LÍ THUYẾT BỒI DƯỠNG HSG CHỦ ĐỀ ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC MÔN SINH HỌC 9
I. Công nghệ tế bào
1. k/n:CNTB là ngành kỹ thuật về quy trình ứng dụng phương pháp nuôi cấy tb hoặc mô để tạo ra cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh.
-Gồm 2 công đoạn:
+ Tách tb hoặc mô từ cơ thể rồi mang nuôi cấy ở môi trường dinh dưỡng để tạo mô sẹo
+ Dùng hooc môn sinh trưởng kích thích mô sẹo phân hóa thành cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh
2.Ứng dụng: CNTB được sử dụng khá rộng rãi trong nhân giống vô tính ở cây trồng và trong tạo giống cây trồng
a. Nhân giống vô tính trong ống nghiệm(vi nhân giống) ở cây trồng
-Quy trình:
+ Tách mô phân sinh từ đỉnh sinh trưởng hoặc lá non
+ Nuôi cấy trên môi trường dinh dưỡng đặc-> mô sẹo
+Nuôi mô sẹo ở môi trường dinh dưỡng đặc+ hoocmon sinh trưởng kích thích phân hóa cây con
+ Cây con nuôi trong bầu vườn có mái che -> đưa ra trồng ngoài đồng ruộng
-Ưu điểm:
+ Tăng nhanh số lượng cây trồng
+ Rút ngằn thời gian tạo ra cây con mới
+Bảo tồn và nhân nhanh một số nguồn gen thực vật quý hiếm
-Thành tựu: Nhân giống ở cây khoai tây, phong lan, mía, dứa....
Lưu ý: Không sử dụng các tb đã qua phân hóa hoặc đã già vì khi tiến hành nuôi cấy chúng phải trải qua khâu phản phân hóa (có khả năng phân bào và tái sinh thành cây hoàn chỉnh) tồn thời gian, hóa chất và kinh phí.
Trong trường hợp cần thiết , người ta mới sử dụng tế bào đã phân hóa để duy trì các nguồn gen quý hiếm có nguy cơ bị tuyệt chủng
b. Ứng dụng nuôi cấy tb và mô trong chọn giống cây trồng
-Sử dụng công nghệ nuôi cấy tb và mô phát hiện và chọn lọc dòng tế bào xoma biến dị (tập hợp các tb được hình thành từ 1 tb xoma ban đầu qua nhiều lần ng/phân)
VD: + Từ tb phôi của giống lúa CR203: chọn dòng tb chịu nóng và khô hạn cho năng xuất cao.
+ Dùng phương pháp nuôi cấy tb tạo ra giống lúa DR2 có năng xuất và độ thuần chủng cao,chịu nóng và khô hạn tốt
c. Nhân bản vô tính ở động vật
-K/niệm: Là phương pháp nhân giống bằng cách chuyển nhân của một tb sinh dưỡng vào 1 tb trứng đã lấy mất nhân rồi kích thích phát triển thành phôi -> cơ thể mới. Cơ thể mới này chứa bộ NST của cơ thể mẹ cho nhân.
-Trên thế giới đã nhân bản vô tính thành công đối với cừu(cừu đôli), bò và 1 số động vật khác.
-Ở V/nam nhân /bản thành công trên cá trạch
-Ý nghĩa: Tạo cơ quan nội tạng của động vật đã được chuyển gen người để chủ động cung cấp cơ quan thay thế cho các bệnh nhân bị hỏng cơ quan tương ứng.
II. Công nghệ gen
1.Khái niệm công nghệ gen và kỹ thuật gen
a.Kĩ thuật gen (kĩ thuật di truyền) là các thao tác tác động lên ADN để chuyển một đoạn ADN mang một hoặc một cụm gen từ tb của loài cho sang tb của loài nhận nhờ thể truyền.
-Thể truyền: Là một phân tử ADN nhỏ có khả năng tự nhân đôi một cách độc lập với hệ gen của tb cũng như có thể gắn vào hệ gen của tb . VD: Plasmit, virut hoặc một số NST nhân tạo...
-Các khâu của kỹ thuật gen:
+Bước 1: Tách ADN của tb cho và phân tử ADN dùng làm thể truyền từ vi khuẩn hoặc virut
+ Bước 2: Tạo ADN tái tổ hợp, ADN ở tb cho và ADN làm thể truyền được cắt ở vị trí xác định nhờ enzym cắt chuyên biệt . Ghép ADN tb cho và ADN làm thể truyền bằng enzym nối
+ B3: Chuyển ADN tái tổ hợp vào tb nhận, tạo đk cho gen đã gép được biểu hiện
-Mục đích: Tạo được các phân tử ADN lai tổng hợp ra những p/tử pr những sản phẩm biến đổi gen(vật nuôi, cây trồng, vi sinh vật...)
b. Công nghệ gen là ngành kỹ thuật về quy trình ứng dụng kỹ thuật gen
2. Ứng dung công nghệ gen
a. Tạo ra các chủng vi sinh vật mới
-Ứng dụng tạo ra các chủng vi sinh vật mới có khả năng sản xuất nhiều loại sản phẩm sinh học (axit amin, protein, vitamin, enzym, hoocmon, kháng sinh...) với số lượng lớn và giá thành rẻ
-TB nhận dùng phổ biến hiện nay là E.coli và nấm men, vì chúng có các ưu điểm: dễ nuôi cấy và có khả năng sinh sản nhanh-> tăng nhanh số bản sao của gen được chuyển gen.
VD: Dùng chủng E.coli được cấy gen mã hóa hoocmon insulin ở ng trong s/xuất thì giá thành insulin rẻ hơn nhiều so với trước đây phải tách chiết từ mô động vật.
b. Tạo giống cây trồng biến đổi gen
-Là lĩnh vực ứng dụng chuyển các gen quý (năng xuất, hàm lượng dinh dưỡng cao, kháng sâu bệnh, kháng thuốc diệt cỏ và chịu được các điều kiện bất lợi, tăng thời gian bảo quản , khó bị dập nát..) vào cây trồng.
VD: + Chuyển gen tổng hợp β-caroten(tiền vitamin A) tạo giống lúa giàu vitamin A
+ Chuyển gen kháng sâu Bt tạo cây bông kháng sâu bệnh
+Chuyển gen kháng được nhiều loại thuốc diệt cỏ từ thuốc lá cảnh vào đậu tương , chuyển gen kháng virut gây thối vào củ khoai tây..
c. Tạo động vật biến đổi gen
-Thành tựu chuyển gen vào động vật còn hạn chế vì các hiệu quả phụ do gen được chuyển gây ra ở động vật biến đổi gen
-Một số thành tựu:
+Trên t/giới chuyển gen sinh trưởng ở bò vào lợn giúp hiệu quả tiêu thức ăn cao hơn, hàm lượng mỡ ít hơn lợn bình thường(xuất hiện các vấn đề viêm da, loét dạ dày, tim to.....)
+ Ở V/nam chuyển được gen t/hợp hoocmon sinh trưởng ở người vào cá trạch
3. Công nghệ sinh học
-Là nghành sử dụng tb sống và các quá trình sinh học để tạo ra các sản phẩm sih học cần thiết cho con người.
-CNSH bao gồm các lĩnh vực:
+CN tb thực vật và động vật
+Công nghệ chuyển nhân và phôi
+ CN sinh học xử lí môi trường
+CN lên men
+CN enzym/pr
+CN gen là công nghệ cao và quyết định sự thành công của cuộc cách mạng sinh học
+CN sinh học y-dược
-CN sinh học là hướng ưu tiên đầu tư và phát triển trên t/giới và ở v/nam vì nghành công nghệ này có hiệu quả kinh tế và xã hội cao.
III. Thoái hóa do tự thụ phấn và do giao phối gần
1.Hiện tượng thoái hóa
-Khái niệm: Thoái hóa là hiện tượng mà các thế hệ c.on cháu có sức sống kém dần, xuất hiện nhiều tính trạng sấu, năng xuất thấp, bị chết non.
-VD: Ở lúa mì: Vụ đầu tiên thân cây cao, cứng, số lượng bông nhiều, hạt chắc. Vụ thứ 2, thứ 3: Thân cây lùn, yếu số lượng bông ít, hạt lép nhiều, một số cây lá có màu trắng, nhiều cây bị chết.
a. Thoái hóa do tự thụ phấn ở cây giao phấn
-Thoái hóa ở ngô
-Ht tự thụ phấn ở cây giao phấn -> các cặp gen lặn có tỉ lệ xuất hiện ở trạng thái đồng hợp lặn cao-> đa số biểu hiện các tính trạng xấu.
b. Thoái hóa do giao phối gần ở động vật
- Giao phối gần là sự giao phối giữa con cái sinh ra từ 1 cặp bố mẹ hoặc giữa bme và con cái
- Các thế hệ sau: Sự sinh trưởng, phát triển yếu, xuất hiện con quái thai, dị tật bẩm sinh, chết non.
- Cũng giống như tự thụ phấn ở thực vật, giao phối gần làm xuất hiện các cặp gen đồng hợp lặn-> đa số biểu hiện các tính trạng sấu.
-VD: Vịt con 4 chân, lợn con có cột sống yếu và móng chân phát sáng
2. Nguyên nhân của hện tượng thoái hóa
-Tỉ lệ các kiểu gen qua các thế hệ tự thụ phấn:
| Đời đầu | 100% Aa | ||
| Đời sau | Tỉ lệ AA | Tỉ lệ: Aa | Tỉ lệ: aa |
| I1 | 25% | 50% | 25% |
| I2 | (25%+12,5%) | 25% | (25%+12,5%) |
| I3 | (25%+12,5%+6,25%) | 12,5% | (25%+12,5%+6,25%) |
| I4 | (25%+12,5%+6,25%+3,125%) | 6,25% | (25%+12,5%+6,25%+3,125%) |
| … |
|
|
|
| In | [1-(1/2n)] : 2 x 100% | 1/2n | [1-(1/2n)] : 2 x 100% |
Hoặc:
| Thế hệ | Phép lai tự thụ phấn | Tỉ lệ kiểu gen (%)
| ||
| P | Aa | AA | Aa | aa |
| I1 | 1AA : 2 Aa : 1 aa | 0 | 100 | 0 |
| I2 | AA 1AA: 2 Aa : 1aa aa | 25 | 50 | 25 |
| 37,5 | 25 | 37,5 | ||
| … |
|
|
|
|
| In |
| [1-(1/2n)] : 2 x 100% | 1/2n | [1-(1/2n)] : 2 x 100% |
- Nhận xét: Tỉ lệ KG đồng hợp tăng dần, TL kiểu gen dị hợp giảm dần qua các thế hệ.
-Tự thụ phân shoawcj gioa phối gần qua nhiều thế hệ-> các gen lặn có hại chuyển từ trạng thái dị hợp sang trạng thái đồng hợp -> có thể gây hại cho cơ thể.
-Tuy nhiên tự thụ phấn hoặc giao phối gần số loài thực vật thụ phấn nghiêm ngặt(đậu hà lan, cà chua...)đv thường xuyên giao phối gần (chim bồ câu, chim cu gáy..) không bị thoái hóa khi tự thụ phấn hay gàao phối gần vì hiện tại chúng mang các cặp gen đồng hợp không gây hại.
3. Vai trò của PP tự thụ phấn bắt buộc và giao phối cận huyết trong chọn giống
-Trong chọn tạo giống cây trồng, vật nuôi, người ta dung fpp tự thụ phấn và gioa phối gần để:
+ Củng cố, duy trì đặc tính mong muốn
+Tạo dòng thuần
+Loại bỏ gen xấu, gây hại ra khỏi quần thể
+Chuẩn bị lai khác dòng để tạo ưu thế lai
IV. Ưu thế lai
1. Hiện tượng ưu thế lai
- Cây ngô do dòng tự thụ phấn cho cây thấp hơn , số bắp và hạt trên bắp ít hơn so với cây tạo ra từ cơ thể lai F1 (ưu thế lai)
-Ưu thế lai là hiện tượng cơ thể lai F1 có sức sống cao hơn, sinh trưởng nhanh hơn, phát triển mạnh hơn, chống chịu tốt hơn, các tính trạng năng xuất cao hơn trung bình giữa hai bố mẹ hoặc vượt trội cả hai bố mẹ.
-Ht ưu thế lai rõ nhất trong trường hợp lai giữa các dòng thuần có kiểu gen khác nhau.
-VD: Cây ngô, cây cà chua, gà ,vịt....
2. Nguyên nhân của ht ưu thế lai
-Ở đa số các loài alen trội có lợi , alen lặn có hại. Khi tồn tại ở trạng thái đồng hợp trội cho tính trạng tốt, tồn tại ở trạng thái đồng hợp lặn cho tính trạng xấu. Khi lai 2 dòng thuần chủng tương phản với nhau thu được kg dị hợp ( F1 tập trung ở các alen trội lấn át sự biểu hiện của các lặn có hại)-> con lai ở F1 có tính trạng tốt hơn so với bố mẹ)
-VD: Một dòng mang 2 gen trội (AABBdd) x 1 dòng mang 1 gen trội (aabbDD)-> con lai F1 mang 3 gen trội (AaBbDd)
-Ưu thế lai biểu hiện rõ nhất ở đời lai F1 sau đó giảm dần qua các thế hệ vì : Khi tự thụ phấn tl kiểu gen dị hợp giảm dần, kg đồng hợp tử tăng qua các thế hệ-> tl kg đồng hợp tử lặn tăng gây hại.
-Muốn duy trì được ưu thế lai người ta thường dùng các biện pháp nhân giống vô tính: Giâm cành, chiết cành, nuôi cấy mô....
3. Các phương pháp tạo ưu thế lai
a. Ở cây trồng
-Lai khác dòng : tạo 2 dòng thuần chủng (bằng cách cho tự thụ phấn)-> cho giao phấn với nhau
-Lai khác thứ(k. Dòng): Kết hợp giữa tạo ưu thế lai và tạo giống mới (được sử dụng phổ biến hơn)
b. Ở vật nuôi
-Lai kinh tế: Là phép lai giữa cặp vật nuôi bố mẹ thuộc 2 dòng thuần khác nhau rồi dùng cơ thể lai F1 làm sp’, không dùng nó làm giống
-VD: Ở lợn, con cái ỉ móng cái x con đực đại bạch
F1: Lợn con mới đẻ nặng 0,8 kg, tăng trọng nhanh, tỉ lệ thịt nạc cao.
V. Thành tựu chọn giống ở Việt Nam
1. Ở cây trồng
a. Lai hữu tính để tạo biến dị tổ hợp hoặc chọn lọc cá thể từ các giống hiện có
* Tạo biến dị tổ hợp
-Lai DT 10 tiềm năng năng xuất cao x OM8 có hạt gạo dài trong , cho cơm dẻo-> giống lúa DT17 có ưu điểm của 2 giống lúa nói trên.
* Chọn lọc cá thê
-Giống cà chua P375 tạo ra bằng pp chọn lọc cá thể từ giống cà chua đài loan
-Giống lúa CR203 tạo ra bằng pp chọn lọc cá thể từ nguồn gen kháng rầy nâu, có khả năng kháng rầy , cho năng xuất tb 45-50 tạ/ha
b. Tạo giống ưu thế lai
-Giống ngô lai LVN10 thuộc nhóm giống ngô dài ngày, được tạo ra do lai 2 dòng thuần , có thời gian sinh trưởng ngắn và kháng sâu bệnh tốt.
-Giống ngô LVN20, đơn ngắn ngày, chống đổ tốt, thích hợp với vụ đông xuân trên chân đất lầy, thụt.
c. Tạo giống đa bội thể
-P: Giống dâu Bắc Ninh(4n) x giống lưỡng bội (2n)-> giống dâu số 12(3n): Có lá dày, màu xanh đậm, thịt lá nhiều, sức ra rễ và tỉ lệ hom cao.
2. Thành tựu tạo giống vật nuôi
-Trong tạo giống vật nuôi lai giống là pp chủ yếu để tạo nguồn biến dị cho chọn giống mới, cải tạo năng xuất thấp và tạo ưu thế lai.
a.Tạo giống mới
-P: Lợn Ỉ-81 x Đại bạch-> F1 : Đại bạch ỉ -81
-P: Bowcsai x ỉ-81-> Bơcsai ỉ-81
-Hai giống lợn F1 có đặc điểm quý của giống lợn ỉ 81: Phát dục sớm, dễ nuôi, mắn đẻ, đẻ nhiều con, thịt thơm ngon, khắc phục được đặc điểm của lợn ỉ như: Thịt nhiều mỡ, chân ngắn, lưng võng, bụng sệ
b. Cải tạo giống địa phương
- Lai con cái tốt nhất của giống địa phương x con đực tốt nhất của giống ngoại -> giống địa phương có tầm vóc như giống ngoại , tỉ lệ thịt nạc tăng, thích nghi tốt
-VD: Tạo ra đàn bò sữa bằng cách cho lai con cái nội nhiều lần với con đực ngoại-> giống bò sữa có chất lượng tốt
c. Tạo giống có ưu thế lai
-Trong những năm qua, các nhà chọn giống đã có những thành công nổi bật trong trong tạo giống lai F1 : Lợn, bò, dê, gà, cừu...
-Lai bò vàng Thanh Hóa x bò vàng hônsten Hà Lan -> bò F1 chịu được khí hậu nắng , năng xuất sữa cao
-Lai vịt Anh đào x vịt cỏ-> Vịt bạch tuyết có kích thước lớn , thích nghi cao, đẻ nhiều trứng
d. Nuôi thích nghi các giống nhập nội
-Nhiều giống vật nuôi có tính trạng tốt được nhập nội và nuôi thích nghi với đk khí hậu và chăm sóc ở V/Nam
e. Úng dụng công nghệ sinh học trong công tác chọn tạo giống
-Cấy chuyển phôi : Cấy phôi từ bò mẹ cao sản sang những con bò cái khác -> 1 con bò mẹ có thể cho 10-500 con/ năm -> nhân giống nhanh
-Thụ tinh nhân tạo: Bằng tinh trùng bảo quản trong môi trường pha chế giúp giảm số lượng và nâng cao chất lượng đực giống
-Công nghệ gen: Giúp phát hiện sớm giới tính của phôi-> phục vụ nhu cầu kinh tế
VI. Bài tập vận dụng
Câu 1: a/Vì sao tự thụ phấn bắt buộc ở cây giao phấn và giao phối cận huyết ở động vật qua nhiều thế hệ sẽ dẫn tới thoái hóa giống ? Cho ví dụ ?
b/ Kiểu gen ban đầu của giống như thế nào thì tự thụ phấn hoặc giao phối cận huyết sẽ không gây thoái hóa giống
Câu 2: Khi nghiên cứu sự di truyền bệnh Hunter ở một dòng họ, người ta thu được kết quả sau: Bé trai 4 tụổi mắc chứng bệnh di truyền (bệnh Hunter), có mặt biến dạng, lùn và ngu đần. Cả cha mẹ, người chị 10 tuổi và anh trai 8 tuổi của bé đều không bị bệnh này. Bà mẹ này có người em trai chết lúc 15 tuổi cũng có các triệu chứng bệnh như bé trai 4 tuổi nói trên; đồng thời bà cũng có một người cháu (con trai của chị gái bà) có các triệu chứng tương tự, trong khi chị gái bà và chồng bà ta bình thường. Hãy viết sơ đồ phả hệ của dòng họ trên.
Câu 3: Bằng kiến thức đã học hãy giải thích một số nguyên nhân cơ bản làm phát sinh các bệnh tật di truyền ở người.
Câu 4: Điểm khác nhau cơ bản giữa trẻ đồng sinh cùng trứng và trẻ đồng sinh khác trứng? Vai trò của trẻ đồng sinh trong nghiên cứu di truyền học người?
Câu 5: Nêu một số thành tựu và triển vọng của nhân giống vô tính trong ống nghiệm ở cây trồng và động vật.
Câu 6: Thế nào là giao phối gần? Ảnh hưởng của giao phối gần đến kiểu gen và kiểu hình? Ý nghĩa thực tiễn của giao phối gần?
Câu 7: Giới hạn năng suất của giống lúa DR2 là 8 tấn/ha/vụ. Em hãy trình bày cơ sở di truyền học để làm tăng năng suất của giống lúa trên.
Câu 8: Thế nào là công nghệ tế bào? Trình bày ứng dụng của công nghệ tế bào trong nhân giống vô tính trong ống nghiệm ở cây trồng. Tại sao trong nuôi cấy tế bào và mô, cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh lại có kiểu gen giống ở dạng gốc?
Câu 9: Một cặp vợ chồng không bị bạch tạng sinh được một con trai bình thường và một con gái bạch tạng. Cậu con trai lớn lên, lấy vợ bình thường sinh một con gái bình thường và một con trai bạch tạng. Biết tính trạng này do một cặp gen quy định.
a. Lập phả hệ của gia đình nói trên.
b. Xác định kiểu gen của những người trong phả hệ.
Câu 10: a. Ở người, nhóm máu được quy định: Nhóm máu A (IAIA, IAI0), nhóm máu B (IBIB, IBI0), nhóm máu AB (IAIB), nhóm máu O (I0I0)
Hai anh em sinh đôi cùng trứng, người anh lấy vợ có nhóm máu A, con của họ có nhóm máu A và AB, người em lấy vợ có nhóm máu B, con của họ có nhóm máu A, B và AB. Hãy xác định kiểu gen của hai anh em?
b. Ở một quần thể đậu Hà Lan, có các cây mang kiểu gen theo tỷ lệ: 2AA : 3Aa : 1aa. Nếu các cây này tự thụ phấn, sau hai thế hệ tỷ lệ kiểu gen AA, aa là bao nhiêu? Biết các hạt nảy mầm 100% và các cây con phát triển bình thường.
-----
-(Để xem nội dung tài liệu, các em vui lòng xem online hoặc đăng nhập tải về máy)-
Trên đây là toàn bộ nội dung tài liệu Lí thuyết bồi dưỡng HSG chủ đề Ứng Dụng Di Truyền Học môn Sinh học 9 năm 2021. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
Chúc các em học tập tốt !
Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:
