chịu bóng, gồm những loài phát triển được cả nơi giàu ánh sáng và nơi ít ánh sáng, tạo nên những tấm thảm xanh ở đáy rừng.
2. Sự thích nghi của động vật
– Khác với thực vật, nhiều loài động vật có thể sống trong bóng tối (động vật sống trong hang hay động vật sống dưới đáy biển sâu).
– Liên quan tới điều kiện chiếu sáng, động vật được chia thành 2 nhóm chính:
+ Những loài ưa hoạt động ban ngày (ong, thằn lằn, nhiều loài chim, thú…) với thị giác phát triển và thân có màu sắc nhiều khi rất sặc sỡ giúp nhận biết đồng loại, ngụy trang hay để dọa nạt… Ong sử dụng vị trí của mặt trời để đánh dấu và định hướng nguồn thức ăn, chim sử dụng mặt trời để định hướng khi di cư.
+ Những loài ưa hoạt động ban đêm hoặc sống trong hang: bướm đêm, cú, cá hang… thân màu sẫm. Mắt có thể rất tinh (cú, chim lợn) hoặc nhỏ lại (lươn) hoặc tiêu giảm, thay vào đó là sự phát triển của xúc giác và cơ quan phát sáng (cá biển ở sâu). Nhiều loài lại ưa hoạt động vào chiều tối (muỗi, dơi) hay sáng sớm (nhiều loài chim).
– Một số sâu bọ ngừng sinh sản khi thời gian chiếu sáng trong ngày không thích hợp (hiện tượng đình dục). Thời gian chiếu sáng cực đại trong ngày còn làm thay đổi mùa đẻ trứng của cá hồi. Khi chuyển thời gian chiếu sáng cực đại/ ngày, cá thay đổi mùa đẻ trứng từ đông sang thu.
3. Nhịp điệu sinh học.
– Nhiều yếu tố tự nhiên nhất là những yếu tố khí hậu biến đổi có chu kì theo các quy luật thiên văn: vận động của Trái Đất quanh trục của mình hay trên quỹ đạo quay quanh Mặt Trời và sự vận động của Mặt Trăng quay quanh Trái Đất với sự dao động của thủy triều. Tính chu kì đó đã quyết định đến mọi quá trình sinh lí – sinh thái diễn ra ngay trong cơ thể của mỗi loài, tạo cho sinh vật hoạt động theo những nhịp điệu chuẩn xác như chiếc đồng hồ sinh học.
– Ví dụ: Lá cây đậu rủ xuống và đêm, hướng lên vào ban ngày; ban ngày chuột ngủ trong hang, ban đêm ra ngoài hoạt động… tất cả những thích nghi trên liên quan chặt chẽ với độ dài thời gian chiếu sáng, nhiệt độ và độ ẩm biến đổi theo chu kì ngày đêm.
B. Ảnh hưởng của nhiệt độ.
– Nhiệt độ trên bề mặt trái đất biến thiên rất lớn còn sinh vật chỉ sống được trong giới hạn nhiệt độ rất hẹp (0-500C), thậm chí còn hẹp hơn. Nhiệt độ tác động mạnh đến hình thái, cấu trúc cơ thể, tuổi thọ, các hoạt động sinh lí- sinh thái và tập tính của sinh vật. Sống ở nơi giá rét, thực vật có vỏ dày cách nhiệt, sinh trưởng chậm, ra hoa kết trái tập trung vào thời gian ấm trong năm; động vật có lớp mỡ dưới da và lớp lông dày, di cư trú đông và ngủ đông.
– Với thân nhiệt, sinh vật được chia thành 2 nhóm: nhóm biến nhiệt và nhóm đồng nhiệt (hằng nhiệt).
+ Ở sinh vật biến nhiệt, thân nhiệt biến đổi theo nhiệt độ môi trường (các loài vi sinh vật, thực vật, động vật không xương sống, cá, lưỡng cư, bò sát). Sinh vật biến nhiệt điều chỉnh thân nhiệt thông qua sự trao đổi nhiệt trực tiếp với môi trường. Ngược lại, những loài đồng nhiệt có thân nhiệt ổn định, độc lập với sự biến đổi của nhiệt độ môi trường (chim, thú). Do vậy, nhóm này có khả năng phân bố rộng.
+ Ở động vật đồng nhiệt sống ở vùng lạnh phía Bắc, các phần cơ thể nhô ra thường nhỏ hơn (tai, đuôi…), còn kích thước cơ thể lại lớn hơn so với loài tương tự sống ở phía Nam thuộc Bắc Bán Cầu. Ngược lại, động vật biến nhiệt ở vĩ độ thấp có kích thước cơ thể tăng lên (trăn, đồi mồi, cá sấu, kì đà…)
– Ở sinh vật biến nhiệt, nhiệt được tích lũy trong 1 giai đoạn phát triển hay cả đời sống gần như là 1 hằng số và tuân theo công thức:
T = (x – k).n
Trong đó, T là tổng nhiệt hữu hiệu ngày; x là nhiệt độ môi trường; k là nhiệt độ ngưỡng của sự phát triển; n là số ngày cần để hoàn thành 1 giai đoạn hay cả đời sống của sinh vật.
C. Ảnh hưởng của độ ẩm.
– Cơ thể sinh vật chứa tới 50-70% là nước, thậm chí 99%. Do đó, cơ thể thường xuyên trao đổi nước với môi trường. Nước là môi trường sống của thủy sinh vật. Trên cạn, lượng mưa và độ ẩm quyết định đến sự phân bố, mức độ phong phú của các loài sinh vật, nhất là thảm thực vật.
– Liên quan tới độ ẩm và nhu cầu nước đối với đời sống, thực vật được chia thành 3 nhóm: thực vật ưa ẩm, thực vật chịu hạn và nhóm trung gian là thực vật ưa ẩm vừa (trung sinh). Thực vật ưa ẩm sống ở nơi có độ ẩm cao, gần mức bão hòa. Thực vật chịu hạn tồn tại ở những nơi độ ẩm rất thấp (trên các cồn cát hay hoang mạc).
– Thực vật chịu hạn có khả năng tích trữ nước trong cơ thể (ở rễ, củ, thân và lá), giảm sự thoát hơi nước (khí khổng ít, lá hẹp hoặc biến thành gai, rụng lá vào mùa khô…), tăng khả năng tìm nước (rễ rất phát triển, nhiều cây có rễ phụ để hút ẩm như si, đa) và cuối cùng là khả năng “trốn hạn”, tức là cây tồn tại dưới dạng hạt dưới mặt đất. Vào mùa ẩm, hạt nảy mầm, phát triển và nhanh chóng ra hoa kết trái. Ví dụ, các loài thực vật ở hoang mạc.
– Động vật có những loài ưa ẩm (ếch, nhái), ưa ẩm vừa và những loài chịu được khô hạn (lạc đà, đà điểu, thằn lằn…). Ở động vật biến nhiệt, khi độ ẩm giảm thấp, tuổi thọ bị rút ngắn do mất nước. Ngược lại, khi độ ẩm quá cao, nhiệt độ xuống thấp, tỉ lệ chết càng cao. Ở điều kiện khô nóng, động vật đồng nhiệt giảm tiết mồ hôi, ít bài tiết nước tiểu, chuyển hoạt động vào ban đêm hay trong hang hốc. Trên các hoang mạc nóng và khô, thân con vật có màu vàng (con trùng, thằn lằn), ở nơi cực lạnh, thân lại có màu trắng (gấu trắng Bắc cực).
D. Sự tác động tổ hợp của nhiệt – ẩm.
Nhiệt và ẩm là 2 yếu tố chính của khí hậu, chi phối rất mạnh đến sự phân bố và đời sống của các loài. Sự tác động tổ hợp của nhiệt – ẩm lên sinh vật được gọi là biểu đồ “vùng sống” hay “thủy nhiệt đồ” của 1 loài sinh vật theo nhiệt – ẩm.
E. Các nhân tố sinh thái khác.
1. Sự thích nghi của sinh vật với sự vận động của không khí.
– Không khí chứa các chất khí có lợi cho đời sống (oxy, nito, carbondioxid…) và là chỗ dựa cho các “chuyến bay” của sinh vật có đời sống bay lượn. Gió giúp cho 1 số loài thực vật thụ phấn và phát tán nòi giống. Để phát tán xa, hạt có túm lông (hạt cúc, hạt bông gòn…) hoặc có cánh, có gai dài…
– Sống ở nơi lộng gió, cây thường thấp hoặc có thân bò, rễ ăn sâu xuống nền đất (muống biển, cỏ lạc đà); nhiều cây cao có bạnh rễ (lim, gụ) hay có rễ phụ (đa, si), rễ chống (cây đước) tránh bị đổ.
