1. Kiểu gene và kiểu hình
- Kiểu gene là toàn bộ các gene trong tế bào của một cá thể (thường chỉ xét một hoặc một vài gene liên quan đến tính trạng). Kiểu gene quy định mức phản ứng của cơ thể trước các điều kiện môi trường khác nhau.
- Kiểu hình là tập hợp các đặc điểm hình thái, sinh lí, sinh thái quan sát hoặc đo lường được của cơ thể: màu sắc, hình dạng, khối lượng, năng suất, chất lượng sản phẩm...
Kiểu hình là kết quả của sự tương tác giữa kiểu gene và môi trường:
Bố mẹ không truyền cho con những tính trạng đã hình thành sẵn mà truyền một kiểu gene.
| Tiêu chí | Kiểu gene | Kiểu hình |
| Bản chất | Tập hợp các gene trong tế bào | Đặc điểm nhận biết được của cơ thể |
| Quan sát | Không quan sát trực tiếp | Quan sát trực tiếp hoặc đo lường được |
| Ảnh hưởng của môi trường | Ít thay đổi theo môi trường | Dễ biến đổi theo điều kiện sống |
| Vai trò trong chọn giống | Cơ sở di truyền được lựa chọn, thu gom | Đối tượng để đánh giá, chọn lọc |
2. Tương tác giữa kiểu gene và môi trường
- 1.Các yếu tố môi trường (nhiệt độ, nước, chất dinh dưỡng, ánh sáng, sâu bệnh...) tác động lên cơ thể sinh vật.
- 2.Các yếu tố đó làm thay đổi hoạt động của quá trình trao đổi chất, sinh hóa bên trong tế bào và mô.
- 3.Kết quả là mức độ biểu hiện của kiểu hình thay đổi, nhưng chỉ trong mức phản ứng do kiểu gene quy định.
- Thường biến (sự mềm dẻo kiểu hình): hiện tượng một kiểu gene có thể thay đổi kiểu hình trước các điều kiện môi trường khác nhau. Thường biến không làm thay đổi kiểu gene nên không di truyền; giúp sinh vật thích nghi với môi trường. Ví dụ: hoa cẩm tú cầu có màu khác nhau tuỳ độ pH của đất; thỏ Himalaya có lông trắng muốt ở thân nhưng lông đen ở tai, mũi, bàn chân, đuôi (nơi nhiệt độ thấp hơn).
- Mức phản ứng: 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; tính trạng số lượng (năng suất, sản lượng sữa…) thường có mức phản ứng rộng, tính trạng chất lượng thường có mức phản ứng hẹp. Kiểu gene tốt chỉ phát huy hết năng suất khi môi trường phù hợp.
| Tiêu chí | Biến dị di truyền | Thường biến |
| Nguyên nhân | Kiểu gene thay đổi (đột biến, biến dị tổ hợp) | Sự khác nhau của điều kiện sống |
| Nội dung thay đổi | Thông tin di truyền bị thay đổi | Kiểu gene không đổi, chỉ kiểu hình thay đổi |
| Di truyền cho con cái | Có di truyền | Không di truyền |
| Vai trò | Nguyên liệu cho chọn giống, tiến hoá | Giúp sinh vật thích nghi với thay đổi của môi trường |
3. Vai trò của kiểu gene và môi trường đối với năng suất
Năng suất cây trồng, vật nuôi là kết quả của sự tương tác giữa kiểu gene và môi trường. Muốn đạt năng suất cao cần kết hợp giống tốt với kĩ thuật canh tác phù hợp.
- Về cây trồng: môi trường ảnh hưởng đến năng suất qua nguồn nước, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, ánh sáng, sâu bệnh...
- Về vật nuôi: chế độ dinh dưỡng, chuồng trại, vệ sinh phòng bệnh tác động đến sinh trưởng, sinh sản.
- Như vậy, năng suất cao đòi hỏi hai nhóm biện pháp: (1) chọn giống có kiểu gene tốt; (2) tạo điều kiện môi trường phù hợp như tưới tiêu, bón phân bón hợp lí, phòng trừ sâu bệnh, chọn đúng vùng sinh thái.
- Do đó, khảo nghiệm giống phải tiến hành trên nhiều môi trường khác nhau, rồi mới kết luận giống có ổn định năng suất và phạm vi trồng phù hợp hay không.
4. Thành tựu chọn giống và ứng dụng
Chọn giống là quá trình thu gom, hội tụ các kiểu gene tốt vào cùng một cơ thể, tạo thành giống mới gồm các kiểu gene mong muốn. Nguyên liệu cho chọn giống là những biến dị di truyền phát sinh do đột biến và biến dị tổ hợp.
| Mục tiêu chọn giống | Đặc điểm mong muốn của giống |
| Năng suất | Cao và ổn định trên nhiều vùng sinh thái |
| Chất lượng | Thành phần dinh dưỡng tốt, hương vị tốt, dễ chế biến, bảo quản được lâu |
| Khả năng chống chịu | Kháng sâu bệnh, chịu hạn, chịu mặn, chịu ngập úng, thích nghi biến đổi khí hậu |
| Thuận lợi canh tác | Ra hoa tập trung, thu hoạch đồng loạt, trồng được nhiều vụ trong năm |
- 1.Sàng lọc, chọn lọc cá thể mang kiểu gene tốt trong các quần thể tự nhiên và trong đàn giống đang nuôi, đang trồng.
- 2.Lai giữa các giống trong loài hoặc lai xa để kết hợp tính trạng tốt của bố và mẹ vào một cơ thể, chẳng hạn sử dụng ưu thế lai để tạo giống ngô lai.
- 3.Gây đột biến nhân tạo để tạo kiểu gene mới mà tự nhiên chưa có, rồi chọn lọc các cá thể đột biến có lợi.
- 4.Ứng dụng công nghệ gene, kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào để nhân nhanh cá thể mang kiểu gene tốt, tạo giống biến đổi gene đạt mục tiêu mà giao phối thường chưa đạt được.
- Nhiều giống lúa mới đã được chọn tạo và nhập nội, trong đó có các giống cho năng suất cao, chất lượng gạo tốt; các giống cây trồng chịu mặn, chịu ngập phù hợp vùng Đồng bằng sông Cửu Long và vùng ven biển.
- Các giống ngô lai, rau màu, cây ăn quả được lai tạo theo hướng năng suất cao, phẩm chất tốt.
- Vật nuôi: giao phối cải tạo đàn gà, lợn, bò sữa giữa giống nhập nội với giống địa phương giúp tăng năng suất thịt, trứng, sữa và tăng tỉ lệ thịt nạc.
5. Ví dụ minh hoạ
Một giống lúa (các cây có cùng một kiểu gene) được trồng ở ba vùng có điều kiện canh tác khác nhau. Năng suất thu được như sau (đơn vị: tạ/ha):
| Vùng | I (đất tốt, nhiều phân bón, đủ nước) | II (đất thường) | III (thiếu nước, ít phân bón) |
| Năng suất giống A | 55 | 46 | 38 |
Giải thích tại sao cùng một giống nhưng năng suất lại khác nhau.
Lời giải · 2 bước
Các cây giống A có cùng kiểu gene nên có cùng một mức phản ứng. Sự khác nhau về năng suất (55, 46, 38 tạ/ha) là do môi trường (đất, nước, dinh dưỡng) ở mỗi vùng khác nhau làm thay đổi mức độ biểu hiện của kiểu gene.
Bước 2
Nhận xét: vùng I có điều kiện tốt nhất nên kiểu gene của giống A biểu hiện gần với mức tối đa; vùng III điều kiện xấu nên kiểu gene tốt cũng không phát huy được. Bài học: muốn khai thác hết giống A, ngoài chọn giống tốt còn phải cải thiện phân bón, nước tưới và sinh thái canh tác cho phù hợp.
6. Câu hỏi vận dụng
Tại sao có thể khẳng định năng suất cây trồng là kết quả của sự tương tác giữa kiểu gene và môi trường?
Gợi ý trả lời
Vì năng suất là một tính trạng kiểu hình. Nó chỉ đạt mức cao khi kiểu gene tốt đồng thời điều kiện nước, phân bón, ánh sáng, sâu bệnh... phù hợp. Thiếu một trong hai yếu tố thì di truyền năng suất cao không được phát huy.
Một hộ trồng giống lúa mới cho năng suất rất cao ở Đồng bằng sông Cửu Long nhưng đem trồng ở vùng cao lại cho năng suất thấp. Phân tích nguyên nhân và đề xuất hướng xử lí.
Gợi ý trả lời
Năng suất là tính trạng phụ thuộc nhiều vào môi trường: ở vùng cao khí hậu, đất, lượng mưa, nhiệt độ không đáp ứng yêu cầu của giống. Cần chọn giống có kiểu gene phù hợp vùng cao (kháng rét, ra hoa ít nhạy nhiệt độ) và cải thiện kĩ thuật (làm đất, bón phân theo đất núi) hoặc chuyển sang giống khác qua khảo nghiệm tại chỗ.
Trong chăn nuôi, người ta thường dùng lai giữa giống bản địa với giống nhập nội. Theo em, việc này khai thác những đặc điểm nào của kiểu gene?
Gợi ý trả lời
Lai giúp hội tụ kiểu gene tốt của hai bên: giống bản địa quen khí hậu, khỏe mạnh, ít bệnh; giống nhập nội có sinh trưởng nhanh, năng suất cao. Con lai nhờ hiện tượng ưu thế lai thường cho năng suất cao hơn bố mẹ.