Vận dụng di truyền quần thể để tính nhanh tỉ lệ kiểu gen, kiểu hình trong một số bài tập di truyền

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 3 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM VẬN DỤNG DI TRUYỀN QUẦN THỂ ĐỂ TÍNH NHANH TỈ LỆ KIỂU GEN, KIỂU HÌNH TRONG MỘT SỐ BÀI TẬP DI TRUYỀN Người t

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 3

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

VẬN DỤNG DI TRUYỀN QUẦN THỂ ĐỂ TÍNH NHANH

TỈ LỆ KIỂU GEN, KIỂU HÌNH TRONG MỘT SỐ

BÀI TẬP DI TRUYỀN

Người thực hiện: Thiều Thị Tâm Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc môn: Sinh học

THANH HÓA NĂM 2016

MỤC LỤC

1 MỞ ĐẦU 2

1.1 Lý do chọn đề tài 2

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu 3

1.4 Phương pháp nghiên cứu 3

2 NỘI DUNG 3

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm 3

a Gen nằm trên NST thường 4

b Gen trên NST giới tính 4

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 5

2.3 Phương pháp ứng dụng di truyền học 6

2.3.1 Gen nằm trên NST thường 6

a Với bài toán lai một cặp tính trạng 6

b Lai một tính trạng nhưng có hiện tượng tương tác gen 7

c Lai hai hay nhiều cặp tính trạng 8

d Các cặp gen nằm trên các cặp NST thường tương tác và 10

2.3.2 Gen nằm trên NST giới tính 11

2.4 Công thức tổng quát 12

2.4.1 Gen quy định tính trạng nằm trên NST thường 12

a Đối với bài toán cho tự thụ phấn (tự phối) 12

b Đối với bài toán giao phấn (giao phối) 12

2.4.2 Gen quy định tính trạng nằm trên NST giới tính 13

2.5 Bài tập vận dụng 13

2.6 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm 16

3 KẾT LUẬN 18

3.1 Kết luận 18

3.2 Kiến nghị 18

PHỤ LỤC 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, chương trình bộ môn Sinh học đã được chuyển sang phươngpháp thi bằng hình thức trắc nghiệm khách quan (đối với kỳ thi Đại học – Caođẳng) và phương pháp thi tự luận (đối với các kỳ thi học sinh giỏi cấp trường,cấp Tỉnh, cấp Quốc gia), vì vậy việc tìm ra phương pháp giảng dạy giúp họcsinh vận dụng vào làm bài thi trắc nghiệm một cách hiệu quả là rất quan trọng.Trong đó việc tìm ra phương pháp giải bài tập một cách nhanh nhất, có hiệu quảnhất trong thi cử đang là nhu cầu cần thiết của giáo viên cũng như học sinh Bởithời lượng phân bố trong việc hoàn thành một câu trắc nghiệm trong kiểm tra,thi thường là rất ngắn (trung bình khoảng 1,8 phút/1câu)

Trong chương trình sinh học phổ thông, di truyền học là một phần rấtquan trọng, chiếm 50% thời lượng của chương trình sinh học lớp 12 Cơ chế ditruyền, biến dị phân tử, tế bào, cá thể, quần thể là những kiến thức phức tạp vàtrừu tượng đối với học sinh Trong đó có di truyền học, đặc biệt là bài tập ditruyền tổng hợp đòi hỏi học sinh phải biết vận dụng vào giải quyết thật nhanhnhững bài toán Nếu dạy theo phương pháp truyền thống (lập bảng), một bàitoán di truyền thì học sinh phải biết biện luận, viết sơ đồ lai thật dài thì có thểmới thu được kết quả tỷ lệ kiểu gen, kiểu hình đúng nên mất quá nhiều thời gian

và kết quả không chính xác Trên cơ sở đó, cùng với kinh nghiệm giảng dạy của

bản thân tôi mạnh dạn đưa ra một số kinh nghiệm trong “Vận dụng di truyền

quần thể để tính nhanh tỉ lệ kiểu gen, kiểu hình trong 1 số bài tập di truyền”

1.2 Mục đích nghiên cứu.

- Giúp học sinh lớp 12 học môn sinh học có thêm được các kiến thức và

kỹ năng cơ bản trong việc giải nhanh, chính xác các bài tập phần qui luật ditruyền

- Tìm ra cho mình 1 phương pháp để có các phương pháp giảng dạy phùhợp với đối tượng học sinh nơi mình công tác, tạo ra không khí hứng thú và lôicuốn nhiều học sinh tham gia giải các bài tập, giúp các em đạt kết quả cao trongcác kỳ thi

- Được nghe lời nhận xét góp ý từ đồng nghiệp, đồng môn

- Nâng cao chất lượng học tập bộ môn qua đó nâng cao kết quả học tậpcủa đối tượng học sinh thi vào các trường Đại học, cao đẳng và học sinh giỏi

- Mong muốn được HĐKH các cấp nhận xét, đánh giá, ghi nhận kết quả

nỗ lực của bản thân giúp cho tôi có nhiều động lực mới hoàn thành tốt nhiệm vụđược giao

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Bản thân hiện đã và đang hướng dẫn trên đối tượng học sinh lớp 11C7 –trường THPT Yên Định 3, hầu hết các em đều có nguyện vọng thi vào đại họckhối B, 1số đã được chọn vào đội tuyển học sinh giỏi cấp Tỉnh

Tôi chia thành 2 nhóm đối tượng: nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

- Phương pháp áp dụng vào việc:

+ Ôn tập chính khóa và ôn thi tốt nghiệp (chỉ là phụ)

+ Ôn thi học sinh giỏi và ôn thi vào đại học – cao đẳng (là chính )

- Chia thành 2 nhóm đối tượng:

+ Nhóm đối chứng: thực hiện theo phương pháp: lập bảng

+ Nhóm thực nghiệm : thực hiện theo phương pháp: Vận dụng di truyềnquần thể để tính nhanh tỉ lệ kiểu gen, kiểu hình trong 1 sô bài tập di truyền

2 NỘI DUNG.

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm.

- Quần thể là tập hợp cá thể cùng loài, chung sống trong một khoảngkhông gian xác định, tồn tại qua thời gian nhất định, giao phối với nhau để sinh

ra con cái (quần thể giao phối)

- Quần thể không phải là tập hợp các cá thể ngẫu nhiên, nhất thời Mỗiquần thể là một cộng có một lịch sử phát triển chung, có thành phần kiểu genđặc trưng và tương đối ổn định

- Về mặt di truyền học, người ta phân biệt quần thể tự phối và quần thểgiao phối

- Mỗi quần thể được đặc trưng bằng một vốn gen nhất định Vốn gen làtoàn bộ các alen của tất cả các gen trong quần thể

- Mỗi quần thể còn được đặc trưng bởi tần số tương đối của các alen, kiểugen và kiểu hình

- Tần số tương đối của các alen được tính bằng tỉ lệ giữa số alen được xéttrên tổng số alen thuộc một locut trong quần thể hay bằng tỉ lệ phần trăm số giao

tử mang alen đó trong quần thể

- Tỉ lệ của kiểu gen:

Số cá thể mang kiểu gen đó

Tỉ lệ kiểu gen = x 100%

Tổng số kiểu gen có trong quần thể

- Tần số tương đối của alen được tính theo công thức:

Số alen đang xét

Tần số alen = x 100%

Tổng số alen trong quần thể

a Gen nằm trên NST thường

* Quần thể nội phối (tự thụ phấn, tự phối)

Xét 1 gen gồm 2 alen A và a Giả sử QT ban đầu có 100% Aa với n: số

n y AA = x +

1 1 2 2

n

 

  

  y

* Quần thể ngẫu phối: ( Đinh luật Hacđi-Vanbec )

Ta có: xAA + yAa + zaa = 1 ; Nếu gọi p là tần số alen A, q là tần số alen a thì:

pA = x + 2y; qa = z + 2y

- Khi xảy ra ngẫu phối, quần thể đạt trạng thái cân bằng theo định luậtHacđi-Vanbec Khi đó thoả mãn đẳng thức: p2AA + 2pqAa + q2aa = 1, QT cânbằng  p + q = 1

b Gen trên NST giới tính

- Đối với 1 locus trên NST giới tính X có 2 alen sẽ có 5 kiểu gen: X X A A,

A a

X X , X X a a,X Y A , X Y a

- Các cá thể cái có 2 alen trên NST X vì vậy khi xét trong phạm vi giớicái thì tần số các kiểu gen X X A A, X X A a, X X a a được tính giống trường hợp cácalen trên NST thường, có nghĩa là tần số các kiểu gen ở trạng thái cân bằngHacdi – Vanbec là:

p2X X A A + 2pq X X A a+ q2 X X a a = 1

- Các cá thể đực chỉ có 1 alen trên X nên tần số các kiểu gen ở giới đực p

A

X Y+ qX Y a =1 (Khi xét chỉ trong phạm vi giới đực)

- Vì tỉ lệ đực : cái là 1: 1 nên tỉ lệ các kiểu gen trên mỗi giới tính phảigiảm đi một nửa khi xết trong phạm vi toàn bộ quần thể, vì vậy ở trạng thái cânbằng quần thể Hacdi – Vanbec, công thức tính kiểu gen liên quan đến locus gentrên NST trên NST X ( vùng không tương đồng) gồm 2 alen là:

