BÀI GIẢNG SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI GIẢNG SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Giáo viên Bộ mơn Khoa : Phí Cẩm Miện : Thực vật : Nông học Hà Nội, 2011 Chương 1: TỔ CHỨC CỦA CƠ THỂ SỐNG 1.1.CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA SỰ SỐNG Sinh vật cấu tạo từ tế bào Học thuyết tế bào, quan điểm thống của sinh học, nói sinh vật cấu tạo từ đơn vị sở gọi tế bào từ chất tế bào sinh Mặc dù khác nhiều kích thước hình dạng bên ngoài, song sinh vật tạo nên từ viên gạch cấu trúc nhỏ bé Một số dạng sống đơn giản nhất, vi khuẩn, sinh vật đơn bào: chúng gồm tế bào Ngược lại, thể người thực vật bậc cao cấu tạo từ hàng tỉ tế bào Trong thể đa bào phức tạp này, trình sống phụ thuộc vào chức điều phối tế bào thành phần Virus không coi sinh vật Chúng tiến hành hoạt động sống sinh sản cách sử dụng máy trao đổi chất tế bào mà chúng kí sinh, vậy, chúng coi nằm ranh giới thể sống sinh vật không sống 1.1.2 Sinh vật sinh trưởng phát triển Một số vật khơng sống sinh trưởng Các tinh thể tạo thành dung dịch muối q bão hồ; kích thước chúng lớn muối thoát khỏi dung dịch nhiều hơn, nhiên, sinh trưởng theo nghĩa sinh học Các nhà sinh học định nghĩa sinh trưởng tăng số lượng chất sống bên thể sinh vật Sinh trưởng bắt nguồn từ tăng kích thước tế bào riêng rẽ, số lượng tế bào hai Sinh trưởng xảy đồng phần khác thể lớn số phần so với phần khác, qua làm cho tỉ lệ phần thể bị thay đổi trình sinh trưởng diễn Các thể sống vừa phát triển, vừa sinh trưởng Sự phát triển bao gồm thay đổi diễn đời sinh vật Con người nhiều sinh vật khác bắt đầu đời dạng trứng thụ tinh, trứng sau lớn lên phát triển cấu trúc chuyên biệt hình dạng thể 1.1.3 Trao đổi chất Ở sinh vật, phản ứng hoá học chuyển hố lượng q trình thiết yếu dinh dưỡng, sinh trưởng sửa chữa tế bào cho việc chuyển hoá lượng thành dạng sử dụng Tồn hoạt động hố học thể gọi trao đổi chất Các phản ứng trao đổi chất diễn cách liên tục thể sống chúng phải điều hồ cách chu trì trạng thái cân bên thể Khuynh hướng sinh vật trì môi trường bên tương đối ổn định gọi cân nội môi, chể thực ổn định gọi chế cân nội môi 1.1.4 Khả vận động Mặc dù, bắt buộc, song chuyển động đặc điểm đặc trưng khác sinh vật Chất sống bên tế bào nằm trạng thái chuyển động liên tục, đồng thời thể chuyển động chúng quan hệ với môi trường Hầu hết động vật chuyển động, chúng ngọ nguậy, trườn, bơi, chạy bay Chuyển động kết ứa dần tế bào (amip), từ đập lông rung, lông roi từ co Một số động vật bọt biển, san hơ…có giai đoạn ấu trùng bơi tự song không chuyển động từ nơi đến nơi khác trưởng thành, nhiên, chúng có cấu trúc lơng rung lơng roi vận động, qua tác động tới môi trường nước xung quanh, giúp đưa thức ăn yếu tố cần thiết khác cho thể Mặc dù thực vật không chuyển động theo cách thấy động vật, song chúng chuyển động Chẳng hạn, thực vật hướng chúng phía mặt trời mọc phía ánh sáng Ở số thực vật, bắt ruồi, chuyển động rõ rang, chí biểu mạnh 1.1.5 Sinh vật trả lời lại kích thích Mọi dạng sống trả lời lại kích thích, thay đổi yếu tố lý, hố học mơi trường bên bên ngồi chúng Những kích thích gây nên trả lời hầu hết sinh vật thay đổi màu sắc, cường độ hướng ánh sáng; thay đổi nhiệt độ, áp suất hay âm thanh; đổi thành phần hoá học mơi trường đất, khơng khí nước bao quanh Ở thể đơn giản, tồn thể mẫn cảm với kích thích Chẳng hạn, số thể đơn bào trả lời lại ánh sáng gắt gao cách trốn lủi Ở động vật bậc cao, số tế bào thể biệt hố để trả lời lại số dạng kích thích (chẳng hạn tế bào võng mạc mắt trả lời có mặt ánh sáng.) Mặc dù không rõ ràng động vật, song thực vật trả lời lại ánh sáng, trọng lực, nước, đụng chạm kích thích khác Nhiều trả lời thực vật thực tốc độ sinh trưởng khác phần thể thực vật (cây bắt ruồi) 1.1.6 Sinh sản Ở thể đơn giản amip, sinh sản vơ tính cách phân đơi Trước phân chia, amip tổng hợp hai nguyên liệu di truyền (bộ gen) phân bố hoàn chỉnh tế bào Trừ kích thước ra, amip giống với tế bào mẹ Ở hầu hết động vật thực vật, sinh sản hữu tính thực nhờ sản sinh tế bào trứng tinh trùng biệt hố dung hợp với để tạo thành tế bào trứng thụ tinh, từ đây, thể dần hình thành 1.1.7 Thích nghi với mơi trường sống Khả tiến hố thích nghi với mơi trường cho phép quần thể tồn giới thay đổi Thích nghi đặc điểm làm tăng khả sống sót thể mơi trường định Đó thích nghi cấu trúc, sinh lý, tập tính ba Lưỡi dài, linh hoạt ếch thích nghi để bắt trùng, lơng dày gấu Bắc Cực thích nghi để vượt qua nhiệt độ băng giá Mỗi thể thành công mặt sinh học tập hợp phức tạp thích nghi q trình tiến hố Như vậy, cấu tạo thể, đặc tính sinh trưởng phát triển, trao đổi chất, chuyển động, đáp ứng kích thích, sinh sản tiến hố đặc trưng thể sống, giúp ta phân biệt chúng với thể không sống, thể hồn tồn khơng có đặc trưng 1.2 CẤU TRÚC TẾ BÀO PROCARYOTA Những tiến kỹ thuật hiển vi điện tử vào năm 40 kỷ 20 khám phá nhiều thông tin cấu trúc bên tế bào so với làm kính hiển vi quang học Một phát đặc biệt quan trọng phương diện hệ thống học tế bào sinh vật chia thành nhóm dựa cách thức tồn chất nhân bên tế bào: tế bào nhân chuẩn chứa nhân tách biệt khỏi tế bào chất nhờ màng nhân, tế bào nhân sơ chứa chất nhân không bao bọc màng nhân Sự khác biệt sở để tách vi khuẩn khỏi sinh vật khác Vi khuẩn có cấu trúc tế bào nhân sơ sinh vật nhân sơ Các tế bào khác gồm tảo, nấm, động vật nguyên sinh, động vật thực vật đa bào có cấu trúc tế bào nhân chuẩn sinh vật nhân chuẩn Cấu trúc tế bào nhân sơ điển sau:  Vách tế bào: Là cấu trúc cứng, bao phủ màng sinh chất tế bào, bảo vệ tế bào khỏi trình thuỷ phân  Màng sinh chất: Được cấu tạo hai lớp phospholipid, có cực kị nước quay vào tạo thành vùng khô cực ưa nước quay o Xuyên qua hai lớp lớp phospholipid có phân tử protein Trên màng có số chỗ lõm sâu vào tạo thành mào để tăng diện tích tiếp xúc, nhờ làm tăng khả trao đổi chất tế bào với mơi trường o Nhiệm vụ:  Kiểm sốt q trình trao đổi chất, trì áp suất thẩm thấu tế bào, nơi sinh tổng hợp thành phần thành tế bào hợp chất để tạo bao nhày phía ngồi thành tế bào  Là nơi thực q trình phosphoryl hố oxy hoá phosphoryl hoá quang hoá vi khuẩn quang hợp  Miền nhân: Miền nhân hay gọi thể nhân có thành phần chủ yếu phân tử ADN trần, xoắn kép, dạng vòng Là nơi chứa thông tin di truyền chủ yếu vi khuẩn Nó khơng có màng riêng để ngăn cách với thành phần khác tế bào  Ribosome: Ribosome bào quan chiếm tới 60% trọng lượng khô tế bào Nó cấu tạo thành phần ARNribosome (rARN) protein rARN tế bào prokaryota có loại với số lắng đọng 5s, 16s 23s Các phân tử rARN kết hợp với protein tạo thành tiểu phần ribosome với số lắng đọng 30s 50s Trong trình tổng hợp protein, tiểu phần ribosome kết hợp với tạo thành ribosome hồn chỉnh có số lắng đọng 70s Trong tế bào vi khuẩn có tới 10.000 ribosome, chúng giữ vai trò vận chuyển tổng hợp số loại protein tế bào  Chất nguyên sinh: Là hệ thống chất lỏng với khoảng 80% nước, phần lại nguyên tố hóa học (có khoảng 50 nguyên tố) hợp chất hữu protein, axit nucleic, lipid, hydratcácbon có phân tử lượng nhỏ Ngồi ra, số vi khuẩn chất nguyên sinh chứa số tinh thể độc Đặc biệt, chất ngun sinh vi khuẩn có phân tử ADN vòng, kích thước nhỏ gọi plasmid, chúng có khả chép độc lập với ADN vi khuẩn Khác với tế bào eukaryota, bào quan tế bào prokaryota khơng có màng riêng nằm lẫn lộn với chất ngun sinh, khơng có lưới nội chất ty thể  Các bào quan khác: Các thành phần có khơng có mặt tế bào nhân sơ o Thể vùi: Là nơi chứa chất dự trữ tế bào nhân sơ Chúng hình thành môi trường thừa chất dinh dưỡng tiêu biến nguồn dinh dưỡng cạn o Meosom: Được hình thành từ màng tế bào Nó tham gia vào việc tạo màng tế bào trình phân bào Ngồi ra, có tác dụng làm tăng diện tiếp xúc tế bào, qua làm tăng khả hấp thụ vận chuyển chất dinh dưỡng qua màng Ở loại vi khuẩn có khả quang hợp, mesosom có chứa sắc tố cần cho quang hợp o Lông roi: Cấu trúc hỗ trợ cho trình di chuyển nhiều loài vi khuẩn nhờ chuyển động quay chúng Hình 1 Cấu trúc tế bào sinh vật Procaryota 1.3 CẤU TRÚC TẾ BÀO EUCARYOTA Điểm khác biệt lớn so với tế bào Prokaryota chúng mang cấu trúc nhân thật với xuất màng nhân hồn chỉnh bao kín cấu trúc nhân bên Tuy có nhiều khác biệt thành phần cấu tạo tế bào thực vật động vật, song chúng có nhiều đặc điểm chung Hình Cấu tạo tế bào động vật Hình Cấu tạo tế bào thực vật 1.3.1 Màng tế bào (Plasma membrane) Màng tế bào gọi màng sinh chất lớp màng mỏng, ngăn cách vật chất bên tế bào với mơi trường ngồi Ở tế bào động vật, màng tế bào nằm cùng, tế bào thực vật phía ngồi màng có thêm vách tế bào, có tác dụng tạo khung bảo vệ tế bào Hình Câú trúc màng tế bào a Cấu tạo màng Màng sinh chất cấu tạo hai lớp phospholipid có cực kị nước quay vào tạo thành vùng khơ cực ưa nước quay ngồi Mỗi lớp phospholipid tạo nhiều phân tử phospholipid, phân tử phospholipid có hai cực: cực kị nước hai nguyên tử cácbon glycerol kết hợp với hai phân tử axit béo, cực ưa nước nguyên tử bon thứ ba glyxerol kết hợp với nhóm phosphate ưa nước, nhóm lại nối với alcol phức (cholin) Khoảng cách phân tử phospholipid gọi lỗ màng, nơi cho chất hòa tan lipid qua Xuyên qua hai lớp phospholipid lớp có phân tử protein Các phân tử protein có màng tế bào chia thành loại: loại xuyên từ mặt mặt màng, xuyên qua lớp phospholipid, chúng gọi protein xuyên màng; loại lại bám cố định lớp phospholipid bám vào bề mặt màng gọi protein bám màng Các phân tử protein xuyên màng lại chia thành loại, loại tạo thành kênh protein có chức vận chuyển chất qua màng, loại lại thường liên kết với phân tử đường để tạo thành thụ quan, chúng có chức tiếp nhận dẫn truyền thông tin qua màng Các phân tử protein bám màng chia thành loại: Các phân tử protein bám mặt thường liên kết với hydrat bon để tạo thành thụ quan có tác dụng nhận biết vật thể lạ xâm nhập vào tế bào, đồng thời tham gia vào trình vận chuyển chất qua màng; Các phân tử protein bám mặt liên kết với vi sợi để tạo thành khung nâng đỡ tạo dạng cho tế bào Ngoài ra, xen kẽ với lớp phospholipid có phân tử cholesterol có tác dụng định vị màng Màng bào quan khác (ty thể, lạp thể, golgi, lưới nội chất…) có cấu trúc tương tự màng tế bào, màng tế bào gọi màng b Chức màng - Bảo vệ bào bên tế bào, ngăn cách tế bào với môi trường - Là nơi thực trình trao đổi chất tế bào với tế bào khác trao đổi chất tế bào với môi trường 1.3.2 Vách tế bào thực vật a Thành phần cấu tạo Hình Cấu tạo vách tế bào thực vật Chỉ có tế bào thực vật Ngoại trừ số tế bào sinh sản, tế bào thực vật có vách riêng Chức năng: Hạn chế việc trương phồng sinh chất có thẩm thấu hình dạng kích thước tế bào giữ cố định trạng thái trưởng thành Dùng để chống đỡ cho quan đặc biệt vách dày cứng Vách tế bào giữ hoạt tính quan trọng hấp thụ, thoát nước, vận chuyển tiết Cấu tạo: Thành phần vách tế bào Xenluloz Trong vách tế bào xeluloz tổ hợp với chất polysacarit khác hemixenluloza pectin polyme phenylpropanoit khảm vách nhiều loại tế bào Lignin hợp chất phức tạp, dị hình làm thêm vách tế bào Nhiều chất hữu vô khác nước vậy, khơng có oxy tất chất tích lũy lại, tạo thành hỗn hợp, gọi “nước canh mầm” 5.1.2 Quá trình trùng phân tạo nên đại phân tử hữu Để chứng minh đơn phân axit amin kết hợp với tạo nên chuỗi polipeptit đơn giản điều kiện Trái Đất nguyên thuỷ, Fox cộng vào năm 1950 tiến hành thí nghiệm đun nóng hỗn hợp axit amin khô nhiệt độ từ 150-180 độ C tạo chuỗi peptit ngắn gọi protein nhiệt Như , ta hình dung trình hình thành đại phân tử Trái Đất hình thành sau: Trong điều kiện bầu khí ngun thuỷ khơng có oxi (hoặc có ít), với nguồn lượng tia chớp, núi lửa, tia tử ngoại số chất vô kết hợp với tạo nên chất hữu đơn giản axit amin, nucleotit, đường đơn axit béo Tiếp đó, điều kiện định, đơn phân kết hợp với tạo thành đại phân tử 5.1.3 Sự xuất chế tự nhân đơi a ADN có trước hay ARN có trước? Các nhà khoa học cho vật chất di truyền có lẽ ARN mà ko phải ADN dung dịch, phân tử ARN bền vững phân tử ADN ADN bền vững bảo quản tế bào Hiện nay, có số chứng khoa học chứng minh ARN tự nhân đơi mà ko cần đến enzym xem ARN tiến hoá trước ADN Một số nhà khoa học tổng hợp đoạn ARN ngắn ống nghiệm (bằng đường hố học) sau cho chuỗi ribonucleotit vào ống nghiệm có chứa ribonucleotit họ nhận thấy phân tử ARN dài chừng đến 10 ribonucleotit chép từ ARN khuôn dựa theo nguyên tắc bắt đôi bổ sung Nếu hỗn hợp bổ sung kẽm vào làm chất xúc tác phân tử ARN chép dài tới 40 ribonucleotit sai sót 1% Vào năm 80 kỉ XX, Thomas Cech nhận thấy lồi động vật ngun sinh, Tetrahymena thermophila có phân tử