Phương pháp giải bài tập di truyền quần thể dùng ôn thi học sinh giỏi và THPT quốc gia

Về nội dung kiểm tra bài cũ trong tiết học tập trung vào phần trọng tâm, đơngiản, phù hợp với trình độ học sinh.. Tránh dạy dàn trải làm lu mờ trọng tâm, không nhất thiết phải dạy tất cả

MỤC LỤC Trang 1……… Mục lục

Trang 2:……… Đặt vấn đề

Trang 3:……… Các giải pháp cải tiến

Trang 6:……… Nội dung “Phương giải bài tập di truyền…” Trang 19:……… Kết luận và bài học kinh nghiệm

Trang 21 ……….Tài liệu tham khảo

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

I- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong quá trình dạy học sinh học cũng như các bộ môn khác ở trường phổ thông,nhiệm vụ quan trọng là pháp triển tư duy cho học sinh Sinh học là môn khoa học thựcnghiệm và lý thuyết, vì thế bên cạnh việc nắm vững lý thuyết, người học còn phải biếtvận dụng linh hoạt sáng tạo kiến thức thu được thông qua hoạt động thực nghiệm, thựchành, giải bài tập Việc giải bài tập sinh học không những giúp rèn luyện kỹ năng vậndụng, đào sâu, mở rộng kiến thức đã học mà còn có tác dụng phát triển năng lực tư duytích cực, độc lập sáng tạo, năng lực quan sát, rèn luyện kĩ năng sinh học cho học sinh,giúp các em nâng cao hứng thú học tập Chính vì thế, việc giải bài tập sinh học ở trườngphổ thông giữ một vai trò quan trọng trong việc dạy và học sinh học, đặc biệt là việc sửdụng hệ thống câu hỏi và bài tập có sử dụng phương pháp dạy học theo hướng dạy họctích cực

Do đó việc nghiên cứu hệ thống các câu hỏi và bài tập trong dạy học sinh học,đặc biệt là các bài tập cần có kỹ năng lôgic nhằm giúp cho học sinh phát triển năngnhận thức và tư duy, góp phần đào tạo con người theo định hướng đổi mới giáo dục củaĐảng là sự cần thiết

Việc nghiên cứu các vấn đề về bài tập sinh học đã có nhiều tác giả quan tâm vàcũng có nhiều công trình được áp dụng ở các mức độ khác nhau, đề tài về di truyềnquần thể được nhắc đến nhưng chưa nhiều và có hệ thống

Tôi xin được trình bày những suy nghĩ và việc làm của mình trong những năm

học qua với đề tài "Phương pháp giải bài tập di truyền quần thể dùng ôn thi học sinh giỏi và THPT Quốc Gia ".

II.Mục đích yêu cầu và phạm vi áp dụng:

1.Mục đích yêu cầu :

-Nhằm giúp học sinh rèn luyện kĩ năng tư duy độc lập, kỹ năng tính toán suy luận lôgic.-Giúp các em chủ động làm các bài tập, không chỉ đơn thuần là các bài tập thầy giáo ratrên lớp, cho về nhà mà còn tự làm các bài tập ở các tài liệu, các đề thi đại học, caođẳng và đề thi học sinh giỏi các cấp

- Rèn luyện phương pháp chuyên môn và kiến thức chuyên sâu cho bản thân giáo viên

2.Phạm vi ứng dụng :

Bài tập di truyền quần thể là dạng bài tập hay, tương đối khó, đi sâu vào nghiêncứu thì nó sẽ phức tạp hơn nhiều, đòi hỏi phải tư duy lôgic tính toán khá nhiều Do vậynội dung đề tài chủ yếu dùng để ôn thi học sinh khá, giỏi trường THPT Lê Lợi thi họcsinh giỏi các cấp và ôn thi vào đại học, cao đẳng

III Đối tượng nghiên cứu và giới hạn đề tài :

1 Đối tượng nghiên cứu :Dùng để dạy các em học sinh ôn thi Đại học,cao đẳng

và thi học sinh giỏi cấp Tỉnh, Quốc gia

2.Giới hạn đề tài : Áp dụng dạy phần di truyền học quần thể quần thể cho việc

ôn thi Đại học,cao đẳng và thi học sinh giỏi cấp Tỉnh, Quốc gia

3.Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu về phương pháp dạy và học của GS Trần Bá Hoành, Bài tập di truyền của

Vũ Đức Lưu…

- Nghiên cứu cấu trúc đề thi của các kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp Tỉnh, Quốc gia và đềthi Đại học, cao đẳng

PHẦN II CÁC GIẢI PHÁP CẢI TIẾN

I NỘI DUNG CẢI TIẾN

Đổi mới phương pháp dạy học không chỉ thuần tuý là sự đổi mới cục bộ vềphương pháp giảng dạy, mà phải hiểu đổi mới phương pháp dạy học là sự đổi mới kếthợp lozic nhiều mặt, nhiều yếu tố thì mới tạo ra tính đồng bộ chung (đổi mới phươngpháp soạn - giảng, đổi mới ứng dụng công nghệ thông tin trong soạn - giảng, đổi mớicách kiểm tra đánh giá, kể cả đổi mới phong cách sư phạm ) Nhìn chung đổi mới vấn

đề gì thì cái đích cũng phải hướng tới mục tiêu là học sinh hiểu bài, học sinh chủ độngtham gia khai thác kiến thức và thể hiện khả năng của mình Trước hết theo tôi nghĩphải làm cách nào đó thu hút được học sinh học tập và yêu thích bộ môn mình đanggiảng dạy Làm được điều này sẽ là bước thành công đầu tiên trong quá trình đổi mới

1 Cải tiến việc kiểm tra bài cũ

Theo tôi đổi mới phương pháp dạy học phải được bắt đầu cả từ việc đổi mớiphương pháp kiểm tra bài cũ (từ nội dung đến hình thức) Kiểm tra bài cũ nếu chỉ ápdụng rập khuôn, đơn điệu thì sẽ không có tác dụng khuyến khích được việc học bài ởnhà của học sinh Tôi xin đưa ra một số giải pháp thay thế cách làm cũ trước đây bằngnhững hình thức kiểm tra mới mà tôi đã áp dụng trong năm học qua

1.1 Về nội dung kiểm tra bài cũ trong tiết học tập trung vào phần trọng tâm, đơn

giản, phù hợp với trình độ học sinh Nhận xét cho điểm khách quan (không quá khắtkhe nhưng cũng không quá dễ dãi), làm sao cốt yếu là để động viên, khích lệ tinh thầnhọc tập của học sinh

1.2 Để quản lý và khuyến khích việc học bài cũ của học sinh ở nhà, tôi đã tiến

hành thường xuyên phát đề cương về nhà làm những câu hỏi, bài tập xoáy sâu vào cácdạng bài tập di truyền quần thể Thông báo với học sinh đó là các câu hỏi, bài tập kiểmtra bài cũ vào buổi học hôm sau, học sinh thấy vậy sẽ cố gắng học thật tốt để hôm sauxung phong lên bảng lấy điểm Những học sinh khác ở dưới lớp giáo viên có thể kiểmtra nhanh bài chuẩn bị ở nhà và cũng có thể đánh giá cho điểm

1.3 Hoặc một hình thức khác để kiểm tra bài cũ: Phát trước câu hỏi kiểm tra bài

cũ cho các tổ về nhà chuẩn bị vào bảng phụ (nội dung ngắn gọn) Hôm sau đến lớp đưabảng phụ lên cho các tổ thảo luận để chấm điểm lẫn nhau, như vậy học sinh sẽ rất hănghái tìm tòi ra các nội dung kiến thức đúng sai để chấm điểm cho tổ khác Học sinh thấymình được đánh giá người khác đồng thời lại bị người khác đánh giá nên về nhà học bàirất kỹ Ngoài ra có thể kiểm tra bài cũ bằng phương pháp dùng câu hỏi trắc nghiệmkhách quan qua sự hỗ trợ của máy chiếu

2 Cải tiến nội dung bài dạy

Ở đây cải tiến nội dung bài học không phải là thay đổi nội dung của chương trình,sách giáo khoa mà là sự chọn lọc nội dung cơ bản của bài học đồng thời thực tế hoá cácnội dung đó

2.1 Giáo viên trước khi đến lớp phải chuẩn bị kĩ bài dạy Đặc biệt nên tìm tòi các

bài tập có liên quan đến bài học để tạo ra hứng thú cho học sinh khi học, đồng thời giúphọc sinh dễ hiểu và nhớ bài nhanh hơn Trong tiết học giáo viên nên cố gắng gắn lýthuyết bài học với thực tế sinh động, việc làm này rất hấp dẫn học sinh, có khi chỉ cầnmột liên hệ nhỏ mà học sinh đối chiếu với thực tế thấy đúng sẽ rất có tác dụng cho việchiểu và nhớ bài, còn hơn cứ thao thao nói suông hàng tràng kiến thức

2.2 Nội dung bài dạy tôi thống nhất cần được tinh giản nhưng không cắt xén,

bám sát chuẩn kiến thức, kĩ năng Nhấn mạnh trọng tâm, xoáy sâu những nội dung mấuchốt Tránh dạy dàn trải làm lu mờ trọng tâm, không nhất thiết phải dạy tất cả các đơn

vị kiến thức tại tiết học, có thể giao một số nội dung phù hợp với năng lực để học sinh

về nhà nghiên cứu, kiểm tra lại vào thời điểm thích hợp Bài dạy chúng tôi thiết kế cáchoạt động theo hướng tinh giản, dễ hiểu, dễ nhớ tránh nặng nề về lý thuyết, dành nhiềuthời gian cho hoạt động luyện tập, rèn luyện kĩ năng của học sinh

2.3 Tôi cũng xin lưu ý mỗi bài dạy ngoài nội dung kiến thức cần nghiên cứu thì

các hoạt động vào bài, chuyển tiếp cũng rất quan trọng, cần thiết Chính các hoạt động

ấy tạo ra tính liên tục, sự lozic của bài học và chương học, sự kế thừa kiến thức từ phầnnày sang phần kia, tạo nên sự mềm mại, uyển chuyển cho bài học tăng cường sức hấpdẫn của bài học Nhận thức rõ điều đó nên trong mỗi bài dạy tôi rất quan tâm đến hoạtđộng này, xem đây là sự đổi mới bắt buộc

3 Cải tiến phương pháp giảng dạy

3.1 Tuỳ từng nội dung kiến thức mà giáo viên phải chọn ra phương pháp dạy

học phù hợp chứ không phải loại bỏ hoàn toàn phương pháp dạy học truyền thống màkết hợp chúng với phương pháp dạy học mới Ví dụ những phần kiến thức mới có tínhtách biệt, độc lập mà học sinh không thể suy luận được thì vẫn phải dùng phương phápdạy học thuyết trình nhưng kết hợp trình chiếu các mô phỏng ảo, chẳng hạn công thứctổng quát…

3.2 Tăng cường tổ chức thảo luận nhóm, hợp tác nhóm nhỏ phương pháp dạy

học này phù hợp với các nội dung kiến thức mới, có tính tổng quát nhưng có liên quanđến phần bài học trước Như vậy học sinh đưa ra các ý kiến thảo luận thấy mình đượclàm chủ kiến thức, chính mình khám phá ra kiến thức mới Chính giáo viên đã tìm cáchkích thích học sinh phát huy óc sáng tạo, sự say mê và hứng thú trong học tập bộ môn.Học sinh là trung tâm giải quyết các vấn đề, thầy giáo chỉ là người hướng dẫn học sinhgiải quyết vấn đề

3.3 Để thu hút, ràng buộc sự tập trung của học sinh trong giờ học cũng như

kiểm tra mức độ hiểu và nắm bài tại lớp, cuối mỗi buổi dạy giáo viên gọi học sinh bất

kỳ đứng lên nhắc lại một số vấn đề cơ bản của bài học, kiểm tra bài tập xem học sinhvận dụng vào làm bài tập như thế nào?

3.4 Để học sinh có lòng yêu thích bộ môn Sinh học chúng tôi còn tổ chức các

tiết ôn tập có nội dung thiết thực vào thời gian gần các kỳ thi học kỳ hoặc cuối năm, đểthông qua đó cho học sinh ôn tập lại các kiến thức cơ bản

II NỘI DUNG “PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP DI TRUYỀN QUẦN THỂ”

A ĐẠI CƯƠNG VỀ QUẦN THỂ

I Định nghĩa: Quần thể là một tập hợp các cá thể cùng loài, cùng sống trong một

khoảng không gian xác định, vào một thời điểm xác định và có khả năng sinh racon cái để duy trì nòi giống

II Đặc trưng của quần thể

I.1 Quần thể giao phối ngẫu nhiên:

+ Các cá thể giao phối tự do và ngẫu nhiên với nhau

+ Quần thể giao phối rất đa dạng về kiểu gen và kiểu hình

+ Mỗi quần thể xác định được phân biệt với những quần thể khác cùng loài về vốn gen,thể hiện ở tần số các alen, tần số các kiểu gen

+ Tần số tương đối của các alen về một hoặc vài gen điển hình nào đó là dấu hiệu đặctrưng cho sự phân bố các kiểu gen và kiểu hình trong quần thể đó

I.2 Quần thể tự phối :

+ Quần thể tự phối ở thực vật là các quần thể thực vật tự thụ phấn Ở động vật là cácquần thể động vật lưỡng tính tự thụ tinh

+ Quần thể tự phối phân thành nhiều dòng thuần có kiểu gen khác nhau

+ Sự chọn lọc trong dòng thuần thường không hiệu quả

+ Tần số alen không thay đổi qua các thế hệ

+ Tần số kiểu gen thay đổi theo hướng giảm dần thể dị hợp và tăng dần thể đồng hợp.+ Các quần thể tự phối đều giảm mức độ đa dạng di truyền

B BÀI TẬP VỀ DI TRUYỀN CỦA QUẦN THỂ GIAO PHỐI NGẪU NHIÊN

Dạng 1 :Bài tập xác định số kiểu gen và kiểu giao phối tối đa trong quần thể giao phối ngẫu nhiên :

* Bài toán xác định số kiểu gen tối đa trong quần thể giao phối ngẫu nhiên :

Trường hợp 1: Các gen nằm trên NST thường, phân li độc lập:

Gọi r là số alen của một locut gen nào đó ta có:

Số kiểu gen tối đa trong quần thể:

2

) 1 (r+

r

Chú ý : với nhiều gen, các gen di truyền phân li độc lập thì số kiểu gen tối đa về

tất cả các locut gen đó là: tích số kiểu gen của từng locut gen riêng rẽ

Ví dụ (Trích đề thi đại học năm 2008) Ở người gen quy định màu mắt có 2 alen (A và

a), gen quy định dạng tóc có 2 alen (B và b), gen quy định nhóm máu có 3 alen (IA, IB,

Io) Cho biết các gen nằm trên các cặp NST thường khác nhau Số kiểu gen tối đa có thể được tạo ra từ 3 gen nói trên ở trong quần thể người là

][

2

) 1 2 (

] [

2

) 1 3 (

] = 54

Trường hợp 2 : Các gen nằm trên NST thường, liên kết gen (nhiều gen cùng nằm trên

1 NST): Gen I có r1 alen; gen II có r2 alen……gen n có rn cùng nằm trên 1 cặp NST→sốalen là r = r1 x r2….x rn Số kiểu gen tối đa trong quần thể là

2

) 1 (r+

r

Trường hợp 3 : Các gen nằm trên NST giới tính X không có alen trên Y

Xét một gen, có r alen nằm trên NST X không có alen tương ứng trên Y ta có số kiểu gen:

- Trên giới XX =

2

) 1 (r+

r

(Vì cặp NST tương đồng nên giống như trên NST thường)

- Trên giới XY = r ( vì alen chỉ có trên X,không có trên Y)

Tổng số kiểu gen tối đa trong quần thể =

2

) 1 (r+

r

+ r( Lưu ý trong trường hợp có nhiều gen cùng nằm trên NST X thì ta áp dụng số alen là r

= r1 x r2….x rn rồi mới áp dụng tính số kiểu gen trong quần thể )

Ví dụ (Trích đề thi đại học năm 2011) Trong quần thể của một loài thú, xét hai lôcut:

lôcut một có 3 alen là A1, A2, A3; lôcut hai có 2 alen là B và b Cả hai lôcut đều nằm trênđoạn không tương đồng của nhiễm sắc thể giới tính X và các alen của hai lôcut này liên kết không hoàn toàn Biết rằng không xảy ra đột biến, tính theo lí thuyết, số kiểu gen tối

đa về lôcut trên trong quần thể này là

= 27 Trường hợp 4: Các gen nằm trên NST giới tính Y không có alen trên X

-Nếu chỉ có gen nằm trên nhiễm sắc thể Y không có alen tương ứng nằm trên X

Xét một gen, có r là số alen của một locut gen nào đó thì ta có số kiểu gen tối đa trong quần thể là = r +1

Trường hợp 5 : Các gen nằm trên vùng tương đồng của NST giới tính X và Y

Xét một gen, có r alen nằm trên vùng tương đồng của NST X và Y thì số kiểu gen tối đatrong quần thể là:

- Giới XX: số kiểu gen

2

) 1 (r+

r

- Giới XY: số kiểu gen là r2

Tổng số kiểu gen trong quần thể là:

2

) 1 (r+

r

+ r2

Ví dụ 1 ( Trích đề thi đại học năm 2012) Trong quần thể của một loài động vật lưỡng

bội, xét một lôcut có 3 alen nằm trên vùng tương đồng của nhiễm sắc thể giới tính X và

Y Biết rằng không xảy ra đột biến, theo lí thuyết, số loại kiểu gen tối đa về lôcut trong quần thể là

+ 3x3 = 15

Ví dụ 2 ( Trích đề thi đại học năm 2013) Ở một loài động vật, xét hai lôcut gen trên

vùng tương đồng của nhiễm sắc thể giới tính X và Y, lôcut I có 2 alen, lôcut II có 3 alen.Trên nhiễm sắc thể thường, xét lôcut III có 4 alen Quá trình ngẫu phối có thể tạo ratrong quần thể của loài này tối đa bao nhiêu loại kiểu gen về ba lôcut trên?

Giải: * Xét locus I và II:

Số loại NST X: 2 x 3 = 6

Số loại NST Y: 2 x 3 = 6

Số lại kiểu gen XX: 6(6 1) 21

2 + = , số loại kiểu gen XY = 6 x 6 = 36 (vì đối với giới XYcòn có sự hoán đổi giữa X và Y) Tổng số kiểu gen 2 lôcus là 21 + 36 = 57

* Xét locus 4: Tổng số kiểu gen: 4(4 1)

k

(trong đó k là số kiểu gen)

Trường hợp 2: Các gen nằm trên NST thường có tính đến vai trò của bố và mẹ trong

các phép lai: Số kiểu giao phối tối đa trong quần thể là: k2 (trong đó k là số kiểu gen)

Trường hợp 3: Các gen nằm trên NST giới tính:

Số kiểu giao phối tối đa trong quần thể bằng tích số kiểu gen ở giới cái và số kiểu gen ở giới đực

Dạng 2 : Cách tính tần số tương đối của các alen của quần thể giao phối ngẫu nhiên Trường hợp 1 : Một gen có hai alen nằm trên NST thường

+ 2 alen trội, lặn không hoàn toàn

- Khi hai alen trong quần thể là đồng trội thì mỗi kiểu gen đều có kiểu hình khác

nhau, vì vậy có thể dựa vào số cá thể trong quần thể để tính tần số của mỗi kiểu gentương ứng

- Nếu đề thi cho số lượng ba kiểu hình tương ứng với ba kiểu gen khác nhau là AA,

Aa, aa Gọi N là toàn bộ cá thể của quần thể, x là số cá thể mang kiểu gen AA, y là số

cá thể mang kiểu gen Aa, z là số cá thể mang kiểu gen aa

Thành phần quần thể đang xét : x AA + y Aa + z aa = 1 ( x + y + z = 1)

- Gọi p là tần số alen A, q là tần số alen a:

+ 2 alen trội, lặn hoàn toàn:

- Nếu đề thi cho số lượng hai kiểu hình trội và lặn, hoặc chỉ cho tỉ lệ kiểu hình mangtính trạng lặn, ta phải căn cứ vào các cá thể mang tính trạng lặn để tính tần số các kiểugen Gọi p là tần số alen A, q là tần số alen a, nếu quần thể có sự cân bằng kiểu gen thìtần số kiểu gen aa là q2 Từ đó tính được q = q2 và p = 1- q

Trường hợp 2 : Gen nằm trên NST giới tính X (không có alen tương ứng trên Y) hoặc gen năm trên NST Y không có alen trên NST X

1 Cơ sở lí luận:

Xét một gen có 2 alen là A và a nằm trên nhiễm sắc thể giới tính X (Y không mang gentương ứng), con đực là XY, con cái là XX thì trong quần thể sẽ hình thành 5 kiểu genlà:XAXA, XAXa, XaXa, XAY, XaY

Gọi p là tần số alen A, q là tần số alen a ( p + q = 1)

NST X phân bố không đồng đều: 2/3 ở cơ thể cái, 1/3 ở cơ thể đực.Cho nên, các alentương ứng trong quần thể cũng phân bố không đồng đều ở cơ thể đực và cái

+ Cơ thể ♀: XAXA, XAXa, XaXa với tần số alen tương ứng là p2, 2pq, q2

+ Cơ thể ♂: XAY, XaY có tần số tương ứng là p,q

+ Tần số alen A ở cá thể ♀: p2 + pq; Tần số alen a ở cá thể ♀: pq + q2

+ Tần số alen A ở cá thể đực: p; Tần số alen a ở cá thể cái: q

Tần số chung của alen trong quần thể ở cả giới cái và đực là:

2.1 Bài tập về sự cân bằng di truyền của quần thể với những gen nằm trên NST giới

tính trong trường hợp tần số alen trội và lặn giống nhau ở hai giới

Ở phần này có thể có những dạng bài tập

- Xác định tần số alen, tần số phân bố các kiểu gen trong quần thể

- Xác định trạng thái cân bằng di truyền của quần thể

- Xác định số lượng gen lặn trong quần thể

- Xác định tỉ lệ kiểu hình, số lượng cá thể đực, cái trong quần thể…

Ví dụ 1: Ở một quần thể côn trùng ngẫu phối, giới đực có 10% con mắt trắng, ở giới cái

có 1% con mắt trắng, còn lại là những con mắt đỏ Hãy xác định tần số tương đối củacác alen và tần số phân bố của các kiểu gen trong quần thể Biết giới đực là XY

Giải: Theo bài ra trong quần thể côn trùng kiểu hình mắt trắng biểu hiện nhiều ở con

đực (XY) → chứng tỏ sự di truyền màu mắt liên kết với giới tính và gen quy định tínhtrạng mắt là gen lặn Quy ước:Gen A quy định mắt đỏ;Gen a quy định mắt trắng

- Trong quần thể có 10% con đực mắt trắng có kiểu gen XaY; 1% con cái mắt trắng cókiểu gen XaXa Ta có 10%XaY = 0,1Xa x Y (1)

+Tỉ lệ kiểu gen ở giới đực là: 0,9XAY : 0,1XaY

+ Tỉ lệ kiểu gen ở giới cái: 0,81XAXA : 0,18XAXa : 0,01XaXa

+ Tỉ lệ kiểu gen chung ở cả hai giới :

0,45XAY + 0,05XaY + 0,405XAXA + 0,09XAXa + 0,05XaXa = 1

2.1 Bài tập về sự cân bằng di truyền của quần thể với những gen nằm trên NST giới

tính trong trường hợp tần số alen trội và lặn khác nhau ở hai giới

Ví dụ 2: Trong một quần thể động vật có vú, tính trạng màu lông do một gen quy định,

đang ở trạng thái cân bằng di truyền Trong đó, tính trạng lông màu nâu do alen lặn (kíhiệu là fB) quy định được tìm thấy ở 40% con đực và 16% con cái Hãy xác định:

a Tần số của alen fB

b Tỉ lệ con cái có kiểu gen dị hợp tử mang alen fB so với tổng số cá thể của quần thể

c Tỉ lệ con đực có kiểu gen dị hợp tử mang alen fB so với tổng số cá thể của quần

thể.( Trích đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia)