SINH HỌC 11 · SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN VÀ SINH SẢN — Từ một tế bào đến một cơ thể rồi thế hệ sau
Bài khái niệm Sinh học 11 về sinh trưởng, phát triển và sinh sản ở sinh vật, dựng quanh ẩn dụ bản thiết kế và công trường: gene là bản thiết kế, hormone là…
SINH HỌC 11 · SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN VÀ SINH SẢN · LUKATO AI · BÀI KHÁI NIỆM
Từ một tế bào đến một cơ thể rồi thế hệ sau: bản thiết kế và công trường
Sinh vật lớn lên và biến đổi hình thái như thế nào, ai điều khiển, và sinh sản vô tính hay hữu tính đánh đổi điều gì?
Hãy hình dung một công trường xây nhà. Có bản thiết kế (gene), nằm trong mọi tế bào. Có tín hiệu thi công (hormone), nhắn "xây gì, xây lúc nào". Có điều kiện công trường (nhiệt độ, ánh sáng, dinh dưỡng) quyết định thi công nhanh hay chậm, đủ vật liệu hay thiếu. Và khi ngôi nhà xong, có hai cách để có thêm nhà: sao nguyên bản vẽ (sinh sản vô tính) hoặc trộn hai bản vẽ để thử kiểu mới (sinh sản hữu tính). Bài này dựng cả bức tranh ấy, có sơ đồ, câu "em thử xem" và ba phòng thí nghiệm. Mọi tình huống và con số tự đặt đều là hư cấu.
12 SƠ ĐỒ TỰ DỰNG 3 PHÒNG THÍ NGHIỆM THUẦN KHÁI NIỆM 8 CÂU TRẮC NGHIỆM TỰ SOẠN
BẢN ĐỒ BÀI
Bản thiết kế, tín hiệu thi công và điều kiện công trường
Câu hỏi trung tâm của bài: sinh vật lớn lên và biến đổi hình thái như thế nào, ai điều khiển, và sinh sản vô tính hay hữu tính đánh đổi điều gì? Cùng một cái cây, cùng một con bướm, qua cả đời chỉ có một bộ gene, vậy mà hạt thành cây, sâu thành bướm. Điều đó chỉ hiểu được khi tách ba lớp: cái gì có sẵn (gene), cái gì ra lệnh (hormone) và cái gì cho phép hoặc cản trở (môi trường).
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 1. Bản đồ bài: gene (bản thiết kế), hormone (tín hiệu thi công) và môi trường (điều kiện công trường) cùng tác động lên tế bào (phân chia, lớn lên, phân hóa); kết quả là cơ thể sinh trưởng và phát triển; cơ thể sinh sản vô tính hoặc hữu tính; con người can thiệp ở mục 6.
Câu hỏi · Nhân vật trong ẩn dụ · Ở mục
Lớn lên có phải là phát triển không? Cây cao lên ở đâu, to ra ở đâu? · Công nhân: tế bào làm ba việc (phân chia, lớn lên, phân hóa) · 1
Cùng một chất, vì sao liều thấp thì kích thích mà liều cao lại diệt cỏ? Vì sao bấm ngọn thì cây đâm nhiều chồi? · Tín hiệu thi công ở thực vật: năm nhóm hormone · 2
Sâu bướm hóa nhộng rồi hóa bướm là do ai ra lệnh? Vì sao nòng nọc mất đuôi thành ếch? · Tín hiệu thi công ở động vật: ecdysone, JH, thyroxine · 3
Vì sao cây trồng trong tối vươn dài mà nhợt nhạt? Đường cong sinh trưởng có dạng chữ S vì sao? · Điều kiện công trường: nhiệt độ, ánh sáng, dinh dưỡng · 4
Sinh sản vô tính và hữu tính, bên nào hơn? Hạt phấn đến hạt giống đi qua những bước nào? · Sao bản vẽ hay trộn hai bản vẽ · 5
Giâm cành, nuôi cấy mô, thụ tinh nhân tạo can thiệp vào đâu trong vòng đời? · Con người đi tắt trên bản đồ · 6
Vuốt ngang để xem hết bảng
Công cụ A · Ba tầng: có sẵn, ra lệnh, cho phép
Với mỗi hiện tượng, hỏi: gene quy định gì, hormone ra lệnh gì, môi trường cho phép đến đâu?
Công cụ B · Kích thước hay hình dạng?
Cái gì tăng về lượng (cm, g, số tế bào) là sinh trưởng; cái gì đổi về dạng và chức năng là phân hóa, phát triển.
Công cụ C · Một bản hay nhiều bản?
Con được sinh ra từ một cá thể (giống hệt) hay từ hai giao tử (tổ hợp mới)? Đánh đổi nằm ở đây.
Bài này khác bài đã có thế nào? Thư viện đã có bài về quang chu kì ở thực vật (đêm dài hay ngắn quyết định ra hoa), bài về trục nội tiết của động vật (vùng dưới đồi, tuyến yên, tuyến đích) và bài về phân bào. Bài này không lặp lại chiều sâu ấy: quang chu kì chỉ được nhắc một câu ở mục 4, trục nội tiết chỉ nhắc tên ở mục 3, phân bào chỉ được dùng như "việc đầu tiên của tế bào". Trọng tâm mới là phân biệt sinh trưởng với phát triển , hormone nào làm gì và vì sao tỉ lệ quan trọng hơn lượng (Phòng A), biến thái (Phòng B), đường cong sinh trưởng chữ S (Phòng C) và đánh đổi giữa sinh sản vô tính với hữu tính .
Giả định của bài (dùng suốt bài). (a) Kiến thức theo chương trình Sinh học 11 hiện hành (chương sinh trưởng, phát triển và chương sinh sản ở sinh vật), dùng thuật ngữ sách giáo khoa; bộ sách khác nhau có thể xếp một vài ví dụ khác nhau, chỗ nào khác sẽ được nói rõ. (b) Các số thật trong bài là giá trị làm tròn, ghi "khoảng" (tỉ lệ đầu so với cơ thể của người), hoặc số đếm chính xác theo cơ chế (thụ tinh kép cho hợp tử 2n và nội nhũ 3n). (c) Các ngưỡng, hệ số và đường cong trong ba phòng thí nghiệm là mô hình quy ước, chỉ đúng về hình dạng định tính.
Về chữ "hư cấu". Mọi mẫu mô, loài đại diện trong phòng thí nghiệm, nồng độ hormone, ngưỡng, số tuần, chiều cao và tình huống mẫu trong bài đều do bài tự đặt, được kiểm bằng máy tính, và mang nhãn hư cấu . Các số thật gồm: tỉ lệ đầu so với cơ thể ở người (khoảng 1/2, 1/4, 1/7 đến 1/8), ghi "khoảng"; các số đếm chính xác theo cơ chế (hợp tử 2n, nội nhũ 3n; tỉ lệ kiểu gene 1 : 2 : 1 ở đời con của Aa × Aa). Các số này không mang nhãn hư cấu. Mọi số khác gắn với mẫu mô, loài, tình huống hay mô hình đều là hư cấu. Phần ngoài chương trình bắt buộc mang nhãn MỞ RỘNG .
MỤC 1 · SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN VÀ MÔ PHÂN SINH
Công nhân tế bào làm ba việc
Trong ngôn ngữ hằng ngày, "lớn lên" và "phát triển" hay dùng thay nhau. Trong sinh học, hai từ này nói hai chuyện khác nhau. Muốn tách chúng, hãy nhìn vào công nhân của công trường: tế bào chỉ làm ba việc, và mọi thay đổi của cơ thể đều là tổ hợp của ba việc ấy.
1.1 Hai khái niệm, ba việc
Sinh trưởng là sự tăng về kích thước và khối lượng của cơ thể (hay của một cơ quan), do tăng số lượng tế bào (phân chia) và tăng kích thước tế bào (lớn lên). Sinh trưởng đo được bằng cm, gam, số tế bào.
Phát triển là toàn bộ những biến đổi diễn ra trong đời một cá thể, gồm ba quá trình gắn bó với nhau: sinh trưởng , phân hóa tế bào và phát sinh hình thái (hình thành cơ quan và hình dạng cơ thể). Phát triển nói về cả dạng lẫn chức năng , không chỉ về kích thước.
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 2. Tế bào làm ba việc: phân chia (tăng số tế bào), lớn lên (tăng kích thước tế bào), phân hóa (từ giống nhau thành nhiều loại). Hai việc đầu là sinh trưởng; cả ba việc cộng với sự sắp xếp thành cơ quan là phát triển. Hai quá trình đan xen nhưng không trùng nhau.
· Sinh trưởng · Phát triển
Bản chất · tăng lượng: kích thước, khối lượng, số tế bào · đổi dạng và chức năng: phân hóa tế bào, hình thành cơ quan, biến đổi hình thái
Đo bằng · cm, gam, số tế bào · các mốc: nảy mầm, ra lá, ra hoa; lột xác, hóa nhộng; dậy thì
Việc của tế bào · phân chia, lớn lên · phân chia, lớn lên và phân hóa, sắp xếp thành cơ quan
Ví dụ · sâu bướm ăn nhiều, nặng gấp hàng trăm lần hoặc hơn sau vài tuần · sâu hóa nhộng, nhộng hóa bướm: dạng đổi hoàn toàn dù nhộng không ăn
Vuốt ngang để xem hết bảng
Phân hóa tế bào là quá trình tế bào vốn giống nhau trở nên khác nhau về cấu trúc và chức năng: tế bào lông hút, tế bào mạch dẫn, tế bào thần kinh, tế bào cơ. Cơ sở là biểu hiện gene khác nhau : gần như mọi tế bào của cơ thể cùng mang một bộ gene (bản thiết kế chung), nhưng mỗi loại tế bào chỉ "đọc" những phần riêng của bản thiết kế. Điều này trả lời một câu hỏi tưởng nhỏ mà rất lớn: vì sao một hợp tử chỉ có một bộ gene lại tạo ra hàng trăm loại tế bào khác nhau.
Phát sinh hình thái là việc các tế bào đã phân hóa được xếp thành mô, cơ quan và hình dạng đặc trưng của loài: lá có phiến và cuống, tay có năm ngón. Ở đây, vị trí của tế bào cũng là một thông tin (mục 3 sẽ nhắc gene Hox).
Hai quá trình đan xen nhưng không trùng nhau. Ngay đầu đời cá thể, hợp tử phân cắt nhiều lần thành các tế bào nhỏ dần: số tế bào tăng rất nhanh nhưng kích thước chung của phôi gần như chưa tăng, trong khi phát triển (phân hóa, tạo hình) đang diễn ra mạnh. Ngược lại, nòng nọc có thể lớn dần mà không biến thái nếu thiếu hormone biến thái (mục 3): có sinh trưởng, thiếu phát triển. Hiểu nhầm số 1 ở cuối bài sẽ quay lại điểm này.
1.2 Mô phân sinh: "đội thi công" của cây
Ở thực vật, phần lớn tế bào đã phân hóa thì ngừng phân chia. Chỉ một số vùng giữ được khả năng phân chia suốt đời: đó là mô phân sinh . Nhờ chúng, cây sinh trưởng được suốt đời, khác với nhiều động vật (người, chim, thú) ngừng lớn khi trưởng thành.
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 3. Mô phân sinh đỉnh (chồi ngọn, chồi nách, đỉnh rễ) làm cây dài ra: sinh trưởng sơ cấp. Mô phân sinh bên (tượng tầng, tầng sinh bần) làm thân dày thêm: sinh trưởng thứ cấp. Mặt cắt ngang thân gỗ: tượng tầng sinh gỗ thứ cấp vào trong, libe thứ cấp ra ngoài.
· Sinh trưởng sơ cấp · Sinh trưởng thứ cấp
Mô phân sinh · mô phân sinh đỉnh (ở chồi ngọn, chồi nách, đỉnh rễ) · mô phân sinh bên: tượng tầng và tầng sinh bần
Kết quả · thân, rễ dài ra ; ra lá, ra cành mới · thân, rễ to ra (tăng bề ngang)
Có ở · mọi cây (một lá mầm và hai lá mầm) · cây hai lá mầm thân gỗ và cây hạt trần; cây một lá mầm và cây thân thảo thường không có hoặc rất ít
Dấu vết · các lóng và chồi cũ; thân dài thêm ở phần ngọn · vòng năm, vỏ bần dày, gỗ lõi
Vuốt ngang để xem hết bảng
Tượng tầng là một lớp mỏng tế bào phân chia nằm giữa gỗ và vỏ. Mỗi năm nó sinh gỗ thứ cấp (mạch gỗ, dẫn nước và khoáng) về phía trong và libe thứ cấp (mạch dẫn chất hữu cơ) về phía ngoài; vì gỗ sinh ra nhiều hơn libe nhiều, thân chủ yếu dày thêm bằng gỗ. Tầng sinh bần tạo lớp bần (vỏ cây) che bên ngoài. Ở vùng khí hậu có mùa rõ rệt, gỗ tạo vào mùa sinh trưởng thuận lợi có mạch to, thành mỏng, màu nhạt (gỗ sớm); gỗ tạo cuối mùa có mạch nhỏ, thành dày, màu sẫm (gỗ muộn). Một vòng nhạt cộng một vòng sẫm là một vòng năm , nên đếm vòng năm cho biết tuổi cây (ở vùng nhiệt đới, vòng năm nhiều khi mờ). Phần trong cùng của thân già là gỗ lõi , sẫm và cứng, không còn dẫn nước; phần ngoài còn dẫn nước gọi là dác .
MỞ RỘNG Mô phân sinh lóng. Cây một lá mầm như lúa, tre, mía còn có mô phân sinh lóng , nằm ở gốc mỗi lóng: lóng vẫn dài thêm sau khi đã tạo ra. Vì thế thân lúa vươn lên rất nhanh ở giai đoạn làm đòng, và một số loài tre dài thêm nhiều chục xentimét mỗi ngày. Kết luận "phần thân đã tạo ra thì không dài thêm" đúng với cây gỗ hai lá mầm, không đúng với cây có mô phân sinh lóng.
Chốt ý mục 1: sinh trưởng là tăng lượng; phát triển là sinh trưởng cộng phân hóa cộng phát sinh hình thái Tế bào làm ba việc: phân chia, lớn lên, phân hóa. Phân hóa dựa trên biểu hiện gene khác nhau, không phải mất gene. Ở cây, mô phân sinh đỉnh làm dài ra (sinh trưởng sơ cấp), mô phân sinh bên làm to ra (sinh trưởng thứ cấp, cây hai lá mầm thân gỗ). Vòng năm là dấu vết của gỗ sớm và gỗ muộn.
bạn đóng một chiếc đinh vào thân một cây gỗ ở độ cao 1,5 m so với mặt đất, khi cây cao 5 m. Mười năm sau cây cao 9 m, thân to gần gấp đôi. Chiếc đinh ở độ cao nào và nó trông ra sao? (tình huống hư cấu)
Hỏi: cây dài ra ở đâu, và to ra ở đâu?
Giải thích. Đinh vẫn ở khoảng 1,5 m. Cây dài ra nhờ mô phân sinh đỉnh ở chồi ngọn, tức chỉ phần ngọn mới thêm lóng mới; phần thân đã tạo ra không dài thêm, nên chiếc đinh không "bay lên" theo chiều cao cây. Nhưng tượng tầng đã sinh thêm gỗ thứ cấp quanh thân, nên đinh bị lớp gỗ mới bao dần vào bên trong, đầu đinh có thể bị mô mới phủ kín. Một lần nữa: dài ra do sinh trưởng sơ cấp ở ngọn, to ra do sinh trưởng thứ cấp ở tượng tầng.
MỤC 2 · HORMONE THỰC VẬT
Tín hiệu thi công của cái cây
Cây không có hệ thần kinh, cũng không có tuyến nội tiết như động vật, nhưng vẫn "biết" khi nào nên vươn lên, khi nào nên đâm chồi bên, khi nào nên chín quả. Người truyền lệnh là các hormone thực vật . Điều đáng nhớ nhất: hormone không hoạt động riêng lẻ ; cơ quan nhận lệnh phản ứng theo liều và theo tỉ lệ giữa các hormone.
2.1 Hormone thực vật là gì? Năm nhóm chính
Hormone thực vật (phytohormone) là các chất hữu cơ do chính cây tạo ra với lượng rất nhỏ, được tạo ở một nơi và tác động ở chính nơi đó hoặc nơi khác, để điều hòa sinh trưởng và phát triển. Khác với động vật, cây không có tuyến chuyên biệt: nhiều mô và nhiều loại tế bào cùng tạo hormone.
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 4. Năm nhóm hormone thực vật: nơi tạo ra và tác dụng chính. Auxin, cytokinin, gibberellin thuộc nhóm kích thích; ethylene (chất khí, thúc chín) và acid abscisic (ABA) thường xếp vào nhóm ức chế. Có hai cặp tác động ngược nhau: gibberellin với ABA, auxin với cytokinin.
Hormone · Nơi tạo chủ yếu · Tác dụng chính · Ứng dụng quen thuộc
Auxin (IAA) · mô phân sinh đỉnh chồi, lá non, phôi trong hạt · kéo dài tế bào; hướng sáng; ưu thế ngọn; kích thích ra rễ phụ · chất ra rễ cho cành giâm (IBA, NAA); tạo quả không hạt; 2,4-D diệt cỏ lá rộng
Cytokinin · chủ yếu ở rễ, rồi vận chuyển lên cao · tăng phân chia tế bào; kích thích chồi bên; làm chậm già hóa lá · nuôi cấy mô (cùng auxin); làm chậm vàng lá ở lá cắt rời (thí nghiệm kinh điển)