SKKN Thiết kế và sử dụng bản đồ khái niệm trong dạy học củng cố, ôn tập phần Tiến hóa Sinh học 12 cơ...

SKKN Phương pháp giải nhanh bài tập di truyền trong các phép lai hai cặp tính trạng trội lặn hoàn toàn có hoán vị gen 1 A – ĐẶT VẤN ĐỀ Một thực tế đã và đang tồn tại trong việc dạy, học, thi đối với b[.]

A – ĐẶT VẤN ĐỀ

Một thực tế đã và đang tồn tại trong việc dạy, học, thi đối với bộ môn Sinh học là thời lượng chính dành cho việc dạy và học bộ môn ở trên lớp đang còn quá ít, trong khi đó quá trình thi, kiểm tra, đánh giá thì thường đòi hỏi rất cao, yêu cầu học sinh không chỉ nhớ, hiểu, mà còn phải biết vận dụng kiến thức

để giải quyết nhiều tình huống đặt ra, đặc biệt là những tình huống liên quan đến

di truyền Trong các dạng bài tập di truyền thì bài tập di truyền dạng hoán vị gen thường được sử dụng đưa vào trong các đề thi như đề thi tuyển sinh đại học, cao đẳng qua các năm, đề thi học sinh giỏi qua các năm Trên thực tế, việc hướng dẫn học sinh giải các bài tập di truyền dạng hoán vị gen thường gặp rất nhiều khó khăn, nhất là những bài tập dữ kiện đề bài cho rất ít, đề bài chưa cho biết tỷ

lệ kiểu hình đồng hợp lặn ở thế hệ sau Những bài tập dạng như thế này thường gây không ít khó khăn cho cả người dạy và người học, giáo viên thì lúng túng trong việc tìm cách giải cho học sinh dễ hiểu, học sinh thì lúng túng, khó hiểu nên thường không giải được, hoặc giải được nhưng phải mất rất nhiều thời gian

Để khắc phục hiện trạng này, trong quá trình giảng dạy bộ môn tôi đã luôn để tâm tìm kiếm những phương pháp giải đơn giản, dễ hiểu, dễ áp dụng mà hiệu quả lại nhanh và chính xác nhằm giúp học sinh có thể giải các bài tập di truyền hoán vị gen một cách hứng thú, nhanh gọn, chính xác Vì vậy tôi đã quyết định

lựa chọn đề tài “Phương pháp giải nhanh bài tập di truyền trong các phép lai hai cặp tính trạng trội lặn hoàn toàn có hoán vị gen”.

B – GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

1 Cơ sở lý luận của vấn đề.

Khái niệm hoán vị gen: Các gen trên cùng nhiễm sắc thể (NST) có thể đổi chỗ cho nhau do sự trao đổi chéo giữa các cromatit trong quá trình giảm phân tạo nên hiện tượng di truyền hoán vị gen

Tần số hoán vị gen (f) được tính bằng tỷ lệ phần trăm các giao tử mang gen hoán vị trên tổng số giao tử được sinh ra

Tần số hoán vị gen thể hiện lực liên kết giữa các gen không alen trên cùng NST Tần số hoán vị gen càng cao thì lực liên kết càng nhỏ, tần số hoán vị gen càng nhỏ thì lực liên kết càng lớn Xu hướng chủ yếu của các gen là liên kết, vì vậy f  50% (dấu bằng chỉ xảy ra khi tất cả các tế bào đều xảy ra hoán vị gen)

Tần số hoán vị gen thể hiện khoảng cách tương đối giữa các gen, vì vậy

nó được ứng dụng để lập bản đồ di truyền (bản đồ gen) là một bản đồ chỉ ra vị trí xắp xếp tương đối giữa các gen dựa trên tần số hoán vị gen

Hoán vị gen là hiện tượng di truyền lần đầu tiên được Moocgan phát hiện trên đối tượng ruồi giấm, sau đó người ta nhận thấy hiện tượng di truyền này gặp ở hầu hết các loài sinh vật Trên đối tượng ruồi giấm, hoán vị gen chỉ xảy ra

ở ruồi giấm cái Ở các đối tượng khác, hoán vị gen có thể xảy ra ở giới đực hoặc

cả hai giới

Hoán vị gen chủ yếu xảy ra tại kỳ đầu giảm phân lần 1, nhưng đôi khi nó cũng diễn ra trong quá trình nguyên phân

2 Thực trạng của vấn đề

Giải các bài tập hoán vị gen trong trường hợp chưa cho biết tỷ lệ của thể đồng hợp lặn là một trong những dạng bài tập khó đối với học sinh

Ví dụ: Khi cho ruồi giấm thân xám, cánh dài dị hợp tử về hai cặp gen giao phối với nhau, kết quả ở thế hệ lai thu được 60% ruồi thân xám, cánh dài Hãy xác định tần số hoán vị gen?

Để giải loại bài tập dạng như thế này, hiện nay giáo viên thường hướng dẫn học sinh giải theo phương pháp đặt ẩn phụ, cách giải này tốn rất nhiều thời gian và công sức mà học sinh lại khó hiểu Trong khi đó những năm gần đây trong các đề thi cấp quốc gia (thi tốt nghiệp, thi đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp), thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh hầu như đều có những bài toán

về di truyền hoán vị gen Vì vậy, trong quá trình giảng dạy bộ môn Sinh học, tôi

đã luôn luôn tìm tòi những phương pháp giải nhanh, đơn giản, dễ hiểu, hiệu quả cao, chính xác để giúp các em học sinh có thể giải nhanh, chính xác các bài tập

di truyền hoán vị gen Những bài tập khó như trên có thể trở nên rất đơn giản nếu như chúng ta tìm được cách để tìm ra được tỷ lệ của kiểu hình đồng hợp lặn

và giải theo tỷ lệ kiểu hình đồng hợp lặn

3 Giải pháp và tổ chức thực hiện

3.1 Xây dựng công thức

Trường hợp 1: Bố mẹ đều có kiểu gen dị hợp tử đều ( ), trội lặn hoàn

ab AB

toàn, hoán vị gen xảy ra ở cả hai bên với tần số khác nhau, một bên là f1, một bên là f2:

ab

AB

ab AB

G: AB = ab = AB = ab =

2

1  f1

2

1  f2

Ab = aB = f1/2 Ab = aB = f2/2

F:

♀ ♂ AB

2

1  f2

2

1  f2

AB

2

2

1  f1

2

1  f2

AB AB

trội, trội

2

2

f

2

1  f1

Ab AB

trội, trội

2

2

f

2

1  f1

aB AB

trội, trội

2

1  f1

2

1  f2

ab AB

Trội, trội

f1/2 Ab 2 .

1

f

2

1  f2

Ab AB

trội, trội

4

2

1f f Ab Ab

trội, lặn

4

2

1f f aB Ab

trội, trội

2

1

f

2

1  f2

ab Ab

Trội, lặn

f1/2 aB 2 .

1

f

2

1  f2

aB AB

trội, trội

4

2

1f f aB Ab

trội, trội

4

2

1f f aB aB

lặn, trội

2

1

f

2

1  f2

ab aB

lặn, trội ab

2

1  f1

2

1  f1

2

1  f2

ab AB

trội, trội

2

2

f

2

1  f1

ab Ab

trội, lặn

2

2

f

2

1  f1

ab aB

lặn, trội

2

1  f1

2

1  f2

ab ab

lặn, lặn

Từ bảng trên ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội = (3 – f1 – f2 + f1f2)

4 1

Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn = ( f1 + f2 - f1f2)

4 1

Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội = ( f1 + f2 - f1f2)

4 1

Tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn = (1 – f1 – f2 + f1f2)

4 1

Từ đây ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn + tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

4 1

Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội + tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

4 1

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội – tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

2 1

Đây chính là trường hợp khái quát thứ nhất, bởi vì 0 ≤ f1, f2 ≤ 50% Khi một trong hai tần số hoán vị f1, f2 nhận giá trị bằng 0 thì đó chính là trường hợp hoán vị xảy ra ở một bên, hoặc f1 = f2 thì đây là trường hợp tần số hoán vị gen xảy ra ở hai bên với tần số bằng nhau thì các công thức trên vẫn đúng

Trường hợp 2: Bố mẹ đều có kiểu gen dị hợp tử lệch ( ), trội lặn hoàn

aB Ab

toàn, hoán vị gen xảy ra ở cả hai bên với tần số khác nhau, một bên là f1, một bên là f2:

aB

Ab

aB Ab

G: Ab = aB = Ab = aB =

2

1  f1

2

1  f2

AB = ab = f1/2 AB = ab = f2/2

F:

