NGUYỄN TUYẾT NHUNG TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI // s TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 CÂU HỎI ÔN TẬP HSG MÔN SINH K12 PHẦN I CƠ CHẾ DI TRUYỀN VÀ BIẾN DỊ A Lý thuyết: Cấu trúc cấp độ phân tử: 1.1 Cấu trúc & chức ADN: * Cấu trúc: (Do Watson Cric phát vào năm 1953) - ADN có cấu trúc đa phân, mà đơn phân nuclêôtit (A, T, G, X ), nuclêôtit liên kết với liên kết photphodieste (liên kết cộng hóa trị) để tạo thành chuỗi pôlinuclêôtit (mạch đơn) - Phân tử ADN gồm mạch đơn (chuỗi polinuclêôtit) xoắn song song ngược chiều xoắn theo chu kì Mỗi chu kì xoắn gồm 10 cặp nuclêôtit, có chiều dài 34 A (mỗi nuclêôtit có chiều dài 3,4 A khối lượng phân tử 300 đ.v.C) Giữa mạch đơn: Các nuclêôtit mạch đơn liên kết bổ sung với nuclêôtit mạch đơn theo nguyên tắc bổ sung (nguyên tắc bổ sung):“A mạch liên kết với T mạch liên kết hiđrô ngược lại, G mạch liên kết với X mạch liên kết hiđrô ngược lại” - Gen đoạn phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho sản phẩm xác định (sản phẩm chuỗi pôlipeptit 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 sinh vật nhân thực gen phân mảnh: xen kẽ đoạn mã hóa axit amin (êxôn) đoạn không mã hóa axit amin (intrôn) + Gen mã hóa prôtêin gồm vùng trình tự nuclêôtit: Vùng điều hòa: nằm đầu 3’ mạch mã gốc, có trình tự nuclêôtit đặc biệt giúp ARN – pôlimeraza bám vào để khởi động kiểm soát trình phiên mã Vùng mã hóa: mang thông tin mã hóa axit amin Vùng kết thúc: nằm đầu 5’ mang tín hiệu kết thúc phiên mã - Mã di truyền: trình tự nuclêôtit gen (mạch mã gốc) quy định trình tự axit amin phân tử prôtêin - Đặc điểm mã di truyền: + Mã di truyền mã ba, đọc từ điểm xác định theo ba không gối chồng lên + Mã di truyền có tính phổ biến, nghĩa tất loài sử dụng chung bảng mã di truyền, trừ vài ngoại lệ + Mã di truyền có tính đặc hiệu, nghĩa ba mã hóa axit amin làm nhiệm vụ kết thúc + Mã di truyền mang tính thoái hóa, nghĩa axit amin mã hóa nhiều ba (trừ AUG – Met; UGG – Trp) * 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 nuclêôtit (A, U, G, X ) ARN gồm chuỗi pôlinuclêôtit nuclêôtit liên kết với liên kết hóa trị Các ba nuclêôtit mARN gọi codon (bộ ba mã sao), ba nuclêôtit tARN gọi anticodon (bộ ba đối mã) - Trong 64 ba có: ba vừa làm tín khởi đầu dịch mã, vừa mã hóa axit amin Met sinh vật nhân thực (hoặc foocmin Met sinh vật nhân sơ) ba mở đầu: 5’AUG 3’ Có ba ba không mã hóa axit amin làm tín hiệu kết thúc dịch mã (bộ ba kết thúc): 5’UAA 3’, 5’UAG 3’ 5’UGA 3’ * Chức năng: - mARN có chức truyền đạt thông tin di truyền từ gen → Ribôxôm để tổng hợp prôtêin - tARN có chức vận chuyển axit amin tới ribôxôm để tổng hợp nên prôtêin - rARN thành phần cấu tạo nên ribôxôm 1.3 Cấu trúc prôtêin: - Prôtêin đại phân tử hữu cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân axit amin Có 20 loại axit amin - Các axit amin liên kết với liên kết peptit tạo thành 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: Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 * Cơ chế: - Vị trí: Diễn nhân tế bào - Thời điểm: Diễn kì trung gian - Diễn biến: + Bƣớc 1: Tháo xoắn phân tử ADN: Nhờ enzim tháo xoắn, hai mạch đơn phân tử ADN tách dần tạo nên chạc nhân đôi (hình chữ Y) để lộ mạch khuôn + Bƣớc 2: Tổng hợp mạch ADN mới: ADN – pôlimeraza xúc tác hình thành mạch đơn theo chiều 5’ – 3’ Các nuclêôtit mạch khuôn liên kết với nuclêôtit môi trường nội bào theo nguyên tắc bổ sung: “ 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 ” 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) + Bƣớc 3: Hai phân tử ADN đƣợc tạo thành: Các mạch tổng hợp đến đâu mạch đơn xoắn đến tạo thành phân tử ADN con, mạch tổng hợp mạch ADN ban đầu (nguyên tắc bán bảo toàn) * Ý nghĩa nhân đôi ADN: Đảm bảo thông tin di truyền truyền đạt cách xác 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: Tế bào nhân thực có nhiều phân tử ADN có kích thước lớn nên có nhiều đơn vị nhân đôi (nhiều chạc chép) nhằm rút ngắn thời gian tổng hợp; trình tổng hợp cần nhiều loại enzim tham gia 2.2 Cơ chế phiên mã: * Cơ chế: - Vị trí: Diễn nhân tế bào - Thời điểm: Khi tế bào cần tổng hợp loại prôtêin - Diễn biến: + Bƣớc 1: Tháo xoắn phân tử ADN: Enzim ARN–pôlimeraza bám vào vùng điều hòa làm gen tháo xoắn để lộ mạch mã gốc (3’ - 5’) khởi đầu phiên mã + Bƣớc 2: Tổng hợp phân tử ARN: 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 ” + Bƣớc 3: Kết thúc phiên mã: Khi ARN–pôlimeraza gặp tín hiệu kết thúc phiên mã kết thúc mARN giải phóng Ở sinh vật nhân sơ, mARN sau phiên mã sử dụng làm khuôn để tổng hợp prôtêin Ở sinh vật nhân thực, mARN sau phiên mã loại bỏ đoạn intron, nối đoạn exon tạo mARN trưởng thành * Ý nghĩa phiên mã: Tổng hợp loại ARN chuẩn bị cho trình dịch mã Truyền thông tin di truyền từ ADN sang ARN 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 axit amin: Trong tế bào chất (môi trường nội bào) Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 , ATP aa  tARN enzim   aa  tARN (phức hệ) + Giai đoạn tổng hợp chuỗi pôlipeptit: Bƣớc 1: Khởi đầu dịch mã: Tiểu đơn vị bé ribôxôm gắn với mARN vị trí nhận biết đặc hiệu di chuyển đến ba mở đầu (AUG) aamđ - tARN tiến vào ba mở đầu (đối mã khớp với mã mở đầu mARN theo nguyên tắc bổ sung), sau tiểu phần lớn gắn vào tạo thành ribôxôm hoàn chỉnh Bƣớc 2: Kéo dài chuỗi pôlipeptit aa1- tARN tiến vào ribôxôm (đối mã khớp với mã thứ mARN theo nguyên tắc bổ sung) liên kết peptit hình thành aamđ với aa1 Ribôxôm chuyển dịch sang ba thứ 2, tARN vận chuyển aa mđ giải phóng Tiếp theo, aa2 - tARN tiến vào ribôxôm (đối mã khớp với ba thứ hai mARN theo nguyên tắc bổ sung), hình thành liên kết peptit aa axit aa1 Ribôxôm chuyển dịch đến ba thứ ba, tARN vận chuyển axit aa1 giải phóng Quá trình tiếp tục đến ba tiếp giáp với ba kết thúc phân tử mARN Bƣớc 3: Kết thúc: Khi ribôxôm dịch chuyển sang ba kết thúc, trình dịch mã dừng lại, tiểu phần ribôxôm tách ra, enzim đặc hiệu loại bỏ aamđ chuỗi pôlipeptit giải phóng Prôtêin gồm bậc cấu trúc * Polyribôxôm: Trên mARN thường có nhiều ribôxôm tham gia tổng hợp nhằm tăng hiệu suất tổng hợp polypeptit loại * Ý nghĩa dịch mã: Tổng hợp prôtêin để tham gia cấu tạo thể, biểu tính trạng * Chức prôtêin: Cấu trúc, xúc tác, điều hòa, bảo vệ, nguyên liệu, vận động, vận chuyển, dự trữ, 2.4 Cơ chế điều hòa hoạt động gen: Điều hòa hoạt động gen trình lượng sản phẩm gen tạo tế bào nhằm đảm bảo cho hoạt động sống tế bào phát triển thể phù hợp với điều kiện môi trường 2.4.1 Điều hòa hoạt động gen sinh vật nhân sơ (điều hòa hoạt động Operon Lac) - Cấu trúc operon Lac: Do Jacop Mono phát vi khuẩn E.coli vào năm 1961 Mô hình cấu trúc Ôpêron Lac + Vùng khởi động (P): có trình tự nuclêôtit đặc thù, giúp ARN- pôlimeraza bám vào để khởi đầu phiên mã gen điều Vùng khởi Vùng vận hòa động hành + Vùng vận hành (O): Có trình tự nuclêôtit đặc biệt, prôtêin ức P O Z Y A P R chế liên kết ngăn cản phiên mã + Nhóm gen cấu trúc (Z, Y, A): quy định tổng hợp enzim Nhóm gen cấu trúc phân giải Lactôzơ Gen điều hòa (R): không nằm thành phần operon, có khả tổng hợp prôtêin ức chế liên kết với vùng vận hành, ngăn cản phiên mã - Cơ chế điều hòa hoạt động Operon Lac: + Giai đoạn ức chế: Khi môi trường Lactôzơ, Gen điều hòa (R) tổng hợp prôtêin ức chế → liên kết với vùng O  ngăn cản phiên mã nhóm gen cấu trúc + Giai đoạn cảm ứng: Khi môi trƣờng có Lactôzơ, số phân tử liên kết làm biến đổi cấu hình không gian prôtêin ức chế → liên kết với vùng O  ARN – pôlimeraza liên kết với vùng khởi động để tiến hành phiên mã Khi Lactôzơ, prôtêin ức chế liên kết với vùng O trình phiên mã dừng lại  Điều hòa hoạt động gen sinh vật nhân xảy mức độ phiên mã 2.4.2 Điều hòa hoạt động gen sinh vật nhân thực: - Cơ chế điều hòa phức tạp sinh vật nhân sơ, cấu trúc phức tạp ADN NST - ADN có số cặp nuclêôtit lớn, phận mã hóa tính trạng di truyền, lại đóng vai trò điều hòa không hoạt động - ADN nằm NST có cấu trúc bện xoắn phức tạp nên trước phiên mã phải tháo xoắn - Sự điều hòa hoạt động 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 Cơ chế biến dị cấp độ phân tử (đột biến gen): 3.1 Khái niệm dạng đột biến gen: Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 - Đột biến gen biến đổi cấu trúc gen, thường liên quan tới cặp nuclêôtit số cặp nu xảy điểm phân tử ADN (Đột biến điểm) - Thể đột biến: cá thể mang đột biến biểu thành kiểu hình - Đột biến gen bao gồm: Mất, thêm, thay cặp nuclêôtit 3.2 Nguyên nhân: Do tác động tác nhân hóa học (5-BU, EMS, hóa chất độc hại, ), tác nhân vật lí (tia tử ngoại, tia phóng xạ, ), tác nhân sinh học (virut) rối loạn sinh lí, hóa sinh tế bào 3.3 Cơ chế phát sinh: - Cơ chế chung: Tác nhân gây đột biến gây sai sót trình nhân đôi ADN - Đột biến điểm thường xảy mạch gen dạng tiền đột biến Dưới tác dụng enzim sửa sai, trở trạng thái ban đầu tạo thành đột biến qua lần nhân đôi - Tần số đột biến gen (10-6 - 10-4) phụ thuộc cường độ, liều lượng, loại tác nhân cấu trúc gen Tuy nhiên, tổng tần số đột biến gen quần thể cao vốn gen quần thể nhiều - Ví dụ: + Sự kết cặp không nhân đôi ADN Bazơ nitơ có vị trí liên kết hiđrô bị thay đổi khiến chúng kết cặp không tái G* G Nhân đôi Nhân đôi A T X T + Tác động tác nhân gây đột biến(5-BU) A A Nhân đôi Nhân đôi G 5BU Nhân đôi T G 5BU X 3.4 Hậu ý nghĩa đột biến gen: - Hậu quả: Đột biến gen phần lớn có trung tính, có lợi có hại Mức độ có hại, có lợi đột biến phụ thuộc vào tùy tổ hợp gen điều kiện môi trƣờng - Ý nghĩa: Đột biến gen tạo nhiều alen nguồn nguyên liệu sơ cấp cho tiến hóa chọn giống * Căn vào nhóm tế bào xảy đột biến, đột biến chia thành: - Đột biến xôma: xảy trình nguyên phân tế bào sinh dưỡng, biểu đột biến phận thể (Thể khảm) đột biến trội, di truyền qua sinh sản vô tính - Đột biến giao tử: xảy trình giảm phân hình thành giao tử, di truyền cho hệ sau qua sinh sản hữu tính biểu thành thể đột biến Đột biến phát tán qua trình giao phối - Đột biến tiền phôi: xảy trình nguyên phân giai đoạn phôi có đến tế bào (tiền phôi), biểu thành thể đột biến, di truyền cho hệ sau qua sinh sản hữu tính * Căn vào thay đổi sản phẩm gen đột biến, đột biến gen đƣợc chia thành: - Đột biến đồng nghĩa: Bộ ba mã di truyền bị biến đổi thành ba mã hóa axit amin ban đầu - Đột biến sai nghĩa: Bộ ba mã di truyền bị biến đổi thành ba mã hóa axit amin khác - Đột biến vô nghĩa: Bộ ba mã di truyền bị biến đổi thành ba kết thúc - Đột biến dịch khung: Đột biến làm khung đọc mã bị thay đổi từ vị trí đột biến sau (Mất, thêm cặp nu) Cấu trúc, chế biến dị cấp độ tế bào (đột biến NST): 4.1 Cấu trúc NST: 4.1.1 Ở sinh vật nhân sơ: NST phân tử ADN kép dạng vòng không liên kết với prôtêin histôn 4.1.2 Ở sinh vật nhân thực: - Cấu trúc hiển vi: + Mỗi NST kép gồm crômatit dính qua tâm động (eo thứ nhất), số NST có eo thứ hai (nơi tổng hợp rARN) NST có dạng hình que, hình hạt, hình chữ V, đường kính 0,2 – m, dài 0,2 – 50 m + Mỗi loài có NST đặc trưng số lượng, hình thái, cấu trúc, chủ yếu gen NST trì ổn định qua hệ Ví dụ người 2n = 46, Ruồi giấm 2n = + Toàn NST nhân tế bào sinh dưỡng chứa NST lưỡng bội (2n) tồn thành cặp tương đồng, có nguồn gốc từ bố, có nguồn gốc từ mẹ; tế bào giao tử chứa NST đơn bội (n) Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 - Cấu trúc siêu hiển vi: NST cấu tạo từ ADN prôtêin (histôn phi histôn) (ADN + prôtêin)  nuclêôxôm (8 phân tử prôtêin histôn quấn quanh đoạn phân tử ADN dài khoảng 146 cặp nuclêôtit, quấn vòng)  Sợi (11 nm)  Sợi nhiễm sắc (30 nm)  Ống siêu xoắn (300 nm)  Crômatit (700 nm) - Ý nghĩa cuộn xoắn NST: với cấu trúc NST cuộn xoắn vậy, chiều dài NST rút ngắn 15 000 – 20 000 lần so với chiều dài ADN nhằm thuận lợi cho phân li, tổ hợp NST trình phân bào - Chức NST: Lưu giữ, bảo quản truyền đạt thông tin di truyền Bảo đảm phân chia vật chất di truyền cho tế bào nhờ phân chia NST phân bào Điều hòa hoạt động gen thông qua cuộn xoắn, mở xoắn NST 4.2 Cơ chế di truyền biến dị cấp độ tế bào: 4.2.1 Cơ chế di truyền cấp độ tế bào: So sánh nguyên phân & giảm phân * * Giống : Sao chép ADN trước vào phân bào Đều phân thành kì Sự phân loại nhiễm sắc thể tế bào Màng nhân nhân biến gần cuối Hình thành thoi vô sắc Khác : Nguyên phân (Mitosis) Giảm phân (Meiosis) Xảy tế bào soma tế bào sinh dục Xảy tế bào sinh dục Một lần phân bào => tế bào Hai lần phân bào tạo tế bào Số nhiễm sắc thể giữ nguyên : tế bào 2n => tế bào 2n Số nhiễm sắc thể giảm : tế bào 2n => tế bào n Một lần chép ADN, lần phân chia M ột lần chép ADN, lần phân chia Các nhiễm sắc thể tương đồng thường không bắt cặp Các nhiễm sắc thể tương đồng bắt cặp kì trước I Thường trao đổi chéo nhiễm sắc thể Có tượng trao đổi chéo nhiễm sắc thể không chị em cặp NST tương đồng Tâm động phân chia kì Tâm động không phân chia kì I, phân chia kì II 4.2.2 Biến dị cấp độ tế bào (đột biến NST): 4.2.2.1 Đột biến cấu trúc NST: Là biến đổi cấu trúc NST bao gồm đoạn, lặp đoạn, đảo đoạn chuyển đoạn Cơ chế chung - Các tác nhân gây đột biến ảnh hưởng đến trình tiếp hợp, trao đổi chéo,… trực tiếp làm đứt gãy NST => phá vỡ cấu trúc NST - Các đột biến cấu trúc NST dẫn đến thay đổi trình tự số lượng gen, làm thay đổi hình Các dạng Mất đoạn Lặp đoạn Đảo đoạn Chuyển đoạn Khái niệm Hậu vai trò - Giảm số lượng gen, làm cân hệ gen NST đoạn (đoạn NST=> thường gây chết giảm sức sống đứt không chứa tâm Ví dụ: Mất đoạn NST 21 gây bệnh ung thư máu động) - Xác định vị trí gen NST, loại bỏ gen có hại Một đoạn NST Gia tăng số lượng gen => cân hệ gen => Tăng lặp lại hay cường giảm bớt mức biểu tính trạng nhiều lần Một đoạn NST bị đứt, - Làm thay đổi vị trí gen NST => gây hại, giảm quay 1800 gắn vào khả sinh sản NST (đoạn bị đảo - Góp phần tạo nguyên liệu cho tiến hóa chứa tâm động) Là dạng đột biến dẫn đến - Chuyển đoạn lớn thường gây chết, khả sinh trao đổi đoạn sản Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 Cơ chế chung Các dạng Khái niệm Hậu vai trò NST - Chuyển đoạn nhỏ ứng dụng để chuyển gen tạo NST không tương đồng giống dạng NST 4.2.2.2 Đột biến số lƣợng NST: Là biến đổi làm thay đổi số lượng NST tế bào gồm lệch bội đa bội Các dạng Cơ chế Hậu vai trò Thể lệch bội 2n – (Thể nhiễm) 2n + (Thể ba nhiễm) Thể đa bội Tự đa bội (Đa bội chẵn đa bội lẻ) Dị đa bội - Các tác nhân gây đột biến gây không phân li hay số cặp NST => giao tử không bình thường - Sự kết hợp giao tử không bình thường với giao bình thường giao tử không bình thường với => thể lệch bội - Hậu quả: Đột biến lệch bội thường làm tăng giảm hay số NST => cân hệ gen, thường gây chết hay giảm sức sống, giảm khả sinh sản tùy loài - Vai trò: Cung cấp nguồn nguyên liệu cho chọn lọc tiến hóa Trong chọn giống sử dụng đột biến lệch bội để xác định vị trí gen NST - Các tác nhân gây đột biến gây không phân li toàn cặp NST tạo giao tử mang 2n NST - Sự kết hợp giao tử 2n với giao tử n 2n khác tạo đột biến đa bội - Hậu quả: Cá thể đa bội lẻ khả sinh giao tử bình thường - Vai trò: Do số lượng NST tế bào tăng lên => lượng ADN tăng gấp bội nên trình tổng hợp chất hữu xảy mạnh mẽ Cung cấp nguồn nguyên liệu cho trình tiến hóa Góp phần hình Xảy đột biến đa bội tế bào thể thành nên loài tiến hóa lai xa, dẫn đến làm gia tăng NST đơn bội loài khác tế bào B CÔNG THỨC CƠ BẢN: DẠNG 1: CƠ SỞ DI TRUYỀN Ở MỨC PHÂN TỬ - TẾ BÀO m Tổng số nuclêôtit: N = (m: khối lƣợng gen, N: tổng số nuclêôtit gen)  m = N * 300 đv.C 300 N 2L Chiều dài phân tử ADN (gen): L = * 3,4 A0  N = (1A0 = 10-1 = 10-4µm = 10-7 mm) 3,4 Số liên kết hyđrô phân tử ADN (gen): H = 2.A + 3.G = N + G = N + X= ( Số liên kết hóa trị: A%  3.G% ).N 100% * Giữa nuclêôtit: N–2 * Trong phân tử ADN: 2N – Số vòng xoắn (chu kỳ xoắn): Số chu kỳ xoắn = m L N ADN = ADN = ADN0 6000 34 A 20 Số lƣợng nuclêôtit mạch ADN: A T1 G X T2 A X G Gọi A1, T1, G1, X1 số lƣợng nuclêôtit loại mạch gen Gọi A2, T2, G2, X2 số lƣợng nuclêôtit loại mạch gen Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 => Theo NTBS mạch ta có: A1 = T2, T1 = A2, G1 = X2, X1 = G2 * Về mặt số lƣợng: A = T = A1 + A2 = T1 + T2 =A1 + T1 = A2 + T2 G = X = G1 + G2 = X1 + X2 = G1 + X1 = G2 + X2 (A, T, G, X số lượng nuclêôtit loại gen) % A1  % A2 %T1  %T2 % A1  %T1 % A2  %T2 = = = 2 2 %G1  %G2 % X1  % X %G1  % X %G2  % X G% = X% = = = = 2 2 * Về mặt tỉ lệ %: T% = A% = Và: A% + T% + G% + X% = 100%; A1% + T1% + G1% + X1% = 100%; A2% + T2% + G2% + X2% = 100% Số phân tử ADN (gen) tạo sau n lần nhân đôi: (với a số phân tử ADN tham gia nhân đôi, n số lần nhân đôi) Số nuclêôtit loại môi trƣờng cung cấp cho gen nhân đôi n lần là: A cc= Tcc = (2n – 1)*Agen; G cc = X cc = (2n – 1)*Ggen Quan hệ gen mARN: rN = a.2n N (rN: Tổng ribonuclêôtit mARN) Ta có: rN = Am + Um+ Gm + Xm => Agốc = Um; Tgốc = Am ; Ggốc= Xm; X gốc= Gm * Về mặt số lƣợng : Agen = Tgen = Am + Um ; Ggen = Xgen = Gm + Xm * Về mặt tỉ lệ % : 1 (Am% + Um%) ; G% = X% = (Gm% + Xm%) 2 N = LADN = 3,4 A0 = rN.3,4 A0 A% = T% = * Chiều dài ARN: LARN * Khối lƣợng mARN: mmARN = rN x 300 đv.C 10 Số liên kết hyđrô bị phá vỡ gen nhân đôi n lần : (2n – 1).H (với H số liên kết Hiđro gen ban đầu) 11 Số liên kết hyđrô đƣợc hình thành trình nhân đôi n lần : 2n H 12 Số ba mật mã: N rN = N rN L -1= -1= -1 10.2 N rN L 14 Số axit amin phân tử prôtêin hoàn chỉnh: Saa = -2= -2= -2 10.2 13 Số axit amin môi trƣờng cung cấp cho phân tử prôtêin: Saa = 15 Tính số tế bào tạo thành: Từ tế bào ban đầu: A = a.2x (A: số tế bào tạo thành, a số tế bào nguyên phân, x số lần nguyên phân) 16 Tính số NST tƣơng đƣơng với nguyên liệu đƣợc cung cấp trình tự nhân đôi NST: - Tổng số NST sau tất tế bào con: a.2n.2x - Số ADN có mạch hoàn toàn = a.(2x – 2) - Tổng số NST tương đương với nguyên liệu cung cấp tế bào 2n qua x đợt nguyên phân là: ∑NST = 2n.(2x - 1) - Số NST chứa hoàn toàn nguyên liệu mới: ∑NSTmới = 2n.(2x – 2) 17 Nguyên phân giảm phân: Các yếu tố Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Số NST Số tâm động Số crômatit Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 Phân bào NGUYÊN PHÂN (2n) Kỳ Trước Kỳ Giữa Kỳ Sau Kỳ Cuối GIẢM PHÂN (2n) Kỳ Trước Kỳ Giữa Kỳ Sau Kỳ Cuối Kỳ Trước Kỳ Giữa Kỳ Sau Kỳ Cuối 2n (kép) 2n (kép) 4n (đơn) 2n (đơn) 2n 2n 4n 2n 2n x = 4n 2n x = 4n 0 2n (kép) 2n (kép) 2n (kép) n (kép) n (kép) n (kép) 2n (đơn) n (đơn) 2n 2n 2n n n n 2n n 2n x = 4n 2n x = 4n 2n x = 4n 2n 2n 2n 0 DẠNG 2: THAY ĐỔI LIÊN KẾT HIĐRÔ - Mất: + Mất (A – T): Số liên kết hiđrô giảm + Mất (G – X): Số liên kết hiđrô giảm - Thêm: + Thêm (A – T): Số liên kết hiđrô tăng + Thêm (G – X): Số liên kết hiđrô tăng - Thay: + Thay (A – T) (G – X): Số liên kết hiđrô tăng + Thay (G – X) (A – T): Số liên kết hiđrô giảm + Thay (A – T) (T – A) (G – X) (X – G): Số liên kết hiđrô không thay đổi - Tác nhân – BU: Gây đột biến thay cặp A – T cặp G – X Sơ đồ: A – T  A – –BU  5-BU – G  G – X - Tác nhân EMS: Gây đột biến thay cặp G – X cặp T – A X – G Sơ đồ: G – X  EMS – G  T (X) – EMS  T – A X – G DẠNG 3: LIÊN QUAN ĐẾN CHIỀU DÀI GEN a Chiều dài không thay đổi: Thay số cặp nuclêôtit b Chiều dài thay đổi: - Mất: Gen đột biến ngắn gen ban đầu - Thêm: Gen đột biến dài gen ban đầu DẠNG 4: LIÊN QUAN ĐẾN PHÂN TỬ PRÔTÊIN a Mất thêm: Phân tử prôtêin bị thay đổi từ vị trí axit amin có nucleotit bị thêm b Thay thế: - Nếu ba đột biến ba ban đầu mã hóa axit amin phân tử prôtêin không thay đổi - Nếu ba đột biến ba ban đầu mã hóa axit amin khác phân tử prôtêin có axit amin thay đổi DẠNG 5: Xác định tần số xuất tổ hợp gen khác nguồn gốc NST a Tổng quát: Để giải toán nguồn gốc NST loài sinh sản hữu tính, cần hiểu chất cặp NST tương đồng: có nguồn gốc từ bố, có nguồn gốc từ mẹ Trong giảm phân tạo giao tử thì: - Mỗi NST cặp tương đồng phân li giao tử nên tạo loại giao tử có nguồn gốc khác (bố mẹ) - Các cặp NST có PLĐL, tổ hợp tự Nếu gọi n số cặp NST tế bào thì: + Số giao tử khác nguồn gốc NST tạo nên = 2n Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 => Số tổ hợp loại giao tử qua thụ tinh = 2n 2n = 4n Vì giao tử mang a NST từ n cặp tương đồng, nhận bên từ bố mẹ NST nhiều n NST nên số giao tử mang a NST bố (hoặc mẹ) = Cna Cna => Xác suất để giao tử mang a NST từ bố (hoặc mẹ) = n - Số tổ hợp gen có a NST từ ông (bà) nội (giao tử mang a NST bố) b NST từ ông (bà) ngoại (giao tử mang b NST mẹ) = Cna Cnb Cna Cnb => Xác suất tổ hợp gen có mang a NST từ ông (bà) nội b NST từ ông (bà) ngoại = 4n DẠNG 8: TỶ LỆ GIAO TỬ VÀ SỐ KIỂU TỔ HỢP NST KHÁC NHAU - Số loại giao tử hình thành: 2(n+x) ; với x (x≤n) số cặp NST có trao đổi đoạn có, n số cặp gen dị hợp - Tỉ lệ loại giao tử: n x - Số loại hợp tử = Số loại giao tử ♀ x Số loại giao tử ♂ - Số kiểu tổ hợp NST khác nhau: 3n DẠNG 9: ĐỘT BIẾN CẤU TRÚC NHIỄM SẮC THỂ Đột biến cấu trúc NST: Có dạng Mất đoạn: A B C D E ● F G H Đột biến ADE●FGH Lặp đoạn: A B C D E ● F G H Đột biến ABCBCDE●FGH Đảo đoạn: A B C D E ● F G H Đột biến ADCBE●FGH Chuyển đoạn: a Chuyển đoạn NST: ABCDE●FGH Đột biến A B E ● F C D G H b Chuyển đoạn NST khác nhau: - Chuyển đoạn tương hỗ: ABCDE●FGH MNOCDE●FGH Đột biến MNOPQ●R ABPQ●R - Chuyển đoạn không tương hỗ: ABCDE●FGH CDE●FGH Đột biến MNOPQ●R ABMNOPQ●R VD ngƣời: - Mất đoạn cặp NST số 21 22 gây bệnh bạch cầu ác tính,… DẠNG 10: ĐỘT BIỄN SỐ LƢỢNG NST THỂ LỆCH BỘI a Các dạng: (n: Số cặp NST) - Thể khuyết (không): 2n – 2; - Thể 1: 2n – 1; - Thể 3: 2n + 1; - Thể 4: 2n + 2; DẠNG ĐỘT BIẾN Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 SỐ TRƢỜNG HỢP TƢƠNG ỨNG VỚI CÁC CẶP NST Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 - Xét nghiệm trước sinh: Là xét nghiệm phân tích NST, ADN xem thai nhi có bị bệnh di truyền hay không, gồm phương pháp: Chọc dò dịch ối, Sinh thiết tua thai 3.3 Liệu pháp gen - kỹ thuật tƣơng lai: - Khái niệm: việc chữa trị bệnh di truyền cách phục hồi chức gen bị đột biến - Biện pháp: đưa bổ sung gen lành vào thể người bệnh thay gen bệnh gen lành - Mục đích: hồi phục chức bình thường tế bào hay mô, khắc phục sai hỏng di truyền, thêm chức cho tế bào Vấn đề di truyền khả trí tuệ: - Hệ số thông minh (IQ): xác định trắc nghiệm với tập tích hợp có độ khó tăng dần - Chỉ số thông minh tính tuổi khôn chia cho tuổi sinh học nhân 100 - Khả trí tuệ di truyền: Tập tính di truyền có ảnh hưởng định tới khả trí tuệ Di truyền học với bệnh AIDS: Để làm chậm tiến triển bệnh người ta sử dụng biện pháp di truyền nhằm hạn chế phát triển virut HIV PHẦN VI TIẾN HÓA Giải phẫu so sánh GIÁN TIẾP A Lý thuyết: Bằng chứng tiến hóa: Bằng chứng Nội dung tiến hóa Cơ quan tương đồng: Là quan nằm vị trí tương ứng thể, có nguồn gốc trình phát triển phôi nên có kiểu cấu tạo giống Cơ quan thoái hoá: Là quan phát triển không đầy đủ thể trưởng thành Do điều kiện sống loài thay đổi, quan dần chức ban đầu, tiêu giảm dần để lại vài vết tích xưa chúng Cơ quan tương tự: quan khác nguồn gốc đảm nhiệm chức phận giống nên có kiểu hình thái tương tự Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Ví dụ Vai trò - Chi trước loài động vật có xương sống Phản ánh tiến hóa phân li tính trạng - Xương cụt, ruột thừa, khôn, nếp thịt khóe mắt,… hay tượng lại tổ người Cánh côn trùng (phát triển từ mặt lưng) Phản ánh tiến hóa đồng cánh dơi (phát quy tíh trạng triển từ chi trước) Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung Tế bào học Sinh học phân tử - Bằng chứng tế bào học: + Mọi sinh vật cấu tạo từ tế bào, tế bào sinh từ tế bào sống trước + Tế bào đơn vị tổ chức thể sống - Bằng chứng sinh học phân tử : + Mã di truyền loài có đặc điểm giống nhau, tính phổ biến thông tin di truyền tất loài mã hóa theo nguyên tắc chung + Phân tích trình tự axit amin loại prôtêin hay trình tự nuclêôtit gen Hóa thạch TRỰC TIẾP TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 - Từng phần cở thể: Một vết chân, xương, … - Cơ thể nguyên vẹn: Hóa thạch: di tích sinh vật để lại Xác voi Mamut (hàng lớp đất đá vỏ trái đất trăm ngàn năm tuổi) tảng băng, xác sâu bọ giữ nguyên hình dạng, màu sắc nhựa hổ phách,… - Tế bào nhân sơ tế bào nhân thực có thành phần bản: Màng sinh chất, tế bào chất nhân (hoặc vùng nhân),… - Người giống tinh tinh 97,6% ADN, giống vượn Gibbon 94,7% ADN - Sự tương đồng nhiều đặc điểm cấp phân tử tế bào  Phản ánh nguồn gốc chung sinh giới - Sự sai khác trình tự axit amin prôtêin hay trình tự nuclêôtit gen cho thấy quan hệ họ hàng loài gần gũi - Hoá thạch chứng trực tiếp để biết lịch sử phát sinh, phát triển sống - Là dẫn liệu quý để nghiên cứu lịch sử vỏ trái đất Nguyên nhân chế tiến hóa: 2.1 Tóm tắt học thuyết tiến hoá: Vấn đề Các nhân tố tiến hóa Thuyết Đacuyn Biến dị, di truyền, CLTN Thuyết đại Quá trình đột biến; Di - nhập gen; Giao phối không ngẫu nhiên; CLTN; Các yếu tố ngẫu nhiên Cơ chế tiến hóa - Tiến hóa nhỏ: Các nhân tố tiến hóa gây nên biến đổi cấu trúc di truyền quần thể, áp lực CLTN Sự tích lũy biến dị có lợi, đào thải tác động chế cách li tạo nên khác biệt biến dị có hại tác động chọn lọc tự vốn gen so với quần thể gốc đưa đến hình thành loài nhiên - Tiến hóa lớn: trình hình thành đơn vị phân loại loài Hình thành đặc điểm thích nghi - Chịu chi phối nhân tố chủ yếu: trình đột biến, trình giao phối CLTN Đào thải biến dị bất lợi, tích luỹ - Quá trình đột biến trình giao phối làm phát biến dị có lợi tác dụng CLTN sinh biến dị tổ hợp quy định đặc điểm thích Đào thải mặt chủ yếu nghi, cá thể có kiểu hình thích nghi CLTN giữ lại, cho sinh sản  quần thể thích nghi Hình thành loài Loài hình thành qua nhiều - Hình thành loài trình cải biến thành phần dạng trung gian tác dụng CLTN theo kiểu gen quần thể theo hướng thích nghi, tạo đường phân ly tính trạng từ nguồn kiểu gen cách li sinh sản với quần thể gốc gốc chung Chiều - Ngày đa dạng Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 - Ngày đa dạng; Tổ chức ngày cao; Thích Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 hƣớng tiến hóa - Tổ chức ngày cao - Thích nghi ngày hợp lý nghi ngày hợp lý - Sự phát triển loài hay nhóm loài theo nhiều hướng khác nhau: tiến sinh học, thoái sinh học, kiên định sinh học 2.2 Đánh giá học thuyết: 2.2.1 Học thuyết Đacuyn: - Cống hiến: + Người đưa khái niệm biến dị để sai khác cá thể loài + Sáng tạo thuyết CLTN, CLNT để giải thích chế tiến hóa giải thích thống đa dạng sinh giới trình hình thành giống vật nuôi, trồng: Vấn đề phân Chọn lọc nhân tạo Chọn lọc tự nhiên biệt Nguyên liệu Tính biến dị di truyền sinh vật Tính biến dị di truyền sinh vật chọn lọc Nội dung chọn lọc Động lực chọn lọc Kết chọn lọc Vai trò CL Đào thải biến dị bất lợi, tích luỹ biến dị có lợi phù hợp với mục tiêu người Đào thải biến dị bất lợi, tích luỹ biến dị có lợi cho sinh vật Nhu cầu kinh tế thị hiếu người Đấu tranh sinh tồn sinh vật Vật nuôi, trồng phát triển theo hướng có lợi cho người Sự tồn cá thể thích nghi với hoàn cảnh sống - Nhân tố quy định chiều hướng tốc độ biến đổi giống vật nuôi, trồng - Giải thích giống vật nuôi, trồng thích nghi cao độ với nhu cầu xác định người Nhân tố quy định chiều hướng, tốc độ biến đổi sinh vật, quy mô rộng lớn lịch sử lâu dài, tạo phân li tính trạng, dẫn tới hình thành niều loài qua nhiều dạng trung gian từ loài ban đầu - Tồn tại: + Chưa nêu nguyên nhân phát sinh biến dị chế di truyền biến dị + Chưa nêu vai trò chế cách li trình hình thành loài 2.2.2 Học thuyết tổng hợp đại: - Đƣa đƣợc quan niệm tiến hóa: Vấn đề phân biệt Nội dung Quy mô, thời gian Phương pháp nghiên cứu Tiến hóa nhỏ Tiến hóa lớn Là trình biến đổi thành phần kiểu gen Là trình hình thành đơn vị quần thể gốc đưa đến hình thành loài loài như: chi, họ, bộ, lớp, ngành Phạm vi phân bố tương đối hẹp, thời gian lịch Quy mô lớn, thời gian địa chất dài sử tương đối ngắn Thường nghiên cứu gián tiếp qua Có thể nghiên cứu thực nghiệm chứng tiến hoá - Phát đƣợc nhân tố tiến hóa vai trò chúng tiến hóa sinh giới: Các nhân tố tiến hóa Vai trò tiến hoá Tạo nên nhiều alen nguồn phát sinh biến dị di truyền đột biến cung Đột biến cấp nguồn biến dị sơ cấp cho trình tiến hóa (đột biến gen nguồn nguyên liệu sơ cấp chủ yếu) Di - nhập gen Cung cấp alen cho quần thể Làm thay đổi tần số tương đối alen, gây ảnh hưởng lớn tới vốn gen quần thể Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 CLTN Định hướng tiến hoá, quy định chiều hướng nhịp điệu biến đổi tần số tương đối alen (tùy thuộc vào chọn lọc chống alen trội hay alen lặn) quần thể Các yếu tố ngẫu nhiên Làm thay đổi đột ngột tần số tương đối alen (loại bỏ alen, kiểu gen quần thể), gây ảnh hưởng lớn tới vốn gen quần thể Giao phối không ngẫu nhiên Làm thay đổi thành phần kiểu gen quần thể theo hướng giảm dần tỉ lệ thể dị hợp tăng dần thể đồng hợp Tần số alen không thay đổi - Hoàn thiện phát triển quan niệm Đacuyn CLTN: Vấn đề phân Quan niệm Đacuyn biệt Nguyên liệu - Chủ yếu biến dị cá thể qua trình sinh sản CLTN Đơn vị tác động CLTN Thực chất tác dụng CLTN Kết CLTN Vai trò CLTN Cá thể Phân hóa khả sống sót sinh sản cá thể loài Sự sống sót cá thể thích nghi Là nhân tố tiến hóa nhất, xác định chiều hướng nhịp điệu tích luỹ biến dị Quan niệm đại Đột biến biến dị tổ hợp (thường biến có ý nghĩa gián tiếp) - Cá thể - Ở loài giao phối, quần thể đơn vị Phân hóa khả sống sót sinh sản cá thể quần thể Sự phát triển sinh sản ưu kiểu gen thích nghi Nhân tố định hướng tiến hóa, quy định chiều hướng nhịp điệu thay đổi tần số tương đối alen, tạo tổ hợp alen đảm bảo thích nghi với môi trường - Hoàn chỉnh quan niệm trình hình thành đặc điểm thích nghi cho rằng: + Chịu chi phối nhân tố chủ yếu: trình đột biến, trình giao phối CLTN + Nếu cá thể có đặc điểm thích nghi khả sinh sản ý nghĩa mặt tiến hóa, trình hình thành đặc điểm thích nghi trình làm tăng số lượng cá thể có kiểu gen quy định kiểu hình thích nghi  quần thể thích nghi + Mỗi đặc điểm thích nghi sinh vật mang tính hợp lí tƣơng đối: Mỗi đặc điểm thích nghi sản phẩm CLTN hoàn cảnh định nên có ý nghĩa hoàn cảnh Khi hoàn cảnh sống thay đổi, đặc điểm vốn có lợi trở thành bất lợi bị thay đặc điểm khác thích nghi Ngay hoàn cảnh sống ổn định đột biến biến dị tổ hợp không ngừng xảy  Chọn lọc tự nhiên tác động không ngừng  đặc điểm thích nghi thay đổi liên tục hoàn thiện, sinh vật xuất sau mang nhiều đặc điểm hợp lý sinh vật xuất trước - Hoàn chỉnh quan niệm loài chế hình thành loài mới: + Khái niệm loài sinh học: Loài một nhóm quần thể có tính trạng chung hình thái, sinh lí (1), có khu phân bố xác định (2), cá thể có khả giao phối với sinh đời có sức sống, có khả sinh sản cách li sinh sản với nhóm quần thể thuộc loài khác (3) Ở loài sinh vật sinh sản vô tính, đơn tính sinh, tự phối “loài” mang đặc điểm (1) (2) + Nêu đƣợc vai trò dạng cách li đặc biệt cách li sinh sản cách li địa lí trình hình thành loài mới: Vai trò cách li địa lí trình hình thành loài mới: Là trở ngại mặt địa lí, ngăn cản cá thể quần thể gặp gỡ giao phối với nhau, góp phần gián tiếp trì khác biệt tần số alen thành phần kiểu gen quần thể nhân tố tiến hóa tạo Vai trò cách sinh sản trình hình thành loài mới: cách li sinh sản trở ngại thể sinh vật ngăn cản cá thể giao phối với ngăn cản tạo lai hữu thụ Cách li sinh sản bao gồm cách li trước hợp tử cách li sau hợp tử Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 Các chế cách li sinh sản Khái niệm Cách li trước hợp Là trở ngại ngăn cản tử sinh vật giao phối với Ví dụ Các loại cách li Cách li nơi (sinh cảnh) Cách li tập tính Cách li thời gian (mùa vụ) Cách li học Voi châu Á, voi châu Phi Chim công Thời gian sinh sản Cấu tạo quan sinh sản Con la, Là trở ngại ngăn cản việc tạo lai ngăn cản việc tạo lai hữu thụ  Loài đƣợc hình thành có cách ly sinh sản quần thể loài gốc Cách li sau hợp tử + Cơ chế hình thành loài: Hình thành loài trình cải biến thành phần kiểu gen quần thể theo hướng thích nghi, tạo hệ gen cách li sinh sản với quần thể gốc Các phương thức hình thành loài mới: Hình thành loài khác khu vực địa lí (hình thành loài cách li địa lí); Hình thành loài khu vực địa lí (hình thành loài cách li sinh thái, hình thành loài cách li tập tính, hình thành loài chế lai xa đa bội hóa Hình thành loài thường gắn liền với trình hình thành quần thể thích nghi hình thành quần thể thích nghi chưa hình thành loài Sự phát sinh phát triển sống trái đất 3.1 Sự phát sinh sống: Trái đất hình thành cách khoảng 4.6 tỉ năm, khoảng tỉ năm đầu khoảng thời gian xảy trình tiến hóa hóa học tiến hóa tiền sinh học - Tiến hoá hoá học: Là trình hình thành hợp chất hữu theo phương thức hoá học tác động tác nhân tự nhiên Từ chất vô  chất hữu đơn giản  chất hữu phức tạp - Tiến hoá tiền sinh học: Hình thành nên mầm mống sống từ đại phân tử màng sinh học  hình thành nên tế bào sơ khai (Hình thành lớp màng bao bọc, trao đổi chất, xuất enzim, hình thành chế tự chép) - Tiến hoá sinh học: Từ tế bào nguyên thuỷ  tế bào nhân sơ  tế bào nhân thực  đa dạng phong phú sinh giới đến 3.2 Sự phát triển sinh gới qua đại địa chất: 3.2.1 Hóa thạch vai trò hóa thạch nghiên cứu lịch sử phát triển sinh giới: 3.2.1.1 Khái niệm: Hoá thạch di tích sinh vật để lại lớp đất đá vỏ trái đất 3.2.1.2 Sự hình thành hóa thạch: - Hoá thạch đá: Khi sinh vật chết, phần mềm sinh vật bị phân huỷ vi khuẩn, phần cứng xương, vỏ đá vôi giữ lại hoá đá; sau phần mềm phân huỷ tạo khoảng trống lớp đất sau chất khoáng (như ôxit silic, ) tới lấp đầy khoảng trống tạo thành sinh vật đá giống sinh vật trước - Hoá thạch khác: Một số sinh vật chết giữ nguyên vẹn lớp băng với nhiệt độ thấp (voi ma mút ), giữ nguyên vẹn hổ phách (kiến, ) - Phƣơng pháp xác định tuổi hóa thạch: phân tích đồng vị phóng xạ có hóa thạch lớp đất đá chứa hóa thạch C14 có chu kỳ bán rã 5730, U238 có chu kỳ bán rã 4.5 tỉ năm 3.2.1.3 Vai trò hoá thạch: - Hoá thạch chứng trực tiếp để biết lịch sử phát sinh, phát triển sống - Là dẫn liệu quý để nghiên cứu lịch sử vỏ trái đất 3.2.2 Lịch sử phát triển sinh giới qua đại đại chất Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 3.2.2.1 Hiện tƣợng trôi dạt lục địa: - Trôi dạt lục địa tượng di chuyển lục địa chuyển động lớp dung nham nóng chảy bên - Sự trôi dạt lục địa làm biến đổi địa chất khí hậu quy mô lớn, từ ảnh hưởng đến phát triển sinh giới, tạo nên thời điểm lịch sử làm tuyệt chủng hàng loạt loài sau bùng nổ hàng loạt loài tạo nên diện mạo cho Trái Đất qua thời kì 3.2.2.2 Sinh vật đại địa chất: Tiến hoá sinh học phát triển lịch sử giới sinh vật từ sinh vật nhân sơ đa dạng, phức tạp sống ngày Quá trình gắn liền với thay đổi điều kiện sống trái đất qua thời kì Căn vào biến đổi lớn địa chất, khí hậu hóa thạch điển hình người ta chia lịch sử sống thành Đại: Đại Thái cổ  Đại Nguyên sinh  Đại Cổ sinh  Đại Trung sinh  Đại Tân sinh Mỗi Đại lại chia thành nhiều kỉ, kỉ mang tên loại đá điển hình cho lớp đất thuộc kỉ tên địa phương lần nghiên cứu lớp đất thuộc kỉ Tuổi Đặc điểm địa chất Đại Kỉ (Triệu năm Sinh vật điển hình khí hậu cách đây) Cổ sinh Xuất loài người 1,8 Đệ tam 65 Krêta (Phấn trắng) 145 Jura 200 Hình thành đại lục Bắc Nam Biển Cây hạt trần ngự trị Bò sát cổ ngự trị Phân tiến vào lục địa Khí hậu ấm áp hoá chim Triat (Tam điệp) 250 Đại lục chiếm ưu Khí hậu khô Pecmi 300 Các đại lục liên kết với Băng Phân hoá bò sát cổ Phân hoá côn trùng hà Khí hậu khô, lạnh Tuyệt diệt nhiều động vật biển Cacbon 360 Đầu kỉ ẩm nóng, sau trở nên Dương xỉ phát triển mạnh Thực vật có hạt lạnh khô xuất Lưỡng cư ngự trị Phát sinh bò sát Đêvôn 416 Khí hậu lục địa khô hanh, ven biển Phân hoá cá xương Phát sinh lưỡng cư, côn ẩm ướt Hình thành sa mạc trùng Silua 444 Hình thành đại lục địa Mực nước Cây có mạch động vật lên cạn biển dâng cao Khí hậu nóng ẩm Ocđôvic 488 Di chuyển đại lục Băng hà Mực Phát sinh thực vật Tảo biển ngự trị Tuyệt nước biển giảm Khí hậu khô diệt nhiều sinh vật Cambri 542 Phân bố đại lục địa đại dương khác xa Phát sinh ngành động vật Phân hoá tảo Khí nhiều CO2 Tân sinh Trung sinh Băng hà Khí hậu lạnh, khô Đệ tứ Phát sinh nhóm linh trưởng Cây có hoa Các đại lục gần giống ngự trị Phân hoá lớp Thú, Chim, Côn Khí hậu đầu kỉ ấm áp, cuối kỉ lạnh trùng Xuất thực vật có hoa Tiến hoá động vật Các đại lục bắc liên kết với có vú Cuối kỉ tuyệt diệt nhiều sinh vật, kể Biển thu hẹp Khí hậu khô bò sát cổ Cây hạt trần ngự trị Phân hoá bò sát cổ Cá xương phát triển Phát sinh chim thú Nguyên sinh 2500 Động vật không xương sống thấp biển Tảo Hoá thạch động vật cổ Hoá thạch sinh vật nhân thực cổ Thái cổ 3500 Hoá thạch nhân sơ cổ Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 Đại Kỉ Tuổi (Triệu năm cách đây) Đặc điểm địa chất khí hậu 4600 Sinh vật điển hình Trái Đất hình thành Nét đặc trƣng Đại địa chất: * Đại Thái cổ: Nét đặc trưng Đại sống phát sinh mức chưa có cấu tạo tế bào đến đơn bào nhân sơ(Vi khuẩn) tập trung nước * Đại Nguyên sinh: Sự sống phát triển từ vi khuẩn  Nhân thực, Tảo  động vật cổ  động vật không xương  làm biến đổi thành phần khí (tích lũy O2 hoạt động quang hợp vi khuẩn lam, Tảo) hình thành sinh Sự sống tập trung nước * Đại Cổ sinh: Là đại chinh phục đất liền thực vật, động vật * Đại Trung sinh: Là đại phồn thịnh Hạt trần Bò sát * Đại Tân sinh: Là đại phồn thịnh thực vật hạt kín, sâu bọ, chim thú Đặc biệt xuất loài người 4.3 Sự phát sinh loài ngƣời: 4.3.1 Bằng chứng nguồn gốc động vật loài ngƣời: * Bằng chứng giải phẫu so sánh: Sự giống đặc điểm giải phẫu người động vật có xương sống đặc biệt với thú * Bằng chứng phôi sinh học: - Sự giống trình phát triển phôi người động vật có xương sống đặc biệt với động vật có vú - Sự giống người vượn người: + Vượn người có kích thước thể gần với người (cao 1,5 – 2m) + Vượn người có xương cấu tạo tương tự người, với 12 – 13 đôi xương sườn, - đốt cùng, gồm 32 + Vượn người có nhóm máu, có hêmôglôbin giống người + Bộ gen người giống tinh tinh 98% + Đặc tính sinh sản giống nhau: Kích thước, hình dạng tinh trùng, cấu tạo thai, chu kì kinh nguyệt, + Vượn người có số tập tính giống người: biết biểu lộ tình cảm vui, buồn, => Những đặc điểm giống chứng tỏ ngƣời vƣợn ngƣời có nguồn gốc chung có quan hệ họ hàng thân thuộc 4.3 Sự phát sinh loài ngƣời trải qua ba giai đoạn: Các đặc điểm trình phát sinh sống loài ngƣời Sự phát Các giai đoạn Đặc điểm sinh Quá trình phức tạp hoá hợp chất cacbon: C  CH  CHO  CHON Tiến hoá hoá Phân tử đơn giản  phân tử phức tạp  đại phân tử  đại phân tử tự tái học (ADN) Sự sống Tiến hoá tiền Hệ đại phân tử  tế bào nguyên thuỷ sinh học Tiến hoá sinh Từ tế bào nguyên thuỷ  tế bào nhân sơ  tế bào nhân thực học Hộp sọ 450 – 750 cm3, đứng thẳng, hai chân sau Người tối cổ Biết sử dụng công cụ (cành cây, đá, mảnh xương thú) để tự vệ - Homo habilis (người khéo léo): Xuất chi Homo, hộp sọ 600 – Loài 800 cm3, sống thành đàn, thẳng đứng, biết chế tác sử dụng công cụ đá Người cổ người - Homo erectus (người thẳng đứng): hộp sọ 900 – 1000 cm3, chưa có lồi cằm, dùng công cụ đá, xương, biết dùng lửa Người - Homo sapiens: Ngƣời đại, có lồi cằm rõ nên có tiếng nói Hộp sọ 1700 cm3, đại dùng lưỡi rìu có lỗ tra cán, lao có ngạnh móc câu, kim khâu Sống thành lạc, có Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 văn hoá phức tạp, có mầm móng mĩ thuật tôn giáo PHẦN VII SINH THÁI HỌC A Lý thuyết: Cơ thể môi trƣờng: 1.1 Môi trƣờng nhân tố sinh thái - Nhân tố sinh thái (NTST): nhân tố môi trường có ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp tới đời sống sinh vật Có hai nhóm NTST bản: + Nhân tố vô sinh (nhân tố không phụ thuộc mật độ cá thể quần thể): nhân tố vật lí, hóa học môi trường (Ánh sáng, t0, độ pH, không 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 môi trường hình thái, giải phẫu, sinh lí tập tính hoạt động Đồng thời sinh vật tác động trở lại môi trƣờng, làm thay đổi tính chất nhân tố sinh thái 1.2 Giới hạn sinh thái ổ sinh thái - Các nhân tố sinh thái tác động lên thể sinh vật theo quy luật: Quy luật giới hạn sinh thái: Mỗi loài 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 loài “không gian sinh thái” mà tất nhân tố sinh thái môi trường nằm giới hạn sinh thái cho phép loài tồn phát triển lâu dài Quần thể sinh vật: 2.1 Khái niệm: Quần thể tập hợp cá thể loài, sống khoảng không 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 loài Là mối quan hệ xảy mật độ cá thể quần thể hỗ trợ lẫn hoạt động sống tăng lên cao, nguồn sống của môi trường không đủ cung cấp cho cá thể quần thể  cá thể Khái niệm lấy thức ăn, chống lại kẻ thù, sinh sản tranh giành thức ăn, nơi ở, ánh sáng nguồn sống khác; đực tranh giành Đảm bảo cho quần thể tồn ổn định, khai Làm cho số lượng phân bố cá thể quần thể thác tối ưu nguồn sống môi trường, làm trì mức phù hợp với nguồn sống không gian Vai trò tăng khả sống sót sinh sản cá sống, đảm bảo tồn phát triển quần thể thể (hiệu nhóm) Hiện tượng sống theo nhóm giúp thực vật Cạnh tranh dành ánh sáng, chất dinh dưỡng thực vật tăng khả chống chịu với bất lợi loài Ví dụ môi trường 2.3 Các đặc trƣng quần thể: 2.3.1 Mật độ cá thể quần thể: - 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 gặp điều kiện môi trường không đồng nhất, cá thể có lối sống bầy đàn, giúp cá thể hỗ trợ qua hiệu nhóm Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 - Phân bố đồng gặp điều kiện môi trường đồng nhất, cá thể cạnh tranh gay gắt với nhau, góp phần làm giảm cạnh tranh gay gắt cá thể - Phân bố ngẫu nhiên gặp điều kiện môi trường đồng nhất, cá thể không cạnh tranh gay gắt với nhau, tận dụng nguồn sống tiềm tàng môi trường 2.3.3 Tỉ lệ giới tính: - 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 ) 2.3.4 Nhóm tuổi: Quần thể có cấu trúc tuổi đặc trưng thành phần nhóm tuổi thay đổi theo loài điều kiện sống - Ở đa số quần thể, cấu trúc tuổi chia làm nhóm: nhóm tuổi trƣớc sinh sản, nhóm tuổi sinh sản, nhóm tuổi sau sinh sản Người ta phân chia cấu trúc tuổi thành: tuổi sinh lí (thời gian sống đạt tới cá thể); tuổi sinh thái (thời gian sống thực tế cá thể); tuổi quần thể (tuổi bình quân cá thể quần thể) 2.3.5 Kích thƣớc quần thể: - Kích thƣớc quần thể: Số lượng cá thể (hoặc sản lượng hay lượng) quần thể Có hai trị số kích thước quần thể: + Kích thƣớc tối thiểu: số lượng cá thể mà quần thể cần để trì phát triển Khi quần thể đạt mức tối thiểu dễ bị diệt vong do: quan hệ hỗ trợ cá thể kém, tỷ lệ sinh giảm, giao phối gần dẫn đến thoái hóa giống + Kích thƣớc tối đa: giới hạn cuối số lượng mà quần thể đạt được, phù hợp với khả cung cấp nguồn sống môi trường - Kích thƣớc quần thể phụ thuộc điều kiện môi trường sống chi phối sức sinh sản, mức độ tử vong, phát tán cá thể (xuất cư, nhập cư) quần thể sinh vật - Tăng trƣởng quần thể sinh vật: + Tăng trƣởng kích thƣớc quần thể điều kiện môi trƣờng không bị giới hạn (điều kiện môi trường hoàn toàn thuận lợi): Quần thể có tiềm sinh học cao tăng trưởng theo tiềm sinh học (đường cong tăng trưởng hình chữ J) Gặp sinh vật có kích thước nhỏ, vòng dời ngắn, sinh sản nhiều + Tăng trƣởng kích thƣớc quần thể điều kiện môi trƣờng bị giới hạn (điều kiện môi trường hoàn toàn thuận lợi): Quần thể tăng trưởng theo đường cong tăng trưởng hình chữ S - Tăng trƣởng quần thể ngƣời: + 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 lƣợng điều chỉnh số lƣợng cá thể quần thể: 2.4.1 Khái niệm dạng: - Biến động số lƣợng cá thể quần thể tăng hay giảm số lượng cá thể quần thể - Số lượng cá thể quần thể bị biến động theo chu kì không theo chu kì + Biến động số lƣợng 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 môi trường Ví dụ: dòng 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 lƣợng cá thể quần thể không 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 2.4.2 Sự điều chỉnh số lƣợng cá thể quần thể: - Quần thể có xu hướng tự điều chỉnh số lượng cá cách làm giảm kích thích làm tăng số lượng cá thể thông qua việc điều chỉnh sức sinh sản, tỉ lệ tử vong, xuất cư, nhập cư để cân với khả cung cấp môi trường: Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Sinh Nhập cƣ thể Kích thƣớc Quần thể Xuất cƣ Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung Tử TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 + Khi điều kiện môi trƣờng thuận lợi (hoặc số lượng cá thể quần thể thấp)  mức tử vong giảm, sức sinh sản tăng, nhập cư tăng  tăng số lượng cá thể quần thể + Khi điều kiện môi trƣờng khó khăn (hoặc số lượng quần thể cao)  mức tử vong tăng, sức sinh sản giảm, xuất cư tăng  giảm số lượng cá thể quần thể - Trạng thái cân quần thể: trạng thái số lượng cá thể quần thể ổn định phù hợp với khả cung cấp nguồn sống môi trường Quần xã sinh vật: 3.1 Khái niệm: Quần xã tập hợp quần thể sinh vật thuộc nhiều loài khác nhau, sống không gian thời gian định, sinh vật có mối quan hệ gắn bó với thể thống quần xã có cấu trúc tương đối ổn định 3.2 Quan hệ loài: Trong quần xã có mối quan hệ hỗ trợ (cộng sinh, hội sinh, hợp tác) quan hệ đối kháng (cạnh tranh, kí sinh, ức chế - cảm nhiễm, sinh vật ăn sinh vật) Quan hệ Đặc điểm Ví dụ Hai loài có lợi sống chung thiết phải có nhau; Vi khuẩn lam + nấm => Địa y Cộng sinh tách riêng hai loài có hại Hai loài có lợi sống chung không thiết phải có Trâu rừng + chim sáo Hợp tác nhau; tách riêng hai loài hại Khi sống chung loài có lợi, loài lợi không Cây phong lan – thân gỗ lớn Hội sinh có hại - Các loài cạnh tranh nguồn sống, không gian sống - Cả hai loài bị ảnh hưởng bất lợi, thường loài thắng Lúa - cỏ dại Cạnh tranh loài khác bị hại nhiều Kí sinh – vật Một loài sống nhờ thể loài khác, lấy chất dinh Ve bét – chó dưỡng vật chủ nuôi sống thể chủ Ức chế – cảm Một loài sống bình thường, gây hại cho loài khác Tảo giáp – cá,… nhiễm - Hai loài sống chung với Sinh vật ăn - Một loài sử dụng loài khác làm thức ăn Bao gồm: Động vật ăn Trâu – cỏ sinh vật khác động vật, động vật ăn thực vật Hiện tƣợng Khống chế sinh học tượng số lượng cá thể loài bị khống chế mức định khống chế quan hệ hỗ trợ đối kháng cá loài quần xã Hiện tượng khống chế sinh học đưa đến trạng thái cân sinh học quần xã sinh học 3.3 Các đặc trƣng quần xã: 3.3.1 Đặc trƣng thành phần loài - Số lƣợng loài, số lƣợng cá thể loài biểu thị mức độ đa dạng quần xã Quần xã ổn định thường có số lượng loài lớn số lượng cá thể loài cao, lưới thức ăn phức tạp - Loài đặc trƣng loài có quần xã đó, có số lượng nhiều hẳn vai trò quan trọng loài khác Ví dụ: cá cóc loài đặc trưng rừng nhiệt đới Tam Đảo, tràm loài đặc trưng rừng U Minh, cọ vùng đồi Vĩnh Phú, … - Loài ƣu (loài chủ chốt) loài đóng vai trò quan trọng quần xã số lượng cá thể nhiều, sinh khối lớn hoạt động mạnh Ví dụ: ruộng lúa lúa loài ưu 3.3.2 Đặc trƣng phân bố không gian (theo chiều ngang, theo chiều thẳng đứng) - Phân bố theo chiều thẳng đứng: Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 Ví dụ: Sự phân tầng thực vật rừng mưa nhiệt đới (5 tầng): vượt tán, tạo tán, tán, bụi, cỏ hay phân tầng loài sinh vật ao, - Phân bố theo chiều ngang: Ví dụ: Phân bố sinh vật từ đỉnh núi  Sườn núi  chân núi, hay phân bố sinh vật biển từ đất ven bờ biển  vùng ngập nước ven bờ  vùng khơi xa Sự phân bố cá thể không gian  giảm mức độ cạnh tranh loài nâng cao hiệu sử dụng nguồn sống môi trƣờng Diễn sinh thái: 4.1 Khái niệm diễn sinh thái: Là trình biến đổi quần xã qua giai đoạn tương ứng với biến đổi môi trường 4.2 Nguyên nhân: - Nguyên nhân bên thay đổi điều kiện tự nhiên, khí hậu, - Nguyên nhân bên tương tác loài quần xã (như cạnh tranh gay gắt loài quần xã, quan hệ sinh vật ăn sinh vật ) Ngoài hoạt động khai thác tài nguyên ngƣời gây diễn sinh thái 4.3 Các loại diễn thế: - Diễn nguyên sinh diễn khởi đầu từ môi trường chưa có sinh vật kết hình thành nên quần xã tương đối ổn định.Quá trình diễn diễn theo giai đoạn sau: + Giai đoạn tiên phong: hình thành quần xã tiên phong + Giai đoạn giữa: giai đoạn hỗn hợp, gồm quần xã thay đổi tương ứng với thay đổi môi trường sống + Giai đoạn cuối: hình thành quần xã ổn định - Diễn thứ sinh diễn xuất môi trường có quần xã sinh vật sống Tuỳ theo điều kiện thuận lợi hay không thuận lợi mà diễn hình thành nên quần xã tương đối ổn định bị suy thoái Quá trình diễn diễn theo sơ đồ sau: + Giai đoạn đầu: Giai đoạn quần xã ổn định + Giai đoạn giữa: Giai đoạn gồm quần xã thay đổi tương ứng với thay đổi môi trường sống + Giai đoạn cuối: Hình thành quần xã ổn định khác quần xã bị suy thoái 4.4 Ý nghĩa nghiên cứu diễn sinh thái: Giúp hiểu quy luật phát triển quần xã sinh vật Từ chủ động xây dựng kế hoạch việc bảo vệ, khai thác phục hồi nguồn tài nguyên, có biện pháp khắc phục biến đổi bất lợi môi trường, sinh vật người Hệ sinh thái, sinh quyển: 5.1 Hệ Sinh thái 5.1.1 Khái niệm: - Hệ sinh thái bao gồm quần xã sinh vật sinh cảnh quần xã, sinh vật tác động qua lại với với thành phần sinh cảnh tạo nên chu trình sinh địa hoá Nhờ đó, hệ sinh thái hệ thống sinh học hoàn chỉnh tƣơng đối ổn định - Có kiểu hệ sinh thái chủ yếu: Hệ sinh thái tự nhiên (trên cạn, nước nhân tạo (trên cạn, nướ 5.1.2 Cấu trúc hệ sinh thái: - Thành phần vô sinh (Sinh cảnh): + Các chất vô cơ: + Các chất hữu + Các yếu tố khí hậu: ánh sáng, độ ẩm,… - Thành phần hữu sinh: quần xã sinh vật tùy theo hình thức dinh dưỡng chia thành nhóm: + Sinh vật sản xuất: Thực vật vi sinh vật tự dưỡng + Sinh vật tiêu thụ: Động vật ăn thực vật, động vật ăn động vật Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 + Sinh vật phân giải: Vi khuẩn, nấm, số động vật không xương sống (giun, sâu bọ,…) 5.1.3 Trao đổi chất hệ sinh thái: 5.1.3.1 Trao đổi chất quần xã sinh vật: * Chuỗi thức ăn: Chuỗi thức ăn dãy loài sinh vật có mối quan hệ với mặt dinh dưỡng, loài ăn loài khác phía trước thức ăn loài phía sau - Có loại chuỗi thức ăn: + Chuỗi thức ăn bắt đầu sinh vật tự dƣỡng: Ví dụ : Cỏ Châu chấu Ếch Rắn + Chuỗi thức ăn bắt đầu sinh vật ăn mùn bã hữu Ví dụ : Giun (ăn mùn)  tôm  người * Lƣới thức ăn: Lưới thức ăn tập hợp chuỗi thức ăn hệ sinh thái, có mắt xích chung - Quần xã sinh vật đa dạng thành phần loài lưới thức ăn quần xã phức tạp * Bậc dinh dƣỡng: Bậc dinh dưỡng loài mức lượng sử dụng thức ăn mức lượng lưới thức ăn (hoặc chuỗi thức ăn) - Tập hợp loài sinh vật có mức dinh dưỡng hợp thành bậc dinh dưỡng - Trong quần xã có nhiều bậc dinh dưỡng: + Bậc dinh dƣỡng cấp 1: Sinh vật sản xuất + Bậc dinh dƣỡng cấp 2: Sinh vật tiêu thụ bậc + Bậc dinh dƣỡng cấp 3: Sinh vật tiêu thụ bậc 2, * Tháp sinh thái: Bao gồm nhiều hình chữ nhật xếp chồng lên nhau, hình chữ nhật có chiều cao nhau, chiều dài biểu thị độ lớn bậc dinh dưỡng Tháp sinh thái cho biết mức độ dinh dưỡng bậc v toàn quần xã - Có loại hình tháp sinh thái: + Hình tháp số lƣợng (hình a) xây dựng dựa số lượng cá thể sinh vật bậc dinh dưỡng + Tháp sinh khối (hình b) xây dựng dựa khối lượng tổng số tất sinh vật đơn vị diện tích hay thể tích bậc dinh dưỡng + Tháp lƣợng (hình c) xây dựng dựa số lượng tích luỹ đơn vị diện tích hay thể tích đơn vị thời gian bậc dinh dưỡng Luôn có dạng đáy rộng đỉnh nhỏ 5.1.3.2 Trao đổi chất quần xã với môi trƣờng ngƣợc lại 1.3.2.1 Trao đổi chất qua chu trình sinh địa hóa: * Chu trình sinh địa hoá: - Là chu trình trao đổi chất tự nhiên - Một chu trình sinh địa hoá gồm có thành phần: Tổng hợp chất, tuần hoàn chất tự n hiên, phân giải lắng đọng phần vật chất (trong đất, nước ) 5.1.3.2.2 Dòng lƣợng hệ sinh thái * Dòng lƣợng hệ sinh thái : - Năng lượng hệ sinh thái bắt nguồn từ lượng ánh sáng mặt trời Năng lượng ánh sáng mặt trời vào quần xã mắt xích sinh vật sản xuất  sinh vật tiêu thụ cấp  sinh vật phân giải  trả lại môi trường - Trong chu trình dinh dưỡng, lượng truyền từ bậc dinh dưỡng thấp lên bậc dinh dưỡng cao Càng lên bậc dinh dưỡng cao lượng giảm Năng lượng truyền hệ sinh thái không theo chu trình - Trong hệ sinh thái lượng truyền chiều từ sinh vật sản xuất qua bậc dinh dưỡng trả lại môi trường dạng nhiệt năng, vật chất trao đổi qua chu trình dinh dưỡng * Hiệu suất sinh thái : - Hiệu suất sinh thái tỉ lệ % chuyển hoá lượng qua bậc dinh dưỡng hệ sinh thái - Hiệu suất sinh thái bậc dinh dưỡng sau tích luỹ thường 10% so với bậc trước liền kề Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 - Qua bậc dinh dưỡng lượng thất thoát khoảng 90% (70% hô hấp, tạo nhiệt; 10% chất tiết; 10% phận rơi rụng) 5.2 Sinh bảo vệ môi trƣờng 5.2.1 Khái niệm - Sinh gồm toàn sinh vật môi trường vô sinh trái đất hoạt động hệ sinh thái lớn Sinh gồm nhiều khu sinh học - Khu sinh học (biôm) hệ sinh thái cực lớn đặc trưng cho đặc điểm địa lí, khí hậu sinh vật vùng + Các khu sinh học cạn bao gồm: đồng rêu hàn đới, rừng kim phương Bắc, rừng rụng ôn đới, rừng mưa nhiệt đới,… + Các khu sinh học nước bao gồm khu sinh học nước ngọt, khu sinh học nước mặn 5.2.2 Các dạng tài nguyên : - Tài nguyên không tái sinh (nhiên liệu hoá thạch, kim loại, phi kim) - Tài nguyên tái sinh (không khí, đất, nước sạch, sinh vật) - Tài nguyên lƣợng vĩnh cửu (năng lượng mặt trời, lương sóng, lượng gió, lượng thuỷ triều) - Tài nguyên thiên nhiên đa dạng, nhiên người khai thác bừa bãi  giảm đa dạng sinh học suy thoái nguồn tài nguyên, đặc biệt tài nguyên có khả phục hồi, gây ô nhiễm môi trường sống - Khắc phục suy thoái môi trường sử dụng bền vững tài nguyên thiên nhiên Sử dụng bền vững tài nguyên thiên nhiên hình thức sử dụng vừa thoả mãn nhu cầu người để phát triển xã hội, vừa đảm bảo trì lâu dài tài nguyên cho hệ mai sau - Các giải pháp: + Sử dụng bền vững tài nguyên đất, tài nguyên nước, tài nguyên rừng, tài nguyên biển, + Duy trì đa dạng sinh học + Giáo dục môi trường TÓM LƢỢC KIẾN THỨC CƠ BẢN PHẦN SINH THÁI HỌC Quan hệ loài khác loài: Quan hệ Cùng loài (Quần thể) Khác loài (quần xã) Quần tụ, bầy đàn hay họp thành xã Hội sinh, cộng sinh, hợp tác Hỗ trợ hội Cạnh tranh, ký sinh, ức chế cảm nhiễm, sinh vật Đối kháng Cạnh tranh, ăn thịt ăn thịt sinh vật khác Đặc điểm cấp độ tổ chức sống: Cấp độ tổ chức Khái niệm sống Bao gồm cá thể loài, sống khu vực Quần định, thời điển thể định, giao phối tự với tạo hệ Bao gồm quần thể thuộc loài khác nhau, sống khoảng không gian xác Quần xã định, có mối quan hệ sinh thái mật thiết với để tồn phát triển ổn định theo thời gian Hệ sinh Bao gồm quần xã khu vực thái sống (sinh cảnh) nó, Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Đặc điểm Có đặc trưng mật độ, tỉ lệ giới tính, thành phần nhóm tuổi, 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 không theo chu kì, thường điều chỉnh mức cân Có tính chất số lượng thành phần loài; Luôn 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 thông qua chuỗi lưới thức ăn Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 Sinh sinh vật có tương tác lẫn với môi trường tạo nên chu trình sinh địa hoá biến đổi lượng Là hệ sinh thái khổng lồ hành tinh Dòng 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 B Công thức: TỔNG NHIỆT HỮU HIỆU (S): Mỗi loài sinh vật có yêu cầu định lượng nhiệt (tổng nhiệt) để hoàn thành giai đoạn phát triển hay chu kì phát triển gọi tổng nhiệt hữu hiệu (độ/ngày) tương ứng Tổng nhiệt hữu hiệu số nhiệt cần cho chu kỳ (hay giai đoạn) phát triển động vật biến nhiệt Tổng nhiệt hữu hiệu tính công thức: S  (T  C ).D T: nhiệt độ trung bình môi trường D: thời gian phát triển động vật C: nhiệt độ ngưỡng phát triển động vật S C không đổi loài nên nhiệt độ môi trường tăng thời gian vòng đời ngắn lại KÍCH THƢỚC QUẦN THỂ: Kích thước quần thể không gian thời gian diễn tả theo công thức tổng quát sau: Nt = N0(1 + B + I - D – E)t Trong đó: Nt: Số lượng cá thể quần thể thời điểm t N0 : Số lượng cá thể quần thể ban đầu, t = B: Tỷ lệ sinh sản quần thể khoảng thời gian từ t0 đến t D: Tỷ lệ tử vong khoảng thời gian từ t0 đến t I: Tỷ lệ nhập cư vào quần thể khoảng thời gian từ t0 đến t E: Tỷ lệ di cư khỏi quần thể khoảng thời gian từ t0 đến t - Trong công thức trên, thân số hạng mang thuộc tính riêng, đặc trưng cho loài biến đổi cách thích nghi với biến động yếu tố môi trường - Ở số quần thể sinh vật cố định thực vật bậc cao, trình khảo sát kích thước quần thể người ta thường bỏ qua hai thông số nhập cư di cư MẬT ĐỘ: - Đối với quần thể vi sinh vật: đếm số lượng khuẩn lạc thể tích môi trường nuôi cấy xác định - Thực vật (phytoplankton), động vật (zooplankton): đếm số lượng cá thể thể tích nước xác định - Thực vật, động vật đáy (ít di chuyển): xác định số lượng ô tiêu chuẩn - Cá vực nước: đánh dấu cá thể, bắt lại, từ tìm kích thước quần thể, suy mật độ Công thức (Seber 1982): N  ( M  1).(C  1) -1 R 1 Trong đó:  N: Số lượng cá thể quần thể thời điểm đánh dấu  M: Số cá thể đánh dấu lần thu mẫu thứ  C: Số cá thể đánh dấu lần thu mẫu thứ hai  R: Số cá thể đánh dấu xuất lần thu mẫu thứ hai Động vật lớn: Quan sát trực tiếp gián tiếp: đếm tổ (chim), dấu chân (trên đường di kiếm ăn), số bị mắc bẫy CHUỖI, LƢỚI THỨC ĂN VÀ BẬC DINH DƢỠNG: Chuỗi thức ăn tổng quát có dạng: SVSX → SVTT bậc → SVTT bậc → SVTT bậc → → SV phân huỷ - Trong hệ sinh thái có hai loại chuỗi thức ăn: + SV tự dưỡng  ĐV ăn SV tự dưỡng  ĐV ăn thịt cấp + Mùn bã SV  ĐV ăn mùn bã SV  ĐV ăn thịt cấp Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI SINH HỌC LỚP 12 - Lƣới thức ăn: Tổng hợp chuỗi thức ăn có quan hệ với hệ sinh thái Mỗi loài quần xã không liên hệ với chuỗi thức ăn mà liên hệ với nhiều chuỗi thức ăn - Bậc dinh dƣỡng: Bao gồm mắt xích thức ăn nhóm xếp theo thành phần chuỗi thức ăn bao gồm SVSX, SVTT bậc 1, SVTT bậc 2, HÌNH THÁP SINH THÁI VÀ NĂNG SUẤT SINH HỌC: 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 khô/m²/ngày + Hiệu suất sinh thái: Tỷ lệ % chuyển hóa lượng bậc dinh dưỡng Eff ( H )  Với: Ci 1.100% Ci Eff: Hiệu suất sinh thái, Ci bậc dinh dưỡng thứ i, Ci+1 bậc dinh dưỡng thứ i+1) Tài liệu ôn thi học sinh giỏi Sinh học Lớp 12 Giáo viên: Nguyễn Tuyết Nhung [...]... iu hũa hot ng gen Cõu 1 a Ôpêrôn là gì? Nêu vai trò của các yếu tố trong một ôpêrôn ở vi khuẩn? b Hãy giải thích sự hoạt động của một ôpêrôn lac? c So sánh quá trình nhân đôi của ADN ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn? Ti liu ụn thi hc sinh gii Sinh hc Lp 12 Giỏo viờn: Nguyn Tuyt Nhung TI LIU ễN THI HC SINH GII SINH HC LP 12 Cõu 2 a E.coli l mt loi vi khun cú th sinh trng tt trong mụi trng ch... liu ụn thi hc sinh gii Sinh hc Lp 12 Giỏo viờn: Nguyn Tuyt Nhung TI LIU ễN THI HC SINH GII SINH HC LP 12 Vớ d: Cho lai hai th c chua: qu -thõn cao vi qu -thõn thp thu c 37.5% qu -thõn cao: 37.5% qu -thõn thp: 12. 5% qu vng-thõn cao: 12. 5% qu vng-thõn thp Bit rng mi tớnh trng do 1 gen quy nh Gii: + Xột riờng tng tớnh trng th h con: (37,5% + 37,5%) : (12, 5% + 12, 5%) vng = 3 : 1 vng (37,5% + 12, 5%)... lng, cu trỳc NST Cõu 2 lỳa, 2n = 24 Hóy tớnh s lng nhim sc th trong cỏc th ba, th ba kộp Cú th to ra bao nhiờu th ba kộp khỏc nhau lỳa? Ti liu ụn thi hc sinh gii Sinh hc Lp 12 Giỏo viờn: Nguyn Tuyt Nhung TI LIU ễN THI HC SINH GII SINH HC LP 12 Cõu 3 Mt t bo sinh dng ca lỳa 2n = 24 NST Nguyờn phõn liờn tip 6 ln Nhng khi kt thỳc ln phõn bo 3; trong s t bo con, do tỏc nhõn t bin cú 1 t bo b ri lon phõn... bao nhiờu? e Trỡnh by 2 quy trỡnh khỏc nhau to ra th song nh bi thc vt Cõu 26 a Trỡnh by c ch phỏt sinh th tam bi, th t bi b Trỡnh by 2 quy trỡnh khỏc nhau cựng to ra th song nh bi thc vt Cõu 27 Ti liu ụn thi hc sinh gii Sinh hc Lp 12 Giỏo viờn: Nguyn Tuyt Nhung TI LIU ễN THI HC SINH GII SINH HC LP 12 a mt loi thc vt, alen A quy nh thõn cao tri hon ton so vi alen a quy nh thõn thp; alen B quy nh... a xỏc nh mu qu vng Ngi ta tin hnh lai c chua t bi cú kiu gen AAaa vi th c chua t bi Aaaa Mu sc qu 2 Ti liu ụn thi hc sinh gii Sinh hc Lp 12 Giỏo viờn: Nguyn Tuyt Nhung TI LIU ễN THI HC SINH GII SINH HC LP 12 th c chua núi trờn nh th no? Cú th to ra hai th c chua ú bng cỏch no? Nờu c ch phỏt sinh ca hai th c chua núi trờn b Ngi ta ó s dng tỏc nhõn húa hc gõy t bin gen A thnh gen a Khi cp gen Aa nhõn... trn vo nhau - Khi hỡnh thnh giao t, cỏc alen phõn li ng u v cỏc giao t, nờn 50% s giao t mang alen ny cũn 50% giao t cha alen kia Ti liu ụn thi hc sinh gii Sinh hc Lp 12 Giỏo viờn: Nguyn Tuyt Nhung TI LIU ễN THI HC SINH GII SINH HC LP 12 * C s t bo hc: - Trong t bo sinh dng, cỏc NST luụn tn ti thnh tng cp tng ng v cha cỏc cp alen tng ng - Khi gim phõn to giao t, mi NST trong tng cp tng ng phõn li ng u... trờn mt cp NST nờn cựng phõn li v t hp vi nhau trong quỏ trỡnh gim phõn, th tinh a n s di truyn ng thi ca nhúm tớnh trng do chỳng quy nh - S lai: Pt/c : GP : () BV (Xỏm, di) BV BV Ti liu ụn thi hc sinh gii Sinh hc Lp 12 x () bv (en, ngn) bv bv Giỏo viờn: Nguyn Tuyt Nhung TI LIU ễN THI HC SINH GII SINH HC LP 12 BV 100% Xỏm, di bv BV bv F1 (Xỏm, di) x (en, ngn) bv bv F1 : Pa : GPa : 1 BV : 1 bv Fa : 1... cựng nm Hn ch bin d t hp, Liờn kt hon cựng phõn li v t hp trong S phõn li v t hp ca trờn 1 NST v liờn m bo di truyn bn Ti liu ụn thi hc sinh gii Sinh hc Lp 12 Giỏo viờn: Nguyn Tuyt Nhung TI LIU ễN THI HC SINH GII SINH HC LP 12 Tờn quy lut ton Hoỏn v gen iu kin nghim ỳng phỏt sinh giao t v th tinh cp NST tng ng dn kt hon ton n s phõn li v t hp ca nhúm gen liờn kt C s t bo hc Ni dung Trong quỏ trỡnh gim... 1/64 Ti liu ụn thi hc sinh gii Sinh hc Lp 12 Giỏo viờn: Nguyn Tuyt Nhung TI LIU ễN THI HC SINH GII SINH HC LP 12 - 2 tớnh trng ln, 1 tớnh trng tri: 4,6875 % = 3/64 - 1 tớnh trng ln, 2 tớnh trng tri: 14,0625 % = 9/64 DNG 13: TNH S LOI V TèM THNH PHN GEN CA GIAO T 1 S loi giao t: Khụng tựy thuc vo s cp gen trong KG m tựy thuc vo s cp gen d hp Trong ú: KG ca cỏ th gm 1 cp gen d hp s sinh ra 21 loi... : 1dd) = 3.2.2 = 12 S KH chung = (3 vng : 1 xanh)(1 trn : 1 nhn)(1 cao : 1 thp) = 2.2.2 = 8 3 Khi b m d hp hai cp gen lai vi nhau (AaBb x AaBb), cỏc gen phõn ly c lp, liờn kt, hoỏn v thỡ t l cỏc kiu hỡnh th h con: A-B- aabb = 50% A-bb + aabb = 25% aaB- + aabb = 25% A-bb = aaBTi liu ụn thi hc sinh gii Sinh hc Lp 12 Giỏo viờn: Nguyn Tuyt Nhung TI LIU ễN THI HC SINH GII SINH HC LP 12 AABB = aabb = 1 ... 2.1.1 C ch nhõn ụi sinh vt nhõn s: Ti liu ụn thi hc sinh gii Sinh hc Lp 12 Giỏo viờn: Nguyn Tuyt Nhung TI LIU ễN THI HC SINH GII SINH HC LP 12 * C ch: - V trớ: Din nhõn t bo - Thi im: Din ti kỡ... Ôpêrôn gì? Nêu vai trò yếu tố ôpêrôn vi khuẩn? b Hãy giải thích hoạt động ôpêrôn lac? c So sánh trình nhân đôi ADN sinh vật nhân sơ sinh vật nhân chuẩn? Ti liu ụn thi hc sinh gii Sinh hc Lp 12. .. bao nhiờu th ba kộp khỏc lỳa? Ti liu ụn thi hc sinh gii Sinh hc Lp 12 Giỏo viờn: Nguyn Tuyt Nhung TI LIU ễN THI HC SINH GII SINH HC LP 12 Cõu Mt t bo sinh dng ca lỳa 2n = 24 NST Nguyờn phõn liờn