Quy trình ứng dụng toán xác suất để giải các dạng bài tập di 3truyền 3.2 Thực hành phương pháp ứng dụng toán xác suất để giải các 13bài tập di truyền trong các đề thi học sinh giỏi tỉnh.
Trang 1II NỘI DUNG
3.1 Quy trình ứng dụng toán xác suất để giải các dạng bài tập di 3truyền
3.2 Thực hành phương pháp ứng dụng toán xác suất để giải các 13bài tập di truyền trong các đề thi học sinh giỏi tỉnh
III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trang 2I MỞ ĐẦU
1 Lí do chọn đề tài
Trong chương trình sinh học THCS đặc biệt là chương trình sinh học 9 thì
kĩ năng giải một số dạng bài tập về toán xác suất là đề tài hay, khó và mới đốivới học sinh nhưng lại rất thiết thực, gần gũi với đời sống Các kiến thức, dạngbài tập này có nhiều trong các đề thi học sinh giỏi các thành phố, tỉnh trên toànquốc, đề thi đại học, cao đẳng Đặc biệt theo chương trình đồng tâm các em sẽgặp lại kiến thức này ở cấp THPT Đây cũng là nội dung giúp rèn cho HS các kĩnăng tư duy tính toán, tạo tiền đề cho các em trong việc giải quyết các bài tập vềtoán xác suất trong sinh học
Là một giáo viên nhiều năm tham gia bồi dưỡng đội tuyển HSG sinh học
9, tôi nhận thấy đây là dạng bài tập nhiều năm có trong đề thi HSG các tỉnh, cáchuyện tuy nhiên các dạng bài tập này khó và HS dễ bị nhầm lẫn Hơn nữa ở cấpTHCS, học sinh được nghiên cứu về toán xác suất rất ít và đa số còn mơ hồ, lúngtúng, mang tính mò mẫm nên ảnh hưởng nhiều đến chất lượng giáo dục mũinhọn Hiện tại có nhiều chuyên đề, sáng kiến kinh nghiệm trên internet đề cậpđến nội dung này nhưng chưa có sự phân dạng cụ thể, chủ yếu là tài liệu dànhcho HS THPT nên không phù hợp với đối tượng HS THCS
Vì vậy tôi viết đề tài này để tổng hợp lại nội dung cụ thể nhất, thiết thực,gần với khả năng tiếp thu của học sinh lớp 9 nhất, từ đó hướng dẫn học sinh
phương pháp làm hiệu quả nhất Nên tôi đã chọn đề tài “Hướng dẫn học sinh ứng dụng toán xác suất vào giải bài tập di truyền trong bồi dưỡng học sinh giỏi môn sinh học lớp 9”
- Giúp các đồng nghiệp tham khảo để có thể vận dụng tốt hơn trong công tác giảng dạy về các bài tập di truyền có ứng dụng toán xác suất
3 Đối tượng nghiên cứu
Đề tài sẽ nghiên cứu về ứng dụng toán xác suất trong dạy học sinh học,tổng hợp và phân loại các dạng khác nhau, từ đấy đưa ra phương pháp giải toánxác suất trong sinh học 9
4 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra khảo sát thực tế
- Phương pháp thu thập thông tin
- Phương pháp thống kê, xử lý số liệu
Trang 3II.NỘI DUNG
1 Cơ sở lí luận của vấn đề
Xác suất - công cụ toán học trong nghiên cứu di truyền
Trong nghiên cứu di truyền học, toán xác suất đã được Men đen sử dụng
để phát hiện ra 2 quy luật di truyền cơ bản, đặt nền móng cho sự ra đời của ditruyền học: quy luật phân li và quy luật phân li độc lập Dựa trên công cụ toánxác suất, Men đen đã phân tích kết quả của các phép lai một cặp tính trạng, haicặp tính trạng và nhiều cặp tính trạng, giải thích kết quả và đưa ra giả thuyếtkhoa học
Chính việc sử dụng toán xác suất trong phân tích kết quả thu được từ thựcnghiệm mà toán xác suất được coi là công cụ hữu hiệu, là nội dung cơ bản, độcđáo trong phương pháp nghiên cứu di truyền của Men đen, mà trước ông chưatừng ai sử dụng
Để có thể nắm bắt được phương pháp giải đúng, giải nhanh các bài tập ditruyền có ứng dụng toán xác suất thì học sinh cần nắm vững các kiến thức:
- Nội dung và cơ sở tế bào học quy luật phân li, quy luật phân li độc lập
- Công thức cộng xác suất, công thức nhân xác suất, công thức nhị thức Niu-tơn
2 Thực trạng của vấn đề nghiên cứu
2.1 Thực trạng ứng dụng toán xác suất trong dạy học sinh học ở trường THCS hiện nay.
Từ các số liệu thu được trong quá trình điều tra, tôi có nhận xét như sau:Nguồn tài liệu viết về ứng dụng toán xác suất trong dạy học sinh học nhiều, đadạng nhưng chưa phân loại rõ ràng, còn lộn xộn gây khó hiểu cho HS cấp THCS.Một số giáo viên còn lúng túng khi hướng dẫn HS làm các dạng toán xác suấttrong sinh học HS gặp khó khăn khi tiếp cận các dạng đề khác nhau liên quanđến toán xác suất, thường hay nhầm lẫn
Trước khi tiến hành áp dụng đề tài này, tôi tiến hành khảo sát trongđội tuyển bồi dưỡng HS giỏi khối 9 về một số dạng toán liên quan đếntính xác suất Kết quả như sau:
Tổng số HS Điểm từ 7,5 - 10 Điểm từ 5 - 7 Điểm dưới 5
Kết quả kiểm tra đánh giá học sinh cho thấy: Sự hiểu biết của học sinh vềtoán xác suất còn mơ hồ Một số ít học sinh đã làm được một số bài toán liênquan đến xác suất nhưng vẫn còn nhầm lẫn và cách giải chưa khoa học
2.2 Nguyên nhân
a.Thuận lợi:
- Ban giám hiệu coi trọng công tác bồi dưỡng chuyên môn nghiệp vụ của
GV và chất lượng bồi dưỡng HSG
- Bản thân là GV có trình độ chuyên môn vững vàng, tâm huyết, tích cựctrong giảng dạy, luôn có ý thức tự học, tự bồi dưỡng để nâng cao trình độ chuyênmôn nghiệp vụ
Trang 4- Được tham gia đợt tập huấn GV bồi dưỡng HSG do Sở giáo dục đào tạo
tổ chức, qua đó được nghe chuyên viên của Sở triển khai chuyên đề ″ Ứng dụngtoán xác suất trong dạy học sinh học ” và được trao đổi với các GV khác về nộidung này
b Khó khăn:
- Chương trình SGK nặng nề về kiến thức, đặc biệt là kiến thức di truyềnhọc Số tiết bài tập quá ít ỏi Kiến thức về toán xác suất mới và khó với nhiềuhọc sinh
- Số học sinh tham gia lớp bồi dưỡng học sinh giỏi môn sinh học rất ít, nhất là những trường ngoại thành
- Trình độ GV chưa đồng đều, một số GV chưa có điều kiện tham gia dạybồi dưỡng nên còn ít kinh nghiệm khi hướng dẫn HS giải toán xác suất trongsinh học
3 Các giải pháp thưc hiện
3.1 Quy trình ứng dụng toán xác suất giải các dạng bài tập di truyền
Để giải được các bài toán về toán xác suất trong sinh học, trước hết GV phải hướng dẫn cho HS hiểu về các kiến thức liên quan đến xác suất như sau:
* Xác suất
Trong thực tế chúng ta thường gặp các hiện tượng xảy ra ngẫu nhiên (biếncố) với các khả năng nhiều, ít khác nhau Toán học đã định lượng hóa khả năngnày bằng cách gắn cho mỗi biến cố một số dương nhỏ hơn hoặc bằng 1 được gọi
là xác suất của biến cố đó
* Quy tắc cộng xác suất: Quy tắc cộng xác suất được áp dụng khi 1 sự
kiện có nhiều khả năng xảy ra
Ví dụ: Ở một loài thực vật, phép lai P: AaBbdd x aaBbDd thu được F 1 Biết
rằng mỗi gen quy định một tính trạng, gen trội là trội hoàn toàn, các gen nằm
trên các nhiễm sắc thể thường khác nhau.
Xác suất để đời con có kiểu hình mang 2 tính trạng lặn, 1 tính trạng trội
Trang 5* Quy tắc nhân xác suất
Quy tắc nhân xác suất được áp dụng với các sự kiện xảy ra độc lập nhau,nghĩa là sự xuất hiện của sự kiện này không phụ thuộc vào sự xuất hiện của sựkiện kia
Ví dụ: Cho đậu Hà lan hạt vàng thân cao dị hợp tử 2 cặp gen tự thụ phấn Xác
suất gặp cây hạt vàng thân thấp là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
Vì 2 tính trạng này nằm trên 2 NST khác nhau nên hai tính trạng này di truyềnđộc lập Tính trạng hạt vàng khi tự thụ phấn cho ra hạt vàng: hạt xanh Xácsuất bắt gặp hạt vàng là Tính trạng thân cao khi tự thụ phấn cho ra thân cao: thân thấp Xác suất bắt gặp thân thấp Như vậy xác suất bắt gặp cây đậu hạt
vàng thân thấp là
Ví dụ: Ở người bệnh bạch tạng do gen lặn(a) nằm trên NST thường quy định.
Bố, mẹ cùng có KG Aa ( không bạch tạng), xác suất họ sinh con trai đầu lòng bị bệnh là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
- Xác suất sinh con trai là và xác suất bị bạch tạng (aa) là
- Xác suất sinh con trai đầu lòng bị bạch tạng (aa) là:
*Quy tắc nhân xác suất và cộng xác suất thường được áp dụng đồng
thời Ví dụ: Tính xác suất để một cặp vợ chồng ở 2 lần sinh có một con trai và một con gái.
Xác suất sinh con trai đầu lòng và con gái thứ hai là
+ Con gái đầu lòng, con trai thứ hai Tương tự như trên xác suất là
Trang 6Xác suất để cặp vợ chồng sinh con trai và con gái là
Như vậy sự hoán đổi hoặc con đầu là trai, con thứ hai là gái hoặc con đầu là gái con thứ hai là trai là hai phép hoán vị (hay còn gọi là cách tổ hợp)
* Phép hoán vị: là cách sắp xếp thứ tự các yếu tố khác đi nhưng kết quả
cuối cùng không thay đổi
Ví dụ: Ở người bệnh bạch tạng do gen lặn trên NST thường qui định Một cặp
vợ chồng dị hợp về bệnh này có 3 người con, thì xác suất để một trong 3 người con bị bệnh (2 người còn lại là bình thường) là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
Bố mẹ dị hợp nên các con sinh ra có bình thường : bị bệnh
Thực tế, đứa trẻ bị bệnh có thể là con đầu, con thứ hai hoặc con thứ ba Như vậy
có 3 cách hoán vị khác nhau Xác suất để một đứa con của họ bị bệnh (B) và haiđứa bình thường (T) là:
P (1B + 2T) = P (B+T+T) + P (T+B+T) + P (T+T+B) = ( 14 × 34 × 34 ) + ( 34 × 14 × 34 ) + ( 34 × 34 × 14
)=3[(34)2× 14]
