Phương pháp tính nhanh số kiểu gen tối đa trong quần thể

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT THẠCH THÀNH 1 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM “PHƯƠNG PHÁP TÍNH NHANH SỐ KIỂU GEN TỐI ĐA TRONG QUẦN THỂ” Người thực hiện: Hoàng Thị Hà Chức vụ: Giáo v

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT THẠCH THÀNH 1

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

“PHƯƠNG PHÁP TÍNH NHANH SỐ KIỂU GEN TỐI

ĐA TRONG QUẦN THỂ”

Người thực hiện: Hoàng Thị Hà Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh môn: Sinh học

THANH HOÁ NĂM: 2020

2.3.1 Phương pháp tính số kiểu gen tối đa trong quần thể khi gen nằm

trên các nhiễm sắc thể (NST) thường

2.3.1.3 Trường hợp phân li độc lập và liên kết gen 7

2.3.2.1 Gen có a len trên X không có a len tương ứng trên Y 82.3.2.2 Trường hợp gen có alen nằm trên NST giới tính Y, không có

alen tương ứng trên X

1 MỞ ĐẦU 1.1.Lí do chọn đề tài:

Năm học 2019 – 2020, là một năm đầy biến động bởi dịch Covid – 19.Lần đầu tiên trong lịch sử học sinh cả nước nghỉ học gần ba tháng phòng dịchbệnh truyền nhiễm Đại dịch Covid – 19 làm cho tất cả các kế hoạch học tập,thi cử bị đảo lộn Cũng do dịch Covid – 19 mà Bộ Giáo dục và Đào tạo phảihai lần thay đổi khung thời gian năm học Cũng từ dịch bệnh, các thầy cô đã

có những bước chuyển biến ngoạn mục trong tổ chức dạy học qua truyềnhình, dạy học online Sự nỗ lực đó đã được xã hội tiếp nhận và đánh gía cao

Cùng với các thầy cô giáo trong cả nước thì các thầy cô giáo trườngtrung học phổ thông Thạch Thành 1 đã không ngừng chăm lo việc giảng dạycho học sinh, thông qua đó đúc rút ra những kinh nghiệm quý báu cho giáoviên và học sinh tham khảo, học hỏi và áp dụng vào thực tiễn

Môn sinh học có vai trò quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu đàotạo của giáo dục phổ thông Việc giảng dạy môn sinh học có nhiệm vụ cungcấp cho học sinh một hệ thống kiến thức cơ bản ở trình độ phổ thông, bướcđầu hình thành cho học sinh những kỹ năng và thói quen làm việc khoa học,nhằm góp phần tạo ra các năng lực nhận thức, năng lực hành động và cácphẩm chất về nhân cách mà mục tiêu giáo dục đề ra; chuẩn bị cho học sinhtiếp tục tham gia lao động sản xuất, có thể thích ứng với sự phát triển củakhoa học kỹ thuật, học nghề, trung cấp chuyên nghiệp hoặc đại học.Môn sinh học có vai trò to lớn trong việc rèn luyện cho học sinh tư duy logic,hình thành ở học sinh niềm tin về bản chất khoa học của các hiện tượng tựnhiên cũng như khả năng nhận thức của con người Môn sinh học có quan hệgắn bó chặt chẽ, qua lại với các môn khoa học khác như toán học, hóa học,vật lý học, tâm lý học

Môn sinh học cùng với các môn học khác, ngoài những sáng kiến kinhnghiệm về giáo dục bảo vệ môi trường, tiết kiệm năng lượng… cũng cókhông ít những sáng kiến giúp cho học sinh tìm hiểu kiến thức chuyên mônsâu hơn, giải những bài tập nhanh hơn, khái quát hơn, đặc biệt dùng trong kỳthi học sinh giỏi, kỳ thi tuyển sinh Đại học – Cao đẳng, tốt nghiệp THPT

Hiện nay, khi học tập môn sinh học, học sinh thường gặp nhiều khókhăn khi giải bài tập, trong đó có phần tính số kiểu gen tối đa trong quần thể.Các em chỉ tìm thấy công thức về số kiểu gen tối đa trong trường hợp phân lyđộc lập ở sách giáo khoa 12 – Chương trình nâng cao Việc dò tìm viết kiểugen cụ thể có thể tìm ra kết quả, nhưng vừa mất thời gian, vừa có thể còn

thiếu sót Nhận thấy phần kiến thức quan trọng này lại hay có trong phần đềthi tuyển sinh Đại học – Cao đẳng và thi học sinh giỏi, nên bản thân mạnh dạn

đưa ra đề tài “ Phương pháp tính nhanh số kiểu gen tối đa trong quần

thể”, nhằm góp phần nào đó giúp các em có phương pháp tính toán tốt hơn,

phục vụ cho kỳ thi quan trọng sắp tới Vì thời gian làm đề tài có hạn nênkhông thể tránh khỏi những sai sót Rất mong nhận được ý kiến đóng góp củacác đồng nghiệp để chất lượng giảng dạy ngày càng tốt hơn

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Giúp học sinh có kĩ năng giải đúng, tính nhanh số kiểu gen tối đa

trong quần thể Từ đó, các em xác định được quy luật chung trong việc giảibài tập nhằm phát triển tính năng động ,sáng tạo cho học sinh qua phươngpháp sử dụng quy luật xác suất trong các bài tập di truyền, khơi gợi niềmhứng thú, say mê môn sinh học

1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu phương pháp tính nhanh số kiểu gen tối đa trong quần thể

- Tìm hiểu quy trình giải toán

- Đề xuất cách giải quyết

- Tiến hành thực nghiệm để tìm kết quả theo quy trình

1.4 Đối tượng nghiên cứu

Học sinh lớp 12 trong các giờ học ôn tập, ôn thi tốt nghiệp trung họcphổ thông và ôn thi Đại học

Phát triển kỹ năng sáng tạo trong việc giải bài tập cho học sinh thôngqua phương pháp sử dụng quy luật xác suất

1.5 Những điểm mới của SKKN:

Vận dụng linh hoạt toán xác suất và phương pháp tính nhanh, tính chính xác

số kiểu gen tối đa trong quần thể

2.GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.1.Cơ sở lí luận của vấn đề:

Phần tính kiểu gen tối đa trong quần thể thực sự không khó, tuy nhiên

để tìm hiểu rõ vấn đề này, ta cần phải có cơ sở nhất định Để tránh trường hợpđếm kiểu gen theo kiểu liệt kê, trước hết cần phải hình thành phương pháptính

Ở đa số các loài, bộ nhiễm sắc thể (NST) tồn tại thành từng cặp tươngđồng, có nghĩa là chúng có 2 chiếc trong một cặp Các cặp nhiễm sắc thể phân

ly độc lập và tổ hợp tự do trong quá trình giảm phân và thụ tinh, vì vậy tạo racon cháu đa dạng về mặt di truyền Các cá thể khác nhau có thể mang nhữngkiểu gen khác nhau, nên quần thể bao gồm các cá thể đó sẽ có kiểu gen tối đa

mà chúng có thể đạt được

Một cơ sở quan trọng nữa là phải hiểu về toán tổ hợp Giả sử một gen

có n alen, tương ứng với n chiếc nhiễm sắc thể khác nhau, ta chọn 2 chiếctrong n chiếc nhiễm sắc thể tạo thành cặp tương đồng, ta được tổ hợp chập 2của n phần tử và được tính theo công thức 2

n

C = (nn2)!2!! , còn trường hợp 2chiếc NST mang alen giống nhau thì ta có n kiểu gen , từ đó kiểu gen tối đatrong quần thể được tính = 2

n

C = (nn2)!2!! + n Như vậy từ công thức này ta cóthể tính được kiểu gen của các cặp nhiễm sắc thể thường, cặp nhiễm sắc thểgiới tính Đối với trường hợp gen nằm trên cặp nhiễm sắc thể thường, phảixem xét là trường hợp phân ly độc lập hay là các gen nằm trên cùng mộtnhiễm sắc thể ( trường hợp liên kết gen) Đối với trường hợp gen nằm trêncặp nhiễm sắc thể giới tính, phải xem xét nó nằm trên nhiễm sắc thể giới tính