0.5p2X X A A + pqX X A a+ 0.5q2X X a a + 0.5pX Y A + 0.5qX Y a = 1

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Trong các đề thi đại học hiện nay bài tập về quy luật di truyền tổng hợpchiếm số lượng lớn câu hỏi trong bài thi, xong nó thường phức tạp đòi hỏi họcsinh phải nhanh nhẹn và vận dụng thật tốt, nếu không nhạy bén trong giải quyếtbằng phương pháp giải nhanh thì gần như bài tập dạng này vô cùng khó khăncho học sinh Trong thực tế chương trình sinh học 12, số tiết bài tập khôngnhiều Vì vậy các em học sinh thường có tâm lí là bỏ qua phần kiến thức rấtquan trọng này

Những năm gần đây, với xu thế “đổi mới phương pháp dạy học”, hìnhthức thi trắc nghiệm khách quan (TNKQ) đã được đưa vào để thay thế hình thứcthi tự luận trong một số môn học, trong đó có môn Sinh học Với hình thức thitrắc nghiệm, trong một khoảng thời gian ngắn học sinh phải giải quyết được mộtlượng khá lớn các câu hỏi, bài tập Điều này không những yêu cầu học sinh phảinắm vững, hiểu rõ kiến thức mà còn phải thành thạo trong kĩ năng giải bài tập vàđặc biệt phải có phương pháp giải bài tập trắc nghiệm hợp lí Thực tế cho thấy

có nhiều học sinh có kiến thức vững vàng nhưng trong các kì thi vẫn không giảiquyết hết các yêu cầu của đề ra Lí do chủ yếu là các em vẫn tiến hành giải bàitập theo cách truyền thống, việc này làm mất rất nhiều thời gian nên từ đấykhông tạo được hiệu quả cao trong việc làm bài thi trắc nghiệm Vì vậy việc xâydựng và tìm ra các phương pháp giải nhanh bài tập sinh học là một việc rất cầnthiết để giúp các em học sinh đạt hiệu quả cao trong các kì thi Trong quá trìnhgiảng dạy của mình, đặc biệt là dạy ôn thi đại học, tôi nhận thấy khi sử dụng một

số kĩ năng toán học để giải quyết các bài tập đã tiết kiệm được rất nhiều thờigian Học sinh đã giải bài tập nhanh chóng và chính xác hơn trong việc lựa chọnđáp án đúng do không phải lập sơ đồ lai rất phức tạp, dễ nhầm lẫn

2.3 Giải pháp ứng dụng di truyền học quần thể để tính nhanh tỉ lệ kiểu gen, kiểu hình trong 1 số bài tập di truyền

2.3.1 Gen nằm trên NST thường

a Với bài toán lai một cặp tính trạng

* Tính trạng trội lặn hoàn toàn

- Một cặp tính trạng trội – lặn hoàn toàn được xác định bởi 2 alen A và a

- Với 2 alen A và a có 3 loại kiểu gen: AA, Aa và aa

- Trong kiểu gen AA có alen A = 100%, trong kiểu gen Aa có alen A =50%, alen a = 50%, kiểu gen aa có alen a = 100%

Ví dụ 1: Ở đậu Hà Lan: tính trạng hạt trơn do 1 gen quy định và trội hoàn toàn

so với gen quy định hạt nhăn Cho đậu hạt trơn lai với đậu hạt nhăn được F1đồng loạt trơn F1 tự thụ phấn được F2 thu được đậu hạt trơn và đậu hạt nhăn

a Cho các cây đậu F2 tự thụ phấn thu được F3 Tính tỉ lệ hạt trơn dị hợp trongtổng số hạt đậu trơn thu được ở F3?

b Cho các cây đậu hạt trơn F2 giao phấn ngẫu nhiên với nhau Tính tỉ lệ kiểuhình ở F3?

Hướng dẫn giải

a Bài toán lai một cặp tính trạng, khi lai hạt trơn với hạt nhăn thu được F1 100%cây hạt trơn  hạt trơn trội hoàn toàn so với hạt nhăn

Quy ước: A: hạt trơn; a: hạt nhăn

P: AA x aa  F1: Aa (100% hạt trơn), F1 tự thụ phấn được F2, F2 tiếp tục thụphấn được F3

Alen a = 32 21 = 31

Nhận xét: Nếu không sử dụng phương pháp quần thể để giải bài toán này

Sử dụng công thức quần thể tự thụ phấn (tự phối)

Cho F2 ngẫu phối aa = (1

3)2 = 1

9  vậy tỉ lệ kiểu hình sau khi cho hạt trơn F2 ngẫu phối là:

8 trơn: 1 nhăn

thì ta phải viết rất nhiều phép lai cho bài toán này, đồng thời phải qua nhiềubước tính toán mới ra được kết quả nhưng dễ nhầm lẫn.

b Lai một tính trạng nhưng có hiện tượng tương tác gen ( hai gen cùng quy định một tính trạng)

Hai gen cùng quy định một tính trạng có 4 alen gồm: A, a, B và b

- Về cặp Aa có 2 gen không alen A và a

- Về cặp Bb có 2 gen không alen B và b

Sử dụng trong tổ hợp về kiểu gen của 2 cặp gen như:

Tùy từng tỉ lệ của kiểu gen mà tỉ lệ các giao tử tương ứng là bao nhiêu

Ví dụ 2 (ĐH 2013): Một loài thực vật, khi cho giao phấn giữa cây quả dẹt với

cây quả bầu dục (P), thu được F1 gồm toàn cây quả dẹt Cho cây F1 lai vớicây đồng hợp lặn về các cặp gen, thu được đời con có kiểu hình phân li theo tỉ

lệ 1 cây quả dẹt : 2 cây quả tròn : 1 cây quả bầu dục Cho cây F1 tự thụ phấnthu được F2 Cho tất cả các cây quả tròn F2 giao phấn với nhau thu được F3.Lấy ngẫu nhiên một cây F3 đem trồng, theo lí thuyết, xác suất để cây này cókiểu hình quả bầu dục là

A 1/12 B 3/16 C 1/9 D 1/36

Hướng dẫn giải

P: quả dẹt x quả bầu dục  F1: quả dẹt

Cho F1 lai phân tích thu được Fb: 1 quả dẹt : 2 quả tròn : 1 quả bầu dục (F1 dịhợp 2 cặp gen (AaBb)  tương tác gen theo kiểu 9:6:1)

Với: 9A-B-: dẹt; 6(3A-bb + 3aaB-) tròn :1aabb bầu dục

Cho F1 tự thụ phấn: AaBb x AaBb  F2: 9A-B-: dẹt: 6(3A-bb + 3aaB-)tròn :1aabb bầu dục

Cho các cây quả tròn F2 gồm: 1AAbb: 2Aabb:1aaBB:2aaBb

Giả sử quần thể có cấu trúc di truyền: 1

3ab)2 = 1

9aabb

 đáp án C

c Lai hai hay nhiều cặp tính trạng

- Các cặp gen nằm trên các cặp NST thường, phân li độc lập

Hai cặp gen nằm trên hai cặp NST tương đồng được quy định+ Cặp thứ nhất: gồm 2 alen A và a (p1A + q1a = 1)

+ Cặp thứ hai: gồm 2 alen B và b (p2B + q2b = 1)

Khi ngẫu phối: (p1A + q1a)2 (p2B + q2b)2

= (p12AA:2p1q1Aa:q12aa) (p22BB:2p2q2Bb:q12bb) (với quần thể cân bằng)

Hoặc sử dụng bảng sau (quần thể không cân bằng hoặc quần thể cân bằng đều

Ví dụ 3: Cho đậu hà lan thuần chủng hạt vàng, vỏ trơn lai với hạt xanh, nhăn

được F1 Cho F1 lai với nhau được F2, cho các cây vàng, trơn F2 đem ngẫu phối

a Theo bài ra: Ptc: hạt vàng, trơn x hạt xanh, nhăn  F1: 100% vàng, trơn

Quy ước: A: vàng; a: xanh; B: trơn; b: nhăn

Cho F1 lai với nhau  F2: 9 vàng, trơn: 3 vàng, nhăn: 3 xanh, trơn: 1 xanh, nhănHạt vàng trơn F2 gồm: 1AABB, 2AABb, 2AaBB, 4AaBb

Cách 1: Xét quần thể có cấu trúc di truyền như sau:

1 9

1 9

9

2 9

2 9

1 9

= 4

81AAbb + 4

81Aabb = 8

81 đáp án C

Nhận xét: Nếu không sử dụng phương pháp này thi với câu a phải sử dụng đến

6 phép lai thì mới tìm ra kết quả Còn đối với câu b tùy yêu cầu của bài ta có thểtính nhanh các tỉ lệ tương ứng mà không phải thực hiện quá nhiều phép lai

d Các cặp gen nằm trên các cặp NST thường tương tác và liên kết hoàn toàn:

- Một tính trạng được di truyền theo kiểu tương tác gen

- Một tính trạng được di truyền theo kiểu trội lặn hoàn toàn (Menden)

 2 tính trạng này liên kết với nhau hoàn toàn

Ví dụ 4: Khi nghiên cứu về sự di truyền hai cặp tính trạng màu sắc hoa và kích

thước của thân, người ta cho giao phấn giữa cây hoa tím, thân cao và hoa trắng,thân thấp thu được F1 đồng loạt hoa tím thân cao Cho F1 tự thụ phấn F2 phân likiểu hình gồm: 2583 cây hoa tím, thân cao: 862 cây hoa vàng, thân thấp: 287cây hoa trắng, thân thấp: 859 cây hoa đỏ, thân cao Biết kích thước của thân domột cặp gen quy định Nếu cho cây hoa đỏ, thân cao F2 ngẫu phối thì tỉ lệ câyhoa trắng thân thấp là bao nhiêu?

Cao: thấp = (2583 + 859):(862+287) = 3:1 (quy luật phân li) Kiểu gen: Db x Dd

- Xét chung sự di truyền đồng thời 2 cặp tính trạng: (9:3:3:1)( 3:1) ≠ 9:3:3:1 

có hiện tượng di truyền liên kết gen hoàn toàn

 Một trong 2 cặp (Aa hoặc Bb) liên kết hoàn toàn với cặp gen Dd

Theo bài ra: có hoa tím, thân cao mà không có hoa tím, thân thấp  liên kếtđồng  Mặt khác: có hoa đỏ, thân cao là (aaB-,D-)  cặp Bd liên kết với cặp

Dd theo kiểu liên kết đồng Vậy kiểu gen F1 là: BD

Aa  (25%AA: 50%Aa: 25%aa) (2)

Từ (1) và (2)  cây hoa đỏ, thân cao là: BD

BDaa =25%.25% = 6,25%

BD

bd aa = 50%.25% = 12,5%

Nhận xét: Với dạng toán này gần như là dạng toán khó nhất trong di

truyền học Tuy nhiên để áp dụng quần thể trong đi tìm lời giải cho vấn đề nàythì bắt buộc học sinh phải biết cách biện luận nhanh bài toán để tìm ra quy luật

di truyền

2.3.2 Gen nằm trên NST giới tính

Gen nằm trên NST giới tính X mà không alen trên Y

Bước 1: tính riêng tần số alen ở mỗi giới

- Ở giới đồng giao tử XX: gen trên cặp này giống nằm trên NST thường

Với 2 alen A và a: thì cặp này có 3 kiểu gen: XAXA; XAXa; XaXa

Gọi cấu trúc di truyền là: x XAXA: y XAXa: z XaXa (với x + y + z = 1)

Bước 3: Tính tỉ lệ cần thiết theo yêu cầu của đề

Bước 4: lấy kết quả chia cho 2 (nếu bỏ qua giao tử Y)

Ví dụ 5: (ĐH 2013) Ở ruồi giấm, gen quy định màu mắt nằm trên vùng

không tương đồng của nhiễm sắc thể giới tính X có 2 alen, alen A quy địnhmắt đỏ trội hoàn toàn so với alen a quy định mắt trắng Lai ruồi cái mắt đỏ vớiruồi đực mắt trắng (P) thu được F1 gồm 50% ruồi mắt đỏ, 50% ruồi mắttrắng Cho F1 giao phối tự do với nhau thu được F2 Theo lí thuyết, trong tổng

số ruồi F2, ruồi cái mắt đỏ chiếm tỉ lệ

A 6,25% B 18,75% C 75% D 31,25%.

Hướng dẫn giải:

Theo bài ra: P: ruồi cái mắt đỏ x ruồi đực mắt trắng  F1: 50% mắt đỏ; 50%mắt trắng

 Ruồi cái mắt đỏ có kiểu gen XAXa

- Cho các cá thể giao phấn (giao phối) ngẫu nhiên

2.4.1 Gen quy định tính trạng nằm trên NST thường

a Đối với bài toán cho tự thụ phấn (tự phối)

Bước 1: chọn những kiểu gen liên quan đến yêu cầu của đề

Bước 2: Tính tỉ lệ từng kiểu gen, quy về 1(xAA: yAa: zaa = 1) với 0 ≤ x, y, z ≤ 1Bước 3: tính theo công thức:

b Đối với bài toán giao phấn (giao phối)

Bước 1: chọn những kiểu gen liên quan đến yêu cầu của đề

Bước 2: Tính tỉ lệ từng kiểu gen, quy về 1 (xAA: yAa: zaa = 1)với 0 ≤ x, y, z ≤ 1Bước 3: