Phân dạng và phương pháp tính tần số hoán vị gen các bài toán hoán vị gen thường gặp trong kì thi học sinh giỏi và đại học, cao đẳng

Phân dạng và phương pháp tính tần số hoán vị gen các bài toán hoán vị gen thường gặp trong kì thi học sinh giỏi và đại học, cao đẳng Phân dạng và phương pháp tính tần số hoán vị gen các bài toán hoán vị gen thường gặp trong kì thi học sinh giỏi và đại học, cao đẳng Phân dạng và phương pháp tính tần số hoán vị gen các bài toán hoán vị gen thường gặp trong kì thi học sinh giỏi và đại học, cao đẳng

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.

Trước sự thay đổi về hình thức kiểm tra, đánh giá chất lượng học tập của học sinh trong kỳ thi đại học, cao đẳng của môn sinh học theo hình thức thi trắc nghiệm khách quan, nhằm đánh giá kiến thức của người học một cách sâu, rộng và toàn diện hơn, vì vậytrong mỗi đề thi phạm vi kiến thức rộng, số lượng câu hỏi và bài tập sẽ nhiều, thời gian cho mỗi câu là rất ít, mỗi câu lại có 4 phương án trả lời, trong đó lại có những phương án

có độ nhiễu cao (tức là những đáp án sai lại có vẻ hợp lí giả tạo) Vì vậy đòi hỏi người học phải nắm vững bản chất, chân tướng của kiến thức và nắm vững ở mức độ nhuần nhuyễn thì mới chọn được phương án đúng và nhanh.Việc giải nhanh các bài toán, đi bằng con đường ngắn nhất không chỉ giúp học sinh tiết kiệm thời gian làm bài mà còn rènluyện tư duy và năng lực phát hiện vấn đề của người học

Xuất phát từ thực tế hàng năm sau khi học sinh dự thi đại học, cao đẳng cũng như qua các lần thi thử trước đó đa số học sinh đều phản ánh toán vị gen là một chuyên đề khó, rất ít số học sinh giải quyết được phần này.Vấn đề hoán vị gen là một trong những vấn đề rơi vào tình trạng lí thuyết mà sách giáo khoa cung cấp còn rất chung chung, chỉ thông qua bài học “Liên gen gen và hoán vị gen” thì học sinh khó có thể đáp ứng được những yêu cầu cao hơn nhiều của đề thi Đại học và cao đẳng hàng năm

Từ thực tế đó tôi rất trăn trở làm sao để học sinh trả lời đúng và trả lời nhanh được các câu hỏi lý thuyết cũng như bài tập phần này để đáp ứng được đề thi Do đó khi giảngdạy phần này tôi đã có kế hoạch bổ sung cho học sinh lượng kiến thức cần thiết, đồng thời hướng dẫn cụ thể cách vận dụng kiến thức đó để trả lời các câu hỏi lý thuyết và giải bài tập định lượng, giúp học sinh giải quyết có hiệu quả cao đáp ứng được thời gian, nội dung yêu cầu của đề thi đối với phần bài tập hoán vị gen góp phần nâng cao chất lượng điểm thi môn sinh nói riêng và tổng điểm thi đại học nói chung cho học sinh thi các khối

B hàng năm Vì vậy từ lí do thực tế trên tôi chọn và viết đề tài “Phân dạng và phương pháp tính tần số hoán vị gen các bài toán hoán vị gen thường gặp trong kì thi học sinh giỏi và đại học, cao đẳng ”

II.MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG:

1.Mục đích yêu cầu :

-Nhằm giúp học sinh rèn luyện kĩ năng tư duy độc lập, kỹ năng tính toán suy luận lôgic.-Giúp các em chủ động làm các bài tập, không chỉ đơn thuần là các bài tập thầy giáo ra trên lớp, cho về nhà mà còn tự làm các bài tập ở các tài liệu, các đề thi đại học, cao đẳng

và đề thi học sinh giỏi các cấp

- Rèn luyện phương pháp chuyên môn và kiến thức chuyên sâu cho bản thân giáo viên

2.Phạm vi ứng dụng :

Bài tập hoán vị gen là dạng bài tập tương đối khó, đi sâu vào nghiên cứu thì nó sẽ phức tạp hơn nhiều, đòi hỏi phải tư duy lôgic tính toán khá nhiều Do vậy nội dung đề tài chủ yếu dùng để ôn thi học sinh khá, giỏi trường THPT Lê Lợi thi học sinh giỏi các cấp và ônthi vào đại học, cao đẳng, trung học chuyên nghiệp

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI :

1 Đối tượng nghiên cứu : Dùng để dạy các em học sinh giỏi và ôn thi Đại học,

cao đẳng

2.Giới hạn đề tài : Áp dụng dạy phần quy luật di truyền hoán vị gen cho việc ôn

thi học sinh giỏi và thi Đại học, cao đẳng

3.Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu về phương pháp dạy và học của GS Trần Bá Hoành, Bài tập di truyềncủa Vũ Đức Lưu…

- Nghiên cứu SGK dùng trong giảng dạy phần quy luật di truyền

-Nghiên cứu cấu trúc đề và đề thi Đại học, cao đẳng

- Nghiên cứu sách chuyên sâu dùng học sinh chuyên

PHẦN II CÁC GIẢI PHÁP CẢI TIẾN

I Thực trạng vấn đề:

Trong các bài tập về quy luật di truyền thì quy luật di truyền hoán vị gen là một trong những dạng bài tập vừa đa dạng, vừa phức tạp,và thường ra trong các đề thi học sinh giỏi và tuyển sinh vào các trường Đại học-Cao đẳng hàng năm Qua nhiều năm giảng dạy ôn thi học sinh và ôn thi đại học, cao đẳng tôi nhận thấy:

- Một thực tế cho thấy đa số học sinh không có hứng thú với các bài tập hoán vị gen thậm chí cả một số câu hỏi lí thuyết, khi gặp về bài toán hoán vị gen trong các đề thi đại học, cao đẳng học sinh thường bỏ qua với tâm lý nếu còn thời gian thì làm mà hết thời gian thì thôi, điều đó chứng tỏ các em chưa nắm chắc kiến thức cơ bản, chưa biết cách vận dụng và chưa có phương pháp làm bài tập hoán vị gen Đa số học sinh không đủ

tự tin để đối mặt với phần này

- Khi trả lời các câu hỏi có liên quan đến hoán vị gen thường hay sai sót, thậm chí không làm được bài tập, nếu có làm được thì thời gian chi phí cho loại bài này thường nhiều hơn so với các dạng bài khác

- Trong suy nghĩ của đa số học sinh cho rằng đây là phần toán khó nên cũng khôngchịu khó tìm tòi, tự học để vượt qua mà đa số với tâm lý là ngại đối mặt rồi nghĩ rằng mấtvài câu hoán vị gen cũng chưa ảnh hưởng nhiều đến số điểm nên buông xuôi

Vì vậy là giáo viên trực tiếp giảng dạy môn sinh và thực hiện nhiệm vụ giảng dạy,

ôn thi đại học, cao đẳng cho học sinh tôi thấy rất nguy hiểm với lối suy nghĩ đó, nó tạo ra một tâm lý dây chuyền về việc ngại học môn sinh ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng thivào các trường đại, cao đẳng của chính các em, trước thực trạng như trên khi giảng dạy tôi đã chủ động đưa ra một số biện pháp cải tiến để khắc phục những tồn tại đó

II Phương pháp thực hiện đề tài :

- Sử dụng phương pháp nêu vấn đề gợi mở, dẫn dắt đề ra công thức và hình thành các bước giải bài toán từ đó lồng ghép các bài tập từ đơn giản đến phức tạp qua đó học sinh tiếp cận và rèn luyện trên lớp Sau đó các em về nhà tự học, tự nghiên cứu từ các nguồn tài liệu làm bài tập trong SGK, Bài tập Sinh học và các tài liệu nâng cao Tạo cho

các em có khả năng phản ứng nhanh trước các loại bài tập ở mức hiểu, mức vận dụng từ

đó hình thành cho các em tư duy ở mức độ cao hơn như phân tích, tổng hợp và đánh giá

- Cho học sinh giải bài tập theo phương pháp của thầy định hướng

- Làm bài kiểm tra nhanh

- Đánh giá kết quả qua từng năm giảng dạy rút ra bài học kinh nghiệm trong giảng dạy của từng năm học

III NỘI DUNG

“Phân dạng và phương pháp tính tần số hoán vị gen các bài toán hoán vị gen thường gặp trong kì thi học sinh giỏi và đại học, cao đẳng ”

A.Cơ sở khoa học:

- Hoán vị gen có thể giải thích bằng sự trao đổi chéo của 2 trong 4 cromatit của cặp NST kép ở kì trước lần phân bào I trong giảm phân

- Hoán vị gen phụ thuộc vào giới tính:

+ Đa số các loài hoán vị gen xảy ra trong cả quá trình phát sinh giao tử đực và quá trình phát sinh giao tử cái

+ Một số loài ( ruồi giấm ) hoán vị gen xảy ra trong quả trình phát sinh giao tử cái

+ Một số loài (tằm ) hoán vị gen xảy ra trong quả trình phát sinh giao tử đực

-Tần số hoán vị gen thể hiện lực liên kết giữa các gen trên NST,nói chung các gen trên NST có xu hướng liên kết chặt chẽ nên tần số hoán vị gen không vượt quá 50% (0 <f  50% )

-Tần số hoán vị gen thể hiện khoảng cách tương đối giữa các gen trên NST: các gen nằm càng xa nhau thì tần số hoán vị gen càng lớn và ngược lại các gen nằm gần nhau thì tần

số hoán vị gen càng nhỏ

-Công thức tính tần số HVG (p)

(p) = (số giao tử HV / tổng số giao tử tạo thành) x 100%

(p) = (số cá thể có kiểu hình do HV/ tổng số cá thể thu được) x 100%

(p) = 2 x % giao tử HV

B.Các phân dạng và phương pháp giải các dạng bài tập chỉ xét các gen nằm trên NST thường, trội hoàn toàn

B1 Bài toán liên quan đến hai cặp gen nằm trên một cặp NST:

B1.1 Xét các bài toán liên quan đến phép lai phân tích(Fa)

* Lai phân tích là phép lai giữa cá thể có kiểu hình trội chưa biết kiểu gen với kiểu

hình lặn đã biết kiểu gen để xác định kiểu gen của kiểu hình trội

Dạng 1: Cho biết các kiểu hình ở đời con :

- Số cá thể hình thành do trao đổi chéo có tỉ lệ ít (<25%)

- Khi xét các gen liên kết với nhau trên một NST

Trường hợp 1: Cho biết kiểu hình của P :

+ Nếu số lượng cá thể F1, có kiểu hình khác P, chiếm tỉ lệ ít thì cơ thể dị hợp tử có kiểu

gen dị hợp tử đều (AB ab ).

+ Nếu số lượng cá thể F1, có kiểu hình giống P, chiếm tỉ lệ ít thì cơ thể dị hợp tử có kiểu

gen dị hợp tử chéo (A a B b)

* Phương pháp xác định tần số hoán vị gen( TSHVG) như sau:

Tổng số cá thể sinh ra do hoán vị gen (tỉ lệ ít) trong phép lai phân tích

TSHVG (f) = x 100%

Tống số cá thể sinh ra trong phép lai phân tích

Ví dụ (Trích đề thi tuyển sinh Đại học) :Ở 1 loài thực vật :Hoa đỏ (A) trội hoàn

toàn so hoa trắng (a); Thân cao (B) trội hoàn toàn so thân thấp (b) các cặp gen đều nằm trên NST thường Lai cây hoa đỏ, thân cao với cây hoa trắng, thân thấp.Kết quả thu được

ở F1: 88 cây đỏ, cao, 92 cây trắng, thấp, 11 cây đỏ, thấp, 9 cây hoa, trắng cao Biết rằng không có đột biến xảy ra, tần số hoán vị gen và kiểu gen đem lai là ?

F1 = (1Đỏ : 1Trắng )(1Cao : 1Thấp) = 1:1:1:1 khác với tỉ lệ đề bài, chứng tỏ cặp gen này cùng nằm trên một cặp NST tương đồng và có hiện tượng liên kết gen không hoàn toàn

Vì lai phân tích: TSHVG = {(11+9):(92+88+11+9)}x100% = 10%

Cây hoa đỏ, thân thấp và cây hoa trắng, thân cao ở F1 có tỉ lệ ít và kiểu hình khác P ->

kiểu gen của cây hoa đỏ, thân cao ở P là AB ab Cây hoa trắng, thân thấp là ab/ab.

Trường hợp 2 : Không cho biết kiểu hình của P :

Khi xét các gen liên kết với nhau ta dựa vào kiểu hình lặn (ab/ab) ở đời con:

- Nếu có tỉ lệ lớn (>25%) thì cơ thể dị hợp tử có kiểu gen dị hợp tử đều (AB ab ).

- Nếu có tỉ lệ nhỏ (<25%) thì cơ thể dị hợp tử có kiểu gen dị hợp tử chéo (A a B b).

* Phương pháp xác định tần số hoán vị gen( TSHVG) như sau:

Tổng số cá thể sinh ra do hoán vị gen (tỉ lệ ít) trong phép lai phân tích.TSHVG (f) = x 100%

Tổng số cá thể sinh ra trong phép lai phân tích

Ví dụ (Trích đề thi tuyển sinh Đại học): Ở một loài thực vật:tròn (A) , bầu dục (a);

ngọt (B) ,chua (b) các cặp gen đều nằm trên NST thường Cho F1 dị hợp 2 cặp gen giao phấn với một cây khác thu được F2 tỉ lệ kiểu hình như sau: 15 cây tròn, ngọt; 15 cây bầu dục, chua; 5 cây tròn, chua; 5 cây bầu dục, ngọt Biết rằng không có đột biến xảy ra, tần

số hoán vị gen và kiểu gen đem lai là ?

Bước 3 : Tần số hoán vị gen = (5+5):(15+15+5+5) x100% = 25% Tỉ lệ cây bầu dục,

chua ở F2 có tỷ lệ lớn(>25%) và F1dị hợp2 cặp gen -> kiểu gen F1: AB ab .

Dạng 2: Tính tần số hoán vị khi cho biết tỉ lệ kiểu hình lặn.

* Phương pháp xác định tần số hoán vị gen( TSHVG) như sau:

Ta có: %(ab/ab) = % giao tử ab x 100% giao tử ab

- % giao tử ab > 25% là giao tử liên kết -> TSHVG = 100% - 2 x %ab

- % giao tử ab < 25% là giao tử hoán vị -> TSHVG = %ab x 2

Chú ý: Khi không có tỉ lệ các kiểu hình ở thế hệ lai mà chỉ có tỉ lệ kiểu hình lặn, ta

biện luận quy luật liên kết gen không hoàn toàn bằng cách tỉ lệ kiểu hình lặn khác 6,25% ( đối với quy luật di truyền phân li độc lập ) và khác 25% ( đối với quy luật di truyền liên kết gen hoàn toàn) xét với một gen quy định một tính trạng và trội lặn hoàn toàn, các gennằm trên NST thường

Ví dụ (Trích đề thi tuyển sinh Đại học):

Ở một loài thực vật khi cho một cây hạt trơn-vàng giao phấn với 1 cây hạt nhăn-xanh thu được F1: 100% trơn - vàng Cho F1 lai phân tích, ở đời lai phân tích thu được 40% hạt nhăn-xanh Cho biết 1 gen quy định một tính trạng, không xảy ra đột biến Tính theo lý thuyết, tần số hoán vị gen là?

Giải: F1: 100% hạt vàng Theo đề 1 gen quy định một tính trạng -> hạt

trơn-vàng là những tính trạng trội và P thuần chủng

Bước 1: Qui ước gen: alen A: trơn, alen a: nhăn; alen B: vàng, alen b: xanh

Bước 2: P thuần chủng -> F1 dị hợp 2 cặp gen: Aa, Bb

F1 lai phân tích:

+ Nếu theo quy luật di truyền phân li độc lập tỉ lệ F2 là 1:1:1:1

+ Nếu LKG hoàn toàn tỉ lệ F2 là 1:1 (hoặc không xuất hiện kiểu hình lặn)

Vậy quy luật di truyền chi phối hoán vị gen

Bước 3: Ta có %ab/ab = 40% = 40% giao tử ab x 100 % giao tử ab mà

40% ab > 25% -> ab là giao tử liên kết -> Kiểu gen F1: AB ab

TSHVG = 100% - 2.40% = 20%

Dạng 3 : Tính tần số hoán vị khi cho biết tỉ lệ kiểu hình mới khác P

Phương pháp chung: Xác định tỉ lệ giao tử của P -> TSHVG

Ví dụ(Trích đề thi tuyển sinh Đại học) : Ở cà chua: A: thân cao , a: thân thấp; B:

quả tròn, b: quả bầu dục Tiến hành 2 phép lai riêng rẽ giữa 2 cây cà chua thân cao, quả tròn với cà chua thân thấp, quả bầu dục Kết quả phân tích kiểu hình ở thế hệ lai nhận được từ 2 phép lai trên cho thấy bên cạnh 2 kiểu hình của các cây bố mẹ còn xuất hiện 2 kiểu hình mới là những cây cà chua thân cao, quả bầu dục và thân thấp, quả tròn Mỗi kiểu hình mới ở phép lai 1 chiếm 10% và phép lai 2 chiếm 40%.Biện luận và viết sơ đồ lai

Giải:- 2 phép lai đều là lai phân tích Ở F1 xuất hiện 4 kiểu hình chứng tỏ cây tròn ở P cho 4 loại giao tử Nếu là di truyền phân li độc lập thì tỉ lệ F1 = 1:1:1:1->quy luật di truyền là HVG Kiểu gen thấp - bầu dục có kiểu gen ab/ab chỉ cho giao tử ab -> Kiểu gen của 2 kiểu hình mới ở F1 là: Cây cao-bầu dục: ab Ab và cây thấp-tròn: aB/ab

cao-*Phép lai 1: Tỉ lệ 2 kiểu hình mới Ab ab = aB ab = 10%

+10% ab Ab = 10%giao tử Ab x 100%ab mà 10% < 25% -> Ab là giao tử hoán vị

+ 10%aB ab = 10%giao tử aB x 100%ab mà 10% < 25% -> aB là giao tử hoán vị

Cây cao-tròn phép lai 1 cho 2 loại giao tử hoán vị Ab và aB có kiểu gen là AB ab

+ aB ab = 40% = 40%giao tử aB x 100%ab mà 40% > 25% -> aB là giao tử liên kết.

Cây cao-tròn phép lai 2 cho 2 loại giao tử liên kết là Ab và aB có kiểu gen: A a B b

TSHVG = 100% - 2.40% = 20%

B1.2 Xét bài toán liên quan đến phép lai tự thự phấn hoặc tạp giao hoặc giao phối trường hợp ở thế hệ lai xuất hiện 4 kiểu hình:

Phương pháp chung:

Bước 1: Quy ước gen Dựa vào dữ kiện bài toán cho quy ước gen( nếu có).

Bước 2: Xác định quy luật di truyền chi phối:

+ Xét tỉ lệ riêng từng cặp tính trạng

+ Xét tỉ lệ chung của F suy ra quy di truyền chi phối

Bước 3: Phương pháp xác định tần số hoán vị gen( TSHVG) như sau

Cách 1: Tần số HVG(p) = (số giao tử HV/ tổng số giao tử tạo thành) x 100%.

Cách 2: Từ tỉ lệ phân tính ở thế hệ lai( thường căn cứ vào tỉ lệ % KH mang hai tính trạng

lặn)  tỉ lệ giao tử liên kết( hoặc tỉ lệ giao tử hoán vị)  KG của cá thể đem lai

Cụ thể : %(ab/ab) = % giao tử ab x % giao tử ab

Tỉ lệ giao tử ab bằng nhau thì hoán vị gen xảy ra ở 2 giới

Tỉ lệ giao tử ab khác nhau thì hoán vị gen xảy ra ở 1 giới

- % giao tử ab > 25% là giao tử liên kết -> TSHVG = 100% - 2 x %ab

- % giao tử ab < 25% là giao tử hoán vị -> TSHVG = %ab x 2

Bước 4:Xác định tỉ lệ KH ở thế hệ lai:

-Dựa vào dự kiện bài biện luận xác định KG của P

-Lập sơ đồ lai tỉ lệ phân tính KH ở thế hệ lai

Chú ý: +Nếu P chứa 2 cặp gen dị hợp tử thụ phấn mà F1 có kiểu hình lặn chiếm tỉ lệ

nhỏ hơn 6,25% thì hoán vị gen xảy ra ở cả hai bên bố , mẹ và kiểu gen của P dị hợp tử chéo A a B b x A a B b.

+ Nếu P chứa 2 cặp gen dị hợp tử thụ phấn mà F1 có kiểu hình lặn chiếm tỉ lệ lớn hơn 6,25% và nhỏ hơn 25% thì hoán vị gen xảy ra ở cả hai hoặc ở một bên bố hoặc mẹ và

kiểu gen của P dị hợp tử đều AB ab x AB ab .

+ Nếu F1 có kiểu hình lặn chiếm tỉ lệ bàng 6,25% thì có thể hoán vị gen xảy ra với tần số 50% hoặc các gen phân ly độc lập

Trường hợp 1: Hoán vị hai bên, kiểu gen giống nhau( Dị hợp tử đều hoặc dị hợp tử chéo).

Ví dụ ( Trích đề thi tuyển sinh đại học): Cho những cây cà chua F1 có cùng KG với KH cây cao, quả đỏ tự thụ phấn F2 thu được tỉ lệ phân tính kiểu hình: 50,16% cao, đỏ: 24,84% cao, vàng : 24,84% thấp, đỏ : 0,16% thấp, vàng.. Cho biết 1 gen quy định một tính trạng Biết rằng không có đột biến xảy ra, tần số hoán vị gen và kiểu gen đem lai là ?

Bài giải:

Bước1:- Biện luận:

+F2 xuất hiện tính trạng cây thấp, quả vàng  F1 không thuần chủng có kiểu gen dị hợp hai cặp gen.Vậy cây cao, quả đỏ biểu hiện trong kiểu gen dị hợp là tính trạng trội

Qui ước: A qui định cây cao ; a qui định cây thấp

B qui định quả đỏ ; b qui định quả vàng

 F1 ( Aa,Bb) x F1 (Aa,Bb)

+Tỉ lệ phân tính kiểu hình ở F2: 50,16% : 28,84% : 28,84% : 0,16%  9 : 3: 3:1  1: 2: 1 nên sự di truyền của hai cặp tính trạng tuân theo qui luật di truyền hoán vị gen

Bước 2:-F2 cây thấp, vàng(ab ab) = 0,16% = 4% ab x 4% ab  Hoán vị gen xảy ra cả hai bên bố mẹ F1 đem lai