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

I. Tương tác giữa kiểu gene và môi trường

- Tương tác giữa kiểu gene và môi trường là ảnh hưởng của môi trường lên sự biểu hiện thành kiểu hình của một kiểu gene.

- Đa số tính trạng đơn gene, một kiểu gene thường biểu hiện thành một kiểu hình do không bị ảnh hưởng bởi môi trường.

- Một số tính trạng đơn gene có thể chịu ảnh hưởng của môi trường, dẫn đến kiểu gene có thể biểu hiện thành các kiểu hình khác nhau ở các môi trường khác nhau.

Ví dụ: Mèo Xiêm (Siamese) có kiểu gene đột biến mẫn cảm nhiệt độ có lông màu trắng ở các phần cơ thể ấm nóng, lông màu đen sẫm ở các phần cơ thể lạnh hơn như chân, đuôi, tai,...

- Tính trạng đa gene do nhiều gene chi phối, ví dụ các tính trạng số lượng như khối lượng, chiều cao cơ thể, sản lượng trứng, sữa, năng suất hạt,... → Chịu sự ảnh hưởng đáng kể của yếu tố môi trường và có mức biến dị cao. → Một kiểu gene quy định tính trạng đa gene có thể biểu hiện thành các kiểu hình khác nhau ở các môi trường khác nhau.

- Sự biến đổi về kiểu hình của cùng một kiểu gene ở các môi trường khác nhau được gọi là thường biến. Thường biến chỉ liên quan đến biến đổi về kiểu hình, bị chi phối bởi môi trường sống, không liên quan đến biến đổi kiểu gene → hông di truyền được.

- Thường biến cho thấy sinh vật có khả năng biến đổi và thích nghi trước những thay đổi có tính ngắn hạn hoặc theo chu kỳ của môi trường.

Ví dụ: Sự thay đổi màu lông theo mùa ở một số động vật như cáo tuyết bắc cực, khả năng đổi màu cơ thể của tắc kè đồng màu với màu nền môi trường, sự thay đổi hình dạng lá của cây rau má sống ở trong nước hoặc trên cạn,...

II. Mức phản ứng

1. Khái niệm

- Mức phản ứng là tập hợp kiểu hình của các cá thể có cùng một kiểu gene tương ứng với phạm vi biến đổi của các điều kiện môi trường sống khác nhau.

- Mức phản ứng cho biết ảnh hưởng của sự thay đổi môi trường đối với kiểu hình ở sinh vật.

- Để xác định mức phản ứng, có thể theo dõi và ghi nhận kiểu hình của các cá thể có cùng một kiểu gene khi được nuôi, trồng ở một dãy điều kiện môi trường.

- Sự tương tác giữa kiểu gene và môi trường sống của sinh vật được quan sát thông qua việc lập biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa sự thay đổi môi trường và sự biến đổi kiểu hình.

Ví dụ: Số lượng mắt đơn cấu thành mắt kép ở ruồi giấm Drosophila melanogaster là tính trạng chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường. Để xác định mức phản ứng, người ta cho trứng đã thụ tinh phát triển thành cá thể trưởng thành ở các nhiệt độ khác nhau và đếm số lượng mắt đơn của ruồi giấm.

2. Bản chất di truyền của mức phản ứng

- Kiểu gene mang thông tin di truyền, thông qua phiên mã tạo ra RNA và dịch mã tạo ra chuỗi polypeptide cấu thành protein. Protein thực hiện chức năng và biểu hiện thành kiểu hình của mỗi tính trạng. Kiểu gene quy định kiểu hình ở sinh vật, từ đó quy định mức phản ứng. → Mức phản ứng được di truyền qua các thế hệ ở sinh vật.

Ví dụ: Hoa cẩm tú cầu có mức phản ứng liên quan đến khả năng thay đổi màu hoa khi được trồng ở đất có pH khác nhau là một tính trạng đặc trưng ở loài cây này. 

• Với pH của đất từ 4,5 đến 5,0, hoa có màu xanh.
• Ở pH là 6,5, hoa có màu hồng và đỏ.
• Ở pH > 7,0, hoa có màu tím.

III. Ứng dụng thực tiễn của thường biến và mức phản ứng

- Thường biến được áp dụng trong chăn nuôi, trồng trọt để đạt được năng suất tối đa:

• Áp dụng đúng quy trình kỹ thuật → Tăng năng suất, tăng chất lượng sản phẩm của cùng một loại giống cây trồng/vật nuôi.
• Các yếu tố môi trường như chế độ dinh dưỡng, chăm sóc y tế,... có thể tác động tích cực đối với sự biểu hiện kiểu hình của kiểu gene gây bệnh.

Ví dụ: Ở người bị bệnh phenylketonuria (PKU), một bệnh do rối loạn chuyển hóa phenylalanine, hình thành chất gây độc hệ thần kinh, người có kiểu gene đồng hợp với allele đột biến aa biểu hiện kiểu hình bệnh. → Áp dụng chế độ ăn giảm thiểu phenylalanine ngay từ khi sinh ra thì người đó không biểu hiện kiểu hình bệnh PKU.

- Mức phản ứng được áp dụng trong việc đánh giá khả năng di truyền của những biến dị ở sinh vật và được ứng dụng trong công tác tạo giống.

- Do mức phản ứng được quyết định bởi kiểu gene, việc lựa chọn giống cây trồng, vật nuôi cần dựa vào đặc điểm di truyền của giống để phù hợp với nhu cầu của sản xuất nông nghiệp.

Ví dụ:

• Giống lợn Móng Cái có thể đẻ 10 - 14 con/lứa, giống lợn Bản có thể đẻ 6 - 7 con/lứa.
• Giống lợn ngoại Landrace có thể đạt 80 - 100 kg sau 5 - 6 tháng, trong khi giống lợn khác chỉ đạt khối lượng cơ thể tối đa 50 - 60 kg khi được nuôi trên 12 tháng.

→ Lựa chọn giống lợn phù hợp với việc nuôi để lấy thịt hoặc để gia tăng kích thước đàn vật nuôi.

- Áp dụng kỹ thuật chăn nuôi, trồng trọt phù hợp với đặc điểm di truyền của giống để đạt hiệu quả cao, tránh lãng phí.

IV. Thực hành trồng cây để chứng minh thường biến

Cơ sở lí thuyết

Các cá thể có cùng một kiểu gene có thể biểu hiện thành các kiểu hình khác nhau ở những môi trường khác nhau, phụ thuộc mức phản ứng của kiểu gene đó.

Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ: Chậu trồng cây (túi trồng cây) thể tích 200 - 250 mL hoặc khay trồng cây thể tích 5 L, giá thể (cát sạch, xơ dừa), cốc đong 50 mL có chia vạch, thước đo chính xác đến 1 mm, phương tiện chụp ảnh, bút, giấy.

- Hóa chất: Nước sạch, 2 L dung dịch phân NPK (nồng độ pha trong nước: 1 g/L).

- Mẫu vật: 20 cây khoai lang (nguồn gốc từ giâm hom một củ khoai lang) có chiều cao 10 cm. Mỗi cây trồng trong một chậu riêng biệt hoặc trồng trong khay (5 cây/chậu hoặc khay, mật độ 20 x 20 cm).

Tiến hành

- Đặt các chậu hoặc khay trồng cây ra ngoài sáng.

- Chia các cây thành 2 lô (lô 1 và lô 2), mỗi lô trồng 10 cây, đánh số thứ tự các cây (từ 1 đến 10) theo từng lô.

- Xác định kích thước cây: Đo chiều dài thân, đếm số lá ở thời điểm bắt đầu trồng (ngày 1). Chụp ảnh.

- Chế độ chăm sóc:

• Lô 1: Vào ngày 1, tưới 50 mL nước sạch/cây. Từ ngày 2, mỗi ngày tưới đủ ẩm 30 - 50 mL nước sạch/cây, đều nhau giữa các cây.
• Lô 2: Vào ngày 1, tưới 50 mL dung dịch phân NPK/cây (tưới vào gốc cây). Từ ngày 2, mỗi ngày tưới đủ ẩm 30 - 50 mL nước sạch/cây, đều nhau giữa các cây.
• Lặp lại ở ngày 10 với lượng nước (lô 1) hoặc dung dịch phân NPK (lô 2) như trên.
• Theo dõi sự sinh trưởng của cây: đo chiều dài thân cây, ghi số lá/cây ở lô 1 và lô 2 ở các thời điểm sau 1, 2 và 3 tuần. Chụp ảnh.
• Vẽ biểu đồ sinh trưởng của cây ở mỗi lô và trình bày chung báo cáo.

Báo cáo

- Nhận xét về sự sinh trưởng của các cây ở lô 1 và lô 2.

- Giải thích sự khác nhau về các đặc điểm chiều cao cây, số lá/cây ở lô 1 và lô 2.

- Báo cáo kết quả thí nghiệm theo mẫu.

1. Tương tác giữa kiểu gene và môi trường là ảnh hưởng của môi trường lên sự biểu hiện thành kiểu hình của một kiểu gene.

2. Mức phản ứng là tập hợp kiểu hình của các cá thể có cùng một kiểu gene tương ứng với phạm vi biến đổi của các điều kiện môi trường sống khác nhau.

3. Kiểu gene quy định mức phản ứng của sinh vật. Do đó, mức phản ứng cũng là một tính trạng di truyền.

4. Trong trồng trọt, chăn nuôi, yếu tố di truyền (giống vật nuôi, cây trồng) và yếu tố môi trường (điều kiện dinh dưỡng, khí hậu, thổ nhưỡng,...) đều có vai trò quan trọng trong sự biểu hiện thành kiểu hình liên quan đến năng suất, phẩm chất của vật nuôi, cây trồng.