X, có hay không có alen tương ứng trên Y, để từ đó xác định được số chiếcnhiễm sắc thể có thể có

nhiễm sắc thể giới tính có alen trên X, không có alen tương ứng trên Y; cóalen trên Y, không có alen trên X hoặc có cả alen trên X vừa có cả alen trên Ylại không hướng dẫn cách giải Khi gặp các trường hợp này giáo viên và họcsinh thực sự còn lúng túng Các đề thi đại học và cao đẳng của Bộ giáo dục vàđào tạo qua các năm cũng có những câu hỏi về lĩnh vực này Đơn cử như đềthi cao đẳng năm 2009 có câu 25 mã đề 138; đề thi đại học và cao đẳng năm

2008, có câu 46 mã đề 461; đề thi đại học và cao đẳng năm 2009 có câu 46

mã 297; đề thi đại học cao đẳng 2010 có câu 34 mã đề 381 đề thi tuyển sinhđại học và cao đẳng năm 2011 câu 16 mã đề 162; đề thi tuyển sinh đại học

2012 câu 12, 13, 47 mã đề 279 ; đề thi tuyển sinh đại học 2013 câu 1 mã đề

638 ; đề thi tuyển sinh đại học 2014 câu 12, 29 mã đề 197;đề thi tuyển sinhđại học 2015 câu 25, mã đề 159; đề thi tuyển sinh đại học 2016 câu 47, 50

mã đề147; đề thi tuyển sinh đại học 2018 câu 109,111, 117 mã đề 201 Đểgiải các bài tập này cần có kiến thức và hiểu biết nhất định, để có đáp số vừanhanh vừa chính xác Từ thực trạng trên tôi đi sâu nghiên cứu và xây dựngphương pháp tổng quát cho từng trường hợp nhằm tránh sự mò mẫm trongviệc dò tìm lời giải đáp cho các bài toán trên



Ví dụ 2: Gen 1 có 2 alen A,a nằm trên cặp NST thường thứ nhất; gen 2

có 2 alen B,b nằm trên cặp nhiễm sắc thể thường thứ 2 Số kiểu gen có thể có



Ví dụ 3: Gen 1 có 3 alen nằm trên cặp NST thường thứ nhất; gen 2 có 3alen nằm trên cặp nhiễm sắc thể thường thứ 2, gen 3 có 3 alen nằm trên cặpnhiễm sắc thể thường thứ 3 Số kiểu gen có thể có về 3 gen trên?

r r



� �= 6 Kiểu gen của quần thể = 9 x 6 = 54

Ví dụ 5: Gen 1 và 2 mỗi gen đều có 5 alen, gen 3,4,5 mỗi gen đều có 7alen số kiểu gen tối đa về các gen nói trên là bao nhiêu ? Biết mỗi gen nằmtrên 1 cặp NST khác nhau

Giải:

Kiểu gen của gen 1,2 =

2

5(5 1) 2



Quần thể có số kiểu gen = 225 x 21952 = 4939200

Ví dụ 6: Xét 5 gen trong 1 quần thể Gen 1 và 2, mỗi gen đều có 2 alen ,gen 3 và 4, mỗi gen đều có 3 alen, gen 5 có 4 alen Các gen đều nằm trên cáccặp NST thường khác nhau Tính số kiểu gen tối đa trong quần thể về 5 gentrên ?

Giải:

Kiểu gen của gen 1,2 =

2

2(2 1) 2



� �= 9Kiểu gen của gen 3,4 =

2

3(3 1) 2



� �= 36Kiểu gen của gen 5 =

1

4(4 1) 2



� �= 10Quần thể có số kiểu gen =9 x 36 x 10 = 3240

*Tổng quát:

Với n1 gen, mỗi gen có r1 alen

Với n2 gen, mỗi gen có r2 alen

n k

Giải:

Số nhiễm sắc thể khác nhau = 5 x 2 = 10 ( Bao gồm: AB1, AB2, AB3,

AB4, AB5 , aB 1, aB2, aB3, aB4, aB5)

Ví dụ 3: Gen 1 có 2 alen A,a, gen 2 có 2 alen B,b gen 3 có 2 alen D,d.

Ba gen cùng nằm trên 1 cặp nhiễm sắc thể thường, tính số kiểu gen tối đatrong quần thể về 2 gen trên?

2.3.1.3 Trường hợp phân li độc lập và liên kết gen

Ví dụ 1: Gen 1 có 3 a len nằm trên cặp nhiễm sắc thể thường thứ nhất,gen 2 và gen 3 mỗi gen có 2 a len cùng nằm trên một cặp nhiễm sắc thểthường thứ 2 Số kiểu gen tối đa về 3 gen trên là:

Giải:

Cặp NST số 1 có số kiểu gen =

1

3(3 1) 2

Vì đây là 2 cặp nhiễm sắc thể khác nhau nên trong quá trình giảm phân

và thụ tinh phân ly độc lập nên số kiểu gen tối đa = 10x6 = 60

Ví dụ 2: Gen 1 có 2 a len nằm trên cặp nhiễm sắc thể thường thứ nhất,Gen 2 có 3 a len nằm trên cặp nhiễm sắc thể thường thứ 2; gen 3 và gen 4 mỗi

gen có 3 a len cùng nằm trên một cặp nhiễm sắc thể thường thứ 3 Số kiểu gentối đa về 4 gen trên là bao nhiêu?

Giải:

Cặp NST số 1 có số kiểu gen =

1

2(2 1) 2



� �= 3Cặp NST số 2 có số kiểu gen =

1

3(3 1) 2



� �= 6Cặp NST số 3 có số kiểu gen = 2

2.3.2.Gen nằm trên NST giới tính

2.3.2.1 Gen có a len trên X không có a len tương ứng trên Y

a) Trường hợp chỉ có 1 gen nằm trên NST giới tính X, không có alen tương ứng trên Y

Ví dụ 1: Một gen có 2 alen A và a nằm trên NST giới tính X, không cóalen tương ứng trên Y Số kiểu gen có thể có về gen trên là ?

Giải:

NST giới tính X có thể có 2 chiếc khác nhau là XA, Xa

Trên cặp nhiễm sắc thể giới tính XX: Số kiểu gen = 2

2

C + 2 lặp lại = 3( cụ thể là XA XA, XAXa, XaXa )

Trên cặp nhiêm sắc thể giới tính XY: Số kiểu gen = 2 ( cụ thể XA Y, XaY)

Số kiểu gen tối đa = XX + XY = 3 + 2 =5=2(2 3)

NST giới tính X có thể có 3 chiếc khác nhau

Trên cặp nhiễm sắc thể giới tính XX: Số kiểu gen = 2

2

C + 3 lặp lại = 6Trên cặp nhiêm sắc thể giới tính XY: Số kiểu gen = 3

Số kiểu gen tối đa = XX + XY = 6 + 3 =9=3(3 3)

Trên cặp nhiễm sắc thể giới tính XX: Số kiểu gen = 2

n

C + n lặp lại Trên cặp nhiễm sắc thể giới tính XY: Số kiểu gen = n

Số kiểu gen tối đa = XX + XY = 2

Kiểu gen trên cặp XX = C102 10 lặp lại = 55

Kiểu gen trên cặp XY = 10

Kiểu gen tối đa = XX + XY = 55 + 10 = 65= 10(10 3)

2



Ví dụ 2: ( Đề đại học và cao đẳng năm 2011)

Trong quần thể của 1 loài thú, xét 2 lô cut, lô cut 1 có 3 alen là A1, A2,

A3, lô cut 2 có 2 alen B và b Cả 2 lô cut đều nằm trên đoạn không tương đồngcủa NST giới tính X và các alen của 2 lô cut này liên kết không hoàn toàn,biết rằng không xảy ra đột biến Tính theo lý thuyết, số kiểu gen tối đavề 2 lôcut trên trong quần thể này là bao nhiêu?

C

+ n1.n2…nkKiểu gen XY = n1.n2…nk

Kiểu gen tối đa = XX +XY =

1 2

2 k

C + 2. n1.n2…nkHoặc có thể rút gọn theo công thức

Kiểu gen XY = 2 (bao gồm XYA

; XYa)Kiểu gen tối đa trong quần thể = XX + XY = 1+2 =3

Ví dụ 2: Gen 1 có 2 Alen: A và a; gen 2 có 4 alen: B1; B2; B3; B4; 2 genđều nằm trên NST giới tính Y không có Alen tương ứng trên X Số kiểu gentối đa có thể có về 2 gen trên là?

Kiểu gen XX = 1

Kiểu gen XY = n1.n2…nk

Kiểu gen tối đa = XX + XY = 1+ n1.n2…nk

2.3.2.3 Trường hợp vừa có alen trên X vừa có alen trên Y

Ví dụ 1: Một gen có 2 alen A; a nằm trên cặp NST giới tính vừa có Alentrên X vừa có Alen trên Y Kiểu gen tối đa có thể có về gen trên là?

Giải:

Số chiếc X khác nhau = 2( bao gồm XA; Xa)

Số chiếc Y khác nhau = 2 (bao gồm YA; Ya)

Kiểu gen XX = 2

2

C + 2 lặp lại = 3Kiểu gen XY = 2.2 =4 (Bao gồm XA YA; XA Ya; Xa YA;Xa Ya)

Kiểu gen tối đa = XX +XY = 3+4 =7

Ví dụ 2: Một gen có 4 Alen A1;A2;A3;A4 nằm trên cặp NST giới tính vừa

có Alen trên X vừa có alen tương ứng trên Y Kiểu gen tối đa về gen trên là?

Giải:

Số chiếc X khác nhau = 4 (Bao gồm X A1 ;X A2 ;X A3 ;X A4)

Số chiếc Y khác nhau = 4 (Bao gồm Y Y A1 ; A2 ;Y A3 ;Y A4)

Kiểu gen XX = 2

4

C + 4 lặp lại = 10Kiểu gen XY = 4x4 = 16

Kiểu gen tối đa = XX+XY = 10+16 = 26

Kiểu gen tối đa = XX + XY = 2

Số kiểu gen XX = C42 + 4 lặp lại =10

Kiểu gen tối đa trong quần thể = XX + XY = 55 +100 = 155=10(3.10 1)

Các gen trên cùng nằm trên NST giới tính , vừa có alen tương ứng trên

X vừa có alen tương ứng trên Y Số kiểu gen tối đa có thể có là?

C + n1.n2…nkKiểu gen XY =(n1.n2…nk ) (n1.n2…nk ) = (n1.n2…nk )2

Kiểu gen tối đa = XX +XY =

1 2

2 k

Ví dụ 1: Gen 1 có 2 alen A và a nằm trên NST giới tính X , không cóalen tương ứng trên Y Gen 2 có 3 alen b1, b2, b3 nằm trên NST giới tính Ykhông có alen tương ứng trên X Số kiểu gen tối đa trong quần thể về 2 gentrên là bao nhiêu?

Giải:

Số chiếc X khác nhau = 2 ( bao gồm XA; Xa)

Số chiếc Y khác nhau = 3 (bao gồm Y Y Y b1 ; b2 ; b3)

Kiểu gen XX = 2

2

C + 2 = 3Kiểu gen XY = 2x3 = 6

Kiểu gen tối đa = XX +XY = 3+6 = 9

Ví dụ 2: Gen 1 có 2 alen A và a nằm trên NST giới tính X , không cóalen tương ứng trên Y Gen 2 có 6 alen b1, b2, b3, b4, b5, b6 nằm trên NST giớitính Y không có alen tương ứng trên X Số kiểu gen tối đa trong quần thể về 2gen trên là bao nhiêu?

Giải:

Số chiếc X khác nhau = 2 ( bao gồm XA; Xa)

Số chiếc Y khác nhau = 6 (bao gồm Y Y Y b1 ; b2 ; b3,Y Y Y b4 ; b5 ; b6)

Kiểu gen XX = 2

2

C + 2 = 3Kiểu gen XY = 2x6 = 12

Kiểu gen tối đa = XX +XY = 3+12 = 15

*Tổng quát:

Gen 1 có n1 alen trên X , không có alen tương ứng trên Y

Gen 2 có n2 alen trên Y , không có alen tương ứng trên X

Số kiểu gen tối đa trong quần thể về 2 gen trên?

Kiểu gen tối đa = XX +XY =

Một quần thể động vật, xét 1 gen gồm 3 alen trên NST thường, và mộtgen có 2 alen trên NST giới tính X, không có alen tương ứng trên Y Quần thểnày có số loại kiểu gen tối đa về 2 gen trên là:

2

C + 2 +2 =5 Hoặc KG= 2(2 3) 5

Kiểu gen tối đa của quần thể = Kiểu gen trên NST thường x kiểu gen trênNST giới tính = 6x5 = 30

Ví dụ 2: (Đề đại học cao đẳng năm 2010)

Ở một quần thể ngẫu phối, xét 2 gen: Gen thứ nhất có 3 alen nằm trênđoạn không tương đồng của NST giới tính X, gen thứ 2 có 5 alen nằm trênNST thường Trong trường hợp không xảy ra đột biến, số loại kiểu gen tối đa

về cả 2 gen trên có thể được tạo ra trong quần thể này là?

Giải:

Xét gen thứ nhất: Kiểu gen = XX+ XY = 2

3

C +3+3 = 9Hoặc KG= 3(3 3) 9

Xét gen thứ 2: Kiểu gen 2

5

C +5 = 15Hoặc KG= 5(5 1) 15

về 5 gen trong quần thể trên là bao nhiêu?

Giải:

- Xét cặp NST giới tính:

Số chiếc X khác nhau: 3 chiếc

Số chiếc Y khác nhau: 3 chiếc

Kiểu gen XX = 2

3

C +3 = 6Kiểu gen XY = 3.3 =9

Kiểu gen trên cặp NST giới tính = XX + XY = 15

2.4.Kiểm nghiệm.

Trong quá trình bồi dưỡng ở hai nhóm học sinh có lực học ngang nhau Nhóm một , tôi phổ biến cách tính kiểu gen tối đa trong quần thể, nhóm haitôi chưa phổ biến Khi giải các bài tập trong đề thi tuyển sinh đại học , các đềthi thử đại học có liên quan đến phần tính kiểu gen tối đa thì nhóm một giảinhanh hơn và đạt điểm cao hơn Cụ thể như sau:

Khi tôi đưa hệ thống câu hỏi gồm 10 câu trắc nghiệm:

Câu 1: Gen A có 5 alen , gen D có 2 alen , cả 2 gen cùng nằm trên NSTgiới tính X, không có alen tương ứng trên Y Gen B có 3 alen nằm trên NSTthường Số loại kiểu gen tối đa được tạo ra trong quần thể này là?

Câu 2:Gen 1 có 2 alen A và a nằm trên NST giới tính X , không có alentương ứng trên Y , gen 2 có 3 alen b1,b2,b3 nằm trên NST giới tính Y không cóalen tương ứng trên X, gen thứ 3 có 3 alen d1,d2,d3 nằm trên NST thường Gen

4 và 5 , mỗi gen có 2 alen cùng nằm trên 1 cặp NST thường khác Số kiểugen tối đa về 5 gen trên là?

a.390 b.420 c.54 d.540