Phần I: CẤU TẠO VÀ CÁC QUÁ TRÌNH SỐNG CƠ BẢN CỦA CÁC CƠ THỂ SỐNG
Chương I: CÁC DẠNG SỐNG, SỰ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
I. Đặc điểm cấu tạo và chức năng của các cơ thể sống chưa có cấu tạo tế bào và cơ thể đơn bào
1. Virut
Virut có kích thước rất nhỏ, vài chục đến vài trăm nanômet. Phải quan sát dưới kính hiển vi điện tử với độ phóng đại từ 10 vạn đến 1 triệu lần mới thấy được. Virut có dạng hình que hay hình cầu.
Virut chưa có cấu tạo tế bào, sống kí sinh trong tế bào vật chủ, phá vỡ tế bào để xâm nhập vào tế bào mới, gây nhiều bệnh hiểm nghèo cho thực vật, động vật và con người.
Virut rất đơn giản, gồm một lõi là axit nuclêic (ADN hoặc ARN) và một vỏ bọc là prôtêin gọi là capsit gồm nhiều capsome.
2. Thể ăn khuẩn
Thể ăn khuẩn là virut kí sinh trên vi khuẩn, nhưng có hình thái khác hẳn các virut khác. Khi xâm nhập cơ thể vật chủ, chúng gắn đuôi prôtêin vào tế bào vi khuẩn. Các enzim ở đuôi phân huỷ một chỗ trên màng tế bào vi khuẩn để đưa ADN của thể ăn khuẩn vào. Trong tế bào vi khuẩn bằng cơ chế tự nhân đôi của ADN, phiên mã, thể ăn khuẩn sinh sản rất nhanh phá huỷ tế bào vật chủ tiếp tục xâm nhập vào các tế bào vi khuẩn khác. Mỗi loại thể ăn khuẩn thường chỉ kí sinh trong một loại vi khuẩn nhất định.
3. Vi khuẩn
Vi khuẩn là những cơ thể đơn bào nhỏ nhất, trung bình từ 1 đến 5 micrômet (mm) (1mm=10-3mm). Vi khuẩn rất đa dạng: hình que (trực khuẩn), hình cầu (cầu khuẩn), hình xoắn (xoắn khuẩn).
Cấu tạo cơ thể của chúng rất đơn giản, chỉ gồm chất nguyên sinh và màng, chưa có nhân rõ rệt. ADN tập trung ở phần giữa tế bào và chưa có màng ngăn cách với phần tế bào chất ở xung quanh.
Đa số vi khuẩn kí sinh gây bệnh cho thực vật, động vật và người. Ví dụ, trực khuẩn gây bệnh bạch hầu, bệnh thương hàn, bệnh lao; cầu khuẩn gây bệnh lậu; xoắn khuẩn gây bệnh giang mai, bệnh tả... Có loại vi khuẩn có ích, nhất là những vi khuẩn được sử dụng trong công nghiệp lên men, sản xuất kháng sinh, hoocmôn... Một số hoại sinh, một số có khả năng tự tổng hợp lấy các chất hữu cơ để sống nhờ năng lượng của quá trình phân giải các chất ở môi trường xung quanh, hoặc sử dụng năng lượng của ánh sáng mặt trời do chúng có một chất tượng tự diệp lục ở cây xanh.
Vi khuẩn sinh sản rất nhanh, khoảng 20 phút lại phân chia một lần theo kiểu trực phân. Với tốc độ đó, sau 6 giờ, từ 1 vi khuẩn sẽ cho 250000 vi khuẩn mới trong những điều kiện thuận lợi về nhiệt độ va
4. Vi khuẩn lam
Thuộc nhóm có nhân nguyên thuỷ, có khả năng quang hợp nhờ có các sắc tố, là nhóm nguyên thuỷ nhất của thực vật có diệp lục.
5. Tảo đơn bào
Một số tảo đơn bào như tảo lục, tảo vỏ đã có nhân rõ ràng. Nhờ có diệp lục mà tảo có khả năng tự tổng hợp các chất hữu cơ để sống do sử dụng được năng lượng của ánh sáng mặt trời.
6. Động vật nguyên sinh
Các động vật nguyên sinh có hình dạng và kích thước rất khác nhau; tuy cơ thể cũng chỉ cấu tạo bằng một tế bào nhưng chúng có tổ chức cơ thể phức tạp hơn. Trong tế bào, ngoài nhân còn có nhiều bào quan nằm trong tế bào chất, giữ những nhiệm vụ khác nhau, bảo đảm sự tiêu hoá, bài tiết và vận động.
Đa số các động vật nguyên sinh sống tự do, chỉ có một số ít kí sinh và gây bệnh.
Gặp điều kiện thuận lợi, các động vật nguyên sinh sinh sản và phát triển rất nhanh. Chúng sinh sản chủ yếu bằng cách phân đôi (trực phân). Khi gặp những điều kiện không thuận lợi về ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm..., chúng kết thành bào xác, tạm thời ngừng hoạt động. Khi gặp điều kiện thuận lợi, bào xác vỡ ra và chúng trở lại hoạt động bình thường.
II. Tổ chức sống của cơ thể đa bào
1. Tập đoàn đơn bào
Tập đoàn đơn bào là cầu nối giữa cơ thể đơn bào và cơ thể đa bào là các tập đoàn đơn bào, gồm có tập đoàn tảo Panđôrina và tập đoàn vônvôc.
2. Sự phức tạp hoá trong tổ chức cơ thể đa bào.
Cơ thể đa bào có sự phức tạp hoá về tổ chức cơ thể: Toàn bộ cơ thể là một khối thống nhất gồm nhiều hệ cơ quan hoạt động nhịp nhàng, ăn khớp với nhau.
3. Cấu tạo tế bào của cơ thể đa bào
Tế bào trong cơ thể đa bào có cấu trúc và chức năng như sau:
a) Màng sinh chất:
Được cấu tạo bằng những phân tử prôtêin nằm giữa những phân tử lipit, dài khoảng 70 – 120Å (1Å=10-7mm). Màng không chỉ có nhiệm vụ bảo vệ khối sinh chất bên trong, ngăn cách các tế bào, mà qua đó còn thực hiện sự trao đổi chất có chọn lọc giữa tế bào với môi trường trong (quanh tế bào).
b) Chất nguyên sinh và các bào quan:
Chất nguyên sinh gồm nội chất (ở gần nhân) và lớp ngoại chất (ở gần màng). Trong chất nguyên sinh có nhiều bào quan thực hiện các hoạt động sống của tế bào.
* Ti thể: có dạng hình sợi, hình que hay hình hạt. Các tế bào có cường độ trao đổi chất cao, hoạt động sinh lí phức tạp thì có nhiều ti thể (mỗi tế bào có tới 2000 ti thể). Trong ti thể có hệ enzim bảo đảm cho quá trình hô hấp của tế bào, tạo năng lượng cho mọi hoạt động sống của chúng.
* Lạp thể: Chỉ có ở tế bào thực vật, gồm có lục lạp, sắc lạp và bột lạp. Trong đó lục lạp có cấu trúc khá phức tạp và giữ vai trò quan trọng trong quang hợp.
* Trung thể: Chỉ có ở tể bào động vật, nằm gần nhân và có vai trò quan trọng trong sự phân chia tế bào.
* Thể Gôngi: Có dạng túi dẹt, nằm ở gần nhân. Nó tập trung các chất tiết, chất cặn bã trong hoạt động sống của tế bào cũng như các chất độc từ ngoài đột nhập vào cơ thể để loại ra khỏi tế bào.
* Lưới nội chất (màng nội nguyên sinh): Gồm hệ thống các xoang và ống phân nhánh, nối màng với nhân và các bào quan với nhau. Thành xoang và ống có cấu tạo như màng sinh chất, gồm hai loại lưới nội chất: Lưới nội chất không hạt (trơn) và lưới nội chất có hạt, có các ribôxôm đính trên màng
Lưới nội chất tham gia vào quá trình trao đổi chất và là nơi tổng hợp nên các phân tử prôtêin.
* Lizôxôm: Có dạng túi nhỏ, chứa nhiều enzim thuỷ phân, có chức năng hoà tan các chất tiêu hoá các bào quan hỏng.
* Thể vùi: Có cấu tạo dạng hạt, chứa các chất dự trữ
c) Nhân:
Có màng ngăn cách chất nhân với chất nguyên sinh. Trên màng nhân có nhiều lỗ nhỏ, đường kính 300 – 400 Å , qua đó thực hiện sự trao đổi chất giữa nhân với chất nguyên sinh. Trong nhân có các nhân con và chất nhiễm sắc.
Nhân là trung tâm điều khiển mọi hoạt động sống của tế bào, nơi lưu giữ thông tin di truyền; nhân con tạo ra ribôxôm cho tế bào.
4. Sự phân bào trong cơ thể đa bào
Nguyên phân là hình thức phân chia tế bào thông thường và phổ biến nhất của mọi tế bào (trừ tế bào sinh dục) trong cơ thể đa bào (kể cả tế bào thực vật va` động vật) đảm bảo cho cơ thể lớn lên.
Quá trình nguyên phân trải qua 5 kì
1. tế bào mẹ ; 2. kì trung gian ; 3. kì đầu
4. kì giữa ; 5. kì său ; 6. kì cuối
a) Kì trung gian
Nhiễm sắc thể (NST) ở dạng sợi mảnh tự tổng hợp nên một NST mới, giống hệt nó tạo thành một NST kép đính nhau ở tâm động ở kì này trung thể cũng tự nhân đôi để chuẩn bị cho sự phân chia
b) Kì đầu
Các NST xoắn lại, co ngắn, màng nhân biến mất. Trung thể tách đôi và tiến về 2 cực của tế bào, thoi vô sắc hình thành, nối 2 trung thể ở 2 cực.
c) Kì giữa
Các NST kép dần dần tập trung về mặt phẳng xích đạo của thoi vô sắc. NST xoắn lại, co lại đến mức ngắn nhất và có hình dạng đặc trưng cho từng loài, đa số có dạng hình chữ V. NST đính với các sợi của thoi vô sắc tại chỗ gấp khúc (tâm động) và quay đầu tự do ra ngoài
d) Kì sau
Các crômatit trong từng NST kép tách nhau ra ở tâm động, di chuyển về 2 cực tế bào
e) Kì cuối
Tại mỗi cực, các NST tháo xoắn và duỗi ra dưới dạng sợi mảnh như ở kì trung gian. Thoi vô sắc biến mất, màng nhân và nhân con xuất hiện tạo thành 2 nhân mới, có số NST bằng nhau và bằng số NST của tế bào mẹ.
Ở tế bào động vật, tế bào mẹ thắt dần ở phần giữa để tạo thành 2 tế bào con. Ở tế bào thực vật xuất hiện một vách ngăn chia thành 2 tế bào con với màng xenlulôzơ bao ngoài.
Như vậy nhờ cơ chế tự nhân đôi của NST và phân chia đều đặn về 2 cực tế bào nên bộ NST đặc trưng cho loài vẫn được giữ nguyên.
III. Trao đổi chất và năng lượng của cơ thể sống
1. Trao đổi chất và năng lượng la` điều kiện tồn tại, phát triển của cơ thể sống
Trao đổi chất và năng lượng la` đặc trưng cơ bản của sự sống. Nhờ có trao đổi chất thường xuyên với môi trường bên ngoài, sinh vật mới tồn tại, phát triển, sinh sản và thực hiện được mọi hoạt động sống.
Sinh vật lấy thức ăn từ môi trường vào cơ thể để bu` đắp, thay thế các tế bào chất, vật chất bị phân huỷ, xây dựng các tế bào mới đảm bảo cho cơ thể sinh trưởng và phát triển; đồng thời tạo ra năng lượng cần thiết cho mọi hoạt động sống của cơ thể.
Nếu sự trao đổi chất ngừng tiếp diễn thì sinh vật cũng không tồn tại được nữa.
2. trao đổi chất qua màng tế bào
Sự trao đổi chất giữa tế bào và môi trường được thực hiện qua màng tế bào theo các cơ chế sau:
* Khuếch tán dựa vào sự chênh lệch nồng độ giữa các chất ở hai bên màng tế bào gồm:
- Thẩm thấu là sự khuếch tán của các phân tử dung môi.
- Thẩm tách là sự khuếch tán của các chất tan
* Hoạt tải qua màng tế bào
Màng tế bào sống có thể chủ động hấp thụ hoặc thải một số chất theo nhu cầu của tế bào hoặc của cơ thể ngược với sự khuếch tán lý học. Đó là khả năng hoạt tải của màng tế bào nhờ có các thể tải hoặc chất mang và cần năng lượng.
* Ngoài ra, những chất có kích thước lớn có thể được trao đổi qua màng tế bào theo cơ chế thực bào hoặc ẩm bào.
3. trình chuyển hoá năng lượng trong tế bào
* Sự đồng hoá: là quá trình tổng hợp các chất đặc trưng của tế bào từ các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ đơn giản và tích luỹ năng lượng.
Quá trình tổng hợp các chất đòi hỏi cung cấp năng lượng. Năng lượng này là năng lượng mặt trời hoặc năng lượng lấy từ các quá trình dị hoá. Vật chất được tổng hợp nên có tích năng lượng dạng thế năng.
Không có đồng hoá sẽ không có vật chất sử dụng trong dị hoá.
* Sự dị hoá: Là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ (được tổng hợp trong quá trình đồng hoá) thành những hợp chất đơn giản và giải phóng năng lượng.
Năng lượng được giải phóng dùng cho mọi hoạt động sống của tế bào, trong đó có sự tổng hợp các chất mới trong quá trình đồng hoá tiếp theo
Không có dị hoá thì không có năng lượng cung cấp cho quá trình đồng hoá và các hoạt động sống của tế bào.
Đồng hoá và dị hoá là hai quá trình đối lập (mâu thuẫn) nhưng lại gắn bó, liên kết mật thiết với nhau: không có đồng hoá thì không có dị hoá và ngược lại.
4. Vai trò của enzim trong sự trao đổi chất và năng lượng
Enzim là những chất xúc tác sinh học cho các phản ứng tổng hợp và phân giải các chất xảy ra liên tục trong tế bào.
Về bản chất, enzim là những phân tử prôtêin. Trong tế bào sống của cơ thể chứa rất nhiều loại enzim khác nhau và mỗi loại tham gia một phản ứng nhất định. Ngoài prôtêin, một số enzim còn có thêm một phần tử hữu cơ nhỏ gọi là côenzim chứa vitamin. Côenzim có vai trò làm cầu nối giữa enzim và chất tham gia phản ứng. Côenzim còn có thể là các ion kim loại như Mg++, Fe++, Zn++, Cu++,...
Các chất tham gia phản ứng, chịu tác dụng của enzim gọi là cơ chất.
Cơ chế hoạt động của enzim: thoạt đầu, enzim liên kết với cơ chất để tạo thành một hợp chất trung gian gọi là “enzim – cơ chất”. Cuối phản ứng, hợp chất đó sẽ cho phân huỷ để cho sản phẩm của phản ứng và giải phóng enzim nguyên vẹn. Enzim được giải phóng lại có thể xúc tác phản ứng trên cơ chất mới.
Đặc tính của enzim la` đẩy mạnh tốc độ phản ứng, có hoạt tính cao và có tính chuyên hoá cao.
5. Các phương thức trao đổi chất và năng lượng của sinh vật
Toàn bộ sinh giới được chia thành hai nhóm chính: sinh vật tự dưỡng và sinh vật dị dưỡng.
a) Sinh vật tự dưỡng: gồm tất cả cây xanh, một số vi khuẩn và tảo có khả năng sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời hoặc năng lượng từ các phản ứng hoá học tạo ra để tổng hợp các chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể từ các chất vô cơ đơn giản
Năng lượng sử dụng trong quá trình tổng hợp là năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) nhờ có chất diệp lục (cây xanh...) hoặc năng lượng được tạo ra từ các phản ứng hoá học (hoá năng) do một số vi khuẩn thực hiện.
Sinh vật tự dưỡng được chia làm 2 nhóm. Đó là:
- Nhóm sinh vật quang tổng hợp: cây xanh, vi khuẩn lam và tảo.
- Nhóm sinh vật hoá tổng hợp: một số vi khuẩn.
b) Sinh vật dị dưỡng: gồm tất cả động vật, một số nấm, virut và phần lớn vi khuẩn.
Chúng không có khả năng tự tổng hợp các chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể mà phải lấy các chất hữu cơ có sẵn do các sinh vật tự dưỡng chế tạo, cung cấp một cách trực tiếp hay gián tiếp.
Năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ đặc trưng cho cơ thể lấy từ năng lượng được tích luỹ trong thức ăn có nguồn gốc là cây xanh.
Các sinh vật dị dưỡng được chia thành nhiều nhóm:
- Nhóm dị dưỡng toàn phần gồm: các sinh vật ăn thực vật, các sinh vật ăn động vật và các sinh vật ăn tạp
- Nhóm cộng sinh
- Nhóm hoại sinh
- Nhóm kí sinh
6. trình quang hợp
Quang hợp là một chuỗi dài phản ứng phức tạp, có thể tóm tắt một cách tổng quát như sau:
6CO2 + 6H2O + năng lượng ánh sáng ® C6H12O6 + 6O2
Nhờ lấy năng lượng ánh sáng (khoảng 674kcal), cây đã tổng hợp được 1 phân tử glucô từ 6 phân tử H2O và 6 phân tử CO2.
Quá trình quang hợp gồm 2 chuỗi phản ứng: phản ứng sáng, xảy ra trong grana và phản ứng tối, xảy ra trong strôma.
a) Chuỗi phản ứng sáng (cần ánh sáng và nước)
Năng lượng ánh sáng làm một số điện tử của diệp lục bị bật ra khỏi quĩ đạo quen thuộc, để bắt đầu một chuỗi di chuyển qua một loạt chất truyền điện tử. Sự di chuyển đó sẽ tạo thế năng. Một phần thế năng được dùng để tổng hợp các phân tử ATP (ađenozin triphophat).
Các điện tử bị bật ra khỏi diệp lục một cách liên tục, được lần lượt thay thế bằng các điện tử lấy từ nước đã bị ánh sáng “quang phân”.
b) Chuỗi phản ứng tối ( cần khí CO2)
Đó là các “phản ứng enzim” nhằm sử dụng năng lượngdo ATP cung cấp để tổng hợp glucô (hoặc tinh bột) từ CO2 lấy trong khí trời qua một chu trình gọi là “chu trình Canvin”.
7. Hoá tổng hợp
Cũng như quang tổng hợp, hoá tổng hợp là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể của các sinh vật tự dưỡng từ các chất vô cơ đơn giản ở môi trường xung quanh.
Tuy nhiên, năng lượng sử dụng trong quang tổng hợp là do cây xanh (có diệp lục) lấy từ ánh sáng. Còn năng lượng sử dụng trong hoá tổng hợp lại do các phản ứng hoá học tạo ra ở một số loại vi khuẩn.
Ví dụ:
- Các vi khuẩn nitrit hoá, như vi khuẩn Nitrôzômônat, ôxi hoá amôniac thành axit nitrơ để lấy năng lượng:
2NH3 + 3O2 ® 2HNO2 + 2H2O + 158kcal
Axit nitrơ gặp các bazơ trong đất sẽ cho các muối nitrit
- Các vi khuẩn nitrat hoá, như Nitrôbacte, ôxi hoá nitrit thành các muối nitrat hoà tan, là dạng thực vật có thể hấp thụ được
NaNO2 + ½O2 ® NaNO3 + 38 kcal
- Vi khuẩn lưu huỳnh ôxi hoá sunfua hiđrô thành axit sunfuric, rồi thành các muối sunfat.
2H2S + O2 ® 2H2O + 2S + 115 kcal
Năng lượng được giải phóng ở các phản ứng trên, được vi khuẩn sử dụng để tạo glucôzơ từ CO2. Chẳng hạn, ở vi khuẩn lưu huỳnh:
12H2S + 6CO2 ® C6H12O6 + 6H2O + 12S
7. Hô hấp và lên men
Hô hấp là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ (chủ yếu là glucôzơ) để giải phóng năng lượng cung cấp cho mọi hoạt động sống của cơ thể sinh vật.
Chuỗi phản ứng phức tạp của hô hấp có thể tóm tắt trong phản ứng:
C6H12O6 + 6O2 ® 6CO2 + 6H2O + 674kcal
Năng lượng được giải phóng trong quá trình hô hấp thường chuyển thành dạng dễ sử dụng chứa trong hợp chất có liên kết cao năng là ATP.
Lên men (hô hấp yếm khí): một số vi sinh vật có khả năng phân giải glucôzơ giải phóng năng lượng mà không cần ôxi. Đó là những vi sinh vật lên men thối, vi sinh vật lên men rượu và vi sinh vật lên men lactic.
Khi có đủ ôxi một nhóm vi sinh vật ôxi hoá glucôzơ thành CO2 và H2O như trong hô hấp và thu được nhiều năng lượng để đẩy mạnh sự tổng hợp chất sống.
Tuy nhiên, trong môi trường yếm khí, những vi sinh vật đó chỉ chuyển hoá đường thành rượu êtylic và CO2 theo phương trình:
C6H12O6 ® 2CO2 + 2C2H5OH + 25kcal
(glucôzơ) (rượu)
Cũng trong điều kiện yếm khí, một nhóm vi sinh vật khác có thể chuyển hoá glucôzơ thành 2 phân tử axit lactic và giải phóng 38 kcal:
C6H12O6 ® 2C3H6O3 + 38kcal
(glucôzơ) (axit lactic)
Trong các trường hợp trên, năng lượng thu được chỉ bằng 1/20 so với khi ôxi hoá đường.
Chương II: SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN, SINH SẢN VÀ CẢM ỨNG
I. Sự sinh trưởng, phát triển ở thực vật va` động vật
1. Khái niệm sinh trưởng và phát triển
a) Sự sinh trưởng
Sinh trưởng là sự tăng kích thước và khối lượng của sinh vật đang ở giai đoạn lớn lên theo cơ chế nguyên phân. Quá trình sinh trưởng của sinh vật có thể nhanh hoặc chậm tuỳ theo từng thời kỳ. Sinh trưởng là một quá trình kép: gồm sự phân bàođảm bảo tăng kích thước và khối lượng cơ thể và sự phân hoá tế bào để đảm nhiệm các chức năng (của từng tế bào, cơ quan...) trong cơ thể.
b) Sự phát triển
Phát triển làm biến đổi không những hình thái mà cả chức năng sinh lý theo từng giai đoạn của cuộc đời sinh vật. Ví dụ, ở tằm dâu, có thể phân biệt các giai đoạn trứng, ấu trùng, sau đó thành nhộng và cuối cùng là bướm.
c) Quan hệ giữa sinh trưởng và phát triển
Sinh trưởng và phát triển liên quan mật thiết với nhau, nhiều khi khó phân biệt. Sinh trưởng la` điều kiện của phát triển và phát triển lại làm thay đổi sự sinh trưởng. Ví dụ, ở giai đoạn phát dục, cơ thể sinh vật thường lớn nhanh; đến giai đoạn trưởng thành thì ngừng sinh trưởng va` đến giai đoạn ngừng sinh sản thì cơ thể bắt đầu suy thoái.
2. sinh trưởng và phát triển ở thực vật
Đời sống của mỗi cơ thể thực vật thực ra là sự nối tiếp của 2 giai đoạn là giai đoạn thể giao tử và giai đoạn thể bào tử. Hai giai đoạn này khác nhau chủ yếu về số nhiễm sắc thể trong tế bào(thể bào tử lưỡng bội, thể giao tử đơn bội) và về dạng phân bào để sinh ra cây con.
a) Giai đoạn thể giao tử
Thể giao tử phát sinh từ bào tử đơn bội và lớn lên nhờ những lần nguyên phân liên tiếp, nên cơ thể chỉ gồm các tế bào đơn bội
. Khi thể giao tử trưởng thành, trong cơ quan sinh sản, có những tế bào phát triển thành giao tử cái (noãn cầu) đơn bội và những tế bào khác phát triển thành giao tử đực (tinh trùng) đơn bội. Sự kết hợp giữa giao tử cái và giao tử đực (thụ tinh) tạo nên hợp tử lưỡng bội.
b) Giai đoạn thể bào tử
Thể bào tử phát sinh từ hợp tử lưỡng bội. Thể bào tử cũng lớn lên nhờ những lần nguyên phân liên tiếp nên cơ thể chỉ gồm tế bào lưỡng bội. Khi thể bào tử trưởng thành, trong cơ quan sinh sản, sẽ có những tế bào lưỡng bội chuyển sang giảm phân, mỗi tế bào sinh ra 4 bào tử đơn bội. Trong sinh trưởng và phát triển ở thực vật có sự xen kẽ giai đoạn.
Như vậy, bào tử đơn bội phát triển thành thể giao tử đơn bội, thể giao tử sinh ra giao tử đực và giao tử cái; sự thụ tinh tạo thành hợp tử. Hợp tử lưỡng bội phát triển thành thể bào tử lưỡng bội; thể bào tử giảm phân để sinh ra bào tử đơn bội. Vòng đời cứ thế tiếp diễn với 2 mốc chính là sự phân bào giảm nhiễm (để sinh bào tử và chuyển từ thế hệ lưỡng bội sang thế hệ đơn bội) và sự thụ tinh (để kết hợp 2 giao tử và chuyển từ thế hệ đơn bội sang thế hệ lưỡng bội).
c) Sự tương quan giữa 2 giai đoạn
Tuỳ loại thực vật, mà tỉ lệ thời gian và tầm quan trọng của 2 giai đoạn nói trên có thể thay đổi. Trong quá trình tiến hoá đã xuất hiện các dạng thực vật có giai đoạn thể giao tử chiếm ưu thế (rêu), về sau chúng nhường chỗ dần cho các dạng thực vật có giai đoạn thể bào tử chiếm ưu thế (cây có hoa).
* Chu trình phát triển của rêu
Cây rêu màu lục ta thường thấy là giao tử thể đơn bội, có thân ở giữa, lá xanh chứa diệp lục ở xung quanh và “rễ giả” mọc sâu vào trong đất. Rễ hút nước và, muối khoáng từ đất, còn lá thì quang hợp để tạo ra chất sống, nên thể giao tử là dạng sống độc lập. Lúc rêu trưởng thành, cơ quan sinh sản đực (túi tinh) tạo nhiều tinh trùng nhỏ có 2 roi; cơ quan sinh sản cái (túi noãn) chứa một noãn cầu. Noãn cầu được thụ tinh thành hợp tử.
Hợp tử phát triển thành thể bào tử. Thể bào tử chỉ là một thân nhỏ, màu nâu, không lá, kí sinh trên thể giao tử bằng cách mọc “chân” vào mô thể giao tử để hút chất dinh dưỡng. Thể bào tử có một túi nhỏ ở đỉnh, trong đó mỗi tế bào mẹ lưỡng bội giảm phân để cho 4 bào tử đơn bội. Bào tử rơi xuống đất lại tạo thành thể giao tử đơn bội mới. Như vậy ở rêu, dạng sinh trưởng và phát triển mạnh là thể giao tử đơn bội.
* Chu trình phát triển của cây có hoa
Ngược với rêu, cây có hoa là thể bào tử lưỡng bội, có đủ thân, lá, rễ và sống độc lập. Thể bào tử sinh trưởng và phát triển mạnh, có khi cao hàng trăm mét. Trái lại, thể giao tử chỉ xuất hiện một thời gian ngắn vào lúc cây ra hoa. Nhờ giảm phân, ở hoa sinh ra 2 loại bào tử đơn bội: bào tử nhỏ phát triển thành thể giao tử đực (hạt phấn), chứa nhân sinh sản đực và bào tử lớn phát triển thành thể giao tử cái, chứa noãn cầu. Sự thụ tinh lại tái tạo thể bào tử lưỡng bội, tức là dạng cây quen thuộc. Ở cây có hoa, dạng sinh trưởng và phát triển mạnh là thể bào tử lưỡng bội.
3. Sự sinh trưởng và phát triển ở động vật
a) Sự sinh trưởng
Ở động vật, trứng được thụ tinh sẽ thành hợp tử. Hợp tử lúc đầu chỉ nhỏ bằng trứng và về thực chất mới là một tế bào đơn độc. Sau đó hợp tử bắt đầu phân chia liên tiếp nhiều lần, số tế bào tăng dần, làm cho kích thước và khối lượng cơ thể con cũng tăng dần.
Sự sinh trưởng ở động vật có 2 đặc điểm:
- Tốc độ sinh trưởng của cơ thể không đều, lúc chậm, lúc nhanh, có lúc rất nhanh
- Tốc độ sinh trưởng của các bộ phận, các cơ quan, các mô khác nhau trong cơ thể cũng không giống nhau.
Nói chung, ở động vật không có giai đoạn ngừng hẳn sinh trưởng một thời gian dài (tiềm sinh) như ở thực vật trong giai đoạn hạt. Tuy nhiên, nếu gặp điều kiện môi trường bất lợi, một số động vật cũng có thể tạm ngừng lớn (hiện tượng ngủ đông ; đình dục ở sâu bọ...). Sự ngừng sinh trưởng của các bộ phận trong cơ thể cũng có mức độ khác nhau và vào những thời kỳ khác nhau. Khi đến tuổi trưởng thành, mỗi loại động vật có một kích thước (độ lớn) giới hạn.
b) Sự phát triển
Trong đời sống của mỗi loài động vật có thể phân biệt nhiều giai đoạn phát triển. Mỗi giai đoạn phát triển đều có những đặc điểm về hình thái, sinh lí đặc trưng.
Người ta căn cứ vào sự sinh trưởng cá thể non và hình thái cơ thể để phân chia các giai đoạn phát triển ở động vật.
4. Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của sinh vật
a) Ảnh hưởng của các nhân tố bên trong
* Tính di truyền: Tính di truyền quyết định những đặc điểm về sinh trưởng và phát triển đặc trưng cho loài đặc biệt là tốc độ lớn và giới hạn lớn. Có loài lớn nhanh, đẻ sớm nhưng có loài lớn chậm đẻ muộn
* Giới tính: Trong cùng một loài, con đực và con cái có thể có sức lớn và vòng đời khác nhau. Nói chung, do giữ chức năng sinh sản để duy trì nòi giống, nên con cái thường lớn nhanh hơn con đực và cũng thường sống lâu hơn.
* Các hoocmôn sinh trưởng và phát triển: Sự sinh trưởng và phát triển của thực vật va` động vật còn chịu ảnh hưởng của những chất do chính cơ thể tạo ra để điều khiển sự sinh trưởng và phát triển , gọi là hoocmôn sinh trưởng và phát triển. Ví dụ, ở thú, tuyến dưới não tiết nhiều loại hoocmôn có thể phối hợp với hoocmôn của tuyến giáp để gây lùn hoặc khổng lồ.
b) Ảnh hưởng của các nhân tố bên ngoài
* Ảnh hưởng của môi trường: Các điều kiện nhiệt độ, độ ẩm... cũng ảnh hưởng mạnh lên sinh trưởng và phát triển của sinh vật. Ảnh hưởng của nhiệt độ thường là rõ nhất. Ví dụ, cá rô phi lớn nhanh nhất ở nhiệt độ 30oC; nếu nhiệt độ xuống 18oC, cá ngừng lớn và ngừng đẻ. Một số động vật như dơi, ếch, gấu, ốc “ngủ đông” khi trời trở rét, chúng ngừng ăn, ngừng lớn và gầy đi rất nhanh.
* Ảnh hưởng của thức ăn: Thức ăn cũng ảnh hưởng nhiều đến sinh trưởng và phát triển của sinh vật. Ví dụ, lợn con cai sữa, nếu tăng hàm lượng lizin từ 0,45% đến 0,85%, thì lợn sẽ lớn nhanh (từ 80g/ngày đến 210g/ngày, tăng gần gấp 3 lần).
* Ảnh hưởng của các sinh vật: Trong môi trường, mỗi loài sinh vật đều thích nghi với một mật độ sống chung xác định tương ứng với nguồn thức ăn và các điều kiện ngoại cảnh khác. Mật độ tăng quá “mức chịu đựng” sẽ gây 3 tác hại kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển:
- Sự cạnh tranh để giành thức ăn, vốn có hạn, sẽ gay gắt hơn.
- Tình trạng “quá đông”sẽ dẫn đến tranh giành lẫn nhau về các điều kiện sống và hạn chế lẫn nhau nên lớn chậm.
- Khối lượng phế thải tăng, gây ô nhiễm môi trường sống.
c) Tác động của con người lên sinh trưởng và phát triển của sinh vật
Để tăng năng suất vật nuôi, cây trồng, con người đã vận dụng những qui luật sinh trưởng, phát triển của sinh vật trong chăn nuôi, trồng trọt. Cụ thể là: cải tạo giống di truyền, cải tạo môi trường và tác động trực tiếp lên sinh vật, làm cho chúng sinh trưởng, phát triển tốt nhất.
II. Các hình thức sinh sản của sinh vật
1. Sinh sản vô tính
Sinh sản vô tính là hình thức sinh sản mà trong đó không có sự kết hợp giữa các yếu tố đực và yếu tố cái (không qua thụ tinh). Có 3 hình thức sinh sản vô tính.
a) Sự phân đôi: là hình thức sinh sản phổ biến nhất của những sinh vật bậc thấp (vi khuẩn, thực vật va` động vật đơn bào). Cơ thể mẹ tự co thắt ở giữa rồi tách làm 2 phần giống nhau, mỗi phần sẽ lớn dần lên cho tới lúc bằng mẹ. Sự phân đôi tế bào bao gồm cả chất nguyên sinh, các bào quan và nhân. Nhân của cá thể con vẫn giữ nguyên số nhiễm sắc thể là 2n, như của mẹ.
b) Sự sinh sản sinh dưỡng: là hình thức sinh sản của các cơ thể đa bào mà trong đó các cá thể con được sinh ra từ các bộ phận sinh dưỡng của cơ thể mẹ.
* Ở động vật: có 2 dạng sinh sản sinh:
- Sự nảy chồi là một phần nhỏ của cơ thể mẹ có thể lớn nhanh hơn những vùng lân cận, để trở thành một cơ thể mới. Sau đó, cơ thể con có thể tiếp tục sống bám trên mình cơ thể mẹ hoặc tách hẳn thành một cá thể độc lập. Ví dụ, sự nảy chồi ở thuỷ tức. Ở thực vật, bèo tấm cũng sinh sản bằng nảy chồi.
- Sự tái sinh là khả năng mọc lại (tái tạo) những phần đã mất (đuôi, chi,...) của một số động vật. Khả năng tái sinh đó nếu đạt mức độ cao, có thể xem như là một dạng sinh sản vô tính. Ví dụ, khi bọt biển, thuỷ tức, sao biển, đỉa biển Planaria bị cắt thành nhiều mảnh vụn, mỗi mảnh sẽ mọc những phần còn thiếu để tạo lại ,một cơ thể nguyên vẹn mới.
* Ở thực vật: Trong thiên nhiên, thực vật bậc cao có khả năng tạo những cơ thể mới từ một phần của thân bò (rau má), thân rễ (cỏ gấu), thân củ (khoai tây), thân hành (củ hành), rễ củ (khoai lang), lá (cây lá bỏng). Đó là những hình thức sinh sản sinh dưỡng tự nhiên.
Trong trồng trọt, người ta thường nhân giống nhờ hiện tượng sinh sản sinh dưỡng của thực vật, bằng cách cắt rời các phần nhỏ của cây mẹ để tạo thành những cây con mới. Đó là sự sinh sản sinh dưỡng nhân tạo. Có 3 dạng sinh sản sinh dưỡng nhân tạo là giâm, chiết và ghép.
Ngoài ra, phương pháp nuôi cấy mô cũng là một phương pháp nhân giống vô tính đang được con người sử dụng để nhân các giống quí.
c) Sinh sản bằng bào tử là hình thức mà trong đó cơ thể mới được sinh ra từ một tế bào gọi là bào tử. Bào tử có thể được hình thành từ ngay tế bào cơ thể mẹ (tảo lục đơn bào) hoặc từ một cơ quan riêng biệt của cơ thể mẹ gọi là túi bào tử (dương xỉ). Bào tử có thể không di động được, chúng được phát tán đi nhờ gió, nước; hoặc có thể di chuyển được trong nước nhờ roi. Khi gặp điều kiện thuận lợi, bào tử sẽ nảy mầm thành cơ thể mới.
Với hình thức sinh sản bằng bào tử, một cá thể mẹ có thể sinh ra rất nhiều cá thể con. Các cá thể con đều giống nhau và có bộ NST được “sao chép” nguyên vẹn từ bộ NST của cơ thể mẹ nên hầu như đều lặp lại những tính chất của cơ thể mẹ.
2. Sự sinh sản hữu tính
Sinh sản hữu tính là hình thức sinh sản cần có sự kết hợp của 2 tế bào gọi là giao tử. Các giao tử có thể chưa phân hoá rõ rệt hoặc đã phân hoá rõ rệt thành trứng và tinh trùng. Sự kết hợp giữa 2 giao tử sẽ tạo thành 1 hợp tử. Hợp tử phát triển thành cơ thể con.
a) Hiện tượng giảm phân và hình thành giao tử
Khác với nguyên phân (phân bào nguyên nhiễm), giảm phân (phân bào giảm nhiễm) xảy ra trong các tế bào sinh dục. Tế bào mẹ lưỡng bội (2n) phân chia 2 lần tạo ra 4 tế bào con đơn bội. Cơ quan sinh dục đực sinh ra giao tử đực (tinh trùng), còn cơ quan sinh dục cái sinh ra giao tử cái (trứng).
* Giao tử đực: Tinh trùng gồm 3 phần: đầu, thân va` đuôi (roi) có khả năng chuyển động để tìm đến giao tử cái (trứng).
* Giao tử cái: Các giao tử cái (trứng của động vật, noãn cầu của thực vật) bao giờ cũng lớn hơn nhiều so với giao tử đực cùng loài, nhưng không di chuyển được.
b) Sự thụ tinh
Sự thụ tinh ở động vật hay thực vật là sự hoà làm một của 2 giao tử đực và cái để tạo thành hợp tử.
Đối với các sinh vật bậc thấp ở nước, sự thụ tinh xảy ra trong môi trường nước (cầu gai, sò, hến, rong biển...), còn với sinh vật bậc cao, sống ở cạn, sự thụ tinh xảy ra trong cơ quan sinh dục cái.
c) Sự sinh sản hữu tính ở thực vật
* Tiếp hợp là hình thức sinh sản hữu tính sơ khai nhất ở thực vật. Cơ quan sinh sản chưa phân hoá rõ ràng. Ví dụ: Sự tiếp hợp ở tảo xoắn. Hai sợi tảo (đơn bội) áp sát nhau. Trên 2 tế bào đối diện, xuất hiện 2 u nhỏ mọc xích lại gần nhau rồi nối liền với nhau thành một ống thông giữa 2 tế bào. Nhân và tế bào chất của một trong 2 tế bào sẽ tràn vào trong ống rồi hoà vào nhân và tế bào chất của tế bào kia tạo thành hợp tử (2n). Hợp tử phân chia 2 lần liên tiếp để tạo thành 4 nhân đơn bội. Sau đó, 3 nhân bị thoái hoá, nhân còn lại tạo thành tế bào mầm đơn bội và tiếp tục lớn lên theo cơ chế nguyên phân.
* Ở thực vật bậc cao (từ rêu trở lên), sinh sản hữu tính là một khâu không thể thiếu được trong vòng đời của chúng
Sự xen kẽ thế hệ (thể giao tử và thể bào tử) cũng là sự xen kẽ giữa sinh sản vô tính bằng bào tử và sinh sản hữu tính bằng giao tử.
* Ở cây xanh có hoa:
- Cơ quan sinh sản đực (nhị):
Nhị gồm bao phấn, mọc ở đầu cuống nhị. Bao phấn có 2 ngăn. Mỗi ngăn chia thành 2 túi phấn chứa hạt phấn. Khi túi phấn chín sẽ mở để phóng thích hạt phấn ra ngoài. Mỗi hạt phấn thường gồm 2 tế bào và có 2 lớp màng; lớp ngoài dày và lớp trong mỏng.
Hạt phấn được hình thành từ các tế bào mẹ hạt phấn (2n). Mỗi tế bào mẹ này cho ra 4 bào tử, tức 4 hạt phấn đơn bội, do kết quả của sự phân chia giảm nhiễm. Mỗi hạt phấn chứa 2 nhân (một nhân sinh dưỡng và một nhân sinh dục), bao quanh là chất nguyên sinh và ngoài cùng có vỏ bao bọc.
- Cơ quan sinh sản cái (nhụy):
Nhụy gồm phần dưới phình to là bầu và phần trên bầu là vòi chứa mô nuôi dưỡng. Đầu vòi phình to thành một khối hình cúc áo, giàu chất dinh dưỡng và nhựa dính để giữ và nuôi hạt phấn. Bầu chứa noãn. Noãn có nhiều dạng khác nhau (thẳng, cong...). Mỗi noãn gồm một khối tế bào được bọc trong 1 hoặc 2 lớp màng bảo vệ và có lỗ thông (lỗ noãn), trong đó có một bộ phận quan trọng liên quan đến chức năng sinh sản là túi phôi.
Túi phôi được tạo thành từ một tế bào mẹ (2n) qua 2 lần phân bào liên tiếp theo cơ chế giảm phân để tạo ra 4 tế bào con đơn bội. Nhưng trong đó có 3 tế bào bị thoái hoá, chỉ một tế bào phân chia liên tiếp để kết thành túi phôi. Túi phôi chứa nhiều nhân, trong đó có 2 nhân sẽ tham gia vào quá trình thụ tinh là noãn cầu đơn bội và nhân phụ.
- Sự thụ phấn
Thụ phấn là quá trình chuyển vận của hạt phấn từ nhị sang đầu vòi nhụy của các hoa cùng loài.
Sự thụ phấn là trực tiếp (tự thụ phấn), khi hạt phấn rơi trên đầu nhụy của cùng hoa hay hoa khác cây. Sự thụ phấn là gián tiếp (thụ phấn chéo) khi hạt phấn rơi trên đầu nhụy của cây khác cùng loài. Sự thụ phấn chéo thường xảy ra ở cây hoa đơn tính hoặc lưỡng tính, nhưng nhị và nhụy không chín cùng một lúc. Tác nhân của thụ phấn có thể là trọng lực, gió, nước, sâu bọ (thụ phấn tự nhiên) hay người (thụ phấn nhân tạo).
- Sự nảy mầm của hạt phấn
Hạt phấn rơi vào đầu nhụy gặp điều kiện thuận lợi sẽ nảy mầm mọc ra một ống phấn. Ống phấn theo vòi nhụy đi vào bầu. Nhân của tế bào ống phấn chuyển ra đầu ống, còn nhân của tế bào phát sinh tạo thành 2 tinh tử có n nhiễm sắc thể nằm ở ống phấn, được ống phấn mang tới noãn.
- Sự thụ tinh
Khi ống phấn đến noãn, qua lỗ noãn tới túi phôi; đầu ống phấn vỡ ra, một tinh tử kết hợp với noãn cầu thành hợp tử (2n), sau phát triển thành phôi, còn tinh tử thứ 2 sẽ kết hợp với nhân thứ cấp 2n (nhân phụ) để hình thành nên nội nhũ 3n. Như vậy là ở thực vật hạt kín, có 2 giao tử đực đều tham gia vào thụ tinh nên được gọi là sự thụ tinh kép.
Sau khi thụ tinh, noãn sẽ biến đổi thành hạt. Hạt gồm có phôi, phôi nhũ và vỏ bọc ngoài.
d) Sự sinh sản hữu tính ở động vật
* Ở động vật đơn bào ( sự tiếp hợp)
Hình thức sinh sản hữu tính đơn giản nhất của động vật là sự tiếp hợp ở trùng đế giày. Trùng đế giày vốn có 2 nhân (1 nhân lớn, 1 nhân bé) đều lưỡng bội. Khi sinh sản, 2 trùng đế giày áp sát vào nhau. Nhân bé giảm phân cho 4 nhân nhỏ đơn bội, trong số đó có 3 nhân sẽ thoái hoá còn 1 nhân nguyên phân một lần nữa để cho 2 nhân đơn bội. Một nhân sẽ di chuyển sang trùng đế giày đối diện, nhân còn lại hoà hợp làm một (thụ tinh) với nhân bé từ trùng đế giày kia di chuyển sang, tạo thành một nhân bé lưỡng bội. Hai nhân lớn trong 2 trùng đế giày đều tiêu biến. Nhân bé mới hình thành sẽ nguyên phân để cho nhân bé và nhân lớn mới. Sau đó 2 trùng đế giày tách rời nhau. Mỗi trùng đế giày lại nguyên phân 1 lần nữa để cho 2 trùng đế giày con.
Như vậy trong sự tiếp hợp của trùng đế giày đã có đủ 2 quá trình giảm phân và thụ tinh, đặc trưng cho sự sinh sản hữu tính.
* Ở động vật đa bào bậc thấp
Tất cả động vật đa bào (lưỡng bội – 2n) đều không qua quá trình giảm phân hình thành giao tử đơn bội và qua quá trình thụ tinh tạo thành hợp tử (2n). Hợp tử nguyên phân liên tiếp để trở thành cơ thể mới có bộ NST lưỡng bội (2n).
Trong quá trình tiến hoá của giới động vật đã thể hiện rõ: sự hoàn thiện dần các cơ quan sinh sản có liên quan đến sự hoàn thiện dần các hình thức thụ tinh, sự bảo vệ phôi và chăm sóc con non.
- Sự hoàn thiện cơ quan sinh sản:
+ Từ chỗ chưa có cơ quan sinh sản đến chỗ có cơ quan sinh sản chuyên biệt
+ Từ chỗ chưa phân hoá tính đực – cái (chưa phân biệt giao tử đực và giao tử cái) đến chỗ phân hoá rõ ràng thành giao tử đực (tinh trùng) và giao tử cái (trứng).
+ Từ chỗ lưỡng tính (cơ quan sinh sản đực và cái cùng nằm trên một cơ thể) như giun dẹt, giun đất đến chỗ đơn tính (các cơ quan sinh sản nằm trên các cơ thể khác nhau) ở hầu hết các loài động vật.
- Sự hoàn thiện hình thức thụ tinh:
+ Thụ tinh ngoài trong môi trường nước (con cái đẻ trứng, con đực phóng ngay tinh trùng vào đám trứng) hiệu quả thấp đến thụ tinh trong (nhờ các cơ quan giao cấu) đảm bảo xác suất thụ tinh cao.
+ Từ chỗ tự thụ tinh đến thụ tinh chéo tạo ra những thay đổi về vật chất di truyền làm nguyên liệu cho các quá trình chọn lọc và tiến hoá.
- Sự bảo vệ phôi và chăm sóc con:
+ Từ chỗ phôi trong trứng phát triển trong điều kiện môi trường tự nhiên (sâu bọ, bò sát) đến chỗ bớt lệ thuộc vào môi trường xung quanh (chim, thú).
+ Từ chỗ con non sinh ra không được bảo vệ chăm sóc đến chỗ được bảo vệ, chăm sóc và nuôi dưỡng trong một thời gian nhất định tuỳ theo loài.
Như vậy, trong quá trình tiến hoá của động vật, sự hoàn thiện các cơ quan sinh sản, các hình thức thụ tinh đã đảm bảo tỉ lệ sống sót của con non ngày càng cao. Số giao tử và hợp tử tỉ lệ nghịch với xác suất sống sót của các cá thể được sinh ra.
III. Tính cảm ứng của sinh vật
1. Tính cảm ứng của thực vật va` động vật đơn bào
a) Khái niệm: Khả năng nhận biết các đổi thay của môi trường để phản ứng kịp thời, gọi là tính cảm ứng. Các đổi thay gây được phản ứng ở sinh vật gọi là các kích thích.
Hiện tượng cảm ứng gồm 3 khâu chủ yếu:
- Tiếp nhận kích thích
- Phân tích_tổng hợp kích thích để quyết định hình thức và mức độ phản ứng.
- Thực hiện phản ứng
Hiệu quả của phản ứng phụ thuộc vào mức tiến hoá của sinh vật. Sinh vật càng có tổ chức cao, phản ứng càng chính xác, mau lẹ và tinh tế.
b) Tính cảm ứng của thực vật
* Tính cảm ứng của thực vật có 2 đặc điểm:
- Phản ứng khó nhận thấy, phải qua nghiên cứu mới phát hiện được.
- Phản ứng chậm, có khi phải mất hàng ngày, hàng tháng hoặc hàng năm mới phát hiện được.
* Một số dạng cảm ứng của thực vật
- Tính hướng sáng (hướng sáng dương hoặc hướng sáng âm).
- Tính hướng đất (hướng đất dương hoặc hướng đất âm).
