Lí do chọn đề tài: Qua một số năm dạy học môn Sinh học ở trường THPT, luyện thi cho họcsinh trong các kì thi tuyển sinh đại học khối B và thi học sinh giỏi các cấp, tôinhận thấy những nă
Trang 11 MỞ ĐẦU
1.1 Lí do chọn đề tài:
Qua một số năm dạy học môn Sinh học ở trường THPT, luyện thi cho họcsinh trong các kì thi tuyển sinh đại học khối B và thi học sinh giỏi các cấp, tôinhận thấy những năm gần đây bài tập liên quan đến giảm phân và thụ tinh bắtđầu được quan tâm khai thác sử dụng và được nhiều thầy cô, học sinh chú ý.Đặc biệt hiện nay kì thi học sinh giỏi (HSG) cấp tỉnh ở một số tỉnh trong đó cóThanh Hóa, nội dung thi đã chuyển sang chương trình lớp 10 và 11 thay chochương trình lớp 12 như trước đây Kì thi THPT Quốc gia năm nay và nhữngnăm sắp tới cũng bắt đầu tiếp cận chương trình lớp 10 và 11
Tuy nhiên, trên thực tế trong chương trình Sinh học phổ thông, học sinh córất ít thời gian trên lớp dành cho các giờ bài tập mà trong các đề thi học sinhgiỏi, đề thi THPT Quốc gia thì phần bài tập chiếm một tỉ lệ khá cao, trong đó cóbài tập liên quan đến giảm phân và thụ tinh
Đây là dạng bài tập tương đối hay và có vai trò quan trọng trong phát triển
tư duy sâu, suy luận khoa học cho học sinh Thực tế, khi tôi giảng dạy các dạng
bài tập giảm phân và thụ tinh đa số học sinh làm được một cách máy móc theocông thức, chỉ một số ít các em hiểu sâu sắc cơ chế để vận dụng giải bài tập mộtcách chính xác, linh hoạt
Vì vậy, khi dạy đội tuyển học sinh giỏi và ôn thi đại học tôi mong muốn cóđược một tài liệu nói đầy đủ, một cách có hệ thống về dạng bài tập này
Tôi mạnh dạn sưu tầm, tham khảo các tài liệu từ đồng nghiệp và tự rút kinhnghiệm trong giảng dạy để phân dạng và đưa ra phương pháp giải một số dạngbài tập giảm phân và thụ tinh để làm tài liệu phục vụ bản thân, đồng thời gópphần nhỏ cho đồng nghiệp trong việc tìm tòi, tham khảo tài liệu trong giảng dạy
Vì những lí do trên, tôi đã chọn đề tài “Một số phương pháp giải các dạng bài tập giảm phân và thụ tinh không có đột biến”.
1.2 Mục đích nghiên cứu:
- Từ nội dung đề tài đề xuất áp dụng phương pháp giải một số dạng bài tập
giảm phân và thụ tinh không có đột biến, giúp học sinh có kĩ năng giải đúng,
giải nhanh các dạng bài tập này ở bậc THPT
- Giúp các đồng nghiệp tham khảo để có thể vận dụng tốt hơn trong côngtác giảng dạy các bài tập giảm phân và thụ tinh không có đột biến
1.3 Đối tượng nghiên cứu:
Xây dựng phương pháp giải các dạng bài tập giảm phân và thụ tinh không
có đột biến ở đội tuyển HSG trên máy tính cầm tay qua các năm (2010 – 2011);(2013 – 2014); (2016 – 2017); đội tuyển HSG văn hóa năm (2017 – 2018); và ônthi đại học các lớp 12 được phân công giảng dạy
Các dạng bài tập gồm:
Trang 2- Dạng 1: Xác định số nhiễm sắc thể (NST) đơn, số NST kép, số sợicromatit, số tâm động qua các kì giảm phân.
- Dạng 2: Xác định số giao tử được sinh ra trong giảm phân
- Dạng 3: Tính hiệu suất thụ tinh và số hợp tử được tạo thành
- Dạng 4: Xác định số NST đơn môi trường cần cung cấp cho quá trìnhgiảm phân tạo giao tử
- Dạng 5: Xác định số thoi phân bào hình thành và bị phá hủy trong quá
trình giảm phân
- Dạng 6 Xác định số loại giao tử và tỉ lệ mỗi loại giao tử được tạo thành
Số tổ hợp giao tử và số kiểu tổ hợp giao tử khác nhau:
+ Khi không có trao đổi chéo
+ Khi có trao đổi chéo: Tại một điểm, tại hai điểm không đồng thời, traođổi chéo kép
- Dạng 7: Xác định nguồn gốc NST trong quá trình giảm phân và hìnhthành giao tử
1.4 Phương pháp nghiên cứu:
- Kết hợp giữa cơ sở lí luận và phương pháp phân tích, tổng hợp lí thuyết,
phương pháp thống kê thực nghiệm
- Nhận dạng từng dạng bài tập đã nêu trên, vận dụng linh hoạt các bước giảitoán, đưa ra phương pháp tính toán tối ưu, chính xác
- Vận dụng các phương pháp dạy học phù hợp các dạng bài tập giảm phân
và thụ tinh trên từng đối tượng học sinh
- Sử dụng các dạng bài tập cụ thể để kiểm tra, đánh giá mức độ nhận thức,mức độ hình thành kĩ năng của các đối tượng học sinh
- Rút kinh nghiệm, khắc phục tồn tại và bổ sung phương pháp cho học sinhtiếp cận kiến thức một cách phù hợp
Trang 32 NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận:
2.1.1 Quá trình giảm phân:
- Xảy ra ở tế bào sinh dục chín
- Gồm 2 lần phân bào nhưng chỉ có một lần ADN, NST nhân đôi Tại kìtrung gian trước lần phân bào I, các NST được nhân đôi thành NST kép MỗiNST kép gồm 2 nhiễm sắc tử (cromatit) đính với nhau tại tâm động
- Qua giảm phân: một tế bào mẹ ban đầu bị phân chia thành 4 tế bào con,mỗi tế bào con có bộ NST giảm đi một nửa so với tế bào mẹ
a Giảm phân I:
Kì đầu I NST kép bắt cặp với nhau thành từng cặp NST kép tương đồng,
có thể xảy ra trao đổi chéo các đoạn NST tương đồng giữa 2 sợicromatit không chị em với nhau (Sự trao đổi chéo này dẫn tớihoán vị gen) Sau khi tiếp hợp, các NST kép dần co xoắn, thoiphân bào hình thành, NST đính với sợi tơ vô sắc của thoi phân bàotại tâm động Cuối kì đầu, màng nhân và nhân con dần tiêu biến
Kì giữa I NST kép co xoắn cực đại và tập trung thành hai hàng trên mặt
phẳng xích đạo của thoi phân bào Dây tơ phân bào từ mỗi cực tếbào chỉ đính vào một phía của mỗi NST kép trong cặp tương đồng
Kì sau I Các NST kép trong từng cặp NST kép tương đồng tách nhau ra
và di chuyển về hai cực tế bào theo sự co rút của sợi tơ vô sắc
Kì cuối I NST kép dần dãn xoắn Màng nhân và nhân con dần xuất hiện,
thoi phân bào tiêu biến, sau đó là quá trình phân chia tế bào chấttạo nên 2 tế bào con có số lượng NST kép giảm đi một nửa
Sau khi kết thúc giảm phân I, các tế bào bước vào giảm phân II mà khôngnhân đôi
b Giảm phân II: (giống cơ chế nguyên phân)
Kì đầu II Màng nhân và nhân con tiêu biến, thoi phân bào hình thành
NST kép dần co xoắn
Kì giữa II NST kép co xoắn cực đại và tập trung thành một hàng trên mặt
phẳng xích đạo của thoi phân bào
Kì sau II Các sợi cromatit trên từng NST kép tách nhau ra trở thành NST
đơn và di chuyển về hai cực tế bào theo sự co rút của sợi tơ vô sắc
Kì cuối II NST đơn dần dãn xoắn Màng nhân và nhân con xuất hiện, thoi
phân bào tiêu biến
Tế bào mẹ 2 tế bào 4 tế bào mới
(2n đơn) (n kép) (n đơn)
Trang 4c Sự hình thành giao tử sau giảm phân:
- Ở cơ thể đa bào nhân thực, sau giảm phân hình thành giao tử:
+ Ở động vật:
* Đối với giới đực: 1 tế bào sinh tinh sau giảm phân tạo ra 4 tinh trùng.
* Đối với giới cái: 1 tế bào sinh trứng sau giảm phân tạo ra 1 trứng và 3
tế bào nhỏ khác (gọi là tế bào thể cực) không làm nhiệm vụ sinh sản Sau đó tinhtrùng (n) kết hợp với trứng (n) trong quá trình thụ tinh để ra hợp tử (2n)
Hình 1: Sơ đồ phát sinh giao tử ở động vật
+ Ở thực vật: Sau khi giảm phân các tế bào con phải trải qua một số lầnphân bào để hình thành hạt phấn hoặc túi phôi
d Ý nghĩa giảm phân:
- Sự phân li độc lập và tổ hợp tự do của các NST trong quá trình giảm phân
và thụ tinh tạo ra nguồn biến dị tổ hợp cung cấp nguyên liệu cho chọn lọc tựnhiên, giúp các loài có khả năng thích nghi với điều kiện sống mới
- Giảm phân kết hợp với thụ tinh và nguyên phân là cơ chế đảm bảo việcduy trì bộ NST đặc trưng và ổn định cho loài
e Hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo của cặp NST kép tương đồng
Trang 5Hình 2: Sơ đồ mô tả diễn biến hiện tượng trao đổi chéo tại một điểm trên
cặp NST
Trang 6Hình 3: Sơ đồ mô tả diễn biến hiện tượng trao đổi chéo tại hai điểm không cùng
lúc
Trang 7Hình 4: Sơ đồ mô tả diễn biến hiện tượng trao đổi chéo tại hai điểm đồng
thời trên 1 cặp NST
Trang 8Giả sử tập A có n phân tử (n ≥ 1) Mỗi tập con gồm k phần tử của A được
gọi là một tổ hợp chập k của n phân tử đã cho.
Ck
n = n!/ k!(n - k)!, với (0 ≤ k ≤ n) [3]
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm:
Khi dạy giải toán giảm phân và thụ tinh, học sinh hầu hết đã áp dụng đượccông thức để tính toán nhưng rất ít các em hiểu sâu sắc vấn đề, chưa nắm rõ diễnbiến của NST qua các kì trong giảm phân bình thường và không bình thường,chưa hiểu hết các dạng trao đổi chéo đơn, kép dẫn đến tính sai tỉ lệ giao tử tạora
2.3 Phương pháp giải bài tập liên quan đến giảm phân và thụ tinh không có đột biến:
2.3.1 Phương pháp chung:
* Dạng 1: Xác định số NST đơn, số NST kép, số sợi cromatit, số tâm động qua các kì giảm phân.
- Bước 1: Nhận dạng được các tế bào sinh dục đang ở kì nào của quá trình
giảm phân: Dựa vào sự biến đổi hình thái đề bài mô tả hoặc trên hình vẽ cho sẵn
để nhận định NST đang tồn tại ở kì nào trong giảm phân
- Bước 2: Xác định bài ra có bao nhiêu cặp NST đang hoạt động trong quá trình giảm phân (n = ?) Áp dụng kiến thức từ một tế bào sinh dục chín (2n) tiến hành giảm phân, dựa vào sự biến đổi hình thái: nhân đôi, phân li của NST qua các kì ta lập được bảng sau:
Kì Số NST đơn Số NST kép cromatit Số sợi Số tâm động
Kì trung gian (sau khi
Trang 9- Bước 3: Dựa vào bảng trên xác định được số NST đơn, số NST kép, sốsợi cromatit, số tâm động cụ thể trong tế bào qua các kì giảm phân theo yêu cầu
đề bài
* Dạng 2: Xác định số giao tử được sinh ra trong giảm phân
- Bước 1: Xác định số tế bào sinh dục đó là tế bào sinh tinh hay tế bào sinhtrứng
- Bước 2: Tính số giao tử tạo ra trong quá trình giảm phân
+ Nếu là a tế bào sinh dục cái sẽ tạo ra a tế bào trứng và 3a thể địnhhướng
+ Nếu là a tế bào sinh tinh qua giảm phân thì tạo ra 4a tinh trùng
Chú ý: Nếu tế bào sinh dục sơ khai nguyên phân k lần thì tế bào mẹ ban
đầu tạo ra 2k số tế bào sinh tinh/sinh trứng được sinh ra, sau đó mới áp dụngcông thức trên
* Dạng 3 Hiệu suất thụ tinh và số hợp tử được tạo thành:
- Bước 1: Xác định tổng số tê bào tham gia vào quá trình thụ tinh
- Bước 2: Tính tổng số giao tử được sinh ra trong giảm phân
- Bước 3: Tính số giao tử được thụ tinh, hiệu suất thụ tinh và hợp tử tạothành:
+ Nếu bài toán cho trước số hợp tử được tạo thành ta tính được số giao tửđược thụ tinh Trong quá trình thụ tinh, một trứng (n) kết hợp với 1 tinh trùng(n) tạo ra hợp tử (2n)
* Số hợp tử = số tinh trùng được thụ tinh = số trứng được thụ tinh
* Hiệu suất thụ tinh: là tỉ số phần trăm giữa giao tử được thụ tinh trêntổng số giao tử được tạo ra
* Hiệu suất thụ tinh của tinh trùng = tỉ số phần trăm giữa số tinh trùngđược thụ tinh/tổng số tinh trùng hình thành
* Hiệu suất thụ tinh của trứng = tỉ số phần trăm giữa số trứng được thụtinh/tổng số trứng hình thành
+ Nếu bài toán cho trước hiệu suất thụ tinh: Ta tính ngược lại thu được sốgiao tử được thụ tinh từ đó tính được số hợp tử tạo thành
* Dạng 4: Xác định số NST đơn môi trường cần cung cấp cho quá trình giảm phân tạo giao tử:
Số NST môi trường cung cấp cho các tế bào sinh giao tử giảm phân tạogiao tử:
- Bước 1: Xác định bộ NST lưỡng bội của loài
- Bước 2: Xác định số lượng tế bào sinh dục chín tham gia vào quá trìnhgiảm phân
- Bước 3: Áp dụng công thức tính số lượng NST đơn môi trường cung cấpcho giảm phân
Trang 10+ Nếu các tế bào đều là tế bào sinh dục chín:
Gọi số tế bào sinh dục chín là a → số NST trong tế bào ban đầu là a.2n;
Số giao tử tạo ra là 4a → Số NST trong các giao tử là 4.a.n → Số NST môi trường cung cấp cho các tế bào sinh giao tử giảm phân tạo giao tử: 4.a.n – a.2n = a.2n
+ Nếu các tế bào là những tế bào sinh dục sơ khai:
Gọi a là các tế bào sinh dục sơ khai nguyên phân x lần liên tiếp ở vùng sinh sản tạo ra a.2 x tế bào con, sau đó lớn lên ở vùng sinh trưởng và đều được
chuyển sang vùng chín giảm phân tạo giao tử Ta có tổng số NST chứa trong a
tế bào sinh dục sơ khai lúc đầu là a.2n Tổng số NST chứa trong toàn bộ các giao tử (kể cả thể định hướng nếu có) là 4.a 2 x n.
Vậy số NST môi trường cung cấp cho các tế bào sinh dục sơ khai lớn lênthành tế bào sinh dục chín giảm phân tạo giao tử:
4.a 2x n - a.2n = a.2n.(2x+1 – 1)
+ Ta có thể tính bằng số NST môi trường cung cấp cho các tế bào sinhdục sơ khai lớn lên thành tế bào sinh dục chín giảm phân tạo giao tử:
Số NST môi trường cung cấp cho vùng sinh trưởng + Số NST môitrường cung cấp cho vùng chín = a.2n.(2x – 1) + a 2x.2n = a.2n.(2x+1 - 1)
* Dạng 5: Xác định số thoi phân bào xuất hiện và bị phá hủy trong quá trình giảm phân:
- Bước 1: Xác định số tế bào sinh tinh, số tế bào sinh trứng
- Bước 2: Áp dụng công thức tính: Mỗi tế bào sinh tinh và sinh trứng qualần giảm phân I và II xuất hiện (phá hủy) 3 thoi vô sắc (1 thoi vô sắc lần giảm
phân I và 2 thoi vô sắc lần giảm phân II)
+ Nếu a tế bào giảm phân tạo giao tử thì số thoi phân bào hình thành là: 3a.+ Nếu có a.2k tế bào tham gia giảm phân tạo giao tử thì số thoi phân bào hình thành là 3.a.2k
+ Tổng số thoi phân bào được hình thành (trong quá trình tạo giao tử từ các
tế bào sinh dục sơ khai) là:
a (2x -1) + 3.a.2x
* Dạng 6: Xác định số loại giao tử và tỉ lệ mỗi loại giao tử được tạo thành Số tổ hợp giao tử và số kiểu tổ hợp giao tử khác nhau.
- Khi không có trao đổi chéo:
Bước 1: Xác định số cặp NST trong tế bào
Bước 2: Xác định số cặp NST có cấu trúc đồng dạng
Bước 3: Áp dụng công thức:
+ Bộ NST 2n → có n cặp NST trong đó 2 NST của cặp là khác nhau,mỗi cặp tạo 2 loại giao tử và có n cặp sẽ tạo 2n loại giao tử, tỉ lệ mỗi loại giao tử
Trang 11được tạo thành là 1/2n, số tổ hợp giao tử là 2n 2n = 4n, số kiểu tổ hợp NST khácnhau: 3n
+ Nếu cặp nào đó mà 2 NST của cặp có cấu trúc giống hệt nhau thì tạo
ra một loại giao tử duy nhất
+ Do đó nếu không có trao đổi chéo, có y cặp NST đồng dạng trong tổng
số n cặp NST thì số loại giao tử là: 2n – y 1y (n : số cặp NST; y: số cặp NSTđồng dạng; n-y: số cặp NST có cấu trúc khác nhau)
+ Riêng ở Ong, giới đực có bộ NST là n nên tạo 1 loại giao tử duy nhất,
ở Châu chấu giới đực XO có giao tử O (không chứa NST giới tính là một loạigiao tử bình thường)
- Khi có trao đổi chéo tại một điểm:
Bước 1: Xác định số cặp NST giảm phân không có trao đổi chéo, và có traođổi chéo
Bước 2: Áp dụng công thức:
+ Xét 1 cặp NST gồm 2 NST có cấu trúc khác nhau giảm phân và trao
đổi chéo tại 1 điểm sẽ tạo ra: 4 loại giao tử (2 giao tử bình thường, 2 giao tử trao
đổi chéo)
+ Xét k cặp NST gồm 2 NST có cấu trúc khác nhau giảm phân và trao
đổi chéo tại 1 điểm sẽ tạo ra: 4 k loại giao tử.
n – k cặp còn lại không trao đổi chéo thì sẽ tạo ra 2 n-k
Tổng số loại giao tử tối đa được tạo ra là : 2 n-k ×4 k = 2 n+k
Tỉ lệ mỗi loại giao tử được tạo thành là: 1/ 2 n+k
- Khi có trao đổi chéo tại hai điểm không đồng thời:
Bước 1: Xác định số cặp NST giảm phân không có trao đổi chéo và có traođổi chéo
Bước 2: Áp dụng công thức:
+ Xét 1 cặp NST gồm 2 NST có cấu trúc khác nhau giảm phân và trao
đổi chéo tại 2 điểm không cùng lúc sẽ tạo ra: 6 loại giao tử.
+ Xét bộ NST gồm n cặp tương đồng, trong đó có k cặp NST gồm 2NST có cấu trúc khác giảm phân và trao đổi chéo tại 2 điểm sẽ tạo
ra 6 k loại giao tử.
n- k cặp còn lại không trao đổi chéo thì sẽ tạo ra 2 n-k
Tổng số giao tử tối đa được tạo ra là : 2 n-k ×6 k loại giao tử.
- Khi có trao đổi chéo tại hai điểm cùng lúc (trao đổi chéo kép):
Bước 1: Xác định số cặp NST giảm phân không có trao đổi chéo, và có traođổi chéo
Bước 2: Áp dụng công thức:
+ Xét 1 cặp NST gồm 2 NST có cấu trúc khác giảm phân và trao đổichéo tại 2 điểm không cùng lúc sẽ tạo ra 8 loại giao tử: 2 giao tử không trao đổi
Trang 12chéo, 2 giao tử trao đổi ở vị trí số 1, 2 giao tử trao đổi ở vị trí số 2, 2 giao tử traođổi chéo tại 2 điểm.
+ Xét bộ NST gồm n cặp tương đồng, với k cặp NST gồm 2 NST có cấu
trúc khác nhau giảm phân và trao đổi chéo kép sẽ tạo ra 8 k loại giao tử.
n- k cặp còn lại không trao đổi chéo thì sẽ tạo ra 2 n-k
Tổng số giao tử tối đa được tạo ra là : 2 n-k ×8 k
+ Số loại tổ hợp giao tử = số loại giao tử cái × số loại giao tử đực
* Dạng 7: Xác định nguồn gốc NST trong quá trình giảm phân hình thành giao tử:
Bước 1: Xác định bộ NST 2n
Bước 2: Áp dụng công thức tính:
- Số loại giao tử tạo ra tối đa khác nhau về nguồn gốc NST là: 2n
- Số tổ hợp các loại giao tử qua thụ tinh là 4n
- Vì mỗi loại giao tử chỉ mang n NST từ n cặp NST tương đồng, cơ thể mỗibên nhận từ bố hoặc mẹ ít nhất là 0 NST và nhiều nhất là n NST
→ Số loại giao tử mang a NST của bố hoặc mẹ là: Ca
→ Xác suất của một tổ hợp có a NST của ông (bà) nội và b NST từ ông(bà) ngoại là: Ca
+ Số nhiễm sắc thể và số cromatit ở kì giữa I
+ Số NST và số tâm động trong tế bào ở kì sau I
+ Số nhiễm sắc thể và số tâm động, số cromatit trong tế bào ở kì cuối II
Phương pháp giải: