Tài liệu Các quần thể ppt

Sinh học đại cương
NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2005.
Tr 153 – 159.

Từ khoá: Quần thể, quần xã, động học quần thể, sinh trưởng quần thể, đường cong
sinh trưởng, nhân tố ngoại cảnh, nhân tố ngoại cảnh.

Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho
mục đích học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in
ấn phục vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và
tác giả.


Mục lục

Chương 6 CÁC QUẦN THỂ.......................................................................................2
6.1 ĐỘNG HỌC QUẦN THỂ................................................................................2
6.2 SỰ SINH TRƯỞNG CỦA QUẦN THỂ ..........................................................2
6.3 NHỮNG BIẾN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG CONG HÌNH CHỮ S .......................5
6.4 QUẦN THỂ NGƯỜI .......................................................................................6
6.5 CHIẾN LƯỢC ĐỂ SỐNG CÒN ......................................................................7
6.6 CÁC YẾU TỐ HẠN CHẾ MỨC TĂNG TRƯỞNG QUẦN THỂ ....................8

Chương 6. Các quần thể


PGS. TS. Nguyễn Như Hiền


2
Chương 6
CÁC QUẦN THỂ
MỤC TIÊU:
Sau khi học xong chương này, sinh viên có khả năng:
– Định nghĩa quần thể, quần xã và động học quần thể.
– Trình bày được về sinh trưởng quần thể và các loại đường cong sinh trưởng.
– Trình bày được các nhân tố ngoại cảnh và nội cảnh gây ảnh hưởng đến sinh
trưởng quần thể.
6.1 ĐỘNG HỌC QUẦN THỂ
Các cơ thể sống thuộc các loài khác nhau cùng chung sống trong một hệ sinh thái bất
kì được tập hợp lại có tên gọi là quần xã. Mối tương tác giữa các cơ thể sống khác nhau tạo
nên quần xã sẽ dễ nghiên cứu hơn nếu nghiên cứu, phân tích, so sánh hoạt động và thành
phần của những nhóm nhỏ hơn gọi là quần thể - đó là nhóm các cá thể thuộc cùng một loài
nào đó sống chung trong một vùng địa lí xác
định.
Nghiên cứu sơ đẳng nhất một quần thể bắt đầu từ bằng việc đếm số lượng cá thể của
nó. Nếu như số lượng cá thể của quần thể được ghi lại đều đặn trong một khoảng thời
gian thì tự nó sẽ thấy kiểu tăng trưởng hay suy giảm của quần thể. Mức sinh (hay mức tái
sản xuất) củ
a một quần thể là số lượng cá thể đã được sinh ra sau thời gian xác định
thường được biểu thị bằng % số lượng của quần thể. Một mức sinh 20% mỗi năm có
nghĩa là 20 cá thể mới được sinh ra trong một năm trong số 100 cá thể đã có của quần

thể. Mức sinh của người thường được đo bằng số người mới sinh ra trong 1000 người
mỗi n
ăm. Mức tử (hay mức suy giảm) là số cá thể chết đi trong một khoảng thời gian và
cũng được xác định tương tự như mức sinh. Mật độ quần thể là số cá thể có trên một đơn
vị diện tích (đối với quần thể trên mặt đất) hay một đơn vị thể tích (đối với quần thể dưới
nước). Việc nghiên cứu sự
biến động của tất cả các thông số ấy có một tên gọi là động
học quần thể, và nó liên quan nhiều đến mô hình toán học về sự sinh trưởng quần thể
cũng như các mối tương tác với các cá thể khác cũng như với môi trường vô sinh quanh
nó.
6.2 SỰ SINH TRƯỞNG CỦA QUẦN THỂ
Một phương pháp nghiên cứu sự sinh trưởng quần thể có thể bắt đầu từ một quần thể
mới được nuôi trong phạm vi phòng thí nghiệm. Cung cấp cho nó đủ thức ăn,
3


Hình 2.1.
Sinh trưởng luỹ thừa của quần thể nấm men
Không gian và tiến hành đếm số lượng cá thể mới đều đặn rồi ghi chép lại. Các vi
sinh vật như vi khuẩn nấm men chẳng hạn rất thích hợp cho nghiên cứu kiểu này bởi vì
chúng có mức sinh sản lớn. Hình 2.1 thể hiện sự tăng trưởng nấm men ở những điều kiện
thuận lợi.
Trong giai đoạn đầu thí nghiệm, quần thể tăng trưởng chậm chạp. Tuy nhiên, số t
ế
bào tăng gấp đôi sau mỗi lần phân bào sẽ dẫn đến mức tăng trưởng ngày càng nhanh và
đường cong sinh trưởng bùng nổ này có tên gọi là sinh trưởng luỹ thừa và đặc trưng cho
các cơ thể sống có khả năng chiếm lĩnh môi trường sống mới.
Một quần thể có một mức tăng trưỏng tối đa có tên gọi mức tăng trưởng bản năng
(r). Nó được xác đị
nh bởi các yếu tố như thời gian giữa hai thế hệ, tuổi thọ và sức sinh

sản của các cá thể và nó đặc trưng cho mỗi loài. Mức tăng trưởng bản năng là một hằng
số xác định độ nghiêng của đường cong tăng trưởng trong điều kiện sống lý tưởng của
loài. Giá trị tăng trưởng thực sự phụ thuộc vào số lượng cá thể và được tính như
phương
trình:
rN
dt
dN
=)1(
(1)
Ở đây dN/dt là mức sinh trưởng ở một thời điểm cụ thể là t và r là mức sinh trưởng
bản năng, N là số lượng cá thể của quần thể. Một dạng hình khác thu được từ phương
trình trên là:
N= N
o
.e
rt
(2)
trong đó:
N
o
- quần thể ban đầu.
N - quần thể dự báo ở thời điểm t.
e - cơ số của logarit tự nhiên.
4
Trong những điều kiện sống lí tưởng, tế bào nấm men có mức tăng trưởng bản năng r
sấp xỉ bằng 0,5 /giờ. Nói một cách khác là sau một giờ quẩn thể tăng được thêm (một nửa).
Giá trị này nhận được bằng các thí nghiệm tương tự như miêu tả ở hình 2.1. Giả sử rằng
ban đầu quần thể các tế bào nấm men gồm 10 cá thể được nuôi cấ
y cho phát triển trong 6

giờ. Số lượng cá thể sau 6 giờ dự định sẽ là bao nhiêu? Như chúng ta đã thấy N
0
= 10; t=6
và r=0,5, vậy theo phương trình (2) ta sẽ thu được:
N= 10 x 2,72
(0,56)

hay N= 200,86.
Như vậy sau 6 giờ quần thể dự đoán sẽ có khoảng 200 cá thể.
Cũng dễ nhận thấy rằng quy luật tăng trưởng luỹ thừa không thể tiếp tục mãi mãi.
Nếu các tính toán tiếp tục được tiến hành một thời gian nữa thì đường cong số lượng cá
thể của quần thể sẽ dần dần ngang ra như hình 2.2. Điều này xảy ra là do các tế bào
phát triển d
ần chậm lại khi chất dinh dưỡng bị dùng ngày một nhiều và suy kiệt cũng
như chúng đầu độc lẫn nhau bởi chất thải của mình (như ethanol chẳng hạn). Nói một
cách khác thì mức sinh sẽ giảm dần còn mức tử sẽ tăng lên. Một trạng thái cân bằng sẽ
đạt được chừng sau 18 giờ nuôi khi mà mức tử bằng mức sinh.
Sự tăng trưởng của các tế bào nấm men thường theo quy lu
ật đường cong hình S,
hay gọi là đường cong hình chữ S, đôi lúc nó còn có tên là đường cong logistic cho mức
tăng trưởng.
Cạnh tranh về thức ăn và ô nhiễm do chất thải ra chỉ mới là hai ví dụ về yếu tố phụ
thuộc mật độ ảnh hưởng giới hạn tăng trưởng. Còn nhiều yếu tố bên ngoài khác ảnh
hưởng đến sức sinh sản và sự sống còn của cá thể trong quần thể. Toàn th
ể những yếu tố
ấy gộp lại tạo thành trở ngại môi trường đối với sự tăng trưởng. Trở ngại môi trường tăng
lên tạo ra một giới hạn tuyệt đối cho số lượng cá thể của một loài có thể sinh sống được
tại một khu định cư cho trước. Giới hạn này được gọi là khả năng chứa của môi trường
và th
ường được ký hiệu là K.

Hình 2.2.
Đường cong sinh trưởng hình chữ S
5
Tác động của trở ngại môi trường đối với sự tăng trưởng của quần thể có thể mô hình
hoá bằng việc đưa vào sử dụng khái niệm tham số hiện thực hoá tăng trưởng (g) trong
phương trình tăng trưởng luỹ thừa (1). Giá trị của tham số hiện thực hoá tăng trưởng
được xác định bằng:
(K - N)
g=
K
(3)
Thay nó vào phương trình (1) ta được:
.
dN (K - N)rt
=
dt K
(4)
Hoặc là:
.
(K - N)rt
K
0
N=N .e
(5)
Khi số lượng cá thể N trong quần thể nhỏ hơn nhiều khả năng chứa thì tham số hiện
thực hoá tăng trưởng gần bằng 1,0. Tuy nhiên, khi N tiến đến dần giá trị K thì cả tham số
hiện thực hoá tăng trưởng và mức tăng trưởng đều có khuynh hướng tiến đến giá trị 0.
Sử dụng phương trình (4) và (5), sự tăng trưởng của các quần thể sinh vật trong

phòng thí nghiệm có thể
được mô hình hoá tương đối chính xác.
6.3 NHỮNG BIẾN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG CONG HÌNH CHỮ S
Đường cong tăng trưởng thu được với thí nghiệm nuôi nấm men nêu trên là kiểu
tăng trưởng của một hệ sinh thái thực được lý tưởng hoá. Một dạng đặc trưng hơn của
đường cong tăng trưởng là đường cong sigmoid được thể hiện trên hình 2.3. mô tả sự
tăng trưởng quần thể cừu kể từ khi chúng được đưa vào vùng Tasmania năm 1814. Ta
thấy rõ từ hình vẽ là số lượng cá thể không bao giờ ổ
n định mà biến động (tăng, giảm)
xung quanh giá trị trung bình, còn giá trị này lại tuân theo một quy luật hình chữ S.


Hình 2.3.
Đường cong sinh trưởng của cừu sau khi nhập vào Tasmania
Mặc dù rằng đường cong hình chữ S là đặc thù cho những quần thể sinh vật chiếm
lĩnh cư trú mới, nó không áp dụng được cho mọi quần thể. Hình 2.4 thể hiện kiểu tăng
trưởng của quần thể loài tảo phù du, loài này thể hiện sự gia tăng mạnh đột biến và không