Trong chương trình sinh học lớp 12, thời gian dành cho phần di truyềnquần thể rất ít, chỉ có hai tiết lý thuyết một tiết về quần thể giao phối và một tiết về quần thể tự phối, không có t
Trang 1A MỞ ĐẦU
I Lí do chọn đề tài
Di truyền học quần thể, một nội dung chủ yếu của di truyền học hiện đại đãđược đưa vào giảng dạy tại chương trình THPT Những nội dung này có ý nghĩaquan trọng trong việc giúp học sinh tiếp cận một số khái niệm cơ ban về chọngiống và tiến hóa Các đề thi trung học phổ thông quốc gia theo cấu trúc mới hiệnnay đều có nội dung liên quan tới phần “Di truyền học quần thể” với số điểmkhông nhỏ, mặc dù trong sách giáo khoa chỉ cung cấp những kiến thức lý thuyếtđơn giản Đặc biệt, trong vài năm gần đây, trong đề thi có nhiều câu hỏi đưa ranhiều nhận định và yêu cầu xác định số nhận định đúng, sai đòi hỏi học sinh phảiđọc kĩ và tính toán tất cả các kết quả nêu lên ở đề bài Điều này sẽ làm học sinhmất nhiều thời gian hơn nên càng cần cách làm nhanh chóng Vì vậy, việc xâydựng một số công thức liên quan tới các dạng bài tập ở nội dung này có ý nghĩathiết thực trong việc rèn luyện tư duy lôgic và kỹ năng phân tích đánh giá vấn đềđược đề bài nêu ra của học sinh để từ đó lựa chọn được đáp án đúng
Trong chương trình sinh học lớp 12, thời gian dành cho phần di truyềnquần thể rất ít, chỉ có hai tiết lý thuyết (một tiết về quần thể giao phối và một tiết
về quần thể tự phối), không có tiết nào cho bài tập, nhưng ngược lại trong các đềthi tỉ lệ điểm của phần này không nhỏ với rất nhiều dạng bài tập mở rộng Khốilượng kiến thức nhiều, nhiều bài tập áp dụng, trong khi đó thời gian hạn hẹp nêngiáo viên khó có thể truyền đạt hết cho học sinh, do đó học sinh rất dễ gặp khókhăn, lúng túng khi gặp những dạng bài tập này, đặc biệt đối với học sinh cáctrường trung học phổ thông ở vùng sâu, vùng xa Nhiều học sinh vận dụng lýthuyết để giải bài tập một cách mơ hồ, lúng túng, không có cơ sở khoa học Bêncạnh đó các em cũng không có tâm huyết với môn Sinh học này như các môn học
tự nhiên khác, số lượng học sinh học khối B còn rất ít Vì vậy để làm rõ nhữngđiểm cần lưu ý trong quá trình giải bài tập, giúp học sinh yên tâm, tự tin hơntrong quá trình làm bài để đạt kết quả tốt, thay đổi cách nhìn nhận của các em vềmôn học và nhằm giúp các em yêu thích môn học hơn tôi mạnh dạn chọn đề tài
“Phương pháp giải một số dạng bài tập về di truyền học quần thể nhằm nâng cao chất lượng ôn thi trung học phổ thông quốc gia ở trường THPT Quảng Xương 4”
II Mục đích nghiên cứu
Để học tốt và thi tốt các kỳ thi với hình thức trắc nghiệm như hiện nay họcsinh cần đổi mới phương pháp học tập và làm quen với hình thức thi cử Nếutrước đây học và thi môn Sinh học, học sinh cần học thuộc và nhớ từng câu, từngchữ hoặc đối với bài toán học sinh phải giải trọn vẹn các bài toán Nay học sinhlưu ý trước hết đến sự hiểu bài, hiểu thấu đáo các kiến thức cơ bản đã học để vậndụng những hiểu biết đó vào việc phân tích, xác định, nhận biết các đáp án đúng,sai trong các câu trắc nghiệm Đặc biệt đối với các câu bài tập, làm thế nào để cóđược kết quả nhanh nhất?
Nếu chỉ dựa vào phần kiến thức và công thức được hình thành trên lớp, khigặp những dạng bài tập mở rộng này, học sinh phải tính từng bước một rất lâu và dễ
bị nhầm lẫn vì phải tính toán nhiều Vì vậy, đề tài này sẽ giúp học sinh có cách
1
Trang 2giải nhanh nhất để có đáp án cuối cùng trong nhiều phương án phải lựa chọn củacâu hỏi trắc nghiệm.
III Đối tượng nghiên cứu.
Dựa trên cơ sở kiến thức lý thuyết và các công thức về tính tần số alen,thành phần kiểu gen của quần thể trong trường hợp tự phối và giao phối đã đượchọc, đề tài này giúp học sinh biết cách hình thành công thức tính tần số alen,thành phần kiểu gen của quần thể tự phối trong những trường hợp đặc biệt (cáckiểu gen có sức sống và khả năng sinh sản khác nhau) sau nhiều thế hệ; tính sốkiểu gen, kiểu hình bà số kiểu giao phối tối đa có thể xảy ra quần thể giao phối.Nếu không hình thành được những công thức này mà chỉ dựa và các công thức
cơ bản đã được học thì đối với bài tập về quần thể tự phối, học sinh phải tính lầnlượt qua từng thế hệ để chia lại tỉ lệ nên mất nhiều thời gian và dễ nhầm lẫn Cònđối với bài tập về quần thể giao phối, học sinh sẽ gặp lúng túng khi kết hợp trongcác trường hợp tổng quát Vì vậy, nội dung đề tài sẽ giúp học sinh hình thành vàvận dụng công thức để giải nhanh bài tập trắc nghiệm về di truyền học quần thểthường gặp trong đề thi trung học phổ thông quốc gia
IV Phương pháp nghiên cứu
1 Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết
Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến nội dung của đề tài làm cơ sở lýthuyết cho quá trình làm đề tài
2 Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin.
Điều tra từ học sinh và các đồng nghiệp nhằm thu thập thông tin, bổ sungcho kết quả nghiên cứu để tăng độ tin cậy
3 Phương pháp thống kê, xử lý số liệu
Các kết quả, số liệu thu được sẽ được thống kê, xử lý, so sánh nhằm thấyđược hiệu quả của đề tài nghiên cứu
V Những điểm mới của SKKN
SKKN này được phát triển từ SKKN của năm học 2015- 2016 và có một
số điểm mới như sau:
- SKKN năm 2015- 2016 đề cập đến phương pháp giải bài tập di truyền quần thểngẫu phối khi xảy ra chọn lọc tự nhiên, đột biến, di- nhập gen còn SKKN này đềcập đến cách tính tần số alen, thành phần kiểu gen của quần thể tự phối khi xảy
ra chọn lọc tự nhiên; cách xác định số kiểu gen, kiểu hình và kiểu giao phối tối
đa có thể có trong quần thể ngẫu phối
- SKKN năm 2015- 2016 được áp dụng trong ôn thi THPT quốc gia và ôn thi họcsinh giỏi (văn hóa, caisô) còn SKKN này chỉ áp dụng cho ôn thi THPT quốc gia
vì từ năm học 2016- 2017, Sở giáo dục không tổ chức thi học sinh giỏi Casiô,còn nội dung thi học sinh giỏi văn hóa nằm trong chương trình Sinh học 10, 11nên không có dạng bài tập di truyền quần thể
2
Trang 3B Nội dung
I Cơ sở lý luận
Ở phần “ Di truyền học quần thể”, sách giáo khoa chỉ đề cập suông về mặt
lí thuyết, sách bài tập có rất ít bài tập về phần này Nếu giáo viên dạy theo sáchgiáo khoa và hướng dẫn của sách giáo viên (giáo viên không mở rộng) thì khôngmột học sinh nào có thể làm được một bài tập về phần quần thể Ngược lại vớithời gian dành cho phần này, thực tế trong hầu hết các đề thi nội dung phần nàylại chiếm tỉ lệ nhiều, chủ yếu dưới dạng bài tập, nhiều bài tập thậm chí rất khó.Nếu ở lớp giáo viên không có cách dạy riêng cho học sinh của mình thì học sinhkhó có được điểm của phần thi này Chính vì vậy, giúp học sinh có thể nhậndạng, hình thành và vận dụng thành thạo các công thức liên quan là việc rất quantrọng
II Thực trạng vấn đề
Trước đây, bài tập phần “Di truyền học quần thể” ít được đề cập đến, chủyếu chỉ là một nội dung nhỏ trong cả phần bài tập di truyền rộng lớn Các tài liệuchỉ tập trung nhiều vào việc phân loại và đưa ra phương pháp giải các dạng bàitập về qui luật di truyền Còn ở phần di truyền quần thể, bài tập chủ yếu mới chỉ
là những dạng đơn giản như cách xác định tần số alen, thành phần kiểu gen, kiểuhình từ những dữ liệu cho trước; xác định cấu trúc di truyền của quần thể ở thế
hệ Fn trong trường hợp tự phối hoặc giao phối; từ cấu trúc di truyền quần thểchứng minh quần thể đã đạt trạng thái cân bằng hay chưa, qua bao nhiêu thế hệquần thể đạt trạng thái cân bằng
Trong những năm gần đây, cùng với sự đổi mới cách ra đề, cách kiểm tra,đánh giá, phần bài tập di truyền quần thể cũng được mở rộng hơn Cụ thể là: xácđịnh cấu trúc di truyền của quần thể trong trường hợp gen gồm nhiều alen, genthuộc vùng không tương đồng trên nhiễm sắc thể giới tính X, sự biểu hiện củatính trạng phụ thuộc giới tính; tính số loại kiểu gen, kiểu hình và kiểu giao phốitối đa có thể có của quần thể; xác định cấu trúc di truyền của quần thể ở thế hệ F1
khi xảy ra chọn lọc, … Tuy nhiên, trong các đề thi trung học phổ thông quốc giahiện nay, bên cạnh những dạng bài tập trên còn có dạng xác định cấu trúc ditruyền quần thể tự phối ở thế hệ Fn khi kiểu gen đồng hợp lặn không sinh sảnhoặc không có khả năng sống sót Nếu không giúp học sinh hình thành công thứctổng quát thì học sinh phải tính lần lượt qua từng thế hệ Mà việc này sẽ mấtnhiều thời gian cũng như dễ bị nhầm lẫn vì phải tính toán nhiều
Qua quá trình giảng dạy, tôi đã hệ thống lại một số dạng bài tập mở rộng
về di truyền quần thể để giúp học sinh nhận dạng, phân loại, hình thành đượccông thức tổng quát cũng như vận dụng trong các ví dụ cụ thể
III Nội dung
1 Quần thể tự phối
Bài toán tổng quát: Trong một quần tự phối xét một gen có hai alen A, a nằm
trên NST thường tương đồng, có cấu trúc di truyền ở thế hệ xuất phát P là: P: x
AA + y Aa + z aa = 1
Tính tần số tương đối của alen và cấu trúc di truyền của quần thể ở thế hệthứ n (Fn) trong các trường hợp sau:
3
Trang 41.1 Trường hợp 1: Kiểu gen aa không có khả năng sinh sản (hoặc vì lý do nào đó người ta không cho những cá thể có kiểu gen aa tham gia sinh sản) a Công thức
- Giả sử các kiểu gen đều có khả năng sinh sản, ta xác định cấu trúc di truyền ở thế hệ Fn-1, ta được
Trang 5AA và Aa ở F1 khi tất cả các kiểu gen sinh sản bình
thường => CTDT của quần thể ở F2 là:
Bài giải:
Theo bài ra, quần thể ban đầu có bb = 0,1; tần số alen B = 0,6 => b = 0,4 =>
Tỉ lệ kiểu gen Bb = 2.(0,4 – 0,1) = 0,6; BB = 1 – 0,1 -0,6 = 0,3 Giả sử
các kiểu gen đều sinh sản bình thường thì tỉ lệ kiểu gen ở F3 là:
Trang 6Câu 2: Một quần thể thực vật tự thụ phấn có tỉ lệ kiểu gen ở thế hệ P là 0,45AA:
0,3Aa: 0,25aa Cho biết các cá thể có kiểu gen aa không có khả năng sinh sản.
Tính theo lí thuyết, tỉ lệ kiểu gen đồng hợp ở F3 là
Do kiểu gen aa không có khả năng sống nên trong quần thể chỉ có 2 loại kiểu gen
AA và Aa giảm phân tạo giao tử và tham gia sinh sản => Tỉ lệ kiểu gen ở P tham gia sinh sản được viết lại là:
Trang 8Câu 1: Ở một loài thực vật, xét 1 gen có 2 alen A, a Trong đó, alen A qui định
khả năng nảy mầm tốt; alen a làm hạt không nảy mầm được trên đất kiềm Người
ta đem gieo một số hạt có thành phần kiểu gen là: 0,4AA: 0,4Aa: 0,2aa trên đấtnhiễm kiềm Sau đó cho các cây tự thụ phấn liên tiếp qua 2 thế hệ Tính tần sốalen A ở thế hệ F2 mọc trên đất kiềm.
Câu 2: Một quần thể tự thụ phấn có 16 cá thể AA; 48 cá thể Aa; kiểu gen aa gây
chết ở giai đoạn phôi Tính tỉ lệ các kiểu gen của quần thể ở F3
Bài giải:
- Tỉ lệ các kiểu gen ở thế hệ xuất phát là: AA = 16/64 = 0,25; Aa = 0,75
- Giả sử 3 kiểu gen đều có khả năng sống và sinh sản, ta có tỉ lệ các KG ở F3
là: Aa = 0,75 : 23 = 6/64; AA = 0,25 + (0,75 – 6/64) : 2 = 37/64; aa = 21/64
- Vì aa bị chết ở giai đoạn phôi nên ta có các kiểu gen trong các cá thể ở F3 là:
2 Quần thể ngẫu phối
2.1 Tính số kiểu gen tối đa có thể có trong quần thể ngẫu
phối a Công thức:
* Trường hợp 1: Xét một gen có n alen nằm trên cặp nhiễm sắc thể
thường - Giả sử n alen của gen được kí hiệu là A1, A2, , An
- Mỗi alen có thể tạo được 1 kiểu gen đồng hợp (A1A1, A2A2, , AnAn) nên số kiểu gen đồng hợp về gen đó = C n1 = n
- Cứ 2 alen khác nhau tạo được 1 kiểu gen dị hợp (A1A2, A2A3, ) nên số kiểugen dị hợp về gen đó = C n2 = n.( n 1)
- Giả sử n alen của gen được kí hiệu là A1, A2, , An
- Ở giới XX, số kiểu gen được tính tương tự như ở cặp NST thường =
- Ở giới XY, cứ mỗi alen tạo được 1 kiểu gen ( X A1Y , X A2Y , , X A n Y ) nên số kiểu gen bằng số alen = n
7
Trang 9* Trường hợp 3: Xét một gen có n alen nằm trên vùng không tương đồng của nhiễm sắc thể giới tính Y
- Giả sử n alen của gen được kí hiệu là A1, A2, , An
- Ở giới XX chỉ có duy nhất 1 kiểu gen là XX
- Ở giới XY, cứ mỗi alen tạo được 1 kiểu gen ( XY A1 , XY A2 , , XY A n ) nên số kiểu gen bằng số alen = n
- Vậy tổng số kiểu gen có thể có về gen đó là: n + 1
* Trường hợp 4: Xét một gen có n alen nằm trên vùng tương đồng của cặp nhiễm sắc thể giới tính
- Giả sử n alen của gen được kí hiệu là A1, A2, , An
- Ở giới XX, số kiểu gen được tính tương tự như ở cặp NST thường = n.( n1)2
n ( n 1)
2
m.(m 1) 2
Trang 10- Ở giới XY có số kiểu gen đồng hợp = số alen = n ( X A1Y A1 , X A2Y A2 , , X A n Y A n ) và
số kiểu gen dị hợp là 2.C n2 vì vai trò của X và Y khác nhau( X A1Y A2 , X A2Y A1 , )
Số kiểu gen ở giới XY là: n 2.C n2 = n2
- Vậy tổng số kiểu gen có thể có về gen đó là: n.( n 1)n2 2
* Trường hợp 5: Xét gen một có n alen, gen hai có m alen; hai gen nằm trên các cặp nhiễm sắc thể thường khác nhau
- Theo công thức ở trường hợp 1, số kiểu gen tạo ra từ gen 1 là: n.( n1)2
- Số kiểu gen có thể tạo ra từ gen 2 là: m.(m 1)
- Theo công thức ở trường hợp 1, số kiểu gen tạo ra từ gen 1 là: n.( n 1)
- Theo công thức ở trường hợp 1, số kiểu gen tạo ra từ gen 1 là: n.( n1)2
- Theo công thức ở trường hợp 3, số kiểu gen tạo ra từ gen 2 là: m 1
8
Trang 11- Vì các gen nằm trên các cặp NST khác nhau nên số kiểu gen có thể dược tạo ra
-Vậy tổng số kiểu gen có thể có về gen đó là: n.m(n2.m 1) n.m
(Mở rộng: nếu xét nhiều gen cùng nằm trên vùng không tương đồng của NSTgiới tính X thì số kiểu có thể tạo ra cũng được tính tương tự với 1 gen mới có sốalen bằng tích các alen của tất cả các gen được xét)
* Trường hợp 11: Xét gen một có n alen, gen hai có m alen; hai gen cùng nằm trên vùng không tương đồng của nhiễm sắc thể giới tính Y
- Vì 2 gen cùng nằm trên vùng không tương đồng của NST giới tính Y nên xem như xét 1gen mới có n.m alen
- Ở giới XX chỉ có duy nhất 1 kiểu gen là XX
n ( n 1)
2
m.(m 1) 2
Trang 12- Ở giới XY, cứ mỗi alen tạo được 1 kiểu gen nên số kiểu gen về gen đó là n.m
- Vậy tổng số kiểu gen có thể có về gen đó là: n.m 1
(Mở rộng: nếu xét nhiều gen cùng nằm trên vùng không tương đồng của NSTgiới tính Y thì số kiểu có thể tạo ra cũng được tính tương tự với 1 gen mới có sốalen bằng tích các alen của tất cả các gen được xét)
* Trường hợp 12: Xét gen một có n alen, gen hai có m alen; hai gen cùng nằm trên vùng tương đồng của cặp nhiễm sắc thể giới tính
9
Trang 13-Ở giới XY có số kiểu gen đồng hợp = số alen = n.m và số kiểu gen dị hợp là
2.C n2.m vì vai trò của X và Y khác nhau
Số kiểu gen ở giới XY là: n.m 2.C n2.m = n 2.m2
- Vậy tổng số kiểu gen có thể có về gen đó là: n.m ( n.m 1) n 2 m2
2
(Mở rộng: nếu xét nhiều gen cùng nằm trên vùng tương đồng của cặp NST giớitính thì số kiểu có thể tạo ra cũng được tính tương tự với 1 gen mới có số alenbằng tích các alen của tất cả các gen được xét)
* Trường hợp 13: Xét gen một có n alen thuộc vùng không tương đồng của nhiễm sắc thể giới tính X, gen hai có m alen thuộc vùng không tương đồng của nhiễm sắc thể giới tính Y
Trang 14* Trường hợp 14: Xét gen một có n alen thuộc vùng không tương đồng của nhiễm sắc thể giới tính X, gen hai có m alen thuộc vùng tương đồng của cặp nhiễm sắc thể giới tính
- Ở giới XX, số kiểu gen được tính tương tự như ở trường hợp 12 (vì 2 gen nàyđều có alen trên NST giới tính X) =
- Ở giới XY, trên X có n alen, trên Y có m alen nên số kiểu gen được tạo ra là n.m
- Vậy tổng số kiểu gen có thể có về 2 gen đó là: n.m(n2.m 1) n.m
* Trường hợp 15: Xét gen một có n alen thuộc vùng không tương đồng của nhiễm sắc thể giới tính Y, gen hai có m alen thuộc vùng tương đồng của cặp nhiễm sắc thể giới tính
- Ở giới XX, số kiểu gen được tính tương tự như ở trường hợp 13 (vì chỉ gen 2
Câu 1: Ở một loài động vật, lôcút 1 có 2 alen, lôcút 2 có 3 alen và lôcút 3 có 2
alen nằm trên các nhiễm sắc thể thường khác nhau Hãy chọn kết luận đúng
A Có 30 kiểu gen về cả 3 lôcút trên.
10
Trang 15B Có 10 kiểu gen dị hợp về một trong 3 lôcút trên.
C Có 4 kiểu gen dị hợp về cả 3 lôcút trên.
D Có 12 kiểu gen đồng hợp về 3 lôcút trên.
Bài giải:
- Số kiểu gen dị hợp về một trong ba lôcut trên là: C22.3.2 C32.2.2 C22.3.2 24
- Số kiểu gen dị hợp về cả 3 lôcut trên là: C22.C32.C22 3
- Số kiểu gen đồng hợp về cả 3 lôcut trên là: 2.3.2 = 12 => Đáp án D
Câu 2: Một quần thể thực vật giao phấn ngẫu nhiên, xét 4 gen, mỗi gen có 3 alen
là A, a, a1; B, b, b1; D, d, d 1; E, e, e1 Các gen phân li độc lập, mỗi gen qui đinhmột tính trang, các alen trội là trội hoàn toàn và thứ tự trội là A> a> a1; B> b> b1;D> d> d1; E> e> e1 Cho biết không xảy ra đột biến NST, các alen đột biến đềukhông ảnh hưởng tới sức sống và khả năng sinh sản của thể đột biến Theo líthuyết, có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?
(I) Nếu alen a, a1, b, d, e là các alen đột biến thì các thể đột biến trong quần thể
có tối đa 1104 loại kiểu gen
(II) Nếu alen a, a1, b, d, e là các alen đột biến thì các thể đột biến về cả 4 gen trong quần thể có tối đa 24 loại kiểu gen
(III) Nếu alen a, a1, b, b1, d, e là các alen đột biến thì các thể đột biến trong quần thể có tối đa 1152 loại kiểu gen
(IV) Nếu alen a, a1, b, b1, d, e là các alen đột biến thì các thể đột biến về cả 4 gen trong quần thể có tối đa 36 loại kiểu gen.
- Nếu alen a, a1, b, d, e là các alen đột biến thì gen 1 có 3 KG bình thường và 3
KG của thể đột biến; mỗi gen còn lại có 4 KG bình thường và 2 KG của thể độtbiến
- Số KG của cơ thể bình thường là: 3.4.4.4 = 192
=> Số KG của các thể đột biến là: 1296 – 192 = 1104
- Số KG của các thể về cả 4 gen là: 3.2.2.2 = 24
- Nếu alen a, a1, b, b1, d, e là các alen đột biến thì gen 1 và gen 2 có 3 KG bìnhthường và 3 KG của thể đột biến; mỗi gen còn lại có 4 KG bình thường và 2 KGcủa thể đột biến
- Số KG của cơ thể bình thường là: 3.3.4.4 = 144