Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
I. Khái niệm quần thể và mối quan hệ giữa các cá thể trong quần thể
1. Khái niệm quần thể
Quần thể là tập hợp các cá thể cùng loài, cùng sinh sống trong một khoảng không gian và thời gian xác định, có khả năng sinh sản (hữu tính hoặc vô tính) tạo ra những thế hệ mới có thể sinh sản được.
Bốn dấu hiệu nhận biết một quần thể (thiếu một dấu hiệu thì không phải quần thể):
- Các cá thể cùng loài;
- Cùng không gian sống xác định;
- Cùng thời gian xác định;
- Có khả năng sinh sản tạo thế hệ mới hữu thụ.
Ví dụ: quần thể cây săng lẻ (Lagerstroemia angustifolia) ở Tam Quang, Nghệ An; quần thể cò trắng (Egretta garzetta) ở Thung Nham, Ninh Bình.
Quần thể là một cấp độ tổ chức sống:
- Quần thể là một hệ thống mở: các cá thể thường xuyên trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường, đảm bảo cho sinh trưởng, phát triển và sinh sản.
- Giữa các cá thể có mối quan hệ chặt chẽ với nhau và với điều kiện ngoại cảnh, hình thành một cấu trúc hoàn chỉnh.
Sự phát tán và hình thành quần thể mới: Các quần thể trong tự nhiên thường có xu hướng phát tán cá thể. Khi một nhóm cá thể phát tán đến khu vực địa lí mới, những cá thể không thích nghi bị đào thải, những cá thể thích nghi sẽ sinh trưởng, phát triển, sinh sản, dần hình thành quần thể mới.
2. Mối quan hệ giữa các cá thể trong quần thể
Giữa các cá thể trong quần thể có hai mối quan hệ: quan hệ hỗ trợ và quan hệ cạnh tranh.
a) Quan hệ hỗ trợ
Ngoại trừ một số loài sống đơn độc, chỉ gặp đồng loại khi sinh sản (báo tuyết, gấu Bắc Cực), đa số các loài sống tập trung thành nhóm.
Hiệu quả nhóm: Khi sống thành nhóm, các cá thể hỗ trợ lẫn nhau trong tìm kiếm thức ăn, tự vệ… dẫn đến mỗi cá thể trong nhóm có nhiều thuận lợi hơn so với cá thể sống đơn lẻ.
| Ví dụ | Biểu hiện hỗ trợ |
|---|---|
| Cây tre sống thành bụi | Chống chịu gió bão tốt hơn sống đơn độc |
| Sư tử săn mồi theo đàn | Ăn thịt được trâu rừng có kích thước lớn hơn |
| Cầy Mongoose | Thay phiên nhau đứng ở vị trí cao cảnh giới chim săn mồi cho cả đàn an toàn khi kiếm ăn |
Ý nghĩa của quan hệ hỗ trợ: đảm bảo cho quần thể khai thác tối ưu nguồn sống, tăng hiệu quả sinh sản và hạn chế tác động bất lợi của môi trường, kết quả làm tăng số lượng cá thể của quần thể.
b) Quan hệ cạnh tranh
Nguyên nhân: Nguồn sống của môi trường là có giới hạn. Nếu số lượng cá thể vượt quá khả năng cung cấp của môi trường thì cạnh tranh giữa các cá thể trở nên gay gắt.
| Nhóm | Cạnh tranh về | Hệ quả khi mật độ tăng cao |
|---|---|---|
| Thực vật | Ánh sáng, nước, dinh dưỡng khoáng | Cây sinh trưởng mạnh gây thiếu hụt nguồn sống cho cây yếu mọc gần; cạnh tranh gay gắt gây chết một số cá thể → tỉa thưa tự nhiên |
| Động vật | Thức ăn, nơi ở, sinh sản | Nguồn sống cho mỗi cá thể suy giảm, tốn nhiều năng lượng giành giật thức ăn → giảm sinh trưởng và sinh sản (giảm số con trên một lứa đẻ, sức sống con non thấp); tăng hành vi hung hăng: đe doạ, xua đuổi, đánh nhau, thậm chí ăn thịt đồng loại |
Ví dụ: Hai con báo đốm (Panthera onca) tranh giành thức ăn; hải tượng phương nam (Mirounga leonina) đực đánh nhau giành con cái; cá pecca châu Âu (Perca fluviatilis) ăn thịt đồng loại có kích thước nhỏ hơn.
Ý nghĩa của quan hệ cạnh tranh (phần rất hay hỏi):
- Các cá thể khoẻ mạnh chiếm được nhiều điều kiện sống thuận lợi; cá thể có sức cạnh tranh yếu bị giảm sức sống, chết hoặc di cư.
- Cạnh tranh gay gắt làm giảm tỉ lệ sinh sản, tăng tỉ lệ tử vong, tăng mức xuất cư → đảm bảo mật độ phù hợp với khả năng cung cấp nguồn sống của môi trường → duy trì sự tồn tại và phát triển tương đối ổn định của quần thể.
- Cạnh tranh phân hoá sức sống các cá thể, đào thải cá thể kém thích nghi và tăng số lượng cá thể mang đặc điểm thích nghi.
Kết luận cần nhớ: Cạnh tranh gay gắt không dẫn đến sự suy vong của quần thể mà là cơ chế điều hoà mật độ, giúp quần thể ổn định.
II. Các đặc trưng cơ bản của quần thể
Các đặc trưng cơ bản là những tiêu chí quan trọng để nghiên cứu và so sánh các quần thể. Các đặc trưng này thay đổi phụ thuộc vào thuộc tính loài và đặc điểm môi trường của khu vực phân bố.
Gồm 5 đặc trưng: mật độ cá thể – kích thước quần thể – kiểu phân bố – tỉ lệ giới tính – nhóm tuổi.
1. Mật độ cá thể
Khái niệm: là số lượng cá thể trên một đơn vị diện tích hoặc thể tích. Mật độ cá thể biểu thị mức độ khai thác nguồn sống của quần thể.
Cơ chế điều hoà mật độ:
| Trạng thái | Diễn biến | Kết quả |
|---|---|---|
| Mật độ thấp | Nguồn sống dồi dào → tỉ lệ sinh sản lớn hơn tỉ lệ tử vong | Tăng mật độ quần thể |
| Mật độ cao | Cạnh tranh gay gắt; tăng ô nhiễm môi trường, tăng số lượng kẻ thù, tăng dịch bệnh → tỉ lệ tử vong lớn hơn tỉ lệ sinh sản, tăng xuất cư | Giảm mật độ quần thể |
Ví dụ: Ở cá tầm biển (Brachyistius frenatus), khi mật độ cá thể tăng quá cao, chỗ ẩn nấp an toàn không đủ cho mọi cá thể dẫn đến tỉ lệ tử vong tăng lên do tác động của vật săn mồi.
2. Kích thước quần thể
Khái niệm: là số lượng cá thể (hoặc sinh khối, hoặc năng lượng) có trong khu vực phân bố của quần thể.
Quần thể thường phát triển ổn định trong khoảng giữa kích thước tối thiểu và kích thước tối đa.
| Ngưỡng | Định nghĩa | Hậu quả khi vượt ngưỡng |
|---|---|---|
| Kích thước tối đa | Số lượng cá thể lớn nhất mà quần thể đạt được, phù hợp với sức chứa của môi trường | Cạnh tranh gay gắt → giảm kích thước quần thể |
| Kích thước tối thiểu | Số lượng cá thể ít nhất để quần thể tồn tại và phát triển | Nguy cơ suy vong: giảm hiệu quả sinh sản, tăng giao phối cận huyết, giảm hỗ trợ giữa các cá thể |
Ý nghĩa thực tiễn: Kích thước quần thể thể hiện mức độ ổn định và tiềm năng phát triển của quần thể → là cơ sở để con người đưa ra phương án bảo tồn, phát triển và khai thác tài nguyên sinh vật hợp lí.
Ví dụ: Các chương trình bảo tồn loài voọc Chà vá chân nâu (Pygathrix nemaeus) ở bán đảo Sơn Trà, Đà Nẵng đã giúp khôi phục số lượng từ 180 – 200 cá thể lên hơn 1 300 cá thể, tương ứng 237 đàn.
3. Kiểu phân bố
Khái niệm: là kiểu bố trí các cá thể (vị trí tương đối giữa các cá thể) trong khoảng không gian sống của quần thể.
Ý nghĩa: biểu thị đặc điểm phân bố nguồn sống của môi trường, mức độ khai thác nguồn sống và sự tương tác giữa các cá thể.
| Kiểu phân bố | Điều kiện xuất hiện | Ý nghĩa | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| Ngẫu nhiên | Điều kiện sống phân bố đồng đều và không có sự tương tác rõ rệt giữa các cá thể | Mỗi cá thể có thể sống ở vị trí bất kì | Xương rồng (Carnegiea gigantea) mọc ngẫu nhiên ở sườn dốc |
| Đều | Nguồn sống phân bố tương đối đồng đều, mật độ cá thể cao, cạnh tranh gay gắt | Làm giảm sự cạnh tranh giữa các cá thể | Chim hải âu lông mày đen (Thalassarche melanophris) làm tổ cách đều nhau ở quần đảo Falkland |
| Theo nhóm | Điều kiện sống không đồng đều; cá thể tập trung ở nơi thuận lợi nhất | Các cá thể hỗ trợ nhau cùng khai thác nguồn sống và chống lại điều kiện bất lợi | Đàn ngựa vằn (Equus quagga) phân bố ở nơi nhiều thức ăn |
4. Tỉ lệ giới tính
Khái niệm: là tỉ lệ đực : cái của quần thể. Trong tự nhiên, tỉ lệ giới tính thường xấp xỉ 1 : 1.
Các yếu tố làm thay đổi tỉ lệ giới tính: đặc điểm của từng loài, môi trường (nhiệt độ, dinh dưỡng…) và giai đoạn phát triển.
| Ví dụ | Tỉ lệ giới tính |
|---|---|
| Ngỗng và vịt trưởng thành | đực : cái = 40 : 60 |
| Nai sừng tấm Á – Âu (Alces alces) | Sơ sinh: đực : cái $\approx$ 53 : 47; trưởng thành: 23 : 77 |
| Rùa biển xanh (Chelonia mydas) | Nhiệt độ ấp trứng trên $30{,}3^\circ\mathrm{C}$ → nở chủ yếu con cái; dưới $28{,}5^\circ\mathrm{C}$ → nở chủ yếu con đực |
Ý nghĩa: Đối với loài sinh sản hữu tính, tỉ lệ giới tính biểu thị tiềm năng sinh sản của quần thể.
5. Nhóm tuổi
Tuổi là đơn vị đo thời gian sống của cá thể. Đặc trưng nhóm tuổi được áp dụng cho các loài có thời gian sống nhiều năm.
Theo tiêu chí liên quan đến sinh sản, quần thể chia thành ba nhóm tuổi:
| Nhóm tuổi | Vai trò |
|---|---|
| Tuổi trước sinh sản | Quyết định tiềm năng bổ sung cá thể trong tương lai |
| Tuổi sinh sản | Quyết định mức sinh sản hiện tại của quần thể |
| Tuổi sau sinh sản | Không còn tham gia sinh sản |
Ý nghĩa: Dựa vào tương quan giữa ba nhóm tuổi có thể dự đoán xu hướng tăng trưởng của quần thể trong tương lai.
III. Tăng trưởng của quần thể sinh vật
1. Các kiểu tăng trưởng của quần thể sinh vật
Tăng trưởng của quần thể là sự gia tăng về kích thước của quần thể qua các thế hệ.
| Tiêu chí | Tăng trưởng theo tiềm năng sinh học | Tăng trưởng trong môi trường có giới hạn |
|---|---|---|
| Điều kiện | Lí tưởng (lí thuyết): nguồn sống vô hạn, nhân tố vô sinh luôn cực thuận | Thực tế: nguồn sống bị giới hạn, nhân tố vô sinh có thể biến đổi bất lợi |
| Diễn biến | Kích thước quần thể tăng không ngừng theo cấp số mũ | Tăng nhanh lúc đầu; sau điểm uốn thì chậm dần, kích thước càng lớn tăng trưởng càng chậm |
| Đường cong | Hình chữ J | Hình chữ S |
| Giới hạn | Không có | Dao động quanh ngưỡng sức chứa của môi trường |
Lưu ý: Trong tự nhiên, khi kích thước quần thể nhỏ và điều kiện sống thuận lợi, quần thể có thể tăng trưởng gần với cấp số mũ (ví dụ: quần thể bồ công anh mọc ở bãi bồi ven sông; các quần thể thỏ ở châu Úc nửa đầu thế kỉ XX). Tuy nhiên, kiểu tăng trưởng gần giống cấp số mũ này chỉ diễn ra trong khoảng thời gian đầu.
2. Các yếu tố ảnh hưởng tới tăng trưởng quần thể
Sự tăng trưởng của quần thể phụ thuộc vào bốn yếu tố:
| Yếu tố | Khái niệm | Tác động lên kích thước quần thể |
|---|---|---|
| Mức sinh sản | Số lượng cá thể được sinh ra trên một đơn vị thời gian | Làm tăng |
| Mức nhập cư | Số lượng cá thể tăng lên trên một đơn vị thời gian do di chuyển từ quần thể khác tới | Làm tăng |
| Mức tử vong | Số cá thể bị chết (do già hoặc nguyên nhân sinh thái) trên một đơn vị thời gian | Làm giảm |
| Mức xuất cư | Số lượng cá thể rời khỏi quần thể trên một đơn vị thời gian | Làm giảm |
Lưu ý: Hiệu số giữa mức sinh sản và mức tử vong có tác động rõ rệt nhất đến mức tăng trưởng của quần thể.
Hai tình huống điển hình:
- Môi trường thuận lợi, nguồn sống dồi dào: tăng mức sinh sản, giảm mức tử vong, giảm mức xuất cư, có khả năng chứa thêm cá thể nhập cư → tăng kích thước quần thể.
- Môi trường bất lợi, mật độ quá cao: cạnh tranh gay gắt → giảm mức sinh sản, tăng mức tử vong, tăng mức xuất cư → giảm kích thước quần thể.
3. Tăng trưởng của quần thể người
Giai đoạn trước nửa đầu thế kỉ XVII: loài người có quy mô dân số nhỏ và tốc độ tăng dân số chậm.
Từ thế kỉ XVIII trở đi: nhờ sự phát triển vượt bậc về y học, khoa học và công nghệ, con người khai thác được nhiều nguồn tài nguyên và thích nghi tốt hơn với môi trường → kích thước quần thể tăng nhanh.
| Mốc dân số | Thời gian |
|---|---|
| Từ 1 tỉ lên 2 tỉ (gấp đôi) | Khoảng 123 năm |
| Từ 2 tỉ lên 8 tỉ (gấp 4 lần) | Khoảng 95 năm |
| Tỉ lệ tăng dân số đạt đỉnh | Khoảng 2,2% vào thập niên 60 của thế kỉ XX, sau đó giảm dần |
| Dự báo năm 2050 | Tỉ lệ tăng khoảng 0,5%; dân số toàn cầu ước đạt 9,8 tỉ người |
Hậu quả của tăng trưởng dân số quá nhanh:
- Dân số tăng cao kéo theo nhu cầu về thức ăn, nơi ở, nguyên nhiên liệu, đất canh tác nông nghiệp ngày càng lớn.
- Dẫn đến khai thác quá mức các nguồn tài nguyên (rừng, khoáng sản, đất đai, nguồn nước) và gia tăng ô nhiễm môi trường.
- Mật độ dân số quá cao gây suy giảm chất lượng môi trường sống, tạo điều kiện lây lan dịch bệnh.
Kết luận: Kiểm soát mức gia tăng dân số là nội dung quan trọng trong chiến lược phát triển bền vững của tất cả các quốc gia.
IV. Các kiểu biến động số lượng cá thể của quần thể
Biến động số lượng cá thể là sự thay đổi số lượng cá thể của quần thể dưới tác động của môi trường. Có hai kiểu: biến động theo chu kì và biến động không theo chu kì.
1. Biến động theo chu kì
Khái niệm: là sự thay đổi số lượng cá thể theo chu kì, tương ứng với những biến đổi có tính chu kì của môi trường.
| Chu kì | Ví dụ |
|---|---|
| Ngày đêm | Thực vật nổi (vi khuẩn lam, tảo) tăng số lượng vào ban ngày, giảm vào ban đêm, tương ứng với chu kì chiếu sáng và mức độ tiêu thụ của động vật nổi |
| Thuỷ triều | Một số động vật thuỷ sinh (tôm, cua, cá) có chu kì sinh sản trùng khớp với chu kì hoạt động của thuỷ triều |
| Nhiều năm | Ở rừng nguyên sinh Bắc Mỹ, số lượng mèo rừng (Lynx canadensis) và con mồi là thỏ rừng Canada (Lepus americanus) cùng biến động theo chu kì 9 – 10 năm |
| Mùa | Ở Việt Nam, động vật biến nhiệt như muỗi, ếch, nhái phát triển mạnh vào mùa mưa và suy giảm số lượng vào mùa khô |
2. Biến động không theo chu kì
Khái niệm: là sự thay đổi đột ngột số lượng cá thể trong quần thể do:
- Các yếu tố ngẫu nhiên của môi trường: cháy rừng, bão, dịch bệnh…
- Tác động của con người: khai thác khoáng sản, xả thải, xây dựng…
Ví dụ: Cháy rừng ở Tây Nam Bộ và cháy rừng ở Vườn quốc gia U Minh Thượng, Kiên Giang (nay là An Giang) năm 2002 đã thiêu rụi hàng nghìn ha rừng, gây suy giảm số lượng cá thể của nhiều quần thể động vật, thực vật.
V. Ứng dụng các hiểu biết về quần thể trong thực tiễn
1. Trong nông nghiệp
Trong trồng trọt: Canh tác với mật độ hợp lí giúp cây trồng có đủ điều kiện sinh trưởng tốt nhất; hạn chế cạnh tranh; thuận tiện cho chăm sóc, thu hoạch và phòng trừ sâu bệnh → nâng cao năng suất, phẩm chất nông sản.
| Đối tượng | Mật độ khuyến cáo |
|---|---|
| Lúa thuần VNR20 ở Bắc Trung Bộ, vụ Xuân (tháng 1) | $45 – 50$ khóm/$\mathrm{m^2}$, với $2 – 3$ cây/khóm |
| Thanh long | $900 – 1,100$ trụ/ha; cây cách cây $3 – 3{,}5$ m, hàng cách hàng $3 – 3{,}5$ m |
Trong chăn nuôi và thuỷ sản: Tuỳ từng giai đoạn phát triển để xác định mật độ cá thể, thiết kế chuồng trại và chuẩn bị ao nuôi phù hợp.
- Tác hại của mật độ quá cao: gây ô nhiễm môi trường, tăng stress cho vật nuôi → giảm hiệu quả chuyển hoá thức ăn, tăng nguy cơ mắc bệnh.
| Đối tượng | Thông số |
|---|---|
| Ao nuôi cá tra | Diện tích từ $500\ \mathrm{m^2}$ trở lên, độ sâu nước $1{,}5 – 2$ m, mật độ cá giống $15 – 20$ con/$\mathrm{m^2}$ |
| Tôm thẻ chân trắng | Mật độ quá cao làm tăng nguy cơ mắc bệnh đốm đen, bệnh đốm trắng |
| Lợn (số con/chuồng) | Lợn nái đẻ: 1 con; lợn nái chờ phối: $4 – 6$ con; lợn thịt nhỏ: $10 – 15$ con |
Điều chỉnh tỉ lệ giới tính và quy mô đàn: Ví dụ, đàn ong mật có kích thước lớn sẽ có xu hướng chia đàn làm giảm hiệu suất tạo mật; người nuôi ong can thiệp vào điều kiện sống để ngăn chia đàn tự nhiên hoặc chủ động chia đàn vào thời điểm phù hợp.
2. Trong bảo tồn và khai thác tài nguyên sinh vật
Dựa vào số lượng quần thể, khu vực phân bố, kích thước quần thể, tỉ lệ giới tính, nhóm tuổi để đánh giá thực trạng và tiềm năng phát triển hoặc nguy cơ suy thoái của loài, từ đó xác định:
- Các loài cần được bảo vệ;
- Các loài có thể khai thác và định mức khai thác.
Ở Việt Nam: Nhiều loài như sao la (Pseudoryx nghetinhensis), voọc mông trắng (Trachypithecus delacouri), vượn cáo (Pygathrix cinerea) có kích thước quần thể rất nhỏ và đang suy giảm, được Sách đỏ Việt Nam xếp vào nhóm loài rất nguy cấp, có nguy cơ cao bị tuyệt chủng và cần được bảo vệ.
Quy định khai thác: Nhiều nước quy định chặt chẽ về dụng cụ đánh bắt, số lượng, khối lượng, kích thước, độ tuổi, giới tính của các cá thể, khu vực và khoảng thời gian khai thác. Ở Việt Nam có các quy định chi tiết về bảo vệ nguồn lợi hải sản như các loại ngư cụ bị cấm, tiêu chuẩn của từng loại dụng cụ đánh bắt.
3. Trong các chính sách xã hội
Dựa vào các nghiên cứu dân số (tỉ lệ giới tính, nhóm tuổi, tỉ lệ sinh sản, tỉ lệ tử vong, phân bố dân cư), các nhà hoạch định chính sách nắm được đặc điểm và tiềm năng của dân số, từ đó đưa ra chính sách phù hợp về dân số, phát triển kinh tế, giáo dục, an sinh xã hội, y tế, bảo vệ môi trường.
Cô Nguyễn Ngọc Châu
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Sinh Học THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Sinh học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ AT sinh học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Trần Phú