– Chim ó, đại bàng… dựa vào các dòng khí thăng, khí giáng để bay lượn. Ở sóc bay, cầy bay, thân có màng da nối các chi để chuyền từ cây này sang cây khác. Sống ở nơi lộng gió, các loài côn trùng thường có cánh ngắn hoặc tiêu giảm.
– Giông, bão, lốc làm gẫy đổ cây cối và hủy hoại nơi sống của nhiều loài động vật và con người.
2. Sự thích nghi của thực vật với lửa.
– Lửa cũng là nhân tố sinh thái. Nhiều loài cây có những thích nghi với lửa cháy tự nhiên, nhất là những vùng khô hạn nhiều giông gió: thân có vỏ dày, chịu lửa tốt (cây rừng Khộp), cây thân thảo (cỏ, sậy…) có thân ngầm dưới mặt đất, mặt nước để tránh lửa.
– Lửa cháy gây ra do con người, không được kiểm soát như đốt nương làm rẫy thường gây ra những hậu quả sinh thái nặng nề.
VI. Sự tác động trở lại của sinh vật lên môi trường.
Sinh vật không chỉ bị chi phối bởi các nhân tố sinh thái mà còn tác động trở lại, làm giảm nhẹ tác động của các nhân tố đó và dẫn đến sự biến đổi của môi trường theo hướng có lợi cho đời sống của mình. Ở các tổ chức càng thấp (quần thể, quần xã), khả năng cải tạo môi trường của sinh vật càng mạnh. Mọc trên nền đất, cây làm thay đổi cấu trúc và thành phần hóa học của đất, làm tăng độ ẩm, làm giảm nhiệt độ dưới tán cây. Giun, chân khớp sống trong đất làm cho đất tơi xốp và màu mỡ bằng các sản phẩm trao đổi chất của chúng. San hô với cơ thể rất nhỏ, chỉ tính bằng mm, song với cách sống tập đoàn , hơn 500 triệu năm qua dã tạo nên những đảo, quần đảo khổng lồ trong lòng đại dương, làm cho bề mặt hành tinh biến đổi lớn lao.
II. CÁC DẠNG BÀI TẬP
Bài 1: Ánh sáng có vai trò gì đối với đời sống động vật và thực vật.
Hướng dẫn giải
– Ánh sáng là nguồn năng lượng, ảnh hưởng đến trao đổi chất, năng lượng và các quá trình sinh lí trong cơ thể sống.
– Ánh sáng ảnh hưởng đến nhiệt độ, độ ẩm, không khí, đất… Do vậy, ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sinh vật.
– Các tia sáng nhìn thấy được có bước sóng từ 3600 
– 7600 giúp cây xanh quang hợp tốt nhất.
– Các tia tử ngoại có bước sóng ngắn, cần để tổng hợp Vitamin D và có thể gây ra đột biến.
– Các tia hồng ngoại giúp sinh vật được sưởi ấm, nhẩt là động vật biến nhiệt.
– Nhịp chiếu ánh sáng ngày đêm tạo ra nhóm sinh vật hoạt động ban ngày, nhóm sinh vật hoạt động về đêm.
– Ánh sáng ảnh hưởng đến hình thái thực vật: Thực vật mọc cong về phía có ánh sáng. Cùng một loài khi mọc ở nơi nhiều ánh sáng sẽ có vỏ dày, nhạt, cây thâp, tán rộng nhưng ở nơi thiếu ánh sáng sẽ có vỏ mỏng, thẫm, cây cao, lá tập trung ở ngọn.
– Nhu cầu ánh sáng của các loại thực vật không giống nhau nên có những loài ưa sáng như bạch đàn, phi lao, thông, lúa, đậu… có những loài ưa bóng như me, vừng, tầm gửi…
– Ở động vật, ánh sáng giúp sinh vật định hướng trong không gian như ong, chim, rắn mái gầm…
– Ánh sáng ảnh hưởng rõ nét đến sinh trưởng và phát dục ở động vật.
Bài 2:
Trình bày về ảnh hưởng của nhiệt độ đến đời sống sinh vật, nội dung qui tắc Becman và qui tắc Anlen. Qua đó phát biểu nội dung qui luật giới hạn sinh thái và nêu ỷ nghĩa của qui luật này.