- Cảm ứng đối với sự va chạm mạnh
- Cảm ứng theo nhịp ngày, đêm
c) Tính cảm ứng của động vật đơn bào
Mọi động vật đơn bào đều có khả năng nhận biết và trả lời các kích thích từ môi trường sống. Ví dụ, amip biết tránh ánh sáng chói chiếu thẳng; trùng roi (Euglena) biết bơi tới chỗ sáng để quang hợp tốt hơn; trùng đế giày (Paramecium) bơi tới chỗ có nhiều ôxi.
2. Tính cảm ứng của động vật đa bào
a) Đặc điểm
Tính cảm ứng của động vật đa bào thể hiện rõ nét và mau lẹ hơn ở thực vật. Các hình thức phản ứng của động vật cũng đa dạng hơn. Có thể phân biệt 2 dạng tiêu biểu nhất là dạng vận động và dạng tiết.
b) Các mức độ cảm ứng
Trong quá trình tiến hoá, các động vật đã hình thành những cơ quan cảm ứng chuyên tiếp nhận kích thích và trả lời. Ta có thể phân biệt 4 mức độ thể hiện của tính cảm ứng, qua sự tiến hoá của hệ thần kinh.
* Hệ thần kinh lưới:
Các động vật đa bào bậc thấp có hệ thần kinh còn thô sơ (hệ thần kinh lưới), nên chúng thu nhận kích thích cũng như phản ứng ở khắp bề mặt cơ thể. Như vậy, chỉ cần có 1 kích thích là toàn thân phản ứng (lan toả), không có khu vực phản ứng rõ rệt, do đó trả lời không chính xác. Ví dụ, ở thuỷ tức, hệ thần kinh chỉ gồm 1 tế bào cảm giác phân bố trên khắp bề mặt cơ thể, cho nên khi bị kích thích là thuỷ tức co rúm toàn thân.
* Hệ thần kinh chuỗi:
Ở động vật cao hơn như giun đốt, các tế bào thần kinh đã sắp xếp thành 2 chuỗi hạch chạy dọc theo chiều dài thành bụng (hệ thần kinh chuỗi) nên sự cảm ứng đã bước đầu được định khu trên chuỗi hạch. Ví dụ, ở giun đốt, sự cảm ứng được định khu ở từng đốt.
* Hệ thần kinh hạch:
Ở mức tiến hoá cao hơn như sâu bọ, đã có sự kết hợp các đốt của cơ thể thành 3 phần: đầu, ngực và bụng nên các yếu tố thần kinh cũng tập trung thành 3 khối và hoạt động cảm ứng cũng phức tạp và chính xác hơn.
* Hệ thần kinh ống:
Ở động vật có xương sống, tế bào thần kinh đã kết hợp thành ống. Từ cá đến thú, thành ống dày dần do số tế bào thần kinh tăng, đi kèm với hiện tượng tập trung cao độ tế bào thần kinh ở não (sự đầu hoá). Ở các động vật có xương sống bậc cao, hệ thần kinh nói chung gồm 3 phần rõ rệt:
- Phần ngoại biên: gồm các cơ quan chuyên làm nhiệm vụ thu nhận kích thích từ môi trường ngoài cũng như từ môi trường trong. Đó là các cơ quan thụ cảm.
- Phần trung ương: Đây là nơi làm nhiệm vụ xử lý thông tin đưa về, gồm não và tuỷ sống.
- Phần liên lạc: Bộ phận này làm nhiệm vụ truyền các thông tin về não và tuỷ sống (đường cảm giác), rồi từ não và tuỷ sống đi các bộ phận của cơ thể (đường vận động). Đó là các dây thần kinh.
Tóm lại, ở dạng thần kinh hình ống, nhờ có hiện tượng “đầu hoá” nên thông tin về các kích thích từ khắp nơi trên cơ thể đều được não tổng hợp, phân tích và lựa chọn cách phản ứng thích hợp. Do đó, mọi phản ứng của cơ thể đều là kết quả của sự xử lý thông tin ở trung ương thần kinh, nhằm bảo đảm sự thống nhất trong nội bộ cơ thể và giữa cơ thể với môi trường một cách chặt chẽ hơn.
3. Hiện tượng phản xạ
a) Khái niệm:
Phản xạ là sự trả lời của động vật đối với kích thích của môi trường. Trả lời đó có thể là một sự vận động hay một hiện tượng tiết.
b) Cơ chế phản xạ: có 2 cơ chế chủ yếu, tuỳ theo phương tiện thông tin được sử dụng.
* Cơ chế thể dịch
Thực hiện qua đường máu, nhờ các chất môi giới hoá học hoặc các hoocmôn. Ví dụ, axêtincôlin làm tim đập chậm và yếu, ngược lại, ađrênalin làm tim đập nhanh và mạnh.
* Cơ chế thần kinh
Thực hiện qua hệ thần kinh, nhờ các xung thần kinh. Về bản chất đó là những xung điện, lan truyền trên các nơron. Ví dụ, ta có thể dùng điện kế cực nhạy ghi các dòng điện chạy trên dây thần kinh hoặc các sóng điện trên não.
c) Các dạng phản xạ: có 2 dạng phản xạ chủ yếu ở động vật
* Phản xạ không điều kiện
Phản xạ này vốn bẩm sinh, di truyền, chung cho loài và có tính bền vững, không đòi hỏi phải học tập, rèn luyện trong đời sống. Ví dụ, nóng làm toát mồ hôi, lạnh gây run và nổi da gà.
* Phản xạ có điều kiện
Khác với phản xạ không điều kiện, các phản xạ có điều kiện được hình thành trong đời sống cá thể, vốn học được, không di truyền, không bền vững, chỉ gặp ở những cá thể đã học những phản xạ đó và dễ thay đổi khi hoàn cảnh sống thay đổi. Ví dụ, con người dạy động vật làm xiếc, dạy chó trinh sát, dạy voi vận tải...
d) Cách thành lập một phản xạ có điều kiện
Muốn thành lập một phản xạ có điều kiện, ta cần thực hiện lần lượt 3 bước sau:
- Xác định mục tiêu của phản xạ muốn thành lập.
- Tìm kích thích đặc trưng có hiệu quả cao.
- Kết hợp nhiều lần các kích thích không điều kiện và có điều kiện.
Phần II: SINH THÁI HỌC
Chương I: SINH THÁI HỌC CÁ THỂ
I. Môi trường và các nhân tố sinh thái
1. Khái niệm
* Môi trường bao gồm tất cả những gì bao quanh sinh vật, tất cả các yếu tố vô sinh và hũu sinh có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự sống, phát triển và sinh sản của sinh vật.
Có 4 loại môi trường phổ biến : môi trường đất, môi trường nước, môi trường không khí và môi trường sinh vật.
* Nhân tố sinh thái là các nhân tố vô sinh, hữu sinh có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên sinh trưởng, phát triển và sinh sản của sinh vật.
Có 3 nhóm nhân tố sinh thái :
- Nhân tố vô sinh: bao gồm tất cả các yếu tố không sống của thiên nhiên có ảnh hưởng đến cơ thể sinh vật như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm v.v...
-Nhân tố hũu sinh: bao gồm mọi tác động của các sinh vật khác lên cơ thể sinh vật.
-Nhân tố con nguời: bao gồm mọi tác động trực tiếp hay gián tiếp của con người lên cơ thể sinh vật.
2. Ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái lên cơ thể sinh vật
a) Ảnh hưởng của các nhân tố vô sinh
* Nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng thường xuyên tới các hoạt động sống của sinh vật.
- Thực vật và các động vật biến nhiệt như ếch nhái, bò sát phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ môi trường tăng hay giảm thì nhiệt độ cơ thể của chúng cũng tăng, giảm theo.
Động vật đẳng nhiệt như chim và thú do có khả năng điều hòa và giữ được thân nhiệt ổn định nên có thể phát tán và sinh sống khắp nơi. Ví dụ, ở vùng băng giá Cực Bắc (lạnh tới - 40o C) vẫn có loài cáo cực (thân nhiệt 38oC) và gà gô trắng (thân nhiệt 43oC) sinh sống.
- Giới hạn sinh thái: Các loài sinh vật phản ứng khác nhau với nhiệt độ. Ví dụ, cá rô phi ở nước ta chết ở nhiệt độ dưới 5,6oC và trên 42oC và phát triển thuận lợi nhất ở 30oC.
Nhiệt độ 5,6oC gọi là giới hạn dưới, 42oC gọi là giới hạn trên và 30oC là điểm cực thuận của nhiệt độ đối với cá rô phi ở Việt Nam. Từ 5,6oC đến 42oC gọi là giới hạn chịu đựng hay giới hạn sinh thái về nhiệt độ của cá rô phi ở Việt Nam.
- Nhiệt độ môi trường tăng lên làm tăng tốc độ của các quá trình sinh lí trong cơ thể sinh vật. Ở động vật biến nhiệt, nhiệt độ môi trường càng cao chu kì sống của chúng càng ngắn. Ví dụ, ruồi giấm có chu kì sống (từ trứng đến ruồi trưởng thành) ở 25oC là 10 ngày đêm còn ở 18oC là 17 ngày đêm.
Sự biến đổi của nhiệt độ môi trường cũng ảnh hưởng tới các đặc điểm hình thái (nóng quá cây sẽ bị cằn) và sinh thái (chim di trú vào mùa đông, gậm nhấm ở sa mạc ngủ hè vào mùa khô nóng)
- Tổng nhiệt hữu hiệu (S)
+ Mỗi loài sinh vật có một yêu cầu nhất định về lượng nhiệt (tổng nhiệt) để hoàn thành một giai đoạn phát triển hay một chu kì phát triển gọi là tổng nhiệt hữu hiệu (độ/ngày) tương ứng.
+ Tổng nhiệt hữu hiệu là hằng số nhiệt cần cho 1 chu kỳ (hay một giai đoạn) phát triển của một động vật biến nhiệt. Tổng nhiệt hữu hiệu được tính bằng công thức:
S = (T-C).D
T: nhiệt độ môi trường
D: thời gian phát triển
C: nhiệt độ ngưỡng phát triển
+ C không đổi trong cùng một loài nên tổng nhiệt hữu hiệu bằng nhau:
S = (T1 – C).D1 = (T2 – C).D2 = (T3 – C).D3...
* Độ ẩm và nước
- Nước là thành phần quan trọng của cơ thể sinh vật : chiếm từ 50% đến 98% khối lượng của cây, từ 50% (ở Thú) đến 99% (ở Ruột khoang) khối lượng cơ thể động vật.
- Mỗi động vật và thực vật ở cạn đều có một giới hạn chịu đựng về độ ẩm. Loại châu chấu di cư có tốc độ phát triển nhanh nhất ở độ ẩm 70%. Có sinh vật ưa ẩm (thài lài, ráy, muỗi, ếch nhái...), có sinh vật ưa khô (cỏ lạc đa`, xương rồng, nhiều loại thằn lằn, chuột thảo nguyên).
- Nước ảnh hưởng lớn tới sự phân bố của sinh vật. Trên sa mạc có rất ít sinh vật, còn ở vùng nhiệt đới ẩm và nhiều nước thì sinh vật rất đông đúc.
* Ánh sáng
- Ánh sáng Mặt Trời là nguồn năng lượng cơ bản của mọi hoạt động sống của sinh vật. Cây xanh sử dụng năng lượng ánh sáng Mặt Trời khi quang hợp. Động vật ăn thực vật lá đã sử dụng gián tiếp năng lượng ánh sáng Mặt Trời.
- Ánh sáng tác động rõ rệt lên sự sinh trưởng, phát triển của sinh vật. Cây đậu xanh đặt trong ánh sáng liên tục thì lớn nhanh nhưng ra hoa muộn tới 60 ngày.
- Mỗi sinh vật cũng có một giới hạn chịu đựng về ánh sáng.
Ví dụ, có cây ưa bóng, có cây ưa sáng; có động vật ưa hoạt động ngày, có động vật ưa hoạt động đêm.
Ngoài ba nhân tố trên còn có nhiều nhân tố vô sinh khác ảnh hưởng tới đời sống của sinh vật như đất, gió, độ mặn của nước, nguyên tố vi lượng...
b) Ảnh hưởng của nhân tố hữu sinh
* Quan hệ cùng loài:
- Quần tụ: các cá thể có xu hướng tụ tập bên nhau tạo thành quần tụ cá thể để được bảo vệ và chống đỡ các điều kiện bất lợi của môi trường tốt hơn. Ví dụ, quần tụ cây có tác dụng chống gió, chống mất nước tốt hơn, quần tụ cá chịu được nồng độ chất độc cao hơn...
- Cách li: là làm giảm nhẹ sự cạnh tranh, ngăn ngừa sự gia tăng số lượng cá thể và sự cạn kiệt nguồn thức ăn khi mật độ quần thể tăng quá mức cho phép, gây ra sự cạnh tranh, một số cá thể động vật phải tách khỏi quần tụ đi tìm nơi sống mới.
* Quan hệ khác loài
- Quan hệ hỗ trợ: Cộng sinh là quan hệ cần thiết và có lợi cho 2 bên cả về dinh dưỡng lẫn nơi ở. Ví dụ, vi khuẩn lam cộng sinh với nấm tạo thành địa y. Quan hệ hợp tác là quan hệ có lợi cho cả 2 bên nhưng không nhất thiết cần cho sự tồn tại của chúng. Quan hệ hội sinh là quan hệ chỉ có lợi cho một bên.
- Quan hệ đối địch: là quan hệ cạnh tranh giữa các cá thể khác loài về thức ăn, nơi ở được biểu hiện:
+ Động vật ăn thịt - con mồi: sinh vật này tiêu diệt sinh vật khác (mèo bắt chuột, cáo bắt gà...).
+ Quan hệ kí sinh - vật chủ: sinh vật này sống bám vào cơ thể sinh vật khác (giun, sán kí sinh ở động vật và người...).
+ Quan hệ ức chế - cảm nhiễm: sinh vật này kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật khác (tảo tiểu cầu tiết ra chất kìm hãm sự phát triển của rận nước).
c) Ảnh hưởng của nhân tố con người
Con người cùng với quá trình lao động và hoạt động sống của mình đã thường xuyên tác động mạnh mẽ trực tiếp hay gián tiếp tới sinh vật và môi trường sống của chúng.
Tác động trực tiếp của nhân tố con người tới sinh vật thường qua nuôi trồng, chăm sóc, chặt tỉa, săn bắn, đốt rẫy, phá rừng. Bất kỳ hoạt động nào của con người như khai thác rừng, mỏ, xây đập chắn nước, khai hoang, làm đường, ngăn sông, lấp biển, trồng cây gây rừng... đều làm biến đổi mạnh mẽ môi trường sống của nhiều sinh vật và do đó ảnh hưởng tới sự sống của chúng.
3. Những qui luật sinh thái cơ bản
Có 4 qui luật sinh thái cơ bản:
* Qui luật giới hạn sinh thái:
Mỗi loài có một giới hạn sinh thái đặc trưng về mỗi nhân tố sinh thái. Ví dụ, giới hạn sinh thái về nhiệt độ của cá rô phi ở Việt nam là từ 5,6oC đến 42oC va` điểm cực thuận là 30oC.
* Qui luật tác động tổng hợp của các nhân tố sinh thái. Sự tác động của nhiều nhân tố sinh thái lên một cơ thể sinh vật không phải là sự cộng gộp đơn giản các tác động của từng nhân tố sinh thái mà là sự tác động tổng hợp của cả phức hệ nhân tố sinh thái đó. Ví dụ, mỗi cây lúa sống trong ruộng đều chịu sự tác động đồng thời của nhiều nhân tố (đất, nước, ánh sáng, nhiệt độ, gió và sự chăm sóc của con người...).
* Qui luật tác động không đồng đều của nhân tố sinh thái lên chức phận sống của cơ thể sinh vật. Mỗi nhân tố tác động không giống nhau lên các chức phận sống khác nhau và lên cùng một chức phận sống ở các giai đoạn phát triển khác nhau.
* Qui luật tác động qua lại giữa sinh vật và môi trường. Môi trường tác động thường xuyên lên cơ thể sinh vật, làm chúng không ngừng biến đổi, ngược lại sinh vật cũng tác động qua lại làm cải biến môi trường.
II. Sự thích nghi của sinh vật với môi trường sống
1. Sự thích nghi
Tác động của các nhân tố sinh thái lên cơ thể sinh vật qua nhiều thế hệ đã hình thành nhiều đặc điểm thích nghi với các môi trường sống khác nhau. Tuy nhiên, khi môi trường sống thay đổi, những đặc điểm vốn có lợi có thể trở nên bất lợi va` được thay bằng những đặc điểm thích nghi mới.
Chương I: CÁC DẠNG SỐNG, SỰ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
I. Đặc điểm cấu tạo và chức năng của các cơ thể sống chưa có cấu tạo tế bào và cơ thể đơn bào
1. Virut
Virut có kích thước rất nhỏ, vài chục đến vài trăm nanômet. Phải quan sát dưới kính hiển vi điện tử với độ phóng đại từ 10 vạn đến 1 triệu lần mới thấy được. Virut có dạng hình que hay hình cầu.
Virut chưa có cấu tạo tế bào, sống kí sinh trong tế bào vật chủ, phá vỡ tế bào để xâm nhập vào tế bào mới, gây nhiều bệnh hiểm nghèo cho thực vật, động vật và con người.
Virut rất đơn giản, gồm một lõi là axit nuclêic (ADN hoặc ARN) và một vỏ bọc là prôtêin gọi là capsit gồm nhiều capsome.
2. Thể ăn khuẩn
Thể ăn khuẩn là virut kí sinh trên vi khuẩn, nhưng có hình thái khác hẳn các virut khác. Khi xâm nhập cơ thể vật chủ, chúng gắn đuôi prôtêin vào tế bào vi khuẩn. Các enzim ở đuôi phân huỷ một chỗ trên màng tế bào vi khuẩn để đưa ADN của thể ăn khuẩn vào. Trong tế bào vi khuẩn bằng cơ chế tự nhân đôi của ADN, phiên mã, thể ăn khuẩn sinh sản rất nhanh phá huỷ tế bào vật chủ tiếp tục xâm nhập vào các tế bào vi khuẩn khác. Mỗi loại thể ăn khuẩn thường chỉ kí sinh trong một loại vi khuẩn nhất định.
3. Vi khuẩn
Vi khuẩn là những cơ thể đơn bào nhỏ nhất, trung bình từ 1 đến 5 micrômet (mm) (1mm=10-3mm). Vi khuẩn rất đa dạng: hình que (trực khuẩn), hình cầu (cầu khuẩn), hình xoắn (xoắn khuẩn).
Cấu tạo cơ thể của chúng rất đơn giản, chỉ gồm chất nguyên sinh và màng, chưa có nhân rõ rệt. ADN tập trung ở phần giữa tế bào và chưa có màng ngăn cách với phần tế bào chất ở xung quanh.
Đa số vi khuẩn kí sinh gây bệnh cho thực vật, động vật và người. Ví dụ, trực khuẩn gây bệnh bạch hầu, bệnh thương hàn, bệnh lao; cầu khuẩn gây bệnh lậu; xoắn khuẩn gây bệnh giang mai, bệnh tả... Có loại vi khuẩn có ích, nhất là những vi khuẩn được sử dụng trong công nghiệp lên men, sản xuất kháng sinh, hoocmôn... Một số hoại sinh, một số có khả năng tự tổng hợp lấy các chất hữu cơ để sống nhờ năng lượng của quá trình phân giải các chất ở môi trường xung quanh, hoặc sử dụng năng lượng của ánh sáng mặt trời do chúng có một chất tượng tự diệp lục ở cây xanh.
Vi khuẩn sinh sản rất nhanh, khoảng 20 phút lại phân chia một lần theo kiểu trực phân. Với tốc độ đó, sau 6 giờ, từ 1 vi khuẩn sẽ cho 250000 vi khuẩn mới trong những điều kiện thuận lợi về nhiệt độ va
4. Vi khuẩn lam
Thuộc nhóm có nhân nguyên thuỷ, có khả năng quang hợp nhờ có các sắc tố, là nhóm nguyên thuỷ nhất của thực vật có diệp lục.
5. Tảo đơn bào
Một số tảo đơn bào như tảo lục, tảo vỏ đã có nhân rõ ràng. Nhờ có diệp lục mà tảo có khả năng tự tổng hợp các chất hữu cơ để sống do sử dụng được năng lượng của ánh sáng mặt trời.
6. Động vật nguyên sinh
Các động vật nguyên sinh có hình dạng và kích thước rất khác nhau; tuy cơ thể cũng chỉ cấu tạo bằng một tế bào nhưng chúng có tổ chức cơ thể phức tạp hơn. Trong tế bào, ngoài nhân còn có nhiều bào quan nằm trong tế bào chất, giữ những nhiệm vụ khác nhau, bảo đảm sự tiêu hoá, bài tiết và vận động.
Đa số các động vật nguyên sinh sống tự do, chỉ có một số ít kí sinh và gây bệnh.
Gặp điều kiện thuận lợi, các động vật nguyên sinh sinh sản và phát triển rất nhanh. Chúng sinh sản chủ yếu bằng cách phân đôi (trực phân). Khi gặp những điều kiện không thuận lợi về ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm..., chúng kết thành bào xác, tạm thời ngừng hoạt động. Khi gặp điều kiện thuận lợi, bào xác vỡ ra và chúng trở lại hoạt động bình thường.
II. Tổ chức sống của cơ thể đa bào
1. Tập đoàn đơn bào
Tập đoàn đơn bào là cầu nối giữa cơ thể đơn bào và cơ thể đa bào là các tập đoàn đơn bào, gồm có tập đoàn tảo Panđôrina và tập đoàn vônvôc.
2. Sự phức tạp hoá trong tổ chức cơ thể đa bào.
Cơ thể đa bào có sự phức tạp hoá về tổ chức cơ thể: Toàn bộ cơ thể là một khối thống nhất gồm nhiều hệ cơ quan hoạt động nhịp nhàng, ăn khớp với nhau.
3. Cấu tạo tế bào của cơ thể đa bào
Tế bào trong cơ thể đa bào có cấu trúc và chức năng như sau:
a) Màng sinh chất:
Được cấu tạo bằng những phân tử prôtêin nằm giữa những phân tử lipit, dài khoảng 70 – 120Å (1Å=10-7mm). Màng không chỉ có nhiệm vụ bảo vệ khối sinh chất bên trong, ngăn cách các tế bào, mà qua đó còn thực hiện sự trao đổi chất có chọn lọc giữa tế bào với môi trường trong (quanh tế bào).
b) Chất nguyên sinh và các bào quan:
Chất nguyên sinh gồm nội chất (ở gần nhân) và lớp ngoại chất (ở gần màng). Trong chất nguyên sinh có nhiều bào quan thực hiện các hoạt động sống của tế bào.
* Ti thể: có dạng hình sợi, hình que hay hình hạt. Các tế bào có cường độ trao đổi chất cao, hoạt động sinh lí phức tạp thì có nhiều ti thể (mỗi tế bào có tới 2000 ti thể). Trong ti thể có hệ enzim bảo đảm cho quá trình hô hấp của tế bào, tạo năng lượng cho mọi hoạt động sống của chúng.
* Lạp thể: Chỉ có ở tế bào thực vật, gồm có lục lạp, sắc lạp và bột lạp. Trong đó lục lạp có cấu trúc khá phức tạp và giữ vai trò quan trọng trong quang hợp.
* Trung thể: Chỉ có ở tể bào động vật, nằm gần nhân và có vai trò quan trọng trong sự phân chia tế bào.
* Thể Gôngi: Có dạng túi dẹt, nằm ở gần nhân. Nó tập trung các chất tiết, chất cặn bã trong hoạt động sống của tế bào cũng như các chất độc từ ngoài đột nhập vào cơ thể để loại ra khỏi tế bào.
* Lưới nội chất (màng nội nguyên sinh): Gồm hệ thống các xoang và ống phân nhánh, nối màng với nhân và các bào quan với nhau. Thành xoang và ống có cấu tạo như màng sinh chất, gồm hai loại lưới nội chất: Lưới nội chất không hạt (trơn) và lưới nội chất có hạt, có các ribôxôm đính trên màng
Lưới nội chất tham gia vào quá trình trao đổi chất và là nơi tổng hợp nên các phân tử prôtêin.
* Lizôxôm: Có dạng túi nhỏ, chứa nhiều enzim thuỷ phân, có chức năng hoà tan các chất tiêu hoá các bào quan hỏng.
* Thể vùi: Có cấu tạo dạng hạt, chứa các chất dự trữ
c) Nhân:
Có màng ngăn cách chất nhân với chất nguyên sinh. Trên màng nhân có nhiều lỗ nhỏ, đường kính 300 – 400 Å , qua đó thực hiện sự trao đổi chất giữa nhân với chất nguyên sinh. Trong nhân có các nhân con và chất nhiễm sắc.
Nhân là trung tâm điều khiển mọi hoạt động sống của tế bào, nơi lưu giữ thông tin di truyền; nhân con tạo ra ribôxôm cho tế bào.
4. Sự phân bào trong cơ thể đa bào
Nguyên phân là hình thức phân chia tế bào thông thường và phổ biến nhất của mọi tế bào (trừ tế bào sinh dục) trong cơ thể đa bào (kể cả tế bào thực vật va` động vật) đảm bảo cho cơ thể lớn lên.
Quá trình nguyên phân trải qua 5 kì
1. tế bào mẹ ; 2. kì trung gian ; 3. kì đầu
4. kì giữa ; 5. kì său ; 6. kì cuối
a) Kì trung gian
Nhiễm sắc thể (NST) ở dạng sợi mảnh tự tổng hợp nên một NST mới, giống hệt nó tạo thành một NST kép đính nhau ở tâm động ở kì này trung thể cũng tự nhân đôi để chuẩn bị cho sự phân chia
b) Kì đầu
Các NST xoắn lại, co ngắn, màng nhân biến mất. Trung thể tách đôi và tiến về 2 cực của tế bào, thoi vô sắc hình thành, nối 2 trung thể ở 2 cực.
c) Kì giữa
Các NST kép dần dần tập trung về mặt phẳng xích đạo của thoi vô sắc. NST xoắn lại, co lại đến mức ngắn nhất và có hình dạng đặc trưng cho từng loài, đa số có dạng hình chữ V. NST đính với các sợi của thoi vô sắc tại chỗ gấp khúc (tâm động) và quay đầu tự do ra ngoài
d) Kì sau
Các crômatit trong từng NST kép tách nhau ra ở tâm động, di chuyển về 2 cực tế bào
e) Kì cuối
Tại mỗi cực, các NST tháo xoắn và duỗi ra dưới dạng sợi mảnh như ở kì trung gian. Thoi vô sắc biến mất, màng nhân và nhân con xuất hiện tạo thành 2 nhân mới, có số NST bằng nhau và bằng số NST của tế bào mẹ.
Ở tế bào động vật, tế bào mẹ thắt dần ở phần giữa để tạo thành 2 tế bào con. Ở tế bào thực vật xuất hiện một vách ngăn chia thành 2 tế bào con với màng xenlulôzơ bao ngoài.
Như vậy nhờ cơ chế tự nhân đôi của NST và phân chia đều đặn về 2 cực tế bào nên bộ NST đặc trưng cho loài vẫn được giữ nguyên.
III. Trao đổi chất và năng lượng của cơ thể sống
1. Trao đổi chất và năng lượng la` điều kiện tồn tại, phát triển của cơ thể sống
Trao đổi chất và năng lượng la` đặc trưng cơ bản của sự sống. Nhờ có trao đổi chất thường xuyên với môi trường bên ngoài, sinh vật mới tồn tại, phát triển, sinh sản và thực hiện được mọi hoạt động sống.
Sinh vật lấy thức ăn từ môi trường vào cơ thể để bu` đắp, thay thế các tế bào chất, vật chất bị phân huỷ, xây dựng các tế bào mới đảm bảo cho cơ thể sinh trưởng và phát triển; đồng thời tạo ra năng lượng cần thiết cho mọi hoạt động sống của cơ thể.
Nếu sự trao đổi chất ngừng tiếp diễn thì sinh vật cũng không tồn tại được nữa.
2. trao đổi chất qua màng tế bào
Sự trao đổi chất giữa tế bào và môi trường được thực hiện qua màng tế bào theo các cơ chế sau:
* Khuếch tán dựa vào sự chênh lệch nồng độ giữa các chất ở hai bên màng tế bào gồm:
- Thẩm thấu là sự khuếch tán của các phân tử dung môi.
- Thẩm tách là sự khuếch tán của các chất tan
* Hoạt tải qua màng tế bào
Màng tế bào sống có thể chủ động hấp thụ hoặc thải một số chất theo nhu cầu của tế bào hoặc của cơ thể ngược với sự khuếch tán lý học. Đó là khả năng hoạt tải của màng tế bào nhờ có các thể tải hoặc chất mang và cần năng lượng.
* Ngoài ra, những chất có kích thước lớn có thể được trao đổi qua màng tế bào theo cơ chế thực bào hoặc ẩm bào.
3. trình chuyển hoá năng lượng trong tế bào
* Sự đồng hoá: là quá trình tổng hợp các chất đặc trưng của tế bào từ các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ đơn giản và tích luỹ năng lượng.
Quá trình tổng hợp các chất đòi hỏi cung cấp năng lượng. Năng lượng này là năng lượng mặt trời hoặc năng lượng lấy từ các quá trình dị hoá. Vật chất được tổng hợp nên có tích năng lượng dạng thế năng.
Không có đồng hoá sẽ không có vật chất sử dụng trong dị hoá.
* Sự dị hoá: Là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ (được tổng hợp trong quá trình đồng hoá) thành những hợp chất đơn giản và giải phóng năng lượng.
Năng lượng được giải phóng dùng cho mọi hoạt động sống của tế bào, trong đó có sự tổng hợp các chất mới trong quá trình đồng hoá tiếp theo
Không có dị hoá thì không có năng lượng cung cấp cho quá trình đồng hoá và các hoạt động sống của tế bào.
Đồng hoá và dị hoá là hai quá trình đối lập (mâu thuẫn) nhưng lại gắn bó, liên kết mật thiết với nhau: không có đồng hoá thì không có dị hoá và ngược lại.
4. Vai trò của enzim trong sự trao đổi chất và năng lượng
Enzim là những chất xúc tác sinh học cho các phản ứng tổng hợp và phân giải các chất xảy ra liên tục trong tế bào.
Về bản chất, enzim là những phân tử prôtêin. Trong tế bào sống của cơ thể chứa rất nhiều loại enzim khác nhau và mỗi loại tham gia một phản ứng nhất định. Ngoài prôtêin, một số enzim còn có thêm một phần tử hữu cơ nhỏ gọi là côenzim chứa vitamin. Côenzim có vai trò làm cầu nối giữa enzim và chất tham gia phản ứng. Côenzim còn có thể là các ion kim loại như Mg++, Fe++, Zn++, Cu++,...
Các chất tham gia phản ứng, chịu tác dụng của enzim gọi là cơ chất.
Cơ chế hoạt động của enzim: thoạt đầu, enzim liên kết với cơ chất để tạo thành một hợp chất trung gian gọi là “enzim – cơ chất”. Cuối phản ứng, hợp chất đó sẽ cho phân huỷ để cho sản phẩm của phản ứng và giải phóng enzim nguyên vẹn. Enzim được giải phóng lại có thể xúc tác phản ứng trên cơ chất mới.
Đặc tính của enzim la` đẩy mạnh tốc độ phản ứng, có hoạt tính cao và có tính chuyên hoá cao.
5. Các phương thức trao đổi chất và năng lượng của sinh vật
Toàn bộ sinh giới được chia thành hai nhóm chính: sinh vật tự dưỡng và sinh vật dị dưỡng.
a) Sinh vật tự dưỡng: gồm tất cả cây xanh, một số vi khuẩn và tảo có khả năng sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời hoặc năng lượng từ các phản ứng hoá học tạo ra để tổng hợp các chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể từ các chất vô cơ đơn giản
Năng lượng sử dụng trong quá trình tổng hợp là năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) nhờ có chất diệp lục (cây xanh...) hoặc năng lượng được tạo ra từ các phản ứng hoá học (hoá năng) do một số vi khuẩn thực hiện.
Sinh vật tự dưỡng được chia làm 2 nhóm. Đó là:
- Nhóm sinh vật quang tổng hợp: cây xanh, vi khuẩn lam và tảo.
- Nhóm sinh vật hoá tổng hợp: một số vi khuẩn.
b) Sinh vật dị dưỡng: gồm tất cả động vật, một số nấm, virut và phần lớn vi khuẩn.
Chúng không có khả năng tự tổng hợp các chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể mà phải lấy các chất hữu cơ có sẵn do các sinh vật tự dưỡng chế tạo, cung cấp một cách trực tiếp hay gián tiếp.
Năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ đặc trưng cho cơ thể lấy từ năng lượng được tích luỹ trong thức ăn có nguồn gốc là cây xanh.
Các sinh vật dị dưỡng được chia thành nhiều nhóm:
- Nhóm dị dưỡng toàn phần gồm: các sinh vật ăn thực vật, các sinh vật ăn động vật và các sinh vật ăn tạp
- Nhóm cộng sinh
- Nhóm hoại sinh
- Nhóm kí sinh
6. trình quang hợp
Quang hợp là một chuỗi dài phản ứng phức tạp, có thể tóm tắt một cách tổng quát như sau:
6CO2 + 6H2O + năng lượng ánh sáng ® C6H12O6 + 6O2
Nhờ lấy năng lượng ánh sáng (khoảng 674kcal), cây đã tổng hợp được 1 phân tử glucô từ 6 phân tử H2O và 6 phân tử CO2.
Quá trình quang hợp gồm 2 chuỗi phản ứng: phản ứng sáng, xảy ra trong grana và phản ứng tối, xảy ra trong strôma.
a) Chuỗi phản ứng sáng (cần ánh sáng và nước)
Năng lượng ánh sáng làm một số điện tử của diệp lục bị bật ra khỏi quĩ đạo quen thuộc, để bắt đầu một chuỗi di chuyển qua một loạt chất truyền điện tử. Sự di chuyển đó sẽ tạo thế năng. Một phần thế năng được dùng để tổng hợp các phân tử ATP (ađenozin triphophat).
Các điện tử bị bật ra khỏi diệp lục một cách liên tục, được lần lượt thay thế bằng các điện tử lấy từ nước đã bị ánh sáng “quang phân”.
b) Chuỗi phản ứng tối ( cần khí CO2)
Đó là các “phản ứng enzim” nhằm sử dụng năng lượngdo ATP cung cấp để tổng hợp glucô (hoặc tinh bột) từ CO2 lấy trong khí trời qua một chu trình gọi là “chu trình Canvin”.
7. Hoá tổng hợp
Cũng như quang tổng hợp, hoá tổng hợp là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể của các sinh vật tự dưỡng từ các chất vô cơ đơn giản ở môi trường xung quanh.
Tuy nhiên, năng lượng sử dụng trong quang tổng hợp là do cây xanh (có diệp lục) lấy từ ánh sáng. Còn năng lượng sử dụng trong hoá tổng hợp lại do các phản ứng hoá học tạo ra ở một số loại vi khuẩn.
Ví dụ:
- Các vi khuẩn nitrit hoá, như vi khuẩn Nitrôzômônat, ôxi hoá amôniac thành axit nitrơ để lấy năng lượng:
2NH3 + 3O2 ® 2HNO2 + 2H2O + 158kcal
Axit nitrơ gặp các bazơ trong đất sẽ cho các muối nitrit
- Các vi khuẩn nitrat hoá, như Nitrôbacte, ôxi hoá nitrit thành các muối nitrat hoà tan, là dạng thực vật có thể hấp thụ được
NaNO2 + ½O2 ® NaNO3 + 38 kcal
- Vi khuẩn lưu huỳnh ôxi hoá sunfua hiđrô thành axit sunfuric, rồi thành các muối sunfat.
2H2S + O2 ® 2H2O + 2S + 115 kcal
Năng lượng được giải phóng ở các phản ứng trên, được vi khuẩn sử dụng để tạo glucôzơ từ CO2. Chẳng hạn, ở vi khuẩn lưu huỳnh:
12H2S + 6CO2 ® C6H12O6 + 6H2O + 12S
7. Hô hấp và lên men
Hô hấp là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ (chủ yếu là glucôzơ) để giải phóng năng lượng cung cấp cho mọi hoạt động sống của cơ thể sinh vật.
Chuỗi phản ứng phức tạp của hô hấp có thể tóm tắt trong phản ứng:
C6H12O6 + 6O2 ® 6CO2 + 6H2O + 674kcal
Năng lượng được giải phóng trong quá trình hô hấp thường chuyển thành dạng dễ sử dụng chứa trong hợp chất có liên kết cao năng là ATP.
Lên men (hô hấp yếm khí): một số vi sinh vật có khả năng phân giải glucôzơ giải phóng năng lượng mà không cần ôxi. Đó là những vi sinh vật lên men thối, vi sinh vật lên men rượu và vi sinh vật lên men lactic.
Khi có đủ ôxi một nhóm vi sinh vật ôxi hoá glucôzơ thành CO2 và H2O như trong hô hấp và thu được nhiều năng lượng để đẩy mạnh sự tổng hợp chất sống.
Tuy nhiên, trong môi trường yếm khí, những vi sinh vật đó chỉ chuyển hoá đường thành rượu êtylic và CO2 theo phương trình:
C6H12O6 ® 2CO2 + 2C2H5OH + 25kcal
(glucôzơ) (rượu)
Cũng trong điều kiện yếm khí, một nhóm vi sinh vật khác có thể chuyển hoá glucôzơ thành 2 phân tử axit lactic và giải phóng 38 kcal:
C6H12O6 ® 2C3H6O3 + 38kcal
(glucôzơ) (axit lactic)
Trong các trường hợp trên, năng lượng thu được chỉ bằng 1/20 so với khi ôxi hoá đường.
Chương II: SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN, SINH SẢN VÀ CẢM ỨNG
I. Sự sinh trưởng, phát triển ở thực vật va` động vật
1. Khái niệm sinh trưởng và phát triển
a) Sự sinh trưởng
Sinh trưởng là sự tăng kích thước và khối lượng của sinh vật đang ở giai đoạn lớn lên theo cơ chế nguyên phân. Quá trình sinh trưởng của sinh vật có thể nhanh hoặc chậm tuỳ theo từng thời kỳ. Sinh trưởng là một quá trình kép: gồm sự phân bàođảm bảo tăng kích thước và khối lượng cơ thể và sự phân hoá tế bào để đảm nhiệm các chức năng (của từng tế bào, cơ quan...) trong cơ thể.
b) Sự phát triển
Phát triển làm biến đổi không những hình thái mà cả chức năng sinh lý theo từng giai đoạn của cuộc đời sinh vật. Ví dụ, ở tằm dâu, có thể phân biệt các giai đoạn trứng, ấu trùng, sau đó thành nhộng và cuối cùng là bướm.
c) Quan hệ giữa sinh trưởng và phát triển
Sinh trưởng và phát triển liên quan mật thiết với nhau, nhiều khi khó phân biệt. Sinh trưởng la` điều kiện của phát triển và phát triển lại làm thay đổi sự sinh trưởng. Ví dụ, ở giai đoạn phát dục, cơ thể sinh vật thường lớn nhanh; đến giai đoạn trưởng thành thì ngừng sinh trưởng va` đến giai đoạn ngừng sinh sản thì cơ thể bắt đầu suy thoái.
2. sinh trưởng và phát triển ở thực vật
Đời sống của mỗi cơ thể thực vật thực ra là sự nối tiếp của 2 giai đoạn là giai đoạn thể giao tử và giai đoạn thể bào tử. Hai giai đoạn này khác nhau chủ yếu về số nhiễm sắc thể trong tế bào(thể bào tử lưỡng bội, thể giao tử đơn bội) và về dạng phân bào để sinh ra cây con.
a) Giai đoạn thể giao tử
Thể giao tử phát sinh từ bào tử đơn bội và lớn lên nhờ những lần nguyên phân liên tiếp, nên cơ thể chỉ gồm các tế bào đơn bội
. Khi thể giao tử trưởng thành, trong cơ quan sinh sản, có những tế bào phát triển thành giao tử cái (noãn cầu) đơn bội và những tế bào khác phát triển thành giao tử đực (tinh trùng) đơn bội. Sự kết hợp giữa giao tử cái và giao tử đực (thụ tinh) tạo nên hợp tử lưỡng bội.b) Giai đoạn thể bào tử
Thể bào tử phát sinh từ hợp tử lưỡng bội. Thể bào tử cũng lớn lên nhờ những lần nguyên phân liên tiếp nên cơ thể chỉ gồm tế bào lưỡng bội. Khi thể bào tử trưởng thành, trong cơ quan sinh sản, sẽ có những tế bào lưỡng bội chuyển sang giảm phân, mỗi tế bào sinh ra 4 bào tử đơn bội. Trong sinh trưởng và phát triển ở thực vật có sự xen kẽ giai đoạn.
Như vậy, bào tử đơn bội phát triển thành thể giao tử đơn bội, thể giao tử sinh ra giao tử đực và giao tử cái; sự thụ tinh tạo thành hợp tử. Hợp tử lưỡng bội phát triển thành thể bào tử lưỡng bội; thể bào tử giảm phân để sinh ra bào tử đơn bội. Vòng đời cứ thế tiếp diễn với 2 mốc chính là sự phân bào giảm nhiễm (để sinh bào tử và chuyển từ thế hệ lưỡng bội sang thế hệ đơn bội) và sự thụ tinh (để kết hợp 2 giao tử và chuyển từ thế hệ đơn bội sang thế hệ lưỡng bội).
c) Sự tương quan giữa 2 giai đoạn
Tuỳ loại thực vật, mà tỉ lệ thời gian và tầm quan trọng của 2 giai đoạn nói trên có thể thay đổi. Trong quá trình tiến hoá đã xuất hiện các dạng thực vật có giai đoạn thể giao tử chiếm ưu thế (rêu), về sau chúng nhường chỗ dần cho các dạng thực vật có giai đoạn thể bào tử chiếm ưu thế (cây có hoa).
* Chu trình phát triển của rêu
Cây rêu màu lục ta thường thấy là giao tử thể đơn bội, có thân ở giữa, lá xanh chứa diệp lục ở xung quanh và “rễ giả” mọc sâu vào trong đất. Rễ hút nước và, muối khoáng từ đất, còn lá thì quang hợp để tạo ra chất sống, nên thể giao tử là dạng sống độc lập. Lúc rêu trưởng thành, cơ quan sinh sản đực (túi tinh) tạo nhiều tinh trùng nhỏ có 2 roi; cơ quan sinh sản cái (túi noãn) chứa một noãn cầu. Noãn cầu được thụ tinh thành hợp tử.
Hợp tử phát triển thành thể bào tử. Thể bào tử chỉ là một thân nhỏ, màu nâu, không lá, kí sinh trên thể giao tử bằng cách mọc “chân” vào mô thể giao tử để hút chất dinh dưỡng. Thể bào tử có một túi nhỏ ở đỉnh, trong đó mỗi tế bào mẹ lưỡng bội giảm phân để cho 4 bào tử đơn bội. Bào tử rơi xuống đất lại tạo thành thể giao tử đơn bội mới. Như vậy ở rêu, dạng sinh trưởng và phát triển mạnh là thể giao tử đơn bội.
* Chu trình phát triển của cây có hoa
Ngược với rêu, cây có hoa là thể bào tử lưỡng bội, có đủ thân, lá, rễ và sống độc lập. Thể bào tử sinh trưởng và phát triển mạnh, có khi cao hàng trăm mét. Trái lại, thể giao tử chỉ xuất hiện một thời gian ngắn vào lúc cây ra hoa. Nhờ giảm phân, ở hoa sinh ra 2 loại bào tử đơn bội: bào tử nhỏ phát triển thành thể giao tử đực (hạt phấn), chứa nhân sinh sản đực và bào tử lớn phát triển thành thể giao tử cái, chứa noãn cầu. Sự thụ tinh lại tái tạo thể bào tử lưỡng bội, tức là dạng cây quen thuộc. Ở cây có hoa, dạng sinh trưởng và phát triển mạnh là thể bào tử lưỡng bội.
3. Sự sinh trưởng và phát triển ở động vật
a) Sự sinh trưởng
Ở động vật, trứng được thụ tinh sẽ thành hợp tử. Hợp tử lúc đầu chỉ nhỏ bằng trứng và về thực chất mới là một tế bào đơn độc. Sau đó hợp tử bắt đầu phân chia liên tiếp nhiều lần, số tế bào tăng dần, làm cho kích thước và khối lượng cơ thể con cũng tăng dần.
Sự sinh trưởng ở động vật có 2 đặc điểm:
- Tốc độ sinh trưởng của cơ thể không đều, lúc chậm, lúc nhanh, có lúc rất nhanh
- Tốc độ sinh trưởng của các bộ phận, các cơ quan, các mô khác nhau trong cơ thể cũng không giống nhau.
Nói chung, ở động vật không có giai đoạn ngừng hẳn sinh trưởng một thời gian dài (tiềm sinh) như ở thực vật trong giai đoạn hạt. Tuy nhiên, nếu gặp điều kiện môi trường bất lợi, một số động vật cũng có thể tạm ngừng lớn (hiện tượng ngủ đông ; đình dục ở sâu bọ...). Sự ngừng sinh trưởng của các bộ phận trong cơ thể cũng có mức độ khác nhau và vào những thời kỳ khác nhau. Khi đến tuổi trưởng thành, mỗi loại động vật có một kích thước (độ lớn) giới hạn.
b) Sự phát triển
Trong đời sống của mỗi loài động vật có thể phân biệt nhiều giai đoạn phát triển. Mỗi giai đoạn phát triển đều có những đặc điểm về hình thái, sinh lí đặc trưng.
Người ta căn cứ vào sự sinh trưởng cá thể non và hình thái cơ thể để phân chia các giai đoạn phát triển ở động vật.
4. Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của sinh vật
a) Ảnh hưởng của các nhân tố bên trong
* Tính di truyền: Tính di truyền quyết định những đặc điểm về sinh trưởng và phát triển đặc trưng cho loài đặc biệt là tốc độ lớn và giới hạn lớn. Có loài lớn nhanh, đẻ sớm nhưng có loài lớn chậm đẻ muộn
* Giới tính: Trong cùng một loài, con đực và con cái có thể có sức lớn và vòng đời khác nhau. Nói chung, do giữ chức năng sinh sản để duy trì nòi giống, nên con cái thường lớn nhanh hơn con đực và cũng thường sống lâu hơn.
* Các hoocmôn sinh trưởng và phát triển: Sự sinh trưởng và phát triển của thực vật va` động vật còn chịu ảnh hưởng của những chất do chính cơ thể tạo ra để điều khiển sự sinh trưởng và phát triển , gọi là hoocmôn sinh trưởng và phát triển. Ví dụ, ở thú, tuyến dưới não tiết nhiều loại hoocmôn có thể phối hợp với hoocmôn của tuyến giáp để gây lùn hoặc khổng lồ.
b) Ảnh hưởng của các nhân tố bên ngoài
* Ảnh hưởng của môi trường: Các điều kiện nhiệt độ, độ ẩm... cũng ảnh hưởng mạnh lên sinh trưởng và phát triển của sinh vật. Ảnh hưởng của nhiệt độ thường là rõ nhất. Ví dụ, cá rô phi lớn nhanh nhất ở nhiệt độ 30oC; nếu nhiệt độ xuống 18oC, cá ngừng lớn và ngừng đẻ. Một số động vật như dơi, ếch, gấu, ốc “ngủ đông” khi trời trở rét, chúng ngừng ăn, ngừng lớn và gầy đi rất nhanh.
* Ảnh hưởng của thức ăn: Thức ăn cũng ảnh hưởng nhiều đến sinh trưởng và phát triển của sinh vật. Ví dụ, lợn con cai sữa, nếu tăng hàm lượng lizin từ 0,45% đến 0,85%, thì lợn sẽ lớn nhanh (từ 80g/ngày đến 210g/ngày, tăng gần gấp 3 lần).
* Ảnh hưởng của các sinh vật: Trong môi trường, mỗi loài sinh vật đều thích nghi với một mật độ sống chung xác định tương ứng với nguồn thức ăn và các điều kiện ngoại cảnh khác. Mật độ tăng quá “mức chịu đựng” sẽ gây 3 tác hại kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển:
- Sự cạnh tranh để giành thức ăn, vốn có hạn, sẽ gay gắt hơn.
- Tình trạng “quá đông”sẽ dẫn đến tranh giành lẫn nhau về các điều kiện sống và hạn chế lẫn nhau nên lớn chậm.
- Khối lượng phế thải tăng, gây ô nhiễm môi trường sống.
c) Tác động của con người lên sinh trưởng và phát triển của sinh vật
Để tăng năng suất vật nuôi, cây trồng, con người đã vận dụng những qui luật sinh trưởng, phát triển của sinh vật trong chăn nuôi, trồng trọt. Cụ thể là: cải tạo giống di truyền, cải tạo môi trường và tác động trực tiếp lên sinh vật, làm cho chúng sinh trưởng, phát triển tốt nhất.
