Mối quan hệ kiểu gene – môi trường – kiểu hình

Chủ đề này ngắn nhưng hay xuất hiện ở dạng câu đúng/sai gắn với thí nghiệm hoặc số liệu năng suất giống cây trồng, vật nuôi. Đề thường có 1–2 câu ở phần I và có thể có một câu phần II yêu cầu đọc bảng, đồ thị rồi nhận định về mức phản ứng.

Kiến thức trọng tâm

Kiểu hình là kết quả tương tác giữa kiểu gene và môi trường

• Kiểu gene quy định khả năng phản ứng của cơ thể trước môi trường; môi trường (nhiệt độ, ánh sáng, dinh dưỡng, độ pH…) tác động lên quá trình biểu hiện gene; kiểu hình là kết quả cụ thể của sự tương tác đó.
• Bố mẹ không truyền cho con những tính trạng đã hình thành sẵn mà truyền một kiểu gene. Cùng một kiểu gene, sống ở môi trường khác nhau có thể cho kiểu hình khác nhau.

Sự mềm dẻo kiểu hình

Sự mềm dẻo kiểu hình (thường biến) là hiện tượng một kiểu gene có thể thay đổi kiểu hình trước các điều kiện môi trường khác nhau.

• Biến đổi xảy ra đồng loạt, theo hướng xác định, tương ứng với điều kiện môi trường.
• Không làm thay đổi kiểu gene nên những biến đổi kiểu hình cụ thể đó không di truyền.
• Giúp sinh vật thích nghi với những thay đổi của môi trường (cáo Bắc Cực có lông trắng vào mùa đông, lông màu sẫm vào mùa hè; cây mọc trong tối có lá vàng, đưa ra sáng thì xanh trở lại).
• Mức độ mềm dẻo bị giới hạn bởi mức phản ứng của kiểu gene.

Mức phản ứng

Mức phản ứng là tập hợp các kiểu hình của cùng một kiểu gene tương ứng với các môi trường khác nhau.

• Mức phản ứng do kiểu gene quy định nên di truyền được. Trong một kiểu gene, mỗi gene có mức phản ứng riêng.
• Tính trạng số lượng (năng suất, sản lượng sữa, khối lượng cơ thể) thường có mức phản ứng rộng, chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường. Tính trạng chất lượng (tỉ lệ bơ trong sữa, màu sắc hoa ở nhiều loài) thường có mức phản ứng hẹp.
• Cách xác định mức phản ứng: tạo nhiều cá thể có cùng kiểu gene (giâm, chiết, ghép, nuôi cấy mô ở thực vật; cấy truyền phôi ở động vật), nuôi trồng chúng trong các điều kiện môi trường khác nhau rồi theo dõi kiểu hình.

So sánh sự mềm dẻo kiểu hình và đột biến

Ứng dụng trong sản xuất

• Chọn giống phù hợp với điều kiện từng vùng: vùng thâm canh cao chọn giống năng suất cao, đáp ứng mạnh với phân bón; vùng khó khăn chọn giống chống chịu, ổn định.
• Giống có mức phản ứng rộng thích nghi được nhiều điều kiện, trồng được ở nhiều vùng.
• Áp dụng đúng quy trình kĩ thuật (mật độ, thời vụ, phân bón, thức ăn, chuồng trại) để khai thác tối đa tiềm năng của giống.
• Trong y học: biết bệnh có thành phần môi trường thì có thể giảm biểu hiện bằng chế độ ăn, lối sống (ví dụ bệnh phenylketonuria).

Dạng bài thường gặp trong đề thi

Dạng 1: Đọc đồ thị, bảng số liệu về mức phản ứng

Xem lời giải

(a) Khoảng biến thiên năng suất: giống X $7{,}8 - 4{,}2 = 3{,}6$ tấn/ha; giống Y $5{,}7 - 5{,}0 = 0{,}7$ tấn/ha. Giống X có mức phản ứng rộng hơn.

(b) Không bón đạm: giống Y đạt 5,0 tấn/ha, cao hơn giống X (4,2 tấn/ha) → nên trồng giống Y.

(c) $\dfrac{7{,}8 - 5{,}7}{5{,}7} \times 100\% \approx 36{,}8\%$.

Nhận xét thêm: từ mức 60 kg N/ha trở lên, giống X luôn cho năng suất cao hơn giống Y. Giống tốt nhất phụ thuộc vào điều kiện canh tác.

Dạng 2: Giải thích thí nghiệm về ảnh hưởng của môi trường

Xem lời giải

1. Enzyme tham gia tổng hợp sắc tố đen chỉ hoạt động ở nhiệt độ thấp. Lưng bình thường ấm nên lông trắng; khi chườm đá, nhiệt độ vùng da giảm, enzyme hoạt động, lông mọc lại có màu đen.
2. Thay đổi này chỉ là biến đổi kiểu hình, kiểu gene không đổi. Thỏ con nhận kiểu gene giống bố mẹ, ở nhiệt độ bình thường lông lưng vẫn trắng; chỉ các phần đầu mút lạnh mới có lông đen.

Dạng 3: Thiết kế thí nghiệm xác định mức phản ứng

Xem lời giải

1. Tạo nhiều cây cùng kiểu gene từ một cây mẹ bằng giâm cành hoặc nuôi cấy mô (không dùng hạt vì hạt có thể khác kiểu gene).
2. Chia thành các lô, trồng ở các điều kiện khác nhau về một nhân tố (ví dụ ánh sáng, phân bón), giữ các điều kiện khác như nhau.
3. Đo chiều cao cây ở từng lô. Tập hợp các giá trị thu được là mức phản ứng của kiểu gene về chiều cao.

Dạng 4: Phân biệt biến dị di truyền và không di truyền

Xem lời giải

• Cây mép ruộng cao hơn: các cây cùng kiểu gene, khác điều kiện ánh sáng, dinh dưỡng → mềm dẻo kiểu hình, không di truyền.
• Cây bạch tạng xuất hiện đơn lẻ, không do môi trường riêng của cây đó → nhiều khả năng là đột biến (gene liên quan tổng hợp diệp lục).

Lỗi thường gặp

Mẹo làm bài

Tự kiểm tra nhanh

1. Đúng hay sai: các cây hoa cẩm tú cầu có cùng kiểu gene có thể cho màu hoa khác nhau khi trồng trên đất có pH khác nhau.

Xem đáp án

Đúng. Màu hoa phụ thuộc độ pH của đất (ảnh hưởng tới sự hấp thụ ion khoáng tham gia tạo màu), kiểu gene không đổi.

2. Một giống bò cho sản lượng sữa từ 18 đến 30 lít/ngày tùy chế độ nuôi. Khoảng biến thiên này thể hiện điều gì và có di truyền không?

Xem đáp án

Thể hiện mức phản ứng của giống về sản lượng sữa (rộng, khoảng 12 lít/ngày). Mức phản ứng do kiểu gene quy định nên di truyền được.

3. Vì sao không thể tăng năng suất giống Y ở đồ thị trên lên 7 tấn/ha chỉ bằng cách bón thêm đạm?

Xem đáp án

Từ 120 lên 180 kg N/ha giống Y chỉ tăng 0,1 tấn/ha: năng suất đã gần chạm giới hạn của mức phản ứng do kiểu gene quy định. Muốn vượt giới hạn phải thay giống hoặc cải tạo giống.

4. Tính trạng nào sau đây thường có mức phản ứng hẹp hơn: khối lượng trứng của gà hay màu lông của gà?

Xem đáp án

Màu lông (tính trạng chất lượng) thường có mức phản ứng hẹp; khối lượng trứng là tính trạng số lượng, chịu ảnh hưởng nhiều của thức ăn, chăm sóc.