SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓATRƯỜNG THPT THẠCH THÀNH I SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM XÂY DỰNG CÔNG THỨC TỔNG QUÁT GIẢI BÀI TẬP DI TRUYỀN HỌC QUẦN THỂ KHI CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA CÁC NHÂN TỐ TIẾN HÓ
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
TRƯỜNG THPT THẠCH THÀNH I
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
XÂY DỰNG CÔNG THỨC TỔNG QUÁT GIẢI BÀI TẬP
DI TRUYỀN HỌC QUẦN THỂ KHI CHỊU TÁC ĐỘNG
CỦA CÁC NHÂN TỐ TIẾN HÓA
Người thực hiện: Mai Thị Hằng
Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Sinh học
THANH HÓA NĂM 2020
Trang 2MỤC LỤC
Trang
PHẦN 1: MỞ ĐẦU
1.1 Lí do chọn đề tài ……… 3
1.2 Mục đích nghiên cứu ……… 4
1.3 Đối tượng nghiên cứu ……… 4
1.4 Phương pháp nghiên cứu ……… 4
PHẦN 2: NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí thuyết……… 5
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm… 8
2.3 2.4 Các giải pháp thực tiễn………
Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường
8 18 PHẦN 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận……… 19
2 Kiến nghị ……… 19
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 3PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1.1 Lí do chọn đề tài
Đổi mới phương pháp dạy học là một trong những yêu cầu tất yếu đối vớidạy học Sinh học nói chung đặc biệt là Sinh học 12 nói riêng trong đó có chương
Để góp phần khắc phục tình trạng trên, tôi mạnh dạn xây dựng sáng kiến
“Xây dựng công thức tổng quát giải bài tập Di truyền học quần thể khi chịu tác động của các nhân tố tiến hóa” với mong muốn sẽ phần nào nâng cao chât
lượng giảng dạy môn Sinh học tại trường, công tác ôn luyện học sinh giỏi cấptỉnh và thi THPT Quốc gia
Trang 4Thông qua việc giải tốt các bài tập sinh học, học sinh sẽ có được những kỹ năng so sánh, phân tích, tổng hợp … do đó phát triển tư duy Đặc biệt bài tập sinh học giúp học sinh củng cố kiến thúc có hệ thống cũng như vận dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết những tình huống cụ thể, làm cho bộ môn trở nên hấp dẫn, lôi cuốn các em hơn.
1.3 Đối tượng nghiên cứu
Áp dụng trong các tiết chuyên đề, tiết bài tập môn Sinh học lớp 11, 12
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: nghiên cứu nội dung chương < Ditruyền học> Sinh học lớp 12, nghiên cứu các tài liệu hướng dẫn thực hiện chươngtrình; nghiên cứu các PPDH tích cực; nghiên cứu đặc thù môn Sinh học
- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: dự giờ, tham khảo ý kiến đồng nghiệp
- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: thực nghiệm có đối chứng để kiểm trahiệu quả của đề tài
Trang 5PHẦN 2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lý thuyết
2.1.1 Khái niệm quần thể
* Khái niệm quần thể: Là 1 nhóm cá thể cùng loài, sống trong 1 khoảng không
gian xác định, ở vào 1 thời điểm xác định và có khả năng sinh ra các thế hệ concái để duy trì nòi giốngcủa quần thể
2.1.2 Đặc trưng di truyền của quần thể
* Đặc trưng di truyền của quần thể:
- Quần thể có vốn gen đặc trưng:
+ Vốn gen: là tập hợp các alen có trong quần thể ở 1 thời điểm xác định + Đặc điểm vốn gen: là tần số alen và tần số kiểu gen
- Mỗi quần thể có cấu trúc di truyền riêng
- Cách tính tần số alen và kiểu gen của quần thể:
+ Tần số alen: Bằng số lượng alen đó trên tổng số alen của gen đó trongquần thể tại 1 thời điểm xác định
+ Tần số kiểu gen: Bằng số cá thể có kiểu gen đó trên tổng số cá thể trongquần thể
2.1.3 Cấu trúc di truyền của quần thể tự thụ phấn và quần thể giao phối gần
* Cấu trúc di truyền của quần thể tự thụ phấn và quần thể giao phối gần:
- Quần thể tự thụ phấn: Thành phần kiểu gen của quần thể cây tự thụ phấnqua các thế hệ thay đổi theo hướng tăng dần số kiểu gen đồng hợp tử và giảmdần số kiểu gen dị hợp
Công thức tổng quát:
+ Tần số kiểu gen dị hợp tử:
n 1 2
+ Tần số kiểu gen đồng hợp tử trội bằng hợp tử lặn:
[1-
n 1 2
* Cấu trúc di truyền của quần thể ngẫu phối:
- Khái niệm: Quần thể được gọi là ngẫu phối khi các cá thể trong quần thểlựa chọn bạn tình để giao phối một cách hoàn toàn ngẫu nhiên
- Đặc điểm di truyền của quần thể ngẫu phối:
Trang 6+ Trong quần thể ngẫu phối các cá thể có kiểu gen khác nhau kết đôi vớinhau tạo nên 1 lượng lớn biến dị di truyền (BDDT) rất lớn làm nguyên liệu chotiến hoá và chọn giống.