Như vậy trong kết quả này 3 là số khả năng hoán vị, ( 34 )2 ×
sự kiện xảy ra theo một thứ tự nhất định
- Số các hoán vị của dãy n phần tử bằng 1x2x3x x n
theo quy luật phân li độc lập
- Bước 1: Tính số loại kiểu gen, số loại kiểu hình ở mỗi cặp gen
- Bước 2: Áp dụng công thức nhân xác suất, tính số loại kiểu gen và số loại kiểu hình ở đời con
1.2: Tính tỉ lệ kiểu gen và tỉ lệ kiểu hình ở đời con của một phép lai tuân theo
quy luật phân li độc lập
- Bước 1: Tính tỉ lệ kiểu gen, tỉ lệ kiểu hình ở mỗi cặp gen
- Bước 2: Áp dụng công thức nhân xác suất, tính tỉ lệ kiểu gen và tỉ lệ kiểu hình
ở đời con
Ví dụ 1: Ở một loài thực vật, phép lai P: AaBbDd x Aabbdd thu được F1 Biết
rằng mỗi gen quy định 1 tính trạng, gen trội là trội hoàn toàn, các gen nằm trên các NST thường khác nhau
a) Xác định số loại kiểu gen, tỉ lệ các loại kiểu gen ở F1
b) Nếu chọn ngẫu nhiên 2 cây có KH trội về 3 tính trạng ở F1 cho giao phấnvới nhau thì ở F2 xác suất xuất hiện cây có kiểu hình về cả 3 tính trạng lặn mong
Trang 7đợi là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
a Áp dụng quy tắc nhân xác suất, số loại kiểu gen là: 3 x 2 x 2 = 12 kiểu gen
Tỉ lệ các loại KG ở F1: (1AA: 2Aa:1aa)(1Bb: 1bb)(1Dd: 1dd) =
1AABbDd: 1AABbdd: 1AAbbDd:1AAbbdd: 2AaBbDd: 2AaBbdd:
2AabbDd :2Aabbdd: 1aaBbDd: 1aaBbdd: 1aabbDd:1aabbdd
b Xác suất xuất hiện cây có kiểu hình về cả 3 tính trạng lặn:
+ Vì hai cây F1 có KH trội về cả 3 tính trạng, để F2 xuất hiện cây có KH lặn cả 2 tính trạng →2cây F1 có KG AaBbDd
+ Xác suất xuất hiện cây có kiểu hình trội về cả 3 tính trạng A-B-D - =
+ Xác suất xuất hiện KG AaBbDd =
+ Xác suất chọn 2 cây có KG AaBbDd trong tổng số cây có KH trội cả 3 tính trạng = : =
Vậy xác suất cần tìm:
1.3 Tính tỉ lệ kiểu hình ở đời con của phép lai tuân theo quy luật phân li độc lập.
Ví dụ2: Đề thi chọn GV dạy giỏi THCS cấp tỉnh Thanh Hóa năm 2015- 2016
Ở đậu Hà Lan, cho giao phấn giữa cây có hạt xanh, trơn thuần chủng vớicây có hạt vàng nhăn thuần chủng được F1 đều có hạt vàng trơn Cho F1 giaophấn với nhau được F2 gồm 4 loại kiểu hình, trong đó hạt vàng nhăn chiếm tỉ lệ18,75%
a Biện luận và viết sơp đồ lai từ P đến F2
b Chọn ngẫu nhiên 2 cây mọc từ hạt vàng, nhăn ở F2 cho giao phấn vớinhau Số hạt có kiểu hình xanh, nhăn mong đợi ở F3 chiếm tỉ lệ bao nhiêu?
- Quy ước: gen A - hạt vàng ; a - hạt xanh ; B - hạt trơn ; b - hạt nhăn
- Kiểu gen của F1 :
AaBb *Sơ đồ lai:
P: aaBB ( hạt xanh trơn) x AAbb( hạt vàng nhăn)
Trang 8F2: 9 A-B- : 3 A-bb : 3 aaB- : 1aabb
Tỉ lệ KG:
1AABB: 2AaBB: 2AABb: 4AaBb: 1aaBB: 2aaBb: 1AAbb: 2Aabb: 1aabb
Tỉ lệ KH: 9 hạt vàng trơn: 3 hạt vàng nhăn: 3 hạt xanh trơn: 1 hạt xanh nhăn
b.Xác định tỉ lệ kiểu hình xanh, nhăn ở F3
- Để F3 có hạt xanh nhăn (aabb) thì cây hạt vàng nhăn F2 đem lai phải có kiểu gen Aabb
- Cây hạt vàng nhăn dị hợp (Aabb) ở F2 chiếm tỉ lệ
- Xác suất bắt gặp số hạt có kiểu hình xanh nhăn ở F3 là:
F2: Aabb x Aabb → aabb =
1.4 Tính tỉ lệ kiểu hình ở đời con của phép lai tuân theo quy luật liên kết gen
Ví dụ : Ở cà chua, gen A quy định quả đỏ là trội hoàn toàn so với alen a quy địnhquả vàng Gen B quy định quả tròn là trội hoàn toàn so với alen b quy định quảbầu dục Cho hai cây cà chua quả đỏ, tròn dị hợp tử 2 cặp gen giao phấn vớinhau, thu được F1 gồm 3 loại kiểu hình phân li theo tỉ lệ 1: 2: 1 Chọn ngẫunhiên hai cây F1 giao phấn với nhau, đời F2 thu được 4 loại kiểu hình phân li theo
Do F1 không xuất hiện quả vàng, bầu dục → KG của F1: x
Suy ra P dị hợp tử 2 cặp gen, phải cho ra 3 loại giao tử Ab, aB và ab
Vậy KG của P là : x
*Sơ đồ lai:( HS tự viết)
Trang 91.5 Tính tỉ lệ kiểu hình ở đời con của phép lai 1 cặp tính trạng trong quần
thể Ví dụ 3: Đề thi chọn HS giỏi tỉnh Thanh Hóa năm 2013- 2014
Ở ruồi giấm, alen A quy định tính trạng thân xám trội hoàn toàn so vớialen a quy định tính trạng thân đen Cặp alen này nằm trên cặp nhiễm sắc thể số
II Cho các con ruồi giấm cái thân xám giao phối ngẫu nhiên với các con ruồigiấm đực thân đen, đời F1 có 75% ruồi thân xám : 25% ruồi thân đen Tiếp tụccho F1 giao phối ngẫu nhiên với với nhau thu được F2
a Giải thích kết quả và viết sơ đồ lai từ P đến F1
b Số con ruồi giấm thân đen mong đợi ở F2 chiếm tỉ lệ bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải:
a Giải thích kết quả và viết sơ đồ lai từ P đến F1
- F1 75% ruồi thân xám : 25% thân đen = 3 : 1, chứng tỏ thế hệ P, ruồi cái có 2kiểu gen AA và Aa; ruồi đực có kiểu gen là aa Suy ra F1 là kết quả của 2 phéplai sau: (1) ♀ AA x ♂ aa; (2) ♀ Aa x ♂ aa
* Sơ đồ lai:
- ♀AA x ♂ aa Tỉ lệ kiểu gen Tỉ lệ kiểu hình
b Tỉ lệ ruồi thân đen ở F2:
* Tỉ lệ các loại kiểu gen ở F1 3
1.6 Ví dụ 4: Ở đậu Hà Lan, alen A quy định hoa đỏ là trội hoàn toàn so với alen
a quy định hoa trắng Cho cây đậu có kiểu gen Aa tự thụ phấn, thu được rất nhiềuhạt Người ta lấy ngẫu nhiên 5 hạt đem gieo
a Xác suất để có 3 cây hoa đỏ và 2 cây hoa trắng là bao nhiêu?
b Xác suất để trong 5 cây có ít nhất 1 cây là hoa trắng ?