mARN xúc tác (được gọi ribozim) loại bỏ intron khỏi ARN trình tạo thành mARN Như vậy, ARN đóng vai trò chất xúc tác mà ko cần tới chất xúc tác protein Ta hình dung q trình tiến hố để tạo phân tử ARN ADN có khả tự nhân đôi sau: Đầu tiên ribonucleotit kết hợp với tạo nên nhiều phân tử ARN với thành phần nucleotit chiều dài khác Trên sở chọn lọc tự nhiên chọn lọc phân tử ARN có khả tự tốt có hoạt tính enyzm tốt làm vật chất di truyền Sau này, với trợ giúp enzym từ ARN tổng hợp nên phân tử ADN có cấu trúc bền vững khả chép xác ARN, nên ADN thay ARN việc lưu trữ bảo quản thông tin di truyền tế vào, ARN làm nhiệm vụ q trình dịch mã b Hình thành chế dịch mã Các nhà khoa học cho chế dịch mã hình thành sau: Các axit amin tạo thành liên kết yếu với nucleotit phân tử ARN Phân tử ARN lúc làm khuôn mẫu để axit amin "bám" vào chúng liên kết với tạo nên chuỗi polipeptit ngắn Nếu chuỗi polipeptit ngắn lại có đặc tính enzym xúc tác cho trình dịch mã chép tiến hố xảy nhanh Dần dần chọn lọc tự nhiên chọn lọc phức hợp phân tử hữu phối hợp với để tạo nên chế tự dịch mã Những bước tiến hoá hướng tới q trình tự dịch mã hình thành phân tử ARN polipeptit bao bọc lớp màng bán thấm cách li chúng với mơi trường bên ngồi 5.1.4 Hình thành tế bào sơ khai Khi đại phân tử lipid, protein, axit nucleic xuất nước tập trung phân tử lipid đặc tính kị nước hình thành nên lớp màng bao bọc lấy tập hợp đại phân tử hữu tạo nên giọt li ti khác Những giọt nhỏ chứa phân tử hữu có màng bao bọc chịu tác động chọn lọc tự nhiên tiến hoá dần tạo nên tế bào sơ khai Khi hình thành nên tế bào sơ khai chọn lọc tự nhiên khơng tác động lên phân tử hữu riêng rẽ mà tác động lên tập hợp phân tử đơn vị thống nhất, tế bào sơ khai Tế bào sơ khai có tập hợp phân tử giúp chúng có khả trao đổi chất lượng với bên ngồi, có khả phân chia trì thành phần hố học thích hợp giữ lại nhân rộng Bằng thực nghiệm nhà khoa học tạo giọt gọi lipoxom cho lipid vào nước số chất hữu khác Lipid tạo nên lớp màng bao bọc lấy hợp chất hữu khác số lipozzom biểu số đặc tính sơ khai sống phân đơi, trao đổi chất với mơi trường bên ngồi 5.2 CÁC QUAN ĐIỂM PHÂN CHIA SINH GIỚI Từ trước đến có nhiều hệ thống phân loại sinh vật Các đơn vị phân loại sinh vật nói chung từ thấp lên cao loài (Species), chi (Genus), họ (Family), (Order), lớp (Class), ngành (Phylum), giới (Kingdom) Hiện giới có mức phân loại gọi lĩnh giới (Domain) Đấy chưa kể đến mức phân loại trung gian loài phụ (Subspecies), chi phụ (Subgenus), họ phụ (Subfamily), phụ (Suborder), lớp phụ (Subclass), ngành phụ (Subphylum) Hình: Hệ thống phân loại giới Whittaker Hình: Hệ thống phân loại giới Hình: Hệ thống phân loại giới Hình: Hệ thống phân loại lĩnh giới Trước đây, John Ray (1627-1705) Carl Von Linnaeus (1707-1778) chia giới thực vật động vật Năm 1866 E H Haeckel (1834-1919) bổ sung thêm giới nguyên sinh (Protista) Năm 1969 R H Whitaker (1921-1981) đề xuất hệ thống phân loại giới: khởi sinh (Monera), nguyên sinh (Protista), nấm (Fungi), thực vật (Plantae) động vật (Animalia) Khởi sinh bao gồm Vi khuẩn (Bacteria) Vi khuẩn lam (Cyanobacteria), nguyên sinh bao gồm động vật nguyên sinh (Protzoa), tảo (Algae) nấm sợi sống nước (Water molds) Gần có hệ thống phân loại giới- giới thêm giới cổ vi khuẩn (Archaebacteria), giới khởi sinh đổi thành giới vi khuẩn thật (Eubacteria) (P H Raven, G B Johnson, 2002) Năm 1980, Carl R Woese dựa nghiên cứu sinh học phân tử phát thấy cổ khuẩn có sai khác lớn trật tự nucleotid ARN ribosom 16S 18S Ông đưa hệ thống phân loại ba lĩnh giới (Domain) bao gồm: cổ khuẩn (Archae), vi khuẩn (Bacteria) sinh vật nhân thực (Eucarya) T Cavalier-Smith (1993) lại đề xuất hệ thống phân loại giới: vi khuẩn thật (Eubacteria), cổ vi khuẩn (Archaebacteria), cổ trùng (Archezoa), sắc khuẩn (Chromista), nấm (Fungi), thực vật (Plantae) động vật (Animalia) 5.3 CÁC HỌC THUYẾT TIẾN HĨA 5.3.1 Khái niệm tiến hóa Tiến hố q trình biến đổi thành phần kiểu gen quần thể, kết hình thành lồi có đặc điểm thích nghi với mơi trường sống thay đổi Q trình gồm: -Sự phát sinh biến dị (Bddb, bdth)(nhân tố tạo nguồn) -Sự phát tán biến dị (qua giao phối) -Chọn lọc biến dị (nhân tố định hướng- qui định chiều hướng nhịp điệu TH) - Cách li di truyền (nhân tố tăng cường) Kết TH: Hình thành lồi (có đặc điểm thích nghi với mơi trường sống) Quan điểm thích nghi: + Theo Mục đích luận (TK17): Sinh vật Thượng đế sáng tạo lần có đặc điểm hợp lý từ đầu +Theo Biến hình luận (Tk 17-18): Sự biến đổi loài ảnh hưởng trực tiếp ngoại cảnh, có nghĩa là: Từ mẫu cấu tạo chung biến đổi chi tiết theo nhiều kiểu để phù họp với điều kiện khác +Theo Lamac: Sinh vật có khả biến đổi trực tiếp, kịp thời phù hợp với biến đổi ngoại cảnh, với tập quán hoạt động động vật Kết lồi bị đào thải +Theo Đacuyn: Giữa cá thể loài, sinh lứa, sống hồn cảnh ln xuất biến dị cá thể phù hợp Những biến dị có lợi sống sót, phát triển ưu sinh sản + Theo quan điểm đại: Phát triển Đacuyn để giải thích xác q trình hình thành đặc điểm thích nghi Mỗi đặc điểm thích nghi thể sinh vật kết trình bị chi phối trình: Đột biến, giao phối chọn lọc tự nhiên 5.3.2 Học thuyết tiến hố Lamac a Nội dung chính:  Điều kiện ngoại cảnh không đồng thay đổi thường xuyên nguyên nhân dẫn đến thay đổi đồng loạt, liên tục sinh vật  Những thay đổi sinh vật ban đầu nhỏ, dần tích luỹ thành biến đổi lớn, sâu sắc truyền lại cho hệ sau (Khơng có lồi bị đào thải, môi trường từ từ thay đổi sinh vật thay đổi theo để thích nghi.)  Tiến hố q trình phát triển có kế thừa lịch sử, nâng cao trình độ tổ chức thể sinh vật từ đơn giản đến phức tạp (q trình tiến hố hữu cơ) b Đóng góp: + Là người đưa học thuyết hồn chỉnh tiến hố sinh giới + Đưa nguồn gốc chung loài, ảnh hưởng lớn đến quan điểm Duy tâm Siêu hình c Hạn chế : _ Khơng giải thích là, điều kiện môi trường không thay đổi sinh vật thay đổi _ Chưa thành công việc giải thích đặc điểm hợp lý thể sinh vật Ơng cho SV thay đổi kịp thời để phù hợp với NC nên lịch sử khơng có lồi bị đào thải ( khơng với chứng cổ sinh vật học, phôi sinh vật học) _ Quan niệm cho rằng, cá thể biển đổi đồng loạt trước điều kiện ngoại cảnh ơng coi nhà sinh lực luận _ Chưa phân biệt biến dị di truyền biến dị không di truyền _ Không giải thích nguồn gốc chung lồi Các khái niệm loài, chi , họ , người tự ý đặt 5.3.3 Học thuyết tiến hoá Dacuyn a Nội dung:  Biến dị: Có loại có khả di truyền cho đời sau Biến đổi đồng loạt (biến dị xác định) biến đổi phát sinh trực tiếp trình phát triển cá thể tác động điều kiện sống hay tập qn hoạt động động vật, có ý nghĩa với tiến hoá Biến dị cá thể (biến dị không xác định) biến đổi thể sinh vật, phát sinh gián tiếp thơng qua q trình sinh sản có ý nghĩa lớn q trình tiến hố sinh giới  Chọn lọc nhân tạo: + Các loại trồng, vật nuôi ngày xuất phát từ vài dạng tổ tiên ban đầu tác động chọn lọc bàn tay người Vd: gà + Chọn lọc nhân tạo gồm mặt: tích luỹ biến dị có lợi đào thải biến dị có hại cho người  Chọn lọc tự nhiên: + Chọn lọc tự nhiên gồm mặt: Tích luỹ biến dị có lợi đào thải biến dị có hại cho sinh vật +Chọn lọc nhân tạo động lực thúc đẩy q trình tiến hố + Kết chọn lọc tự nhiên tồn phát triển thể có khả thích nghi cao nhất, đồng thời đào thải cá thể thích nghi với mơi trường Ví dụ: lồi trùng quần đảo Mađero b Đóng góp: - Nhấn mạnh vai trò biến dị cá thể mà sau DT học đại khẳng định BDDT nguồn ngun liệu tiến hố - Ơng giải thích thành cơng hình thành đặc điểm thích nghi thể sinh vật - Thành công việc xây dựng luận điểm nguồn gốc loài, chứng minh toàn sinh giới ngày kết tiến hoá từ nguồn gốc chung c Hạn chế: - Chưa phân biệt biến dị di truyền không di truyền - Chưa hiểu rõ nguyên nhânphát sinh biến dị chế di truyền biến dị 5.3.4 Quan điểm đại tiến hoá a Nguyên liệu tiến hoá: * Biến dị di truyền: Là ngun liệu quan trọng tiến hố, bao gồm biến dị đột biến biến dị tổ hợp  Biến dị đột biến: nguồn nguyên liệu sơ cấp quan trọng trình tiến hố Có nhiều dạng đột biến: Đột biến tế bào chất: biến đổi xảy với ADN nằm  quan tử tế bào chất  Đột biến gen: thêm, mất, đảo thay thế1 vài cặp nu  Đột biến NST: o Đột biến cấu trúc NST: lặp đoạn, đoạn, đảo đoạn o Đột biến số lượng NST:  Đột biến dị bội: Đột biến dị bội biến đổi liên quan đến số lượng 1hoặc 1vài NST Thường gặp dạng: Thê nhiễm(2n+1), thể đa nhiễm(2n+2), thể nhiễm(2n-1), thể khuyết nhiễm(2n-2) Cơ chế : trình giảm phân hình thành giao tử, thoi vơ sắc khơng hình thành (hoặc hình thành bị đứt) vài sợi, nên NST nhân đôi không phân ly tạo giao tử khơng bình thường.Giao tử kết hợp với với giao tử bình thường tạo dạng dị bội Sơ đồ: P : 2n x 2n Giao tử n+1; n-1 n Con lai 2n+1 2n-1 Đột biến đa bội thể:  Đột biến đa bội thể tượng NST tăng lên theo bội sô n Thường gặp dạng đa bôi lẻ (3n, 5n, …), đa bội chẵn (4n, 6n…) Cơ chế: Trong trình giảm phân hình thành giao tử, tác động đột biến, thoi vơ sắc khơng hình thành (hoặc hình thành bị đứt) , nên NST nhân đôi không phân ly tạo giao tử khơng bình thường 2n Giao tử kết hợp với với giao tử bình thường tạo dạng đa bội Sơ đồ: P : 2n x 2n P: 2n x 2n Giao tử 2n Con lai 3n n Con lai Giao tử 2n 2n 4n Biến dị tổ hợp: Là nguồn nguyên liệu thứ cấp q trình tiến hố, tổ hợp lại gen có bố mẹ để hình thành tổ hợp gen (chưa có bố mẹ) thông qua giảm phân thụ tinh Biến dị tổ hợp giúp cho sinh vật đa dạng, phong phú, giúp cho việc bảo vệ trì phát triển biến dị đột biến  Biến dị không di truyền(thường biến): biến đổi thể sinh vật, phát sinh trực tiếp trình phát triển cá thể, tác động điều kiện sống Những biến đổi liên quan đến kiểu hình khơng liên quan đến kiểu gen nên khơng di truyền cho đời sau  Vai trò biến bị việc hình thành đặc điểm thích nghi Đột biến nguồn nguyên liệu khởi đầu, tạo nguồn biến dị di truyền Đột biến tạo alen locut dẫn đến xuất kiểu hình Phần lớn đột biến lặn có hại, trường hợp hãn hữu có lợi cho lồi Đột biến có ý nghĩa tiến hố có kiểu hình khác khẳn thể bị chết sống sót Lúc đầu, kiểu hình có ít, sau nhân lên quần thể giao phối với với thể khác qua hệ hệ, số lượng đột biến tăng lên nhờ “áp lực đột biến”, phụ thuộc vào cá thể đột biến có để lại nhiều hệ sau Tự nhiên tác động vào đột biến mà chúng phát sinh khả thích nghi (vẫn tồn phát triển ) với môi trường đường khác Như vậy, biến dị giúp cho chúng có đặc điểm thích nghi b Đơn vị tiến hố: Quần thể Những cá thể có biến dị có ý nghĩa tiến hố cá thể khoẻ mạnh, sinh trưởng phát triển tốt, chống chịu tốt với bất lợi mơi trường Tuy nhiên khơng sống quần thể, khơng có khả giao phối, sinh sản khơng có ý nghĩa với tiến hoá Theo thời gian , nhiều cá thể chết (để lại đặc điểm thích nghi cho hệ sau qua sinh sản), quần thể tồn tại, giữ tính liên tục Như vậy, quần thể đơn vị tiến hoá c Nguyên nhân chế tiến hoá Tiến hoá biến đổi quần thể sinh vật qua nhiều hệ tác dụng chọn lọc tự nhiên Mỗi quần thể đặc trưng vốn gen.Quần thể, dạng tiến hoá vốn gen bị thay đổi tần số tương đối alen thay đổi Điều có nghĩa cân di truyền quần thể bị phá vỡ Những thay đổi tần số gen cung ngun nhân gây tiến hố quần thể Có nguyên nhân:  Đột biến trình giao phối Đột biến cung cấp nguyên liệu khởi đầu cho tiến hoá, nguồn thay đổi vật chất di truyền quần thể mang tính ngẫu nhiên Đột biến kiện mang tính chất tái diễn = ADN có chiều dài định nên thời gian diễn số lượng hạn chế thay đổi hoá học Mỗi thay đổi có xuất lặp lại Tần số đột biến với gen thấp ( 104 - 107 cá thể có gen đột biến) tế bào có chứa nhiều gen nên có nhiều đột biến xảy tỷ lệ đột biến locut khác vốn gen với tốc độ khác Quá trình giao phối :…  Phiêu bạt gen hay lệch dòng di truyền Những quần thể nhỏ (dưới 100 cá thể) cách ly tự sinh sản lồi xác xuất biến ngẫu nhiên alen tương đối lớn, chí bảo đảm tính trạng có ý nghĩa thích nghi Nhưỡng quần thể có xu hướng mạnh tiến tới đồng hợp tử alen (khác quần thể lớn thường có biến dị lớn có nhiều cá thể dị hợp) Sự xuất biến dị mang tính nhẫu nhiên quần thể nhỏ tự sinh sản gọi phiêu bạt gen Điều làm thay đổi vốn gen quần thể tạo biến chuyển tiến hố Biến đổi tiến hóa khơng mục đích, ngẫu nhiên khơng thích ứng Phiêu bạt gen gây biến dị bất thường có kỳ lạ, khơng có ý nghĩa thích nghi Nó thường xảy lồi có quan hệ họ hàng gần gũi, sống vùng khác  Dòng gen (sự phân bố gen) Một số alen bị trở lại quần thể đột biến, phổ biến nhập cư cá thể mang alen khác từ quần thể bên cạnh tạo dòng gen hai quần thể Dòng gen quần thể có khuynh hướng làm tăng giống tất quần thể loài Chọn lọc tự nhiên có hiệu ngược lại,nó có khuynh hướng làm cho quần thể chuyên hóa