♀

2

2

1  f2

f2/2 ab

2

1f f AB AB

trội, trội

2

1

f

2

1  f2

Ab AB

trội, trội

2

1

f

2

1  f2

aB AB

trội, trội

4

2

1f f ab AB

trội, trội

Ab

2

2

2

f

2

1  f1

Ab AB

trội, trội

2

1  f1

2

1  f2

Ab Ab

trội, lặn

2

1  f1

2

1  f2

aB Ab

trội, trội

2

2

f

2

1  f1 ab Ab

trội, lặn

aB

2

2

2

f

2

1  f1 aB AB

trội, trội

2

1  f1

2

1  f2

aB Ab

trội, trội

2

1  f1

2

1  f2

aB aB

lặn, trội

2

2

f

2

1  f1 ab aB

Lặn, trội

f1/2 ab

4

2

1f f

ab AB

trội, trội

2

1

f

2

1  f2

ab Ab

trội, lặn

2

1

f

2

1  f2

ab aB

lặn, trội

4

2

1f f ab ab

lặn, lặn

Từ bảng trên ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội = (2 + f1f2)

4 1

Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn = (1–f1f2)

4 1

Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội = (1–f1f2)

4 1

Tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

4

2

1f f

Từ đây ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn + tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

4 1

Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội + tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

4 1

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội – tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

2 1

Đây chính là trường hợp khái quát thứ hai, bởi vì 0 ≤ f1, f2 ≤ 50% Khi một trong hai tần số hoán vị f1, f2 nhận giá trị bằng 0 thì đó chính là trường hợp hoán

vị xảy ra ở một bên, hoặc f1 = f2 thì đây là trường hợp tần số hoán vị gen xảy ra

ở hai bên với tần số bằng nhau thì các công thức trên vẫn đúng

Trường hợp 3 Một bên dị hợp tử đều , một bên dị hợp tử lệch , trội lặn

ab

AB

aB Ab

hoàn toàn, hoán vị gen xảy ra ở hai bên với tần số f1 và f2

ab

AB

aB Ab

G: AB = ab = Ab = aB =

2

1  f1

2

1  f2

Ab = aB = f1/2 AB = ab = f2/2

F:

♀ ♂ f2/2 AB Ab

2

1  f2

aB 2

1  f2

F2/2 ab

AB

2

2

2

f

2

1  f1

trội, trội

AB AB

2

1  f1

2

1  f2

trội, trội

Ab AB

2

1  f1

2

1  f2

trội, trội

aB AB

2

2

f

2

1  f1

trội, trội

ab AB

2

1f f Ab AB

trội, trội

2

1

f

2

1  f2

Ab Ab

trội, lặn

2

1

f

2

1  f2

aB Ab

trội, trội

4

2

1f f ab Ab

trội, lặn

2

1f f aB AB

trội, trội

2

1

f

2

1  f2

aB Ab

trội, trội

2

1

f

2

1  f2

aB aB

lặn, trội

4

2

1f f ab aB

Lặn, trội ab

2

1  f1

2

2

f

2

1  f1

ab AB

trội, trội

2

1  f1

2

1  f2

ab Ab

trội, lặn

2

1  f1

2

1  f2

ab aB

lặn, trội

2

2

f

2

1  f1 ab ab

lặn, lặn

Từ bảng trên ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội = (2 + f2 – f1f2)

4 1

Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn = (1 – f2 + f1f2 )

4 1

Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội = (1 – f2 + f1f2 )

4 1

Tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

2

2

f

2

1  f1

Từ đây ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn + tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

4 1

Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội + tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

4 1

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội – tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

2 1

Đây chính là trường hợp khái quát thứ ba, bởi vì 0 ≤ f1, f2 ≤ 50% Khi một trong hai tần số hoán vị f1, f2 nhận giá trị bằng 0 thì đó chính là trường hợp hoán

vị xảy ra ở một bên, hoặc f1 = f2 thì đây là trường hợp tần số hoán vị gen xảy ra

ở hai bên với tần số bằng nhau thì các công thức trên vẫn đúng

Trường hợp 4: Trường hợp khái quát cho hai cặp gen qui định hai cặp

tính trạng, trội lặn hoàn toàn cùng nằm trên NST giới tính X không có alen tương ứng trên Y Thể đồng hợp XX mang gen dị hợp tử đều XABXab có xảy ra hoán vị gen với tần số f, thể dị hợp mang gen trội XABY

P: trội, trội x trội, trội

XABXab XABY

XAB = Xab = XAB = Y = 1/2

2

1 f

XAb = XaB = f/2 F:

XAB 2

1 f

XAb 2

f

XaB 2

f

Xab 2

1 f

XAB

2

1

XABXAB 2

1 2

1 f

Trội, trội

XABXAb 2

1 2

f

Trội, trội

XABXaB 2

1 2

f

Trội, trội

XABXab 2

1 2

1 f

Trội, trội Y

2

1

XABY

2

1 2

1 f

Trội, trội

XAbY

2

1 2

f

Trội, lặn

XaBY

2

1 2

f

Lặn, trội

XabY

2

1 2

1 f

Lặn, lặn

Từ bảng trên ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội =

4

3 f

Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn =

4

f

Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội =

4

f

Tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

4

1 f

Từ đây ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn + tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

4 1

Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội + tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

4 1

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội – tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

2 1

Trường hợp 5: Trường hợp khái quát cho hai cặp gen qui định hai cặp

tính trạng, trội lặn hoàn toàn cùng nằm trên NST giới tính X không có alen tương ứng trên Y Thể đồng hợp XX mang gen dị hợp tử lệch XAbXaB có xảy ra hoán vị gen với tần số f, thể dị hợp mang gen trội XABY

P: trội, trội x trội, trội

XAbXaB XABY

XAb = XaB = XAB = Y = 1/2

2

1 f

XAB = Xab = f/2

F:

XAB 2

f

XAb 2

1 f

XaB 2

1 f

Xab 2

f

XAB

2

1

XABXAB 2

1 2

f

Trội, trội

XABXAb 2

1 2

1 f

Trội, trội

XABXaB 2

1 2

1 f

Trội, trội

XABXab 2

1 2

f

Trội, trội Y

2

1

XABY

2

1 2

f

Trội, trội

XAbY

2

1 2

1 f

Trội, lặn

XaBY

2

1 2

1 f

Lặn, trội

XabY

2

1 2

f

Lặn, lặn

Từ bảng trên ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội =

4

2  f

Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn =

4

1 f

Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội =

4

1 f

Tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

4

f

Từ đây ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn + tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

4 1

Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội + tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

4 1

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội – tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn =

2 1

Công thức khái quát: Trong các trường hợp bố, mẹ đem lai dị hợp tử về

hai cặp gen qui định hai cặp tính trạng tương phản trội lặn hoàn toàn thì ở thế hệ lai ta luôn có:

Tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn = - tỷ lệ kiểu hình trội, lặn

4 1

Tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn = - tỷ lệ kiểu hình lặn, trội

4 1

Tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn = Tỷ lệ kiểu hình trội, trội -

2 1

Như vậy trong các trường hợp đề bài chưa cho biết tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn

mà mới chỉ biết tỷ lệ kiểu hình trội, trội hoặc trội, lặn hoặc lặn, trội ta đều có thể đưa về tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn để giải quyết vấn đề của bài toán theo kiểu đã biết tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn.

Đối với một bài tập di truyền hoán vị gen sẽ trở nên đơn giản khi ta biết được tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn Từ tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn ta có thể tính được tần số hoán vị gen, xác định được kiểu gen của bố, mẹ, viết được sơ đồ lai, xác định được tỷ lệ phân li kiểu hình và tỷ lệ phân li kiểu gen

3.2 Một số ví dụ vận dụng.

Ví dụ 1: Ở ruồi giấm, gen A qui định thân xám trội hoàn toàn so với alen

a qui định thân đen Gen B qui định cánh dài trội hoàn toàn so với alen b qui định cánh cụt Cho ruồi giấm thân xám, cánh dài dị hợp tử lai với nhau thu được thế hệ lai có 60% ruồi giấm thân xám, cánh dài Hãy xác định kiểu gen của ruồi giấm đem lai và tần số hoán vị gen

Cách giải thông thường Cách giải vận dụng

Ta có tỷ lệ ruồi giấm thân xám, cánh dài =

60%= 0,60 ≠ 9/16 của phần li độc lập và 0,60≠

0,75 của liên kết hoàn toàn  đây là tỷ lệ của

qui luật hoán vị gen

Gọi AB = ab = x; Ab = aB = y

Ta có x + y = 0,5 (1)

Xét trường hợp ruồi giấm đực có kiểu gen dị

hợp tử đều , ta có thế hệ lai:

ab AB

♀

0,5AB 0,5x

AB

AB 0,5x

ab

AB 0,5y

Ab

AB 0,5y

aB AB

0,5ab 0,5x AB ab 0,5xab ab 0,5y

ab

Ab 0,5y

ab aB

Từ bảng trên ta có 1,5x + y =0,6 (2)

Giải hệ phương trình (1) và (2) ta được: x =

0,2; y = 0,3  AB là giao tử mang gen hoán vị

 kiểu gen của ruồi cái đem lai là

aB Ab

 f = 0,2.2.100% = 40%

Xét trường hợp ruồi giấm đực có kiểu gen dị

hợp tử lệch

aB Ab

Ta có thế hệ lai:

♀

♂

0,5Ab 0,5x

Ab

AB 0,5x

ab

Ab 0,5y

Ab

Ab 0,5y

aB Ab

0,5aB 0,5x

aB

AB 0,5x

ab

aB 0,5y

aB

Ab 0,5y

aB aB

Từ bảng trên ta có: x + y = 0,6 (3)

Hệ phương trình (1) và (3) vô nghiệm 

trường hợp ruồi đực dị hợp tử lệch không xảy

ra

Ta có tỷ lệ ruồi giấm thân xám, cánh dài = 60%=

0,60 ≠ 9/16 của phần li độc lập và 0,60≠ 0,75 của liên kết hoàn toàn  đây

là tỷ lệ của qui luật hoán

vị gen

Tỷ lệ kiểu hình đen, cụt = 60% - 50% = 10%  ♀ab

= 10%/50% = 0,2 < 0,25

 ♀ab là giao tử hoán vị

 Ruồi giấm cái đem lai

có kiểu gen , ruồi đực

aB Ab

đem lai có kiểu gen

ab AB

 f = 0,2.2.100% = 40%

Ví dụ 2: Ở ruồi giấm, gen A qui định thân xám trội hoàn toàn so với alen

a qui định thân đen Gen B qui định cánh dài trội hoàn toàn so với alen b qui định cánh cụt Cho ruồi giấm thân xám, cánh dài dị hợp lai với nhau thu được thế hệ lai có 10% ruồi giấm thân xám, cánh cụt Hãy xác định kiểu gen của ruồi giấm đem lai và tần số hoán vị gen

Cách giải thông thường Cách giải vận dụng

Ta có tỷ lệ ruồi giấm thân xám, cánh cụt =

10%= 0,1≠ 0,1875 của phân li độc lập và 0,1

≠ 0,25 của liên kết hoàn toàn  đây là tỷ lệ

của qui luật hoán vị gen

Gọi AB = ab = x; Ab = aB = y

Ta có x + y = 0,5 (1)

Xét trường hợp ruồi giấm đực có kiểu gen dị

hợp tử đều , ta có thế hệ lai:

ab AB

♀

0,5AB

0,5x

AB

AB 0,5x

ab

AB 0,5y

Ab

AB 0,5y

aB AB

0,5ab

0,5x

ab

AB 0,5x

ab

ab

0,5y

ab Ab

Xám, cụt

0,5y

ab aB

Từ bảng trên ta có: 0,5y = 0,1

 y = 0,2 thay vào (1)

 x = 0,3 > 0,25  AB là giao tử mang gen

liên kết  kiểu gen của ruồi giấm cái là

ab AB

f = 0,2.2.100% = 40%

Trường hợp ruồi giấm đực có kiểu gen dị hợp

tử lệch không thỏa mãn

aB

Ab

Ta có tỷ lệ ruồi giấm thân xám, cánh cụt = 10%= 0,1≠ 0,1875 của phân li độc lập

và 0,1 ≠ 0,25 của liên kết hoàn toàn  đây là tỷ lệ của qui luật hoán vị gen

Tỷ lệ đen, cụt = 0,25 – 0,1 = 0,15 ♀ab = = 0,3 >

5 , 0

15 , 0

0,25  ♀ab là giao tử liên kết  Ruồi giấm đem lai đều có kiểu gen

ab AB

 f = (1 - 0,3.2).100% = 40%

Ví dụ 3 Ở ruồi giấm, gen A qui định mắt đỏ là trội hoàn toàn so với alen

a qui định mắt trắng Gen B qui định cánh bình thường trội hoàn toàn so với alen

b qui định cánh xẻ Cả hai gen này đều nằm trên NST giới tính X Cho ruồi giấm mắt đỏ, cánh bình thường lai với nhau thu được thế hệ lai có ruồi giấm mắt đỏ, cánh bình thường chiếm tỷ lệ 55% Hãy xác định kiểu gen và tần số hoán vị gen?