Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Vai trò của môi trường đối với kiểu hình
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em giải thích được kiểu hình là kết quả tương tác giữa kiểu gene và môi trường, chỉ ra được các yếu tố môi trường phổ biến ảnh hưởng tới biểu hiện của tính trạng, và phân biệt được thay đổi do môi trường với thay đổi do kiểu gene.
Kiến thức nền cần nhớ
Ba bài trước em đã theo dõi trọn con đường gene → mRNA → protein → tính trạng, và biết vì sao kiểu gene quy định protein, protein quy định tính trạng (same-grade bridge). Nhưng có phải hai cá thể mang CÙNG một kiểu gene sẽ luôn có kiểu hình giống hệt nhau ở mọi hoàn cảnh? Bài này chỉ ra một yếu tố nữa quyết định kiểu hình, ngoài kiểu gene.
Khởi động
Hai cây hoa cùng một giống, cùng kiểu gene, nhưng một cây được trồng ở nơi đủ nắng và bón phân đầy đủ, cây kia trồng trong bóng râm và thiếu dinh dưỡng. Liệu hai cây này có ra hoa giống hệt nhau về kích thước, độ đậm màu hay không? Nếu không, điều gì đã tạo ra sự khác biệt, khi cả hai mang cùng một bộ gene?
Kiến thức trọng tâm
Kiểu gene quy định loại protein mà cơ thể CÓ THỂ tạo ra, nhưng lượng protein thực sự được tạo ra, và cách protein đó hoạt động, còn phụ thuộc vào điều kiện môi trường mà cơ thể đang sống. Nói cách khác, kiểu gene đặt ra giới hạn và tiềm năng của tính trạng, còn môi trường quyết định tính trạng đó biểu hiện tới mức nào trong giới hạn ấy. Kiểu hình cuối cùng luôn là kết quả của cả hai — không chỉ riêng kiểu gene, cũng không chỉ riêng môi trường.
Ba yếu tố môi trường thường gặp nhất ảnh hưởng tới biểu hiện tính trạng là dinh dưỡng, ánh sáng và nhiệt độ. Dinh dưỡng cung cấp nguyên liệu để tế bào tổng hợp protein và các chất cần thiết cho sinh trưởng — thiếu dinh dưỡng, dù kiểu gene tốt, cây hay con vật vẫn còi cọc. Ánh sáng ảnh hưởng tới quá trình quang hợp ở thực vật, quyết định lượng chất hữu cơ tổng hợp được, từ đó ảnh hưởng chiều cao, độ xanh của lá. Nhiệt độ ảnh hưởng tới tốc độ hoạt động của enzyme — nhiều enzyme hoạt động mạnh nhất ở một khoảng nhiệt độ nhất định, quá lạnh hoặc quá nóng đều làm giảm hoạt tính, kéo theo tính trạng liên quan biểu hiện yếu hơn.
Số liệu minh hoạ từ một thí nghiệm giả định: hai lô cây cùng giống (cùng kiểu gene), gieo cùng ngày, đo chiều cao sau 30 ngày ở hai điều kiện chăm sóc khác nhau.
Điều thú vị là ngay cả khi kiểu gene giống hệt nhau tuyệt đối — như ở cặp song sinh cùng trứng, vốn phát triển từ cùng một hợp tử — kiểu hình vẫn có thể khác nhau nếu môi trường sống khác nhau. Một người trong cặp song sinh ăn uống đầy đủ, luyện tập thể thao đều đặn có thể cao hơn, cân nặng khác hẳn người kia nếu người kia thiếu dinh dưỡng hoặc ít vận động — dù cả hai mang chung một bộ gene quy định chiều cao tối đa có thể đạt tới. Khác biệt này không đến từ kiểu gene, mà đến từ môi trường sống khác nhau tác động lên cùng một tiềm năng di truyền.
Ví dụ
So sánh chiều cao hai lô cây cùng kiểu gene ở hai điều kiện chăm sóc
1
Một nhóm học sinh gieo hai lô hạt giống cùng một giống lúa (cùng kiểu gene) vào cùng một ngày. Lô A được tưới nước và bón phân đầy đủ, trồng nơi đủ ánh sáng. Lô B chỉ tưới nước tối thiểu, không bón phân, trồng nơi thiếu ánh sáng. Sau 30 ngày, lô A cao trung bình 45cm, lô B cao trung bình 28cm. Hãy giải thích sự khác biệt này.
2
Hai lô cây cùng giống, cùng kiểu gene, cùng ngày gieo — nghĩa là tiềm năng di truyền về chiều cao của cả hai lô là như nhau.
3
Khác biệt duy nhất giữa hai lô là điều kiện môi trường: ánh sáng và dinh dưỡng. Lô A đủ cả hai, lô B thiếu cả hai.
4
Ánh sáng đủ giúp lô A quang hợp mạnh, tổng hợp đủ chất hữu cơ cho sinh trưởng; dinh dưỡng đủ cung cấp nguyên liệu tổng hợp protein cần cho việc kéo dài tế bào và mô. Lô B thiếu cả hai yếu tố này nên tốc độ sinh trưởng chậm hơn hẳn, dù kiểu gene không hề khác biệt.
5
Nếu khác biệt chiều cao này là do kiểu gene, hai lô hạt phải thuộc hai giống khác nhau ngay từ đầu — nhưng đề bài đã cho biết cả hai lô cùng một giống, nên loại trừ khả năng này.
6
Vậy chênh lệch chiều cao 45cm so với 28cm giữa hai lô là do điều kiện môi trường (ánh sáng, dinh dưỡng) khác nhau, không phải do khác kiểu gene — đúng với nguyên lý kiểu hình là kết quả tương tác giữa kiểu gene và môi trường.
Ví dụ
Giải thích vì sao cặp song sinh cùng trứng khác nhau về chiều cao, cân nặng (dạng đề thi)
1
Hai anh em song sinh cùng trứng (cùng kiểu gene tuyệt đối) được nuôi ở hai môi trường khác nhau từ nhỏ: một người ăn uống đầy đủ dinh dưỡng, luyện tập thể thao đều đặn; người kia thường xuyên thiếu bữa, ít vận động. Khi trưởng thành, hai người khác nhau rõ rệt về chiều cao và cân nặng. Giải thích hiện tượng này, và cho biết đây có phải bằng chứng cho thấy kiểu gene của họ đã thay đổi hay không.
2
Song sinh cùng trứng phát triển từ một hợp tử duy nhất, tách thành hai phôi — nên kiểu gene của hai người là hoàn toàn giống hệt nhau, không có sai khác.
3
Vì kiểu gene giống hệt nhau, mọi khác biệt về chiều cao, cân nặng chỉ có thể đến từ môi trường sống khác nhau: chế độ dinh dưỡng và mức độ vận động.
4
Dinh dưỡng đầy đủ và vận động đều đặn tạo điều kiện cho cơ thể tổng hợp đủ protein cần cho phát triển xương và cơ, giúp người này đạt gần tới mức tối đa mà kiểu gene cho phép. Người thiếu dinh dưỡng, ít vận động không đạt được mức đó, dù kiểu gene mang cùng tiềm năng.
5
Đây KHÔNG phải bằng chứng kiểu gene thay đổi. Kiểu gene của cả hai vẫn giống hệt nhau suốt đời — chỉ có mức độ biểu hiện của tiềm năng đó ra kiểu hình là khác nhau, do môi trường sống khác nhau.
6
Vậy khác biệt chiều cao, cân nặng giữa hai anh em song sinh không đến từ kiểu gene — vốn giống hệt nhau — mà đến từ môi trường sống khác nhau tác động lên cùng một tiềm năng di truyền, đúng bản chất của mối quan hệ kiểu gene – môi trường – kiểu hình.
Sai lầm thường gặp
Sai lầm phổ biến là nghĩ một tính trạng thay đổi theo môi trường nghĩa là kiểu gene đã thay đổi — thực ra kiểu gene giữ nguyên suốt đời cá thể (trừ khi có đột biến thật sự xảy ra trong DNA); chỉ MỨC BIỂU HIỆN của tính trạng thay đổi theo điều kiện sống, không phải bản thân gene. Một nhầm lẫn khác là nghĩ môi trường có thể khiến một cá thể vượt qua giới hạn mà kiểu gene cho phép — môi trường tốt nhất cũng chỉ giúp tính trạng đạt tới mức tối đa mà kiểu gene quy định, không thể vượt qua giới hạn đó.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Kiểu hình là kết quả tương tác giữa kiểu gene và môi trường: kiểu gene đặt giới hạn và tiềm năng, môi trường (dinh dưỡng, ánh sáng, nhiệt độ) quyết định tính trạng biểu hiện tới mức nào trong giới hạn đó. Cùng kiểu gene, khác môi trường có thể cho kiểu hình khác nhau — như ở cặp song sinh cùng trứng — nhưng kiểu gene bản thân nó không hề thay đổi.
Loại biến đổi kiểu hình do môi trường này có một tên gọi riêng trong Sinh học, và mang ý nghĩa thực tiễn rất lớn trong sản xuất nông nghiệp — đó là nội dung của bài cuối cùng trước phần ôn tập.
Kiểu gene quy định loại protein mà cơ thể CÓ THỂ tạo ra, nhưng lượng protein thực sự được tạo ra, và cách protein đó hoạt động, còn phụ thuộc vào điều kiện môi trường mà cơ thể đang sống. Nói cách khác, kiểu gene đặt ra giới hạn và tiềm năng của tính trạng, còn môi trường quyết định tính trạng đó biểu hiện tới mức nào trong giới hạn ấy. Kiểu hình cuối cùng luôn là kết quả của cả hai — không chỉ riêng kiểu gene, cũng không chỉ riêng môi trường.
Ba yếu tố môi trường thường gặp nhất ảnh hưởng tới biểu hiện tính trạng là dinh dưỡng, ánh sáng và nhiệt độ. Dinh dưỡng cung cấp nguyên liệu để tế bào tổng hợp protein và các chất cần thiết cho sinh trưởng — thiếu dinh dưỡng, dù kiểu gene tốt, cây hay con vật vẫn còi cọc. Ánh sáng ảnh hưởng tới quá trình quang hợp ở thực vật, quyết định lượng chất hữu cơ tổng hợp được, từ đó ảnh hưởng chiều cao, độ xanh của lá. Nhiệt độ ảnh hưởng tới tốc độ hoạt động của enzyme — nhiều enzyme hoạt động mạnh nhất ở một khoảng nhiệt độ nhất định, quá lạnh hoặc quá nóng đều làm giảm hoạt tính, kéo theo tính trạng liên quan biểu hiện yếu hơn.
Điều thú vị là ngay cả khi kiểu gene giống hệt nhau tuyệt đối — như ở cặp song sinh cùng trứng, vốn phát triển từ cùng một hợp tử — kiểu hình vẫn có thể khác nhau nếu môi trường sống khác nhau. Một người trong cặp song sinh ăn uống đầy đủ, luyện tập thể thao đều đặn có thể cao hơn, cân nặng khác hẳn người kia nếu người kia thiếu dinh dưỡng hoặc ít vận động — dù cả hai mang chung một bộ gene quy định chiều cao tối đa có thể đạt tới. Khác biệt này không đến từ kiểu gene, mà đến từ môi trường sống khác nhau tác động lên cùng một tiềm năng di truyền.
Hai anh em song sinh cùng trứng (cùng kiểu gene tuyệt đối) được nuôi ở hai môi trường khác nhau từ nhỏ: một người ăn uống đầy đủ dinh dưỡng, luyện tập thể thao đều đặn; người kia thường xuyên thiếu bữa, ít vận động. Khi trưởng thành, hai người khác nhau rõ rệt về chiều cao và cân nặng. Giải thích hiện tượng này, và cho biết đây có phải bằng chứng cho thấy kiểu gene của họ đã thay đổi hay không.
Sai lầm phổ biến là nghĩ một tính trạng thay đổi theo môi trường nghĩa là kiểu gene đã thay đổi — thực ra kiểu gene giữ nguyên suốt đời cá thể (trừ khi có đột biến thật sự xảy ra trong DNA); chỉ MỨC BIỂU HIỆN của tính trạng thay đổi theo điều kiện sống, không phải bản thân gene. Một nhầm lẫn khác là nghĩ môi trường có thể khiến một cá thể vượt qua giới hạn mà kiểu gene cho phép — môi trường tốt nhất cũng chỉ giúp tính trạng đạt tới mức tối đa mà kiểu gene quy định, không thể vượt qua giới hạn đó.