MasterSchool

CHUYÊN ĐỀ 5 · SINH HỌC 11 KẾT NỐI TRI THỨC

Chuyên đề: Sinh sản và Sinh lí Cơ thể — Lý thuyết và Phương pháp giải

Sinh học 11 · Bộ sách Kết nối tri thức với cuộc sống · Chuyên đề toàn diện

Hệ thống toàn diện lý thuyết về sinh sản vô tính, sinh sản hữu tính ở thực vật và động vật, thụ tinh kép, cơ chế điều hoà sinh sản và mối quan hệ thống nhất giữa các quá trình sinh lí trong cơ thể sinh vật theo chương trình Sinh học 11 Kết nối tri thức.

I. Sinh sản ở Thực vật và Cơ chế Thụ tinh kép

1. Sinh sản Vô tính và Nhân giống Vô tính

  • Sinh sản sinh dưỡng tự nhiên: Tạo cây con từ các cơ quan sinh dưỡng như thân bò (rau má), rễ củ (khoai lang), thân củ (khoai tây), thân rễ (gừng, nghệ), lá (cây thuốc bỏng).
  • Phương pháp nhân giống vô tính:
    • Giâm cành/lá/rễ: Cắt đoạn cành cắm vào đất ẩm tạo rễ phụ phát triển thành cây con (mía, sắn, dâm bụt).
    • Chiết cành: Bóc khoanh vỏ thân, bọc bầu đất ẩm cho ra rễ rồi cắt đem trồng (cam, bưởi, vải).
    • Ghép cành/mắt: Gắn cành hoặc mắt ghép của cây này lên gốc ghép của cây khác cùng họ có hệ rễ khoẻ.
    • Nuôi cấy mô tế bào in vitro: Dựa trên tính toàn năng của tế bào thực vật để nhân nhanh hàng loạt cây giống sạch bệnh đồng đều về di truyền.

Bản chất của Hiện tượng Thụ Tinh Kép ở Thực vật Hạt Kín

Khi hạt phấn nảy mầm trên đầu nhuỵ, ống phấn mang 2 tinh tử (giao tử đực nn) đi vào túi phôi qua lỗ noãn:

  • Sự thụ tinh thứ nhất: Giao tử đực 11 (nn) kết hợp với noãn cầu (nn) →\rightarrow Hợp tử (2n2n) →\rightarrow Phát triển thành Phôi của hạt.
  • Sự thụ tinh thứ hai: Giao tử đực 22 (nn) kết hợp với nhân cực (2n2n) →\rightarrow Tế bào tam bội (3n3n) →\rightarrow Phát triển thành Nội nhũ (Phôi nhũ) dự trữ dinh dưỡng nuôi phôi.
  • Ý nghĩa: Đảm bảo năng lượng và dinh dưỡng dự trữ chỉ được hình thành sau khi đã có hợp tử, tránh lãng phí vật chất dinh dưỡng của cây mẹ.
Cơ chế thụ tinh kép ở thực vật có hoa
Hình 5.1: Hai sự kết hợp đồng thời trong thụ tinh kép tạo hợp tử (2n) và phôi nhũ (3n)
Ví dụ minh họa 1 Tính số lượng hạt phấn và xác định bộ NST của các thành phần trong hạt
Bài toán: Ở một loài thực vật có hoa lưỡng bội (2n=242n = 24), một hoa có 66 nhị. Mỗi bao phấn có 44 bao tiểu bào tử, mỗi bao tiểu bào tử chứa 5050 tế bào mẹ hạt phấn (2n2n).
a) Tính tổng số hạt phấn đơn bội (nn) được tạo ra từ bông hoa đó.
b) Giả sử bầu nhuỵ của hoa có 2020 noãn và tất cả các noãn đều được thụ tinh kép thành công tạo hạt. Hãy xác định số NST trong tế bào phôi và tế bào nội nhũ của mỗi hạt.
Lời giải chi tiết:

a) Tính tổng số hạt phấn:

Mỗi tế bào mẹ hạt phấn (2n2n) qua giảm phân tạo thành 44 tiểu bào tử đơn bội (nn), mỗi tiểu bào tử nguyên phân 11 lần tạo thành 11 hạt phấn (nn).

Tổng số tế bào mẹ hạt phấn trong bông hoa:

Ntb mẹ=6 nhị×4 bao/nhị×50 teˆˊ baˋo/bao=1 200 teˆˊ baˋo mẹN_{\text{tb mẹ}} = 6\text{ nhị} \times 4\text{ bao/nhị} \times 50\text{ tế bào/bao} = 1\,200\text{ tế bào mẹ}

Tổng số hạt phấn tạo thành:

Nhạt phaˆˊn=1 200×4=4 800 hạt phaˆˊnN_{\text{hạt phấn}} = 1\,200 \times 4 = 4\,800\text{ hạt phấn}

b) Xác định số lượng NST trong các cấu trúc của hạt:

  • Bộ NST đơn bội của loài: n=24/2=12 NSTn = 24 / 2 = 12\text{ NST}.
  • Tế bào phôi hình thành từ hợp tử (2n2n): Số NST là 2n=24 NST2n = 24\text{ NST}.
  • Tế bào nội nhũ hình thành từ sự kết hợp của 11 giao tử đực (nn) và nhân cực (2n2n): Số NST là 3n=3×12=36 NST3n = 3 \times 12 = 36\text{ NST}.

Kết luận: Bông hoa tạo 4 800 hạt phaˆˊn4\,800\text{ hạt phấn}; tế bào phôi có 24 NST24\text{ NST}, nội nhũ có 36 NST36\text{ NST}.

II. Sinh sản ở Động vật và Các Hình thức Thụ tinh

1. Sinh sản Vô tính ở Động vật

Hình thức Cơ chế sinh học Đại diện tiêu biểu
Phân đôi Cơ thể mẹ tự phân chia nhân và tế bào chất thành 2 cá thể con giống hệt nhau Trùng roi, trùng biến hình, trùng đế giày
Nảy chồi Một phần cơ thể mẹ phát triển thành chồi non rồi tách ra sống độc lập Thuỷ tức, bọt biển, san hô
Phân mảnh Cơ thể mẹ phân rã thành nhiều mảnh nhỏ, mỗi mảnh tái sinh thành cá thể hoàn chỉnh Giun dẹp (Planaria), sao biển
Trinh sinh (Trinh sản) Trứng không được thụ tinh vẫn phát triển thành cá thể đơn bội (nn) Ong đực, kiến đực, rệp

2. So sánh Thụ tinh ngoài và Thụ tinh trong

Đặc điểm Tiến hoá của Các Hình thức Thụ tinh

  • Thụ tinh ngoài (ở môi trường nước - Cá, Lưỡng cư): Trứng và tinh trùng phóng thích vào môi trường nước. Hiệu suất thụ tinh thấp, phụ thuộc môi trường nên động vật phải đẻ số lượng trứng và tinh trùng cực lớn.
  • Thụ tinh trong (ở cạn - Bò sát, Chim, Thú): Tinh trùng được phóng trực tiếp vào cơ quan sinh dục cái nhờ cơ quan giao phối. Hiệu suất thụ tinh rất cao, không bị rửa trôi, phôi được bảo vệ trong vỏ trứng hoặc trong tử cung cây mẹ (đẻ con).
Ví dụ minh họa 2 Tính hiệu suất thụ tinh và so sánh sự tiêu tốn giao tử giữa thụ tinh ngoài và trong
Bài toán: Trong một đợt sinh sản của cá hồi (thụ tinh ngoài), một cá thể cái đẻ 1 0001\,000 trứng. Số trứng được thụ tinh thành hợp tử phát triển thành cá con là 800800 trứng. Để đạt được kết quả này, cá thể đực phóng thích 2 000 0002\,000\,000 tinh trùng vào môi trường nước.
a) Tính tỉ lệ thụ tinh của trứng và hiệu suất thụ tinh của tinh trùng (Htinh truˋngH_{\text{tinh trùng}}).
b) Tại sao ở động vật thụ tinh trong (như thú), số lượng trứng rụng mỗi chu kì chỉ từ 1 đến vài trứng nhưng loài vẫn duy trì được số lượng cá thể ổn định?
Lời giải chi tiết:

a) Tính các chỉ số thụ tinh:

Tỉ lệ thụ tinh của trứng:

Htrứng=Soˆˊ hợp tửTổng soˆˊ trứng đẻ×100%=8001 000×100%=80%H_{\text{trứng}} = \frac{\text{Số hợp tử}}{\text{Tổng số trứng đẻ}} \times 100\% = \frac{800}{1\,000} \times 100\% = 80\%

Hiệu suất thụ tinh của tinh trùng:

Htinh truˋng=Soˆˊ hợp tửTổng soˆˊ tinh truˋng phoˊng×100%=8002 000 000×100%=0,04%H_{\text{tinh trùng}} = \frac{\text{Số hợp tử}}{\text{Tổng số tinh trùng phóng}} \times 100\% = \frac{800}{2\,000\,000} \times 100\% = 0{,}04\%

b) Giải thích đặc điểm thụ tinh trong ở thú:

Ở động vật thụ tinh trong, tinh dịch được đưa thẳng vào đường sinh dục cái nên tỷ lệ gặp gỡ giao tử rất cao. Đặc biệt ở thú, phôi thai phát triển bên trong tử cung mẹ được bảo vệ an toàn và nuôi dưỡng qua nhau thai, con non sinh ra được bú sữa mẹ và chăm sóc chu đáo, tỉ lệ sống sót của con non rất cao nên không cần đẻ nhiều trứng.

Kết luận: Tỉ lệ trứng nở 80%80\%, hiệu suất tinh trùng 0,04%0{,}04\%; thụ tinh trong kết hợp mang thai giúp bảo toàn con non tối đa.

III. Cơ chế Điều hòa Sinh sản và Sinh đẻ có Kế hoạch

1. Trục Nội tiết Điều hoà Sinh sản

Sơ đồ trục điều hoà sinh sản Vùng dưới đồi - Tuyến yên - Tuyến sinh dục
Hình 5.2: Cơ chế điều hoà ngược (Feedback) giữa trục Vùng dưới đồi - Tuyến yên và Tuyến sinh dục

2. Vai trò của Các Hormone Sinh dục

Hệ thống Hormone Điều hoà Quá trình Sinh tinh và Sinh trứng

  • Ở nam giới: Vùng dưới đồi tiết GnRH→\mathrm{GnRH} \rightarrow kích thích tuyến yên tiết FSH\mathrm{FSH} (kích thích ống sinh tinh sản sinh tinh trùng) và LH\mathrm{LH} (kích thích tế bào kẽ Leydig tiết Testosterone\mathrm{Testosterone}). Nồng độ testosterone cao ức chế ngược tuyến yên và vùng dưới đồi.
  • Ở nữ giới: FSH\mathrm{FSH} kích thích nang trứng phát triển và tiết Estrogen\mathrm{Estrogen}; LH\mathrm{LH} kích thích trứng chín rụng và biến phần còn lại của nang trứng thành thể vàng. Thể vàng tiết Progesterone\mathrm{Progesterone} và Estrogen\mathrm{Estrogen} làm niêm mạc tử cung dày xốp chuẩn bị đón hợp tử làm tổ.
Ví dụ minh họa 3 Phân tích cơ chế tác dụng của thuốc tránh thai hằng ngày chứa Estrogen và Progesterone
Bài toán: Thuốc tránh thai kết hợp dạng viên uống hằng ngày chứa thành phần gồm hai hormone tổng hợp có hoạt tính tương tự Estrogen và Progesterone ở nồng độ thích hợp.
a) Dựa vào cơ chế điều hoà sinh sản theo trục Vùng dưới đồi - Tuyến yên - Buồng trứng, hãy giải thích vì sao uống thuốc tránh thai hằng ngày lại có tác dụng ngăn ngừa mang thai?
b) Ngoài cơ chế ức chế rụng trứng, Progesterone liều sinh lí còn tác động lên chất nhầy cổ tử cung như thế nào để hỗ trợ phòng tránh thai?
Lời giải chi tiết:

a) Cơ chế ức chế rụng trứng qua feedback âm:

Khi uống thuốc đều đặn hằng ngày, nồng độ Estrogen và Progesterone trong máu luôn được duy trì ở mức cao ổn định. Nồng độ hormone cao này tác động điều hoà ngược âm tính (feedback âm) lên vùng dưới đồi làm giảm tiết GnRH\mathrm{GnRH}, đồng thời ức chế tuyến yên trước giảm tiết FSH\mathrm{FSH} và LH\mathrm{LH}. Thiếu FSH\mathrm{FSH} làm nang trứng không thể phát triển chín; thiếu đỉnh phóng noãn của LH\mathrm{LH} làm trứng không rụng, do đó không thể diễn ra quá trình thụ tinh.

b) Tác động lên dịch nhầy cổ tử cung:

Progesterone trong thuốc còn làm cho lớp dịch nhầy ở cổ tử cung trở nên đặc quánh, tạo nút nhầy bịt kín cổ tử cung, ngăn cản không cho tinh trùng bơi qua để vào tử cung gặp trứng.

Kết luận: Thuốc tránh thai ức chế tiết FSH/LH làm trứng không rụng và làm đặc dịch nhầy cổ tử cung.

IV. Mối quan hệ giữa Các Quá trình Sinh lí và Ngành nghề Sinh học

1. Tính Toàn vẹn Thống nhất của Cơ thể Sinh vật

Mối liên hệ giữa các Hệ cơ quan trong Cơ thể Động vật

  • Hệ tiêu hoá: Tiếp nhận thức ăn, thuỷ phân thành các chất dinh dưỡng đơn giản (glucose, acid amin, acid béo) →\rightarrow hấp thu vào máu.
  • Hệ hô hấp: Lấy khí O2\mathrm{O_2} từ môi trường và đào thải khí CO2\mathrm{CO_2} qua phế nang.
  • Hệ tuần hoàn: Đóng vai trò cầu nối vận chuyển O2\mathrm{O_2} và chất dinh dưỡng đến từng tế bào; vận chuyển các chất thải và CO2\mathrm{CO_2} từ tế bào đến cơ quan bài tiết.
  • Hệ bài tiết: Lọc và đào thải các chất cặn bã độc hại (urea,acid uric,H+\text{urea}, \text{acid uric}, \mathrm{H^+}) ra ngoài qua thận, phổi và da để duy trì cân bằng nội môi.
  • Hệ thần kinh & Thể dịch: Điều hoà, phối hợp nhịp nhàng hoạt động của tất cả các hệ cơ quan đảm bảo cơ thể phản ứng thích nghi trước mọi biến đổi của ngoại cảnh.

2. Một số Ngành nghề Liên quan đến Sinh học Cơ thể

Lĩnh vực nghề nghiệp Nhiệm vụ và Ứng dụng kiến thức sinh học
Y học & Dược học Chẩn đoán, điều trị bệnh tim mạch, nội tiết, miễn dịch, phát triển vaccine và thuốc điều trị trúng đích
Nông nghiệp Công nghệ cao Ứng dụng quang hợp, dinh dưỡng khoáng, hormone thực vật để điều khiển ra hoa đậu quả và trồng cây thuỷ canh
Chăn nuôi & Thú y Ứng dụng sinh sản nhân tạo, thụ tinh nhân tạo, điều khiển giới tính vật nuôi và kiểm soát dịch bệnh
Công nghệ Sinh học & Môi trường Nuôi cấy mô tế bào, bảo tồn nguồn gen quý hiếm, xử lí nước thải và rác thải hữu cơ bằng vi sinh vật
Ví dụ minh họa 4 Phân tích sự phối hợp giữa các hệ cơ quan khi cơ thể vận động thể thao mạnh
Bài toán: Khi một vận động viên chạy cự li ngắn 100 m100\text{ m} hoặc thi đấu bóng đá cường độ cao:
a) Nhịp tim, huyết áp và nhịp thở biến đổi như thế nào? Giải thích sự phối hợp giữa hệ thần kinh, hệ tuần hoàn và hệ hô hấp.
b) Quá trình bài tiết và điều hoà thân nhiệt diễn ra như thế nào sau khi vận động viên kết thúc bài tập?
Lời giải chi tiết:

a) Sự phối hợp tuần hoàn và hô hấp khi vận động:

  • Cơ bắp hoạt động mạnh tiêu thụ nhiều O2\mathrm{O_2} và glucose, đồng thời thải ra nhiều CO2\mathrm{CO_2} và acid lactic làm pH\mathrm{pH} máu giảm.
  • Thụ thể hoá học ở xoang động mạch cảnh và cung động mạch chủ nhận biết kích thích, truyền xung thần kinh về trung khu tuần hoàn và hô hấp ở hành não.
  • Thần kinh giao cảm được kích hoạt làm tăng nhịp tim, tăng lực co tim, tăng huyết áp và tăng nhịp thở, giúp nhanh chóng cung cấp O2\mathrm{O_2} và đào thải CO2\mathrm{CO_2}.

b) Điều hoà thân nhiệt và bài tiết sau vận động:

Nhiệt sinh ra trong quá trình co cơ làm tăng thân nhiệt. Trung khu điều nhiệt kích thích dãn mao mạch dưới da và tăng tiết mồ hôi để toả nhiệt ra môi trường. Mất nước qua mồ hôi kích thích tiết ADH\mathrm{ADH} làm thận tăng tái hấp thu nước ở ống thận, nước tiểu bài xuất giảm và đậm màu hơn.

Kết luận: Các hệ cơ quan phối hợp thống nhất chặt chẽ dưới sự điều khiển của hệ thần kinh và nội tiết để đáp ứng nhu cầu năng lượng và duy trì cân bằng nội môi.

🌟 Ghi nhớ kiến thức trọng tâm

  • Sinh sản vô tính ở thực vật dựa trên nguyên phân gồm sinh sản sinh dưỡng (thân bò, củ, thân rễ) và sinh sản bằng bào tử; các biện pháp nhân giống nhân tạo gồm giâm, chiết, ghép và nuôi cấy mô.
  • Thụ tinh kép là đặc trưng của thực vật hạt kín: một giao tử đực (nn) kết hợp với noãn cầu (nn) tạo hợp tử (2n2n), giao tử đực thứ hai (nn) kết hợp với nhân cực (2n2n) tạo nội nhũ (3n3n) dự trữ dinh dưỡng.
  • Sinh sản ở động vật gồm sinh sản vô tính (phân đôi, nảy chồi, phân mảnh, trinh sinh) và sinh sản hữu tính (thụ tinh ngoài ở cá/lưỡng cư vs thụ tinh trong ở chim/thú).
  • Quá trình sinh sản ở động vật chịu sự điều hoà thần kinh - thể dịch thông qua trục Vùng dưới đồi - Tuyến yên trước - Tuyến sinh dục (GnRH→FSH,LH→Testosterone / Estrogen vaˋ Progesterone\mathrm{GnRH} \rightarrow \mathrm{FSH, LH} \rightarrow \text{Testosterone / Estrogen và Progesterone}).
  • Cơ thể sinh vật là một hệ thống mở và tự điều chỉnh toàn vẹn, trong đó các quá trình dinh dưỡng, hô hấp, tuần hoàn, bài tiết, cảm ứng, sinh trưởng và sinh sản liên hệ mật thiết và thống nhất với nhau.

Câu hỏi ôn tập & củng cố kiến thức

Vì sao quả không hạt (như dưa hấu không hạt, chuối tiêu) có thể được tạo ra bằng cách xử lí hormone sinh trưởng?
Vì bình thường hạt được hình thành từ noãn sau thụ tinh sẽ tiết ra hormone Auxin và Gibberellin kích thích bầu nhuỵ phát triển thành quả. Khi người ta phun Auxin hoặc Gibberellin ngoại sinh lên hoa cái trước khi thụ phấn, bầu nhuỵ vẫn được kích thích lớn lên thành quả mọng nước nhưng không có quá trình thụ tinh tạo hạt, thu được quả không hạt.
Thụ tinh trong ống nghiệm (IVF) giải quyết được những nguyên nhân vô sinh nào ở các cặp vợ chồng?
IVF giải quyết hiệu quả các trường hợp vô sinh do: người vợ bị tắc vòi tử cung, lạc nội mạc tử cung, suy giảm dự trữ buồng trứng; hoặc người chồng có số lượng tinh trùng ít, tinh trùng yếu, dị dạng không thể tự bơi qua đường sinh dục nữ để thụ tinh tự nhiên. Bằng cách cho tinh trùng thụ tinh với noãn trong đĩa nuôi cấy phòng thí nghiệm rồi chuyển phôi khoẻ mạnh vào buồng tử cung người mẹ.
Tại sao ghép mô hay ghép tạng từ người này sang người khác thường xảy ra hiện tượng đào thải mảnh ghép?
Vì màng tế bào của mỗi cá thể mang các protein kháng nguyên tương thích mô chính (phức hệ MHC\mathrm{MHC}) đặc trưng riêng biệt. Khi ghép cơ quan từ người hiến khác biệt di truyền, hệ miễn dịch của người nhận nhận diện protein MHC\mathrm{MHC} của mảnh ghép là "kháng nguyên lạ", kích hoạt tế bào lympho T độc (TCT_C) và kháng thể tấn công phá huỷ mô ghép (hiện tượng đào thải ghép). Do đó bệnh nhân ghép tạng cần dùng thuốc ức chế miễn dịch suốt đời.
Luyện đề thực chiến

Đề kiểm tra trắc nghiệm: Sinh sản & Sinh lí cơ thể

5 đề theo 5 cấp độ, mỗi đề 22 câu · 90 phút, chỉ gồm kiến thức trong chuyên đề này. Chấm điểm ngay sau khi nộp.

Vào luyện đề ngay →