theo tập tính riêng  Chọn lọc tự nhiên Sinh vật muốn thích nghi phải có kiểu gen phản ứng thành kiểu hình có lợi trước mơi trường, từ đảm bảo sống sót cá thể Tiếp chúng phải sinh sản để đóng góp vào vốn gen quần thể có ý nghĩa mặt tiến hóa Do mặt chủ yếu chọn lọc tự nhiên phân hóa khả sinh sản kiểu gen khác quần thể : giao phối, kết đôi, mắn đẻ Tác dụng chọn lọc tự nhiên quan trọng mức cá thể quần thể (tuy nhiên phát huy tác dụng mức cá thể như: giao tử, nhiễm sắc thể, phân tử cá thể quần thể) Khi điều kiện môi trường thay đổi đột biến phát sinh, kiểu gen thay đổi kéo theo biến đổi kiểu hình Kiểu hình dễ thích nghi giữ lại ngược lại bị đào thải Chọn lọc tự nhiên diễn lâu dài dẫn đến tiến hóa quần thể sinh vật Sự tác động chọn lọc tự nhiên đến biểu kiểu hình cúa gen riêng lẻ mà đến hậu kiểu hình tồn hệ di truyền Chọn lọc tự nhiên q trình có hướng khơng ngẫu nhiên làm hồn thiện thích nghi quần thể với điều kiện cụ thể môi trường, xuất phương hướng biến dị Bản chất chọn lọc tự nhiên làm tái tạo không ngẫu nhiên gen Về chế: quần thể không đồng mặt di truyền sác xuất tái tạo kết kiểu gen thích nghi lớn kiểu khác kiểm soát chọn lọc tự nhiên thông qua sinh sản Hệ gen quần thể không ổn định quần thể Hardy – Weinberg Quần thể với hệ gen xuất Người ta gọi q trình q trình sinh sản phân hóa, đó: giao tử đực kết hợp khơng ngẫu nhiên, hình thành ngẫu nhiên hợp tử, sống sót Vậy chọn lọc tự nhiên trình mà quần thể môi trường chấp nhận Sự phù hợp cá thể đo sinh sản thành cơng nào, hệ sau Chọn lọc tự nhiên đóng vai trò sàng lọc đơn vị di truyền để hệ di truyền mang tính đồng Q trình tiến hóa chọn lọc tự nhiên tác động chủ động lên cá thể dẫn đến biến dị định hướng vốn gen, tạo khả thích nghi cao.Thường chọn lọc tự nhiên chia làm ba kiểu sau: + Chọn lọc định hướng (Dirrectional selection) Đối với dãy fenotip (kiểu hình) mơi trường thay đổi phía cực dãy chấp nhận tốt giữ lại Chọn lọc ổn định định hướng thường xảy quần thể thời gian Khi chọn lọc đào thải cực dãy fenotip gen xúc tiến cực trở nên thường xuyên quần thể Ví dụ quần thể ruồi giấm Drosophyla Các nghiên cứu đào thải ruồi chuyển động hướng tới ánh sáng tạo quân thể ruồi có cá thể mang gen xúc tiến việc tạo thành tập tính đó.Người ta lấy cá thể (chọn sác xuất) từ quần thể ruồi sác xuất chọn ruồi chuyển động hướng tới ánh sáng chọn ruồi từ quần thể cũ Quần thể bị thay đổi chọn lọc theo hướng bị ánh sáng hấp dẫn Dạng chọn lọc chọn lọc định hướng + Chọn lọc kiên định( Stabilizing selection) hay chọn lọc bình ổn Dạng chọn lọc giữ lại fenotip điển hình (chuẩn) đào thải tất dạng sai khác với Dạng chọn lọc fenotip chung quần thể không bị thay đổi mà trở nên phổ biến đào thải fenotip phía cực Ví dụ người, trẻ sơ sinh có trọng lượng trung bình tỷ lệ sống cao hơn; gà vịt trứng trung bình có tỷ lệ nở cao + Chọn lọc đứt đoạn Chọn lọc theo hướng đào thải phenotip trung gian quần thể đa hình, tạo nhóm cá thể cực(hình thành quần thể phụ) Ví dụ, có số nhóm trùng cánh cứng chun thích ăn hạt có kích thước trung bình, nên hạt to nhỏ ngày phổ biến 5.4 BẰNG CHỨNG TIẾN HĨA 5.4.1 Các hình thức cách li a Cách li địa lí: Là tượng xuất chướng ngại địa lý sông núi , ao, núi lửa…làm ngăn cách cá thể lồi tích luỹ đột biến theo hướng khác nhau, sở hình thành lồi Ví dụ: Sự hình thành 14 lồi chim sẻ khác đảo Galapagos b Cách li sinh sản: Hiện tượng cá thể loài sống khu vực địa lý khơng có khả giao phối với Nguyên nhân chúng có đặc điểm quan sinh sản tập tính hoạt động sinh dục khác nên khơng giao phối với c Các chế cách li khác: Cách li sinh thái, cách li di truyền 5.4.2 Các chế hình thành lồi a Hình thành lồi khác chỗ: Phụ thuộc vào chế sau:  Sự thích nghi khác nhau: Hai quần thể chịu áp lực chọn lọc khí hậu sinh thái khác nên thích ứng với mơi trường riêng khác qn thể bố mẹ ban đầu  Ảnh hưởng cá thể sáng lập: Một nhóm cá thể có gen không đại diện cho bố mẹ, chiếm lĩnh vùng sinh thái hình thành quần thể Dưới tác động của chọn lọc làm tăng cường phân ly với quân thể ban đầu, sau thời gian hình thành nên lồi  Phiêu bạt gen: Liên quan đến thiết lập số gen gặp thiết lập b Hình thành loài liền chỗ: xảy quần thể vùng liền kề mà khơng cần có trở ngại tồn biên giới quần thể Ví dụ: Lồi cỏ Agrostis tenuis mọc mỏ đồng Wales Trong lồi có số cá thể sống đất mỏ, đa phần cá thể sống đất bình thường Hai dạng cho lai phát triển nơi Trong điều kiện đó, CLTN tác động dẫn đến cách li sinh sản, lâu dài hình thành lồi riêng biệt từ lồi ban đầu c Hình thành lồi chỗ  Do xuất nên nhóm cá thể đa bội khác với quần thể bố mẹ  Hình thành tập tính dinh dưỡng khác (cách li sinh thái).Các cá thể sống khu vực địa lí hưng lại có đk sinh thái khác nhau, nên CLTN tích luỹ BD theo hướng khác -> hình thành lồi từ lồi ban đầu Ví dụ: Sự hình thành lồi trùng khác thích nghi kí chủ thực vật khác bãi bồi TÀI LIỆU THAM KHẢO Kiều Hữu Ảnh (2006), Giáo trình tiếng anh sinh học, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Nguyễn Bá (2005), Sinh thái học thực vật, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Trịnh Hữu Hằng (1998), Sinh học thể động vật – Sinh học đại cương II, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Võ Thị Thương Lan (2002), Sinh học phân tử, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Lê Đình Lương, Phan Cự Nhân (1993), Di truyền học, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội GS.TS Hồng Minh Tấn (2005), Giáo trình sinh lý thực vật Hoàng Đức Cự (2008), Sinh học đại cương, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Biology (7th edition), Cambell MỤC LỤC TỔ CHỨC CỦA CƠ THỂ SỐNG 1.1.CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA SINH VẬT 1.1.1 Sinh vật cấu tạo từ tế bào 1.1.2 Sinh vật sinh trưởng phát triển 1.1.3 Trao đổi chất 1.1.4 Chuyển động 1.1.5 Sinh vật trả lời lại kích thích 1.1.6 Sinh sản 1.1.7 Tiến hoá 1.2 CẤU TRÚC TẾ BÀO PROCARYOTA 1.3 CẤU TRÚC TẾ BÀO EUCARYOTA 1.3.1 Màng tế bào (Plasma membrane) 1.3.2 Vách tế bào thực vật 1.3.3 Nhân tế bào 13 1.3.4 Tế bào chất 13 1.3.5 Các bào quan khác 13 1.4 CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CÁC MƠ CHÍNH Ở THỰC VẬT VÀ ĐỘNG VẬT ĐA BÀO 22 1.4.1 Cấu tạo mơ thực vật hạt kín .22 1.4.2 Cấu tạo mô động vật đa bào 41 Chương II 43 NĂNG LƯỢNG SINH HỌC VÀ TRAO ĐỔI CHẤT 43 2.1 SỰ VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT QUA MÀNG .43 2.1.1 Vận chuyển thụ động 43 2.1.2 Vận chuyển chủ động 45 2.1.3 Vận chuyển vật thể lớn qua màng 45 2.1.4 Sự tiếp nhận thông tin qua màng tế bào .46 2.2 NĂNG LƯỢNG SINH HỌC 46 2.2.1 Năng lượng ATP (Adenosin triphosphat) 46 a Thành phần cấu tạo ATP 46 b Sự hình thành ATP thể sinh vật .47 2.2.2 Enzyme 48 a Khái niệm: .48 b Thành phần cấu tạo enzyme 48 c Cơ chế xúc tác enzyme 48 d Hoạt động enzyme 49 e Tính đặc hiệu enzyme 49 f Những nhân tố ảnh hưởng đến hoạt động enzyme 50 2.3 HÔ HẤP 51 2.3.1 Đại cương 51 2.3.2 Quá trình đường phân 51 2.3.3 Sự lên men 53 a Lên men rượu 54 b Lên men lactic (lên men dấm) .54 2.3.4 Q trình hơ hấp hiếu khí 55 * Ý nghĩa chu trình: 56 2.3.5 Hố thấm tổng hợp ATP hơ hấp .57 2.4 QUANG HỢP 58 2.4.1 Đại cương quang hợp: 58 2.4.2 Hệ sắc tố quang hợp 59 2.4.3 Bản chất trình quang hợp .61 Chương III: QUÁ TRÌNH SINH SẢN Ở SINH VẬT 73 3.1 CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN BÀO 73 3.1.1 Phân bào nguyên nhiễm 73 3.1.2 Phân bào giảm nhiễm (Meiosis) 74 a Giai đoạn chuẩn bị 74 b Lần phân bào (giảm phân 1) 74 c Lần phân bào (giảm phân 2) 75 3.2 SINH SẢN Ở THỰC VẬT .75 3.2.1 Sinh sản dinh dưỡng 75 3.2.4 Sinh sản hữu tính 82 Chương IV 90 TÍNH CẢM ỨNG VÀ THÍCH NGHI CỦA SINH VẬT 90 4.1 TÍNH CẢM ỨNG CỦA THỰC VẬT .90 4.1.1 Tính hướng kích thích 90 4.1.2 Các chất điều hòa sinh trưởng, phát triển thực vật: 90 4.1.3 Quang chu kỳ phytocrom .96 CHƯƠNG V: SỰ TIẾN HOÁ .98 5.1 NGUỒN GỐC SỰ SỐNG .98 5.1.1 Hình thành hợp chất hữu đơn giản từ chất vô 98 5.1.2 Quá trình trùng phân tạo nên đại phân tử hữu 99 5.1.3 Sự xuất chế tự nhân đôi 99 5.1.4 Hình thành tế bào sơ khai 100 5.2 CÁC QUAN ĐIỂM PHÂN CHIA SINH GIỚI 100 5.3 CÁC HỌC THUYẾT TIẾN HÓA 102 5.3.1 Khái niệm tiến hóa 102 5.3.2 Học thuyết tiến hoá Lamac 103 5.3.3 Học thuyết tiến hoá Dacuyn .104 5.3.4 Quan điểm đại tiến hoá 104 5.4 BẰNG CHỨNG TIẾN HÓA 109 5.4.1 Các hình thức cách li 109 5.4.2 Các chế hình thành lồi 109