Lý thuyết Sinh học 12 Bài 16: Tương tác giữa kiểu gene với môi trường và thành tựu chọn giống

1. Sự tương tác giữa kiểu gene và môi trường

- Kiểu gene tương tác với môi trường quy định kiểu hình cơ thể sinh vật:

+ Gene cung cấp thông tin chỉ dẫn bộ máy phân tử của tế bào tạo ra các protein, các protein này liên kết cùng các phân tử khác hình thành nên những đặc điểm hình thái của cơ thể sinh vật.

+ Môi trường cung cấp các nguyên liệu cho tế bào chuyển hoá vật chất và năng lượng, đồng thời cung cấp các tín hiệu điều hoà biểu hiện gene.

- Điều kiện môi trường cũng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sự biểu hiện đặc điểm kiểu hình của một kiểu gene. Cùng một kiểu gene nhưng trong điều kiện môi trường khác nhau có thể cho ra những kiểu hình khác nhau (thường biến).

Ví dụ:

+ Cây phù dung (Hibiscus mutabilis) có hoa màu trắng vào buổi sáng, nhưng buổi chiều hoa chuyển sang màu hồng.

Hoa phù dung (Hibiscus mutabilis) trên cùng một cây vào thời điểm buổi sáng có màu trắng (a) nhưng đầu giờ chiều hoa chuyển sang màu hồng (b)

+ 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

→ Hiện tượng một kiểu gene có thể thay đổi kiểu hình trước những điều kiện sống khác nhau được gọi là thường biến.

2. Mức phản ứng

a) Khái niệm

- Khái niệm mức phản ứng: Tập hợp các loại kiểu hình của cùng một kiểu gene được gọi là mức phản ứng của kiểu gene.

- Ví dụ:

+ Tập hợp các màu sắc thân khác nhau của cùng một con tắc kè trong các điều kiện môi trường khác nhau.

+ Tập hợp các màu sắc hoa khác nhau của dòng hoa đỏ AA ở cây hoa anh thảo trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau.

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

+ Tập hợp các màu sắc hoa khác nhau của cùng một cây hoa cẩm tú cầu trong các điều kiện pH khác nhau.

Màu sắc hoa cẩm tú cầu ở độ pH khác nhau

+ Tập hợp số chiều cao, cân nặng của cùng một người trong các điều kiện nuôi dưỡng khác nhau.

- Đặc điểm: Mức phản ứng do gene quy định nên có tính di truyền.

- 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 đồng hợp giống nhau khi sống trong những điều kiện môi trường khác nhau.

- 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,…

→ Như vậy, bản chất của sự di truyền tính trạng là di truyền mức phản ứng của kiểu gene, các đặc điểm của cơ thể không trực tiếp được di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác.

b) Vận dụng thực tiễn

Hiểu biết về mức phản ứng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y học, nông nghiệp, giáo dục,...

- Trong y học, nghiên cứu về mức phản ứng của các gene gây bệnh, người ta có thể điều chỉnh các yếu tố môi trường như thức ăn, chế độ luyện tập, sinh hoạt,... để giảm nhẹ triệu chứng bệnh. Ví dụ: Bệnh rối loạn chuyển hoá bẩm sinh, phenylketonuria (phenyl keton niệu) ở người do đột biến gene lặn trên NST thường gây ra, với biểu hiện là chậm phát triển trí tuệ. Gene đột biến mất khả năng tổng hợp enzyme chuyển hoá amino acid phenylalanine dẫn đến amino acid này bị tích tụ lại trong tế bào làm tổn thương não ở trẻ em. Nếu phát hiện sớm trẻ mang gene gây bệnh và áp dụng chế độ ăn kiêng, hạn chế thực phẩm chứa phenylalanine cho trẻ thì mặc dù mang gene gây bệnh nhưng triệu chứng bệnh lí ở trẻ sẽ giảm thiểu hoặc không biểu hiện.

Rối loạn chuyển hóa phenylalanin

- Trong nông nghiệp, kiểu gene quy định mức phản ứng chính là giống (vật nuôi, cây trồng), điều kiện canh tác, chăm sóc là môi trường và kiểu hình là năng suất. Do đó, trong trồng trọt và chăn nuôi, người ta có thể tiến hành chọn, tạo ra những giống cây trồng và vật nuôi có mức phản ứng rộng và giới hạn phản ứng lớn về các tính trạng liên quan đến năng suất, đảm bảo giống tạo ra cho năng suất cao và thích nghi được với các môi trường và điều kiện canh tác khác nhau. Bên cạnh đó, nhà nông khi sử dụng giống mới cần tuân thủ các điều kiện gieo trồng, chăn nuôi theo đúng hướng dẫn của nhà sản xuất giống vì qua khảo nghiệm giống đã xác định được môi trường thích hợp để giống cho ra kiểu hình tối ưu. Ví dụ, phải trồng đúng thời vụ, bón phân đúng chủng loại, liều lượng, vào đúng thời điểm,...

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

- Trong giáo dục và phát triển thể chất, những hiểu biết về mức phản ứng được vận dụng nhằm nâng cao tối đa hiệu quả học tập, sức khoẻ và tầm vóc cơ thể. Để đạt được sức khoẻ và tầm vóc tối đa do kiểu gene quy định, cần có chế độ dinh dưỡng đầy đủ, cân đối, kết hợp với chế độ vận động và sinh hoạt phù hợp với từng lứa tuổi; trong khi để phát huy hết năng lực học tập vốn có, ngoài chế độ dinh dưỡng, vận động và sinh hoạt, cần tạo môi trường học tập phù hợp (trang thiết bị học tập, thầy cô, bạn bè,...).

Ăn uống kết hợp với vận động phù hợp giúp phát triển thể chất

1. Khái quát về chọn, tạo giống vật nuôi, cây trồng

- Giống cây trồng là một quần thể cây trồng có thể phân biệt được với quần thể cây trồng khác thông qua sự biểu hiện của ít nhất một đặc tính di truyền được cho đời sau; đồng nhất về hình thái, ổn định qua các chu kì nhân giống; có giá trị canh tác và giá trị sử dụng.

Một số giống cây trồng

- Giống vật nuôi là quần thể vật nuôi cùng loài, cùng nguồn gốc, có ngoại hình và cấu trúc di truyền tương tự nhau, được hình thành, củng cố, phát triển do tác động của con người; phải có số lượng bảo đảm để nhân giống và di truyền được những đặc điểm của giống cho thế hệ sau.

+ Dòng là một nhóm vật nuôi trong giống, mang những đặc điểm chung của giống nhưng có đặc điểm riêng đã ổn định.

Một số giống vật nuôi

- Các giống vật nuôi và cây trồng có thể được chọn và tạo ra bằng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp lai hữu tính.

Lai hữu tính ở ngô

+ Chọn giống vật nuôi và cây trồng bằng phương pháp lai hữu tính là cách thức con người phát hiện ra những cá thể có các đặc điểm di truyền ưa thích rồi cho chúng lai với nhau tạo ra các dòng và giống thuần chủng.

+ Tạo giống vật nuôi và cây trồng bằng phương pháp lai hữu tính thường được tiến hành theo các bước: (1) tạo ra các dòng thuần chủng khác nhau; (2) lai các dòng với nhau để tìm ra được các cá thể có tổ hợp các đặc tính di truyền mong muốn; (3) nhân giống và chọn lọc ra giống thuần chủng. Các dòng, giống thuần chủng cũng có thể được lai với nhau để tìm tổ hợp lai cho con lai có ưu thế lai cao (con lai có năng suất, sức chống chịu cao hơn hẳn so với các dòng bố mẹ) (phép lai kinh tế).

2. Một số thành tựu chọn, tạo giống vật nuôi

- Giống gà Đông Tảo của tỉnh Hưng Yên: Gà đông tảo ở Hưng Yên, qua mỗi thế hệ, những con gà có kích thước lớn; chân to, thô; da đỏ sẽ được chọn lọc, giữ lại làm giống cho thế hệ sau, qua nhiều thế hệ, gà đông tảo mang đặc điểm đặc trưng như ngày nay.

Gà đông tảo

- Vịt cổ lũng (vịt quốc thành) là giống vịt nhà bản địa có xuất xứ ở địa bàn xã Cổ Lũng thuộc huyện Bá Thước, Thanh Hóá. Vịt cổ lũng là giống vịt quý hiếm được chọn lọc và phát huy các đặc tính quý hiếm như thịt nhiều nạc, thơm ngon.

Vịt cổ lũng

- Giống lợn Landrace của Đan Mạch được lai tạo từ giống lợn địa phương với giống Large White, sau đó lợn Landrace tiếp tục được lai tạo và chọn lọc thành giống lợn siêu nạc, năng suất cao, được nhân giống phổ biến khắp thế giới, trong đó có Việt Nam.

Giống lợn siêu nạc Landrace

- Giống bò nổi tiếng thế giới, bò Blanc-Blue-Belgium (BBB), được lai tạo từ giống bò thuần chủng của Bỉ với giống bò Shorthorn của Anh. Giống bò này có khả năng tăng trưởng cơ bắp cao hơn 40% so với giống bò bình thường và con đực trưởng thành có trọng lượng từ 900 – 1 250 kg.

Giống bò thịt BBB

3. Một số thành tựu chọn, tạo giống cây trồng

- Ở Việt Nam, thành tựu chọn giống lúa nổi bật nhất gần đây là giống lúa ST25 ở Sóc Trăng có khả năng chống chịu bệnh, cho gạo hạt dài, thơm được công nhận là gạo ngon nhất thế giới năm 2019. Giống lúa này được tạo ra từ cây lúa đột biến có thân màu tím, hạt dài trong giống lúa CD20. Từ cây lúa đột biến này, qua lai tạo hàng chục năm với các dòng khác nhau thu được nhiều giống ST, trong đó có ST25 cho gạo thơm ngon khi trồng trong điều kiện ruộng lúa kết hợp nuôi tôm theo quy trình sản xuất lúa hữu cơ.

Lúa ST25

- Giống Đài thơm 8 trồng nhiều ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, Đông Nam Bộ được Công ty Cổ phần giống cây trồng Miền Nam (SSC) lai tạo. Giống này không bị đổ, bông lúa to, nếu chăm sóc tốt có thể đạt mức 10 tấn/ha và cho hạt gạo ngon.

Giống Đài thơm 8

- Bưởi Đoan Hùng là một giống bưởi ngon nổi tiếng, được chọn lọc qua nhiều năm, có nguồn gốc từ tỉnh Phú Thọ, được nhà nước bảo hộ vô thời hạn tại Quyết định số 73/QĐ-SHTT.

Bưởi Đoan Hùng

- Lan đột biến như: năm cánh trắng Phú Thọ, hồng mỹ nhân,... được chọn lọc từ các giống lan rừng ở Việt Nam.

Lan đột biến

- Giống sầu riêng monthong (Dona) có nguồn gốc từ Thái Lan, cây sinh trưởng khoẻ, ít sâu bệnh khi được trồng ở khu vực miền Đông Nam Bộ, đồng bằng sông Cửu Long và khu vực Tây Nguyên, đây là giống sầu riêng ngon nhất hiện nay, quả to; múi có màu vàng nhạt, vị ngọt nhẹ không gắt, cơm khô ăn có vị béo ngậy; hạt lép.

Giống sầu riêng monthong