Hướng dẫn giải
1) Ảnh hưởng của nhân tố nhiệt độ đến sinh vật:
– Các loài sinh vật khác nhau phản ứng khác nhau với nhiệt độ.
+ Động vật biến nhiệt như côn trùng, bò sát, ếch nhái… có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trường.
+ Động vật đẳng nhiệt như chim, thú… có nhiệt độ không đổi khi nhiệt độ môi trường thay đổi.
Ví dụ: – Ở cá rô – phi Việt Nam:
+ 5,6°C: giới hạn dưới (chết).
+ 42°C: giới hạn trên (chết).
+ 30°C: nhiệt độ tối thuận.
+ 5,6°C – 42°C: giới hạn chịu đựng (hay giới hạn sinh thái).
– Nhiệt độ môi trường biến đổi ảnh hưởng đến hình thái sinh vật, đến sinh thái.
Ví dụ 1: Môi trường quá nóng, cây sẽ cằn cỗi.
Ví dụ 2: Chim di cư vào mùa đông…
– Nhiệt độ môi trường tăng làm tăng tốc độ các quá trình sinh lí trong cơ thể sinh vật dẫn đến chu kì sống ngắn lại.
Ví dụ: Ở ruồi giấm có chu kì sống 17 ngày đêm ở 18°C; ở 25°C chu kì sống rút ngắn còn 10 ngày đêm.
– Thực vật quang hợp tốt ở 20°C – 30°C, ở 0°C cây ngừng quang hợp và hô hấp.
– Nhiệt độ ảnh hưởng rõ rệt đến lượng thức ăn và tốc độ tiêu hóa ở động vật.
Ví dụ: Ở 25°C, mọt bột trưởng thành ăn nhiều nhất, còn ở 8°C mọt sẽ ngừng ăn.
– Nhiệt độ ảnh hưởng đến trao đổi khí, nhiệt độ cao làm tăng cường độ hô hấp.
– Ở động vật biến nhiệt, tốc độ phát triển phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ tỉ lệ thuận với tốc độ phát triển theo công thức sau:
S = (T – C) D
S: Là tổng nhiệt hữu hiệu, là nhiệt lượng cần cho 1 chu kì sống.
T: Nhiệt độ trung bình của môi trường.
C: Ngưỡng nhiệt phát triển, dưới nhiệt độ này loài sẽ ngừng phát triển.
D: Chu kì sống của loài.
S và C là hằng số tùy loài; T và D là hai biến số tỉ lệ nghịch.
2) Nội dung qui tắc Becman và Anlen:
a) Qui tắc về kích thước cơ thể (qui tắc Becman):
Động vật hằng nhiệt sống vùng càng lạnh thì kích thước cơ thể lớn hơn động vật cùng loài hoặc loài tương cận, sống ở vùng nhiệt đới ấm áp. Đồng thời da và mỡ dày hơn.
Ví dụ: Gấu ở vùng ôn đới (gấu trắng) có kích thước lớn hơn gấu vùng nhiệt đới (gấu ngựa).
b) Qui tắc về kích thước các bộ phận tai, đuôi, chi… của cơ thể (qui tắc Anlen)
Động vật hằng nhiệt sống vùng ôn đới (lạnh) có tai, đuôi, chi… thường bé hơn tai, đuôi, chi… của loài tương tự sống vùng nhiệt đới (nóng).
Ví dụ: Thỏ vùng ôn đới có tai, đuôi nhỏ hơn thỏ ở vùng nhiệt đới.
3) Nội dung qui luật giới hạn sinh thái và ý nghĩa:
a) Nội dung: Mỗi loài có giới hạn đặc trưng về mỗi nhân tố sinh thái.
b) Ý nghĩa: Do mỗi loài có giới hạn chịu đựng riêng đối với mỗi nhân tố sinh thái nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, không khí… nên sự phân bố của sinh vật trên trái đất phụ thuộc chặt chẽ vào biên độ dao động của các nhân tố sinh thái.
– Sinh vật sống vùng nhiệt đới có giới hạn chịu đựng về nhiệt độ hẹp và ở vùng nhiệt độ cao còn sinh vật ở vùng ôn đới có giới hạn chịu đựng về nhiệt độ rộng và nhịêt độ tối thuận thường ở mức trung bình.
– Do vậy phải nắm giới hạn sinh thái từng loài đối với từng nhân tố sinh thái. Trong công tác chăn nuôi, trồng trọt phải tuân theo qui luật này một cách nghiêm ngặt.