Lý thuyết Mối quan hệ giữa kiểu gene, môi trường và kiểu hình (Sinh 12 Cánh diều Bài 10)

Với tóm tắt lý thuyết Sinh 12 Bài 10: Mối quan hệ giữa kiểu gene, môi trường và kiểu hình hay nhất, ngắn gọn sẽ giúp học sinh lớp 12 nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Sinh học 12.

Lý thuyết Mối quan hệ giữa kiểu gene, môi trường và kiểu hình (Sinh 12 Cánh diều Bài 10)

TRẮC NGHIỆM ONLINE

I. TƯƠNG TÁC GIỮA KIỂU GENE VÀ MÔI TRƯỜNG

- Tương tác giữa kiểu gene và môi trường là ảnh hưởng của môi trường lên sự biểu hiện thành kiểu hình của một kiểu gene.

- Đối với một số tính trạng đơn gene, sự ảnh hưởng của môi trường dẫn đến kiểu gene có thể biểu hiện thành các kiểu hình khác nhau của các môi trường khác nhau. Các tính trạng đa gene chịu ảnh hưởng đáng kể của yếu tố môi trường và có mức biến dị cao, một kiểu gene quy định tính trạng đa gene có thể biểu hiện thành các kiểu hình khác nháu ở các môi trường khác nhau.

- Một số ví dụ minh họa:

+ Cáo tuyết bắc cực thường có lông màu trắng vào mùa đông lạnh, có lông màu sẫm hơn khi ở mùa hè.

+ Mèo Xiêm (Siamese) có kiểu gene đột biến mẫn cảm nhiệt độ có lông màu trắng ở các phần cơ thể ấm nóng, lông màu đen sẫm ở các phần cơ thể lạnh hơn như chân, đuôi, tai,...

+ Cây phù dung (Hibiscus mutabilis) có sắc hoa thay đổi liên tục trong ngày (buổi sáng hoa nở màu trắng, đến trưa sẽ chuyển sang màu hồng và buổi tối lại đổi thành màu đỏ sẫm).

+ Ở hoa anh thảo (Primula sinensis), dòng hoa đỏ có kiểu gene AA khi được trồng ở điều kiện 35^oC cho kiểu hình hoa trắng, sau đó đem thế hệ của cây cây hoa trắng trồng ở điều kiện 20^oC lại cho hoa màu đỏ.

+ Ở cây rau mác: Mọc trong không khí, lá nhỏ, hình mũi mác; mọc trên mặt nước, lá lớn, hình mũi mác; mọc trong nước, lá hình dài.

Tác động của mực nước đến hình dạng lá của cây rau mác

- Sự biểu hiện của một số tính trạng đa gene (khối lượng hoặc chiều cao cơ thể; sản lượng trứng, sữa; năng suất hạt;…) có thể bị tác động bởi các yếu tố môi trường. Do đó, cùng một kiểu gene trong những điều kiện môi trường xác định có thể biểu hiện thành những kiểu hình khác nhau:

+ Trong cơ thể đa bào, các tế bào đều chứa hệ gene giống nhau. Tuy nhiên, sự biểu hiện gene ở các tế bào là khác nhau. Ví dụ: Thỏ Himalaya sống trong môi trường có nhiệt độ thấp, có lông phần thân trắng nhưng các phần đầu mút (bàn chân, tai, đuôi và mõm) của cơ thể có màu đen hoặc màu chocolate. Nếu sống trong điều kiện nhiệt độ trên 30°C thì toàn thân có màu trắng. Khi cạo lông thỏ ở phần lưng và làm lạnh liên tục, phần lông mọc lại có màu đen.

Sự hình thành màu lông ở thỏ Himalaya

+ Trong một loài, các cá thể có cùng kiểu gene nhưng khi sinh trưởng và phát triển trong điều kiện sống khác nhau sẽ biểu hiện thành những kiểu hình khác nhau. Ví dụ: Các cây cẩm tú cầu có cùng kiểu gene nhưng khi trồng trong đâts có độ pH khác nhau sẽ cho màu hoa khác nhau.

Màu sắc hoa cẩm tú cầu ở độ pH khác nhau

- Thường biến:

+ Khái niệm: Sự biến đổi về kiểu hình của cùng một kiểu gene trước những điều kiện sống khác nhau được gọi là thường biến.

+ Đặc điểm: Chỉ liên quan đến biến đổi về kiểu hình, bị chi phối bởi môi trường sống, không liên quan đến biến đổi kiểu gene nên không di truyền được.

+ Vai trò: Giúp sinh vật thích ứng trước những thay đổi ngắn hạn hoặc theo chu kì của môi trường.

Sự thay đổi màu lông của Cáo Bắc cực

→ Kiểu hình của sinh vật được hình thành do sự tương tác giữa kiểu gene và môi trường.

II. MỨC PHẢN ỨNG

1. Khái niệm

- Khái niệm: Mức phản ứng là tập hợp kiểu hình của cùng một kiểu gene tương ứng với phạm vi biến đổi của các điều kiện môi trường sống khác nhau.

Tập hợp các kiểu hình 1, 2, 3,... n bên dưới của kiểu gene 1 tương ứng với n điều kiện môi trường được gọi là mức phản ứng của kiểu gene 1.

+ Kiểu gene 1 + Môi trường 1 → Kiểu hình 1

+ Kiểu gene 1 + Môi trường 2 → Kiểu hình 2

+ Kiểu gene 1 + Môi trường 3 → Kiểu hình 3

…………….

+ Kiểu gene 1 + Môi trường n → Kiểu hình n

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến số lượng mắt đơn trong mắt kép ở ruồi giấm

- Phương pháp xác định mức phản ứng:

+ Để xác định được mức phản ứng của một kiểu gene cụ thể, người ta theo dõi sự biểu hiện kiểu hình của những cá thể có kiểu gene giống nhau khi sống trong những điều kiện môi trường khác nhau.

+ Sự tương tác giữa kiểu gene và môi trường sống của sinh vật được quan sát thông qua việc lập biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa sự thay đổi môi trường và sự biến đổi kiểu hình.

Chiều cao cây của các dòng cỏ thi khi được trồng ở các độ cao khác nhau

2. Bản chất di truyền của mức phản ứng

- Bản chất di truyền của mức phản ứng: Kiểu gene quy định mức phản ứng của sinh vật. Do đó, mức phản ứng cũng là một tính trạng di truyền.

- Ví dụ: Ở hoa anh thảo (Primula sinensis), dòng hoa đỏ có kiểu gene AA khi được trồng ở điều kiện 35^oC cho kiểu hình hoa trắng, sau đó đem thế hệ của cây cây hoa trắng trồng ở điều kiện 20^oC lại cho hoa màu đỏ. Dòng hoa trắng có kiểu gene aa chỉ cho một loại kiểu hình hoa trắng khi được trồng ở điều kiện nhiệt độ 20^oC hay 35^oC.

Nhiệt độ Dòng hoa	Nhiệt độ 20oC	Nhiệt độ 35oC
Dòng hoa đỏ (AA)	Hoa đỏ	Hoa trắng
Dòng hoa trắng (aa)	Hoa trắng	Hoa trắng

Vai trò của gene và ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường lên sự biểu hiện kiểu hình của cây hoa anh thảo

- Dựa vào mức phản ứng, tính trạng được phân thành: tính trạng có mức phản ứng rộng và tính trạng có mức phản ứng hẹp.

+ Tính trạng chất lượng thường có mức phản ứng hẹp hay nói cách khác sự biểu hiện của gene ít chịu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường. Ví dụ: hàm lượng bơ trong sữa bò, hàm lượng vitamin C trong quả bưởi, hàm lượng Saponin có trong nhân sâm, tỉ lệ caffeine có trong trà, hàm lượng Calci có trong trứng gà, đặc tính thon dài, trắng trong, không bị bạc bụng hạt của gạo ST25,…

+ Tính trạng số lượng do nhiều gene quy định, thường có mức phản ứng rộng hay nói cách khác sự biểu hiện gene chịu ảnh hưởng của điều kiện môi trường. Ví dụ: sản lượng sữa bò thu được trong một ngày, năng suất lúa trong một vụ, sản lượng cá trong một năm, sản lượng trứng gà mỗi ngày,…

III. ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA THƯỜNG BIẾN VÀ MỨC PHẢN ỨNG

- Trong chăn nuôi, trồng trọt: Ngoài việc lựa chọn các giống cây trồng hay vật nuôi có mức phản ứng rộng (do gene quy định), người nông dân cần phải quan tâm đến đúng kĩ thuật canh tác (yếu tố môi trường) từ đó năng suất mới đạt được tối đa.

Mối quan hệ giữa kiểu gene, môi trường và kiểu hình

+ Ví dụ:

Giống lúa ST25 là thế hệ mới nhất của dòng lúa thơm cho năng suất trung bình 6,5 – 7,5 tấn/ha/vụ, trong điều kiện biện pháp, kĩ thuật canh tác tốt có thể cho năng suất đạt 10 tấn/ha/vụ.

Giống lúa ST25

Giống lợn Móng Cái có thể đẻ 10 - 14 con/lứa, giống lợn Bản và lợn Cỏ chỉ đẻ 6 - 7 con/lứa; giống lợn ngoại Landrace có thể đạt 80 - 100 kg sau 5 - 6 tháng nhưng giống lợn Ỉ chỉ đạt khối lượng cơ thể tối đa 40 - 50 kg khi được nuôi trên 12 tháng. Dựa trên cơ sở đó, nhà chăn nuôi lựa chọn được giống lợn phù hợp với việc nuôi để lấy thịt hoặc để gia tăng kích thước đàn vật nuôi.

- Trong y học: Nghiên cứu mức phản ứng của các gene gây bệnh, người ta điều chỉnh các yếu tố môi trường như thức ăn, chế độ luyện tập, thói quen sinh hoạt,... để giảm nhẹ triệu chứng bệnh.

+ Ví dụ: Rối loạn chuyển hóa phenylalanin sẽ hình thành chất gây độc hệ thần kinh. Người có kiểu gene đồng hợp về allele đột biến (aa) biểu hiện kiểu hình bệnh. Tuy nhiên, nếu được chẩn đoán và phát hiện sớm trước sinh, người có kiểu gene aa được áp dụng chế độ ăn giảm thiểu phenylalanine ngay từ khi sinh ra thì người đó không biểu hiện kiểu hình bệnh PKU.

Rối loạn chuyển hóa phenylalanin

IV. THỰC HÀNH TRỒNG CÂY ĐỂ CHỨNG MINH THƯỜNG BIẾN

1. Cơ sở lí thuyết

- Các cá thể có cùng một kiểu gene có thể biểu hiện thành các kiểu hình khác nhau ở những môi trường khác nhau, phụ thuộc mức phản ứng của kiểu gene đó.

2. Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ: chậu trồng cây (túi trồng cây) thể tích 200 - 250 mL hoặc khay trồng cây thể tích 5 L, giá thể (cát sạch, xơ dừa), cốc đong 50 mL có chia vạch, thước đo chính xác đến 1 mm, phương tiện chụp ảnh, bút, giấy.

- Hóa chất: nước sạch, 2 L dung dịch phân NPK (nồng độ pha trong nước: 1 g/L). - Mẫu vật: 20 cây khoai lang (nguồn gốc từ giâm hom một củ khoai lang) có chiều cao 10 cm. Mỗi cây trồng trong một chậu riêng biệt hoặc trồng trong khay (5 cây/chậu (khay), mật độ 20 × 20 cm).

Tiến hành

- Đặt các chậu hoặc khay trồng cây ra ngoài sáng.

- Chia các cây thành 2 lô (lô 1 và lô 2), mỗi lô trồng 10 cây, đánh số thứ tự các cây (từ 1 đến 10) theo từng lô.

- Xác định kích thước cây: đo chiều dài thân, đếm số lá ở thời điểm bắt đầu trồng (ngày 1). Chụp ảnh.

- Chế độ chăm sóc:

• Lô 1: Vào ngày 1, tưới 50 mL nước sạch/cây. Từ ngày 2, mỗi ngày tưới đủ ẩm 30 - 50 mL nước sạch/cây, đều nhau giữa các cây.

• Lô 2: Vào ngày 1, tưới 50 mL dung dịch phân NPK/cây (tưới vào gốc cây). Từ ngày 2, mỗi ngày tưới đủ ẩm 30 - 50 mL nước sạch/cây, đều nhau giữa các cây.

Lặp lại ở ngày 10 với lượng nước (lô 1) hoặc dung dịch phân NPK (lô 2) như trên.

- Theo dõi sự sinh trưởng của cây: đo chiều dài thân cây, ghi số lá/cây ở lô 1 và lô 2 ở các thời điểm sau 1, 2 và 3 tuần. Chụp ảnh.

- Vẽ biểu đồ sinh trưởng của cây ở mỗi lô và trình bày cùng báo cáo.

Quy trình thí nghiệm trồng cây chứng minh thường biến

Báo cáo

- Nhận xét về sự sinh trưởng của các cây ở lô 1 và lô 2.

- Giải thích sự khác nhau về các đặc điểm chiều cao cây, số lá/cây ở lô 1 và lô 2. - Báo cáo kết quả thí nghiệm theo mẫu ở bài 1.

TRẮC NGHIỆM ONLINE

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Sinh học lớp 12 Cánh diều hay khác:

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 9: Di truyền gene ngoài nhân

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 11: Hệ gene, công nghệ gene và ứng dụng

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 12: Thành tựu chọn, tạo giống bằng lai hữu tính

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 13: Di truyền học quần thể

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 14: Di truyền học người

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 15: Bằng chứng tiến hoá

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 12 hay khác:

• Giải sgk Sinh học 12 Cánh diều
• Giải Chuyên đề Sinh 12 Cánh diều
• Giải SBT Sinh học 12 Cánh diều
• Giải lớp 12 Cánh diều (các môn học)
• Giải lớp 12 Kết nối tri thức (các môn học)
• Giải lớp 12 Chân trời sáng tạo (các môn học)

---