1. Bản chất của thường biến
Thường biến là những biến đổi kiểu hình của cùng một kiểu gene trước các điều kiện môi trường khác nhau, không làm thay đổi kiểu gene. Vì vậy, thường biến không di truyền cho thế hệ sau. Nếu nguyên nhân môi trường không còn và điều kiện sống trở lại bình thường, sinh vật có thể trở lại trạng thái ban đầu.
Các yếu tố môi trường thường gây thường biến ở cây trồng:
- Dinh dưỡng: thiếu hoặc thừa nguyên tố khoáng, đặc biệt là nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K).
- Nước: thiếu nước làm cây còi cọc, lá khô héo; dư nước quá mức gây úng, rễ thối.
- Ánh sáng: cây thiếu sáng mọc cao, thân nhỏ, lá vàng; cây đủ sáng phát triển khỏe, lá xanh đậm.
- Nhiệt độ, độ ẩm: ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng, kích thước cơ quan.
Khi thế hệ sau được sinh ra từ cây mang thường biến và sống trong điều kiện môi trường bình thường, đặc điểm quay về như cây đối chứng. Đó là bằng chứng quan trọng để phân biệt thường biến với biến dị do đột biến hoặc biến dị tổ hợp.
2. Thiết kế và tiến hành thí nghiệm
Mục tiêu của thực hành là kiểm soát môi trường để xem sự thay đổi hình thái diễn ra như thế nào trên các cơ thể có cùng kiểu gene.
2.1 Nguyên tắc thiết kế
- Dùng cùng một giống cây, hạt đồng loạt về kích cỡ, tuổi.
- Chia thành các nhóm thí nghiệm; có ít nhất một nhóm đối chứng được trồng trong điều kiện bình thường, đầy đủ.
- Các nhóm khác nhau duy nhất một yếu tố cần kiểm tra (hoặc một số yếu tố kết hợp), các yếu tố còn lại giữ giống nhau.
- Mỗi nhóm nên dùng nhiều chậu lặp lại để giảm sai số.
2.2 Quy trình thực hiện
- 1.Chuẩn bị: chọn giống cây sinh trưởng nhanh (đậu Hà Lan, đậu xanh, lúa, cải bẹ, cà chua...); chậu trồng, đất/dung dịch dinh dưỡng, thước đo, nhãn ghi rõ tên nhóm.
- 2.Chuẩn bị điều kiện môi trường khác nhau: ví dụ nhóm đối chứng (dung dịch cân bằng), nhóm thiếu phân đạm, nhóm thiếu nước, nhóm ít ánh sáng.
- 3.Gieo trồng: gieo hạt, cho nảy mầm; chuyển cây con ra chậu đã phân chia nhóm; đặt các nhóm vào vị trí có chế độ môi trường tương ứng.
- 4.Quan sát và ghi nhận: sau khoảng 1520 ngày, đo chiều cao cây, đếm số lá, quan sát màu sắc lá, cân khối lượng tươi (nếu có thể). Ghi số liệu theo bảng.
- 5.Xử lí kết quả: tính giá trị trung bình mỗi nhóm; vẽ biểu đồ cột so sánh; nhận xét sự khác biệt.
- 6.Trồng lại để kiểm chứng di truyền: lấy hạt từ cây của các nhóm thí nghiệm gieo lại trong điều kiện hoàn toàn giống nhau, quan sát đặc điểm thế hệ sau.
2.3 Bảng ghi nhận định lượng
Có thể dùng mẫu bảng sau để tổng hợp số liệu chiều cao cây (đơn vị: cm) sau 20 ngày (số liệu minh hoạ).
| Nhóm thí nghiệm | Số cây | Tổng chiều cao | Chiều cao trung bình |
| Đối chứng | 10 | 152,0 | 15,2 |
| Thiếu phân đạm | 10 | 104,5 | 10,45 |
| Thiếu nước | 10 | 88,0 | 8,8 |
| Ít ánh sáng | 10 | 161,0 | 16,1 |
Cây nhóm ít ánh sáng có thể cao hơn đối chứng nhưng thân thường yếu, mảnh, lá vàng nhạt. Chiều cao lớn chưa chắc là khỏe mạnh; cần quan sát tổng hợp nhiều đặc điểm hình thái.
3. Xử lí kết quả và giải thích
Từ bảng số liệu ở mục trên, em hãy nhận xét ảnh hưởng của môi trường đến sự sinh trưởng của cây và cho biết đặc điểm này có được di truyền không.
Lời giải · 3 bước
Nhìn bảng, các nhóm sống trong điều kiện bất lợi đều bị còi cọc hơn hẳn nhóm đối chứng: nhóm thiếu phân đạm chỉ cao trung bình 10,45 cm, nhóm thiếu nước chỉ 8,80 cm, trong khi nhóm đối chứng đạt 15,20 cm. Nhóm ít ánh sáng cao 16,10 cm nhưng thân thường cong queo, lá nhạt màu.
Bước 2
Sự khác biệt này xuất phát từ hai nguyên nhân: (1) thiếu dinh dưỡng và nước làm giảm quá trình quang hợp và tổng hợp chất, cây sinh trưởng chậm; (2) thiếu ánh sáng kích thích cây vươn dài thân do cơ chế sinh lí thích nghi.
Bước 3
Vì các nhóm đều có cùng kiểu gene, sự thay đổi hoàn toàn do môi trường, tức là thường biến. Nếu lấy hạt từ nhóm thiếu dinh dưỡng gieo lại điều kiện đủ dinh dưỡng, cây con sẽ sinh trưởng bình thường.
4. Ý nghĩa của thí nghiệm
- Giải thích tự nhiên: chứng minh môi trường có vai trò tác động trực tiếp đến quá trình sinh trưởng, phát triển hình thái của sinh vật.
- Cơ sở thực tiễn: trong sản xuất, cần áp dụng biện pháp chăm sóc hợp lí (tưới tiêu, bón phân, chiếu sáng, làm đất...) để cây đạt năng suất và chất lượng cao.
- Trong chọn và xét duyệt giống: một giống mới phải được thử nghiệm trên nhiều vùng, nhiều điều kiện canh tác khác nhau; kết quả vùng này chưa chắc đại diện cho vùng khác do môi trường tác động.
- Phân biệt kiểu gene và kiểu hình: thường biến là minh chứng rõ ràng cho mối quan hệ giữa kiểu gene, kiểu hình và môi trường.
5. Câu hỏi vận dụng
Tại sao trong thí nghiệm phải dùng cùng một giống cây và mỗi nhóm nên có nhiều chậu lặp lại?
Gợi ý trả lời
Dùng cùng một giống để đảm bảo các cơ thể có cùng kiểu gene; nhiều chậu lặp lại nhằm giảm sai số ngẫu nhiên, giúp kết luận bền vững hơn.
Một học sinh cho rằng: “Nhóm ít ánh sáng cao hơn đối chứng nên cây phát triển tốt hơn.” Em có đồng ý không? Vì sao?
Gợi ý trả lời
Không đồng ý. Cần xét tổng hợp: cây yếu ánh sáng thường thân nhỏ, mảnh, dễ đổ, lá vàng, sinh khối thấp. Chiều cao đơn thuần không phản ánh toàn diện sức khỏe cây.
Nếu lấy hạt của cây sinh trưởng kém do thiếu dinh dưỡng và gieo trong điều kiện đầy đủ dinh dưỡng, kết quả sẽ như thế nào? Điều đó chứng minh điều gì?
Gợi ý trả lời
Cây con sẽ phát triển bình thường như nhóm đối chứng. Điều đó chứng minh sự thay đổi hình thái do thiếu dinh dưỡng là thường biến, kiểu gene không bị thay đổi và không di truyền.