Sách giáo khoa Sinh lớp 11

SINH HỌC LỚP 11 Sinh thái học I. Sinh thái học cá thể 1. Môi trường và các nhân tố sinh thái 2. Sự thích nghi của sinh vật với môi trường sống II. Quần xã và hệ sinh thái 1. Quần thể 2. Quần xã sinh vật 3. Diễn thế sinh thái 4. Hệ sinh thái III. Sinh quyển và con người 1. Sinh quyển và tài nguyên 2. Tác động của con người và hậu quả của nó đối với sinh quyển 3. Bảo vệ môi trường và phát triển bền vững Cơ sở di truyền học I. Cơ sở vật chất và cơ chế di truyền 1. Cơ sở vật chất và cơ chế di truyền ở cấp độ phân tử axit nuclêic và prôtêin 2. Sinh tổng hợp prôtêin 3. Cơ sở vật chất và cơ chế di truyền ở cấp độ tế bào II. Các quy luật di truyền 1. Menđen và di truyền học 2. Lai một cặp tính trạng 3. Lai hai và nhiều cặp tính trạng 4. Liên kết gen 5. Hoán vị gen 6. Tác động qua lại giữa các gen 7. Sự di truyền giới tính 8. Di truyền liên kết với giới tính 9. Sự di truyền qua tế bào chất Sinh thái học là môn khoa học nghiên cứu những mối quan hệ tương hỗ giữa các sinh vật, cũng như giữa sinh vật với môi trường sống. Nắm vững các quy luật sinh thái , con người sẽ biết cách sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên sinh học và giải quyết nhiều nhiệm vụ có liên quan tới đời sống và kinh tế. Sinh thái học cá thể nghiên cứu các mối quan hệ của cá thể sinh vật với môi trường sống. Khái niệm môi trường và các nhân tố sinh thái Ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái lên cơ thể sinh vật Những qui luật sinh thái cơ bản KHÁI NIỆM MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI Mỗi sinh vật đều cần có nơi sinh sống : cá bơi trong nước, chim bay lượn trên không, hươu, nai sống trong rừng... Cỏ cây là nguồn thức ăn của hươu nai, là nhân tố tác động trực tiếp đến cuộc sống của chúng. Tuy nhiên, mọi sinh vật và các hiện tượng tự nhiên khác diễn ra trong rừng (hổ, báo, nắng mưa, bão,lũ...) cũng ít nhiều trực tiếp hay gián tiếp tác động đến cuộc sống của chúng. Rừng là môi trường sống của hươu, nai ; cỏ cây, nắng, mưa, hổ, báo... là các nhân tố sinh thái trong môi trường. Vậy "Môi trường bao gồm tất cả những gì bao quanh sinh vật, tất cả các yếu tố vô sinh vá hữu sinh có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự sống, phát triển và sinh sản của sinh vật". Có bốn loại môi trường phổ biến : môi trường đất, môi trường nước, môi trường không khí và môi trường sinh vật. Có ba nhóm nhân tố sinh thái : - Nhân tố vô sinh, bao gồm tất cả các yếu tố không sống của thiên nhiên có ảnh hưởng đến cơ thể

Page 1 of 56Mucluc

4/1/2009file://C:\Documents and Settings\computer\Local Settings\Temp\~hh31F4.htm

sinh vật như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm v.v... - Nhân tố hũu sinh, bao gồm mọi tác động của các sinh vật khác lên cơ thể sinh vật. - Nhân tố con nguời, bao gồm mọi tác động trực tiếp hay gián tiếp của con người lên cơ thể sinh vật. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI LÊN CƠ THỂ SINH VẬT A. Ảnh hưởng của các nhân tố vô sinh 1. Nhiệt độ Nhiệt độ ảnh hưởng thường xuyên tới các hoạt động sống của sinh vật.

Thực vật và các động vật biến nhiệt như ếch nhái, bò sát phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ môi trường tăng hay giảm thì nhiệt độ cơ thể của chúng cũng tăng, giảm theo. Động vật đẳng nhiệt như chim và thú do có khả năng điều hòa và giữ được thân nhiệt ổn định nên có thể phát tán và sinh sống khắp nơi. Ví dụ, ở vùng băng giá Cực Bắc (lạnh tới - 40o C) vẫn có loài cáo cực (thân nhiệt 38oC) và gà gô trắng (thân nhiệt 43oC) sinh sống. Các loài sinh vật phản ứng khác nhau với nhiệt độ. Ví dụ, cá rô phi ở nước ta chết ở nhiệt độ dưới 5,6oC và trên 42oC và phát triển thuận lợi nhất ở 30oC. Nhiệt độ 5,6oC gọi là giới hạn dưới, 42oC gọi là giới hạn trên và 30oC là điểm cực thuận của nhiệt độ đối với cá rô phi ở Việt Nam. Từ 5,6oC đến 42oC gọi là giới hạn chịu đựng hay giới hạn sinh thái về nhiệt độ của cá rô phi ở Việt Nam.

Nhiệt độ môi trường tăng lên làm tăng tốc độ của các quá trình sinh lí trong cơ thể sinh vật. Ở động vật biến nhiệt, nhiệt độ môi trường càng cao chu kì sống của chúng càng ngắn. Ví dụ, ruồi giấm có chu kì sống (từ trứng đến ruồi trưởng thành) ở 25oC là 10 ngày đêm còn ở 18oC là 17 ngày đêm. Sự biến đổi của nhiệt độ môi trường cũng ảnh hưởng tới các đặc điểm hình thái (nóng quá cây sẽ bị

Page 2 of 56Mucluc


cằn) và sinh thái (chim di trú vào mùa đông, gậm nhấm ở sa mạc ngủ hè vào mùa khô nóng) Sinh vật cũng chịu tác động của độ ẩm, ánh sáng... như đối với nhiệt độ theo cách trên : Có giới hạn chịu đựng dưới và trên đối với mỗi nhân tố sinh thái ấy (giới hạn dưới và giới hạn trên); có một điểm cực thuận (ở đó sinh vật phát triển thuận lợi nhất). 2. Độ ẩm và nước Nước là thành phần quan trọng của cơ thể sinh vật : chiếm từ 50% đến 98% khối lượng của cây, từ 50% (ở Thú) đến 99% (ở Ruột khoang) khối lượng cơ thể động vật. Mỗi động vật và thực vật ở cạn đều có một giới hạn chịu đựng về độ ẩm. Loại châu chấu di cư có tốc độ phát triển nhanh nhất ở độ ẩm 70%. Có sinh vật ưa ẩm (thài lài, ráy, muỗi, ếch nhái...), có sinh vật ưa khô (cỏ lạc đa`, xương rồng, nhiều loại thằn lằn, chuột thảo nguyên). Nước ảnh hưởng lớn tới sự phân bố của sinh vật. Trên sa mạc có rất ít sinh vật, còn ở vùng nhiệt đới ẩm và nhiều nước thì sinh vật rất đông đúc. 3. Ánh sáng Ánh sáng Mặt Trời là nguồn năng lượng cơ bản của mọi hoạt động sống của sinh vật. Cây xanh sử dụng năng lượng ánh sáng Mặt Trời khi quang hợp. Động vật ăn thực vật lá đã sử dụng gián tiếp năng lượng ánh sáng Mặt Trời. Ánh sáng tác động rõ rệt lên sự sinh trưởng, phát triển của sinh vật. Cây đậu xanh đặt trong ánh sáng liên tục thì lớn nhanh nhưng ra hoa muộn tới 60 ngày. Tăng cường độ chiếu sáng cho cá hồi và chim thì chúng phát triển nhanh hơn nhưng nếu chiếu sáng quá dài lại làm cho chúng sinh trưởng kém đi. Các vùng của quang phổ đều có tác động đặc trưng lên cơ thể sinh vật Các tia sáng nhìn thấy được (bước sóng từ 4000 Å đến 8000 Å) chứa đựng phần lớn năng lượng của bức xạ Măt Trời toả xuống mặt đất, có tầm quan trọng lớn đối với cơ thể sinh vật. Cây xanh tổng hợp chất hữu cơ nhờ năng lượng của các tia sáng này. Các tia tử ngoại có bước sóng cực ngắn, gây chết cho sinh vật còn tia có cước sóng 3000 Å - 4000 Å lại cần để tổng hợp vitamin D. Chiếu tia tử ngoại vào sinh vật một liều lượng lớn sẽ gây đột biến. Các tia hồng ngoại có bước sóng dài hơn 8000 Å là một nguồn nhiệt quan trọng, sưởi nóng cây cối và cơ thể động vật biến nhiệt (thằn lằn, rắn, sâu bọ) sử dụng nguồn nhiệt ánh sáng Mặt Trời để nâng cao thân nhiệt. Nhịp chiếu sáng ngày đêm đã hình thành nhóm sinh vật ưa hoạt động ngày và nhóm ưa hoạt động đêm. Ngoài ba nhân tố trên còn có nhiều nhân tố vô sinh khác ảnh hưởng tới đời sống của sinh vật như đất, gió, độ mặn của nước, nguyên tố vi lượng... Đất không chỉ là giá đỡ cho cây phát triển, là nơi làm tổ của một số động vật mà còn là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng cho cây và nhiều động vật. Gió làm thay đổi thời tiết, đưa phấn hoa, hạt cây đi xa. Giông bão gây thiệt hại cho động vật, thưc vật và hủy môi trường. B. Ảnh hưởng của các nhân tố hữu sinh Sinh vật có quan hệ tác động qua lại với các sinh vật khác sống chung quanh, với sinh vật kí sinh trên cơ thể và trong cơ thể. Có hai nhóm nhân tố hữu sinh : quan hệ cùng loài và quan hệ khác loài. 1. Quan hệ cùng loài Gà con mới nở, lợn con mới sinh đều có xu hướng tụ tập bên nhau tạo thành các quần tụ cá thể. Mức độ quần tụ cực thuận thay đổi tùy loài (sinh sản nhiều hay ít, phạm vi hoạt động rộng hay hẹp...), tuỳ giai đoạn phát triển và tuỳ điều kiện cụ thể (nơi ở, khí hậu, thức ăn...) Quần tụ cây chống gió và chống mất nước tốt hơn. Quần tụ cá chịu được nồng độ chất độc cao hơn cá đơn độc. Các cá thể trong quần tụ được bảo vệ tốt hơn, chúng đua nhau tìm thức ăn và ăn nhiều hơn. Tuy nhiên khi quần tụ qúa mức độ cực thuận sẽ gây ra sự cạnh tranh (do thiếu thức ăn, nơi ở, tranh giành cá thể cái). Kết quả là một số cá thể phải tách khỏi quần tụ (nhóm và bầy đa`n). Đó là sự cách li. Sự cách li làm giảm nhẹ cạnh tranh, ngăn ngừa sự gia tăng số lượng cá thể và sự cạn kiệt nguồn thức ăn dự trữ. Một số cá thể (hổ, báo...), một cặp hoặc nhóm cá thể (bò rừng, sư tử, cá...) có bản năng bảo vệ tích

Page 3 of 56Mucluc


cực và nghiêm ngặt vùng sống, coi vùng sống là lãnh thổ riêng của mình. 2. Quan hệ khác loài Quan hệ sinh thái giữa các cá thể khác loài chủ yếu là quan hệ dinh dưỡng và nơi ở. Tính chất của quan hệ này là hỗ trợ hoặc đối địch. a. Quan hệ hỗ trợ Trong thiên nhiên có nhiều trường hợp sống chung giữa các cá thể khác loài. Vi khuẩn lam cộng sinh với nấm thành địa y;

vi khuẩn cố định đạm sống trong nốt sần rễ cây họ đậu; trùng roi Trichomonas sống trong ruột mối giúp mối tiêu hoá xenlulô; hải quì bám trên vỏ ốc của tôm kí cư.

Đây là quan hệ cộng sinh, cần thiết, có lợi cho hai bên cả về dinh dưỡng lẫn nơi ở. Nhạn bể và cò làm tổ tập đoàn. Quan hệ sống chung này cũng có lợi cho cả hai bên, tuy nhiên không nhất thiết cần cho sự tồn tại của chúng. Đây chỉ là quan hệ hợp tác. Hiện tượng ở gửi của nhiều loài động vật không xương sống, nhất là sâu bọ sống nhờ trong tổ kiến và tổ mối, cũng là một dạng quan hệ hỗ trợ nhưng chỉ có lợi cho một bên gọi là quan hệ hội sinh. b. Quan hệ đối địch Quan hệ đối địch giữa các cá thể khác loài cũng phổ biến trong thiên nhiên. Ví dụ, thú có túi sống phổ biến khắp châu Úc. Thỏ và cừu được nhập vào châu Úc, thích ứng với môi trường sống mới dễ dàng và phát triển mạnh, giành lấy những nơi ở tốt, làm cho nơi ở của thú có túi phải co hẹp lại. Thỏ và cừu đã cạnh tranh nơi ở, làm ảnh hưởng tới sự phân bố của thú có túi. Quan hệ cạnh tranh về nơi ở và chất dinh dưỡng cũng thường diễn ra mạnh mẽ giữa cây trồng và cỏ dại.

Page 4 of 56Mucluc


Cáo bắt gà, chó sói ăn thịt thỏ...là thể hiện mối quan hệ đối địch giữa động vật ăn thịt và con mồi. Hiện tượng giun kí sinh trong động vật và người; rận, chấy kí sinh ngoài da động vật và người; dây tơ hồng hay tầm gửi sống bám vào cây khác là dạng quan hệ sinh vật kí sinh – sinh vật chủ. Đó là quan hệ sống bám của một sinh vật này trên cơ thể sinh vật khác bằng cách ăn mô hoặc thức ăn đã được tiêu hoá của vật chủ mà không giết chết sinh vật chủ. Nhiều loài thực vật tiết ra chất phitônxit kìm hãm sự phát triển của các sinh vật xung quanh: chất gây đỏ nước của tảo giáp làm chết nhiều thực vật va` động vật trên bề mặt ao hồ. Tảo tiểu cầu tiết ra chất kìm hãm sự phân chia và quá trình thẩm thấu của rận nước. Đây là dạng quan hệ ức chế - cảm nhiễm. C. Sự tác động tổng hợp của các nhân tố sinh thái Mỗi cây lúa sống trong ruộng đều chịu tác động cùng một lúc của nhiều nhân tố sinh thái như nước, ánh sáng, nhiệt độ, đất, gió, sự chăm sóc của con người...Nếu cây được chăm bón đầy đủ chất dinh dưỡng thì khả năng chống chịu của cây với những biến động của các nhân tố sinh thái khác bao giờ cũng tốt hơn. Như vậy, sự tác động của nhiều nhân tố sinh thái lên một cơ thể sinh vật không phải là sự cộng đơn giản tác động của từng nhân tố sinh thái mà là sự tác động tổng hợp của cả phức hệ nhân tố sinh thái ấy. D. Ảnh hưởng của nhân tố con người Con người cùng với quá trình lao động và hoạt động sống của mình đã thường xuyên tác động mạnh mẽ trực tiếp hay gián tiếp tới sinh vật và môi trường sống của chúng. Tác động trực tiếp của nhân tố con người tới sinh vật thường qua nuôi trồng, chăm sóc, chặt tỉa, săn bắn, đốt rẫy, phá rừng. Bất kỳ hoạt động nào của con người như khai thác rừng, mỏ, xây đập chắn nước, khai hoang, làm đường, ngăn sông, lấp biển, trồng cây gây rừng... đều làm biến đổi mạnh mẽ môi trường sống của nhiều sinh vật và do đó ảnh hưởng tới sự sống của chúng. Do vậy, mỗi người chúng ta phải có ý thức bảo vệ sinh vật, bảo vệ môi trường sống của sinh vật (trong đó có cả con người) và tạo lại cân bằng sinh thái cho các môi trường đã bị huỷ hoại ngay tại trường, làng xóm, phường, xã, quê hương mình. NHỮNG QUI LUẬT SINH THÁI CƠ BẢN Có 4 qui luật cơ bản về sự tác động của các nhân tố sinh thái lên cơ thể sinh vật: 1. Qui luật giới hạn sinh thái Mỗi loài có một giới hạn sinh thái đặc trưng về mỗi nhân tố sinh thái. 2. Qui luật tác động tổng hợp của các nhân tố sinh thái Tác động của nhiều nhân tố sinh thái sẽ tạo nên một tác động tổng hợp lên cơ thể sinh vật 3. Qui luật tác động không đồng đều của nhân tố sinh thái lên chức phận sống của cơ thể. Các nhân tố sinh thái tác động không đồng đều lên một chức phận sống của cơ thể. Mỗi nhân tố tác động không giống nhau lên các chức phận sống khác nhau và lên cùng một chức phận sống ở các giai đoạn phát triển khác nhau. 4. Qui luật tác động qua lại giữa sinh vật và môi trường Môi trường tác động thường xuyên lên cơ thể sinh vật, làm chúng không ngừng biến đổi, ngược lại sinh vật cũng tác động qua lại làm cải biến môi trường. Tác động của các nhân tố sinh thái lên cơ thể sinh vật qua nhiều thế hệ đã hình thành nhiều đặc điểm thích nghi với các môi trường sống khác nhau. Sự thích nghi của thực vật với môi trường sống Sự thích nghi của động vật với môi trường sống Nhịp sinh học: Sự thích nghi đặc biệt của sinh vật với môi trường sống SỰ THÍCH NGHI CỦA THỰC VẬT VỚI MÔI TRƯỜNG SỐNG Cây sống chìm trong nước có thân dài và mảnh, lá mỏng như rong biển, hoặc có nhiều thuỳ như

Page 5 of 56Mucluc


rong xương cá. Tảo thảm ở Thái Bình Dương có phần lá nổi bồng bềnh trên nước dài tới vài trăm mét,

cây nong tầm ở vùng Amazôn (Nam Mỹ) có lá hình tròn (đường kính 1,3m, thành cao 20 – 30 cm) nổi trên mặt nước.

Cây sống ở vùng đồi trọc, thảo nguyên, đất cát ven biển, sa mạc có đặc điểm giữ nước trong thân cây. Cây có thân mọng nước (xương rồng) cũng như cây trữ nước cả trong thân và lá (thuốc bỏng) đều có rễ nông và phát triển rộng để lấy nước từ sương đêm. Cỏ lạc đa` sống trên sa mạc có rễ sâu tới 16m. Nhiều cây ở vùng nhiệt đới có đặc điểm rụng lá vào mùa khô hạn SỰ THÍCH NGHI CỦA ĐỘNG VẬT VỚI MÔI TRƯỜNG SỐNG Nhiều loài động vật có màu sắc giống màu sắc môi trường: sâu cam có màu xanh như lá cam; bướm nâu chập chờn trên nền đất, chim giẽ nâu nhấp nhô tìm giun trong luống đất cày cũng có màu như màu đất. Kì lạ hơn nữa là có những loài vật có hình dáng bắt chước hình dáng của một vật thể nào đó trong môi trường: sâu đo khi thấy động dựng đứng lên im lìm như một nhánh cây khô, bướm Kalima khi đậu hệt như chiếc lá khô nâu sắp rời cành.

Page 6 of 56Mucluc


Tác động của nhân tố môi trường có khi còn làm biến dạng cả cấu tạo cơ thể sinh vật theo hướng có lợi cho cuộc sống của chúng trong môi trường cụ thể. Đà điểu là một loài chim chạy ở sa mạc có cặp giò phi nhanh như ngựa. Tê tê, chuột chũi, dế chũi đều có cổ ngắn, chi trước khoẻ hình xẻ nhánh để bới đất.

NHỊP SINH HỌC: SỰ THÍCH NGHI ĐẶC BIỆT CỦA SINH VẬT VỚI MÔI TRƯỜNG SỐNG Môi trường sống của mọi sinh vật trên trái đất đều thay đổi có tính chu kỳ, chủ yếu là chu kỳ mùa và chu kỳ ngày đêm. Khả năng phản ứng của sinh vật một cách nhịp nhàng với những thay đổi có tính chu kỳ của môi trường là nhịp sinh học. Càng xa vùng xích đạo thì dao động mùa về khí hậu (nhiệt độ và ánh sáng...) càng lớn. Ở những vùng có băng tuyết vào mùa đông phần lớn cây xanh rụng lá và sống ở trạng thái chết giả, chỉ một số ít cây như thông vẫn xanh tươi trong băng tuyết. Động vật biến nhiệt thường ngủ đông. Khi đó trao đổi chất của cơ thể con vật giảm đến mức thấp nhất, chỉ đủ để sống. Các hoạt động sống của chúng sẽ diễn ra sôi động ở mùa ấm (xuân, hè). Một số thú như gấu, chồn khi thức ăn trở nên khan hiếm cũng

Page 7 of 56Mucluc


ngủ đông. Chim và thú thay lông trước khi mùa đông tới. Thú thay một bộ lông dài có lớp lông tơ dày, chim cũng phát triển bộ lông tơ. Phản ứng tích cực để qua đông cũng khác nhau tuỳ nhóm động vật: sóc tích trữ thức ăn để qua đông còn chó sói vẫn hoạt động kiếm mồi tích cực vào mùa đông. Một số loài động vật khác, đặc biệt là chim, có bản năng di trú, rời bỏ nơi giá lạnh, khan hiếm thức ăn về nơi khác ấm hơn và nhiều thức ăn hơn, sang mùa xuân chúng lại bay về quê hương. Việt Nam là quê hương thứ 2 của nhiều loài chim di trú như én, vịt trời, chim lôi, sếu, cò quăm... Ở vùng nhiệt đới do dao động về lượng thức ăn, độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng không quá lớn nên phần lớn sinh vật không có phản ứng chu kỳ mùa rõ rệt. Tuy nhiên cũng có một số cây như bàng, xoan, sòi rụng lá vào mùa đông, nhộng sâu sòi và bọ rùa nâu ngủ đông, nhộng bướm đêm hại lúa ngô ngủ hè vào thời kỳ khô hạn. Đáng chú ý là các phản ứng qua đông và qua hè đều được chuẩn bị từ khi thời tiết còn chưa lạnh hoặc chưa quá nóng, thức ăn còn phong phú. Cái gì là nhân tố báo hiệu? Sự thay đổi độ dài chiếu sáng trong ngày chính là nhân tố báo hiệu chủ đạo, bao giờ cũng diễn ra trước khi có sự biến đổi nhiệt độ và do đó đã dự báo chính xác sự thay đổi mùa. Ở Hà Nội, sâu sòi hoá nhộng ngủ đông vào đầu tháng 11 dương lịch khi lá sòi bắt đầu rụng, cho tới nửa đầu tháng 3 mới nở bướm, khi đó lá sòi cũng vừa đâm chồi xanh. Ngày ngắn ở tháng 11 đã báo hiệu cho sâu hoá nhộng vào giấc ngủ đông và ngày dài ở tháng 3 báo hiệu cho cây sòi đâm chồi và nhộng nở bướm. Bướm đẻ trứng, 1 tuần sau, khi sâu non nở ra thì lá sòi đã sum suê, sâu non tha hồ ăn và phát triển. Nhịp điệu mùa làm cho hoạt động sống tích cực của sinh vật trùng khớp với lúc môi trường có những điều kiện sống thuận lợi nhất. Nhiều động vật có hoạt động sinh dục theo mùa. Đặc tính này đã được ứng dụng khá rộng rãi trong chăn nuôi. Ngày dài nhân tạo đã được các xí nghiệp gà ứng dụng để thúc gà đẻ quanh năm. Đặc điểm hoạt động theo chu kỳ ngày đêm là sự thích nghi sinh học phức tạp với sự biến đổi theo chu kỳ ngày đêm của các nhân tố vô sinh. Có nhóm sinh vật hoạt động tích cực vào ban ngày, có nhóm vào lúc hoàng hôn và có nhóm vào ban đêm. Cũng như đối với chu kỳ mùa, ánh sáng giữ vai trò cơ bản trong nhịp chu kỳ ngày đêm. Trong quá trình tiến hoá, sinh vật đã hình thành khả năng phản ứng khác nhau đối với độ dài ngày và cường độ chiếu sáng ở những thời điểm khác nhau trong ngày. Do đó sinh vật đơn bào đến đa bào đều có khả năng đo thời gian như là những “đồng hồ sinh học”. Nhiều cây nở hoa vào thời gian xác định (hoa dạ hương vào lúc tối, hoa mười giờ vào khoảng 10 giờ sáng, hoa phù dung sớm nở tối tàn...). Ở động vật, cơ chế hoạt động của “đồng hồ sinh học” có liên quan tới sự điều hoà thần kinh - thể dịch. Sự nhận cảm ánh sáng của tế bào thần kinh, tiếp đó là ảnh hưởng của tế bào thần kinh tới các tuyến nội tiết làm tiết ra các hoocmôn tác động lên cường độ trao đổi chất. Ở thực vật, các chức năng điều hoà là do những chất đặc biệt tiết ra từ tế bào của một loại mô hoặc một cơ quan riêng biệt nào đó. Nhịp sinh học của sinh vật mang tính di truyền. Những động vật như ong, thằn lằn được nuôi trong điều kiện có độ chiếu sáng ổn định vẫn giữ nhịp điệu ngày đêm như khi sống trong thiên nhiên. Định nghĩa Ảnh hưởng của ngoại cảnh tới quần thể Sự biến động số lượng cá thể của quần thể Trạng thái cân bằng của quần thể ĐỊNH NGHĨA Các cá thể sinh vật thường quần tụ thành từng đa`n (đa`n chim), từng nhóm (đồi cọ) trong môi trường. Các tập hợp cá thể cùng loài được gọi là những quần thể. Vậy: Quần thể là một nhóm cá thể cùng loài cùng sinh sống trong một khoảng không gian xác định, vào một thời điểm nhất định và có khả năng giao phối sinh ra con cái (những loài sinh sản vô tính hay trinh sản thì không qua giao phối). Mỗi quần thể được đặc trưng bởi một số chỉ tiêu như mật độ, tỉ lệ đực cái, tỉ lệ các nhóm tuổi, sức sinh sản, tỷ lệ tử vong, kiểu tăng trưởng, đặc điểm phân bố, khả năng thích ứng và chống chịu với nhân tố sinh thái của môi trường. Khi cá thể hoặc quần thể không thể thích nghi được với sự thay đổi của môi trường, chúng sẽ bỏ đi tìm chỗ thích hợp hơn hoặc bị tiêu diệt. Những cá thể của quần thể khác thích nghi được với những điều kiện sống mới sẽ phát triển và hình thành một quần thể thay thế. Ví dụ, ở vùng đất bồi tụ khi còn

Page 8 of 56Mucluc


ngập nước thì thường có các quần thể bèo ong, bèo Nhật Bản, bèo cái; khi đất bồi nhô lên thì có nghể, cỏ nến hay lau, cói thay thế... ẢNH HƯỞNG CỦA NGOẠI CẢNH TỚI QUẦN THỂ Tác động tổng hợp của các nhân tố ngoại cảnh sẽ ảnh hưởng tới sự phân bố, sự biến động số lượng và cấu trúc của quần thể. Tập hợp các nhân tố vô sinh đã tạo nên các vùng địa lý khác nhau trên trái đất: vùng lạnh, vùng ấm, vùng nóng, vùng sa mạc... Ứng với từng vùng có những quần thể phân bố đặc trưng. Các nhân tố của ngoại cảnh ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và biến động của quần thể thông qua tác động của sự sinh sản (làm tăng số lượng cá thể), sự tử vong (làm giảm số lượng cá thể) và sự phát tán các cá thể trong quần thể. Không những thế các nhân tố này còn có thể ảnh hưởng tới cấu trúc quần thể qua những tác động làm biến đổi thành phần đực, cái, các nhóm tuổi và mật độ cá thể trong quần thể. Do tác động tổng hợp của các nhân tố ngoại cảnh (đặc biệt nạn phá rừng và săn bắn bừa bãi) mà quần thể bò xám Kuprey vốn chỉ có ở rừng giáp Việt Nam, Lào, Thái Lan, Campuchia nay chỉ còn thưa thớt vài chục con. Trong nhiều trường hợp sự tác động tổng hợp trong một thời gian dài làm thay đổi cả các đặc điểm cơ bản của quần thể, thậm chí dẫn tới huỷ diệt quần thể. Đacuyn đã nghiên cứu thấy những cơn gió mạnh thường xuyên nổi lên ở một số đảo đã thổi bạt những sâu bọ bay là là mặt đất ra biển cả. Những cá thể có cánh dài bị loại bỏ. Ngược lại, những quần thể sâu bọ cánh ngắn hoặc không có cánh thì tồn tại và phát triển. Kết quả là trên đảo Croxet có 14 giống sâu bọ không có cánh trong số 17 giống sâu bọ ở đây. Các nhân tố hữu sinh cũng ảnh hưởng lên phân bố, mật độ, sinh trưởng và cấu trúc quần thể qua những tác động của mối quan hệ dinh dưỡng và nơi ở. SỰ BIẾN ĐỘNG SỐ LƯỢNG CÁ THỂ CỦA QUẦN THỂ A. Biến động do sự cố bất thường Năm nào có mùa đông giá rét thì trâu, gà rừng bị chết rét nhiều. Lụt bão, cháy rừng, dịch bệnh hoặc môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng sẽ làm cho số lượng cá thể của nhiều quần thể sinh vật bị giảm đột ngột. Ngược lại, số lượng cá thể có thể tăng lên mạnh mẽ do quần thể gặp được môi trường sống thuận lợi mà không có đối thủ cạnh tranh. B. Biến động theo mùa Ở nước ta biến động theo mùa là phổ biến: muỗi phát triển từ thành 3 tới tháng 6; ếch nhái phát triển mạnh vào mùa mưa. C. Biến động theo chu kỳ nhiều năm Các loài cá ở bờ biển Pêru, cứ 7 năm lại một lần biến động lớn về số lượng cá thể. Nguyên nhân là cứ 7 năm lại có dòng nước nóng Nino chảy qua bờ biển Pêru về phía nam làm nhiệt độ nước tăng 5oC và nồng độ muối thay đổi khiến cho các động vật nổi bị chết, làm nước biển chứa nhiều chất hữu cơ phân huỷ, nên cá biển chết nhiều và phải di cư đi xa. D. Nguyên nhân gây biến động Nguyên nhân gây biến động số lượng cá thể của quần thể là do một hoặc một tập hợp nhân tố sinh thái đã tác động đến tỷ lệ sinh đẻ, tỷ lệ tử vong và sự phát tán của quần thể. Tác động của nhân tố vô sinh vào mùa sinh sản hay giai đoạn còn non của sinh vật làm cho quần thể biến động mạnh mẽ nhất. Tác động của các nhân tố hữu sinh thể hiện rõ ở sức sinh sản của quần thể, ở mật độ động vật ăn thịt, vật kí sinh, con mồi, loài cạnh tranh. Nhân tố quyết định sự biến động số lượng có thể khác nhau tuỳ từng quần thể và tuỳ từng giai đoạn trong chu kỳ sống. Ví dụ, đối với sâu bọ ăn thực vật thì các nhân tố khí hậu có vai trò quyết định, còn đối với chim nhân tố quyết định lại thường là thức ăn vào mùa đông và sự cạnh tranh nơi làm tổ vào mùa hè. Như vậy, sự biến động số lượng cá thể trong quần thể là kết quả tác động tổng hợp của các nhân tố sinh thái của môi trường, trong đó một hoặc một số nhân tố sinh thái có vai trò chủ yếu, mặt khác là

Page 9 of 56Mucluc


phản ứng thích nghi của quần thể đối với sự tác động tổng thể các điều kiện của môi trường. TRẠNG THÁI CÂN BẰNG CỦA QUẦN THỂ Mỗi quần thể sống trong một môi trường xác định đều có xu hướng được điều chỉnh ở một trạng thái số lượng cá thể ổn định gọi là trạng thái cân bằng.

Đôi khi quần thể có biến động mạnh, ví dụ, tăng số lượng cá thể do nguồn thức ăn phong phú, vượt khỏi mức bình thường. Số lượng cá thể vọt lên cao khiến cho sau một thời gian nguồn thức ăn trở nên thiếu hụt (cây bị phá hại mạnh, con mồi hiếm hoi), nơi đẻ và nơi ở không đủ, do đó nhiều cá thể bị chết. Quần thể lại được điều chỉnh về mức 1. Cơ chế điều hoà mật độ của quần thể là sự thống nhất mối tương quan giữa tỉ lệ sinh sản và tỉ lệ tử vong, nhờ đó mà tốc độ sinh trưởng của quần thể được điều chỉnh. Định nghĩa Những tính chất cơ bản của quần xã sinh vật Mối quan hệ giữa ngoại cảnh và quần xã ĐỊNH NGHĨA Từ bao nhiêu năm nay Hồ Tây (Hà Nội) là nơi sinh sống của nhiều quần thể rong, tôm, cua, cá, sâm cầm, cà cuống... và cây cối bao quanh. Tất cả tập hợp thành quần xã sinh vật Hồ Tây. Vậy: Quần xã sinh vật là một tập hợp các quần thể sinh vật được hình thành trong một quá trình lịch sử, cùng sống trong một không gian xác định gọi là sinh cảnh, nhờ các mối liên hệ sinh thái tương hỗ mà gắn bó với nhau như một thể thống nhất. Bình thường, quần xã có cấu trúc ổn định trong từng thời gian. Nhưng sự thay đổi của ngoại cảnh có thể tác động lên quần xã và hình thành một quần xã khác. Căn cứ vào thời gian tồn tại mà ta phân biệt quần xã ổn định, có thời gian tồn tại vài trăm năm và quần xã nhất thời có thời gian tồn tại khoảng vài ngày, có khi vài giờ. Quần xã trên xác một con thú nhỏ hay trên một thân cây đổ là quần xã nhất thời. Quần xã sinh vật là một cấu trúc động. Các loài trong quần xã làm biến đổi môi trường, rồi môi trường bị biến đổi này lại tác động đến cấu trúc của quấn xã. Vào thế kỷ XIX, ở châu Mĩ, bò rừng bizông hoạt động dinh dưỡng mạnh, làm rừng tàn lụi, đồng cỏ phát triển, thu hút nhiều loài chim thú, sâu bọ. Khi bò rừng bizông bị tiêu diệt, các thân cây gỗ nhỏ lại phát triển. Môi trường mới với cây thân gỗ thay thế đồng cỏ đã làm xuất hiện một hệ động vật khác. Giữa các quần xã sinh vật thường có một vùng chuyển tiếp gọi là vùng đệm. Bìa rừng là vùng đệm của quần xã rừng và quần xã đồng ruộng. Bãi lầy là vùng đệm giữa 2 quần xã rừng và quần xã đầm. Ở vùng đệm có một số loài của cả 2 quần xã. Ngoài ra, cũng có những loài riêng. Do đó số loài ở vùng đệm đôi khi nhiều hơn, với số lượng cá thể cũng nhiều hơn so với ở chính ngay trong quần xã. Đặc điểm này gọi là tác động rìa. NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA QUẦN XÃ SINH VẬT Mỗi quần xã sinh vật đều có một vài quần thể ưu thế. Thực vật có hạt thường là những quần thể ưu thế ở các quần xã sinh vật ở cạn. Cá, tôm, sinh vật nổi thường là những quần thể ưu thế ở các quần xã

Page 10 of 56Mucluc


sinh vật ở nước. Trong số các quần thể ưu thế thường có một quần thể tiêu biểu nhất cho quần xã. Ví dụ, quần thể cây cọ trong quần xã sinh vật đồi ở Vĩnh Phú, quần thể cá trắm cỏ hoặc cá mè trong quần xã ao hồ nuôi cá. Đó là quần thể đặc trưng của quần xã sinh vật. Khi điều kiện môi trường thuận lợi thì quần xã có nhiều quần thể khác nhau cùng tồn tại (ví dụ rừng nhiệt đới). Ngược lại, khi điều kiện môi trường khắc nghiệt thì chỉ có một số ít quần thể thích ứng được mới tồn tại trong quần xã (ví dụ rừng thông phương Bắc). Như vậy quần xã sinh vật ở những môi trường thuận lợi có độ đa dạng cao, ở nơi có điều kiện sống khắc nghiệt thì có độ đa dạng thấp. Mỗi quần xã sinh vật có một cấu trúc đặc trưng liên quan tới sự phân bố cá thể của các quần thể trong không gian. Cấu trúc thường gặp là kiểu phân tầng thẳng đứng. Rừng mưa nhiệt đới thường có 5 tầng, gồm: 3 tầng cây gỗ lớn, tầng cây bụi và tầng cây cỏ - dương xỉ.

Sự phân tầng làm tăng khả năng sử dụng các nguồn sống trong quần xã, làm giảm mức độ cạnh tranh giữa các cá thể và giữa các quần thể. MỐI QUAN HỆ GIỮA NGOẠI CẢNH VÀ QUẦN XÃ Quan hệ giữa ngoại cảnh và quần xã là kết quả tổng hợp các mối quan hệ giữa ngoại cảnh với các quần thể. Các nhân tố khí hậu, tiếp đó là các nhân tố hữu sinh (thức ăn, kẻ thù, dịch bệnh) đã tạo nên tính chất thay đổi theo chu kỳ của quần xã. Quần xã ở vùng nhiệt đới thay dổi theo chu kỳ ngày đêm rất rõ. Ếch nhái, chim cú, vạc, muỗi... hoạt động mạnh về ban đêm. Còn quần xã ở vùng lạnh thay đổi chu kỳ theo mùa rõ hơn. Chim và nhiều động vật di trú vào mùa đông lạnh giá. Rừng cây lá rộng ở vùng ôn đới rụng lá vào mùa khô. Tầng thảm tươi dưới rừng của cây dầu trà beng (Dipterocarpus sp.) ở Tây Nguyên bị khô cháy về mùa khô, đến mùa mưa lại phát triển xanh tươi. Giữa các quần thể trong quần xã thường xuyên diễn ra các quan hệ hỗ trợ và quan hệ đối địch. Ví dụ, sâu bọ phát triển mạnh khi điều kiện thuận lợi (thời tiết ấm áp, có mưa nhỏ, cây cối phát triển xanh tươi...) khiến cho số lượng chim sâu cũng tăng theo. Khi số lượng chim sâu tăng quá nhiều, sâu bọ bị quần thể chim tiêu diệt mạnh hơn nên số lượng sâu bọ lại giảm đi nhanh. Hiện tượng số lượng cá thể của một quần thể bị số lượng cá thể của quần thể khác kìm hãm gọi là hiện tượng khống chế sinh học. Sự khống chế sinh học này làm cho số lượng cá thể của mỗi quần thể dao động trong một thế cân bằng, từ đó toàn bộ quần xã sinh vật cũng dao động trong thế cân bằng, tạo nên trạng thái cân bằng sinh học trong quần xã. Khái niệm Các loại diễn thế Tầm quan trọng thực tế của việc nghiên cứu diễn thế

Page 11 of 56Mucluc


KHÁI NIỆM Trong quá trình tồn tại và phát triển, quần xã luôn luôn biến đổi. Diễn thế sinh thái là quá trình biến đổi tuần tự của quần xã qua các giai đoạn khác nhau, từ dạng khởi đầu, được thay thế lần lượt bởi các dạng quần xã tiếp theo và cuối cùng thường dẫn tới một quần xã tương đối ổn định. Diễn thế sinh thái xảy ra do những nguyên nhân sau: - Tác động mạnh mẽ của ngoại cảnh lên quần xã. - Chính tác động của quần xã lên ngoại cảnh làm biến đổi mạnh mẽ ngoại cảnh đến mức gây ra diễn thế - Tác động vô ý thức (đốt, chặt, phá rừng...) hay có ý thức (cải tạo thiên nhiên, khai thác rừng, lấp hồ...) của con người. Như vậy, song song với quá trình diễn thế là quá trình biến đổi về khí hậu, thổ nhưỡng, địa chất. Trong diễn thế, hệ thực vật có vai trò rất quan trọng trong việc hình thành quần xã mới. CÁC LOẠI DIỄN THẾ Có 3 loại diễn thế: diễn thế nguyên sinh, diễn thế thứ sinh và diễn thế phân huỷ. A. Diễn thế nguyên sinh Diễn thế nguyên sinh là diễn thế khởi đầu từ môi trường trống trơn (đảo mới hình thành trên tro tàn núi lửa, đất mới bồi ở lòng sông). Nhóm sinh vật đầu tiên được phát tán đến đó hình thành nên quần xã tiên phong. Tiếp đó là một dãy quần xã tuần tự thay thế nhau. Khi có cân bằng sinh thái giữa quần xã và ngoại cảnh thì quần xã ổn định trong một thời gian tương đối dài. 1. Diễn thế trên cạn Điển hình là trường hợp sinh vật chiếm lĩnh lại hòn đảo Krakatau ở Inđônêxia đã bị núi lửa phun tàn phá từ năm 1883 và phủ lên một lớp đá bọt và tro dày khoảng 30m. Từ một đảo tro, đá bọt vô sinh, sau vài năm có tảo, địa y, quyết xuất hiện trước, tiếp đó là thực vật thân cỏ có hoa, rồi đến các thực vật thân gỗ cùng các động vật phổ biến ở địa phương. Sau 50 năm đã hình thành lại quần xã gần như trước khi núi lửa phun. 2. Diễn thế dưới nước Trong quá trình các ao, hồ, sông bị bồi cạn thì các thực vật có sẵn trong nước đã tham gia đáng kể vào sự khởi đầu của diễn thế nguyên sinh. Giai đoạn đầu thường là những quần thể thực vật sống trôi nổi (bèo...) hoặc chìm trong nước (rong...) và những động vật sống cùng với các cây này. Khi đất bồi tụ nhiều làm thành bãi thì các thực vật có rễ cắm trong bùn như sen, súng, trang v.v. xuất hiện. Điều kiện này chuẩn bị cho những quần thể vật thuỷ sinh mọc nhô lên khỏi mặt nước như nghể, cỏ nến, lau. Sau đó là các cây bụi mọc, lộc vừng hoặc rừng thấp có nhiều loại cây dại trong họ Cà phê. Giai đoạn cuối của quá trình diễn thế khi đất cạn đã hình thành là rừng cây cao to với những cây 2 lá mầm chiếm ưu thế. Sự phát triển và thay thế của hệ thực vật kéo theo sự phát triển và thay thế hệ động vật tương ứng.

Page 12 of 56Mucluc


B. Diễn thế thứ sinh Diễn thế thứ sinh là diễn thế xuất hiện ở một môi trường đã có một quần xã sinh vật nhất định. Quần xã này vốn tương đối ổn định nhưng do thay đổi lớn về khí hậu, bị xói mòn, bị bão phá hại hay do con người chặt cây, đốt rừng làm nương rẫy, trồng cây nhập nội (ví dụ, trồng rừng bạch đa`n, rừng keo lá chàm) làm thay đổi hẳn cấu trúc quần xã sinh vật. C. Diễn thế phân huỷ Diễn thế phân huỷ là quá trình không dẫn tới một quần xã sinh vật ổn định, mà theo hướng dần dần bị phân huỷ dưới tác dụng của nhân tố sinh học. Đây là trường hợp diễn thế của quần xã sinh vật trên xác một động vật hoặc trên một cây đổ. TẦM QUAN TRỌNG THỰC TẾ CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU DIỄN THẾ Nhờ nghiên cứu diễn thế mà ta có thể nắm được qui luật phát triển của quần xã sinh vật, hình dung được những quần xã tồn tại trước đó và dự đoán những dạng quần xã sẽ thay thế trong những hoàn cảnh mới. Ví dụ: Các nhà lâm học Việt Nam đã phát hiện qui luật diễn thế rừng lim tại vùng Hữu Lũng (Bắc

Page 13 of 56Mucluc


Giang) như sau:

Từ những hiểu biết về diễn thế ta có thể xây dựng những qui hoạch dài hạn về nông, lâm, ngư nghiệp, tổ chức những đơn vị kinh doanh trên cơ sở tính toán khoa học. Sự hiểu biết về diễn thế cho phép ta chủ động điều khiển sự phát triển của diễn thế theo hướng có lợi cho con người bằng những tác động lên điều kiện sống như: cải tạo đất, đẩy mạnh biện pháp chăm sóc, phòng trừ sâu bệnh, tiến hành các biện pháp thuỷ lợi, khai thác, bảo vệ hợp lý nguồn tài nguyên. Khái niệm Các kiểu hệ sinh thái Chuỗi thức ăn và lưới thức ăn Sự trao đổi vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái KHÁI NIỆM Hệ sinh thái là một hệ thống hoàn chỉnh, tương đối ổn định, bao gồm quần xã sinh vật và khu vực sống của quần xã (sinh cảnh). Sự tác động qua lại giữa quần xã và sinh cảnh tạo nên những mối quan hệ dinh dưỡng xác định, cấu trúc của tập hợp loài trong quần xã, chu trình tuần hoàn vật chất giữa các sinh vật trong quần xã và các nhân tố vô sinh. Một hệ sinh thái hoàn chỉnh có các thành phần chủ yếu sau đây: - Các chất vô cơ (C, N2, CO2, H2O...), chất hữu cơ (prôtêin, lipit, gluxit, các chất mùn,...) và chế độ khí hậu. - Sinh vật sản xuất (còn gọi là sinh vật cung cấp) - Sinh vật tiêu thụ - Sinh vật phân huỷ CÁC KIỂU HỆ SINH THÁI Các hệ sinh thái trong sinh quyển thuộc 3 nhóm: 1. Các hệ sinh thái trên cạn gồm có rừng nhiệt đới, truông cây bụi - cỏ nhiệt đới (savan), hoang mạc nhiệt đới và ôn đới, thảo nguyên, rừng lá ôn đới, rừng thông phương Bắc (taiga), đồng rêu đới lạnh,... 2. Các hệ sinh thái nước mặn gồm có hệ sinh thái vùng ven bờ và vùng khơi. 3. Các hệ sinh thái nước ngọt gồm có hệ sinh thái nước đứng (ao, đầm, hồ) và hệ sinh thái nước chảy (sông, suối). CHUỖI THỨC ĂN VÀ LƯỚI THỨC ĂN Các thành phần của quần xã sinh vật gắn bó với nhau bởi nhiều mối quan hệ, trong đó quan hệ dinh dưỡng có vai trò cực kỳ quan trọng được thực hiện qua chuỗi và lưới thức ăn.

A. Chuỗi thức ăn Chuỗi thức ăn là một dãy nhiều loài sinh vật có quan hệ dinh dưỡng với nhau. Mỗi loài là một mắt xích, vừa là sinh vật tiêu thụ mắt xích phía trước, vừa là sinh vật bị mắt xích ở phía sau tiêu thụ.

Rừng lim (nguyên sinh hay phục

hồi)

Rừng sau sau

Trảng cây gỗ

Trảng cây bụi

Trảng cỏ

Page 14 of 56Mucluc


Có 3 loại sinh vật trong chuỗi thức ăn: 1. Sinh vật sản xuất (sinh vật cung cấp) là những sinh vật tự dưỡng trong quần xã (cây xanh, một số tảo), có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ. 2. Sinh vật tiêu thụ là những sinh vật dị dưỡng ăn thực vật và có thể cả những sinh vật dị dưỡng khác. Chúng không tự tổng hợp được chất hữu cơ mà phải sử dụng các chất hữu cơ của nhóm sinh vật sản xuất. Thường thì một chuỗi thức ăn có một số mắt xích tiêu thụ: - Sinh vật tiêu thụ bậc 1 có thể la` động vật ăn thực vật, hay kí sinh trên thực vật. - Sinh vật tiêu thụ bậc 2 là sinh vật ăn thịt hay kí sinh trên sinh vật tiêu thụ bậc 1. trong 1 chuỗi, có thể có sinh vật tiêu thụ bậc 3, bậc 4...

3. Sinh vật phân huỷ là những vi khuẩn dị dưỡng và nấm, có khả năng phân huỷ chất hữu cơ thành chất vô cơ. B. Lưới thức ăn Mỗi loài trong quần xã sinh vật thường là mắt xích của nhiều chuỗi thức ăn. Các chuỗi thức ăn có nhiều mắt xích chung tạo thành một lưới thức ăn.

Page 15 of 56Mucluc


------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------

Page 16 of 56Mucluc


SỰ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ SINH THÁI 1. Qui luật hình tháp sinh thái Thực vật có diệp lục là yếu tố ban đầu trong quần xã đã sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời và tiếp nhận chất dinh dưỡng từ khí quyển, đất. Các chất dinh dưỡng và năng lượng của ánh sáng mặt trời được tích luỹ trong thực vật, qua toàn bộ lưới thức ăn sẽ được phân phối dần ở mỗi bậc theo các mắt xích.

Cần lưu ý rằng hệ số sử dụng có lợi của thức ăn trong cơ thể bao giờ cũng nhỏ hơn 100% rất nhiều. Do đó sinh khối của sinh vật sản xuất thức ăn bao giờ cũng lớn hơn sinh khối của sinh vật tiêu thụ bậc 1, và sinh khối của nó lại lớn hơn sinh khối của sinh vật tiêu thụ bậc 2, v.v.. Nói cách khác, sinh vật

Page 17 of 56Mucluc


mắt lưới nào càng xa vị trí của sinh vật sản xuất thì có sinh khối trung bình càng nhỏ. Đây là qui luật hình tháp sinh thái.

2. Chu trình sinh địa hoá các chất Các vật chất tạo nên thức ăn sẽ đi qua toàn bộ lưới thức ăn của quần xã rồi nhờ các sinh vật phân huỷ trở về đất ở trạng thái ban đầu, sau đó lại tham gia vào quá trình tổng hợp nhờ các sinh vật sản xuất. Như vậy, trong quần xã luôn luôn có sự tuần hoàn vật chất (kèm theo năng lượng). Chu trình vật chất được thực hiện trên cơ sở tự điều hoà của quần xã. Chúng ta hãy phân tích chu trình sinh địa hoá của nước.

Nước tham gia vào các mắt lưới trong lưới thức ăn. Cây hút nước từ đất. Các sinh vật tiêu thụ khác đều sử dụng nước và qua quá trình trao đổi chất, một phần nước lại quay về đất hoặc khí quyển. Trong cơ thể sinh vật dị dưỡng nước được sử dụng một phần để tổng hợp lại các chất hữu cơ. Trong quá trình dinh dưỡng của các sinh vật dị dưỡng yếm khí thì các hợp chất hữu cơ cuối cùng được phân huỷ thành nước, CO2 và muối khoáng; chúng sẽ được tái sử dụng bởi các sinh vật tự dưỡng. Để thực hiện được chu trình vật chất này cần có năng lượng. Nguồn năng lượng chính là năng

Page 18 of 56Mucluc


lượng của ánh sáng mặt trời. Sau đây là chu trình sinh địa hoá của cácbon và nitơ trong thiên nhiên.

-----------------------------------------------------------------------------------------------

Như vậy, có thể thấy rằng, quần xã sinh vật cũng như những hệ thống sống khác là những hệ mở tự điều chỉnh, luôn luôn trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường xung quanh.

Page 19 of 56Mucluc


3. Hiệu suất sinh thái Ví dụ có một hệ sinh thái nhận được năng lượng mặt trời là 106 kcal/m2/ngày. Chỉ có 2,5% số năng lượng đã được dùng trong quang hợp. Như vậy sản lượng sinh vật toàn phần ở sinh vật sản xuất có thể đạt tới 2,5 x 104 kcal (tính ra năng lượng tương đương). Trong thực tế số năng lượng mất đi do hô hấp là 90% nên sản lượng sinh vật thực ở sinh vật sản xuất là 2,5 x 103 kcal. Sinh vật tiêu thụ bậc 1 chỉ sử dụng được 1%, tức là 25 kcal. Sinh vật tiêu thụ bậc 2 chỉ sử dụng được 10% sản lượng toàn phần của vật tiêu thụ bậc 1 tức là 2,5 kcal. Như vậy, sự tiêu phí năng lượng qua mỗi bậc dinh dưỡng trong chuỗi thức ăn là rất lớn và chỉ có rất ít năng lượng được sử dụng ở mỗi bậc dinh dưỡng. Nói cách khác, hiệu suất sinh thái của dòng năng lượng trong các điểm khác nhau của chuỗi thức ăn là rất nhỏ. Vậy: Hiệu suất sinh thái là tỉ lệ % chuyển hoá năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng. Sinh quyển Nguồn tài nguyên không tái sinh và tái sinh SINH QUYỂN Trái đất được bao quanh bởi nhiều lớp vật chất khác nhau. Lớp vỏ ngoài cứng nhất là thạch quyển. Toàn bộ đại dương, biển, sông, suối, ao, hồ hợp thành thuỷ quyển. Thuỷ quyển chiếm 70,8% bề mặt trái đất. Chiều sâu trung bình của đại dương là 3,8km, nơi sâu nhất là 11,034km. Bao ngoài thuỷ quyển và thạch quyển là lớp không khí dày tới 100km gọi là khí quyển. Lớp ngoài cùng, từ trên 45km, là lớp ôzôn (O3), có tác dụng như một lớp phản chiếu các tia vũ trụ, các tia tử ngoại từ mặt trời toả xuống. Sinh quyển là khoảng không gian có sinh vật cư trú, bao phủ bề mặt trái đất, sâu tới 100m trong thạch quyển, toàn bộ thuỷ quyển tới đáy biển sâu trên 8km, lên cao tới 20km trong khí quyển. Ước tính có tới hai triệu loài sinh vật cư trú trong sinh quyển.

NGUỒN TÀI NGUYÊN KHÔNG TÁI SINH VÀ TÁI SINH Tài nguyên không tái sinh tự nhiên được là khoáng sản và tài nguyên tái sinh được la` đất, rừng,

Page 20 of 56Mucluc


biển và các tài nguyên nông nghiệp 1.Tài nguyên khoáng sản và tình hình sử dụng Khoáng sản là nguyên liệu tự nhiên, có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô cơ, phần lớn nằm trong đất. Sự hình thành khoáng sản có liên quan mật thiết với các quá trình địa chất trong một thời gian dài. a. Khoáng sản nhiên liệu Than đá có nguồn gốc từ xác cây hoá đá. Ba nước có trữ lượng lớn trên 1000 tỉ tấn là Liên Xô (cũ), Mĩ và Trung Quốc. Ở nước ta than đá là một khoảng sản quan trọng. Dầu mỏ và khí cháy cũng có nguồn gốc từ thực vật hoặc các chất hữu cơ phân hủy dở dang ở trong đất. Khu vực có trữ lượng lớn nhất là Trung Cận Đông, châu Phi và Liên Xô (cũ). Cho tới nay, con người đã khai thác trên 50 tỉ tấn dầu mỏ và hàng chục ngàn tỉ mét khối khí cháy. Ngoài ra, trong sinh quyển còn có năng lượng ánh sáng mặt trời, gió, sóng biển, thuỷ triều. Con người đã nghiên cứu sử dụng được một phần các loại năng lượng này để có thể thay thế dần các nhiên liệu trong đất đang cạn kiệt và cũng hạn chế được tình trạng ô nhiễm môi trường. b. Khoáng sản nguyên liệu Đồng vàng là 2 kim loại được sử dụng đầu tiên vào thế kỷ V và IV trước công nguyên. Nhiều nước ở châu Á, châu Phi và châu Mĩ giàu khoáng sản đã trở thành thuộc địa, bị các nước tư bản phát triển khai thác và làm bần cùng. Việc khai thác nhiều khoáng sản như vàng, đồng, chì, nhôm... đã ảnh hưởng mạnh mẽ tới môi trường, tác động rất lớn tới cuộc sống và sản xuất của con người. Việc đaò đãi vàng trong hơn chục năm gần đây ở nhiều vùng trên đất nước ta như Bắc Thái, Tây Nguyên... đã phá hoại nhiều hoa màu, làng mạc, sông núi. Việc khai thác tận lực khoáng sản đang đặt ra nguy cơ tài nguyên cạn kiệt và ô nhiễm môi trường ngày càng tăng. 2. Tài nguyên tái sinh và tình hình sử dụng a. Rừng và lâm nghiệp Khi con người chưa hình thành, rừng bao phủ hầu khắp lục địa. Con người với dân số ngày càng tăng, hoạt động sống càng phong phú thì rừng ngày càng bị thu hẹp ( phá rừng lấy đất trồng trọt, chặt cây làm thuyền, làm nhà, làm nguyên liệu công nghiệp...). Hiện nay, mỗi năm cây xanh chỉ còn sản sinh ra được 100 tỉ tấn chất hữu cơ. Ngoài việc cung cấp gỗ, rừng còn có tác dụng rất lớn trong việc điều hoà lượng nước trên mặt đất: làm tăng độ ẩm không khí, làm giảm lượng nước chảy, hạn chế lũ lụt, hạn chế xói mòn. Loại rừng hỗn giao gồm nhiều loại cây, thuộc nhiều lứa tuổi, tuy sản lượng thấp nhưng lại có ý nghĩa sinh thái lớn hơn rừng độc canh. Việc quản lý rừng bao gồm cả động vật, có ý nghĩa sinh thái to lớn đối với sinh giới nói chung và con người nói riêng. b. Đất và nông nghiệp Đất là nơi sản xuất ra lương thực, thực phẩm cho con người và gia súc. Đất còn là nơi để xây nhà, xây dựng các khu công nghiệp, làm đường xá... Đất nông nghiệp đang bị thu hẹp vì mật độ dân số tăng nhanh, do bị lấy để xây dựng; phát triển công nghiệp giao thông vận tải. Một phần đất bị thoái hoá do không biết chăm bón tốt nên bị xa mạc hoá. Đất nông nghiệp của Việt Nam bình quân đầu người khoảng 0,1ha.

Phần lớn đất nông nghiệp của ta hiện nay được trồng lúa (64%) khoảng 20% trồng màu, 8% trồng cây lâu năm, 4% trồng cỏ, 3% là kênh mương, ao hồ. Nhiều vùng đất ở trung du đang bị xói mòn, thoái hoá (đất feralit); 46 vạn ha đất cát và nhiều vùng đất phèn chưa có điều kiện cải tạo tốt.

Page 21 of 56Mucluc


c. Tài nguyên thuỷ sản Tài nguyên vùng cửa sông, ven biển rất đa dạng và phong phú, gồm nhiều sinh vật ở nước và trên cạn. Môi trường cửa sông có nhiều loài động vật, thực vật chịu mặn và ưa lợ có giá trị kinh tế cao. Sản lượng hải sản ở vùng cửa sông của Mỹ và Mêhicô cao gấp 20 lần vùng biển khơi. Thành phần cơ bản của năng suất vùng ven biển là tảo hiển vi, chúng vừa là nguồn thức ăn, vừa là nguồn cung cấp ôxi to lớn cho các sinh vật trong nước. tảo nâu (rong mơ), tảo đỏ (rau câu)...là nguồn thức ăn, nguồn dược liệu (chế biến iốt, brôm, thạch,...) và nguồn phân bón có giá trị. Nhiều động vật đáy ở ven biển có giá trị kinh tế cao như trai, sò, tôm, cua, sao biển, hải sâm. Cá là nguồn tài nguyên phong phú ở vùng ven bờ và thềm lục địa. Chúng thường ăn nổi va` đi từng đa`n tuỳ thời tiết và theo mùa. Rùa biển, rắn biển, chim biển, thú biển đều là nguồn lợi ven biển. Chim biển có trên 200 loài, rùa biển (vích, dồi mồi, bà tam...) vừa là thực phẩm có giá trị, vừa là mặt hàng mỹ nghệ quí. Tài nguyên sinh vật biển vô cùng to lớn va` được khai thác hàng năm tới 70 triệu tấn. Nhiều loại bị đánh bắt quá mức như cá voi, cá heo, cá thu, cá ngừ, cá chim, tôm hùm ... đã trở nên hiếm. Tài nguyên nước ngọt ở Việt nam đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống hàng ngày của nhân dân. Hiện nay có tới 500 loài cá nước ngọt, trong đó có trên 50 loài có giá trị kinh tế lớn (chép, trắm, trôi, mè, quả...). Phần lớn số loài cá sống trong các dòng chảy (sông, suối), chỉ có khoảng 50 loài cá phổ biến trong các ao, hồ. Tôm, cua, trai, ốc cũng là tài nguyên đáng kể của vùng nước ngọt. Tài nguyên ao, hồ đóng góp một phần rất quan trọng và thiết thực đối với đời sống của nhân dân. Phong trào VAC (Vườn-Ao-Chuồng) đã góp phần phát triển tài nguyên ao, hồ hiện nay đã xây dựng một chuỗi thức ăn ngắn, nhằm nhanh chóng nâng cao sản lượng cá, tôm...; sử dụng phân bón, thức ăn và cá con ương nhân tạo theo qui trình; xử lý nguồn chất thải để biến chất ô nhiễm thành tài nguyên. Hạn chế việc sử dụng thuốc trừ sâu bằng các chất độc hoá học và thay thế dần bằng thuốc trừ sâu thảo mộc nhằm phục hồi nguồn tài nguyên nước ngọt. Tác động của con người tới sinh quyển dân số và môi trường Vấn đề ô nhiễm môi trường TÁC ĐỘNG CỦA CON NGƯỜI TỚI SINH QUYỂN, DÂN SỐ VÀ MÔI TRƯỜNG Trong suốt thời gian tồn tại, con người đã thường xuyên tác động trực tiếp tới thiên nhiên và cải biến môi trường sống. Loài người đã khai thác khoảng 50 tỉ tấn than đá, 2 tỉ tấn sắt và hàng triệu tấn kim loại khác. Con người đã nắn dòng sông, đaò kênh, bạt núi, xây dựng các trạm thuỷ điện với các hồ chứa nước nhân tạo...Những hoạt động đó đã ảnh hưởng tới khí hậu, từ đó tác động mạnh tới sinh quyển. Trước đây rừng che phủ trên 50% diện tích trái đất, nay chỉ còn khoảng 34% tổng diện tích. Ở Việt Nam cũng vậy, trước đây ¾ đất đai là rừng, nay chỉ còn ¼ là rừng. Nhiều loại gỗ quí như gụ, lát hoa, giáng hương, sến, táu... đã bị khai thác đến mức gần như cạn kiệt. Rừng bị triệt hạ nhiều làm cho lượng ôxi trong không khí và lượng chất hữu cơ sản sinh bị giảm sút rõ rệt. Lượng nước dự trữ do rừng giữ lại ngày càng ít dần, làm cho quá trình sa mạc hoá và thảo nguyên hoá càng tăng nhanh. Đất trồng được nay chỉ còn chiếm 10% lục địa. Quá trình đô thị hoá nhanh làm cho diện tích đất trồng ngày càng bị thu hẹp. Sự phân phối nước ngọt cho người và cho vật nuôi, cây trồng cũng bị hạn chế. Có tới 60% diện tích đất trồng trên thế giới thiếu nước ngọt. Tiến bộ khoa học kĩ thuật được ứng dụng tích cực vào sản xuất đã kéo theo sự nhiễm bẩn của tất cả các quyển. Do đốt than và dầu mỏ mà khói và khí đốt từ các nhà máy đã thải vào khí quyển hàng năm 6.109 tấn CO2 và gần 108 tấn SO2. Nhiều thành phố lớn ở Tây Âu và Mỹ đã có hiện tượng “sương mù hoá chất” gây độc hại cho người và sinh vật. Các chất thải của nhà máy làm cho các hồ, ao, sông ngòi, cửa biển, cảng và biển cả bị nhiễm bẩn ngày càng nhiều. Các tàu biển đã thải ra biển va` đại dương hàng năm chừng hơn 2 triệu tấn dầu, làm chết nhiều sinh vật nổi và những sinh vật khác ăn sinh vật nổi cũng chết theo... Dân số tăng quá nhanh trong mấy chục năm gần đây, với độ gia tăng từ 1,7% đến 2%. Năm 1987 dân số thế giới đã tới 5 tỷ và ước tính sẽ lên tới 6,5 tỷ vào năm 2000. Nạn dân số tăng quá nhanh làm ảnh hưởng trước tiên là diện tích rừng va` đất trồng và làm tăng ô nhiễm môi trường sống. VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG A. Khái niệm Ô nhiễm là sự làm thay đổi không mong muốn, tính chất vật lý, hoá học, sinh học của không khí, đất, nước của môi trường sống, gây tác động nguy hại tức thời hoặc trong tương lai đến sức khỏe

Page 22 of 56Mucluc


va`đời sống con người, làm ảnh hưởng đến quá trình sản xuất, đến các tài sản văn hoá và làm tổn thất nguồn tài nguyên dự trữ của con người. Mức ô nhiễm được xác định bằng 3 yếu tố: - Nguồn tài nguyên bị mất mát do dùng quá phí phạm, tạo ra lượng chất phế thải quá lớn. - Mức đầu tư để trừ khử và phòng ngừa nạn ô nhiễm. - Mức giảm sức khoẻ con người. B. Các chất gây ô nhiễm 1. Các khí công nghiệp phổ biến Ôxit cacbon (CO), khí sunfurơ (SO2), khí cacbonic (CO2), ôxit nitơ (NO2), các loại hiđrô cacbua thoát ra từ máy nổ, khi có ánh sáng mặt trời đã liên kết lại và tạo thành hợp chất mới, độc hơn với tên “khói mù quang hoá học”. 2. Thuốc trừ sâu và chất độc hoá học DDT và các chất độc hoá học được sử dụng rộng rãi đã làm ô nhiễm sinh quyển. Chúng phát tán theo nước và không khí, được tích luỹ khi di chuyển theo chuỗi thức ăn, từ thực vật sang động vật ăn thực vật rồi sang động vật ăn thịt. Các chất này đã tàn phá nhiều quần xã sinh vật ở nhiều vùng trên thế giới. 3. Thuốc diệt cỏ Có 2 nhóm thuốc diệt cỏ: nhóm hợp chất simazon monoron gây rối loạn quá trình quang hợp và nhóm 2, 4D và 2, 4, 5 – T làm rụng lá cây và huỷ diệt có hệ thống khi dùng với nồng độ cao. Tuy nhiên, loại thuốc diệt cỏ nguy hiểm nhất lại là sản phẩm cuối cùng khi sản xuất 2, 4, 5 – T tức là chất điôxin. Chất này ở nồng độ thấp cũng gây ra quái thai. Các chất diệt cỏ 2, 4D và 2, 4, 5 – T có điôxin đã bị đế quốc Mĩ sử dụng bừa bãi để huỷ diệt rừng và hoa màu ở miền Nam nước ta từ tháng 8 – 1961 đến tháng 12 – 1970, trên một diện tích hơn 6 triệu ha, làm cho 50% số cây bị diệt, 1 triệu 62 vạn người bị nhiễm độc, nhiều người bị ung thư, chửa trứng và hàng nghìn trẻ em quái thai ra đời. 4. Các yếu tố gây đột biến Sự phát triển mạnh mẽ công nghiệp hoá học đã tạo những hợp chất tổng hợp dùng trong cuộc sống hàng ngày, trong đó có một số chất có khả năng gây đột biến. Việc sử dụng năng lượng nguyên tử và các chất phóng xạ trong khoa học, y học, kĩ thuật và nông nghiệp đã làm tăng tác động của bức xạ và yếu tố hoá học gây đột biến, ảnh hưởng tới khả năng di truyền của con người và những sinh vật khác. Sự tác động của các yếu tố gây đột biến đối với động vật và cây cối tạo nguồn nguyên liệu cho quá trình chọn lọc tự nhiên, còn đối với con người thì tác động này làm xuất hiện những đột biến có hại, gây chết cho trẻ sơ sinh hoặc làm ảnh hưởng tới sự phát triển bình thường về trí khôn và tâm lí của trẻ. Những kết quả nghiên cứu trên khỉ và tế bào người được nuôi cấy chỉ ra rằng, đối với người đã 30 tuổi nếu tiếp nhận thêm 10 rơnghen nữa thì số đột biến sẽ tăng lên gấp đôi, do đó số trẻ em quái dị do khuyết tật di truyền cũng tăng lên rõ rệt. Sau mỗi vụ nổ hạt nhân, các chất đồng vị phóng xạ sẽ thâm nhập vào thực vật qua không khí, nước va` đất. Các chất này qua chuỗi thức ăn sẽ tích tụ trong cơ thể người và gây đột biến di truyền. Vụ nổ bom nguyên tử ở Hirôshima và Nagasaki đã làm thiệt mạng hàng triệu người, cho tới bây giờ vẫn còn nạn nhân của đột biến di truyền do vụ nổ bom 35 năm về trước. Loài người tiến bộ đang đấu tranh chống các vụ nổ hạt nhân. Ngay trong hoà bình, việc sử dụng năng lượng hạt nhân cũng phải rất thận trọng. Sự phát triển của mỗi quốc gia chỉ có thể bền vững khi môi trường sống và thiên nhiên được bảo vệ tốt, duy trì được mối cân bằng sinh thái, tránh bị ô nhiễm và biết cách khai thác, sử dụng, phục hồi một cách hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên. Các biện pháp chống ô nhiễm môi trường Việc bảo vệ rừng và thiên nhiên hoang dại Sự cải biến khí hậu và khử mặn nước biển Các hệ sinh thái trao đổi chất nhân tạo Sử dụng hợp lý, bảo vệ và phục hồi nguồn tài nguyên thiên nhiên Luật bảo vệ môi trường

Page 23 of 56Mucluc


CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 1. Các biện pháp hoá – công nghệ Sản xuất theo chu kỳ khép kín; khử, lọc nước và khí thải; nghiên cứu những nhiên liệu mới không hoặc ít gây ô nhiễm; thay thế dần các nhà máy công nghiệp đang dùng bằng các nhà máy có hệ thống cung cấp nước khép kín. 2.Các biện pháp sinh – kĩ thuật Đảm bảo lọc nước theo hệ thống ao lọc; phủ xanh các cơ sở công nghiệp; vận dụng mạnh mẽ hơn các biện pháp đấu tranh sinh học; xây dựng những vùng liên hợp kinh tế rừng – săn bắn, đồng cỏ - săn bắn, hồ nuôi – đánh bắt cá, xây dựng nhiều khu rừng quốc gia. Ở những vùng liên hợp kinh tế này phải nghiên cứu song song việc qui hoạch nuôi trồng và khai thác theo phương án tối ưu. VIỆC BẢO VỆ RỪNG VÀ THIÊN NHIÊN HOANG DẠI Rừng không chỉ là nguồn sản xuất ra gỗ mà còn là một cỗ máy khổng lồ của thiên nhiên làm điều hoà khí hậu, giữ ẩm cho đất, góp phần ngăn chặn các nạn lũ lụt, xói mòn đất đai. Rừng còn là nơi lưu trữ, nuôi sống và làm phát triển nhiều loài cây va` động vật hoang dại quí hiếm. Do đó việc bảo vệ rừng và thiên nhiên hoang dại phải là một quốc sách, một công việc chiến lược của loài người. Mỗi quốc gia cần có qui hoạch tổng thể khoa học, vừa khai thác rừng, vừa trồng rừng, vừa bảo vệ và nuôi động vật hoang dại, vừa cho phép săn bắn một lượng đã tính toán không làm ảnh hưởng tới quần thể...Chính nhờ các biện pháp tổ chức kinh tế này mà nhiều nước công nghiệp đã gây lại được nhiều cây, con quí hiếm. Nhiều nước đã trồng rừng quanh các thành phố lớn để cải tạo khí hậu, chống ô nhiễm môi trường đô thị. Việc bảo vệ rừng bao gồm: xây dựng các khu rừng cấm quốc gia, qui định khai thác và nuôi giữ hợp lý các cây va` động vật cư trú trong rừng, tăng cường sử dụng các biện pháp đấu tranh sinh học, bảo đảm sự cân bằng sinh học trong rừng; sử dụng thuốc trừ sâu hợp lý khi cần thiết và chống nạn cháy rừng. SỰ CẢI BIẾN KHÍ HẬU VÀ KHỬ MẶN NƯỚC BIỂN Con người đã có nhiều cố gắng trong việc cải biến khí hậu theo các hướng: - Tăng cường trồng rừng ở vùng đồi trọc (Việt nam, Thái Lan, Nhật Bản, Inđônêxia...), ở sa mạc (Ôman, Angiêri...). - Tạo nên những kênh đaò nhân tạo (điển hình là kênh Suêz) vì mục đích giao thông, thuỷ lợi; cải tạo các vùng hoang và cải tạo khí hậu. Việc xây dựng các nhà máy thuỷ điện cũng có tác dụng gián tiếp cải tạo khí hậu. Tuy nhiên cần chú ý tới việc điều hoà lượng nước cung cấp cho vùng hạ lưu chống sự xâm nhập của nước biển. Ví dụ, vùng Xuân Thuỷ (hạ lưu của nhà máy thuỷ điện Hoà Bình) và vùng duyên hải thành phố Hồ Chí Minh (hạ lưu của nhà máy thuỷ điện Trị An). Con người cũng đã thử “thay trời làm mưa”. Tuy nhiên, kết quả có khi ngược lại: tuy có tạo được mưa tức thời nhưng cả mùa hè lượng mưa lại giảm. Dường như mưa nhân tạo đã làm trời trở lạnh, hạn chế sự hình thành mây của những cơn mưa rào. Một số nước công nghiệp phát triển đã khử mặn nước biển với qui mô nhỏ để lấy nước ăn cho vùng dân cư đông đúc ven biển. Tuy nhiên khi khử mặn nước biển với qui mô lớn để lấy nước ngọt dùng cho công nghiệp và nông nghiệp thì lại nảy sinh vấn đề giá thành nước ngọt để sử dụng trong sản xuất quá đắt, thêm nữa chỗ muối bị tích tụ lại gây nhiễm bẩn môi trường. CÁC HỆ SINH THÁI TRAO ĐỔI CHẤT NHÂN TẠO Cùng với tiến bộ khoa học kĩ thuật, con người đi tới những nơi chưa từng có người ở, không có đất để trồng (ở Bắc Cực, Nam Cực và những đảo đá). Để trồng rau ở những nơi đó (nguồn vitamin tự nhiên), các nhà khoa học đã nghiên cứu thành công một môi trường nước nhân tạo để thay đất (môi trường dung dịch muối khoáng), dùng đe`n điện để bảo đảm đủ ánh sáng và nhiệt độ thích hợp, sử dụng biện pháp làm cho không khí bão hoà CO2. Từ lượng thực vật được sản sinh người ta đã chế biến được nhiều loại thức ăn khác nhau. Thành tựu trồng cây trong môi trường nước cũng tạo ra khả năng giải quyết vấn đề thức ăn trong du

Page 24 of 56Mucluc


hành vũ trụ. SỬ DỤNG HỢP LÝ, BẢO VỆ VÀ PHỤC HỒI NGUỒN TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN 1. Sử dụng các biện pháp nhằm nâng cao năng suất sinh học của hệ sinh thái: - Bảo vệ rừng già, rừng trên nguồn và trên sườn đồi, núi để ngăn lũ; không cày xới đất khi làm ruộng nương trên sườn đồi dốc quá 15o. Tiến hành trồng cây gây rừng. - Cải tạo điều kiện tự nhiên của hệ sinh thái (bón phân, làm thuỷ lợi); luân canh hợp lý, chọn giống thích hợp và có năng suất cao. - Đẩy mạnh việc thuần hoá động vật, thực vật. - Đẩy mạnh biện pháp đấu tranh sinh học, bảo đảm sự cân bằng sinh học trong tự nhiên. 2. Đẩy mạnh cải tạo thiên nhiên, hoang mạc, sông ngòi, biển nhằm mở rộng diện tích nuôi trồng.Sa mạc Karacum, sa mạc Nội Mông và Tân Cương (Trung Quốc), sa mạc Sahara đã được cải tạo một bộ phận; kế hoạch cải tạo Bắc Băng Dương - một vùng rất giàu khoáng sản, đang được đề xuất. 3. Xây dựng các khu bảo vệ tự nhiên và các khu rừng cấm. Nhiều nước xây dựng các vườn quốc gia hoặc rừng cấm như kiểu Vườn quốc gia Cúc Phương để bảo vệ các nguồn quí; bảo vệ và khai thác hợp lý các khu vực sông, hồ, ven biển... tiến tới mở rộng các bãi nuôi nhân tạo... LUẬT BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG Việc sử dụng bừa bãi nguồn năng lượng và các nguồn tài nguyên khác trên trái đất đã gây nên nhiều hậu quả nặng nề (tầng ôzôn bị phá huỷ; đất đai, không khí, nguồn nước bị ô nhiễm nghiêm trọng; các vụ nổ hạt nhân và dò rỉ ở các nhà máy điện nguyên tử làm nhiều vùng trái đất bị nhiễm xạ...). Việc bảo vệ môi trường đã trở thành một yêu cầu cấp bách của thế giới. Năm 1971, tổ chức UNESCO đã thông qua chương trình sinh học quốc tế mang tên “Con người và sinh quyển”, nghiên cứu những đổi thay của sinh quyển và tài nguyên dưới những tác động của con người. Năm 1975, hội nghị an ninh và hợp tác Châu Âu họp ở Helsinki (Phần Lan) đã ghi rõ trong hiệp ước là phải hết sức bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên của thiên nhiên. Nhiều nước đã công bố luật bảo vệ môi trường và ra những sách đỏ, cấm không được săn bắn, thu hái những động vật và thực vật quí hiếm trong nước. Năm 1963, nhà nước ta đã ban hành “Điều lệ tạm thời về săn bắt chim, thú rừng và khai thác, bảo vệ nguồn lợi thuỷ sản” ngăn cấm việc phá rừng, khai thác gỗ bừa bãi va` đốt rừng. Đất nước ta sau hơn 30 năm bị tàn phá huỷ diệt nặng nề, nhân dân chưa có thói quen và ý thức bảo vệ môi trường. Luật bảo vệ môi trường của nước ta đã được quốc hội thông qua năm 1993 nêu lên những qui định tập trung vào các vấn đề sau: bảo vệ các thành phần cơ bản của môi trường, bảo vệ môi trường tổng hợp tại các khu vực khác nhau, phòng chống ô nhiễm và tai biến môi trường. Luật bảo vệ môi trường bao gồm các qui định về việc sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường, ngăn chặn các tác động tiêu cực, phục hồi các tổn thất, không ngừng cải thiện tiềm năng tài nguyên thiên nhiên và chất lượng môi trường, nhằm nâng cao đời sống vật chất và tinh thần của nhân dân. Bảo vệ môi trường bằng pháp luật là biện pháp hết sức quan trọng. Mỗi học sinh phải có trách nhiệm bảo vệ môi trường, tuyên truyền mọi người có ý thức và hành động bảo vệ môi trường theo luật, cụ thể là: - Phải tuyên truyền, giáo dục cho mọi người có những hiểu biết cần thiết về môi trường, về sinh thái học và di truyền học. - Tuyên truyền và tham gia việc chống thử và sử dụng vũ khí hoá học và vũ khí hạt nhân. - Tuyên truyền và thực hiện luật bảo vệ môi trường. DI TRUYỀN HỌC - KHOA HỌC VỀ CÁC QUI LUẬT DI TRUYỀN VÀ BIẾN DỊ Sinh sản là một đặc tính cơ bản của cơ thể sống. Trong quá trình sinh sản, một hiện tượng kỳ lạ luôn nhận thấy là con sinh ra nhất định giống cha mẹ ở mức độ nào đó. Sự “sao chép” lại các tính trạng và tính chất của cơ thể từ thế hệ này sang thế hệ khác được gọi là hiện tượng di truyền. Thông thường các tính trạng và tính chất của cơ thể được sao chép lại qua sinh sản một cách rất bền vững, song không tuyệt đối. Con của cùng cha mẹ vẫn có sai khác nào đó. Đó là hiện tượng biến dị. Môn khoa học nghiên cứu các qui luật di truyền và biến dị được gọi là di truyền học. Tuy mới chính thức ra đời vào đầu thế kỷ này, nhưng di truyền học đã phát triển mạnh va` đạt được

Page 25 of 56Mucluc


những thành tựu to lớn. Đặc biệt trong mấy chục năm gần đây, nhờ vận dụng các thành tựu của nhiều ngành khoa học chính xác như toán học, vật lý, hoá học... đồng thời sử dụng các phương pháp và kỹ thuật hiện đại, di truyền học đã đi sâu nghiên cứu cơ sở tế bào, cơ sở phân tử của sự di truyền, đề cập tới những vấn đề cơ bản nhất của sự sống. Bên cạnh những giá trị lý thuyết, di truyền học cũng có vai trò rất to lớn đối với thực tiễn, giúp loài người nâng cao sản lượng nông nghiệp, công nghiệp vi sinh vật va` đấu tranh chống các bệnh di truyền. Nhân các tế bào đều chứa axit nuclêic. Đó là những phân tử lớn có cấu trúc đa phân, bao gồm nhiều đơn phân là các nuclêôtit. Có 2 loại axit nuclêic là axit đeôxiribônuclêic (ADN) và axit ribônuclêic (ARN). Nuclêôtit – Đơn phân của axit nuclêic Cấu trúc và chức năng của ADN Cơ chế tự nhân đôi của ADN Cấu trúc và chức năng của ARN Cơ chế tổng hợp ARN Cấu trúc và chức năng của prôtêin NUCLÊÔTIT - ĐƠN PHÂN CỦA AXIT NUCLÊIC Mỗi nuclêôtit có khối lượng phân tử trung bình là 300 đơn vị cacbon và bao gồm 3 thành phần:

- Đường đeôxiribô (trong ARN được thay bằng đường ribô). - Axit Phôtphoric - Một trong 4 loại bazơ nitric: ađenin (A), guanin(G), xitôzin (X), timin (T). Trong ARN, timin được thay bằng uraxin (U). Có 4 loại nuclêôtit khác nhau về bazơ nitric nên người ta gọi tên chúng bằng tên các bazơ nitric tương ứng. Nhờ mối liên kết hoá trị giữa axit photphoric của nuclêôtit này với đường của nuclêôtit tiếp theo mà các nuclêôtit liên kết với nhau tạo nên chuỗi pôlinuclêôtit.

Page 26 of 56Mucluc


Cách sắp xếp khác nhau của 4 loại nuclêôtit sẽ tạo nên vô số loại phân tử ADN khác nhau. Số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các nuclêôtit trong chuỗi pôlinuclêôtit la` đặc trưng cho mỗi loại phân tử ADN. Chỉ cần thêm, bớt hoặc thay thế 1 nuclêôtit la` đã xuất hiện một phân tử ADN khác, mang những đặc tính khác. Tính đa dạng và tính đặc thù của axit nuclêic là cơ sở cho tính đa dạng và tính đặc thù của các loài sinh vật. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA ADN 1. Cấu trúc Năm 1953, J.Oatxơn và F.Cric đã xây dựng mô hình cấu trúc không gian của phân tử ADN.

Page 27 of 56Mucluc


Theo mô hình này, ADN là một chuỗi xoắn kép gồm 2 mạch pôlinuclêôtit xoắn đều quanh một trục theo chiều từ trái sang phải như một thang dây xoắn, mà 2 tay thang là các phân tử đường và axit phôtphoric sắp xếp xen kẽ nhau, còn mỗi bậc thang là một cặp bazơ nitric đứng đối diện và liên kết với nhau bằng các liên kết hiđrô theo nguyên tắc bổ sung, nghĩa là một bazơ lớn (A hoặc G) được bù bằng một bazơ bé (T hoặc X) hay ngược lại. Do đặc điểm cấu trúc, ađenin chỉ liên kết với timin bằng 2 liên kết hiđrô và guanin chỉ liên kết với xitôzin bằng 3 liên kết hiđrô. Theo nguyên tắc bổ sung, nếu biết được trình tự sắp xếp các nuclêôtit trong mạch đơn này thì có thể suy ra trình tự sắp xếp các nuclêôtit trong mạch đơn kia. Ví dụ, trên 1 mạch đơn chuỗi nuclêôtit sắp xếp theo thứ tự: A_G_G_X_T_A_X thì đoạn mạch đơn tương ứng có trình tự T_X_X_G_A_T_G. Một hệ quả nữa của nguyên tắc bổ sung là trong phân tử ADN số ađenin bằng số timin, số guanin bằng số xitôzin và do đó A + G = T + X. Tỉ số (A + T)/(G + X) trong các ADN khác nhau thì khác nhau va` đặc trưng cho từng loài. Mô hình Oatxơn – Cric cũng chỉ ra rằng đường kính vòng xoắn của phân tử ADN là 20Å , nhưng chiều dài có thể đạt tới hàng chục, thậm chí hàng trăm micrômet (phân tử prôtêin lớn nhất cũng chỉ có chiều dài 0,1 micrômet). Mỗi vòng xoắn của chuỗi xoắn kép ADN dài 34Å và gồm 10 cặp nuclêôtit. Như vậy mỗi cặp nuclêôtit ứng với 3,4Å . 2. Chức năng của ADN Bằng lý thuyết và cả thực nghiệm, người ta đã chứng minh rằng chức năng của ADN là bảo quản và truyền đạt thông tin về cấu trúc toàn bộ các loại prôtêin của cơ thể sinh vật, do đó qui định các tính trạng va` đặc tính của cơ thể. Theo ngôn ngữ thông tin thì thông tin di truyền (thông tin về cấu trúc của các prôtêin) được mã hoá trong ADN, tức là trình tự sắp xếp các axit amin trong prôtêin được qui định bởi trình tự sắp xếp các nuclêôtit trong ADN. Mỗi đoạn của phân tử ADN mang thông tin qui định cấu trúc của một loại prôtêin được gọi là gen cấu trúc. Thông thường, một gen cấu trúc gồm khoảng 600 – 1500 cặp nuclêôtit. Mỗi axit amin trong phân tử prôtêin được xác định bằng 3 nuclêôtit kế tiếp nhau trong ADN. Đó là sự mã hoá bộ ba, còn tổ hợp 3 nuclêôtit ứng với 1 axit amin là đơn vị mã (bộ ba mã hoá hay condon). Ta dễ dàng nhận thấy số tổ hợp các bộ ba từ 4 loại nuclêôtit là 43 = 64.

Page 28 of 56Mucluc


Thực nghiệm đã chứng minh rằng chỉ có 61 tổ hợp được sử dụng để mã hoá axit amin vì trong một số trường hợp, một axit amin tương ứng với nhiều bộ ba mã hoá khác nhau. Mặt khác, có những bộ ba không xác định một axit amin nào mà làm nhiệm vụ kết thúc sự tổng hợp chuỗi pôlipeptit. CƠ CHẾ TỰ NHÂN ĐÔI CỦA ADN Một đặc tính quan trọng của ADN là khả năng tự nhân đôi. Quá trình này xảy ra chủ yếu trong nhân tế bào, tại các nhiễm sắc thể ở kỳ trung gian giữa 2 lần phân bào (tức là lúc nhiễm sắc thể còn duỗi ra). Khi bước vào quá trình tự nhân đôi, dưới tác dụng của enzim ADN – pôlimeraza và các enzim khác, chuỗi xoắn kép ADN duỗi ra, sau đó 2 mạch đơn tách nhau dần. Mỗi nuclêôtit trong mỗi mạch đơn này kết hợp với 1 nuclêôtit tự do trong môi trường nội bào theo nguyên tắc bổ sung để tạo nên mạch đơn mới. Cuối cùng tạo thành 2 phân tử ADN “con”. Chính điều này đảm bảo cho tính chất bảo thủ di truyền một cách kỳ lạ ở sinh vật. Trong mỗi phân tử ADN “con” thì có một mạch pôlinuclêôtit là của ADN “mẹ” (mạch cũ), còn mạch kia là mới được tổng hợp (nguyên tắc giữ lại một nửa).

CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA ARN Tuỳ theo chức năng của chúng, người ta chia các ARN thành 3 loại chủ yếu: 1. ARN thông tin (mARN) là 1 mạch pôlinuclêôtit sao chép đúng 1 đoạn mạch ADN nhưng trong đó uraxin thay thế cho timin và làm nhiệm vụ truyền đạt thông tin qui định cấu trúc của prôtêin cần tổng hợp. 2. ARN ribôxôm (rARN) là thành phần cấu tạo nên ribôxôm và cũng có cấu trúc một mạch 3. ARN vận chuyển (tARN) có chức năng vận chuyển axit amin tương ứng tới nơi tổng hợp prôtêin. Đó là 1 mạch pôliribônuclêôtit, nhưng cuộn lại một đầu. Trong mạch, có đoạn các cặp bazơ nitric liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung (A_U; G_X), nhưng có đoạn không và tạo thành thuỳ tròn.

Page 29 of 56Mucluc


Ở 1 đầu của phân tử có bộ ba đối mã gồm 3 ribônuclêôtit đặc hiệu đối với axit amin mà nó phải vận chuyển. Nhờ đó nó có thể nhận ra bộ ba mã hoá tương ứng trên mARN theo nguyên tắc bổ sung trong quá trình tổng hợp prôtêin. Đầu đối diện có vị trí gắn axit amin đặc hiệu CƠ CHẾ TỔNG HỢP ARN Đa số các ARN đều được tổng hợp trên khuôn ADN, trừ ARN là bộ gen của một số virut. Dưới tác dụng của enzim ARN – pôlimeraza, một đoạn của phân tử ADN tương ứng với một hay một số gen được tháo xoắn, hai mạch đơn tách nhau ra và mỗi nuclêôtit trên mạch mang mã gốc kết hợp với 1 ribônuclêôtit trong môi trường nội bào theo nguyên tắc bổ sung (A_U; G_X), tạo nên chuỗi pôliribônuclêôtit của ARN.

Sau đó, đối với rARN và tARN thì mạch pôliribônuclêôtit tiếp tục hình thành cấu trúc bậc cao hơn để tạo thành phân tử ARN hoàn chỉnh. Sau khi được tổng hợp, ở tế bào có nhân chính thức mARN rời khỏi nhân tới tế bào chất để tham gia vào quá trình tổng hợp prôtêin. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA PRÔTÊIN Prôtêin là thành phần quan trọng của tế bào. Nó giữ những chức năng khác nhau trong cơ thể như: là hợp phần cấu tạo chủ yếu của tế bào (prôtêin cấu tạo), xúc tác các phản ứng hoá sinh (enzim), điều hoà sự trao đổi chất (hoocmôn), làm nhiệm vụ bảo vệ cơ thể (kháng thể)... Như vậy, prôtêin có liên quan đến toàn bộ hoạt động sống của mọi tế bào, chúng được biểu hiện thành những đặc điểm về cấu tạo và hoạt động sinh lý của tế bào cũng như của toàn bộ cơ thể sinh vật, nói cách khác chúng biểu hiện thành các tính trạng của sinh vật. Về cấu trúc, prôtêin cũng là loại phân tử lớn, được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân ma` đơn phân là các axit amin. Mỗi axit amin có khối lượng phân tử trung bình là 110 đơn vị cacbon. Có hơn 20 loại axit amin khác nhau nhưng đặc điểm chung của chúng la` đều có nhóm amin (-NH2) và nhóm cacbôxil (-COOH), phần còn lại thì rất khác nhau gọi là gốc (-R). Công thức chung của axit amin là:

Page 30 of 56Mucluc


Sau đây là công thức khai triển của một vài axit amin

Các axit amin liên kết với nhau bằng các liên kết peptit tạo nên chuỗi pôlipeptit. Liên kết peptit được tạo thành do nhóm cacbôxil của axit amin này liên kết với nhóm amin của axit amin tiếp theo và giải phóng 1 phân tử nước.

Mỗi phân tử prôtêin có thể gồm 1 hay nhiều chuỗi pôlipeptit cùng loại hay khác loại. Hơn 20 loại axit amin kết hợp với nhau theo những cách khác nhau tạo nên vô số loại prôtêin khác nhau (trong các cơ thể động vật, thực vật ước tính có khoảng 1014 – 1015 loại prôtêin). Mỗi loại prôtêin đặc trưng bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các axit amin trong phân tử. Điều đó giải thích tại sao trong thiên nhiên các prôtêin vừa rất đa dạng, lại vừa mang tính chất đặc thù. Prôtêin có 4 bậc cấu trúc cơ bản. Cấu trúc bậc 1 chính là trình tự sắp xếp các axit amin trong chuỗi pôlipeptit.

Page 31 of 56Mucluc


Prôtêin còn có những bậc cấu trúc cao hơn (bậc 2, bậc 3, bậc 4) làm cho chuỗi pôlipeptit có dạng xoắn, bó hoặc cuộn. Mỗi thay đổi về nhiệt độ, áp suất, độ pH, đều có thể dẫn đến sự thay đổi cấu trúc bậc 2, bậc 3, bậc 4 của prôtêin và do đó làm thay đổi cả hoạt tính sinh học của nó. Quá trình tổng hợp prôtêin trong tế bào Sự điều hoà quá trình sinh tổng hợp prôtêin QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP PRÔTÊIN TRONG TẾ BÀO Như đã biết, ADN qui định cấu trúc của prôtêin thông qua mARN. Bởi vậy, quá trình sinh tổng hợp prôtêin bao gồm 2 giai đoạn chủ yếu: 1. Sao mã: Chính là quá trình sinh tổng hợp mARN theo cơ chế đã xét ở trên. Sau khi được tổng hợp, phân tử mARN ra khỏi nhân tới ribôxôm để tham gia vào giai đoạn giải mã. 2. Giải mã: Giai đoạn này gồm 2 bước chính: a. Hoạt hoá axit amin: Các axit amin tự do có trong bào chất được hoạt hoá nhờ gắn với hợp chất giàu năng lượng ađenôzintriphôtphat (ATP) dưới tác dụng của một số loại enzim. Sau đó, nhờ một loại enzim đặc hiệu khác, axit amin đã được hoạt hoá lại liên kết với tARN tương ứng để tạo nên phức hợp axit amin – tARN (aa – tARN). b. Tổng hợp chuỗi pôlipeptit: Đầu tiên, mARN tiếp xúc với ribôxôm ở vị trí mã mở đầu. Tiếp đó, tARN mang axit amin mở đầu tiên vào ribôxôm, đối mã của nó khớp với mã mở đầu của mARN theo nguyên tắc bổ sung. aa1 – tARN tới vị trí bên cạnh, đối mã của nó khớp với mã của axit amin thứ nhất trên mARN theo nguyên tắc bổ sung. Enzim xúc tác tạo thành liên kết peptit giữa axit amin mở đầu và axit amin thứ nhất. Ribôxôm dịch chuyển đi một bộ ba trên mARN (sự chuyển vị) làm cho tARN mở đầu rời khỏi ribôxôm. Tiếp đó, aa2 – tARN tiến vào ribôxôm, đối mã của nó khớp với mã của axit amin thứ hai trên mARN theo nguyên tắc bổ sung.

Page 32 of 56Mucluc


Liên kết peptit giữa aa1 và aa2 được tạo thành. Sự chuyển vị lại xảy ra, và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi ribôxôm tiếp xúc với mã kết thúc của mARN thì tARN cuối cùng rời khỏi ribôxôm, đồng thời chuỗi pôlipeptit được giải phóng. Trong các tế bào động vật, chuỗi pôlipeptit được kéo dài trung bình 7 axit amin/giây. Ở vi khuẩn, quá trình này diễn ra nhanh hơn 2 – 3 lần. Dưới tác dụng của enzim đặc hiệu, axit amin mở đầu bị tách khỏi chuỗi pôlipeptit vừa được tổng hợp. Sau đó, chuỗi pôlipeptit tiếp tục hình thành cấu trúc bậc cao hơn để tạo thành prôtêin hoàn chỉnh. Đời sống của mỗi phân tử mARN rất ngắn. Nó chỉ được sử dụng để tổng hợp xong vài chục chuỗi pôlipeptit cùng loại rồi tự huỷ. Các ribôxôm thì được sử dụng nhiều lần, qua nhiều thế hệ tế bào và chúng có thể tham gia tổng hợp bất cứ loại prôtêin nào. mARN có thể không gắn với từng ribôxôm riêng rẽ, ma` đồng thời với một nhóm ribôxôm (5 – 20 ribôxôm) được gọi là pôlixôm. Sau khi ribôxôm thứ nhất dịch chuyển được 50 – 100Å thì ribôxôm thứ 2 lại gắn vào mARN. Tiếp đó đến ribôxôm thứ 3, thứ 4... Khi đã dịch chuyển hết chiều dài của mARN thì nhóm ribôxôm này đã tổng hợp liên tiếp được nhiều phân tử prôtêin cùng loại.

Page 33 of 56Mucluc


Như vậy, sao mã và giải mã có mối liên quan chặt chẽ.

SỰ ĐIỀU HÒA QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HỢP PRÔTÊIN Bộ nhiễm sắc thể của mỗi tế bào ở sinh vật sinh sản hữu tính được sao chép nguyên vẹn từ bộ nhiễm sắc thể của hợp tử. Vì vậy, ADN trong mỗi tế bào của cơ thể đều chứa đầy đủ toàn bộ các gen qui định cấu trúc tất cả các loại prôtêin của cơ thể. Nhưng trong quá trình phát triển cá thể, tuỳ tế bào trong từng loại mô, tuỳ giai đoạn phát triển mà chỉ một số gen trong đó hoạt động, tức là tế bào chỉ tổng hợp loại prôtêin cần thiết vào lúc cần thiết. Vậy, trong cơ thể phải có một cơ chế nào đó điều hoà quá trình sinh tổng hợp prôtêin. Năm 1965, hai nhà khoa học Pháp Jacôp và Mônô đã phát hiện ra cơ chế này ở vi khuẩn. Mỗi một đoạn mạch của phân tử ADN có chức năng di truyền được gọi là gen. Các gen trên phân tử ADN gồm nhiều loại, giữ những chức năng khác nhau như gen cấu trúc làm nhiệm vụ mã hoá thông tin cấu trúc của các prôtêin, gen vận hành làm nhiệm vụ vận hành các gen cấu trúc, gen điều hoà điều hoà hoạt động của các gen cấu trúc... Nhiễm sắc thể Cơ chế di truyền ở cấp độ tế bào NHIỄM SẮC THỂ A. Nhiễm sắc thể ở sinh vật có nhân chính thức 1. Đại cương về nhiễm sắc thể Ở sinh vật có nhân chính thức nhiễm sắc thể là những cấu trúc nằm trong nhân tế bào, có khả năng nhuộm màu đặc trưng bằng thuốc nhuộm kiềm tính. Dưới kính hiển vi quang học có thể quan sát được sự biến đổi hình thái của chúng qua các kỳ của phân bào. Tế bào của mỗi loài sinh vật có một bộ nhiễm sắc thể đặc trưng về số lượng, hình thái và cấu trúc, được duy trì ổn định qua các thế hệ. Thông thường, trong tế bào sinh dưỡng (tế bào xôma), hầu như tất cả các nhiễm sắc thể đều tồn tại thành từng cặp. Mỗi cặp gồm 2 nhiễm sắc thể giống nhau về hình dạng, kích thước và cấu trúc đặc trưng, được gọi là cặp nhiễm sắc thể tương đồng, trong đó, một có nguồn gốc từ bố, một có nguồn gốc từ mẹ. Toàn bộ các nhiễm sắc thể nằm trong nhân tế bào hợp thành bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội của loài (2n). Ví dụ, ở người 2n = 46; ở ruồi giấm 2n = 8; ở ngô 2n = 20... Bảng số lượng nhiễm sắc thể (2n) của một số loài sinh vật.

Loài Số lượng nhiễm sắc thể (2n) Loài Số lượng nhiễm

sắc thể (2n)

Giun đũa 4 Ngô 20

Page 34 of 56Mucluc


Nhiễm sắc thể của các loài sinh vật khác nhau không phải chỉ ở số lượng và hình thái, mà chủ yếu là ở các gen trên đó. Trong các tế bào sinh dục (giao tử), số nhiễm sắc thể chỉ bằng một nửa số nhiễm sắc thể trong tế bào sinh dưỡng va` được gọi là bộ nhiễm sắc thể đơn bội (n). Ví dụ, ở người n = 23; ruồi giấm n = 4; ở ngô n = 10... 2. Hình thái nhiễm sắc thể Hình thái nhiễm sắc thể nhìn rõ nhất ở kỳ giữa của nguyên phân khi chúng đã xoắn và rút ngắn ở mức cực đại. Nhiễm sắc thể có dạng hạt, que hoặc chữ V, có chiều dài 0,2 – 50m, đường kính 0,2 – 2m. Mỗi nhiễm sắc thể giữ vững hình thái, cấu trúc đặc thù của nó liên tục qua nhiều thế hệ tế bào, nhưng có biến đổi qua các kỳ của quá trình phân bào.

Trong quá trình nguyên phân, ở kỳ trung gian, nhiễm sắc thể có dạng sợi mảnh gọi là sợi nhiễm sắc. Trên sợi nhiễm sắc có các hạt nhiễm sắc là những chỗ sợi nhiễm sắc bắt đầu xoắn. Cũng trong kỳ trung gian, mỗi nhiễm sắc thể tự nhân đôi thành một nhiễm sắc thể kép gồm 2 crômatit giống hệt nhau, dính nhau ở tâm động. Bước vào kì trước, các crômatit tiếp tục xoắn. Sự đóng xoắn đạt tới mức tối đa vào kỳ giữa. Đến các kỳ sau, các crômatit tách nhau ở tâm động, mỗi crômatit trở thành nhiễm sắc thể đơn đi về một cực của thoi vô sắc. Tới kỳ cuối, các nhiễm sắc thể lại tháo xoắn và trở về dạng sợi mảnh.

Ruồi giấm Cá chép Vịt nhà

Gà Người Lợn Bò

Trâu

8 104 80 78 46 38 60 50

Cà chua Đậu Hà Lan Khoai tây Lúa nước

Bông Củ cải Cải bắp

Dưa chuột

24 14 48 24 52 18 18 14

Page 35 of 56Mucluc


3. Cấu trúc nhiễm sắc thể Ở kỳ giữa của nguyên phân, nhiễm sắc thể có cấu trúc điển hình gồm 2 crômatit gắn với nhau ở eo thứ nhất hay tâm động, chia nó thành 2 cánh. Tâm động là trung tâm vận động, la` điểm trượt của nhiễm sắc thể trên dây tơ vô sắc đi về các cực trong phân bào. Một số nhiễm sắc thể còn có eo thứ 2 và thể kèm. Có người cho rằng, eo thứ hai là nơi tổng hợp ARN ribôxôm, trước khi đi ra bào chất để góp phần tạo nên ribôxôm, chúng tạm thời tích tụ lại ở eo này và tạo thành nhân con.

Nhiễm sắc thể được cấu tạo từ chất nhiễm sắc bao gồm chủ yếu là ADN và prôtêin loại histôn. Phân tử ADN quấn quanh các khối cầu prôtêin tạo nên chuỗi nuclêôxôm. Mỗi nuclêôxôm là một khối dạng cầu, bên trong chứa 8 phân tử histôn, còn bên ngoài được quấn quanh bởi một đoạn ADN chứa khoảng 140 cặp nuclêôtit.

Tổ hợp ADN với histôn trong chuỗi nuclêôxôm tạo thành sợi cơ bản có đường kính 100Å. Sợi cơ bản xoắn lại một lần nữa, là xoắn bậc 2, tạo nên sợi nhiễm sắc có đường kính 250Å. Sự xoắn tiếp theo của sợi nhiễm sắc tạo thành cấu trúc crômatit. 4. Chức năng của các nhiễm sắc thể Chỉ ở kỳ trung gian của quá trình phân bào, các nhiễm sắc thể mới tháo xoắn cực đại và ở trạng thái hoạt tính về di truyền và sinh lý, vì trong kỳ này ADN của chúng mới có thể thực hiện được vai trò làm khuôn cho sự tự nhân đôi cũng như tổng hợp các phân tử ARN (sự sao mã). Ở trạng thái phân bào, các nhiễm sắc thể không có hoạt tính di truyền và cũng được phân phối đều đặn cho các tế bào con. B. Nhiễm sắc thể ở sinh vật chưa có nhân và sinh vật chưa có cấu tạo tế bào Ở các sinh vật chưa có nhân như vi khuẩn, nhiễm sắc thể chỉ gồm 1 phân tử ADN dạng vòng do 2 đầu nối lại với nhau.

Page 36 of 56Mucluc


Ở các sinh vật chưa có cấu tạo tế bào như virut và thể ăn khuẩn, vật chất di truyền cũng chỉ là phân tử ADN. Riêng ở một số loài virut thì đó là ARN. CƠ SỞ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ TẾ BÀO Ở các loài sinh sản vô tính, trong nguyên phân các nhiễm sắc thể đơn tự nhân đôi thành các nhiễm sắc thể kép (gồm 2 crômatit). Sau đó, các crômatit phân li về các tế bào con theo cơ chế rất chặt chẽ và chính xác. Chính vì vậy mà quá trình nguyên phân đảm bảo sự phân phối đều các nhiễm sắc thể cho các tế bào con ở các loài sinh sản hữu tính, sự ổn định về số lượng và chất lượng các nhiễm sắc thể của loài trong các thế hệ được đảm bảo nhờ sự kết hợp 3 quá trình nguyên phân, giảm phân và thụ tinh. Giảm phân thực chất gồm 2 lần phân bào liên tiếp, nhưng các nhiễm sắc thể chỉ có một lần tự nhân đôi, do vậy số lượng nhiễm sắc thể trong mỗi tế bào con giảm đi một nửa. Mặt khác, trong giảm phân các nhiễm sắc thể tương đồng sau khi tự nhân đôi có sự tiếp hợp với nhau và có thể có sự trao đổi với nhau những đoạn tương đồng. Kết quả là sau 2 lần phân bào liên tiếp, từ một tế bào mẹ lưỡng bội (tế bào sinh tinh hoặc tế bào sinh trứng) cho ra 4 tế bào con đơn bội (trong quá trình sinh trứng, trong 4 tế bào con đơn bội này chỉ có 1 phát triển thành tế bào trứng và trực tiếp tham gia vào thụ tinh). Tiếp đến, trong thụ tinh, sự phối hợp của 2 nhân tế bào đơn bội (tinh trùng và trứng) tạo thành hợp tử mà bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội của loài được phục hồi. Phương pháp phân tích cơ thể lai của Menđen Một số khái niệm và kí hiệu thường dùng PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CƠ THỂ LAI CỦA MENĐEN Trước Menđen, nhiều nhà khoa học cũng đã lai giống để nghiên cứu sự di truyền các tính trạng, nhưng cùng một lúc nghiên cứu sự di truyền của tất cả các tính trạng của cơ thể bố mẹ nên không rút ra được các qui luật. Menđen đã dùng phương pháp phân tích cơ thể lai mà nội dung chủ yếu gồm những điểm sau: - Trước khi tiến hành lai, Menđen đã chọn lọc và kiểm tra những thứ đậu thu thập được để có những dòng thuần, nghĩa là khi đem gieo thì sinh ra đời con hoàn toàn giống bố mẹ. - Lai các cặp bố mẹ thuần chủng khác nhau về một hoặc vài ba cặp tính trạng tương phản, theo dõi riêng con cháu và từng cặp bố mẹ. - Sử dụng thống kê toán học trên một số lượng lớn các cơ thể lai khác nhau theo từng cặp tính trạng tương phản qua nhiều thế hệ để phân tích qui luật di truyền các tính trạng của bố mẹ cho các thế hệ sau. Nhờ phương pháp đúng mà Menđen đã khám phá được những định luật rất cơ bản của sự di truyền, làm cho di truyền học trở thành một khoa học thực sự. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ KÍ HIỆU THƯỜNG DÙNG 1. Cặp tính trạng tương phản là 2 trạng thái khác nhau của cùng một tính trạng nhưng biểu hiện trái ngược nhau. Ví dụ, ở đậu Hà Lan màu hạt vàng và xanh là 2 trạng thái khác nhau của cùng tính trạng màu sắc hạt; thân cao và thân lùn là 2 trạng thái khác nhau của tính trạng chiều cao thân... 2. Alen và cặp alen: Mỗi trạng thái khác nhau (ví dụ A, a) của cùng một gen được gọi là alen. Có trường hợp người ta dùng thuật ngữ “gen” và “alen” với ý nghĩa giống nhau. Cặp alen: Hai alen giống nhau hay khác nhau thuộc cùng một gen trên cặp nhiễm sắc thể tương đồng ở sinh vật lưỡng bội. Ví dụ, AA, aa, Aa. 3. Kiểu gen và kiểu hình: Kiểu gen là toàn bộ các gen nằm trong tế bào của cơ thể sinh vật. Trong thực tế, khi nói tới kiểu gen của một cơ thể, người ta chỉ xét một vài cặp gen nào đó liên quan tới các cặp tính trạng nghiên cứu. Ví dụ, ruồi giấm có kiểu gen BBVV, hoặc bbvv. Kiểu hình là tổ hợp toàn bộ các tính trạng va` đặc tính của cơ thể. Trong thực tế, khi nói tới kiểu hình của một cơ thể, người ta chỉ xét một vài tính trạng đang nghiên cứu. Ví dụ, ruồi giấm có kiểu hình thân xám, cánh dài hay thân đen, cánh cụt...

Page 37 of 56Mucluc


4. Thể đồng hợp và thể dị hợp: Thể đồng hợp là cá thể mang 2 alen giống nhau thuộc cùng một gen. Ví dụ, AA, BB, aa, bb... Thể dị hợp là cá thể mang 2 alen khác nhau thuộc cùng một gen. Ví dụ, Aa, Bb... 5. Các kí hiệu thường dùng: P: thế hệ cha mẹ G: giao tử F: thế hệ con (trong các phép lai của Menđen) F1: biểu thị đời con của 2 bố mẹ thuần chủng khác nhau. F2: đời sau của các cây lai F1 FB: thế hệ con của phép lai phân tích ♂: đực ♀: cái x: kí hiệu sự lai giống Khái niệm về lai một cặp tính trạng Định luật 1 và định luật 2 của Menđen Trội không hoàn toàn Giải thích định luật 1 và 2 của Menđen theo thuyết nhiễm sắc thể Những điều kiện nghiệm đúng định luật 1 và 2 của Menđen Ý nghĩa của định luật 1 và 2 của Menđen KHÁI NIỆM VỀ LAI MỘT CẶP TÍNH TRẠNG Lai 1 cặp tính trạng là phép lai trong đó cặp bố mẹ thuần chủng đem lai khác biệt nhau về một cặp tính trạng tương phản. ĐỊNH LUẬT 1 VÀ ĐỊNH LUẬT 2 CỦA MENĐEN Khi tiến hành lai nhiều thứ đậu Hà Lan thuần chủng khác nhau về 1 cặp tính trạng tương phản Menđen đều thấy các cơ thể lai F1 chỉ biểu hiện tính trạng của 1 bên bố hoặc mẹ (định luật Menđen 1 hay định luật đồng tính). Chẳng hạn như khi dùng đậu hạt vàng làm mẹ lai với đậu hạt xanh làm bố hoặc ngược lại, ông đều thu được các cây lai F1 chỉ có hạt vàng. Ông gọi tính trạng được biểu hiện ở cơ thể lai F1 là tính trạng trội (như tính trạng hạt vàng trong thí nghiệm trên) còn tính trạng không được biểu hiện ở F1 là tính trạng lặn (hạt xanh). Tiếp đó, bằng cách để cho các cây lai F1 tự thụ phấn hoặc giao phấn với nhau thì ở F2 ông đã thu được cả các cây mang tính trạng trội lẫn các cây mang tính trạng lặn với tỷ lệ trung bình 3 trội : 1 lặn (định luật Menđen 2 hay định luật phân tính). Menđen đã giải thích đúng đắn các kết quả nghiên cứu của mình khi cho rằng, các tính trạng được xác định bởi các nhân tố di truyền (mà sau này người ta gọi là các gen) và có hiện tượng giao tử thuần khiết khi F1 hình thành giao tử. Tuy nhiên, lúc đó người ta chưa thể đánh giá hết tầm quan trọng của chúng vì ông đã đi trước quá xa so với trình độ khoa học đương thời. Chỉ sau này, các thành tựu của tế bào học mới cho phép hiểu thấu giả thuyết của ông. TRỘI KHÔNG HOÀN TOÀN Định luật Menđen 1 tỏ ra đúng với mọi đối tượng động vật, thực vật và vi sinh vật. Song, những nghiên cứu sau này đã chỉ ra rằng cơ thể lai F1 không phải luôn luôn biểu hiện tính trạng của một bên bố hoặc mẹ mà có khi biểu hiện tính trạng trung gian giữa bố và mẹ (trội không hoàn toàn). Chẳng hạn khi lai giữa 2 thứ hoa dạ lan thuần chủng: thứ hoa đỏ (AA) với thứ hoa trắng (aa) thì ở F1 lại thu được các cây đồng loạt có hoa màu hồng (trung gian giữa đỏ và trắng). Vậy, trội không hoàn toàn là hiện tượng di truyền trong đó kiểu hình của cơ thể lai F1 biểu hiện tính trạng trung gian giữa bố và mẹ.

Page 38 of 56Mucluc


GIẢI THÍCH ĐỊNH LUẬT 1 VÀ 2 CỦA MENĐEN THEO THUYẾT NHIỄM SẮC THỂ Vào đầu thế kỷ XX, khi phát hiện rõ cấu trúc của tế bào va` đặc biệt là các nhiễm sắc thể trong nhân tế bào, phát hiện ra các hiện tượng nguyên phân, giảm phân, phát sinh giao tử và thụ tinh thì thấy rằng sự vận động của các nhiễm sắc thể cũng giống như sự vận động của các nhân tố di truyền mà Menđen giả định. Chính các nhiễm sắc thể cũng tồn tại thành từng cặp trong các tế bào lưỡng bội trong cơ thể của hầu hết các động vật, thực vật bậc cao. Chúng cũng phân li trong giảm phân khi hình thành giao tử và tổ hợp lại trong thụ tinh. Sự di truyền màu hạt vàng và xanh trong thí nghiệm của Menđen được giải thích hết sức đơn giản nếu cho rằng, trong 2 nhiễm sắc thể tương đồng ở tế bào mẹ hạt vàng đều mang alen A, hai nhiễm sắc thể tương đồng ở tế bào cha hạt xanh đều mang 2 alen a ở vị trí tương ứng. Hình dưới đây cho thấy sự hoạt động của các nhiễm sắc thể và các gen trên đó.

Từ kết quả trên ta thấy, các cơ thể lai F1 có cặp nhiễm sắc thể tương đồng mang cặp alen Aa. Vì A lấn át a nên F1 mang tính trạng của A (tất cả hạt có màu vàng). Ở F2 tỉ lệ phân li kiểu gen và kiểu hình như sau:

Trong cách viết ở trên, dấu gạch ngang (-) thay cho gen trội hoặc gen lặn vì thể đồng hợp và thể dị hợp về gen trội có kiểu hình giống nhau. Tỷ lệ này hoàn toàn phù hợp với kết quả thí nghiệm. Như vậy có thể nói, định luật Menđen 1 và 2 đã được giải thích bằng cơ sở tế bào học. NHỮNG ĐIỀU KIỆN NGHIỆM ĐÚNG CỦA ĐỊNH LUẬT 1 VÀ 2 Định luật 1 và 2 của Menđen chỉ nghiệm đúng trong các điều kiện sau: - Các cặp bố mẹ phải thuần chủng về tính trạng đem lai - Tính trạng trội phải trội hoàn toàn - Số cá thể phân tích phải lớn Ý NGHĨA CỦA ĐỊNH LUẬT 1 VÀ 2 CỦA MENĐEN

Kiểu gen Kiểu hình 1AA : 2Aa : 1aa 3A- : 1aa

Page 39 of 56Mucluc


1. Như đã biết, cơ thể mang kiểu hình của gen trội A có thể có kiểu gen đồng hợp AA hoặc dị hợp Aa. Vì vậy, muốn phân biệt chúng người ta phải dùng phép lai phân tích. Lai phân tích là phép lai giữa cơ thể mang tính trạng trội với cơ mang tính trạng lặn để kiểm tra kiểu gen. Trong phép lai phân tích, nếu đời sau (FB) la` đồng tính thì chứng tỏ cơ thể mang tính trạng trội là thể đồng hợp (ứng dụng định luật Menđen 1):

Nếu FB phân li theo tỷ lệ 1 : 1 thì chứng tỏ cơ thể mang tính trạng trội là thể dị hợp (áp dụng định luật Menđen 2).

2. Trong thực tiễn sản xuất người ta thường dùng nhiều giống khác nhau cho lai với nhau để tập trung tính trội của bố và mẹ cho cơ thể lai F1. Đây là một trong những nguyên nhân dẫn đến hiện tượng ưu thế lai. Người ta không dùng cơ thể lai F1 để nhân giống, vì tính di truyền không ổn định, thế hệ sau sẽ phân li. Khái niệm về lai hai và nhiều cặp tính trạng Định luật 3 của Menđen (Định luật về sự phân li độc lập của các cặp tính trạng) Công thức tổng quát Những điều kiện nghiệm đúng định luật 3 của Menđen Ý nghĩa định luật 3 của Menđen KHÁI NIỆM VỀ LAI NHIỀU CẶP TÍNH TRẠNG Phép lai trong đó cặp bố mẹ thuần chủng đem lai phân biệt nhau về hai hay nhiều cặp tính trạng tương phản được gọi là phép lai hai hay nhiều cặp tính trạng. Ví dụ, phép lai giữa thứ đậu Hà Lan hạt vàng, trơn với thứ xanh, nhăn; lai chuột lông đen, ngắn với chuột lông trắng, dài... ĐỊNH LUẬT 3 CỦA MENĐEN (Định luật về sự phân li độc lập của các cặp tính trạng). A. Thí nghiệm Menđen lai 2 thứ đậu Hà Lan thuần chủng khác nhau về 2 cặp tính trạng tương phản : một thứ có hạt vỏ trơn, màu vàng và một thứ có hạt vỏ nhăn, màu xanh. B. Kết quả Menđen nhận thấy F1 đều đồng tính hạt trơn, màu vàng. Kết quả này rất phù hợp với định luật đồng tính và chứng tỏ rằng các tính trạng hạt trơn, màu vàng đều là tính trạng trội. Menđen cho 15 cây F1 tự thụ phấn hoặc giao phấn với nhau thì ở F2 ông thu được tất cả 556 hạt gồm 4 loại kiểu hình như sau: 315 hạt vàng, trơn 101 hạt vàng, nhăn 108 hạt xanh, trơn 32 hạt xanh, nhăn Đến đây lại thấy định luật Menđen 2 nghiệm đúng: thế hệ thứ 2 phân li kiểu hình phức tạp hơn trong lai một cặp tính trạng. Ở trường hợp này có đến 4 loại kiểu hình: hai loại kiểu hình giống thế hệ xuất phát P là vàng, trơn và xanh, nhăn; đồng thời xuất hiện 2 loại kiểu hình mới: vàng, nhăn và xanh,

P AA x aa GP A a FB tất cả là Aa

P AA x aa GP 0,5A ; 0,5a 1a FB 1Aa : 1 aa

Page 40 of 56Mucluc


trơn. Sự xuất hiện các tổ hợp mới của các tính trạng ở bố mẹ do lai giống như vậy gọi là biến dị tổ hợp. Nếu xét riêng từng cặp tính trạng tương phản thì sẽ thấy:

Như vậy, mỗi cặp tính trạng tương phản đều phân li theo đúng định luật Menđen 2 và không phụ thuộc vào nhau. Tiến hành nhiều thí nghiệm khác, ông cũng thu được kết quả tương tự. C. Định luật 3 của Menđen Khi lai 2 cơ thể thuần chủng khác nhau về hai hay nhiều cặp tình trạng tương phản thì sự di truyền của cặp tính trạng này không phụ thuộc vào sự di truyền của cặp tính trạng kia. D. Giải thích định luật 3 của Menđen theo thuyết nhiễm sắc thể Định luật 3 của Menđen về sự phân li độc lập của các cặp tính trạng tương phản có thể được giải thích bằng sự phân li độc lập và sự tổ hợp tự do của các cặp nhiễm sắc thể tương đồng khi con lai F1 hình thành giao tử, đồng thời có sự kết hợp ngẫu nhiên của các loại giao tử trong thụ tinh. Điều kiện cần thiết đế có sự phân li độc lập là các cặp alen xác định các cặp tính trạng tương phản phải nằm trên các cặp nhiễm sắc thể tương đồng khác nhau. Ví dụ, sự di truyền các tính trạng màu sắc và hình dạng hạt đậu trong thí nghiệm của Menđen.

Về màu sắc hạt:

Về hình dạng hạt:

Page 41 of 56Mucluc


Cặp nhiễm sắc thể tương đồng mang gen A (xác định hạt vàng) hay gen a (xác định hạt xanh) trong khi một cặp khác mang gen B (xác định hạt trơn) hay gen b (xác định hạt nhăn). Tỉ lệ phân li kiểu gen và kiểu hình ở các cây lai F2 trong thí nghiệm lai 2 cặp tính trạng của Menđen là như nhau:

Tỷ lệ này hoàn toàn phù hợp với kết quả thí nghiệm

Về kiểu gen Về kiểu hình

9(A-B-) vàng, trơn

3(A-bb) vàng, nhăn

3(aaB-) xanh, trơn

1aabb 1(aabb) xanh, nhăn

Page 42 of 56Mucluc


CÔNG THỨC TỔNG QUÁT Khi so sánh lai một cặp tính trạng và lai hai cặp tính trạng ta thấy rằng trong lai một cặp tính trạng F2 phân li thành 2 loại kiểu hình theo tỷ lệ 3 : 1, trong khi ở lai 2 cặp tính trạng chúng phân li thành 4 loại kiểu hình theo tỷ lệ 9 : 3 : 3 : 1. Tỷ lệ này ứng với bình phương của biểu thức (3 + 1) (3 + 1)2 = 9 + 3 + 3 + 1 Một cách tương tự trong lai 3 cặp tính trạng sự phân li kiểu hình ở F2 cho 8 loại kiểu hình ứng với:

(3 + 1)3 = 27 + 9 + 9 + 9 + 3 + 3 + 3 + 1 Từ đó có thể nêu nhận xét khái quát: Trong lai n cặp tính trạng thì tỷ lệ phân li kiểu hình ở F2 ứng

với công thức (3 + 1)n. Menđen đã rút ra những điều khái quát sau đây đối với n cặp gen dị hợp phân li độc lập:

NHỮNG ĐIỀU KIỆN NGHIỆM ĐÚNG CỦA ĐỊNH LUẬT 3 MENĐEN Ngoài những điều kiện đã nêu trong định luật Menđen 1 và 2 còn thêm các điều kiện sau: - Các cặp gen xác định các cặp tính trạng tương phản phải nằm trên các cặp nhiễm sắc thể tương đồng khác nhau. - Các cặp gen phải tác động riêng rẽ lên sự hình thành tính trạng. Ý NGHĨA CỦA ĐỊNH LUẬT 3 CỦA MENĐEN Định luật phân li độc lập và tổ hợp ngẫu nhiên của các cặp tính trạng tương phản (do sự phân li độc lập và tổ hợp ngẫu nhiên của các cặp alen) làm xuất hiện biến dị tổ hợp. Đó là một trong những nguyên nhân làm cho sinh vật đa dạng và phong phú. Trong thiên nhiên, ở bất kỳ sinh vật nào, đặc biệt là các sinh vật bậc cao cũng có số gen rất lớn, do vậy số kiểu tổ hợp các gen lại càng lớn hơn. Ví dụ, ở người có 23 cặp nhiễm sắc thể tương đồng, số gen trong đó có đến mấy vạn nên có thể tổ hợp thành vô số kiểu gen khác nhau. Vì vậy ta hiểu được vì sao không tìm được 2 người có kiểu gen hoàn toàn giống nhau (trừ sinh đôi cùng trứng). Tính đa dạng, phong phú của sinh vật có lợi cho tiến hoá vì, nhờ nhiều cơ cấu di truyền khác nhau nên sinh vật có nhiều tính trạng khác nhau và vì thế có nhiều khả năng thích nghi hơn với các điều kiện khác nhau của môi trường. Tính đa dạng của sinh vật cũng có ý nghĩa thực tiễn lớn. Từ tính đa dạng của sinh vật giúp con người dễ tìm ra những tính trạng có lợi cho mình. Nhờ lai giống, người ta có thể tổ hợp lại các gen để tạo nhiều giống mới có năng suất cao, phẩm chất tốt.

Các cặp gen chỉ phân li độc lập với nhau khi chúng nằm trên các cặp nhiễm sắc thể khác nhau. Các gen trên một nhiễm sắc thể không phân li độc lập mà có hiện tượng liên kết gen. Hiện tượng liên kết gen do nhà di truyền học nổi tiếng người Mỹ T.H.Moocgan (Thomas Hunt Moocgan) phát hiện đầu tiên trên ruồi giấm (Drosophila melanogaster) vào năm 1910.

Thí nghiệmvề liên kết của Moocgan Giải thích thí nghiệm về liên kết của Moocgan Kết luận_Liên kết gen

Số cặp gen dị hợp

Số lượng các loại giao tử

Số lượng các loại

kiểu hình

Tỉ lệ phân li

kiểu hình

Số lượng các loại kiểu gen

Tỉ lệ phân li kiểu gen

1 2 3 ... n

21

22 23 ... 2n

21

22 23 ... 2n

(3+1)1

(3+1)2 (3+1)3

... (3+1)n

31

32 33 ... 3n

(1+2+1)1

(1+2+1)2 (1+2+1)3

... (1+2+1)n

Page 43 of 56Mucluc


THÍ NGHIỆM VỀ LIÊN KẾT GEN CỦA MOOCGAN Ruồi giấm la` đối tượng thuận lợi để nghiên cứu di truyền vì dễ nuôi trong ống nghiệm, đẻ nhiều, vòng đời ngắn (10 – 14 ngày đã cho 1 thế hệ), có nhiều biến dị dễ quan sát, số lượng nhiễm sắc thể ít, 2n = 8.

Moocgan đã lai 2 dòng ruồi giấm thuần chủng khác nhau về 2 cặp tính trạng tương phản thân xám, cánh dài và thân đen, cánh cụt. Ở F1, ông thu được toàn ruồi thân xám, cánh dài. Để phân tích cấu trúc di truyền của con lai F1, Moocgan đã dùng phép lai phân tích, ruồi đực F1 được lai với ruồi cái đồng hợp lặn thân đen, cánh cụt. Phép lai này đã cho ½ số cá thể thân xám, cánh dài và ½ là thân đen, cánh cụt. GIẢI THÍCH THÍ NGHIỆM VỀ LIÊN KẾT GEN CỦA MOOCGAN Trong thí nghiệm trên, F1 đồng loạt thân xám, cánh dài chứng tỏ tính trạng thân xám (B) là trội so với tính trạng thân đen (b), cánh dài (V) là trội so với cánh cụt (v). Vì thế hệ xuất phát P là thuần chủng và khác nhau về 2 cặp tính trạng tương phản nên con lai F1 là thể dị hợp kép (BV/bv). Tỉ lệ phân li trong lai phân tích 1 : 1 phù hợp với phép lai một cặp tính trạng, vì nếu các gen phân li độc lập thì tỷ lệ phân tích ở FB phải là 1 : 1 : 1 : 1. Do vậy, điều này chỉ có thể xảy ra khi các gen B xác định tính trạng thân xám và V xác định tính trạng cánh dài, cũng như các gen b – thân đen và v – cánh cụt liên kết với nhau như sơ đồ lai dưới đây:

Lai phân tích:

P

x

(thân xám, cánh dài) (thân đen, cánh cụt) GP BV bv

F1

(thân xám, cánh dài)

PB

x

Page 44 of 56Mucluc


Kết quả thí nghiệm này cũng có thể dễ dàng giải thích nếu chúng ta cho rằng, các gen B và V cùng nằm trên một nhiễm sắc thể, các gen b và v cũng như vậy. Do đó, cơ sở tế bào của hiện tượng liên kết gen trong thí nghiệm này có thể hình dung theo sơ đồ lai sau:

KẾT LUẬN_LIÊN KẾT GEN Các gen phân bố trên nhiễm sắc thể tại những vị trí xác định gọi là lôcut. Vì trong tế bào, số lượng gen lớn hơn số lượng nhiễm sắc thể rất nhiều nên trên mỗi nhiễm sắc thể phải mang nhiều gen. Các gen nằm trên cùng 1 nhiễm sắc thể thì phân li cùng nhau trong quá trình phân bào và làm thành nhóm liên kết. Số nhóm liên kết ở mỗi loài thường ứng với số nhiễm sắc thể đơn bội (n) của loài. Nếu sự phân li độc lập của các gen làm xuất hiện biến dị tổ hợp thì sự liên kết gen hạn chế sự xuất hiện biến dị tổ hợp. Hiện tượng di truyền liên kết đảm bảo sự di truyền bền vững của từng nhóm tính trạng, do vậy trong thực tiễn chọn giống có thể chọn được các giống có những nhóm tính trạng tốt luôn luôn đi kèm với nhau. Thí nghiệm về hoán vị của Moocgan Giải thích thí nghiệm về hoán vị của Moocgan Kết luận_Hoán vị gen Bản đồ di truyền THÍ NGHIỆM VỀ HOÁN VỊ GEN CỦA MOOCGAN Tiếp tục thí nghiệm trên ruồi giấm, nhưng lần này trong lai phân tích, ông lấy ruồi cái F1 cho giao phối với ruồi đực đồng hợp lặn thân đen, cánh cụt bv/bv thì kết quả lại khác. Ở FB ông thu được 4

(thân đen, cánh cụt) (thân xám, cánh dài) GP bv BV bv

FB

:

(thân xám, cánh dài) (thân đen, cánh cụt)

Page 45 of 56Mucluc


loại kiểu hình, phân phối theo tỷ lệ sau :

GIẢI THÍCH VỀ THÍ NGHIỆM GEN CỦA MOOCGAN Vì ruồi đực thân đen, cánh cụt bv/bv chỉ cho 1 loại giao tử bv, nên kết quả trong lai phân tích ở trên chứng tỏ ruồi cái F1 BV/bv đã cho ra 4 loại giao tử BV, bv, Bv, bV nhưng không theo tỉ lệ 1 : 1 : 1 : 1 mà theo tỉ lệ 0,41 : 0,41 : 0,09 : 0,09. Như vậy, trong quá trình phát sinh giao tử của ruồi cái F1, các gen B và V cũng như b và v đã liên kết không hoàn toàn: ngoài hai loại giao tử BV và bv giống bố, mẹ (mỗi loại chiếm 41%), còn xuất hiện hai loại khác Bv và bV (mỗi loại chiếm 9%) do xảy ra sự hoán vị (đổi chỗ) giữa hai gen tương ứng B và b. Có thể hình dung phép lai trên theo sơ đồ sau:

Cơ sở tế bào học của hiện tượng hoán vị gen là do sự trao đổi chéo giữa các crômatit trong cặp nhiễm sắc thể kép xảy ra ở kỳ đầu của giảm phân I trong quá trình phát sinh giao tử.

Thân xám, cánh dài = Thân đen, cánh cụt =

Kiểu hình giống bố, mẹ = 80%

Thân xám, cánh cụt = Thân đen, cánh dài =

Kiểu hình khác bố, mẹ = 18%

PB:

x

GPB: giao tử có gen liên kết 1,00 bv

giao tử có gen hoán vị

FB : xám, dài

: đen, cụt

: xám, cụt

: đen, dài

Page 46 of 56Mucluc


Đáng chú ý là sự trao đổi chéo chỉ xảy ra ở từng đoạn tương ứng giữa 2 trong số 4 crômatit của cặp nhiễm sắc thể kép cho nên ở trường hợp này, trong số 4 loại giao tử thì 2 loại có gen liên kết, luôn luôn bằng nhau (%BV = %bv), hai loại giao tử có gen hoán vị luôn luôn bằng nhau (%Bv = %bV). Tỉ lệ % các loại giao tử phụ thuộc vào tần số hoán vị gen. Tần số hoán vị gen được tính bằng tỷ lệ % cả hai loại giao tử có gen hoán vị (%Bv + %bV), như trong thí nghiệm trên thì tần số hoán vị giữa gen B và b là 0,18 (hay 18%). Trong thí nghiệm này của Moocgan, hoán vị gen chỉ xảy ra trong quá trình phát sinh giao tử cái, nhưng đây không phải là trường hợp tổng quát, vì thực tế, có những loài sự trao đổi chéo chỉ xảy ra trong quá trình phát sinh giao tử đực (như ở tằm dâu), lại có những loài xảy ra cả ở phát sinh giao tử đực lẫn phát sinh giao tử cái (như ở đậu Hà Lan, người...). Đối với các gen liên kết ở trạng thái đồng hợp, sự hoán vị gen nếu xảy ra sẽ không gây hiệu quả gì. Do vậy, trong phép lai nhằm phát hiện hoán vị gen người ta thường dùng thể đồng hợp về các gen lặn. KẾT LUẬN HOÁN VỊ GEN Các gen trên cùng cặp nhiễm sắc thể có thể đổi chỗ cho nhau do sự trao đổi chéo giữa các crômatit gây nên hiện tượng hoán vị gen. Tần số trao đổi chéo (tần số hoán vị gen) thể hiện lực liên kết giữa các gen. Nói chung, các gen trên nhiễm sắc thể có xu hướng chủ yếu là liên kết cho nên tần số hoán vị gen không vượt quá 50%. Tần số hoán vị gen thể hiện khoảng cách tương đối giữa các gen: các gen càng nằm xa nhau thì tần số hoán vị gen càng lớn và ngược lại các gen càng nằm gần nhau thì tần số hoán vị gen càng nhỏ. Như vậy, hoán vị xảy ra trong quá trình phát sinh giao tử ở kỳ trước I của giảm phân. Song, đôi khi còn thấy cả hoán vị gen xảy ra trong nguyên phân.

Page 47 of 56Mucluc


Nếu liên kết gen hạn chế sự xuất hiện biến dị tổ hợp thì hoán vị gen lại làm tăng biến dị tổ hợp. Nhờ hoán vị gen mà những gen quí nằm trên các nhiễm sắc thể khác nhau có thể tổ hợp với nhau làm thành một nhóm liên kết. Điều đó rất ý nghĩa trong tiến hoá và trong chọn giống. BẢN ĐỒ DI TRUYỀN Bản đồ di truyền (bản đồ gen) là sơ đồ sắp xếp vị trí tương đối của các gen trong nhóm liên kết. Bản đồ di truyền nhìn chung được thiết lập cho mỗi cặp nhiễm sắc thể tương đồng. Các nhóm liên kết được đánh số theo thứ tự của nhiễm sắc thể trong bộ nhiễm sắc thể của loài.

Khi lập bản đồ phải ghi nhóm liên kết, tên đầy đủ hay kí hiệu của gen, khoảng cách tính bằng đơn vị bản đồ bắt đầu từ một đầu mút của nhiễm sắc thể, đôi khi người ta cũng tính bắt đầu từ tâm động. Đơn vị bản đồ là 1% hoán vị gen. Đơn vị này cũng có thể biểu thị bằng đơn vị Moocgan (để tỏ lòng kính trọng đối với những cống hiến của ông). Một đơn vị Moocgan biểu thị 100% hoán vị gen. Như vậy, 1% hoán vị gen có thể được tính bằng 1 centimoocgan (1cM), 10% hoán vị gen bằng 1 đecimoocgan... Bản đồ di truyền cho phép đoán trước được tính chất di truyền của các tính trạng mà các gen của chúng đã được thiết lập trên bản đồ. Trong công tác giống, nhờ bản đồ gen có thể giảm bớt thời gian chọn đôi giao phối một cách mò mẫm và do vậy nhà tạo giống rút ngắn được thời gian tạo giống. Trong các công trình nghiên cứu của mình, Menđen cho rằng 1 nhân tố di truyền (gen) chỉ qui định sự hình thành 1 tính trạng và ngược lại, 1 tính trạng chỉ được qui định bởi 1 gen. Các cặp gen phân li độc lập và tác động riêng rẽ. Tuy nhiên, những công trình sau đó đã chỉ ra rằng mối quan hệ giữa gen và tính trạng không đơn giản như vậy mà sự hình thành 1 tính trạng nào đó trong quá trình phát triển cá thể có thể được xác định bởi 1 số gen hoặc toàn bộ kiểu gen tác động qua lại với nhau và với môi trường xung quanh. Mặt khác, một gen cũng có thể đồng thời tác động lên nhiều tính trạng.

Page 48 of 56Mucluc


Chúng ta sẽ xét những kiểu tác động qua lại chủ yếu giữa các gen. Tác động của nhiều gen lên một tính trạng Tác động của một gen lên nhiều tính trạng TÁC ĐỘNG CỦA NHIỀU GEN LÊN MỘT TÍNH TRẠNG 1. Tác động bổ trợ Tác động bổ trợ là kiểu tác động qua lại của 2 hay nhiều gen thuộc những lôcut khác nhau (không alen) làm xuất hiện 1 tính trạng mới. Ví dụ, lai 2 thứ bí quả tròn có tính di truyền ổn định, các cây lai F1 đều có quả dẹt. Khi cho các cây F1 giao phấn với nhau thì ở F2 xuất hiện 3 loại kiểu hình theo tỉ lệ: 9/16 quả dẹt 6/16 quả tròn 1/16 quả dài F2 gồm 16 tổ hợp các giao tử của F1, chứng tỏ rằng đây là phép lai hai cặp tính trạng. Tuy nhiên, tỉ lệ phân li không phải 9 : 3 : 3 : 1 mà là 9 : 6 : 1. Kết quả này có thể giải thích bằng tác động bổ trợ của 2 gen không alen như sau:

Hai gen trội không alen D và F tác động riêng rẽ (D – ff và ddF -) sẽ qui định tính trạng quả tròn, hai gen D và F ở trong cùng 1 kiểu gen D – F - sẽ có tác động bổ trợ, hình thành tính trạng mới là quả dẹt, còn 2 gen lặn d và f tác động bổ trợ làm xuất hiện tính trạng mới là quả dài. Trong trường hợp này, 2 cặp gen Dd và Ff cũng phân li độc lập với nhau nhưng không tác động riêng rẽ mà có sự tác động qua lại theo kiểu bổ trợ trong việc xác định tính trạng hình dạng quả. Bởi vậy tỷ lệ 9 : 6 : 1 chỉ là một biến dạng của tỷ lệ 9 : 3 : 3 : 1. 2. Tác động cộng gộp Tác động cộng gộp là kiểu tác động của nhiều gen trong đó mỗi gen đóng góp một phần như nhau vào sự phát triển của cùng một tính trạng. Ví dụ, khi lai 2 thứ lúa mì, hạt màu đỏ và hạt màu trắng. Ở F2 thấy phân li theo tỷ lệ 15 đỏ : 1 trắng (các cây hạt màu đỏ có mức độ đậm nhạt khác nhau từ đỏ sẫm đến đỏ nhạt). Như vậy, màu hạt ở đây phụ thuộc vào 2 cặp gen không alen có tác động cộng gộp, tức là màu đỏ sẫm hay nhạt phụ thuộc vào số gen trội có mặt trong kiểu gen. Các tính trạng năng suất của nhiều vật nuôi hay cây trồng như năng suất lúa, ngô, sản lượng trứng ở gia cầm, sản lượng sữa ở bò...cũng là những tính trạng bị chi phối bởi nhiều cặp gen như trên và được gọi là những tính trạng số lượng. Chúng thường tạo nên 1 phổ biến dị rộng lớn trong quần thể và có thể nhận biết bằng cách cân, đo, đong, đếm. Trên đây là một số ví dụ về các kiểu tương tác gen. Còn nhiều kiểu tương tác khác và tuỳ theo từng kiểu giữa 2 cặp gen mà tỷ lệ phân tính sẽ là những biến dạng khác nhau của tỷ lệ 9 : 3 : 3 : 1. Nếu sự phân li độc lập của các cặp gen và sự hoán vị gen chỉ tạo ra các biến dị tổ hợp, nghĩa là sự sắp xếp lại các tính trạng đã có sẵn ở bố, mẹ theo những cách khác nhau thì sự tác động qua lại giữa các gen làm xuất hiện những tính trạng mới chưa có ở bố, mẹ, hoặc làm cho một tính trạng đã có ở bố, mẹ không biểu hiện ở đời lai. Điều này tạo khả năng cho các nhà chọn giống tìm hiểu những đặc tính mới trong công tác lai tạo.

P DDff quả tròn x ddFF

quả tròn GP Df dF

F1 DdFf quả dẹt

GF1 DF, Df, dF, df

F2

:

:

:

9 quả dẹt 6 quả tròn 1 quả dài

Page 49 of 56Mucluc


TÁC ĐỘNG CỦA MỘT GEN LÊN NHIỀU TÍNH TRẠNG Trong thực tế, ngoài nhiện tượng nhiều gen tác động lên sự hình thành một tính trạng còn gặp hiện tượng ngược lại, một gen tác động đồng thời lên sự hình thành của nhiều tính trạng. Ví dụ, khi tiến hành lai đậu, Menđen đã nhận thấy rằng thứ có hoa tím thì hạt có màu nâu, trong nách lá có một chấm đen, thứ có hoa trắng thì hạt màu nhạt, nách lá không có chấm. Để giải thích kết quả này, người ta cho rằng mỗi nhóm tính trạng trên đều do một gen khống chế. Khi nghiên cứu biến dị ở ruồi giấm, Moocgan cũng đã thấy, ruồi có gen cánh cụt thì không những cánh ngắn lại mà nhiều đốt thân cũng ngắn lại, lông cứng ra, hình dạng cơ quan sinh dục thay đổi, trứng đẻ ít đi, tuổi thọ rút ngắn, ấu trùng yếu...Tất cả các tính trạng này đều do gen cánh cụt gây ra. Tóm lại, kiểu gen của một cá thể không phải là một tổ hợp các gen tác động riêng rẽ, giữa gen và tính trạng hay giữa kiểu gen và kiểu hình có mối quan hệ phức tạp, chịu ảnh hưởng của sự tác động qua lại với nhau và với môi trường xung quanh. Vấn đề quyết định tính đực, cái đã được loài người quan tâm từ lâu. Nhiều giả thuyết đã được đưa ra, trong đó, thuyết nhiễm sắc thể xác định giới tính giải thích được khá rõ ràng vì sao ở nhiều loài sinh vật số cá thể đực và cái sinh ra với tỷ lệ xấp xỉ 1:1 Nhiễm sắc thể giới tính Cơ chế nhiễm sắc thể xác định giới tính Các yếu tố ảnh hưởng lên sự phân hoá giới tính Ý nghĩa của di truyền học giới tính NHIỄM SẮC THỂ GIỚI TÍNH Nhờ kĩ thuật tế bào học, người ta đã phát hiện 2 loại nhiễm sắc thể trong tế bào: Nhiễm sắc thể thường (kí hiệu là A) hoàn toàn giống nhau ở cả hai giới. Nhiễm sắc thể giới tính là những nhiễm sắc thể đặc biệt, khác nhau giữa giống đực và giống cái. Ví dụ, ở ruồi giấm, trong tế bào sinh dưỡng có 2n = 8 Trong 4 cặp nhiễm sắc thể này, 3 cặp là những nhiễm sắc thể thường giống nhau cả ở con đực và con cái; còn một cặp là những nhiễm sắc thể giới tính. Ở con cái, cặp này có hình que gọi là XX; còn ở con đực, một chiếc hình que là X, nhưng chiếc kia nhỏ hơn và hình móc gọi là nhiễm sắc thể Y. Trong tế bào sinh dưỡng, các nhiễm sắc thể thường tồn tại thành từng cặp tương đồng; nhưng các nhiễm sắc thể giới tính khi thì tương đồng, khi thì không tương đồng tuỳ theo giới tính của từng nhóm loài. Các gen trên nhiễm sắc thể giới tính không chỉ qui định tính đực, cái mà còn qui định một số tính trạng khác nhưng liên kết với một giới tính nhất định CƠ CHẾ NST XÁC ĐỊNH GIỚI TÍNH Trong thiên nhiên, đã gặp một số kiểu cơ chế nhiễm sắc thể xác định giới tính: A. Kiểu XX, XY 1. Ở người: Tế bào sinh dưỡng có 2n = 46. Trong tế bào sinh trứng có 44 nhiễm sắc thể thường (44A) và 2 nhiễm sắc thể giới tính giống nhau là XX. Khi giảm phân, các tế bào sinh trứng chỉ tạo một loại tế bào trứng có n = 23 gồm 22 nhiễm sắc thể thường và 1 nhiễm sắc thể giới tính X (22A + X). Phụ nữ chỉ tạo một loại tế bào trứng nên gọi là giới đồng giao tử. Trong tế bào sinh tinh cũng có 44 nhiễm sắc thể thường (44A) và 2 nhiễm sắc thể giới tính nhưng gồm 2 chiếc khác nhau (1X và 1Y). Khi giảm phân, các tế bào sinh tinh tạo 2 loại tinh trùng: 1 loại có 22 nhiễm sắc thể thường và 1 nhiễm sắc thể giới tính X (22A + X); loại kia có 22 nhiễm sắc thể thường và 1 nhiễm sắc thể giới tính Y (22A + Y). Đàn ông có 2 loại tinh trùng khác nhau nên gọi là giới dị giao tử. Khi thụ tinh, nếu tinh trùng có 22A + X phối hợp với tế bào trứng có 22A + X thì hợp tử sẽ có cặp nhiễm sắc thể giới tính XX và phát triển thành con gái. Nếu tinh trùng có 22A + Y phối hợp với tế bào trứng có 22A + X thì hợp tử có cặp nhiễm sắc thể giới tính XY và phát triển thành con trai.

Page 50 of 56Mucluc


Vì số lượng tinh trùng mang Y và mang X bằng nhau nên số con trai và con gái sinh ra cũng bằng nhau (tỉ lệ 1:1). Tuy nhiên, theo thống kê thì tỷ lệ con trai / con gái lúc sinh ra là 106/100, còn tỉ lệ hợp tử trai / gái còn cao hơn nữa.: Một trong những lí do dẫn đến hiện tượng này là vì nhiễm sắc thể Y nhỏ và nhẹ hơn nhiễm sắc thể X nên các tinh trùng chứa nó có thể bơi nhanh hơn và thụ tinh với tế bào trứng nhiều hơn. Mặc dù ở tuổi sơ sinh, số lượng con trai nhiều hơn, nhưng mức tử vong của chúng lại cao hơn so với con gái, nên ở 10 tuổi, tỉ lệ giữa hai giới là bằng nhau. Về sau mức tử vong không cân nhau đó sẽ dẫn đến kết quả là số cụ bà nhiều hơn số cụ ông. Trong xã hội thường có quan niệm sinh con trai hay gái là do phụ nữ. Điều này hoàn toàn không đúng vì thực tế ngược lại, sinh con trai hay con gái tuỳ thuộc vào loại tinh trùng nào được phối hợp với tế bào trứng. 2. Ở các loài sinh vật khác: Ở động vật có vú, ruồi giấm, một số thực vật (gai, chua me), nhiễm sắc thể giới tính của cá thể cái cũng là XX, của cá thể đực là XY như người. Trái lại ở các loài chim, ếch nhái, bò sát, bướm, dâu tây...nhiễm sắc thể giới tính của cá thể cái là XY, của cá thể đực là XX. B. Kiểu XX, XO Ở bọ xít, châu chấu, rệp...cặp nhiễm sắc thể giới tính của con cái là XX, nhưng của con đực là XO nên cho ra hai loại giao tử: Một loại mang X, loại kia không mang nhiễm sắc thể giới tính nào. Trái lại, ở bọ nhậy, con đực là XX, con cái là XO. Tổng kết trên nhiều loài sinh vật, người ta cũng thấy tỉ lệ đực cái trung bình là 1:1. Tóm lại, sự phân li và tổ hợp của cặp nhiễm sắc thể giới tính là cơ sở tế bào học của sự hình thành tính đực, cái. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN SỰ PHÂN HOÁ GIỚI TÍNH Như đã thấy, giới tính được xác định khi thụ tinh do sự tổ hợp của các nhiễm sắc thể giới tính. Tuy

Page 51 of 56Mucluc


nhiên, thuyết nhiễm sắc thể xác định giới tính không loại trừ ảnh hưởng của các nhân tố môi trường trong và ngoài lên sự phân hoá giới tính. Các hoocmôn sinh dục và ngay cả các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, sự chiếu sáng, dinh dưỡng và các điều kiện khác đều có ảnh hưởng lên sự phát triển các tính trạng giới tính. Dưới ảnh hưởng của chúng có thể làm thay đổi giới tính trong đời cá thể và cả tỉ lệ bằng nhau của các cá thể đực và cái khi sinh. Ý NGHĨA CỦA DI TRUYỀN HỌC GIỚI TÍNH A. Đối với sản xuất nông nghiệp Nắm được cơ chế xác định giới tính ở sinh vật giúp cho người ta có thể chủ động điều khiển tỉ lệ đực, cái ở đời sau nhằm đưa lại hiệu quả sản xuất cao. Ở tằm dâu, viện sĩ Axtaurôp (Liên Xô cũ) đã dùng tác nhân phóng xạ làm chết nhân của tế bào trứng, sau đó cho thụ tinh bằng 2 tinh trùng mang nhiễm sắc thể X, hợp tử có cặp nhiễm sắc thể giới tính XX và phát triển thành toàn tằm đực (tằm đực cho nhiều tơ hơn tằm cái). Trong chăn nuôi cá, người ta cũng đã dùng tác nhân vật lí để tạo được cá cái theo ý muốn bằng “mẫu sinh lưỡng bội hoá” ở một số trường hợp như ở cá chép và cá chạch. Ngoài ra, trong sản xuất cũng đã thành công trong việc thay đổi giới tính bằng tác động của các nhân tố môi trường. B. Đối với Y học Nhờ nắm được cơ chế xác định giới tính ở người, người ta đã hiểu được nguyên nhân, đề xuất phương pháp phát hiện một số bệnh hiểm nghèo về sinh lý và tâm thần do rối loạn cơ chế phân li và tổ hợp của cặp nhiễm sắc thể giới tính như hội chứng Tớcnơ (XO), hội chứng Claiphentơ (XXY, XXXY, XXXXY). Các nhiễm sắc thể giới tính không chỉ mang các gen qui định tính trạng giới tính mà còn mang một số gen qui định các tính trạng khác đưa đến hiện tượng di truyền liên kết và giới tính. Hiện tượng di truyền liên kết với giới tính là hiện tượng di truyền các tính trạng mà các gen xác định chúng nằm trên nhiễm sắc thể giới tính. Đặc điểm di truyền của những tính trạng này có khác với những tính trạng do các gen trên nhiễm sắc thể thường qui định va` đã được Moocgan phát hiện đầu tiên trên ruồi giấm. Các gen trên nhiễm sắc thể X Các gen trên nhiễm sắc thể Y Ý nghĩa của hiện tượng di truyền liên kết với giới tính CÁC GEN TRÊN NST X Moocgan đã lai ruồi giấm mắt đỏ với ruồi mắt trắng.

Moocgan cho rằng mắt đỏ được qui định bởi gen trội W, mắt trắng được qui định bởi gen lặn w Nhiễm sắc thể Y không mang alen tương ứng nên con ♂ chỉ có 1 gen lặn w cũng đã biểu hiện tính trạng mắt trắng. Trong phép lai thuận, con ♀ mắt đỏ có 2 nhiễm sắc thể X mang alen W (XWXW). Con ♂ nhiễm sắc thể X mang gen w (Xw) nhiễm sắc thể Y không có alen tương ứng nên biểu hiện kiểu hình mắt trắng.

- Lai thuận: P ♀ mắt đỏ x ♂ mắt trắng F1 đồng loạt mắt đỏ F2 3 mắt đỏ : 1 mắt trắng (toàn ruồi ♂ )

- Lai nghịch: P ♀ mắt trắng x ♂ mắt đỏ F1 1♀ mắt đỏ : 1 ♂ mắt trắng

F2 1♀ mắt đỏ : 1♀ mắt trắng : 1♂ mắt đỏ : 1♂ mắt trắng

Page 52 of 56Mucluc


Khi giảm phân hình thành giao tử, ruồi ♀ mắt đỏ chỉ cho một loại giao tử (XW), ruồi ♂ cho 2 loại giao tử với tỉ lệ ngang nhau: XW và Y. Trong thụ tinh, sự kết hợp ngẫu nhiên giữa các loại giao tử này tạo nên các hợp tử XWXw ♀ và XWY ♂, nhưng về kiểu hình thì tất cả đều mắt đỏ. Khi F1 hình thành giao tử thì ruồi lai ♀ cho 2 loại trứng: XW và Xw. Ruồi ♂ lai cũng cho 2 loại giao

tử : XW và Y. Trong thụ tinh, sự kết hợp ngẫu nhiên của các giao tử này tạo nên 4 loại hợp tử XWXW ♀ : XWXw ♀ : XWY ♂ : XwY ♂. Về kiểu hình thì F2 gồm 3 đỏ : 1 trắng, trong đó ruồi mắt trắng toàn là ruồi ♂.

Mặt khác, sự di truyền tính trạng mắt trắng trong phép lai này là: di truyền chéo vì alen w mắt trắng được truyền từ “ông ngoại” (♂P) cho “con gái (♀F1) rồi sau đó cho “cháu trai” (♂F2). Một cách tương tự cũng cho phép ta lí giải một cách logic kết quả của phép lai nghịch.

Page 53 of 56Mucluc


Cuối cùng cần lưu ý là sự di truyền các tính trạng liên kết với giới tính theo kiểu này có 2 đặc điểm quan trọng: - Kết quả của phép lai thuận và lai nghịch là khác nhau. - Có hiện tượng di truyền chéo. Nhờ các đặc điểm trên ta có thể phát hiện nhanh chóng hiện tượng này, khác với hiện tượng di truyền các gen trên nhiễm sắc thể thường. Ở người, các gen lặn gây bệnh mù màu (không phân biệt được màu đỏ với màu lục), bệnh máu khó đông (vì máu khó đông, nên 1 vết thương nhỏ mà không chăm sóc cẩn thận cũng dễ sinh tai nạn) cũng là những gen nằm trên nhiễm sắc thể X không có alen tương ứng trên nhiễm sắc thể Y và do vậy được di truyền tương tự như gen mắt trắng ở ruồi giấm. CÁC GEN TRÊN NST Y Nhiễm sắc thể Y ở đa số loài hầu như không mang gen. Tuy nhiên, ở một số loài có một số gen nằm trên nó, nhưng không có alen tương ứng trên nhiễm sắc thể X. Những tính trạng được qui định bởi những gen như vậy được truyền cho 100% số cá thể của giới có cặp nhiễm sắc thể giới tính XY (di truyền thẳng). Ở người, gen xác định túm lông trên tai, gen xác định tật dính ngón tay 2 và 3 chỉ nằm trên thể nhiễm sắc Y nên chỉ biểu hiện ở nam giới. Ý NGHĨA CỦA HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN LIÊN KẾT VỚI GIỚI TÍNH Trong thực tế sản xuất, để có hiệu quả kinh tế đôi khi cần tiến hành sớm sự chọn lọc các cá thể thuộc giới tính này hay khác, nhưng điều này gặp khó khăn do hình thái giới tính chưa thể hiện rõ ở giai đoạn sớm của sự phát triển cá thể. Người ta đã khắc phục khó khăn này bằng cách đánh dấu con đực và con cái nhờ các gen liên kết với giới tính.

Page 54 of 56Mucluc


Chẳng hạn, trong chăn nuôi tằm, tằm đực khi làm kén cho 45% tơ nhiều hơn tằm cái. Người ta đã sử dụng gen A gây trứng sẫm, nằm trên nhiễm sắc thể X làm tín hiệu để phân biệt con đực và con cái ngay từ giai đoạn trứng: lấy ngài cái XAY (trứng sẫm) lai với ngài đực XaXa (trứng sáng). Kết quả là ở F1 trứng phát triển thành con cái hay con đực phân biệt nhau theo màu sắc. Ở gà, người ta sử dụng gen trội A xác định màu lông vằn trên nhiễm sắc thể X để sớm phân biệt con trống và con mái ngay từ khi gà mới nở. Gà trống con mang hai gen AA có khoang vằn ở đầu rõ hơn so với con mái chỉ mang 1 gen A. Ví dụ di truyền qua tế bào chất Gen ngoài nhiễm sắc thể Đặc điểm của sự di truyền qua tế bào chất VÍ DỤ DI TRUYỀN QUA TẾ BÀO CHẤT Côren và Bo (1909) độc lập với nhau cùng phát hiện ra sự di truyền không tuân theo các định luật Menđen ở cây hoa loa kèn. Hoa loa kèn có 2 giống: giống loa kèn xanh có mầm màu xanh và loa kèn vàng có mầm màu vàng.

Trong 2 phép lai trên, hợp tử lai đều chứa một bộ nhiễm sắc thể như nhau về số lượng cũng như về cấu trúc. Chỉ có khác là hợp tử phát triển trong tế bào chất của noãn cây màu nào thì mầm của cây lai mang đặc điểm của cây màu ấy (vì phần tế bào chất của hạt phấn đưa vào hợp tử coi như không đáng kể). Sự khác nhau về tính trạng của 2 loại cây lai này chỉ có thể là do tế bào chất của noãn, tức là tế bào chất của cây mẹ. Khi lai các thứ táo với nhau, người ta cũng thấy tính chịu rét của cây lai khác nhau rất nhiều tuỳ theo thứ táo nào đã được chọn làm mẹ. Ngày nay, nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh sự sai khác giữa kết quả lai thuận và lai nghịch ở thực vật cũng như ở thực vật. Con lai, giữa lừa cái và ngựa đực là con bác – đô, còn giữa lừa đực và ngựa cái là con la. Hai con vật này khác nhau nhiều về hình dạng ngoài, về thể chất cũng như nhiều đặc điểm khác. Qua những ví dụ trên ta thấy rõ rằng tính di truyền của con lai không chỉ phụ thuộc vào bộ nhiễm sắc thể của hợp tử mà còn chịu ảnh hưởng của tế bào chất trong đó hợp tử lai phát triển. Đó là sự di truyền theo mẹ hay di truyền qua bào chất. GEN NGOÀI NST Tế bào chất không chỉ là môi trường hoạt động của hệ gen trong nhân mà trong đó còn có những bào quan cũng chứa những gen gọi là gen ngoài nhân hay gen ngoài nhiễm sắc thể. Gen ngoài nhiễm sắc thể có trong lạp thể, ti thể, các plasmit ở vi khuẩn là những bào quan có khả năng tự nhân đôi. Bản chất của gen ngoài nhân cũng là ADN. Lượng ADN trong tế bào chất ít hơn nhiều so với lượng ADN trong nhân, đồng thời khác cả ở một vài tính chất. Ví dụ, ADN của lạp thể ở tế bào thực vật có dạng vòng giống ADN của một số vi khuẩn và virut. ADN plasmit ở vi khuẩn là những phân tử nhỏ dạng vòng, chứa các gen kháng thuốc, bền vững với các iôn kim loại...và có vai trò quan trọng trong kĩ thuật di truyền. ADN ngoài nhiễm sắc thể cũng có đột biến và những biến đổi này cũng di truyền được. Chẳng hạn, ADN của lục lạp bị đột biến làm mất khả năng tổng hợp chất diệp lục, do vậy lục lạp trở thành màu trắng. Lục lạp trắng lại sinh ra những lục lạp trắng. Do vậy, trong cùng một tế bào lá có cả 2 loại lạp thể, xanh và trắng. Sự phân phối ngẫu nhiên và không đều hai loại lạp thể này qua các lần phân bào sinh ra hiện tượng lá có đốm xanh trắng (ví dụ ở cây vạn niên thanh). Trường hợp trên không giống đột biến bạch tạng của gen trong nhân làm cho toàn cây hoá trắng. Một số loại cây cảnh lá có nhiều màu lốm đốm cũng là do phân li không đều của các loại sắc lạp trong tế bào chất.

- Lai thuận: P ♀ loa kèn xanh x ♂ loa kèn vàng F1 đồng loạt loa kèn xanh

- Lai nghịch: P ♀ loa kèn vàng x ♂ loa kèn xanh F1 đồng loạt loa kèn vàng

Page 55 of 56Mucluc


ĐẶC ĐIỂM CỦA SỰ DI TRUYỀN QUA TẾ BÀO CHẤT Trong sự di truyền qua nhân, vai trò của tế bào sinh dục đực và cái là ngang nhau, mỗi bên góp một cặp nhiễm sắc thể tương đồng, một gen trong cặp alen. Các tính trạng di truyền qua tế bào chất được truyền theo dòng mẹ (nhưng không nhất thiết mọi đặc điểm di truyền theo mẹ đều liên quan tới bào chất vì còn những nguyên nhân khác). Các tính trạng di truyền qua tế bào chất không tuân theo các định luật chặt chẽ như sự di truyền qua nhiễm sắc thể vì khi phân bào thì tế bào chất không được chia đều cho 2 tế bào con một cách chính xác như các nhiễm sắc thể. Tóm lại, trong sự di truyền, nhân có vai trò chính nhưng tế bào chất cũng có vai trò nhất định. Trong tế bào có 2 hệ thống di truyền: di truyền qua nhiễm sắc thể và di truyền ngoài nhiễm sắc thể.

Page 56 of 56Mucluc