+ Duy trì tần số các kiểu gen khác nhau (đa dạng di truyền) trong quần thể 1cách không đổi trong những điều kiện nhất định
* Trạng thái cân bằng di truyền của quần thể:
- Nội dung đinh luật Hacđi- vanbec: Trong 1 quần thể lớn ngẫu phối nếukhông có các yếu tố làm thay đổi tần số alen thì thành phần kiểu gen của quầnthể sẽ duy trì không đổi từ thế hệ này sang thế hệ khác theo đẳng thức:
p2 + 2 pq + q2 = 1
- Công thức:
Goi pA là tần số của alen A
Gọi qa là tần số của alen a
- Điều kiện nghiệm đúng của định luật:
+ Quần thể phải có kích thước lớn
+ Các cá thể trong quần thể phải giao phối với nhau một cách ngẫu nhiên + Không có tác động của chọn lọc tự nhiên (các cá thể có kiểu gen khácnhau có sức sống và khả năng sinh sản như nhau)
+ Không có đột biến (đột biến không xảy ra hoặc xảy ra thì tần số ĐB thuậnphải bằng tần số đột biến nghịch)
+ Quần thể phải được cách li với quần thể khác (Không có sự di nhập gengiữa các quần thể)
- Ý nghĩa của định luật Hacdi- Vanbec:
+ Thực tiễn: Từ tần số các cá thể có kiểu hình lặn thì tần số của alen lặn,alen trội cũng như tần số của các loaị gen trong quần thể
+ Lí luận: Phản ánh được trạng thái cân bằng di truyền trong quần thể Giải thích được sự duy trì ổn định quần thể qua thời gian dài trong tự nhiên
2.1.4 Quan niệm tiến hoá và nguồn nguyên liệu tiến hoá.
* Quan niệm tiến hoá và nguồn nguyên liệu tiến hoá:
- Tiến hoá nhỏ: Là quá trình biến đổi cấu trúc di truyền của quần thể, xuất
hiện sự cách li sinh sản với quần thể gốc Hình thành loài mới (quy mô nhỏ)
- Tiến hoá lớn: Là quá trình biến đổi trên quy mô lớn, trải qua hàng triệunăm, làm xuất hiện các đơn vị phân loại trên loài
- Nguồn biến dị di truyền của quần thể:
+ Đều được phát sinh do đột biến nhờ quá trình giao phối tổ hợp các alentạo nên biến dị tổ hợp
Trang 7+ Sự di chuyển của các cá thể hoặc các giao tử từ các quần thể khác loài.
* Các nhân tố tiến hoá: Trong tự nhiên quần thể luôn chịu tác động của cácnhân tố tiến hóa
- Khái niệm nhân tố tiến hoá: Là nhân tố làm thây đổi tần số alen và thànhphần kiểu gen của quần thể
- Các nhân tố tiến hoá:
+ Đột biến:
Làm thay đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể
Tần số đột biến ở từng gen thấp (10-6 – 10-4): Mỗi cơ thể có hàng vạn genmỗi quần thể có nhiều cá thể tạo nên nhiều alen đột biến ở mỗi thế hệ
Đột biến là nguồn nguyên liệu sơ cấp của tiến hoá: (ĐB gen tạo alenmới ) qua giao phối tạo nên nguồn biến dị thứ cấp cho quá trình tiến hoá Đột biến làm biến đổi tần số tương đối của các alen (rất chậm)
+ Di – nhập gen:
Là hiện tượng trao đổi các cá thể hoặc giao tử giữa các quần thể
Di nhập gen làm thay đổi tần số các alen và thành phần kiểu gen của quầnthể
Có thể mang đến alen mới làm cho vốn gen của quần thể thêm phong phú
+ Chọn lọc tự nhiên (CLTN):
CLTN thực chất: Là quá trình phân hoá về mức độ thành đạt sinh sản củacác cá thể với những kiểu gen khác nhau
CLTN: Tác động trực tiếp lên kiểu hình và gián tiếp làm biến đổi cấu trúc
di truyền của quần thể theo 1 hướng xác định (1 nhân tố tiến hoá có hướng) CLTN đóng vai trò sàng lọc và làm tăng số lượng cá thể có kiểu hình thíchnghi tồn tại sẵn trong quần thể cũng như tăng cường mức độ thích nghi của cácđặc điểm bằng cách tích luỹ các alen tham gia quy định các đặc điểm thích nghi CLTN quy định chiều hướng và nhịp độ tiến hoá
Kết quả: Trong quần thể có nhiều kiểu gen thích nghi
Quá trình hình thành quần thể thích nghi nhanh hay chậm phụ thuộc vàotốc độ sinh sản, khả năng phát tán và tích luỹ các đột biến của loài cũng như phụthuộc vào áp lực CLTN
Tốc độ CLTN tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố:
Chọn lọc chống lại alen trội nhanh hơn chọn lọc chống lại alen lặn
Các đặc điểm thích nghi chỉ mang tính tương đối vì trong môi tr ường này
nó có thể là thích nghi nhưng trong môi trường khác lại có thể không thích nghi
+ Các yếu tố ngẫu nhiên:
Sự biến động di truyền: Sự biến đổi về thành phần kiểu gen và tần số alencủa quần thể gây nên bởi các yếu tố ngẫu nhiên
Sự biến đổi ngẫu nhiên: về cấu trúc di truyền hay xảy ra với những quầnthể có kích thước nhỏ
Trang 8Các yếu tố ngẫu nhiên làm thay đổi tần số alen và thành phần kiểu gen củaquần thể không theo 1 chiều hướng nhất định, kết quả tác đọng có thể dẫn đếnlàm nghèo vốn gen của quần thể, giảm sự đa dạng di truyền.
+ Giao phối không ngẫu nhiên:
Giao phối không ngẫu nhiên gồm: Giao phối có chọn lọc, gai phối cậnhuyết, tự thụ phấn
Cung cấp nguyên liệu thứ cấp cho quá trình tiến hoá
Là nhân tố không làm thay đổi tần số alen mà lại làm thay đổi tỉ lệ các kiểugen trong quần thể theo hướng giảm tỉ lệ kiểu gen dị hợp tử, tăng tỉ lệ các kiểugen đồng hợp tử qua các thế hệ
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.
Từ năm 2015 đến nay khi giảng dạy phần Di truyền học quần thể, tôi thườngphân loại bài tập thành 2 dạng: Bài tập áp dụng định luật Hacdi – Vanbec khi quầnthể ở trạng thái cân bằng di truyền và bài tập quần thể tự thụ phấn hay nội phối.Tuy nhiên trong những năm gần, đây ngoài 2 dạng bài tập trên trong đề thi học sinhgiỏi Tỉnh và đề thi THPT Quốc gia còn đề cập đến bài tập di truyền học quần thểkhi chịu tác động của các nhân tố tiến hóa Khi gặp những bài tập trên học sinhthường lúng túng và tốn nhiều thời gian giải, ảnh hưởng đến chất lượng toàn bàithi Chính vì vậy, sáng kiến được viết lại nhằm hạn chế những nhược điểm và tìm
ra công thức chung cho dạng toán này
a Xây dựng công thức tổng quát:
Để xác định áp lực của quá trình ĐB làm thay đổi tần số alen là không đáng
kể ta xét dưới dạng mô hình toán học sau:
Giả sử 1 locut có hai alen A và a Trên thực tế có thể xảy ra các trường hợpsau:
- Gen A đột biến thành gen a (đột biến thuận) với tần số u Chẳng hạn, ở thế
hệ xuất phát tần số tương đối của alen A là p0 Sang thế thệ thứ hai có u alen A bịbiến đổi thành a do đột biến Tần số alen A ở thế hệ này là: p1 = p0 - up0 = p0 (1-u).Sang thế hệ thứ hai lại có u của số alen A còn lại tiếp tục đột biến thành a Tần
số alen A ở thế hệ thứ hai là: p2 = p1 - up1 = p1(1-u) = p0(1-u)2
Trang 9Vậy sau n thế hệ tần số tương đối của alen A là: pn = p0(1-u)n tương ứng với pn
= p0.e-un
+ p0 là tần số tương đối của alen ở quần thế ban đầu
+ u tốc độ đột biến theo chiều thuận
+ v tốc độ đột biến theo chiều nghịch
Từ đó ta thấy rằng: tần số đột biến u càng lớn thì tần số tương đối của alen Acàng giảm nhanh
Như vậy, quá trình đột biến xảy ra một áp lực biến đổi cấu trúc di truyền củaquần thể Áp lực của quá trình đột biến biểu hiện tốc độ biến đổi tần số tương đốicủa các alen bị đột biến
- Alen a cũng có thể đột biến thành A (đột biến nghịch) với tần số v
+ Nếu u = v thì tần số tương đối của các alen vẫn được giữ nguyên không đổi.+ Nếu v = 0 và u > 0 → chỉ xảy ra đột biến thuận
+ u ≠ v; u > 0, v > 0 → nghĩa là xảy ra cả đột biến thuận và đột biến nghịch.Sau một thế hệ, tần số tương đối của a len A sẽ là: p1 = p0 - up0 + vq0
Kí hiệu sự biến đổi tần số A là Δpp
u u+v
b Bài tập áp dụng:
Bài 1: Một quần thể động vật có 5.104 con Tính trạng sừng dài do gen A quy định,sừng ngắn do gen a quy định Trong quần thể trên có số gen A đột biến thành a vàngược lại, với số lượng bù trừ cho nhau Tìm số đột biến đó Biết A đột biến thành
a với tần số u = 3v = 3.10-3
Phương pháp giải:
- Gọi p là tần số alen A, p là tần số alen a
- Tổng số alen trong quần thể: 5.104 2 = 105 (alen)
- Tần số alen trội, lặn khi có cân bằng mới được thiết lập:
+ Tần số alen a: a
q = = = =0,75 u+v 3v+v 4 + Tần số alen A: p = 1 - 0,75 = 0,25 A
- Số lượng mỗi alen trong quần thể:
+ Số lượng alen A: 0,25.105 = 2,5.104
+ Số lượng alen a: 0,75.105 = 7,5.104
- Số lượng đột biến thuận bằng đột biến nghịch và bằng:
3.10-3 .2,5.104 = 75 (alen) hoặc 10-3 .7,5.104 = 74 (alen)
Trang 10Bài 2: Giả sử một lô cut có 2 alen A và a, thế hệ ban đầu có tần số tương đối của
alen A là p0 Quá trình đột biến làm cho alen A thành a với tần số u = 10-5
a Để p0giảm đi 1/2 phải cần bao nhiêu thế hệ?
b Từ đó em có nhận xét gì về vai trò của quá trình đột biến trong tiến hóa?
b Nhận xét: Đột biến gây ra áp không đáng kể cho quá trình tiến hóa
c Bài tập tự luyện:
Bài 1 Trong một quần thể gồm 2.105 alen Tần số alen a = 25% Khi quần thể
có 4 alen A bị đột biến thành a va 11 alen a đột biến thành A thì tần số đột biếntrong mỗi trường hợp bằng bao nhiêu? Giả thiết quần thể ban đầu cân bằng
Bài 2 Trong một quần thể gồm 106 alen Tần số alen a = 15% Khi quần thể
có 5 alen A bị đột biến thành a và 7 alen a đột biến thành A thì tần số đột biến trongmỗi trường hợp bằng bao nhiêu? Giả thiết quần thể ban đầu cân bằng
Bài 3 Trong quần thể ban đầu có 10 6 alen A và a Tốc độ đột biến của alen A
là 3.10-5, còn của alen a là 10-5 Khi cân bằng thì quần thể có số lượng từng alen làbao nhiêu? (Cho biết không tính áp lực của các nhân tố làm biến đổi cấu trúc ditruyền của quần thể
2.3.2 Xây dựng công thức tổng quát và phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể chịu tác động của nhân tố di nhập gen.
a Xây dựng công thức tổng quát:
Tốc độ di nhập gen (m) được tính bằng tỉ số giao tử mang gen di nhập so với
số giao tử của mỗi thế hệ trong quần thể Cũng có thể tính bằng tỉ lệ số cá thể nhập
cư so với tổng số cá thế của quần thể nhận Ta có lượng biến thiên tàn số alen Atrong quần thể nhận sau một thế hệ di nhập gen là :
Δpp = m(p0 - pm)
Trong công thức trên:
- p0, q0 là tần số của alen A, a ở quần thể cho
Bài 1: Tần số tương đốin của alen A ở quần thể I là 0,8; của quần thể II là 0,3.
Tốc độ di nhập gen của quần thể I vào quần thể II là 0,2 Tính lượng biến thiên tần
số tương đối của gen A
Trang 11Phương pháp giải:
- Tỉ lệ số cá thể nhập cư, lượng biến thiên tần số gen A trong quần thể nhận Ilà: Δpp = 0,2.(0,3 - 0,8) = - 0,1 Giá trị này cho thấy tần số alen A trong quần thểnhận giảm đi 0,1 là 0,7
Bài 2: a Nêu các hình thức di nhập gen phổ biến ở các nhóm sinh vật: dương
xỉ và nấm, thực vật có hoa, động vật ở nước thụ tinh ngoài, lớp thú?
b Cho biết tần số tương đối của alen A ở quần thể Y là 0,8; ở quần thể X là0,3 Số cá thể của quần thể Y là 1600, số cá thể nhập cư từ quần thể X vào quần thể
Y là 400 Hãy xác định tần số của gen A trong quần thể Y ở thế hệ tiếp theo sau khi
di - nhập
Phương pháp giải:
a Các hình thức di - nhập:
- Dương xỉ và nấm: phát tán bào tử
- Thực vật có hoa: phát tán hạt phấn, quả, hoa
- Động vật ở nước thụ tinh ngoài: sự di cư của các cá thể, phát tán giao tử theonước
- Lớp thú: sự di cư của các cá thể
b - Tốc độ di nhập gen: m = 400/(1600 + 400) = 0,2
- Sau 1 thế hệ lượng biến thiên tần số tương đối của alen A trong qần thể nhận
Y là Δpp = 0,2 (0,3 – 0,8)= - 0,1 Như vậy tần số tương đối của alen A giảm xuốngcòn: 0,8 – 0,1 = 0,7
Bài 3: Một son sông có hai quần thể ốc sên: quần thể lớn (quần thể chính)
ở phía trên và quần thể nhỏ nằm ở cuối dòng trên một hòn đảo (quần thể đảo) Donước chảy xuôi nên ốc chỉ di chuyển được từ quần thể chính đến quần thể đảo màkhông di chuyển ngược lại
Xét một gen gồm hai alen: A và a Ở quần thể chính pA= 1, quần thể đảo có
pA= 0,6 Do di cư, quần thể đảo trở thành quần thể mới, có 12% số cá thể là củaquần thể chính
a Tính tần số tương đối của alen trong quần thể mới sau di cư
b Quần thể mới sinh sản Vì một lý do nào đó xảy ra quá trình đột biến: A ->
a, với tốc độ là 0,3% Không có đột biến ngược
- Tính tần số tương đối của các alen ở thế hệ tiếp theo của quần thể mới
Phương pháp giải:
a - Ta có: Quần thể chính có pA = 1, quần thể đảo: pA = 0,6
Quần thể chính di cư đến quần đảo và chiếm 12% quần thể mới Vậy quần thểđảo chiếm 88% trong quần thể mới
- Quần thể mới ở đảo (sau di cư) có tần số tương đối của các alen là: