Bài tập Sinh 12 Bài 29: Trao đổi vật chất và chuyển hóa năng lượng trong hệ sinh thái (27 bài tập)

Lớp 12 · Sinh Học Bài 29

Trao đổi vật chất & chuyển hóa năng lượng trong hệ sinh thái

Dòng năng lượng & dòng vật chất, chuỗi – lưới thức ăn, bậc dinh dưỡng, hiệu suất sinh thái và tháp sinh thái

1
Dòng năng lượng & dòng vật chất

Năng lượng cung cấp cho sinh vật trên Trái Đất chủ yếu từ ánh sáng mặt trời. Sinh vật sản xuất hấp thụ quang năng, qua quang hợp chuyển thành hóa năng trong chất hữu cơ; các sinh vật khác dùng chất hữu cơ này để sống.

Tiêu chíDòng năng lượngDòng vật chất
HướngChuyển hóa một chiềuLưu chuyển tuần hoàn
Đầu vàoQuang năng (ánh sáng)Chất vô cơ từ môi trường
Đầu raNhiệt năng tỏa ra môi trườngChất vô cơ trả lại môi trường
Tái sử dụngKhông tái sử dụng đượcĐược tái sử dụng liên tục
⚠️
Ghi nhớ: năng lượng đi một chiều (quang năng → nhiệt năng, không tuần hoàn); chỉ có vật chất mới tuần hoàn (vô cơ → hữu cơ → vô cơ).
2
Chuỗi thức ăn

Chuỗi thức ăn là một dãy các loài có quan hệ dinh dưỡng với nhau; mỗi loài là một mắt xích, tiêu thụ mắt xích phía trước và bị mắt xích phía sau tiêu thụ.

▸ Hai loại chuỗi thức ăn

Loại 1 – khởi đầu bằng sinh vật sản xuất (vai trò chính trong chuyển hóa vật chất, năng lượng):

CỏChuộtRắnDiều hâu

Loại 2 – khởi đầu bằng sinh vật ăn mùn bã hữu cơ (sử dụng chất hữu cơ thải ra từ chuỗi loại 1, giúp khép kín vòng tuần hoàn vật chất):

Giun đấtGà lôiCáoHổ
💡
Mũi tên trong chuỗi thức ăn chỉ hướng từ sinh vật bị ăn → sinh vật ăn (hướng truyền vật chất và năng lượng): Cỏ → Thỏ → Cáo, KHÔNG viết ngược lại.
3
Lưới thức ăn & mắt xích chung

Lưới thức ăn là tập hợp các chuỗi thức ăn được kết nối với nhau bằng những mắt xích chung.

Mắt xích chung là loài tham gia vào nhiều chuỗi thức ăn khác nhau (có thể ăn nhiều loài và/hoặc bị nhiều loài ăn).

Đặc điểmGiải thích
Tính phức tạpQuần xã càng nhiều loài → lưới thức ăn càng phức tạp (nhiều chuỗi, nhiều mắt xích chung)
Tính ổn địnhLưới thức ăn càng phức tạp → cấu trúc quần xã càng ổn định

▸ Độ phức tạp của lưới thức ăn thay đổi theo

Yếu tốXu hướng
Vĩ độVĩ độ thấp (xích đạo, nhiệt đới) → nhiều loài → lưới phức tạp. Vĩ độ cao (ôn đới, hàn đới) → ít loài → lưới đơn giản
Đại dương – bờTừ khơi đại dương (thưa) vào bờ (đa dạng) → lưới càng phức tạp
Tuổi quần xãQuần xã trưởng thành có lưới phức tạp hơn quần xã trẻ (mới hình thành)
Chuỗi thức ăn nước – cạnChuỗi thức ăn dưới nước dài hơn trên cạn: sinh vật thủy sinh phần lớn biến nhiệt nên ít mất năng lượng cho điều hòa thân nhiệt → hiệu suất cao hơn → chuỗi dài hơn
💡
Lưới phức tạp ổn định hơn vì: khi một loài suy giảm/biến mất, các loài khác có thể thay thế vai trò trong chuỗi thức ăn → quần thể ít bị ảnh hưởng.
Ví dụ lưới thức ăn
Hình: Sơ đồ một lưới thức ăn (các chuỗi thức ăn nối nhau qua mắt xích chung)
4
Bậc dinh dưỡng

Bậc dinh dưỡng của một loài là vị trí của loài đó trong chuỗi thức ăn, cho biết tương quan về năng lượng của loài so với các loài khác.

Bậc dinh dưỡngThành phần
Bậc DD cấp 1Sinh vật sản xuất (tự dưỡng)
Bậc DD cấp 2Sinh vật tiêu thụ bậc 1 (động vật ăn thực vật)
Bậc DD cấp 3Sinh vật tiêu thụ bậc 2 (động vật ăn thịt bậc 1)
Bậc DD cấp $n$Sinh vật tiêu thụ bậc $(n-1)$
⚠️
Lưu ý: Bậc DD cấp 1 = sinh vật sản xuất (KHÔNG phải SVTT bậc 1). Trong lưới thức ăn, một loài có thể thuộc nhiều bậc dinh dưỡng khác nhau tùy chuỗi đang xét.
5
Dòng năng lượng trong hệ sinh thái

Bức xạ mặt trời chiếu vào Trái Đất chỉ khoảng 50% xuống được bề mặt, trong đó chỉ khoảng 1% được sinh vật sản xuất dùng để quang hợp – nhưng cũng đủ tạo ra khoảng 150 tỉ tấn chất hữu cơ mỗi năm.

▸ Năng lượng ở mỗi bậc dinh dưỡng

Tại mỗi bậc dinh dưỡng, năng lượng được phân thành: hô hấp (thất thoát dưới dạng nhiệt), tích lũy sinh khối, thất thoát qua vật chất rơi rụng (lá rụng, lông rụng, lột xác) và chất thải (phân, nước tiểu); chỉ một phần nhỏ được truyền lên bậc cao hơn.

Đặc điểm dòng năng lượngGiải thích
Giảm dần qua các bậc DDPhần lớn năng lượng bị thất thoát khi truyền giữa các bậc
Không tuần hoànChuyển hóa một chiều, cuối cùng tỏa ra môi trường dưới dạng nhiệt, không tái sử dụng
6
Hiệu suất sinh thái

Hiệu suất sinh thái là tỉ lệ phần trăm chuyển hóa năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng trong hệ sinh thái.

Công thức hiệu suất sinh thái
$H = \dfrac{E_{n+1}}{E_{n}} \times 100\%$

Trong đó $E_{n+1}$ là năng lượng tích lũy ở bậc dinh dưỡng cao hơn, $E_n$ là năng lượng tích lũy ở bậc thấp hơn. Trung bình $H \approx 10\%$ (quy tắc 10%), thực tế dao động khoảng $5 - 20\%$.

🔎 Ví dụ (quy tắc 10%)
Năng lượng ở bậc DD cấp 1 $= 10\,000$ kcal, hiệu suất $10\%$:
Bậc DD cấp 2 $= 10\,000 \times 10\% = 1\,000$ kcal.
Bậc DD cấp 3 $= 1\,000 \times 10\% = 100$ kcal.
Bậc DD cấp 4 $= 100 \times 10\% = 10$ kcal.
💡
Ý nghĩa: vì mỗi bậc thất thoát ~90% năng lượng nên hệ sinh thái thường chỉ có 4 – 5 bậc dinh dưỡng. Trong chăn nuôi nên ưu tiên các loài ăn thực vật/ăn tạp (trâu, bò, gà, cá trắm cỏ…) vì hiệu quả chuyển hóa năng lượng cao hơn.
7
Tháp sinh thái & tổng kết

Tháp sinh thái là biểu đồ hình tháp thể hiện số lượng, sinh khối hoặc năng lượng của các sinh vật ở mỗi bậc dinh dưỡng. Đáy tháp là bậc DD cấp 1 (sinh vật sản xuất).

Loại thápCăn cứDạng tháp
Tháp số lượngSố lượng cá thể ở mỗi bậc DDCó thể có dạng tháp ngược
Tháp sinh khốiKhối lượng sinh vật ở mỗi bậc DDCó thể có dạng tháp ngược
Tháp năng lượngNăng lượng tích lũy ở mỗi bậc DD (kcal/m²/năm)Luôn có dạng chuẩn (đáy rộng, đỉnh hẹp)
Ba loại tháp sinh thái
Hình: Ba loại tháp sinh thái (số lượng – sinh khối – năng lượng)
⚠️
Tháp năng lượng luôn chuẩn vì năng lượng luôn thất thoát qua mỗi bậc (bậc cao luôn ít hơn bậc thấp), có đơn vị đồng nhất và đã xét yếu tố thời gian → mô tả đầy đủ nhất quan hệ vật chất – năng lượng.
GHI NHỚ NHANH
Năng lượng: MỘT CHIỀU · Vật chất: TUẦN HOÀN
Hiệu suất sinh thái $\approx 10\%$ · Bậc DD cấp 1 $=$ sinh vật sản xuất
Số lượng & sinh khối có thể NGƯỢC, năng lượng LUÔN CHUẨN

▸ Lỗi thường gặp

SaiĐúng
Năng lượng tuần hoàn trong HSTNăng lượng chuyển hóa một chiều, chỉ vật chất tuần hoàn
Bậc DD cấp 1 = SVTT bậc 1Bậc DD cấp 1 $=$ sinh vật sản xuất
Mọi tháp đều có dạng chuẩnChỉ tháp năng lượng luôn chuẩn
Vẽ mũi tên chuỗi thức ăn ngượcMũi tên từ sinh vật bị ăn → sinh vật ăn
1
Điểm: 0/27
🌾

Cùng luyện Bài 29 – Trao đổi vật chất & chuyển hóa năng lượng!

27 câu: 22 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận

💡 Gợi ý
Cô Nguyễn Ngọc Châu

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