Skkn một vài kinh nghiệm về phương pháp giảng dạy phần bài tập di truyền quần thể và tổ hợp xác suất sinh học 12 ban cơ bản

MỘT VÀI KINH NGHIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY PHẦN BÀI TẬP DI TRUYỀN QUẦN THỂ VÀ TỔ HỢP XÁC SUẤT SINH HỌC 12 BAN CƠ BẢN PHẦN I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong chương trình sinh học 12 cải cách

MỘT VÀI KINH NGHIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY PHẦN BÀI TẬP DI TRUYỀN QUẦN THỂ VÀ TỔ HỢP XÁC SUẤT SINH

HỌC 12 BAN CƠ BẢN

PHẦN I:

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong chương trình sinh học 12 cải cách, phần toán quần thể là rất mới mẻ đối với học sinh Vì trong chương trình chỉ trang bị lý thuyết không có tiết rèn luyện bài tập, ngay cả trong sách bài tập sinh học 12 dạng toán quần thể tự phối cũng như quần thể giao phối không có một bài toán nào

Tuy nhiên trong những năm gần đây, phầøn toán quần thể bộ giáo dục

- đào tạo thường hay ra để thi tốt nghiệp, thi đại học, thi học sinh giỏi các cấp do đó học sinh rất dễ bị lúng túng khi làm những bài tập này đặc biệt đối với đối tượng học sinh ở các trường trung học phổ thông bán công, phần lớn học sinh có học lực trung bình yếu thì công việc giáo viên hướng dẫn giải bài tập vô cùng vất vả nhưng hiệu quả lại đạt được không cao Nhiều học sinh vận dụng lý thuyết để giải bài tập một cách mơ hồ, làm mò, không có cơ sở khoa học, hoặc giải để đối phó với thầy cô giáo mà không hiểu được cơ sở sinh học của bài toán Để làm rõ những điểm cần lưu ý trong quá trình giải bài tập, học sinh yên tâm,tự tin hơn trong quá trình làm bài, qua quá trình tìm hiểu tham khảo, bản thân tôi mạnh dạn đưa ra 1 số kinh nghiệm về giảng dạy phần bài tập (quần thể tự phối) và quần thể giao phối cho học sinh yếu ở trường THPT Mặc dù đã có nhiều cố gắng song chắc chắn có nhiều thiếu sót ,rất mong được sự góp ý chân tình của các bạn đồng nghiệp

PHẦN II –NỘI DUNG A.NHỮNG DẠNG BÀI TẬP Ở QUẦN THỂ TỰ PHỐI

1/ Cơ sở khoa học.

Phần bài tập quần thể tự phối (chương IV:ứng dụng di truyền học vào chọn giống SGK12) là dạng bài tập hoàn toàn mới, đòi hỏi học sinh phải vâïn dụng lý thuyết để giải bài tập Trong khi đó học sinh, nhất là học sinh yếu, kém nhận thức về lý thuyết chưa vững (phần di truyền học rất mơ hồ), chính vì vậy phải có một số kinh nghiệm để giảng loại bài tập này cho học sinh dễ hiểu, dễ nhớ, dễ vận dụng và phát huy được khả năng tự độc lập suy nghĩ của mình trong quá trình lĩnh hội tri thức

2/ Nội dung cụ thể.

2.1 Kinh nghiệm giảng dạy phần bài tập quần thể tự phối:

* Trước khi giảng bài tập phần này yêu cầu học sinh nắm vững lý thuyết:khái niệm quần thể giao phối, quần thể tự phối, thể đồng hợp trội,

thể đồng hợp lặn, thể dị hợp, kiểu gen, kiểu hình, alen, kiến thức di truyền Trong đó cần lưu ý nhất là: thể dị hợp và thể đồng hợp

* Vận dụng lý thuyết trên để giải một vài dạng bài tập về quần thể tự phối

2.2 Các phương pháp giải

Một số qui ước

Nếu gọi x: là tỉ lệ cá thể đồng hợp trội hoàn toàn (AA)

Nếu gọi y: là tỉ lệ cá thể dị hợp ( Aa)

Nếu gọi z: là tỉ lệ cá thể đồng hợp lặn (aa)

Nếu gọi n : Là số thế hệ tự phối

Quần thể có dạng tổng quát : xAA :yAa :zaa với ( x+y+z) =1

a/ Dạng thứ nhất:

Nếu quần thể ban đầu có 1 kiểu gen (KG) thì có 3 loại

-Loại KG: AA > khi tự thụ phấn cho ra dòng thuần chủng

trội

-Loại KG: aa > khi tự thụ phấn cho ra dòng thuần chủng

lặn

-Loại KG: Aa

Nếu quần thể tự phối ban đầu chỉ có 1 kiểu gen (KG) Aa dị hợp Dạng toán này ta chỉ áp dụng công thức ở SGK sinh học 12

Tư leô theơ dò hôïp n











 2

1 , tư leô theơ ñoăng hôïp laø n











 2

1

n

2

1

2 

VD1 : ÔÛ moôt quaăn theơ thöïc vaôt tái theâ heô L0 coù 100% theơ dò hôïp veă kieơu gen Aa, neâu baĩt buoôc töï thú phaân thì caùc theẫ heô sau :L1 , L2 ,L3 coù tư leô theơ dò hôïp (Aa) vaø theơ ñoăng hôïp laø bao nhieđu % (ñeă thi TNTHPT naím hóc 1997-1998) kyø I

tư leô theơ ñoăng hôïp laø : n











 2

1 1 n: laø soâ theâ heô töï phoâi

Vaôy tư leô theơ dò hôïp, ñoăng hôïp ôû caùc theâ heô theo bạng sau:

Tư leô % theơ dò hôïp

% 100 2

1 n













% 100 2

1 1































n

2

1 0













2

1 1













2

1 1

1

aa

AA 

































2

1 2













2

1 1

2

aa

AA 

































2

1 3















)

%(

5 87

% 100 2

1 1

3

aa

AA 

































Ví dú 2:

Chöùng minh trong quaăn theơ töï phoâi ña soâ gen ñeău ôû tráng thaùi ñoăng hôïp

Giạ söû xeùt 1 caịp gen Aa ÔÛ theâ heô P ban ñaău vaø töï phoâi qua caùc theâ heô F1, F2 ,F3,Fn

* Phöông phaùp giại:

Ta seõ coù tư leô caùc kieơu gen qua caùc theâ heô nhö sau:

Tư leô theơ ñoăng hôïp troôi tư leô theơ dò hôïp Tư leô theơ ñoăng hôïplaịn

Tư leô

theâ heô

Tư leô

Theâ heô

AA

n

2 2

1













n











 2

1 Aa

aa

n

2 2

1













Như vậy ở thế hệ Fn ta sẽ có:

Thể dị hợp: n









 2

1 ; thể đồng hợp 1- n









 2 1

Khi n càng cao thì n









 2

1 tiến đến 0 Khi n càng cao và 1- n









 2

1 tiến đến 1 Như vậy qua tự phối kiểu gen chuyển về đồng hợp còn kiểu gen dị hợp giảm dần

b/Dạng thứ 2 :

Nếu quần thể ban đầu chỉ có 2 KG: AA và Aa hoặc Aa và aa Khi gặp dạng này đa số học sinh thường không giải được hoặc giải được cũng mang tính chất làm mò, mơ hồ không có cơ sở khoa học, trong SGK và trong sách bài tập sinh học 12 không có loại toán này vì vậy tôi mạnh dạn đưa một số công thức vào hướng dẫn cho học sinh ứng dụng để giải

Công thức tính thể dị hợp qua n thế hệ =  y









 2 1

Công thức tính tỉ lệ thể đồng hợp trội qua n thế hệ = 22 .

1

y y

x

n

















Công thức tính tỉ lệ thể đồng hợp lặn qua n thế hệ = 22 .

1 y

y z

n

















b.1 Loại kiểu gen AA và Aa

* VD:Một quần thể thực vật có số cá thể với tỉ lệ thể đồng hợp trội (AA) chiếm 25% tỉ lệ thể dị hợp (Aa) chiếm 75% nếu cho tự thụ phấn qua

4 thế hệ thì tỉ lệ thể dị hợp ,đồng hợp trội, đồng hợp lặn là bao nhiêu %

* Phương pháp giải:

-Tỉ lệ thể dị hợp (Aa):

% 5625 1 25 16

1

% 25 2

1 2































n

-Tỉ lệ phần trăm thể đồng hợp trội (AA):

71875 86 71875 11

% 75 2

5625 1 25

% 75 2

2

1





























y y

x

n

- Tỉ lệ phàn trăm thể đồng hợp lặn (aa):

71875 11 71875 11 0 2

2

1























y y

z

n

b.2 Loại kiểu gen Aa và aa

* VD: Một quần thể thực vật có 80% là thể dị hợp (Aa), 20% là thể đồng hợp lặn (aa), nếu cho tự thụ phấn qua 4 thế hệ thì tỉ lệ phần trăm thể đồng hợp trội, thể đồng hợp lặn và thể dị hợp là bao nhiêu?

* Hướng dẫn giải:

- Tỉ lệ thể dị hợp (Aa) khi tự thụ phấn qua 4 thế hệ là:

% 5 16

80 80 2

1 2





























n

- Tỉ lệ thể đồng hợp trội(AA) khi tự thụ phấn qua 4 thế hệ là:

% 5 37 2

80 16

1 80 0 2

2

























y y

x

- Thể đồng hợp lặn (aa) khi tự thụ phấn qua 4 thế hệ:

% 5 57 2

80 16

1 80 20 2

2

























y y

z

C Dạng thứ 3:

Có 3 loại kiểu gen là : AA Aa, aa

Dạng này trong thực tiễn quần thể là phổ biến quần thể rất đa dạng kiểu gen,kiểu hình

Bài toán dạng này học sinh cũng thường hay mơ hồ, làm mò vì không biết công thức tính nên tôi mạnh dạn đưa công thức giảng dạy cho học sinh cho học sinh đặc biệt là học sinh yếu

Bài toán này có dạng tổng quát : xAA : y Aa : zaa với (x +y +z) = 1

Ví dụ:

Một quần thể thực vật ở thế hệ xuất phát có 20% kiểu gen AA,50% kiểu gen Aa và 30% kiểu gen aa, nếu cho tự thụ phấn bắt buộc qua 4 thế hệ thì tỉ lệ thể dị hợp và đồng hợp trội, đồng hợp lặn la bao nhiêu?

Hướng dẫn giải Khi quần thể tự thụ phấn qua 4 thế hệ thì:

-Tỉ lệ thể dị hợp = n









 2

1 y = 214









-Tỉ lệ thể đồng hợp trội (AA) = x +

2

2

1

y y

n













2

50 2

1 50 20

4

















- Tỉ lệ thể đồng hợp lặn (aa) = z +

2

2

Y











2

50 16

1













= 30 + 23 4375 = 53.4375

B.DẠNG BÀI TẬP QUẦN THỂ GIAO PHỐI TỰ DO NGẪU

NHIÊN I.Cơ sở khoa học

Dạng bài tập này trong sách giáo khoa cải cách ,và trong sách bài tập sinh học 12 hoàn toàn không có công thức, không có 1 loại bài tập nào và trong phân phối chương trình cũng không có 1 tiết nào dùng để rèn luyện loại bài tập này tuy nhiên những năm gần đây, trong thi tốt nghiệp và thi đại học, thi học sinh giỏi, bộ giáo dục có xu hướng hay ra,

do đó đa số học sinh rất ngơ ngát dạng bài tập này, đặt biệt là học sinh ở trường THPT bán công, chưa vận dụng được lý thuyết để giải các dạng bài tập mới này, phần lớn học sinh có học lực trung bình yếu thì công việc giáo viên hướng dẫn giải bài tập vô cùng vất vả nhưng hiệu quả lại đạt được không cao, chính vì vậy phải có một số kinh nghiệm để giảng loại bài tập này cho học sinh dễ hiểu, dễ nhớ, dễ vận dụng và phát huy được khả năng tự độc lập suy nghĩ của mình trong quá trình lĩnh hội tri thức

II.NỘI DUNG CỤ THỂ

1 Kinh nghiệm giảng dạy phần bài tập quần thể giao phối

Đối với loại bài tập này yêu cầu học sinh phải nắm vững các khái niệm quần thể tự phối, quần thể giao phối ,quần thể không giao phối, đặc trưng của quần thể, định luật HacĐi-VanBec(H-V), phương pháp chứng minh định luật, giới hạn định luật HacĐi-VanBec và các kiến thức di truyền học

2 Các phương pháp giải.

* Một số qui ước :

Gọi p là tần số alen A với : p + q = 1 => ( p(A) + q(a))2 = 1

Gọi q là tần số alen a

Ở một quần thể giao phối khi ở trạng thái cân bằng di truyền thì phùhợp công thức : p2AA + 2pqAa + q2aa = 1

Gọi N là tổng cá thể trong quần thể khảo sát

Gọi D là tỉ lệ cá thể đồng hợp trội kiểu gen : AA

Gọi H là tỉ lệ cá thể đồng hợp lặn kiểu gen : aa

Gọi R là tỉ lệ cá thể kiểu gen dị hợp : Aa

2.1 dạng 1: Cách tính tần số của gen trong quần thể

* Để dễ tính tần số alen trong quần thể khi biết được tỉ lệ kiểu hình (KH) và tỉ lệ kiểu gen (KG) ở dạng số lượng lớn tốt nhất ta đưa về dạng tỉ lệ phần trăm hoặc tỉ lệ dạng thập phân để dễ tính ,áp dụng công thức tổng quát: p2AA + 2pqAa + q2aa = 1

Cách tính tần số p, q

N

R D p

2

2 

 q H N R

2



a Hai alen nằm trên nhiễm sắc thể thường :

a.1 Alen trội lặn hoàn toàn :

Thí dụ A là trội hoàn toàn so với a

Nếu hai alen là trội hoàn toàn thì một cá thể có kiểu hình trội có thể có kiểu gen đồng hợp AA hay Aa Như vậy không thể tính được số cá thể trội có KG AA hay Aa Chỉ có cá thể mang tính trạng lặn thì ta mới biết chắc chắn KG là đồng hợp aa,do đó căn cứ trên các cá thể mang tính trạng lặn để tính tần số của gen

Gọi p là tần số gen A, q là tần số alen a

Nếu quần thể có sự cân bằng kiểu gen thì

Tần số của kiểu gen aa là q2 => q = aa

Thí dụ1 : trong một quần thể có số cá thể mang tính trạng trội có tỉ lệ 75% tỉ lệ của các cá thể mang tính trạng lặn là 25% Tính tần số alen của quần thể

* Phương pháp giải:

ta có: q2 = 0.25 suy ra q = 0.5 do đó p = 1 - q = 1 - 0.5 = 0.5

Thí dụ 2 :Trong một đàn bò có 64 % bò lông đỏ và 36% bò lông khoang Gen A quy định màu lông đỏ trội hoàn toàn so với gen a quy định màu lông khoang Hãy xác định tần số tương đối của alen A, alen a trong đàn bò trên ( trích đề thi tốt nghiệp THPT phân ban năm 1997-1998)

* Phương pháp giải

a-Theo công thức : p2 AA + 2pqAa +q2 aa =1, có thể suy ra:

b-Tần số tương đối của alen a: q2 = 0.36 suy ra q = 0.6 (vì bò lông khoang thuần chủng lặn)

c-Tần số tương đối của alen A :p = 1 – q = 1 – 0.6 = 0.4

a.2 Trội lặn không hoàn toàn

* Dạng toán này chỉ cần biết tỉ lệ kiểu hình thì biết tỉ lệ kiểu gen, khi tính tần số ta áp dụng công thức trên

* Ví dụ : Ở loài bò sừng ngắn, kiểu gen RR qui định tính trạng lông đỏ, rr gây ra tính trạng lông trắng, kiểu gen Rr có tính trạng lông lang trắng đỏ.Các gen nằm trên nhiễm sắc thể thường

Trong thung lũng miền trung California có một đàn bò 108 lông đỏ,

48 con lông trắng,144 con lông lang trắng đỏ.Tính tần số của gen R và r trong hệ gen của quần thể bò nói trên

Sự giao phối tự do và ngẫu nhiên trong quần thể xảy ra thì tần số của các kiểu gen ở thế hệ sau có thể như thế nào ?

Số cá thể mỗi loại kiểu hình ở thế hệ sau có thể như thế nào nếu so sánh với quần thể ban đầu ?Từ đó hãy cho biết quần thể ban đầu có sự cân bằng về kiểu gen hay không?

* Phương pháp giải:

+ Số cá thể trong quần thể ban đầu:108 bò lông đỏ kiểu gen

RR;144 bò lông lang trắng đỏ kiểu gen Rr; 48 bò lông trắng kiểu gen rr

Tổng số cá thể:108+144+48=300

-Tính tần số của alen R:

Có 108 bò lông đỏ kiểu gen RR nên có số alen R trong kiểu gen là:2 x 108 = 216 có 144 bò lang trắng đỏ kiểu gen Rr nên số alen R trong kiểu gen là: 144

Tổng số alen R trong quần thể :216+144 =360

Tổng số alen ( R + r ) trong quần thể : 300 x 2 = 600

Tần số alen R trong quần thể : 360 / 600 = 0.6 hay 60%

- Tính tần số alen r : 48 x 2 = 96 (có trong kiểu gen rr)

Số alen r trong kiểu gen Rr = 144

Tổng số alen r trong quần thể : 96 + 144 = 240

Tần số alen r trong quần thể : 240 /600 = 0.4 hay 40%

+ Gọi p là tần số của gen R, q là tần số của gen r trong quần thể Theo định luật Hacđi- Vanbec, tần số của các kiểu gen ở thế hệ sau là:

p2 = (0.6)2 = 0.36 RR q2 = (0.4)2 = 0.16 rr 2pq = 2 (0.6) (.04) = 0.48 Rr

+Nếu ở thế hệ sau số cá thể cũng là 300 thì

Số bò lông đỏ sẽ là : 0.36 x 300 = 108

Số bò lông lang trắng đỏ : 0.48 x 300 = 144

Số bò lông trắng : 0.16 x 300 = 48

Số cá thể giống như quần thể ban đầu do đó quần thể ban đầu có sự cân bằng về kiểu gen

b Gen nằm trên nhiếm sắc thể giới tính X.

b.1 Trội lặn hoàn toàn.

* Ở đa số các loài động vật con đực đều là dị giao tử XY chỉ mang

1 alen trên nhiễm sắc thể X là đã biểu hiện thành tính trạng do đó chỉ cần căn cứ trên số cá thể đực, cái trong quần thể để tính tần số của các gen

( với điều kiện tần số của các alen ở 2 giới đực cái như nhau )

* Ví dụ :

Ở ruồi giấm gen A qui định mắt đỏ trội hoàn toàn so với gen a qui định mắt trắng , gen chỉ liên kết trên nhiễm sắc thể giới tính X không liên

kết trên Y Một quần thể ruồi giấm có: 250 con đực mắt trắng, 250 con đực mắt đỏ, 250 con cái mắt đỏ thuần chủng, 250 con cái mắt đỏ dị hợp tìm tần số alen của quần thể trên

Hướng dẫn giải

- Từ giả thiết =>

+ 250 con đực mắt trắng có kiểu gen : XaY=> có 250 alen Xa + 250 con cái mắt đỏ dị hợp có kiểu gen : XAXa => có 250 alen Xa và250 alen XA + 250 con đực mắt đỏ có kiểu gen : XAY => có 250 alen XA

+ 250 con cái mắt đỏ thuần chủng cókiểu gen :XAXA => có 500 alen

XA vậy tổng số alen của quần thể là: 250 alen Xa + 250 alen Xa +

1000 alen XA = 1500 alen

Tần số alen a của quần thể là : 500/1500 = 0,3333

Tần số alen A của quần thể là: 1000/1500 = 0,6666

b.2 Trội không hoàn toàn

* Dạng bài toán này thường có nhiều kiểu gen và kiểu hình vì một số gen chỉ liên kết trên X không liên kết trên Y nên con đực chỉ cần có 1 alen là đã biểu hiện kiểu hình

* Ví dụ : Ơ Ûloài mèo nhà, cặp alen D, d qui định màu lông nằm trên nhiễm sắc thể giới tính X (DD: lông đen, dd : lông vàng, Dd: tam thể) Tong một quần thể mèo ở thành phố Luân Đôn người ta ghi được số liệu về các kiểu hình sau:

Tính tần số các alen trong quần thể ở điều kiện cân bằng

* Phương pháp giải:

Giải Qui ước gen:

* Thí dụ: ở loài mèo nhà ,màu lông chi phối bởi một cặp gen trội không hoàn toàn liên kết trên NST giới tính X

XD Y : lông đen XD XD : lông đen

Đực: Xd Y : lông vàng Cái Xd xd : lông vàng

XD Xd : tam thể

Gọi p là tần số của gen D, q là tần số của gen d

2 x số mèo cái đen + số mèo cái tam thể + số mèo đực đen

p =

2 x số mèo cái + số mèo đực

2 x số mèo cái vàng + số mèo cái tam thể + số mèo đực vàng

q =

2 x số mèo cái + số mèo đực

Tổng số alen D trong kiểu gen của mèo cái đen và mèo đực đen:

311 + 2 (227) + 54 = 919 Tổng số alen trong quần thể : 353 + 2 (338) = 1029

Do đó : Tần số của alen D: 919 : 1029 = 0.893

Tần số của gen d : 1 – 0.893 = 0.107

2.2 Dạng 2 : Cách tìm quần thể giao phối ở trạng thái cân bằng hoặc chưa cân bằng

* Dạng toán này khi đã biết tỉ lệ kiểu gen,kiểu hình để xác định quần thể ở trạng thái cân bằng hay chưa cân bằng học sinh cần áp dụng công thức

p2AA + 2pqAa + q2aa = 1 và p + q =1

* Ví dụ:Cho ba quần thể ban đầu có tỉ lệ kiểu gen là:

P1: 0,36AA : 0,48 Aa : 0,16aa

P2 : 0,04AA : 0,32Aa : 0,64aa