II. Các hình thức sinh sản của sinh vật
1. Sinh sản vô tính
Sinh sản vô tính là hình thức sinh sản mà trong đó không có sự kết hợp giữa các yếu tố đực và yếu tố cái (không qua thụ tinh). Có 3 hình thức sinh sản vô tính.
a) Sự phân đôi: là hình thức sinh sản phổ biến nhất của những sinh vật bậc thấp (vi khuẩn, thực vật va` động vật đơn bào). Cơ thể mẹ tự co thắt ở giữa rồi tách làm 2 phần giống nhau, mỗi phần sẽ lớn dần lên cho tới lúc bằng mẹ. Sự phân đôi tế bào bao gồm cả chất nguyên sinh, các bào quan và nhân. Nhân của cá thể con vẫn giữ nguyên số nhiễm sắc thể là 2n, như của mẹ.
b) Sự sinh sản sinh dưỡng: là hình thức sinh sản của các cơ thể đa bào mà trong đó các cá thể con được sinh ra từ các bộ phận sinh dưỡng của cơ thể mẹ.
* Ở động vật: có 2 dạng sinh sản sinh:
- Sự nảy chồi là một phần nhỏ của cơ thể mẹ có thể lớn nhanh hơn những vùng lân cận, để trở thành một cơ thể mới. Sau đó, cơ thể con có thể tiếp tục sống bám trên mình cơ thể mẹ hoặc tách hẳn thành một cá thể độc lập. Ví dụ, sự nảy chồi ở thuỷ tức. Ở thực vật, bèo tấm cũng sinh sản bằng nảy chồi.
- Sự tái sinh là khả năng mọc lại (tái tạo) những phần đã mất (đuôi, chi,...) của một số động vật. Khả năng tái sinh đó nếu đạt mức độ cao, có thể xem như là một dạng sinh sản vô tính. Ví dụ, khi bọt biển, thuỷ tức, sao biển, đỉa biển Planaria bị cắt thành nhiều mảnh vụn, mỗi mảnh sẽ mọc những phần còn thiếu để tạo lại ,một cơ thể nguyên vẹn mới.
* Ở thực vật: Trong thiên nhiên, thực vật bậc cao có khả năng tạo những cơ thể mới từ một phần của thân bò (rau má), thân rễ (cỏ gấu), thân củ (khoai tây), thân hành (củ hành), rễ củ (khoai lang), lá (cây lá bỏng). Đó là những hình thức sinh sản sinh dưỡng tự nhiên.
Trong trồng trọt, người ta thường nhân giống nhờ hiện tượng sinh sản sinh dưỡng của thực vật, bằng cách cắt rời các phần nhỏ của cây mẹ để tạo thành những cây con mới. Đó là sự sinh sản sinh dưỡng nhân tạo. Có 3 dạng sinh sản sinh dưỡng nhân tạo là giâm, chiết và ghép.
Ngoài ra, phương pháp nuôi cấy mô cũng là một phương pháp nhân giống vô tính đang được con người sử dụng để nhân các giống quí.
c) Sinh sản bằng bào tử là hình thức mà trong đó cơ thể mới được sinh ra từ một tế bào gọi là bào tử. Bào tử có thể được hình thành từ ngay tế bào cơ thể mẹ (tảo lục đơn bào) hoặc từ một cơ quan riêng biệt của cơ thể mẹ gọi là túi bào tử (dương xỉ). Bào tử có thể không di động được, chúng được phát tán đi nhờ gió, nước; hoặc có thể di chuyển được trong nước nhờ roi. Khi gặp điều kiện thuận lợi, bào tử sẽ nảy mầm thành cơ thể mới.
Với hình thức sinh sản bằng bào tử, một cá thể mẹ có thể sinh ra rất nhiều cá thể con. Các cá thể con đều giống nhau và có bộ NST được “sao chép” nguyên vẹn từ bộ NST của cơ thể mẹ nên hầu như đều lặp lại những tính chất của cơ thể mẹ.
2. Sự sinh sản hữu tính
Sinh sản hữu tính là hình thức sinh sản cần có sự kết hợp của 2 tế bào gọi là giao tử. Các giao tử có thể chưa phân hoá rõ rệt hoặc đã phân hoá rõ rệt thành trứng và tinh trùng. Sự kết hợp giữa 2 giao tử sẽ tạo thành 1 hợp tử. Hợp tử phát triển thành cơ thể con.
a) Hiện tượng giảm phân và hình thành giao tử
Khác với nguyên phân (phân bào nguyên nhiễm), giảm phân (phân bào giảm nhiễm) xảy ra trong các tế bào sinh dục. Tế bào mẹ lưỡng bội (2n) phân chia 2 lần tạo ra 4 tế bào con đơn bội
. Cơ quan sinh dục đực sinh ra giao tử đực (tinh trùng), còn cơ quan sinh dục cái sinh ra giao tử cái (trứng).* Giao tử đực: Tinh trùng gồm 3 phần: đầu, thân va` đuôi (roi) có khả năng chuyển động để tìm đến giao tử cái (trứng).
* Giao tử cái: Các giao tử cái (trứng của động vật, noãn cầu của thực vật) bao giờ cũng lớn hơn nhiều so với giao tử đực cùng loài, nhưng không di chuyển được.
b) Sự thụ tinh
Sự thụ tinh ở động vật hay thực vật là sự hoà làm một của 2 giao tử đực và cái để tạo thành hợp tử.
Đối với các sinh vật bậc thấp ở nước, sự thụ tinh xảy ra trong môi trường nước (cầu gai, sò, hến, rong biển...), còn với sinh vật bậc cao, sống ở cạn, sự thụ tinh xảy ra trong cơ quan sinh dục cái.
c) Sự sinh sản hữu tính ở thực vật
* Tiếp hợp là hình thức sinh sản hữu tính sơ khai nhất ở thực vật. Cơ quan sinh sản chưa phân hoá rõ ràng. Ví dụ: Sự tiếp hợp ở tảo xoắn. Hai sợi tảo (đơn bội) áp sát nhau. Trên 2 tế bào đối diện, xuất hiện 2 u nhỏ mọc xích lại gần nhau rồi nối liền với nhau thành một ống thông giữa 2 tế bào. Nhân và tế bào chất của một trong 2 tế bào sẽ tràn vào trong ống rồi hoà vào nhân và tế bào chất của tế bào kia tạo thành hợp tử (2n). Hợp tử phân chia 2 lần liên tiếp để tạo thành 4 nhân đơn bội
. Sau đó, 3 nhân bị thoái hoá, nhân còn lại tạo thành tế bào mầm đơn bội và tiếp tục lớn lên theo cơ chế nguyên phân. * Ở thực vật bậc cao (từ rêu trở lên), sinh sản hữu tính là một khâu không thể thiếu được trong vòng đời của chúng
Sự xen kẽ thế hệ (thể giao tử và thể bào tử) cũng là sự xen kẽ giữa sinh sản vô tính bằng bào tử và sinh sản hữu tính bằng giao tử.
* Ở cây xanh có hoa:
- Cơ quan sinh sản đực (nhị):
Nhị gồm bao phấn, mọc ở đầu cuống nhị. Bao phấn có 2 ngăn. Mỗi ngăn chia thành 2 túi phấn chứa hạt phấn. Khi túi phấn chín sẽ mở để phóng thích hạt phấn ra ngoài. Mỗi hạt phấn thường gồm 2 tế bào và có 2 lớp màng; lớp ngoài dày và lớp trong mỏng.
Hạt phấn được hình thành từ các tế bào mẹ hạt phấn (2n). Mỗi tế bào mẹ này cho ra 4 bào tử, tức 4 hạt phấn đơn bội
, do kết quả của sự phân chia giảm nhiễm. Mỗi hạt phấn chứa 2 nhân (một nhân sinh dưỡng và một nhân sinh dục), bao quanh là chất nguyên sinh và ngoài cùng có vỏ bao bọc.- Cơ quan sinh sản cái (nhụy):
Nhụy gồm phần dưới phình to là bầu và phần trên bầu là vòi chứa mô nuôi dưỡng. Đầu vòi phình to thành một khối hình cúc áo, giàu chất dinh dưỡng và nhựa dính để giữ và nuôi hạt phấn. Bầu chứa noãn. Noãn có nhiều dạng khác nhau (thẳng, cong...). Mỗi noãn gồm một khối tế bào được bọc trong 1 hoặc 2 lớp màng bảo vệ và có lỗ thông (lỗ noãn), trong đó có một bộ phận quan trọng liên quan đến chức năng sinh sản là túi phôi.
Túi phôi được tạo thành từ một tế bào mẹ (2n) qua 2 lần phân bào liên tiếp theo cơ chế giảm phân để tạo ra 4 tế bào con đơn bội
. Nhưng trong đó có 3 tế bào bị thoái hoá, chỉ một tế bào phân chia liên tiếp để kết thành túi phôi. Túi phôi chứa nhiều nhân, trong đó có 2 nhân sẽ tham gia vào quá trình thụ tinh là noãn cầu đơn bội và nhân phụ.- Sự thụ phấn
Thụ phấn là quá trình chuyển vận của hạt phấn từ nhị sang đầu vòi nhụy của các hoa cùng loài.
Sự thụ phấn là trực tiếp (tự thụ phấn), khi hạt phấn rơi trên đầu nhụy của cùng hoa hay hoa khác cây. Sự thụ phấn là gián tiếp (thụ phấn chéo) khi hạt phấn rơi trên đầu nhụy của cây khác cùng loài. Sự thụ phấn chéo thường xảy ra ở cây hoa đơn tính hoặc lưỡng tính, nhưng nhị và nhụy không chín cùng một lúc. Tác nhân của thụ phấn có thể là trọng lực, gió, nước, sâu bọ (thụ phấn tự nhiên) hay người (thụ phấn nhân tạo).
- Sự nảy mầm của hạt phấn
Hạt phấn rơi vào đầu nhụy gặp điều kiện thuận lợi sẽ nảy mầm mọc ra một ống phấn. Ống phấn theo vòi nhụy đi vào bầu. Nhân của tế bào ống phấn chuyển ra đầu ống, còn nhân của tế bào phát sinh tạo thành 2 tinh tử có n nhiễm sắc thể nằm ở ống phấn, được ống phấn mang tới noãn.
- Sự thụ tinh
Khi ống phấn đến noãn, qua lỗ noãn tới túi phôi; đầu ống phấn vỡ ra, một tinh tử kết hợp với noãn cầu thành hợp tử (2n), sau phát triển thành phôi, còn tinh tử thứ 2 sẽ kết hợp với nhân thứ cấp 2n (nhân phụ) để hình thành nên nội nhũ 3n. Như vậy là ở thực vật hạt kín, có 2 giao tử đực đều tham gia vào thụ tinh nên được gọi là sự thụ tinh kép.
Sau khi thụ tinh, noãn sẽ biến đổi thành hạt. Hạt gồm có phôi, phôi nhũ và vỏ bọc ngoài.
d) Sự sinh sản hữu tính ở động vật
* Ở động vật đơn bào ( sự tiếp hợp)
Hình thức sinh sản hữu tính đơn giản nhất của động vật là sự tiếp hợp ở trùng đế giày. Trùng đế giày vốn có 2 nhân (1 nhân lớn, 1 nhân bé) đều lưỡng bội. Khi sinh sản, 2 trùng đế giày áp sát vào nhau. Nhân bé giảm phân cho 4 nhân nhỏ đơn bội, trong số đó có 3 nhân sẽ thoái hoá còn 1 nhân nguyên phân một lần nữa để cho 2 nhân đơn bội. Một nhân sẽ di chuyển sang trùng đế giày đối diện, nhân còn lại hoà hợp làm một (thụ tinh) với nhân bé từ trùng đế giày kia di chuyển sang, tạo thành một nhân bé lưỡng bội. Hai nhân lớn trong 2 trùng đế giày đều tiêu biến. Nhân bé mới hình thành sẽ nguyên phân để cho nhân bé và nhân lớn mới. Sau đó 2 trùng đế giày tách rời nhau. Mỗi trùng đế giày lại nguyên phân 1 lần nữa để cho 2 trùng đế giày con.
Như vậy trong sự tiếp hợp của trùng đế giày đã có đủ 2 quá trình giảm phân và thụ tinh, đặc trưng cho sự sinh sản hữu tính.
* Ở động vật đa bào bậc thấp
Tất cả động vật đa bào (lưỡng bội – 2n) đều không qua quá trình giảm phân hình thành giao tử đơn bội
và qua quá trình thụ tinh tạo thành hợp tử (2n). Hợp tử nguyên phân liên tiếp để trở thành cơ thể mới có bộ NST lưỡng bội (2n).Trong quá trình tiến hoá của giới động vật đã thể hiện rõ: sự hoàn thiện dần các cơ quan sinh sản có liên quan đến sự hoàn thiện dần các hình thức thụ tinh, sự bảo vệ phôi và chăm sóc con non.
- Sự hoàn thiện cơ quan sinh sản:
+ Từ chỗ chưa có cơ quan sinh sản đến chỗ có cơ quan sinh sản chuyên biệt
+ Từ chỗ chưa phân hoá tính đực – cái (chưa phân biệt giao tử đực và giao tử cái) đến chỗ phân hoá rõ ràng thành giao tử đực (tinh trùng) và giao tử cái (trứng).
+ Từ chỗ lưỡng tính (cơ quan sinh sản đực và cái cùng nằm trên một cơ thể) như giun dẹt, giun đất đến chỗ đơn tính (các cơ quan sinh sản nằm trên các cơ thể khác nhau) ở hầu hết các loài động vật.
- Sự hoàn thiện hình thức thụ tinh:
+ Thụ tinh ngoài trong môi trường nước (con cái đẻ trứng, con đực phóng ngay tinh trùng vào đám trứng) hiệu quả thấp đến thụ tinh trong (nhờ các cơ quan giao cấu) đảm bảo xác suất thụ tinh cao.
+ Từ chỗ tự thụ tinh đến thụ tinh chéo tạo ra những thay đổi về vật chất di truyền làm nguyên liệu cho các quá trình chọn lọc và tiến hoá.
- Sự bảo vệ phôi và chăm sóc con:
+ Từ chỗ phôi trong trứng phát triển trong điều kiện môi trường tự nhiên (sâu bọ, bò sát) đến chỗ bớt lệ thuộc vào môi trường xung quanh (chim, thú).
+ Từ chỗ con non sinh ra không được bảo vệ chăm sóc đến chỗ được bảo vệ, chăm sóc và nuôi dưỡng trong một thời gian nhất định tuỳ theo loài.
Như vậy, trong quá trình tiến hoá của động vật, sự hoàn thiện các cơ quan sinh sản, các hình thức thụ tinh đã đảm bảo tỉ lệ sống sót của con non ngày càng cao. Số giao tử và hợp tử tỉ lệ nghịch với xác suất sống sót của các cá thể được sinh ra.
III. Tính cảm ứng của sinh vật
1. Tính cảm ứng của thực vật va` động vật đơn bào
a) Khái niệm: Khả năng nhận biết các đổi thay của môi trường để phản ứng kịp thời, gọi là tính cảm ứng. Các đổi thay gây được phản ứng ở sinh vật gọi là các kích thích.
Hiện tượng cảm ứng gồm 3 khâu chủ yếu:
- Tiếp nhận kích thích
- Phân tích_tổng hợp kích thích để quyết định hình thức và mức độ phản ứng.
- Thực hiện phản ứng
Hiệu quả của phản ứng phụ thuộc vào mức tiến hoá của sinh vật. Sinh vật càng có tổ chức cao, phản ứng càng chính xác, mau lẹ và tinh tế.
b) Tính cảm ứng của thực vật
* Tính cảm ứng của thực vật có 2 đặc điểm:
- Phản ứng khó nhận thấy, phải qua nghiên cứu mới phát hiện được.
- Phản ứng chậm, có khi phải mất hàng ngày, hàng tháng hoặc hàng năm mới phát hiện được.
* Một số dạng cảm ứng của thực vật
- Tính hướng sáng (hướng sáng dương hoặc hướng sáng âm).
- Tính hướng đất (hướng đất dương hoặc hướng đất âm).
- Cảm ứng đối với sự va chạm mạnh
- Cảm ứng theo nhịp ngày, đêm
c) Tính cảm ứng của động vật đơn bào
Mọi động vật đơn bào đều có khả năng nhận biết và trả lời các kích thích từ môi trường sống. Ví dụ, amip biết tránh ánh sáng chói chiếu thẳng; trùng roi (Euglena) biết bơi tới chỗ sáng để quang hợp tốt hơn; trùng đế giày (Paramecium) bơi tới chỗ có nhiều ôxi.
2. Tính cảm ứng của động vật đa bào
a) Đặc điểm
Tính cảm ứng của động vật đa bào thể hiện rõ nét và mau lẹ hơn ở thực vật. Các hình thức phản ứng của động vật cũng đa dạng hơn. Có thể phân biệt 2 dạng tiêu biểu nhất là dạng vận động và dạng tiết.
b) Các mức độ cảm ứng
Trong quá trình tiến hoá, các động vật đã hình thành những cơ quan cảm ứng chuyên tiếp nhận kích thích và trả lời. Ta có thể phân biệt 4 mức độ thể hiện của tính cảm ứng, qua sự tiến hoá của hệ thần kinh.
* Hệ thần kinh lưới:
Các động vật đa bào bậc thấp có hệ thần kinh còn thô sơ (hệ thần kinh lưới), nên chúng thu nhận kích thích cũng như phản ứng ở khắp bề mặt cơ thể. Như vậy, chỉ cần có 1 kích thích là toàn thân phản ứng (lan toả), không có khu vực phản ứng rõ rệt, do đó trả lời không chính xác. Ví dụ, ở thuỷ tức, hệ thần kinh chỉ gồm 1 tế bào cảm giác phân bố trên khắp bề mặt cơ thể, cho nên khi bị kích thích là thuỷ tức co rúm toàn thân.
* Hệ thần kinh chuỗi:
Ở động vật cao hơn như giun đốt, các tế bào thần kinh đã sắp xếp thành 2 chuỗi hạch chạy dọc theo chiều dài thành bụng (hệ thần kinh chuỗi) nên sự cảm ứng đã bước đầu được định khu trên chuỗi hạch. Ví dụ, ở giun đốt, sự cảm ứng được định khu ở từng đốt.
* Hệ thần kinh hạch:
Ở mức tiến hoá cao hơn như sâu bọ, đã có sự kết hợp các đốt của cơ thể thành 3 phần: đầu, ngực và bụng nên các yếu tố thần kinh cũng tập trung thành 3 khối và hoạt động cảm ứng cũng phức tạp và chính xác hơn.
* Hệ thần kinh ống:
Ở động vật có xương sống, tế bào thần kinh đã kết hợp thành ống. Từ cá đến thú, thành ống dày dần do số tế bào thần kinh tăng, đi kèm với hiện tượng tập trung cao độ tế bào thần kinh ở não (sự đầu hoá). Ở các động vật có xương sống bậc cao, hệ thần kinh nói chung gồm 3 phần rõ rệt:
- Phần ngoại biên: gồm các cơ quan chuyên làm nhiệm vụ thu nhận kích thích từ môi trường ngoài cũng như từ môi trường trong. Đó là các cơ quan thụ cảm.
- Phần trung ương: Đây là nơi làm nhiệm vụ xử lý thông tin đưa về, gồm não và tuỷ sống.
- Phần liên lạc: Bộ phận này làm nhiệm vụ truyền các thông tin về não và tuỷ sống (đường cảm giác), rồi từ não và tuỷ sống đi các bộ phận của cơ thể (đường vận động). Đó là các dây thần kinh.
Tóm lại, ở dạng thần kinh hình ống, nhờ có hiện tượng “đầu hoá” nên thông tin về các kích thích từ khắp nơi trên cơ thể đều được não tổng hợp, phân tích và lựa chọn cách phản ứng thích hợp. Do đó, mọi phản ứng của cơ thể đều là kết quả của sự xử lý thông tin ở trung ương thần kinh, nhằm bảo đảm sự thống nhất trong nội bộ cơ thể và giữa cơ thể với môi trường một cách chặt chẽ hơn.
3. Hiện tượng phản xạ
a) Khái niệm:
Phản xạ là sự trả lời của động vật đối với kích thích của môi trường. Trả lời đó có thể là một sự vận động hay một hiện tượng tiết.
b) Cơ chế phản xạ: có 2 cơ chế chủ yếu, tuỳ theo phương tiện thông tin được sử dụng.
* Cơ chế thể dịch
Thực hiện qua đường máu, nhờ các chất môi giới hoá học hoặc các hoocmôn. Ví dụ, axêtincôlin làm tim đập chậm và yếu, ngược lại, ađrênalin làm tim đập nhanh và mạnh.
* Cơ chế thần kinh
Thực hiện qua hệ thần kinh, nhờ các xung thần kinh. Về bản chất đó là những xung điện, lan truyền trên các nơron. Ví dụ, ta có thể dùng điện kế cực nhạy ghi các dòng điện chạy trên dây thần kinh hoặc các sóng điện trên não.
c) Các dạng phản xạ: có 2 dạng phản xạ chủ yếu ở động vật
* Phản xạ không điều kiện
Phản xạ này vốn bẩm sinh, di truyền, chung cho loài và có tính bền vững, không đòi hỏi phải học tập, rèn luyện trong đời sống. Ví dụ, nóng làm toát mồ hôi, lạnh gây run và nổi da gà.
* Phản xạ có điều kiện
Khác với phản xạ không điều kiện, các phản xạ có điều kiện được hình thành trong đời sống cá thể, vốn học được, không di truyền, không bền vững, chỉ gặp ở những cá thể đã học những phản xạ đó và dễ thay đổi khi hoàn cảnh sống thay đổi. Ví dụ, con người dạy động vật làm xiếc, dạy chó trinh sát, dạy voi vận tải...
d) Cách thành lập một phản xạ có điều kiện
Muốn thành lập một phản xạ có điều kiện, ta cần thực hiện lần lượt 3 bước sau:
- Xác định mục tiêu của phản xạ muốn thành lập.
- Tìm kích thích đặc trưng có hiệu quả cao.
- Kết hợp nhiều lần các kích thích không điều kiện và có điều kiện.
Phần II: SINH THÁI HỌC
Chương I: SINH THÁI HỌC CÁ THỂ
I. Môi trường và các nhân tố sinh thái
1. Khái niệm
* Môi trường bao gồm tất cả những gì bao quanh sinh vật, tất cả các yếu tố vô sinh và hũu sinh có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự sống, phát triển và sinh sản của sinh vật.
Có 4 loại môi trường phổ biến : môi trường đất, môi trường nước, môi trường không khí và môi trường sinh vật.
* Nhân tố sinh thái là các nhân tố vô sinh, hữu sinh có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên sinh trưởng, phát triển và sinh sản của sinh vật.
Có 3 nhóm nhân tố sinh thái :
- Nhân tố vô sinh: bao gồm tất cả các yếu tố không sống của thiên nhiên có ảnh hưởng đến cơ thể sinh vật như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm v.v...
-Nhân tố hũu sinh: bao gồm mọi tác động của các sinh vật khác lên cơ thể sinh vật.
-Nhân tố con nguời: bao gồm mọi tác động trực tiếp hay gián tiếp của con người lên cơ thể sinh vật.
2. Ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái lên cơ thể sinh vật
a) Ảnh hưởng của các nhân tố vô sinh
* Nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng thường xuyên tới các hoạt động sống của sinh vật.
- Thực vật và các động vật biến nhiệt như ếch nhái, bò sát phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ môi trường tăng hay giảm thì nhiệt độ cơ thể của chúng cũng tăng, giảm theo.
Động vật đẳng nhiệt như chim và thú do có khả năng điều hòa và giữ được thân nhiệt ổn định nên có thể phát tán và sinh sống khắp nơi. Ví dụ, ở vùng băng giá Cực Bắc (lạnh tới - 40o C) vẫn có loài cáo cực (thân nhiệt 38oC) và gà gô trắng (thân nhiệt 43oC) sinh sống.
- Giới hạn sinh thái: Các loài sinh vật phản ứng khác nhau với nhiệt độ. Ví dụ, cá rô phi ở nước ta chết ở nhiệt độ dưới 5,6oC và trên 42oC và phát triển thuận lợi nhất ở 30oC.
Nhiệt độ 5,6oC gọi là giới hạn dưới, 42oC gọi là giới hạn trên và 30oC là điểm cực thuận của nhiệt độ đối với cá rô phi ở Việt Nam. Từ 5,6oC đến 42oC gọi là giới hạn chịu đựng hay giới hạn sinh thái về nhiệt độ của cá rô phi ở Việt Nam.
- Nhiệt độ môi trường tăng lên làm tăng tốc độ của các quá trình sinh lí trong cơ thể sinh vật. Ở động vật biến nhiệt, nhiệt độ môi trường càng cao chu kì sống của chúng càng ngắn. Ví dụ, ruồi giấm có chu kì sống (từ trứng đến ruồi trưởng thành) ở 25oC là 10 ngày đêm còn ở 18oC là 17 ngày đêm.
Sự biến đổi của nhiệt độ môi trường cũng ảnh hưởng tới các đặc điểm hình thái (nóng quá cây sẽ bị cằn) và sinh thái (chim di trú vào mùa đông, gậm nhấm ở sa mạc ngủ hè vào mùa khô nóng)
- Tổng nhiệt hữu hiệu (S)
+ Mỗi loài sinh vật có một yêu cầu nhất định về lượng nhiệt (tổng nhiệt) để hoàn thành một giai đoạn phát triển hay một chu kì phát triển gọi là tổng nhiệt hữu hiệu (độ/ngày) tương ứng.
+ Tổng nhiệt hữu hiệu là hằng số nhiệt cần cho 1 chu kỳ (hay một giai đoạn) phát triển của một động vật biến nhiệt. Tổng nhiệt hữu hiệu được tính bằng công thức:
S = (T-C).D
T: nhiệt độ môi trường
D: thời gian phát triển
C: nhiệt độ ngưỡng phát triển
+ C không đổi trong cùng một loài nên tổng nhiệt hữu hiệu bằng nhau:
S = (T1 – C).D1 = (T2 – C).D2 = (T3 – C).D3...
* Độ ẩm và nước
- Nước là thành phần quan trọng của cơ thể sinh vật : chiếm từ 50% đến 98% khối lượng của cây, từ 50% (ở Thú) đến 99% (ở Ruột khoang) khối lượng cơ thể động vật.
- Mỗi động vật và thực vật ở cạn đều có một giới hạn chịu đựng về độ ẩm. Loại châu chấu di cư có tốc độ phát triển nhanh nhất ở độ ẩm 70%. Có sinh vật ưa ẩm (thài lài, ráy, muỗi, ếch nhái...), có sinh vật ưa khô (cỏ lạc đa`, xương rồng, nhiều loại thằn lằn, chuột thảo nguyên).
- Nước ảnh hưởng lớn tới sự phân bố của sinh vật. Trên sa mạc có rất ít sinh vật, còn ở vùng nhiệt đới ẩm và nhiều nước thì sinh vật rất đông đúc.
* Ánh sáng
- Ánh sáng Mặt Trời là nguồn năng lượng cơ bản của mọi hoạt động sống của sinh vật. Cây xanh sử dụng năng lượng ánh sáng Mặt Trời khi quang hợp. Động vật ăn thực vật lá đã sử dụng gián tiếp năng lượng ánh sáng Mặt Trời.
- Ánh sáng tác động rõ rệt lên sự sinh trưởng, phát triển của sinh vật. Cây đậu xanh đặt trong ánh sáng liên tục thì lớn nhanh nhưng ra hoa muộn tới 60 ngày.
- Mỗi sinh vật cũng có một giới hạn chịu đựng về ánh sáng.
Ví dụ, có cây ưa bóng, có cây ưa sáng; có động vật ưa hoạt động ngày, có động vật ưa hoạt động đêm.
Ngoài ba nhân tố trên còn có nhiều nhân tố vô sinh khác ảnh hưởng tới đời sống của sinh vật như đất, gió, độ mặn của nước, nguyên tố vi lượng...
b) Ảnh hưởng của nhân tố hữu sinh
* Quan hệ cùng loài:
- Quần tụ: các cá thể có xu hướng tụ tập bên nhau tạo thành quần tụ cá thể để được bảo vệ và chống đỡ các điều kiện bất lợi của môi trường tốt hơn. Ví dụ, quần tụ cây có tác dụng chống gió, chống mất nước tốt hơn, quần tụ cá chịu được nồng độ chất độc cao hơn...
- Cách li: là làm giảm nhẹ sự cạnh tranh, ngăn ngừa sự gia tăng số lượng cá thể và sự cạn kiệt nguồn thức ăn khi mật độ quần thể tăng quá mức cho phép, gây ra sự cạnh tranh, một số cá thể động vật phải tách khỏi quần tụ đi tìm nơi sống mới.
* Quan hệ khác loài
- Quan hệ hỗ trợ: Cộng sinh là quan hệ cần thiết và có lợi cho 2 bên cả về dinh dưỡng lẫn nơi ở. Ví dụ, vi khuẩn lam cộng sinh với nấm tạo thành địa y. Quan hệ hợp tác là quan hệ có lợi cho cả 2 bên nhưng không nhất thiết cần cho sự tồn tại của chúng. Quan hệ hội sinh là quan hệ chỉ có lợi cho một bên.
- Quan hệ đối địch: là quan hệ cạnh tranh giữa các cá thể khác loài về thức ăn, nơi ở được biểu hiện:
+ Động vật ăn thịt - con mồi: sinh vật này tiêu diệt sinh vật khác (mèo bắt chuột, cáo bắt gà...).
+ Quan hệ kí sinh - vật chủ: sinh vật này sống bám vào cơ thể sinh vật khác (giun, sán kí sinh ở động vật và người...).
+ Quan hệ ức chế - cảm nhiễm: sinh vật này kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật khác (tảo tiểu cầu tiết ra chất kìm hãm sự phát triển của rận nước).
c) Ảnh hưởng của nhân tố con người
Con người cùng với quá trình lao động và hoạt động sống của mình đã thường xuyên tác động mạnh mẽ trực tiếp hay gián tiếp tới sinh vật và môi trường sống của chúng.
Tác động trực tiếp của nhân tố con người tới sinh vật thường qua nuôi trồng, chăm sóc, chặt tỉa, săn bắn, đốt rẫy, phá rừng. Bất kỳ hoạt động nào của con người như khai thác rừng, mỏ, xây đập chắn nước, khai hoang, làm đường, ngăn sông, lấp biển, trồng cây gây rừng... đều làm biến đổi mạnh mẽ môi trường sống của nhiều sinh vật và do đó ảnh hưởng tới sự sống của chúng.
3. Những qui luật sinh thái cơ bản
Có 4 qui luật sinh thái cơ bản:
* Qui luật giới hạn sinh thái:
Mỗi loài có một giới hạn sinh thái đặc trưng về mỗi nhân tố sinh thái. Ví dụ, giới hạn sinh thái về nhiệt độ của cá rô phi ở Việt nam là từ 5,6oC đến 42oC va` điểm cực thuận là 30oC.
* Qui luật tác động tổng hợp của các nhân tố sinh thái. Sự tác động của nhiều nhân tố sinh thái lên một cơ thể sinh vật không phải là sự cộng gộp đơn giản các tác động của từng nhân tố sinh thái mà là sự tác động tổng hợp của cả phức hệ nhân tố sinh thái đó. Ví dụ, mỗi cây lúa sống trong ruộng đều chịu sự tác động đồng thời của nhiều nhân tố (đất, nước, ánh sáng, nhiệt độ, gió và sự chăm sóc của con người...).
* Qui luật tác động không đồng đều của nhân tố sinh thái lên chức phận sống của cơ thể sinh vật. Mỗi nhân tố tác động không giống nhau lên các chức phận sống khác nhau và lên cùng một chức phận sống ở các giai đoạn phát triển khác nhau.
* Qui luật tác động qua lại giữa sinh vật và môi trường. Môi trường tác động thường xuyên lên cơ thể sinh vật, làm chúng không ngừng biến đổi, ngược lại sinh vật cũng tác động qua lại làm cải biến môi trường.
II. Sự thích nghi của sinh vật với môi trường sống
1. Sự thích nghi
Tác động của các nhân tố sinh thái lên cơ thể sinh vật qua nhiều thế hệ đã hình thành nhiều đặc điểm thích nghi với các môi trường sống khác nhau. Tuy nhiên, khi môi trường sống thay đổi, những đặc điểm vốn có lợi có thể trở nên bất lợi va` được thay bằng những đặc điểm thích nghi mới.
) nằm trước gen chỉ huy và có thể trùm lên một phần hoặc toàn bộ gen này, đó là vị trí tương tác của ARN – polimeraza để khởi đầu phiên mã.
