Một số kinh nghiệm hướng dẫn học sinh giải các dạng bài tập cấu trúc di truyền quần thể ở trường THPT triệu s

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓATRƯỜNG THPT TRIỆU SƠN 5 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP CẤU TRÚC DI TRUYỀN QUẦN THỂ Ở TRƯỜNG THPT T

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT TRIỆU SƠN 5

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

MỘT SỐ KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP CẤU TRÚC DI TRUYỀN QUẦN THỂ

Ở TRƯỜNG THPT TRIỆU SƠN 5

Người thực hiện : Lê Quang HưngChức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh vực: Sinh học

THANH HÓA NĂM 2019

MỘT SỐ KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI

CÁC DẠNG BÀI TẬP CẤU TRÚC DI TRUYỀN QUẦN THỂ

Ở TRƯỜNG THPT TRIỆU SƠN 5

1 Mở đầu

1.1 Lí do chọn đề tài.

Từ năm 2007 Bộ GD & ĐT đã tổ chức thi đại học và cao đẳng bằng phươngpháp thi trắc nghiệm đối với môn sinh học Phương pháp thi này đã khai thác đượclượng lớn kiến thức sâu và mở rộng, đặc biệt là từ khi thay sách giáo khoa Do đó đểđem lại kết quả cao trong các kì thi thì học sinh phải hiểu, vận dụng các kiến thức đãhọc một cách thành thục mới đem lại kết quả cao trong các kì thi

Các năm gần đây trong các đề thi THPT Quốc gia của BGD - ĐT có câu bàitập về cấu trúc di truyền quần thể ở các mức độ kiến thức khác nhau (nhận biết, hiểu,vận dụng thấp, vận dụng cao), đặc biệt là các câu dạng bài tập vận dụng cao ở dạngđếm các đáp án đúng hoặc số đáp án sai chỉ có những học sinh khá giỏi có tư duy tốt,cần nhiều thời gian mới làm được Tuy nhiên việc yêu cầu kiến thức phần này ở mứcđộ vận dụng cao, nhưng tài liệu tham khảo viết chi tiết về phương pháp giải các dạngcòn hướng dẫn chung chung chưa cụ thể hoặc có tài liệu chỉ viết cho một phần nàođó

Trong các bài tập về môn sinh học nói chung và về dạng bài tập về di truyềnquần thể nói riêng việc hiểu bản chất hiện tượng sinh học rất quan trọng Nếu họcsinh không hiểu bản chất của các dạng bài tập thì khi vận dụng để giải sẽ khó xácđịnh phương án trả lời sai; hoặc câu hỏi có nhiều mệnh đề thì học sinh sẽ không xácđịnh được mệnh đề nào đúng, mệnh đề nào sai từ đó sẽ không chọn được phương ántrả lời đúng Nếu học sinh xác định được các dạng bài và cách giải từng dạng thuầnthục thì thực hiện tốt yêu cầu của đề bài ra, nên chọn phương án trả lời chắc chắn sẽchính xác

Trên cơ sở như vậy, để giúp học sinh nắm được phương pháp giải các dạng bàitập về cấu trúc di truyền quần thể một cách cơ bản, có hệ thống, xác định cho nhiềutrường hợp, dễ hiểu và đơn giản, áp dụng thuận lợi, đặc biệt tạo ra sự hứng thú chohọc sinh khi làm các bài tập về di truyền quần thể nên tôi đã lựa chọn đề tài sáng

kiến kinh nghiệm: “Một số kinh nghiệm hướng dẫn học sinh giải các dạng bài tập

cấu trúc di truyền quần thể ở trường THPT Triệu sơn 5”.

1.2 Mục đích nghiên cứu.

Giúp học sinh nắm được cơ sở của di truyền quần thể trong các trường hợpnhư: tính tần số các alen, tần số các kiểu gen, cấu trúc di truyền của quần thể tự phối

và giao phối ngẫu nhiên từ đó áp dụng vào hệ thống, phân loại và cách giải từngdạng bài tập di truyền quần thể

Đồng thời giúp học sinh hình thành kĩ năng làm các bài tập tích hợp từ đó các

em sẽ giải nhanh, và chọn được phương án đúng trong các kì thi, nhất là thi trắcnghiệm trong một thời gian ngắn nhất

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Nội dung chương 3, di truyền quần thể sinh học 12, trong đó phần quần thể tựphối và quần thể ngẫu phối là chủ yếu

Học sinh lớp 12 trường THPT Triệu Sơn 5 năm học từ 2018 - 2019

Hệ thống và xây dựng cách nhận biết, phương pháp giải, kĩ năng tính, chọn lọccác các bài toán có hệ thống trong giảng dạy, ôn thi học sinh giỏi, ôn thi đại học vàcao đẳng, ôn thi THPT Quốc gia

Trên cơ sở ôn cho học sinh thi học sinh giỏi, thi đại học và cao đẳng, khi dạyhọc ở THPT thì tôi thấy các em chưa nắm vững kiến thức về kỹ năng phân loại, nhậnbiết các dạng và cách giải từng dạng nên khi làm bài hay bị nhầm lẫn dẫn đến kết

quả không cao trong các kì thi Để cho học sinh học tốt, cần làm rõ các vấn đề:

- Xác định dạng quần thể là tự phối hay ngẫu phối?

- Xác định thế hệ quần thể đề bài yêu cầu cần tìm?

- Bài toán thuộc dạng nào? Bài toán phải sử dụng những kiến thức nào? Kĩnăng giải như thế nào?

- Xác định cấu trúc di truyền của từng loại quần thể? Các câu hỏi liên quanđến nội dung bài tập?

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

Xuất phát từ đối tượng và nhiệm vụ nghiên cứu, để đạt được mục đích đã đề ratrong quá trình nghiên cứu tôi đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

Nghiên cứu tài liệu: sách giáo khoa, sách giáo viên, tài liệu và sách tham khảo,

……

- Nghiên cứu và tổng kết kinh nghiệm giảng dạy

- Thực nghiệm sư phạm

- Phân loại, phân tích, tổng hợp và hệ thống lí thuyết

- Tổng hợp tài liệu tham khảo có nội dung liên quan tới nội dung SKKN

- Tổng hợp các dạng bài toán có liên quan đến nội dung nghiên cứu

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm.

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.

Dựa trên cơ sở sách giáo khoa ban cơ bản và nâng cao yêu cầu đối với học sinhTHPT

Dựa trên nội dung các bài tập trong sách bài tập sinh học 12 yêu cầu đối với họcsinh THPT

Dựa trên nội dung các câu hỏi và bài tập yêu cầu đối với thí sinh dự thi THPTQuốc gia các năm có liên quan đến nội dung nghiên cứu

Dựa trên các câu hỏi và bài tập trong các kì thi chọn học sinh giỏi tỉnh Thanh HóaTrên cơ sở như vậy, tôi thiết nghĩ đề tài sáng kiến kinh nghiệm này sẽ có ích cho họcsinh đang ôn thi THPT Quốc gia, dùng cho ôn thi học sinh giỏi, ôn thi đại học và caođẳng

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

Trong các bài toán về cấu trúc di truyền của quần thể luôn là dạng học sinhgặp rất nhiều khó khăn trong việc giải quyết bài tập dạng này, đặc biệt là các bài tậpvận dụng và vận dụng cao vì:

- Học sinh chưa xác định đúng dạng quần thể mà đề bài yêu cầu

- Học sinh chưa xác định được dạng bài, cách làm từng dạng

Sau nhiều năm dạy ôn luyện cho đội tuyển học sinh giỏi và ôn thi THPT Quốcgia, tôi nhận thấy học sinh giải các dạng bài tập di truyền quần thể còn gặp nhiều khókhăn, trong khi các tài liệu hướng dẫn chưa được đầy đủ, nhiều bước các tác giả bỏqua nên học sinh khó hiểu

Với thực trạng như vậy tôi thiết nghĩ sáng kiến kinh nghiệm này góp phầngiúp các em làm bài tập phần này sẽ dễ hơn, hứng thú, taọ tính tư duy lôgic ở họcsinh, đồng thời giúp các em giải quyết các câu hỏi phụ trong bài, đặc biệt là các câuhỏi vận dụng cao với nhiều mệnh đề trong đề thi THPT quốc gia môn sinh học sẽ đạtkết quả cao

2.3 Các kinh nghiệm hướng dẫn học sinh giải các dạng bài tập cấu trúc di truyền quần thể.

- Bước 1: Xác định dạng quần thể đó là dạng nào (quần thể tự phối hay giaophối ngẫu nhiên

- Bước 2: Xác định thế hệ quần thể đã cho và quần thể mà đề bài yêu cầu từ đóxác định quần thể đã qua bao nhiêu thế hệ

- Bước 3: Cách xác định cấu trúc di truyền của từng dạng quần thể

2.3.1 Các dạng bài tập về cấu trúc di truyền của quần thể tự phối (tự thụ phấn, giao phối gần, giao phối có lựa chọn).

2.3.1.1 Đặc điểm của quần thể tự phối:

- Tần số các kiểu gen thay đổi theo hướng: tần số kiểu gen dị hợp giảm dầnqua các thế hệ, tần số kiểu gen đồng hợp tăng dần qua các thế hệ

- Tần số các alen không đổi qua các thế hệ nếu không có sự tác động của cácnhân tố tiến hóa.

- Trong quần thể xuất hiện các dòng thuần mang các kiểu gen khác nhau.[1]

2.3.1.2 Các dạng bài tập.

2.3.1.2.1 Cấu trúc di truyền qua các thế hệ tự phối khi các kiểu gen có sức sống và sinh sản như nhau.

2.3.1.2.1.1 Cấu trúc di truyền của quần thể có 1 gen gồm 2 alen.

* Giả sử một quần thể thực vật tự thụ phấn, thế hệ P có cấu trúc di truyền như sau:

d AA + h Aa + r aa = 1

Nếu sau n thế hệ tự thụ phấn:

+ Tần số các kiểu gen trong quần thể như sau:

Tần số kiểu gen Aa còn lại = h(1

+ Số dòng thuần trong quần thể: 2n (n là số cặp gen dị hợp)

* Ví dụ: Một quần thể thực vật tự thụ phấn, ở thế hệ P có cấu trúc di truyền như sau:

0,4 AA + 0,4 Aa + 0,2 aa = 1

a Xác định cấu trúc di truyền của quần thể ở F2?

b Sau n thế hệ tự thụ phấn, cấu trúc di truyền sẽ như thế nào?

- Bước 1: Cho từng gen tự phối cho đến thế hệ mà đề bài yêu cầu

- Bước 2: Nhân tỉ lệ các kiểu gen và nhân với tỉ lệ kiểu gen ban đầu

- Bước 3: Cộng tỉ lệ các kiểu gen giống nhau => cấu trúc di truyền của quầnthể cần tìm [2]

* ví dụ 1: Cho quần thể thực vật tự thụ phấn, ở P có cấu trúc di truyền:

0,4 AABb + 0,4AaBb + 0,2aabb = 1

a Tính tần số các alen A, a, B, b?

b Xác định cấu trúc di truyền của quần thể ở F1?

c Tính tần số kiểu gen AaBb ở F3? [4]

b Từ P đến F1 quần thể trải qua một thế hệ:

- P: 0,4 AABb => F1: 0,4(AA)(0,25BB : 0,5Bb : 0,25bb) = 0,4(0,25AABB :0,5AABb : 0,25AAbb) = 0,1AABB : 0,2AABb : 0,1AAbb

- P: 0,4 AaBb=> F1: 0,4(0,25AA : 0,5Aa : 0,25aa)(0,25BB : 0,5Bb : 0,25bb) =0,4(0,0625AABB : 0,125AABb : 0,125AaBB : 0,25AaBb : 0,0625AAbb :0,125Aabb : 0,0625aaBB : 0,125aaBb : 0,0625aabb) = 0,025AABB : 0,05AABb :0,05AaBB : 0,1AaBb : 0,025AAbb : 0,05Aabb : 0,025aaBB : 0,05aaBb : 0,025aabb

- P: 0,2 aabb=> F1: 0,2 (aa)(bb) = 0,2 aabb

Tần số kiểu gen AaBb ở F3 = 0,4x0,125x0,125 = 0,00625

* Ví dụ 2: Một quần thể tự thụ phấn, alen A quy định thân cao trội hoàn toàn so với

alen a quy định thân thấp; alen B quy định hoa đỏ trội hoàn toàn so với alen b quy

định hoa trắng Thế hệ xuất phát (P) của quần thể này có thành phần kiểu gen là 0,2 AABb : 0,2 AaBb : 0,2 Aabb : 0,4 aabb Cho rằng quần thể không chịu tác động của

các nhân tố tiến hóa khác Theo lí thuyết, có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?

I F2 có tối đa 9 loại kiểu gen

II.Tỉ lệ kiểu gen dị hợp tử giảm dần qua các thế hệ

III Trong tổng số cây thân cao, hoa đỏ ở F2 có 4/65 số cây có kiểu gen dị hợp tử về

cả 2 cặp gen

IV Ở F3, số cây có kiểu gen dị hợp tử về 1 trong 2 cặp gen chiếm tỉ lệ 3/32

A 4 B 3 C 1 D 2 [5]

Giải:

I Thế hệ P có kiểu gen AaBb nên F1: (AA : Aa : aa)( BB : Bb : bb) = 9 kiểu gen =>

F1 có 9 kiểu gen => F2 có 9 kiểu gen (Đúng).

II Đây là quần thể tự thụ phấn nên tỉ lệ kiểu gen dị hợp tử giảm dần qua các thế hệ

(Đúng).

III

P: Aa => F2: 0,375AA : 0,25Aa : 0,375aa

P: Bb => F2: 0,375BB : 0,25Bb : 0,375bb

- Cây thân cao, hoa đỏ ở F2 có kiểu gen A-B- chỉ do 2 kiểu gen ở P tạo thành (AABb,AaBb), nên tỉ lệ kiểu gen A-B- ở F2:

0,2x1x(0,375 + 0,25) + 0,2x(0,375 + 0,25)(0,375 + 0,25) = 0,203125

- Cây thân cao, hoa đỏ ở F2 có kiểu gen AaBb chỉ do 1 kiểu gen ở P tạo thành

(AaBb), nên tỉ lệ kiểu gen AaBb ở F2 = 0,2x(0,25)( 0,25) = 0,0125

=> tỉ lệ cây AaBb/A-B- = 0,0125/0,203125 = 4/65 (Đúng)

* Ví dụ 3: Ở một loài thực vật tự thụ phấn, alen A quy định thân cao trội hoàn toàn

so với alen a quy định thân thấp; alen B quy định hoa đỏ trội hoàn toàn so với alen bquy định hoa trắng Một quần thể (P) có cấu trúc di truyền là 0,2 AABb: 0,1 aaBb:0,5 aabb: 0,2 aaBB Biết rằng không xảy ra đột biến mới Có bao nhiêu phát biểu sauđây đúng về F1?

I Ở F1 có tối đa 4 kiểu gen đồng hợp tử

II Ở F1 xuất hiện tối đa 8 kiểu gen khác nhau

III Ở F1 tỉ lệ các cây thân thấp bằng tỉ lệ các cây hoa trắng

IV Trong tổng số các cây thân cao, hoa đỏ ở F1, các cây có kiểu gen dị hợp chiếm tỉlệ 1/6

Giải:

I Ở P:

- Kiểu gen AABb ở P khi tự thụ phấn cho F1: 2 kiểu gen đồng hợp AABB, Aabb

- Kiểu gen aaBb ở P khi tự thụ phấn cho F1: 2 kiểu gen đồng hợp aaBB, aabb

- Kiểu gen aabb ở P khi tự thụ phấn cho F1: 1 kiểu gen đồng hợp aabb

- Kiểu gen aaBB ở P khi tự thụ phấn cho F1: 1 kiểu gen đồng hợp aaBB

Như vậy F1 có 4 kiểu gen đồng hợp tử I (Đúng)

II

- Thế hệ P có kiểu gen AABb nên F1: (AA)( BB : Bb : bb) = 3 kiểu gen

- Thế hệ P có kiểu gen AABb nên F1: (aa)( BB : Bb : bb) = 3 kiểu gen

- Thế hệ P có kiểu gen aabb nên F1: (aa)( bb) = 1 kiểu gen

- Thế hệ P có kiểu gen AABb nên F1: (aa)( BB) = 1 kiểu gen

Như vậy F1 có 6 kiểu gen II (Sai)

III

- Cấu trúc di truyền về chiều cao cây:

P: 0,2AA : 0,8aa => F1: 0,2AA : 0,8aa

- Cấu trúc di truyền về màu sắc hoa:

P: 0,2BB : 0,3Bb : 0,5bb => F1: 0,275BB : 0,15Bb : 0,575bb

Ở F1 cây thân thấp là 80%, còn hoa trắng là 57,5% nên III (Sai).

IV (P) có cấu trúc di truyền là 0,2 AABb: 0,1 aaBb: 0,5 aabb: 0,2 aaBB.

P: Aa => F1: 0,25AA : 0,5Aa : 0,25aa

P: Bb => F1: 0,25BB : 0,5Bb : 0,25bb

- F1 cây thân cao, hoa đỏ có kiểu gen A-B- có tỉ lệ = 0,2x0,75 = 0,15

- F1 cây thân cao, hoa đỏ có kiểu gen dị hợp AABb có tỉ lệ = 0,2x0,5 = 0,1

Vậy cây AABb/A-B- = 0,1/0,15 = 0,6667 IV (Sai).

Chọn: A

2.3.1.2.2 Cấu trúc di truyền của quần thể tự phối khi các kiểu gen có sức sống và sinh sản khác nhau.

Cho quần thể tự phối ở P: dAA + hAa + raa = 1

2.3.1.2.2.1 Cấu trúc di truyền của quần thể tự phối khi kiểu gen aa không có khả năng sống (hoặc kiểu gen AA, Aa là tương tự).

* Cách giải:

- Bước 1: Bỏ kiểu gen aa ở thế hệ P

- Bước 2: Tính lại tỉ lệ các kiểu gen ở P (Quần thể chỉ còn kiểu gen AA, Aa)

- Bước 3: Cho quần thể P sau khi đã tính lại kiểu gen tự phối được F1

- Bước 4: Bỏ kiểu gen aa ở thế hệ F1 và tính lại tỉ lệ các kiểu gen ở F1 ta đượcquần thể cần tìm ở F1 Cách tính ở F2 lặp lại các bước như tính ở F1 [2]

* Ví dụ: Một quần thể thực vật tự thụ phấn, ở thế hệ P có cấu trúc di truyền như sau:

0,4 AA + 0,4 Aa + 0,2 aa = 1 Xác định cấu trúc di truyền của quần thể ở F1 nếukiểu gen aa không có khả năng sống?

Giải:

- Quần thể P: 0,4AA : 0,4Aa => P: 0,5AA + 0,5Aa = 1

- F1: 0,625AA + 0,25Aa + 0,125aa = 1

- F1: 0,625AA : 0,25Aa => F1: 0,714AA + 0,286Aa = 1 (Quần thể cần tìm) [4]

2.3.1.2.2.2 Cấu trúc di truyền của quần thể tự phối khi kiểu gen aa không có khả năng sinh sản (hoặc kiểu gen AA, Aa là tương tự).

* Cách giải:

- Bước 1: Bỏ kiểu gen aa ở thế hệ P

- Bước 2: Tính lại tỉ lệ các kiểu gen ở P (Quần thể chỉ còn kiểu gen AA, Aa)

- Bước 3: Cho quần thể P sau khi đã tính lại kiểu gen tự phối được F1

Cách tính ở F2 lặp lại các bước như tính ở F1

* Ví dụ 1: Một quần thể thực vật tự thụ phấn, ở thế hệ P có cấu trúc di truyền như

sau: 0,4 AA + 0,4 Aa + 0,2 aa = 1 Xác định cấu trúc di truyền của quần thể ở F1 nếukiểu gen aa không có khả năng sinh sản?

Giải:

- Quần thể P: 0,4AA : 0,4Aa => P: 0,5AA + 0,5Aa = 1

- F1: 0,625AA + 0,25Aa + 0,125aa = 1 (QT cần tìm) [3]

* Ví dụ 2: Một quần thể thực vật tự thụ phấn có tỉ lệ kiểu gen ở thế hệ P là:

0,45AA : 0,30Aa : 0,25aa Cho biết các cá thể có kiểu gen aa không có khả năng sinhsản Tính theo lí thuyết, tỉ lệ các kiểu gen thu được ở F1 là:

A 0,525AA : 0,150Aa : 0,325aa B 0,36AA : 0,24Aa : 0,40aa

C 0,36AA : 0,48Aa : 0,16aa D 0,7AA : 0,2Aa : 0,1aa.[3]

Giải:

- Quần thể P: 0,45AA : 0,30Aa : 0,25aa do kiểu gen aa không ó khả năng sinh sảnnên P có cấu trúc di truyền: 0,6AA : 0,4Aa

- F1: 0,7AA : 0,2Aa : 0,1aa (Chọn D)

* Chú ý: Cách xác định cấu trúc di truyền đối với quần thể có nhiều cặp gen, các genphân ly độc lập ta làm tương tự

2.3.2 Cấu trúc di truyền của quần thể ngẫu phối.

2.3.2.1 Đặc điểm của quần thể ngẫu phối.

- Khái niệm: Quần thể được xem là ngẫu phối khi các cá trong quần thể lựa chọn bạntình giao phối với nhau hoàn toàn ngẫu nhiên

- Quần thể có khả năng duy trì thành phần các kiểu gen một cách không đổi qua cácthế hệ nếu không có các yếu tố làm thay đổi tần số các alen

- Tần số các alen không đổi qua các thế hệ [1]

2.3.2.2 Cấu trúc di truyền của quần thể ngẫu phối do gen trên NST thường quy định.

2.3.2.2.1 Cấu trúc di truyền của quần thể ngẫu phối có 1 gen gồm 2 alen, tần số alen ở 2 giới bằng nhau, sức sống và sinh sản của các kiểu gen như nhau.

Cho quần thể ngẫu phối ở thế hệ P: dAA + hAa + raa = 1 Cấu trúc di truyềncủa quần thể ở F1, F2, …Fn?

- Bước 1: Tính tần số các alen A, a

- Bước 2: Thay tần số các alen vào công thức của định luật Hacđi – Vanbec

P2AA + 2pqAa + q2aa = 1 Ta được cấu trúc di truyền ở F1

- Bước 3: Sau một thế hệ ngẫu phối, quần thể đạt trạng thái cân bằng di truyền do đócấu trúc di truyền ở F2, …Fn giống F1

2.3.2.2.2 Cấu trúc di truyền của quần thể ngẫu phối có 1 gen gồm nhiều alen, tần số alen ở 2 giới bằng nhau, sức sống và sinh sản của các kiểu gen như nhau.

Giả sử gen quy định nhóm máu ở người có 3 alen IA, IB, I0 di truyền theo kiểuđồng trội (IA = IB > I0) quy định 4 nhóm máu: A, B, AB, O Trong đó:

- Nhóm máu A do kiểu gen IAIA, IAI0 quy định

- Nhóm máu B do kiểu gen IBIB, IBI0 quy định

- Nhóm máu AB do kiểu gen IAIB quy định

- Nhóm máu O do kiểu gen I0I0 quy định

Ta gọi p, q, r lần lượt là tần số các alen IA, IB, I0

Ta gọi tần số các kiểu gen IAIA, IAI0, IBIB, IBI0, IAIB, I0I0 lần lượt là a, b, c, d, m, n

* Tần số các alen như sau: