Lý thuyết trọng tâm

Năng lực học tập của mỗi người là do gene hay do môi trường quyết định? → Cả hai. Kiểu gene quy định khả năng (giới hạn) học tập, còn môi trường (dinh dưỡng, thầy cô, bạn bè, điều kiện học tập…) quyết định mức độ phát huy khả năng đó. Kiểu hình (ở đây là năng lực học tập) luôn là kết quả tương tác giữa kiểu gene và môi trường — đó là tư tưởng xuyên suốt cả bài.

I. Mối quan hệ giữa kiểu gene và môi trường

1. Sự tương tác giữa kiểu gene và môi trường

• Kiểu gene tương tác với môi trường để quy định kiểu hình của cơ thể sinh vật.
• Vai trò của gene: cung cấp thông tin chỉ dẫn bộ máy phân tử của tế bào tạo ra các protein; các protein liên kết với nhau và với các phân tử khác để hình thành nên các đặc điểm kiểu hình.
• Vai trò của môi trường: cung cấp nguyên liệu cho tế bào chuyển hoá vật chất và năng lượng, đồng thời cung cấp các tín hiệu điều hoà biểu hiện gene.
• Môi trường còn có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sự biểu hiện của một kiểu gene: cùng một kiểu gene nhưng ở các điều kiện môi trường khác nhau có thể cho ra những kiểu hình khác nhau – hiện tượng này gọi là thường biến.
• Ví dụ: Cây phù dung (Hibiscus mutabilis) có hoa màu trắng vào buổi sáng, nhưng buổi chiều chuyển sang màu hồng (cùng một cây, cùng kiểu gene, kiểu hình thay đổi theo điều kiện trong ngày).

2. Mức phản ứng

a) Khái niệm

• Kiểu gene chỉ cung cấp thông tin để tạo ra sản phẩm; nhưng sản phẩm có được tạo ra hay không, nhiều hay ít, chất lượng ra sao còn phụ thuộc vào điều kiện môi trường cụ thể.
• Do đó, cùng một kiểu gene có thể cho ra các kiểu hình khác nhau ứng với các môi trường khác nhau. Tập hợp các kiểu hình của cùng một kiểu gene (tương ứng với các điều kiện môi trường khác nhau) được gọi là mức phản ứng của kiểu gene.
• Ví dụ: Những trẻ đồng sinh cùng trứng (cùng kiểu gene) nếu được nuôi dưỡng trong điều kiện môi trường khác nhau sẽ có chiều cao, cân nặng khác nhau. Ở thực vật, các cành cắt ra từ cùng một cây đem trồng ở các điều kiện khác nhau sẽ phát triển thành các cây con có chiều cao khác nhau.
• Bản chất di truyền: Sự di truyền tính trạng thực chất là di truyền mức phản ứng của kiểu gene; các đặc điểm (tính trạng) không được di truyền trực tiếp từ thế hệ này sang thế hệ khác – cái được truyền là kiểu gene (khả năng phản ứng), còn kiểu hình do kiểu gene tương tác với môi trường tạo nên.

b) Vận dụng thực tiễn

Hiểu biết về mức phản ứng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:

• Trong y học: Nghiên cứu mức phản ứng của các gene gây bệnh giúp điều chỉnh các yếu tố môi trường (thức ăn, luyện tập, sinh hoạt…) để giảm nhẹ triệu chứng. Ví dụ: Bệnh phenylketonuria (PKU) do gene lặn trên NST thường làm mất khả năng tổng hợp enzyme chuyển hoá amino acid phenylalanine, khiến chất này tích tụ gây tổn thương não, chậm phát triển trí tuệ. Nếu phát hiện sớm trẻ mang kiểu gene đồng hợp lặn, áp dụng chế độ ăn kiêng hạn chế phenylalanine thì có thể giảm nhẹ hoặc không biểu hiện triệu chứng.
• Trong nông nghiệp: Kiểu gene = giống, môi trường = điều kiện canh tác/chăm sóc, kiểu hình = năng suất. Người ta chọn, tạo giống có mức phản ứng rộng về các tính trạng năng suất để cho năng suất cao và thích nghi nhiều điều kiện canh tác. Khi dùng giống mới, nhà nông cần tuân thủ hướng dẫn của nhà sản xuất (trồng đúng thời vụ, bón phân đúng loại – đúng liều – đúng thời điểm…) để giống biểu hiện kiểu hình tối ưu.
• Trong giáo dục và phát triển thể chất: Để đạt sức khoẻ, tầm vóc tối đa theo kiểu gene, cần dinh dưỡng đầy đủ – cân đối, kết hợp vận động và sinh hoạt phù hợp lứa tuổi. Để phát huy hết năng lực học tập vốn có, ngoài các yếu tố trên cần tạo môi trường học tập phù hợp (trang thiết bị, thầy cô, bạn bè…).

II. Thành tựu chọn, tạo giống bằng các phương pháp lai hữu tính

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

• Giống cây trồng: là một quần thể cây trồng phân biệt được với quần thể khác qua 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 sử dụng.
• 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; có số lượng đủ để nhân giống và di truyền đặc điểm cho đời sau. Dòng là một nhóm vật nuôi trong giống, mang đặc điểm chung của giống nhưng có đặc điểm riêng đã ổn định.
• Chọn giống: là việc con người phát hiện những cá thể có đặc điểm di truyền ưa thích rồi cho lai với nhau để tạo ra các dòng, giống thuần chủng (đã có từ xa xưa, trước cả khi hiểu cơ chế di truyền).
• Tạo giống thường gồm các bước: (1) tạo các dòng thuần chủng khác nhau → (2) lai các dòng với nhau để tìm cá thể có tổ hợp đặc tính mong muốn → (3) nhân giống và chọn lọc ra giống thuần chủng.
• Các dòng/giống thuần chủng cũng có thể được lai để tìm tổ hợp cho ưu thế lai cao (con lai có năng suất, sức chống chịu cao vượt trội so với bố mẹ) — gọi là phép lai kinh tế.

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

• Ở Việt Nam: nhiều giống đặc sản là sản phẩm của chọn lọc, nhân giống lâu đời. Ví dụ: giống gà Đông Tảo (Hưng Yên) nay được công nhận là giống quốc gia.
• Trên thế giới: nhiều giống cao sản được tạo ra qua lai giống và chọn lọc. Ví dụ: giống lợn Landrace (Đan Mạch) lai từ lợn địa phương với giống Large White, sau đó chọn lọc thành lợn siêu nạc năng suất cao (phổ biến cả ở Việt Nam); giống bò Blanc-Blue-Belgium (BBB) lai từ bò thuần chủng của Bỉ với bò Shorthorn của Anh, tăng trưởng cơ bắp cao hơn ~40%, con đực trưởng thành nặng 900–1 250 kg.

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

• Giống lúa ST25 (Cần Thơ): chống chịu bệnh, gạo hạt dài, thơm, được công nhận là gạo ngon nhất thế giới năm 2019. Được tạo ra từ cây lúa đột biến (thân tím, hạt dài) trong giống CD20, qua lai tạo hàng chục năm với nhiều dòng; cho gạo ngon nhất khi trồng theo quy trình lúa hữu cơ kết hợp nuôi tôm.
• Giống Đài thơm 8 (do SSC lai tạo): trồng nhiều ở Đồng bằng sông Cửu Long, Đông Nam Bộ; cứng cây không đổ, bông to, có thể đạt ~10 tấn/ha, gạo ngon.
• Giống lúa lai KC06-1: năng suất 8,5–10 tấn/ha, thuộc nhóm cao nhất ở Việt Nam.
• Một số cây ăn quả nổi tiếng (nhãn lồng Hưng Yên, bưởi da xanh, cam, táo…) cũng được tạo ra bằng chọn lọc hoặc lai tạo kết hợp chọn lọc.

Kiến thức nền để giải bài tập

1. Phân biệt thường biến và mức phản ứng (rất hay nhầm):

• Thường biến là những biến đổi kiểu hình của cùng một kiểu gene khi môi trường thay đổi (là hiện tượng cụ thể, ta quan sát thấy).
• Mức phản ứng là tập hợp tất cả các kiểu hình mà một kiểu gene có thể tạo ra trong các môi trường khác nhau (là giới hạn/khả năng do kiểu gene quy định). Nói gọn: thường biến là biểu hiện cụ thể, mức phản ứng là toàn bộ “biên độ” có thể có.

2. Đặc điểm của thường biến:

• Xảy ra đồng loạt, theo hướng xác định, tương ứng với điều kiện môi trường.
• Không liên quan đến biến đổi kiểu gene → không di truyền được.
• Thường có lợi, giúp cơ thể thích nghi với sự thay đổi của môi trường.

3. Phân biệt thường biến với đột biến (dấu hiệu chốt để giải bài tập):

4. Mức phản ứng rộng – hẹp (kiến thức bổ trợ, hay gặp trong bài tập):

• Tính trạng số lượng (năng suất, khối lượng, sản lượng sữa, số hạt…): chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường → mức phản ứng rộng.
• Tính trạng chất lượng (màu sắc, tỉ lệ chất trong sản phẩm…): ít chịu ảnh hưởng của môi trường → mức phản ứng hẹp.
• Lưu ý quan trọng: mức phản ứng (rộng hay hẹp) do kiểu gene quy định; môi trường chỉ quyết định kiểu hình cụ thể nằm trong giới hạn đó.

5. Công thức tư duy “kiểu hình”: Kiểu hình = Kiểu gene × Môi trường. Không tính trạng nào do “100% gene” hay “100% môi trường” — luôn là sự tương tác của cả hai.

Phương pháp giải các dạng bài tập

Dạng 1: Phân biệt thường biến với đột biến; nhận biết mức phản ứng

Cách làm: Hỏi 3 câu để chốt: (1) Hiện tượng có làm thay đổi kiểu gene không? (2) Xuất hiện đồng loạt theo hướng xác định hay riêng lẻ ngẫu nhiên? (3) Có di truyền cho đời sau không? → Đổi kiểu gene + riêng lẻ + di truyền được = đột biến; không đổi kiểu gene + đồng loạt + không di truyền = thường biến.

Ví dụ 1. Một ruộng lúa cùng giống (cùng kiểu gene), phần được bón phân đầy đủ thì cây cao, lá xanh tốt; phần thiếu phân thì cây thấp, lá vàng. Hiện tượng này là gì?

• Cùng kiểu gene, kiểu hình khác nhau do điều kiện môi trường (phân bón) → không đổi kiểu gene, xuất hiện đồng loạt theo hướng xác định, không di truyền.
• Kết luận: đây là thường biến, không phải đột biến.

Ví dụ 2. Trong một đàn vật nuôi cùng giống, đột nhiên xuất hiện một con mang đặc điểm khác lạ và đặc điểm này truyền lại cho đời sau. Đây là thường biến hay đột biến?

• Xuất hiện riêng lẻ (một cá thể), di truyền được cho đời sau → bản chất đã có biến đổi vật chất di truyền.
• Kết luận: đây là đột biến, không phải thường biến.

Dạng 2: Giải thích hiện tượng thường biến do môi trường và đề xuất thí nghiệm kiểm chứng

Cách làm: Bước 1 — nêu giả thuyết: tính trạng do một kiểu gene quy định, nhưng biểu hiện phụ thuộc vào một yếu tố môi trường (nhiệt độ, ánh sáng, pH đất…). Bước 2 — thiết kế thí nghiệm: lấy các cá thể/bộ phận cùng kiểu gene, thay đổi một yếu tố môi trường rồi so sánh kiểu hình (có nhóm đối chứng).

Ví dụ 1 (SGK – Luyện tập 1: Thỏ Himalaya). Thỏ Himalaya nuôi ở ≤ 25 °C có tai, đuôi, đầu các chi, mõm màu đen, còn thân lông trắng; nuôi ở ≥ 30 °C thì toàn thân lông trắng. Hãy đưa ra giả thuyết giải thích và đề xuất thí nghiệm kiểm chứng.

• Giả thuyết: Màu lông do gene quy định enzyme tổng hợp sắc tố melanin (sắc tố đen). Enzyme này chỉ hoạt động ở nhiệt độ thấp, bị bất hoạt ở nhiệt độ cao. Các bộ phận đầu mút (tai, đuôi, chân, mõm) toả nhiệt nhiều nên nhiệt độ thấp hơn → enzyme hoạt động → tổng hợp melanin → lông đen; phần thân (và khi nuôi ở ≥ 30 °C) nhiệt độ cao → enzyme bất hoạt → không tạo melanin → lông trắng. (Đây là thường biến — cùng kiểu gene, kiểu hình thay đổi theo nhiệt độ.)
• Thí nghiệm kiểm chứng (cách đơn giản): Cạo một vùng lông trắng ở lưng thỏ, buộc/chườm nước đá giữ lạnh vùng đó một thời gian → nếu lông mọc lại có màu đen thì giả thuyết đúng (nhiệt độ thấp làm xuất hiện lông đen).
• Thí nghiệm kiểm chứng (cách so sánh nhóm): Chia thỏ cùng kiểu gene thành 2 nhóm: nhóm 1 nuôi ở ≤ 25 °C, nhóm 2 nuôi ở ≥ 30 °C; các điều kiện khác giữ như nhau. Dự đoán: nhóm 1 có lông đen ở tai – đuôi – chi – mõm, nhóm 2 toàn thân lông trắng → khẳng định nhiệt độ ảnh hưởng đến biểu hiện gene màu lông.

Ví dụ 2. Cây hoa cẩm tú cầu có cùng kiểu gene nhưng cho màu hoa khác nhau (xanh, hồng, tím) tùy nơi trồng. Hãy giải thích và nêu cách kiểm chứng.

• Giả thuyết: màu hoa cẩm tú cầu là thường biến, phụ thuộc vào độ pH (độ chua) của đất: đất chua cho màu thiên xanh, đất kiềm cho màu thiên hồng. Kiểu gene không đổi, chỉ kiểu hình thay đổi theo môi trường.
• Kiểm chứng: trồng các cây giâm/chiết từ cùng một cây mẹ (cùng kiểu gene) vào các chậu đất có pH khác nhau, giữ các điều kiện khác như nhau → so sánh màu hoa.

Dạng 3: Vận dụng hiểu biết về mức phản ứng vào thực tiễn

Cách làm: Với bệnh rối loạn chuyển hoá bẩm sinh do gene lặn làm mất một enzyme → cơ chất bị tích tụ gây độc. Hướng can thiệp không sửa được gene nhưng có thể điều chỉnh môi trường (chế độ ăn) để giảm/loại cơ chất → giảm nhẹ triệu chứng. Với chọn giống, chọn giống có mức phản ứng rộng và cung cấp điều kiện canh tác tối ưu để đạt năng suất cao.

Ví dụ 1 (SGK – Luyện tập 3: Bệnh galactosemia). Trẻ bị galactosemia có gene lặn làm mất enzyme chuyển hoá đường galactose, khiến galactose tích tụ trong máu và tế bào gây hàng loạt triệu chứng. Tác động môi trường nào giúp giảm nhẹ triệu chứng?

• Vì không thể tổng hợp enzyme phân giải galactose, cần hạn chế/loại bỏ nguồn cung galactose trong khẩu phần — chủ yếu là sữa và các chế phẩm từ sữa (chứa đường lactose, khi tiêu hoá tạo ra galactose), thay bằng sữa/thực phẩm không chứa lactose.
• Áp dụng sớm chế độ ăn này → galactose không bị tích tụ → giảm nhẹ hoặc không biểu hiện triệu chứng. (Nguyên lí giống cách xử trí bệnh PKU bằng ăn kiêng phenylalanine.)

Ví dụ 2. Một giống lúa được quảng cáo “năng suất 10 tấn/ha”. Vì sao trồng cùng giống đó mà có hộ chỉ đạt 6 tấn/ha? Nên làm gì để đạt năng suất tối đa?

• Năng suất là tính trạng số lượng, có mức phản ứng rộng, phụ thuộc mạnh vào điều kiện canh tác (đất, nước, phân bón, thời vụ, sâu bệnh…). Cùng kiểu gene (cùng giống) nhưng môi trường khác nhau → kiểu hình (năng suất) khác nhau.
• Giải pháp: tuân thủ đúng hướng dẫn kĩ thuật của nhà sản xuất giống (đúng thời vụ, bón phân đúng loại – liều – thời điểm, phòng trừ sâu bệnh…) để giống biểu hiện kiểu hình tối ưu trong giới hạn mức phản ứng của nó.

Sai lầm thường gặp

Cô Nguyễn Ngọc Châu

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Sinh Học THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Sinh học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ AT sinh học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Trần Phú