Tài liệu ôn thi THPTQG 2017 cực hya dành cho những ai muốn tổng hợp các kiến thức từ cơ bản đến nâng cao thi vào các trường ĐH danh tiếng.
CHUYÊN ĐỀ I: DI TRUYỀN & BIẾN DỊ VẤN ĐỀ CẤU TRÚC - CƠ CHẾ DT & BIẾN DỊ Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ A TÓM TẮT LÝ THUYẾT Cấu trúc cấp độ phân tử 1.1 Cấu trúc & chức ADN * Cấu trúc: - ADN có cấu trúc đa phân, mà đơn phân Nu ( A, T, G, X ), Nu liên kết với liên kết photphodi este ( liên kết cộng hóa trị ) để tạo thành chuỗi pôli Nu ( mạch đơn ) - Gồm mạch đơn (chuỗi poli Nuclêôtit) xoắn song song ngược chiều xoắn theo chu kì Mỗi chu kì xoắn gồm 10 cặp Nu, có chiều dài 34 A ( nu có chiều dài 3,4 A KLPT 300 đvC ) - Giữa mạch đơn : Nu mạch đơn liên kết bổ sung với Nu mạch đơn theo nguyên tắc bổ sung (NTBS ) : A1 T1 G1 X1 5’ “ A mạch liên kết với T mạch liên 3’ kết hiđrô ngược lại, G mạch liên kết với X mạch 5’ T2 A2 X2 G2 3’ liên kết hiđrô ngược lại ” - Gen đoạn phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho sản phẩm xác định (sản phẩm chuỗi pơlipeptit hay ARN) - Cấu trúc chung gen cấu trúc: + Các gen sinh vật nhân sơ có vùng mã hóa liên tục gọi gen không phân mảnh Phần lớn gen SV nhân thực gen phân mảnh: xen kẽ đoạn mã hóa aa (êxơn) đoạn khơng mã hóa aa (intrơn) + Gen mã hóa prơtêin gồm vùng trình tự Nu: o Vùng điều hịa : nằm đầu 3’ mạch mã gốc, có trình tự Nu đặc biệt giúp ARN – pôlimeraza bám vào để khởi động, đồng thời điều hịa q trình phiên mã o Vùng mã hóa : mang thơng tin mã hóa aa o Vùng kết thúc: nằm đầu 5’ mang tín hiệu kết thúc phiên mã - Mã di truyền : trình tự nuclêơtit gen (mạch mã gốc) quy định trình tự axit amin phân tử prơtêin Mã di truyền mã ba vì: có loại nuclêơtit mà cấu trúc prơtêin có 20 loại axit amin + Mã DT trình tự nu gen quy định trình tự axit amin + Mã DT đọc theo chiều 5’ - 3’ + Có 64 ba: Mã mở đầu AUG quy định điểm khởi đầu dịch mã Mã kết thúc UAA, UAG, UGA quy định tín hiệu kết thúc q trình dich mã - Đặc điểm mã di truyền: + MDT đọc từ điểm xác định theo ba khơng gối chồng lên + MDT có tính phổ biến: tất lồi có chung mã DT, trừ vài ngoại lệ + MDT có tính đặc hiệu: ba mã hố axit amin + MDT mang tính thối hóa: nhiều ba khác mã hóa loại axit amin, trừ AUG UGG * Chức năng: Mang, bảo quản truyền đạt thông tin di truyền 1.2 Cấu trúc loại ARN * Cấu trúc: - ARN cấu trúc theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân Nu ( A, U, G, X ) ARN gồm chuỗi pôli Nuclêôtit Nu liên kết với liên kết hóa trị Các ba Nu mARN gọi codon(bộ ba mã sao), ba Nu tARN gọi anticodon(bộ ba đối mã) - Trong 64 ba có: + ba vừa làm tín khởi đầu dịch mã, vừa mã hóa aa Met sinh vật nhân thực( f Met sinh vật nhân sơ) đgl ba mở đầu: AUG Có ba ba khơng mã hóa aa làm tín hiệu kết thúc dịch mã (bộ ba kết thúc) : UAA, UAG UGA * Chức : + mARN có chức truyền đạt thông tin di truyền từ gen → Ri để tổng hợp prơtêin + tARN có chức vận chuyển axit amin tới ribôxôm để tổng hợp nên prôtêin + rARN thành phần cấu tạo nên ribôxôm GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang 1.3 Cấu trúc prôtêin - Prôtêin đại phân tử hữu cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân axit amin - Các aa liên kết với liên kết peptit → chuỗi pôlipeptit Cơ chế di truyền cấp độ phân tử 2.1 Cơ chế nhân đôi ADN 2.1.1 Cơ chế nhân đôi sinh vật nhân sơ * Cơ chế: - Vị trí : diễn nhân tế bào - Thời điểm : diễn kì trung gian, lần phân bào (Pha S chu kì tế bào) - Diễn biến : + Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN: o Nhờ enzim tháo xoắn, hai mạch đơn phân tử ADN tách dần tạo nên chạc nhân đơi (hình chữ Y) để lộ mạch khuôn + Bước 2: Tổng hợp mạch ADN mới: o ADN – pơlimeraza xúc tác hình thành mạch đơn theo chiều 5’ – 3’ Các Nu mạch khuôn liên kết với Nu môi trường nội bào theo NTBS: “ Amạch khuôn liên kết với Tmôi trường liên kết hiđrô Tmạch khuôn liên kết với Amôi trường liên kết hiđrô Gmạch khuôn liên kết với Xmôi trường liên kết hiđrô Xmạch khuôn liên kết với Gmôi trường liên kết hiđrô ” o Trên mạch khuôn(3’-5’) mạch tổng hợp liên tục Trên mạch khuôn(5’-3’) mạch tổng hợp gián đoạn tạo nên đoạn Okazaki sau đoạn Okazaki nối lại với nhờ enzim nối(ligaza) + Bước 3: Hai phân tử ADN tạo thành: o Các mạch tổng hợp đến đâu mạch đơn xoắn đến tạo thành phân tử ADN con, mạch tổng hợp mạch ADN ban đầu (Ng.tắc bán bảo tồn) * Ý nghĩa nhân đơi ADN: sở hình thành NST kép đảm bảo cho chế nguyên phân giảm phân xảy bình thường, thông tin di truyền ổn định qua hệ tế bào thể 2.1.2 Cơ chế nhân đôi sinh vật nhân thực - Cơ giống với sinh vật nhân sơ - Điểm khác: TB nhân thực có nhiều phân tử ADN có kích thước lớn, có nhiều đơn vị nhân đơi (nhiều chạc chép) → q trình nhân đơi diễn nhiều điểm phân tử ADN 2.2 Cơ chế phiên mã * Cơ chế: - Vị trí : diễn nhân tế bào - Thời điểm : vào kì trung gian trình phân bào, tế bào cần tổng hợp loại prơtêin - Diễn biến : + Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN: o Enzim ARN–pôlimeraza bám vào vùng điều hòa làm gen tháo xoắn để lộ mạch mã gốc (3’-5’) khởi đầu phiên mã + Bước 2: Tổng hợp phân tử ARN o ARN–pôlimeraza trượt dọc theo mạch mã gốc gen có chiều 3’-5’ để tổng hợp nên mARN theo nguyên tắc bổ sung: “ Amạch gốc liên kết với Um liên kết hiđrô Tmạch gốc liên kết với Am liên kết hiđrô Gmạch gốc liên kết với Xm liên kết hiđrô Xmạch gốc liên kết với Gm liên kết hiđrô ” + Bước 3: Kết thúc phiên mã o Khi ARN–pơlimeraza gặp tín hiệu kết thúc phiên mã kết thúc mARN giải phóng o Ở SV nhân sơ, mARN sau phiên mã sử dụng làm khuôn để tổng hợp prôtêin, SV nhân thực mARN sau phiên mã loại bỏ đoạn intron, nối đoạn exon tạo mARN trưởng thành * Ý nghĩa phiên mã: Là sở đảm bảo cho gen cấu trúc tổng hợp nên prôtêin dựa thông tin di truyền chúng GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang 2.3 Cơ chế dịch mã * Cơ chế: - Vị trí : diễn tế bào chất - Thời điểm : Khi tế bào thể có nhu cầu - Diễn biến : trải qua giai đoạn Giai đoạn hoạt hóa aa: , ATP Trong tế bào chất(mơi trường nội bào) aa tARN enzim aa tARN (phức hệ) Giai đoạn tổng hợp chuỗi pôlipeptit: + Bước 1: Khởi đầu dịch mã: o Tiểu đơn vị bé Ri gắn với mARN vị trí nhận biết đặc hiệu di chuyển đến bb mở đầu(AUG) o aamđ - tARN tiến vào bb mở đầu (đối mã khớp với mã mở đầu mARN theo NTBS), sau tiểu phần lớn gắn vào tạo thành Ri hoàn chỉnh + Bước 2: Kéo dài chuỗi pôlipeptit o aa1- tARN tiến vào ribôxôm (đối mã khớp với mã thứ mARN theo NTBS) liên kết peptit hình thành aamđ với aa1 o Ribôxôm chuyển dịch sang bb thứ 2, tARN vận chuyển aa mđ giải phóng Tiếp theo, aa2 tARN tiến vào ribơxơm (đối mã khớp với bb thứ hai mARN theo NTBS), hình thành liên kết peptit aa2 axit aa1 o Ribôxôm chuyển dịch đến bb thứ ba, tARN vận chuyển axit aa1 giải phóng Q trình tiếp tục đến bb tiếp giáp với bb kết thúc phân tử mARN + Bước 3: Kết thúc: Khi Ri dịch chuyển sang bb kết thúc, trình dịch mã dừng lại, tiểu phần Ri tách ra, enzim đặc hiệu loại bỏ aamđ chuỗi pơlipeptit giải phóng * Một nhóm ribơxơm (pơlixơm) gắn với mARN giúp tăng hiệu suất tổng hợp prôtêin → Cơ chế phân tử tượng DT là: Phiên mã Dịch mã ADN ARN Prơtêin Tính trạng Nhân đơi → Cấu trúc đặc thù prơtêin trình tự nu gen quy định → ADN chứa thông tin mã hoá cho việc gắn nối axit amin để tạo nên prôtêin - Mối quan hệ AND, ARN prôtein thể sau: ADN: 3,-TAX GTA XGG …AAT ATT- 5, Phiên mã , , mARN: - AUG XAU GXX…UUA UAA- Dịch tARN: UAX GUA XGG…AAU AUU mã pôlipeptit a.amđ - a.a1 - a.a2 - … a.an sơ cấp Prôtêin: a.a1 - a.a2 - … a.an * Ý nghĩa dịch mã: tổng hợp nên prôtêin tham gia phản ứng sinh hóa cấu trúc nên thể, tương tác với mơi trường hình thành tính trạng B HỆ THỐNG CÔNG THỨC I DI TRUYỀN HỌC PHÂN TỬ Tính số nuclêơtit ADN gen a Đối với mạch gen : - Trong ADN, mạch bổ sung , nên số nu chiều dài mạch N A1 + T1 + G1 + X1 = T2 + A2 + X2 + G2 = A1 = T2 ; T1 = A2 ; G1 = X2 ; X1 = G2 GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang b Đối với mạch : - Số nu loại ADN số nu loại mạch : A =T = A1 + A2 = T1 + T2 = A1 + T1 = A2 + T2 G =X = G1 + G2 = X1 + X2 = G1 + X1 = G2 + X2 Chú ý :khi tính tỉ lệ % % A1 % A2 %T %T %A = % T = = … 2 %G1 %G % X % X %G = % X = =…… 2 c Tổng số nu ADN (N) Tổng số nu ADN tổng số loại nu A + T + G+ X Nhưng theo nguyên tắc bổ sung (NTBS) A= T, G=X Vì vậy, tổng số nu ADN tính : N = 2A + 2G = 2T + 2X hay N = 2( A+ G) N Do A + G = %A + %G = 50% d Tính số chu kì xoắn ( C ) Một chu kì xoắn gồm 10 cặp nu = 20 nu biết tổng số nu ( N) ADN : N N = C 20 => C = 20 e Tính khối lượng phân tử ADN (M ) : Một nu có khối lượng trung bình 300 đvc biết tổng số nu suy M = N x 300 đvc f Tính chiều dài phân tử ADN ( L ) : N L= 3,4A0 Đơn vị thường dùng : micrômet = 10 angstron ( A0 ) micrômet = 103 nanômet ( nm) mm = 103 micrơmet = 106 nm = 107 A0 Tính số liên kết Hiđrơ liên kết Hóa Trị Đ – P a Số liên kết Hiđrô ( H ) H = 2A + G H = 2T + 3X b Số liên kết hoá trị ( HT ) N - Số liên kết hoá trị nối nu mạch gen : -1 - Trong mạch đơn gen, nu nối với lk hoá trị, nu nối liên kết hoá N N trị… : nu nối -1 2 N - Số liên kết hoá trị nối nu mạch gen : 2( -1) N - Do số liên kết hoá trị nối nu mạch ADN : 2( -1) - Số liên kết hoá trị đường – photphát gen ( HTĐ-P) - Ngoài liên kết hố trị nối nu gen nu có lk hố trị gắn thành phần H3PO4 vào thành phần đường Do số liên kết hoá trị Đ – P ADN : N HTĐ-P = 2( - ) + N = (N – 1) Cơ chế nhân đơi ADN a Tính nuclêơtit mơi trường cung cấp Qua lần tự nhân đôi ( tự , tái sinh , tái ) Khi ADN tự nhân đơi hồn tồn mạch liên kết nu tự theo NTBS : AADN nối với TTự ngược lại ; GADN nối với X Tự ngược lại Vì vây số nu tự loại cần dùng số nu mà loại bổ sung Atd =Ttd = A = T ; Gtd = Xtd = G = X Số nu tự cần dùng số nu ADN: Ntd = N GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang Qua nhiều đợt tự nhân đôi ( x đợt ) Tính số ADN - ADN mẹ qua đợt tự nhân đôi tạo = 21 ADN - ADN mẹ qua đợt tự nhân đôi tạo = 22 ADN - ADN mẹ qua3 đợt tự nhân đôi tạo = 23 ADN - ADN mẹ qua x đợt tự nhân đôi tạo 2x ADN Vậy : Tổng số ADN = 2x - Dù đợt tự nhân đôi nào, số ADN tạo từ ADN ban đầu, có ADN mà ADN có chứa mạch cũ ADN mẹ Vì số ADN cịn lại có mạch cấu thành hồn tồn từ nu môi trường nội bào Số ADN có mạch = 2x – Tính số nu tự cần dùng : - Số nu tự cần dùng ADN trải qua x đợt tự nhân đôi tổng số nu sau ADN trừ số nu ban đầu ADN mẹ Tổng số nu sau trong ADN : N.2x Số nu ban đầu ADN mẹ : N Vì tổng số nu tự cần dùng cho ADN qua x đợt tự nhân đôi : N td = N 2x – N = N( 2X -1) - Số nu tự loại cần dùng là: A td = T td = A( 2X -1) G td = X td = G( 2X -1) + Nếu tính số nu tự ADN mà có mạch hoàn toàn : N td hoàn toàn = N( 2X - 2) A td hoàn toàn = T td G td hoàn toàn = X td = A( 2X -2) = G( 2X 2) b Tính số liên kết hiđrơ ; hố trị đ- p hình thành bị phá vỡ Qua đợt tự nhân đơi Tính số liên kết hiđrô bị phá vỡ số liên kết hiđrơ hình thành Khi ADN tự nhân đơi hoàn toàn: - mạch ADN tách , liên kết hiđrô mạch bị phá vỡ nên số liên kết hiđrô bị phá vỡ số liên kết hiđrô ADN H bị đứt = H ADN - Mỗi mạch ADN nối nu tự theo NTBS liên kết hiđrô nên số liên kết hiđrơ hình thành tổng số liên kết hiđrơ ADN H hình thành = HADN Số liên kết hoá trị hình thành : Trong q trình tự nhân đơi ADN , liên kết hoá trị Đ –P nối nu mạch ADN không bị phá vỡ Nhưng nu tự đến bổ sung dược nối với lk hố trị để hình thành mạch Vì vậy, số liên kết hố trị hình thành số liên kết hố trị nối nu với mạch ADN N HT hình thành = ( -1)=N-2 Qua nhiều đợt tự nhân đôi ( x đợt ) Tính tổng số liên kết hidrơ bị phá vỡ tổng số liên kết hidrơ hình thành : H bị phá vỡ = H (2x – 1) - Tổng số liên kết hidrơ hình thành : H hình thành = H 2x -Tổng số liên kết hidrô bị phá vỡ : Tổng số liên kết hố trị hình thành : Liên kết hố trị hình thành liên kết hố trị nối nu tự lại thành chuỗi mạch polinuclêôtit N Số liên kết hoá trị nối nu mạch đơn : -1 GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang - Trong tổng số mạch đơn ADN cịn có mạch cũ ADN mẹ giữ lại - Do số mạch ADN 2.2x - , vây tổng số liên kết hố trị hình thành N HT hình thành = ( - 1) (2.2x – 2) = (N-2) (2x – 1) c Tính thời gian tự Có thể quan niệm liên kết nu tự vào mạch ADN đồng thời , mạch tiếp nhân đóng góp dược nu mạch liên kết bay nhiêu nu Tốc độ tự : Số nu dược tiếp nhận liến kết giây Tính thời gian tự nhân đôi (tự ) Thời gian để mạch ADN tiếp nhận kiên kết nu tự - Khi biết thời gian để tiếp nhận l iên kết nu dt , thời gian tự dược tính : N TG tự = dt - Khi biết tốc độ tự (mỗi giây lk nu )thì thời gian tự nhân đôi ADN : TG tự = N : tốc độ tự 4.Tính số nuclêôtit ARN: - ARN thường gồm loại ribônu : A ,U , G , X tổng hợp từ mạch ADN theo NTBS Vì vâỵ số ribônu ARN số nu mạch ADN N rN = rA + rU + rG + rX = - Trong ARN A U G X không liên kết bổ sung nên không thiết phải Sự bổ sung có A, U , G, X ARN với T, A, X, G mạch gốc ADN Vì số nuclêơtit loại ARN số nu bổ sung mạch gốc ADN rA = T gốc ; rU = A gốc rG = X gốc ; rX = Ggốc * Chú ý : Ngược lại , số lượng tỉ lệ % loại nu ADN tính sau : + Số lượng : A = T = rA + rU G = X = rR + rX + Tỉ lệ % : %rA %rU % A = %T = %rG %rX %G = % X = Tính khối lượng ARN (MARN) Một nuclêơtit có khối lượng trung bình 300 đvc, nên: N MARN = rN 300đvc = 300 đvc Tính chiều dài số liên kết hố trị (liên kết phosphodieste) đ – p ARN a Tính chiều dài : - ARN gồm có mạch rN ribơnu với độ dài nu 3,4 A0 Vì chiều dài ARN chiều dài ADN tổng hợp nên ARN N - Vì LADN = LARN = rN 3,4A0 = 3,4 A0 b Tính số liên kết hoá trị Đ –P: + Trong chuỗi mạch ARN : ribônu nối liên kết hố trị , ribơnu nối liên kết hố trị …Do số liên kết hố trị nối ribônu mạch ARN rN – + Trong ribơnu có liên kết hố trị gắn thành phần axit H3PO4 vào thành phần đường Do số liên kết hóa trị loại có rN ribơnu rN Vậy số liên kết hoá trị Đ – P ARN : HT ARN = rN – + rN = rN -1 Tính số nuclêơtit cần dùng a Qua lần mã (phiên mã): Khi tổng hợp ARN, mạch gốc ADN làm khuôn mẫu liên ribônu tự theo NTBS : GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang AADN nối U ARN ; TADN nối A ARN GADN nối X ARN ; XADN nối G ARN Vì : + Số ribơnu tự loại cần dùng số nu loại mà bổ sung mạch gốc ADN rAtd = Tgốc ; rUtd = Agốc rGtd = Xgốc; rXtd = Ggốc N + Số ribônu tự loại cần dùng số nu mạch AND: rNtd = b Qua nhiều lần mã ( k lần ) Mỗi lần mã tạo nên phân tử ARN nên số phân tử ARN sinh từ gen số lần phiên mã gen Số phân tử ARN = Số lần mã = K + Số ribônu tự cần dùng số ribônu cấu thành phân tử ARN Vì qua K lần mã tạo thành phân tử ARN tổng số ribônu tự cần dùng là: rNtd = K rN + Suy luận tương tự, số ribônu tự loại cần dùng : rAtd = K rA = K Tgốc; rUtd = K rU = K Agốc rGtd = K rG = K Xgốc; rXtd = K rX = K Ggốc c Tính số liên kết hiđrơ liên kết hố trị đ – p : Qua lần mã : Số liên kết hidro : H đứt = H ADN H hình thành = H ADN => H đứt = H hình thành = H ADN Số liên kết hoá trị : HT hình thành = rN – Qua nhiều lần mã ( K lần ) : Tổng số liên kết hidrô bị phá vỡ H phá vỡ = K H Tổng số liên kết hố trị hình thành : HT hình thành = K ( rN – 1) d Tính thời gian mã : * Tốc độ mã : Số ribônu tiếp nhận liên kết giây * Thời gian mã : - Đối với lần mã : thời gian để mạch gốc gen tiếp nhận liên kết ribônu tự thành phân tử ARN + Khi biết thời gian để tiếp nhận ribônu dt thời gian mã : TG mã = dt rN + Khi biết tốc độ mã ( giây liên kết ribônu ) thời gian mã : TG mã = r N : tốc độ mã - Đối với nhiều lần mã ( K lần ) : + Nếu tgian chuyển tiếp lần mã mà không đáng kể thi thời gian mã nhiều lần : TG mã nhiều lần = K TG mã lần + Nếu TG chuyển tiếp lần mã liên tiếp đáng kể t thời gian mã nhiều lần : TG mã nhiều lần = K TG mã lần + (K-1) t Tính số ba mã hóa - số axit amin - Cứ nu mạch gốc gen hợp thành ba mã gốc , ribônu mạch ARN thông tin ( mARN) hợp thành ba mã Vì số ribơnu mARN với số nu mạch gốc , nên số ba mã gốc gen số ba mã mARN N rN Số ba mật mã = = 3 - Trong mạch gốc gen số mã mARN có ba mã kết thúc khơng mã hố a amin Các ba cịn lại có mã hố a.amin N rN Số ba có mã hoá a amin (a.amin chuỗi polipeptit) = -1 = -1 3 GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang - Ngồi mã kết thúc khơng mã hóa a amin , mã mở đầu có mã hóa a amin , a.a bị cắt bỏ không tham gia vào cấu trúc prôtêin N rN Số a amin phân tử prơtêin (a.amin prơ hồn chỉnh )= -2 = -2 3 Tính số liên kết peptit - Số liên kết peptit hình thành = số phân tử H2O tạo - Hai axit amin nối liên kết péptit , a amin có liên kết peptit …… chuỗi polipeptit có m a amin số liên kết peptit : Số liên kết peptit = m -1 10 Tính số axit amin cần dùng Trong tình giải mã, tổng hợp prơtein, ba mARN có mã hố a amin ARN mang a amin đến giải mã - Giải mã tạo thành phân tử prôtein: + Khi ribôxôm chuyển dịch từ đầu đến đầu Marn để hình thành chuỗi polipeptit số a amin tự cần dùng ARN vận chuyển mang đến để giải mã mở đầu mã , mã cuối khơng giải Vì số a amin tự cần dùng cho lần tổng hợp chuỗi polipeptit : N rN Số a amin tự cần dùng : Số aatd = -1 = -1 3 + Khi rời khỏi ribôxôm, chuỗi polipeptit khơng cịn a amin tương ứng với mã mở đầu Do đó, số a amin tự cần dùng để cấu thành phân tử prôtêin (tham gia vào cấu trúc prôtêin để thực chức sinh học) : N rN Số a amin tự cần dùng để cấu thành prơtêin hồn chỉnh : Số aap = -2 = -2 3 11 Tính số cách mã hóa arn số cách đặt a amin chuỗi polipeptit Các loại a amin ba mã hố: Có 20 loại a amin thường gặp phân tử prôtêin sau : 1) Glixêrin : Gly 2) Alanin : Ala 3) Valin : Val ) Lơxin : Leu 5) Izolơxin : Ile ) Xerin : Ser ) Treonin : Thr ) Xistein : Cys 9) Metionin : Met 10) A aspartic : Asp 11)Asparagin : Asn 12) A glutamic : Glu 13) Glutamin :Gln 14) Arginin : Arg 15) Lizin : Lys 16) Phenilalanin :Phe 17) Tirozin: Tyr 18) Histidin : His 19) Triptofan : Trp 20) Prôlin : pro * Bảng ba mật mã U X A G UUU UXU UAU Tyr U G U U U U X phe UXX UAX UGX Cys X U UUA U X A Ser U A A ** U G A ** A U U G Leu UXG U A G ** U G G Trp G XUU XXU XAU His XGU U XUX Leu X X X Pro X A X XGX X X XUA XXA XAA XGA Arg A XUG XXG XAG Gln X G G G A G AUA AUX Ile AUA A U G * Met GUU GUX Val GUA G U G * Val Kí hiệu : * mã mở đầu AXU AXX AXA AXG GXU GXX GXA GXG Thr Ala AAU AAX AAA AAG GAU GAX GAA GAG Asn Lys Asp Glu AGU AGX AGA AGG GGU GGX GGA GGG Ser Arg Gli U X A G U X A G ; ** mã kết thúc TÍNH SỐ ĐOẠN MỒI HOẶC SỐ ĐOẠN OKAZAKI Số đoạn mồi = Số đoạn okazaki + GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang VD1: Một phân tử ADN sinh vật thực trình tự nhân đôi tạo đơn vị tái Đơn vị tái có 15 đoạn okazaki, đơn vị tái có 18 đoạn okazaki Đơn vị tái có 20 đoạn okazaki.Số đoạn ARN mồi cần cung cấp để thực trình tái là: A.53 B.56 C.59 D.50 Giải: Với đơn vị tái ta ln có: Số đoạn mồi = Số đoạn okazaki + (Cái chứng minh khơng khó) Vậy, số đoạn mồi là: (15+2)+(18+2)+(20+2) = 59 TÍNH SỐ ĐOẠN INTRON VÀ EXON Số đoạn Exon = số Intron+1 VD1: Một gen có chứa đoạn intron, đoạn exon có đoạn mang ba AUG đoạn mang ba kết thúc Sau trình phiên mã từ gen trên, phân tử mARN trải qua trình biến đổi, cắt bỏ intron, nối đoạn exon lại để trở thành mARN trưởng thành Biết đoạn exon lắp ráp lại theo thứ tự khác tạo nên phân tử mARN khác Tính theo lý thuyết, tối đa có chuỗi polypeptit khác tạo từ gen trên? A 10 loại B 120 loại C 24 loại D 60 loại Giải: In tron xen kẽ với đoạn exon, mặt khác MĐ KT Exon→ số đoạn exon = số intron+1 → số exon = 5+1=6 (có exon giữa) Sự hoán vị exon cắt bỏ Intron nối lại = 4! = 24 (chỉ hoán vị exon giữa) 2.4 Cơ chế điều hòa hoạt động gen 2.4.1 Khái quát điều hoà hoạt động gen - Điều hoà hoạt động gen điều hoà lượng sản phẩm gen tạo tb đảm bảo cho hoạt động sống tb phù hợp với điều kiện môi trường phát triển bình thường thể - Các cấp độ điều hồ hoạt động gen: Ví dụ: Lăctơzơ Glucơzơ + Galăctôzơ E Prôtêin ARN ADN d.mã P.mã Có thể xảy nhiều cấp độ : + Điều hoà phiên mã (Điều hoà số lượng mARN tổng hợp TB) + Điều hoà dịch mã (Điều hoà lượng Pr tạo ra) + Điều hoà sau dịch mã (Làm biến đổi Pr sau tổng hợp) - Ở SV nhân sơ điều hoà hoạt động gen chủ yếu giai đoạn phiên mã - Ở SV nhân thực điều hịa hoạt động gen giai đoạn phiên mã, dịch mã sau dịch mã 2.4.2 Điều hòa hoạt động gen sinh vật nhân sơ (ĐHHĐ Operon LaC.) - Cấu trúc operon Lac: + Vùng khởi động(P): có trình tự Nu đặc thù, giúp ARN- poolimeraza bám vào để khởi đầu phiên mã + Vùng vận hành(O): Có trình tự Nu đặc biệt, prơtêin ức chế liên kết ngăn cản phiên mã + Nhóm gen cấu trúc(Z, Y, A : quy định tổng hợp enzim phân giải Lactơzơ + Gen điều hịa(R): khơng nằm thành phần operon, có k/n tổng hợp prơtêin ức chế liên kết với vùng vận hành, ngăn cản phiên mã + Cấu trúc operon Lac: Mơ hình cấu trúc Ơpêron Lac gen điều hịa P R Vùng khởi động P Vùng vận hành O Z Y A Nhóm gen cấu trúc - Cơ chế ĐHHĐ Operon Lac: + Giai đoạn ức chế: o Khi môi trường khơng có Lactơzơ, R tổng hợp prơtêin ức chế → liên kết với vùng O ngăn cản phiên mã nhóm gen cấu trúc GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang + Giai đoạn cảm ứng: o Khi mơi trường có Lactơzơ, số phân tử liên kết làm biến đổi cấu hình khơng gian prơtêin ức chế → liên kết với vùng O ARN – poolimeraza liên kết với vùng khởi động để tiến hành phiên mã o Khi Lactôzơ bị phân giải hết, prôtêin ức chế liên kết với vùng O trình phiên mã dừng lại ĐHHĐ gen sinh vật nhân xảy mức độ phiên mã 2.4.3 Điều hòa hoạt động gen sinh vật nhân thực - Cơ chế ĐH phức tạp SV nhân sơ, cấu trúc phức tạp ADN NST - ADN có số cặp Nu lớn, phận mã hóa tính trạng DT, cịn lại đóng vai trò ĐH ko HĐ - ADN nằm NST có cấu trúc bện xoắn phức tạp nên trước phiên mã phải tháo xoắn - Sự ĐHHĐ gen diễn nhiều mức, qua nhiều giai đoạn: NST tháo xoắn, phiên mã, biến đổi sau phiên mã, dịch mã biến đổi sau dịch mã TÓM TẮT CƠ CH DI TRUYN CP PHN T Các chế Nhân đôi ADN Phiên mà Dịch mà Điều hoà hoạt động gen Diễn biến - Các mạch đơn đ-ợc tổng hợp theo chiều , mạch đ-ợc tổng hợp liên tục , mạch lại đ-ợc tổng hợp gián đoạn - Có tham gia enzim tháo xoắn , kéo dài mạch - Diễn theo nguyên tắc bổ sung nửa bảo toàn khuôn mẫu - Enzim tiếp cận điểm khởi đầu đoạn ADN bắt đầu tháo xoắn - Enzim dịch chuyển mạch khuôn theo chiều sợi ARN kéo dài theo chiều , đơn phân kết hợp theo nguyên tắc bổ sung - Đến điểm kết thúc , ARN tách khỏi mạch khuôn - Các axit amin đà hoạt hoá đ-ợc tARN mang vào ribôxôm - Ribôxôm dịch chuyển mARN theo chiều theo ba chuỗi polipeptit đ-ợc kéo dài - Đến ba kết thúc chuỗi polipeptit tách khỏi ribôxôm - Gen điều hoà tổng hợp prôtêin ức chế kìm hÃm phiên mà , chất cảm ứng làm bất hoạt chất kìm hÃm phiên mà diễn Sự điều hoà phụ thuộc vào nhu cầu tế bào Cơ chế biến dị cấp độ phân tử (đột biến gen) 3.1 Khái niệm dạng: 3.1.1 Khái niệm: * ĐB: biến đổi vật chất di truyền: ĐB gen ĐB NST (có thể di truyền) * ĐB gen biến đổi cấu trúc gen - ĐB gen thường liên quan đến cặp nu (ĐB điểm) hay số cặp nu - Tần số ĐB gen: 10-6 – 10-4 - Cá thể mang ĐB biểu KH gọi thể ĐB 3.1.2 Các dạng ĐB điểm: - Thay cặp nu : không thay đổi tổng số nu gen - Thêm cặp nu: Mã DT bị đọc sai từ vị trí xảy ĐB nên mức độ nguy hại tăng dần sau: Bộ ba kết thúc → Bộ ba → Bộ ba mở đầu 3.2 Nguyên nhân: - Bên ngoài: tác nhân gây ĐB vật lý (tia phóng xạ, tia tử ngoại…), hố học (các hố chất 5BU, NMS…) hay sinh học (1 số virut…) - Bên trong: rối loạn q trình sinh lí, hóa sinh TB 3.3 Cơ chế phát sinh: - Cơ chế chung: Tác nhân gây đột biến gây sai sót q trình nhân đơi ADN - Đột biến gen phụ thuộc vào: + Loại tác nhân + Cường độ, liều lượng tác nhân + Đặc điểm cấu trúc gen GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang 10 Tần số Aa giảm là: 0,48 – 0,48.0,8n = 0,283392 n = Vậy hệ số giao phối IV/ NHÂN TỐ TIẾN HÓA CHỌN LỌC TỰ NHIÊN Cơ sở lí luận: a Giá trị thích nghi hệ số chọn lọc Mặt chủ yếu chọn lọc tự nhiên phân hoá khả sinh sản tức khả truyền gen cho hệ sau Khả đánh giá hiệu suất sinh sản, ước lượng số trung bình cá thể hệ So sánh hiệu suất sinh sản dẫn tới khái niệm giá trị chọn lọc hay giá trị thích nghi (giá trị chọn lọc hay giá trị thích ứng), kí hiệu w), phản ánh mức độ sống sót truyền lại cho hệ sau kiểu gen (hoặc alen) Ví dụ: kiểu hình dại trội (AA Aa để lại cho đời sau 100 cháu mà kiểu hình đột biến lặn (aa) để lại 99 cháu, ta nói giá trị thích nghi alen A 100% (wA = 1) giá trị thích nghi alen a 99% (wa = 0,99) Sự chênh lệch giá trị chọn lọc alen (trội lặn) dẫn tới khái niệm hệ số chọn lọc (Salective coeffcient), thường kí hiệu S Hệ số chọn lọc phản ánh chênh lệch giá trị thích nghi alen, phản ánh mức độ ưu alen với q trình chọn lọc Như ví dụ thì S = wA – wa = – 0,99 = 0,01 + Nếu wA = wa → S = 0, nghĩa giá trị thích nghi alen A a tần số tương đối alen A a quần thể không đổi + Nếu wA = 1, wa = → S=1, nghĩa thể có kiểu gen aa bị đào thải hồn tồn đột biến a gây chết bất dục ( không sinh sản được) Như vậy, giá trị S lớn tần số tương đối alen biến đổi nhanh hay nói cách khác, giá trị hệ số chọn lọc (S) phản ánh áp lực chọn lọc tự nhiên b Chọn lọc alen chống lại giao tử hay thể đơn bội - Giả sử quần thể có loại giao tử A giao tử mang alen a - Nếu CLTN chống lại giao tử mang mang alen a với hệ số chọn lọc S => Giá trị thích nghi Wa = - S + Tần số alen A trước chọ lọc: p + Tổng tần số giao tử trước chọn lọc: p + S + Tổng tần số giao tử sau chọn lọc: p + q(1 - S) = p + (1 - p)(1 - S) = p + - S - p + Sp = - S(1 - p) = - Sq + Tần số alen sau chọn lọc = Tần số alen trước chọn lọc/ Tổng tần số alen sau chọn lọc p p1 Tổng số alen A sau chọn lọc: Sq + Tốc độ thay đổi tần số alen A: p p p Sqp Spq p p p1 p Sq Sq Sq q(1 S ) q qS q Sq Sq(1 q) q Sq Sq Sq c Chọn lọc chống lại alen trội alen lặn thể lưỡng bội: * Xét trường hợp chọn lọc chống lại alen lặn: Kiểu gen AA Aa aa Tổng số alen hệ p2 2pq q2 xuất phát - Giá trị thích nghi 1 1-S - Đóng góp vào vốn gen chung tạo hệ p2 2pq q2(1-S) sau: - Tổng số kiểu hình sau 2pq p2 q (1 - S) chọ lọc - Sq - Sq - Sq - Tần số alen A sau chọn lọc: q q1 q GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Vốn gen tổng cộng = p2+2pq+q2(1-S) =1-Sq2 Trang 70 p pq p ( p q) p p1 2 - Sq - Sq - Sq - Tốc độ biến đổi tần số alen A: p p p Spq Spq p p1 p p - Sq - Sq - Sq - Tổng số alen a sau chọn lọc: pq q (1 S ) (1 q)q q (1 S ) q q q q S q(1 Sq) q1 - Sq - Sq - Sq - Sq - Tốc độ biến đổi tần số alen a sau chọn lọc: q Sq q Sq3 Sq (1 q) q q1 q - Sq - Sq (Giá trị âm chọn lọc chống lại alen a) d Số hệ cần thiết để thay đổi tần số gen a từ q hệ khởi đầu thành qn : Trường hợp S=1 - q1 q(1 Sq) q(1 q) q 2 - Sq 1- q 1 q - Các hệ 0,1,2, ,n q0 q0 q q q0 q0 q0 q0 q0 q1 ; q2 ; q3 ; qn q q q0 q1 2q0 3q0 nq0 q0 q0 (n.q0 1)qn q0 (n.q0 1) q0 q qn q qn 1 n.q0 n qn qn qn q0 qn q0 * Chọn lọc: Loại bỏ alen lặn aa Bài tập: Nếu QTGP trạng thái cân ,xét gen với tần số A=(p0); a=(q0) với p0 + q0 = 1, hệ số chọn lọc s =1.Sự thay đổi tần số alen qua hệ nào? Chứng minh Số AA Aa aa p(A) q(a) hệ CL p02 2p0q0 q02 p0 q0 2 2 p1 2p1q1 q1 p0 + p0q0 / p0 + 2p0q0 = p0q0 / p02+ 2p0q0 = p0 + q0 / p0 + 2q0 q0 / p0 + 2q0 2 2 p2 2p2q2 q2 p1 + p1q1 / p1 + 2p1q1 = p1q1 / p12+ 2p1q1 = p0 + 2q0 / p0 + 3q0 q0 / p0 + 3q0 2 2 p3 2p3q3 q3 p2 + p2q2 / p2 + 2p2q2 = p2q2 / p22+ 2p2q2 = p0 + 3q0 / p0 + 4q0 q0 / p0 + 4q0 2 pn 2pnqn qn p0 + nq0 / p0 + (n+1)q0 = q0 / p0 + (n+1)q0 = n 1+ (n-1)q0 / 1+ nq0 q0 / 1+ nq0 CÔNG THỨC TỔNG QUÁT VỀ SỰ BIẾN ĐỔI CỦA TẦN SỐ ALEN TRONG TRƯỜNG HỢP CHỌN LỌC CÁC ALEN LẶN TRONG QTNP QUA NHIỀU THẾ HỆ Nếu QTGP trạng thái cân tần số A=(p0); a=(q0) với p0 + q0 = 1, hệ số chọn lọc( s =1) : Tần số alen trội lặn sau n hệ chịu chọn lọc là: p(A) = (p0 + nq0)/(p0 + (n+1)q0) = (1+ (n-1)q0 )/ (1+ nq0) q(a) = q0 / (p0 + (n+1)q0) = q0 / (1+ nq0) * Ví dụ: Tần số alen a ban đầu 0,96 Quá trình chọn lọc pha lưỡng bội diễn qua 16 hệ làm tần số alen a giảm xuống bao nhiêu? Cho biết hệ số chọn lọc S = GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang 71 GIẢI Tần số alen lặn sau 16 hệ chọn lọc là: q(a) = q0 / (1+ nq0) = 0,96 / (1 +16 x 0,96) e Sự cân đột biến chọn lọc: Sự cân áp lực chọn lọc áp lực đột biến đạt số lượng đột biến xuất thêm bù trừ cho số lượng đột biến bị chọn lọc loại trừ * Trường hợp 1: Alen đột biến trội tăng lên với tần số u chịu tác động áp lực chọn lọc S Thế cân alen quần thể đạt số lượng alen đột biến xuất số alen A bị đào thải đi, tần số alen đột biến A xuất phải tần số alen A bị đào thải đi, tức là: u u = p.S → p = Nếu S = → p = u nghĩa A gây chết Lúc tần số kiểu hình xuất S biểu thị đột biến * Trường hợp 2: Các alen đột biến lặn tăng Nếu alen lặn không ảnh hưởng đến kiểu hình dị hợp cách rõ rệt, chúng tích luỹ quần thể lúc biểu thể đồng hợp Thế cân đạt tần số alen xuất đột biến tần số alen bị đào thải mà cá thể bị đào thải có kiểu gen aa chiếm tỉ lệ q2 → tần số alen a bị đào thải là: q2 S u u Vậy quần thể cân khi: u = q2 S → q2 = q S S Các dạng tập BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI Bài 1: Một quần thể trạng thái cân gen có alen A, a Trong tần số p = 0,4 Nếu trình chọn lọc đào thải thể có kiểu gen aa xảy với áp lực S = 0,02 Hãy xác định cẩu trúc di truyền quần thể sau xảy chọn lọc Giải: - Quần thể cân di truyền, nên ta có: pA + qa = → qa = – 0,4 = 0,6 - Cấu trúc di truyền quần thể cân là: (0,4)2AA + 2(0,4 x 0,6)Aa + (0,6)2aa = → 0,16AA : 0,48Aa : 0,36aa -Sau chọn lọc tỉ lệ kiểu gen aa lại là: 0,36 (1 – S) = 0,36(1 – 0,02) = 0,3528 Mặt khác, tổng tỉ lệ kiểu gen sau chọn lọc là: 0,16 + 0,48 + 0,36(1 – S) = 0,9928 - Vậy cấu trúc di truyền quần thể xảy chọn lọc là: 0,16 0,3528 AA : 0,483Aa : aa ↔ 0,161AA : 0,483Aa : 0,356aa 0,9928 0,9928 Bài 2: Trên quần đảo biệt lập có 5800 người sống, dó có 2800 nam giới số có 196 nam bị mù màu xanh đỏ Kiểu mù màu gen lặn r nằm NST X kiểu mù màu khơng ảnh hưởng tới thích nghi cá thể Khả có phụ nữ đảo bị mù màu xanh đỏ bao nhiêu? Giải Gọi p tần số alen A (p +q = 1; p, q > 0); q tần số alen a Cấu trúc di truyền nam: pXAY + qXaY = 196 Theo bài: qXaY = 0,07 => p = – 0,07 = 0,93 2800 Cấu trúc di truyền nữ: p2XAXA + 2pqXAXa + q2XaXa = 0,8649.XAXA + 0,1302.XAXa + 0,0049XaXa = Tần số cá thể nữ bình thường là: 0,8649 + 0,1302 = 0,9951 => Tần số để 3000 cá thể nữ bình thường là: 0,99513000 =>Tần số để có phụ nữ bị bệnh mù màu là: - 0,99513000 V/ CÁC YẾU TỐ NGẪU NHIÊN Bài 1: Người ta thả 16 sóc gồm đực lên đảo Tuổi sinh sản sóc năm, đẻ con/năm Nếu số lượng cá thể QT bảo toàn TL đực :1 sau năm, số lượng cá thể QT sóc A 4096 B 4080 C 16384 D 16368 - gọi N0 số lượng cá thể QT F0 - S số / lứa - với TL đực tạo hệ số cá thể bảo tồn ta thiết lập cơng thức TQ tổng số cá thể QT hệ Fn : Nn = N0 (S+2)n/2n = 16.384 GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang 72 Quầ n thể mới cũng có thể đươ ̣c hiǹ h thành từ mô ̣t quầ n thể lớn vào thời điể m số lươ ̣ng cá thể giảm sút ở vào thế “cổ chai’ Ví du ̣: Tầ n số của alen không chi ̣u tác động của chọn lọc một quầ n thể lớn là 0,7 A và 0,3 a Quầ n thể này bi ̣ tiêu diê ̣t gầ n hế t sau một trận di ̣ch, chỉ còn lại cá thể có khả sinh được Hỏi xác suấ t để sau một số năm quầ n thể có 100% cá thể là AA (giả sử không xảy đột biế n) Lời giải: Cấ u trúc di truyề n quầ n thể là 0,49 AA + 0,42 Aa + 0,09 aa = Vì quầ n thể không bi ̣ chọn lọc và đột biế n đó từ cá thể trở thành 100% AA thì cá thể đó phải là AA Xác suấ t cá thể đề u là AA là (0,49)4 = 0,0576 Vậy xác suấ t để sau một số năm quầ n thể có 100% cá thể AA là 5,76% CHUYÊN ĐỀ III: SINH THÁI HỌC VẤN ĐỀ I: CÁ THỂ VÀ QUẦN THỂ SINH VẬT Cơ thể môi trường 1.1 Môi trường nhân tố sinh thái - Nhân tố sinh thái (NTST) nhân tố mơi trường có ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp tới đời sống sinh vật Có hai nhóm NTST : + Nhân tố vơ sinh (nhân tố không phụ thuộc mật độ cá thể quần thể): nhân tố vật lí, hóa học mơi trường (Ánh sáng, t0, A0, độ pH, khơng khí, gió, bão, mưa, thủy triều, …) + Nhân tố hữu sinh (nhân tố phụ thuộc mật độ) : mối quan hệ sinh vật với sinh vật khác người nhân tố hữu sinh có ảnh hưởng lớn tới đời sống nhiều sinh vật - Sự tác động qua lại sinh vật nhân tố sinh thái qua nhiều hệ hình thành sinh vật đặc điểm thích nghi với điều kiện khác mơi trường hình thái, giải phẫu, sinh lí tập tính hoạt động Đồng thời sinh vật tác động trở lại môi trường, làm thay đổi tính chất nhân tố sinh thái 1.2 Giới hạn sinh thái ổ sinh thái - Giới hạn sinh thái: khoảng giá trị xác định nhân tố sinh thái mà khoảng sinh vật tồn phát triển theo thời gian - Khoảng thuận lợi:là khoảng nhân tố sinh thái mức độ phù hợp cho sinh vật sinh thực chức sống tốt - Khoảng chống chịu:khoảng nhân tố sinh thái gây ức chế cho hoạt động sống sinh vật - Các nhân tố sinh thái tác động lên thể sinh vật theo quy luật : Quy luật giới hạn sinh thái : Mỗi lồi có giới hạn chịu đựng nhân tố sinh thái định Ngoài giới hạn sinh thái, sinh vật tồn - Nơi địa điểm cư trú loài - Ổ sinh thái lồi “khơng gian sinh thái” mà tất nhân tố sinh thái môi trường nằm giới hạn sinh thái cho phép lồi tồn phát triển lâu dài - Sinh vật sống ổ sinh thái thường phản ánh đặc tính ổ sinh thái thơng qua dấu hiệu hình thái chúng 1.3 Sự thích nghi sinh vật với mơi trường sống 1.3.1 Sự thích nghi sinh vật với ánh sáng : Ánh sáng coi nhân tố sinh thái vừa có tác dụng giới hạn, vừa có tác dụng điều chỉnh, ánh sáng trắng nguồn lượng xanh ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống động vật - Liên quan đến ánh sáng, động vật chia thành nhóm: nhóm ưa hoạt động ban ngày nhóm ưa hoạt động ban đêm - Thực vật thích nghi với điều kiện chiếu sáng môi trường Người ta chia thực vật thành nhóm : * Thực vật ưa sáng, có đặc điểm : + Thân mọc riêng lẻ thường thấp, phân cành nhiều, tán rộng ; mọc nơi nhiều thân cao, mọc thẳng, cành tập trung phần ngọn, cành phía sớm rụng GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang 73 + Lá nhỏ, tầng cutin dày, màu nhạt, phiến dày, mơ dậu phát triển, thường xếp xiên góc + Lục lạp có kích thước nhỏ + Cây ưa sáng có cường độ quang hợp hơ hấp cao ánh sáng mạnh * Thực vật ưa bóng có đặc điểm : + Thân nhỏ tán khác + Lá to, tầng cutin mỏng, màu đậm, phiến mỏng, mô dậu phát triển, thường xếp xen kẽ nằm ngang so với mặt đất + Lục lạp có kích thước lớn + Cây ưa bóng có cường độ quang hợp hơ hấp cao ánh sáng yếu * Thực vật chịu bóng : Mang đặc điểm trung gian hai nhóm 1.3.2 Sự thích nghi sinh vật với nhiệt độ : - Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh vật ảnh hưởng gián tiếp thông qua yếu tố khác lượng mưa, độ ẩm, gió,…và sinh vật có biến đổi hình thái, tập tính sinh thái để thích nghi với biến đổi nhiệt độ môi trường - Theo thích nghi sinh vật với nhiệt độ mơi trường người ta chia làm hai nhóm : + Nhóm sinh vật biến nhiệt : Thân nhiệt biến đổi theo biến đổi nhiệt độ môi trường (các loài: Vi sinh vật, thực vật, ĐVKXS, lưỡng cư, bị sát) + Nhóm sinh vật nhiệt : Thân nhiệt ổn định, độc lập với biến đổi nhiệt độ môi trường(Chim thú) - Ở động vật nhiệt để thích nghi với biến đổi nhiệt độ mơi trường, sinh vật có biến đổi hình thái, cấu tạo thể theo quy tắc: + Quy tắc kích thước thể(quy tắc Becman): “ Động vật nhiệt sống vùng ôn đới (khí hậu lạnh) kích thước thể lớn so với động vật lồi hay lồi có quan hệ họ hàng gần sống vùng nhiệt đới ấm áp ” + Quy tắc diện tích bề mặt thể (quy tắc Anlen): “Động vật nhiệt sống vùng ơn đới có tai, chi thường bé tai, đuôi, chi động vật vùng nóng” Quần thể sinh vật 2.1 Khái niệm: Quần thể tập hợp cá thể lồi, sống khoảng khơng gian xác định, vào thời điểm định, có khả sinh sản tạo thành hệ 2.2 Các mối quan hệ cá thể quần thể Quan hệ Hỗ trợ Cạnh tranh Là mối quan hệ cá thể Là mối quan hệ xảy mật độ cá thể QT tăng loài hỗ trợ lẫn hoạt động lên cao, nguồn sống của môi trường không Khái niệm sống lấy thức ăn, chống lại kẻ đủ cung cấp cho cá thể quần thể thù, sinh sản cá thể tranh giành thức ăn, nơi ở, ánh sáng nguồn sống khác ; đực tranh giành Đảm bảo cho quần thể tồn ổn định, Làm cho số lượng phân bố cá thể quần khai thác tối ưu nguồn sống môi thể trì mức phù hợp với nguồn sống Vai trị trường, làm tăng khả sống sót khơng gian sống, đảm bảo tồn phát triển sinh sản cá thể (hiệu nhóm) quần thể Hiện tượng sống theo nhóm giúp Cạnh tranh dành ánh sáng, chất dinh dưỡng thực thực vật tăng khả chống chịu vật lồi Ví dụ với bất lợi môi trường 2.3 Các đặc trưng quần thể 2.3.1 Mật độ cá thể quần thể (Quan trọng nhất) - Số lượng cá thể quần thể đơn vị diện tích hay thể tích quần thể - Mật độ cá thể có ảnh hưởng tới mức độ sử dụng nguồn sống môi trường, tới khả sinh sản tử vong quần thể 2.3.2 Sự phân bố cá thể: Có kiểu phân bố cá thể quần thể - Phân bố theo nhóm (đk sống khơng đồng đều, cá thể sống thành bầy đàn…): cá thể hổ trợ chống lại điều kiện bất lợi môi trường (Thường gặp nhất) - Phân bố đồng (đk sống đồng có cạnh tranh gay gắt cá thể): góp phần làm giảm cạnh tranh gay gắt cá thể quần thể GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang 74 - Phân bố ngẫu nhiên (đk sống phân bố đồng khơng có cạnh tranh gay gắt cá thể): tận dụng nguồn sống tiềm tàng mơi trường (Ít gặp) 2.3.3 Tỉ lệ giới tính: (Đặc trưng quan trọng đảm bảo hiệu sinh sản) - Tỉ lệ số cá thể đực quần thể - Tỉ lệ giới tính thay đổi chịu ảnh hưởng nhiều nhân tố (điều kiện sống môi trường, đặc điểm sinh sản, sinh lí tập tính sinh vật ) Tỉ lệ giới tính Các nhân tố ảnh hưởng tới tỉ lệ giới tính – Ngỗng vịt có tỉ lệ giới tính 40/60 Tỉ lệ giới tính thay đổi tỉ lệ tử vong khơng đồng – Trước mùa sinh sản, nhiều loài thằn lằn, rắn có số cá thể đực cái, cá thể mùa lượng cá thể nhiều cá thể đực Sau mùa sinh sinh sản chết nhiều cá thể đực sản, số lượng cá thể đực cá thể gần Loài kiến nâu (Formica rufa), đẻ trứng nhiệt Tỉ lệ giới tính thay đổi nhiệt độ mơi trường độ thấp 20 C trứng nở toàn cá thể cái; sống đẻ trứng nhiệt độ 200C trứng nở hầu hết cá thể đực Gà, hươu, nai có số lượng cá thể nhiều cá Tỉ lệ giới tính thay đổi đặc điểm sinh sản tập thể đực gấp lần, tới 10 lần tính đa thê lồi động vật Muỗi đực sống nơi riêng với số lượng nhiều Tỉ lệ giới tính thay đổi khác đặc điểm muỗi sinh lí đực – muỗi đực không hút máu muỗi Muỗi đực tập trung chỗ muỗi bay khắp nơi tìm động vật hút máu Ở thiên nam tinh (Arisaema japonica) thuộc họ Tỉ lệ giới tính thay đổi chất lượng dinh dưỡng Ráy, rễ củ loại lớn có nhiều chất dinh dưỡng nảy tích lũy thể chồi cho có hoa cái, cịn rễ củ loại nhỏ nảy chồi cho có hoa đực 2.3.4 Nhóm tuổi: - Quần thể có cấu trúc tuổi đặc trưng thành phần sau sinh sản nhóm tuổi thay đổi theo loài điều kiện sống - Ở đa số quần thể, cấu trúc tuổi chia làm nhóm: Đang sinh sản nhóm tuổi trước sinh sản, nhóm tuổi sinh sản, nhóm tuổi sau sinh sản Người ta phân chia cấu trúc tuổi Trước sinh sản thành: tuổi sinh lí (thời gian sống đạt tới cá thể), tuổi sinh thái ( thời gian sống thực tế cá thể), tuổi Tháp Tháp Tháp quần thể (tuổi bình quân cá thể quần thể) ổn định Suy thoái phát triển 2.3.5 Kích thước quần thể: - Kích thước quần thể : Số lượng cá thể (hoặc sản lượng hay lượng) quần thể Có hai trị số kích thước quần thể : + Kích thước tối thiểu số lượng cá thể mà quần thể cần để trì phát triển + Kích thước tối đa giới hạn cuối số lượng mà quần thể đạt được, phù hợp với khả cung cấp nguồn sống mơi trường - Kích thước quần thể phụ thuộc vào sức sinh sản, mức độ tử vong, phát tán cá thể (xuất cư, nhập cư) quần thể sinh vật - Tăng trưởng quần thể sinh vật + Tăng trưởng kích thước quần thể điều kiện môi trường không bị giới hạn (điều kiện mơi trường hồn tồn thuận lợi) : Quần thể có tiềm sinh học cao tăng trưởng theo tiềm sinh h ọc (đường cong tăng trưởng hình chữ J) + Tăng trưởng kích thước quần thể điều kiện môi trường bị giới hạn (điều kiện môi trường hoàn toàn thuận lợi) : Quần thể tăng tăng trưởng giảm (đường cong tăng trưởng hình chữ S) - Tăng trưởng quần thể người: + Dân số giới tăng liên tục suốt trình phát triển lịch sử + Dân số tăng nhanh nguyên nhân làm chất lượng môi trường giảm sút 2.4 Biến động số lượng điều chỉnh số lượng cá thể quần thể 2.4.1 Khái niệm dạng: - Biến động số lượng cá thể quần thể tăng hay giảm số lượng cá thể quần thể GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang 75 - Số lượng cá thể quần thể bị biến động theo chu kì khơng theo chu kì + Biến động số lượng cá thể quần thể theo chu kì (chu kì ngày đêm, chu kì mùa, chu kì tuần trăng, chu kì nhiều năm) biến động xảy thay đổi có tính chu kì mơi trường Ví dụ : dịng hải lưu Ninô chảy qua năm/lần ven biển Peru nhiệt độ tăng, nồng độ muối tăng sinh vật phù du chết nhiều môi trường ô nhiễm cá cơm chết hàng loạt + Biến động số lượng cá thể quần thể khơng theo chu kì biến động mà số lượng cá thể quần thể tăng giảm cách đột ngột thay đổi bất thường môi trường tự nhiên hay hoạt động khai thác tài nguyên mức người * Ví dụ Việt Nam: + Miền Bắc: số lượng bò sát ếch, Nhái giảm vào năm có giá rét ( nhiệt độ (b > d) quần thể phát triển (tăng số lượng), r = (b = d) quần thể ổn định, r < (b < d) quần thể suy giảm số lượng a/ môi trường lý tưởng: Từ số ta viết: ΔN/ Δt=(b-d).N hay ΔN/ Δt=r.N ΔN (hay dN): mức tăng trưởng, Δt (hay dt)khoảng thời gian, N số lượng QT, r hệ số hay tốc độ tăng trưởng r = dN/Ndt hay rN = dN/dt (1) GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang 82 Đây phương trình vi phân thể tăng trưởng số lượng số lượng quần thể điều kiện khơng có giới hạn mơi trường Lấy tích phân vế phương trình (1) ta có: Nt= N0ert (2) đây: Nt N0 số lượng quần thể thời điểm tương ứng t t0, e - số logarit tự nhiên, t thời gian Từ phương trình lấy logarit vế ta có: r = (LnNt – LnN0)/(t – t0) b/ Mơi trường có giới hạn: thể dạng phương trình sau: dN/dt = r.N(K-N)/K = rN – r.N2/ K = r.N(1- N/K) hoặc: N = K/(1+e)α –rt N = Ner(1-N/K)t r - tốc độ tăng trưởng riêng tức thời; N - số lượng cá thể; K - số lượng tối đa quần thể đạt tiệm cận trên; e - số logarit tự nhiên a - số tích phân xác định vị trí bắt đầu đường cong trục toạ độ; mặt số lượng a = (K -N)/ N t = Giá trị - N/K khả đối kháng môi trường lên tăng trưởng số lượng quần thể Ví dụ: tăng trưởng quần thể điều kiện lý thuyết điều kiện sức tải môi trường Giả sử có quần thể với 100 cá thể ban đầu, cá thể có khả bổ sung trung bình 0,5 cá thể khoảng thời gian t Chúng ta xét tăng trưởng quần thể sau khoảng thời gian điều kiện lý thuyết điều kiện sức tải môi trường 1000 cá thể Nếu khơng có đối kháng mơi trường r => rmax tức sinh học lồi Những lồi có rmax lớn thường có số lượng đơng, kích thước nhỏ, sinh sản nhanh chủ yếu chịu tác động môi trường vô sinh (rét đậm, lũ lụt, cháy ), cịn lồi có rmax nhỏ (động vật bậc cao chẳng hạn) có số lượng ít, tuổi thọ cao, sức sinh sản thấp, khả khôi phục số lượng chịu ảnh hưởng chủ yếu yếu tố môi trường hữu sinh (bệnh tật, bị ký sinh, bị săn bắt ) I/ THÀNH PHẦN TUỔI TRONG QUẦN THỂ Khi xếp nhóm tuổi lên từ nhóm tuổi I đến nhóm tuổi III, tương tự xếp hệ ta có tháp tuổi, cho phép đánh giá xu phát triển số lượng quần thể số ý nghĩa khác GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Trang 83 J/ NĂNG SUẤT Các hệ sinh thái có loại suất: Năng suất sơ cấp: suất sinh vật sản xuất Năng suất thứ cấp: suất sinh vật tiêu thụ Năng suất tính là: Gam chất khơ/m²/ngày + Hiệu suất sinh thái Hiệu suất sinh thái tỉ lệ % chuyển hóa lượng bậc dinh dưỡng hệ sinh thái Công thức : eff = ( C i+1/Ci )*100 (đơn vị %) eff : Hiệu suất sinh thái Ci : Bậc dinh dưỡng thứ i C i+1: Bậc dinh dưỡng thứ i+1 ( sau C i) + Sản lượng sinh vật sơ cấp PN=PG-R (PN: SL sơ cấp tinh, PG sản lượng sơ cấp thô, R phần hô hấp TV) Sự phân chia nhóm sinh vật dựa vào nhóm sinh vật Yếu tố sinh thái Nhóm thực vật Ánh sáng - Nhóm ưa sáng, nhóm ưa bóng - Cây ngày dài, ngày ngắn Nhiệt độ Thực vật biến nhiệt Độ ẩm - Thực vật ưa ẩm, thực vật ưa ẩm vừa - Thực vật chịu hạn Nhóm động vật - Nhóm động vật ưa hoạt động ngày - Nhóm động vật ưa hoạt động đêm - Động vật biến nhiệt - Động vật nhiệt - Động vật ưa ẩm - Động vật ưa khô Quan hệ loài khác loài Quan hệ Hỗ trợ Cùng loài (Quần thể) Quần tụ, bầy đàn hay họp thành xã hội Đối kháng Cạnh tranh, ăn thịt Khác loài (quần xã) Hội sinh, cộng sinh, hợp tác Cạnh tranh, ký sinh, ức chế cảm nhiễm, sinh vật ăn thịt sinh vật khác Đặc điểm cấp độ tổ chức sống Cấp độ tổ chức sống Khái niệm Quần thể Bao gồm cá thể loài, sống khu vực định, thời điển định, giao phối tự với tạo hệ Quần xã Bao gồm quần thể thuộc loài khác nhau, sống khoảng khơng gian xác định, có mối quan hệ sinh thái mật thiết với để tồn phát triển ổn định theo thời gian Hệ sinh thái Bao gồm quần xã khu vực sống (sinh cảnh) nó, sinh vật ln có tương tác lẫn với môi trường tạo nên chu trình sinh địa hố biến đổi lượng Sinh Là hệ sinh thái khổng lồ hành tinh GV biên soạn: Nguyễn Quốc Thuần Đặc điểm Có đặc trưng mật độ, tỉ lệ giới tính, thành phần nhóm tuổi,sự phân bố, mật độ, kích thước quần thể, tăng trưởng quần thể Các cá thể có mối quan hệ sinh thái hỗ trợ cạnh tranh; Số lượng cá thể biến động có khơng theo chu kì, thường điều chỉnh mức cân Có tính chất số lượng thành phần lồi; Ln có khống chế tạo nên cân sinh học số lượng cá thể Sự thay quần xã theo thời gian diễn sinh thái Có nhiều mối quan hệ, quan trọng mặt dinh dưỡng thơng qua chuỗi lưới thức ăn Dịng lượng hệ sinh thái vận chuyển qua bậc dinh dưỡng chuỗi thức ăn: Sinh vật sản xuất sinh vật tiêu thụ sinh vật phân giải Gồm khu sinh học (hệ sinh thái lớn) đặc trưng cho vùng địa lí, khí hậu xác định, thuộc nhóm cạn nước Trang 84