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
Vì sao ưu thế lai giảm dần qua các thế hệ
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em giải thích được vì sao ưu thế lai giảm dần khi tiếp tục nhân giống từ F1, tính được tỉ lệ cá thể còn giữ nguyên trạng thái dị hợp qua các thế hệ, và giải thích được vì sao nông dân phải mua hạt giống lai F1 mới mỗi vụ thay vì để giống từ vụ trước.
Kiến thức nền cần nhớ
Bài trước em đã biết F1 mang kiểu gene AaBb — dị hợp ở cả hai cặp gene — nên vượt trội hơn cả hai dòng bố mẹ (same-grade bridge). Bài này dùng lại đúng quy luật phân li đã học ở khoá Mendel (same-grade bridge) để trả lời một câu hỏi thực tế: điều gì xảy ra nếu người nông dân cho các cây F1 giao phấn với nhau, thu hạt, rồi gieo tiếp?
Khởi động
Một người nông dân mua hạt ngô lai F1 cho vụ này, năng suất rất tốt. Vụ sau, để tiết kiệm, anh giữ lại một phần hạt từ chính vụ vừa thu hoạch để gieo tiếp thay vì mua hạt mới. Năng suất vụ sau lại giảm hẳn, cây cao thấp không đều. Hạt giống có bị hỏng không, hay có một quy luật di truyền nào đó đứng sau chuyện này?
Kiến thức trọng tâm
Khi các cây F1 (đều mang kiểu gene AaBb như nhau) giao phấn với nhau, mỗi cặp gene tuân theo đúng quy luật phân li đã học: đời sau tách theo tỉ lệ $1$ đồng hợp trội : $2$ dị hợp : $1$ đồng hợp lặn cho MỖI gene riêng lẻ. Nói cách khác, chỉ còn một nửa số cá thể đời sau còn dị hợp ở gene A (tỉ lệ Aa giảm từ 100% ở F1 xuống 50% ở thế hệ tiếp theo), và tương tự với gene B.
Vì hai gene A và B di truyền độc lập với nhau, xác suất một cá thể đời sau còn dị hợp ở CẢ HAI gene cùng lúc — tức còn giữ đúng kiểu gene AaBb như F1 — bằng tích hai xác suất riêng: $\dfrac{1}{2}\times\dfrac{1}{2}=\dfrac{1}{4}$, tức 25%. Điều này giải thích trực tiếp vì sao ưu thế lai giảm mạnh ngay ở thế hệ sau F1: chỉ khoảng một phần tư số cá thể còn hội tụ đủ cả hai allele trội có lợi như F1; số còn lại phân li thành nhiều tổ hợp gene khác nhau, trong đó có cả những cá thể mang allele lặn ở cả hai gene (kiểu gene aabb) — kiểu hình kém hơn cả hai dòng bố mẹ ban đầu.
Giao tử của mỗi bên gồm bốn loại AB, Ab, aB, ab, mỗi loại xác suất 1/4. Trong 16 ô của khung, chỉ 4 ô cho kiểu gene AaBb — đúng bằng tỉ lệ 1/4 vừa tính ở trên.
Nếu người nông dân tiếp tục giữ hạt qua thêm một thế hệ nữa, tỉ lệ cá thể còn dị hợp ở cả hai gene lại giảm tiếp theo đúng quy luật đó: $\dfrac{1}{4}\times\dfrac{1}{4}=\dfrac{1}{16}$, tức 6,25%. Đây là một xu hướng giảm nhanh theo cấp số nhân, không phải giảm từ từ — chỉ sau hai thế hệ giữ giống, tỉ lệ cá thể còn giữ nguyên tổ hợp gene ưu việt của F1 đã tụt từ 100% xuống dưới 7%.
Tỉ lệ tính trực tiếp bằng $(1/4)^n$ với $n$ là số thế hệ kể từ F1 — không phải số liệu khảo sát, mà là kết quả suy ra từ quy luật phân li đã học.
Ví dụ
Tính tỉ lệ dị hợp còn lại ở một gene sau một thế hệ giao phấn giữa các cây F1
1
Toàn bộ cây F1 của một giống ngô lai đều mang kiểu gene Aa ở gene quy định khả năng chống đổ. Cho các cây F1 giao phấn tự do với nhau, tính tỉ lệ cây con còn dị hợp Aa ở thế hệ tiếp theo.
2
Theo quy luật phân li, phép lai Aa × Aa cho đời con theo tỉ lệ kiểu gene $1AA:2Aa:1aa$, tức $\dfrac{1}{4}AA:\dfrac{2}{4}Aa:\dfrac{1}{4}aa$. (1)
3
Từ (1), tỉ lệ cây con mang kiểu gene dị hợp Aa là $\dfrac{2}{4}=\dfrac{1}{2}$, tức 50%.
4
Tổng ba tỉ lệ $\dfrac{1}{4}+\dfrac{2}{4}+\dfrac{1}{4}=1$, đúng bằng toàn bộ đời con — phép tính hợp lí.
5
Vậy chỉ còn 50% số cây con ở thế hệ tiếp theo giữ nguyên kiểu gene dị hợp Aa như F1; nửa còn lại đã chuyển sang đồng hợp AA hoặc aa.
Ví dụ
Vì sao nông dân không nên để giống từ hạt F1 (dạng đề kiểm tra)
1
Một giống ngô lai F1 có kiểu gene AaBb (A: chịu hạn tốt, B: năng suất cao, hai gene phân li độc lập). Người nông dân giữ lại hạt từ ruộng F1 để gieo cho vụ sau, tức trồng thế hệ con của phép lai AaBb × AaBb. Tính tỉ lệ cây con vẫn giữ đúng kiểu gene AaBb như F1, và giải thích điều gì xảy ra với phần còn lại của ruộng.
2
Theo cách tính đã học, xác suất một cây con vẫn dị hợp ở cả hai gene là $\dfrac{1}{2}\times\dfrac{1}{2}=\dfrac{1}{4}$, tức 25%. (1)
3
Từ (1), 75% cây con còn lại mang tổ hợp gene khác AaBb — kể cả kiểu gene aabb, đồng hợp lặn cả hai gene, chịu hạn kém VÀ năng suất thấp, kém hơn cả hai dòng bố mẹ ban đầu.
4
Vì ruộng gồm nhiều tổ hợp gene khác nhau chứ không đồng nhất như ruộng F1, cây trong ruộng cao thấp không đều, một số cây tốt gần bằng F1 nhưng một số khác lại kém hơn cả bố mẹ gốc — năng suất trung bình của cả ruộng giảm rõ rệt.
5
Vậy chỉ 25% cây con giữ được đúng tổ hợp gene ưu việt của F1, còn lại phân li thành nhiều kiểu hình khác nhau kém đồng đều hơn — đây chính là lí do các công ty giống khuyên nông dân mua hạt lai F1 mới mỗi vụ, thay vì để giống từ vụ trước.
Sai lầm thường gặp
Một nhầm lẫn thường gặp là nghĩ ưu thế lai "biến mất hoàn toàn" ngay ở thế hệ sau F1 — thực ra vẫn còn khoảng một phần tư số cây giữ được tổ hợp gene tốt, chỉ là TỈ LỆ giảm mạnh so với 100% ở F1, không phải giảm về 0. Một nhầm lẫn khác là đổ lỗi cho "hạt giống bị hỏng" hay chất lượng bảo quản kém — nguyên nhân thật sự là quy luật phân li làm giảm dần tỉ lệ dị hợp qua mỗi thế hệ, một hiện tượng di truyền hoàn toàn bình thường, không liên quan gì đến việc bảo quản hạt.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Ưu thế lai mạnh nhất ở F1 vì tỉ lệ dị hợp cao nhất, rồi giảm nhanh qua mỗi thế hệ giao phấn tiếp theo do quy luật phân li: 100% → 25% → 6,25% với mô hình hai gene. Đây là lí do người trồng trọt phải mua hạt giống lai F1 mới mỗi vụ.
Lai giống chỉ tổ hợp lại biến dị đã có sẵn ở hai dòng bố mẹ. Bài tiếp theo chuyển sang một hướng chọn giống khác hẳn: chủ động tạo ra biến dị hoàn toàn mới bằng cách gây đột biến.
Khi các cây F1 (đều mang kiểu gene AaBb như nhau) giao phấn với nhau, mỗi cặp gene tuân theo đúng quy luật phân li đã học: đời sau tách theo tỉ lệ 1 đồng hợp trội : 2 dị hợp : 1 đồng hợp lặn cho MỖI gene riêng lẻ. Nói cách khác, chỉ còn một nửa số cá thể đời sau còn dị hợp ở gene A (tỉ lệ Aa giảm từ 100% ở F1 xuống 50% ở thế hệ tiếp theo), và tương tự với gene B.
Vì hai gene A và B di truyền độc lập với nhau, xác suất một cá thể đời sau còn dị hợp ở CẢ HAI gene cùng lúc — tức còn giữ đúng kiểu gene AaBb như F1 — bằng tích hai xác suất riêng: 21×21=41, tức 25%. Điều này giải thích trực tiếp vì sao ưu thế lai giảm mạnh ngay ở thế hệ sau F1: chỉ khoảng một phần tư số cá thể còn hội tụ đủ cả hai allele trội có lợi như F1; số còn lại phân li thành nhiều tổ hợp gene khác nhau, trong đó có cả những cá thể mang allele lặn ở cả hai gene (kiểu gene aabb) — kiểu hình kém hơn cả hai dòng bố mẹ ban đầu.
Nếu người nông dân tiếp tục giữ hạt qua thêm một thế hệ nữa, tỉ lệ cá thể còn dị hợp ở cả hai gene lại giảm tiếp theo đúng quy luật đó: 41×41=161, tức 6,25%. Đây là một xu hướng giảm nhanh theo cấp số nhân, không phải giảm từ từ — chỉ sau hai thế hệ giữ giống, tỉ lệ cá thể còn giữ nguyên tổ hợp gene ưu việt của F1 đã tụt từ 100% xuống dưới 7%.
Tỉ lệ tính trực tiếp bằng (1/4)n với n là số thế hệ kể từ F1 — không phải số liệu khảo sát, mà là kết quả suy ra từ quy luật phân li đã học.
Theo quy luật phân li, phép lai Aa × Aa cho đời con theo tỉ lệ kiểu gene 1AA:2Aa:1aa, tức 41AA:42Aa:41aa. (1)
Từ (1), tỉ lệ cây con mang kiểu gene dị hợp Aa là 42=21, tức 50%.
Tổng ba tỉ lệ 41+42+41=1, đúng bằng toàn bộ đời con — phép tính hợp lí.
Theo cách tính đã học, xác suất một cây con vẫn dị hợp ở cả hai gene là 21×21=41, tức 25%. (1)
Một nhầm lẫn thường gặp là nghĩ ưu thế lai "biến mất hoàn toàn" ngay ở thế hệ sau F1 — thực ra vẫn còn khoảng một phần tư số cây giữ được tổ hợp gene tốt, chỉ là TỈ LỆ giảm mạnh so với 100% ở F1, không phải giảm về 0. Một nhầm lẫn khác là đổ lỗi cho "hạt giống bị hỏng" hay chất lượng bảo quản kém — nguyên nhân thật sự là quy luật phân li làm giảm dần tỉ lệ dị hợp qua mỗi thế hệ, một hiện tượng di truyền hoàn toàn bình thường, không liên quan gì đến việc bảo quản hạt.