CHƯƠNG 2: TƯƠNG TÁC GIỮA KIỂU GENE VÀ MÔI TRƯỜNG
A. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Mối quan hệ kiểu gene - kiểu hình - môi trường
- · Kiểu gene (genotype): Tổ hợp các gene trong cơ thể.
- · Kiểu hình (phenotype): Tập hợp các tính trạng biểu hiện ra ngoài.
- · Môi trường: Yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự biểu hiện gene.
2. Mức phản ứng
- · Khái niệm: Tập hợp các kiểu hình có thể có của một kiểu gene trước các điều kiện môi trường khác nhau.
- · Đặc điểm:
- · Do kiểu gene quy định, có tính di truyền.
- · Mỗi tính trạng có mức phản ứng riêng.
- · Tính trạng số lượng: mức phản ứng rộng.
- · Tính trạng chất lượng: mức phản ứng hẹp.
3. Thường biến
- · Khái niệm: Biến đổi kiểu hình của cùng một kiểu gene dưới ảnh hưởng trực tiếp của môi trường.
- · Đặc điểm:
- · Không di truyền.
- · Xuất hiện đồng loạt theo hướng xác định.
- · Giúp sinh vật thích nghi.
4. Sự tương tác giữa kiểu gene và môi trường
- · Môi trường ảnh hưởng đến sự biểu hiện gene.
- · Cùng kiểu gene có thể cho kiểu hình khác nhau trong các môi trường khác nhau.
B. BÀI TẬP VÍ DỤ CÓ LỜI GIẢI
Bài 1: Phân biệt thường biến
Đề: Cho các hiện tượng sau, hiện tượng nào là thường biến? Giải thích.
a) Cây xương rồng ở sa mạc có lá biến thành gai.
b) Vào mùa đông, nhiều loài cây gỗ rụng lá.
c) Bọ que có hình dạng giống cành cây.
d) Khi lên vùng núi cao, nhịp tim và hô hấp tăng.
Dữ kiện: Các hiện tượng thay đổi hình thái, sinh lý ở sinh vật.
Yêu cầu: Xác định hiện tượng nào là thường biến và giải thích.
Giải:
- · Thường biến: Là biến đổi kiểu hình không di truyền, do ảnh hưởng trực tiếp của môi trường.
- · a) Là thường biến: Lá biến thành gai để giảm thoát hơi nước, thích nghi với môi trường khô hạn.
- · b) Là thường biến: Rụng lá vào mùa đông là phản ứng với điều kiện nhiệt độ, độ ẩm thấp.
- · c) Không phải thường biến: Đây là đặc điểm thích nghi do chọn lọc tự nhiên, có tính di truyền.
- · d) Là thường biến: Tăng nhịp tim và hô hấp là phản ứng sinh lý tức thời với điều kiện thiếu oxy ở cao độ.
Bài 2: Mức phản ứng
Đề: Trồng hai dòng cây cỏ thì (dòng A và B) ở ba độ cao khác nhau (30m, 1400m, 3050m). Kết quả chiều cao cây ở các độ cao khác nhau được biểu diễn bằng đồ thị.
Dữ kiện:
- Hai dòng cây cỏ thì (A và B) có kiểu gene khác nhau.
- Trồng ở ba độ cao: 30m, 1400m, 3050m so với mực nước biển.
- Điều kiện chăm sóc như nhau.
Yêu cầu:
a) Nhận xét và giải thích sự biểu hiện kiểu hình ở mỗi dòng khi trồng cùng độ cao.
b) Nếu thay đổi độ cao nhưng kiểu hình không thay đổi, kết luận gì về mức phản ứng?
Giải:
a)
- · Dòng A: Chiều cao giảm dần khi độ cao tăng (30m: cao nhất, 3050m: thấp nhất).
- · Dòng B: Chiều cao tăng lên ở độ cao 1400m, sau đó giảm ở 3050m.
- · Giải thích: Mỗi dòng có kiểu gene khác nhau nên có mức phản ứng khác nhau với cùng điều kiện môi trường (độ cao).
b) Nếu thay đổi độ cao mà kiểu hình không thay đổi → mức phản ứng hẹp, tính trạng ít chịu ảnh hưởng của môi trường.
Bài 3: Tương tác gene - môi trường trong phát triển
Đề: Tại sao cần đảm bảo môi trường sống lành mạnh và sức khỏe tinh thần tốt cho phụ nữ mang thai?
Dữ kiện: Giai đoạn mang thai là thời kỳ quan trọng cho sự phát triển của thai nhi.
Yêu cầu: Giải thích dựa trên mối quan hệ kiểu gene - kiểu hình - môi trường.
Giải:
- · Thai nhi phát triển dựa trên kiểu gene thừa hưởng từ bố mẹ.
- · Môi trường trong bụng mẹ ảnh hưởng trực tiếp đến sự biểu hiện gene của thai nhi.
- · Môi trường không lành mạnh (ô nhiễm, stress, dinh dưỡng kém) có thể:
- · Gây đột biến.
- · Ảnh hưởng đến sự biểu hiện gene bình thường.
- · Dẫn đến dị tật bẩm sinh, phát triển không bình thường.
- · → Cần môi trường tốt để đảm bảo gene được biểu hiện tối ưu.
Bài 4: So sánh hiện tượng
Đề: Quan sát màu lông cáo tuyết Bắc Cực (mùa hè: nâu, mùa đông: trắng) và hình dạng bọ ngựa lá (giống lá cây). So sánh hai hiện tượng.
Dữ kiện:
- Cáo tuyết: Mùa hè lông nâu, mùa đông lông trắng.
- Bọ ngựa lá: Hình dạng giống lá cây.
Yêu cầu:
a) Hiện tượng nào là thường biến?
b) So sánh đặc điểm (biểu hiện kiểu hình, khả năng di truyền, ý nghĩa).
Giải:
a) Hiện tượng thường biến: Màu lông cáo tuyết (thay đổi theo mùa).
· Giải thích: Màu lông thay đổi để ngụy trang theo màu nền môi trường, là phản ứng trực tiếp với nhiệt độ, độ dài ngày.
b) So sánh:
| Đặc điểm | Cáo tuyết (thường biến) | Bọ ngựa lá (thích nghi di truyền) |
|---|---|---|
| Biểu hiện | Thay đổi theo mùa, đảo ngược được | Cố định, không thay đổi |
| Di truyền | Không di truyền | Di truyền (do chọn lọc tự nhiên) |
| Ý nghĩa | Thích nghi ngắn hạn với môi trường | Thích nghi lâu dài, có tính tiến hóa |
| Nguyên nhân | Ảnh hưởng trực tiếp của môi trường | Kiểu gene được hình thành qua nhiều thế hệ |
C. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Bài 1
Dữ kiện: Ở một loài cây, chiều cao do 3 gene không allele tương tác cộng gộp quy định. Cây thấp nhất cao 50cm, mỗi allele trội làm tăng 10cm. Cây có kiểu gene AaBbCc trồng ở vùng đất tốt cao 110cm.
Yêu cầu: Nếu trồng cây này ở vùng đất xấu, nó có thể cao dưới 50cm không? Giải thích.
Bài 2
Dữ kiện: Hai giống lúa A và B có cùng năng suất tiềm năng 8 tấn/ha. Giống A có mức phản ứng 6-8 tấn/ha, giống B có mức phản ứng 4-8 tấn/ha.
Yêu cầu:
a) Giống nào ổn định hơn trong điều kiện bất lợi?
b) Nên chọn giống nào cho vùng đất màu mỡ? Giải thích.
Bài 3
Dữ kiện: Ở người, bệnh phenylketon niệu (PKU) do gene lặn gây thiếu enzyme chuyển hóa phenylalanine. Nếu được phát hiện sớm và ăn kiêng, trẻ có thể phát triển bình thường.
Yêu cầu: Phân tích hiện tượng này theo quan điểm tương tác gene - môi trường.
ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN
1. Không thể thấp hơn 50cm – Vì 50cm là giới hạn dưới của mức phản ứng do kiểu gene quy định. Môi trường xấu chỉ làm cây không đạt chiều cao tối đa, nhưng không thể vượt quá giới hạn di truyền.
2.
a) Giống A ổn định hơn trong điều kiện bất lợi vì có mức phản ứng hẹp hơn (6-8 tấn so với 4-8 tấn), ít bị ảnh hưởng bởi môi trường xấu.
b) Chọn giống B cho vùng đất màu mỡ vì có tiềm năng tăng năng suất cao hơn khi điều kiện tốt (cùng đạt 8 tấn nhưng B có thể cải thiện nhiều hơn từ điều kiện xấu).
3. Phân tích:
- · Gene: Allele lặn gây thiếu enzyme.
- · Môi trường: Chế độ ăn có phenylalanine.
- · Tương tác: Bệnh chỉ biểu hiện khi có cả gene bệnh VÀ môi trường có phenylalanine.
- · Ứng dụng: Kiểm soát môi trường (ăn kiêng) có thể ngăn biểu hiện bệnh dù có gene bệnh.
- · → Minh họa rõ ràng cho việc môi trường có thể điều chỉnh biểu hiện của gene.