Hướng dẫn giải:
a Xác suất để có 3 cây hoa đỏ và 2 cây hoa trắng
Màu sắc hoa tuân theo quy luật di truyền của Men đen, tỉ lệ phân li kiểu hình ở
F2 là A- : aa
+ Nếu lấy ngẫu nhiên 5 hạt F`1 đem gieo thì tỉ lệ KH ở F2 tuân theo nhị thức Niutơn ( x + y)5 = x5 + 5x4y + 10x3y2 + 10x2y3 + 5xy4 + y5. Trong đó x là tỉ lệ cây có
Trang 10hoa màu đỏ: y là tỉ lệ cây có hoa màu trắng
+ Xác suất để có 3 cây hoa đỏ và 2 cây hoa trắng là: 10x3y2 = 10.( 34 )3 x ( 14 )2
= 26,3672%
b Xác suất để trong 5 cây có ít nhất 1 cây là hoa trắng
+ Xác suất để 5 cây đều có hoa màu đỏ: ( 34 )5 = 23,7305 %
+ Xác suất để có ít nhất 1 cây là hoa trắng = 1- ( 34 )5 = 76,2695 %
DẠNG 2: TÍNH XÁC SUẤT TRONG DI TRUYỀN NGƯỜI
DẠNG 2-1: TÍNH XÁC SUẤT KHÔNG QUA SƠ ĐỒ PHẢ HỆ
* Hướng dẫn chung:
* Bước 1: Căn cứ vào đặc điểm di truyền của tính trạng đang xét Tìm kiểu gen
của bố mẹ Nếu bài chưa cho đặc điểm di truyền của tính trạng cần biện luận để
tìm
* Bước 2: Tính tỉ lệ (xác suất) của kiểu hình bài yêu cầu.
* Bước 3: Nếu từ 2 tính trạng trở lên cần xét đến mối quan hệ giữa các tính trạng
( Phân li độc lập hay di truyền liên kết ) từ đó vận dụng để tính được tỉ lệ kiểu
hình cần tìm
Ví dụ 1:Đề thi HSG Vĩnh Phúc năm 2013-2014
Ở người, cả 3 bệnh A; B và C đều là ba bệnh di truyền do đột biến gen
lặn nằm trên NST thường, không liên kết với nhau (các gen quy định ba bệnh
trên nằm trên ba cặp NST tương đồng khác nhau) Một cặp vợ chồng bình
thường sinh ra một đứa con mắc cả ba bệnh trên Nếu cặp vợ chồng trên muốn
sinh con thứ hai thì:
a Tính theo lí thuyết, xác suất mắc cả ba bệnh của đứa con thứ hai là bao
nhiêu?
b Xác suất đứa con thứ hai mắc hai trong ba bệnh trên là bao nhiêu?
Biết rằng không xảy ra đột biến trong các lần sinh con của cặp vợ chồng ở
các trường hợp trên.
Hướng dẫn giải:
alen b: quy định bệnh B, alen B: bình thườngalen c: quy định bệnh C, alen C: bình thường
- Một cặp vợ chồng bình thường sinh ra một đứa con mắc cả ba bệnh trên
=> kiểu gen của bố, mẹ đều phải là AaBbCc
a Xác suất mắc cả ba bệnh của đứa con thứ 2 là : 1 aa× 1 bb× 1
cc = 1 44 4 64
+Xác suất mắc 2 bệnh (A và B) là : 14 aa × 14 bb × 34 C- =
Trang 11a Xác định kiểu gen của hai anh em.
b Nếu hai anh em lấy vợ có cùng nhóm máu thì xác suất sinh con có nhóm máu khác với bố mẹ là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
a Xét gia đình người anh:
+ Vợ có nhóm máu A → kiểu gen của vợ có thể có là: IAIA hoặc IAI0 → chỉ có
thể cho 1 loại giao tử là IA hoặc cho hai loại giao tử là : IA và I0 (1)
+ Con có nhóm máu AB → kiểu gen là: IAIB = giao tử IA x giao tử IB (2)
+ Từ (1) v à (2) → người anh cho giao tử IB (3)
Xét gia đình người em:
+ Vợ có nhóm máu B → kiểu gen của vợ có thể có là: IBIB hoặc IBI0 → chỉ cóthể cho 1 loại giao tử là IB hoặc cho hai loại giao tử là : IB và I0 (4)
+ Con có nhóm máu AB → kiểu gen là: IAIB = giao tử IA x giao tử IB (5)
+ Từ (4) v à (5) → người em cho giao tử IA (6)
- Vì hai anh em sinh đôi cùng trứng nên từ (3) và (6) → kiểu gen của hai anh em
DẠNG 2-2: TÍNH XÁC SUẤT MỘT KIỂU HÌNH BẤT KÌ Ở ĐỜI SAU
THÔNG QUA SƠ ĐỒ PHẢ HỆ
*Hướng dẫn chung: