skkn phương pháp xây dựng công thức tổng quát tính số loại giao tử hình thành qua giảm phân

- Kì giữa của giảm phân I NST chỉ sắp xếp theo 1 trong 2 trường hợp trên nên kết quả giảm phân hình thành hai loại tinh trùng AB và ab hoặc Ab và aB - Đối với những bài toán xét đến nhiề

PHẦN I MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây đề thi đại học, đặc biệt là đề thi học sinh giỏi tỉnh, đề thi giải toán bằng máy tính Casio không còn ra theo kiểu học sinh phải nhớ kiến thức một cách máy móc Mà theo hướng học sinh phải hiểu rõ bản chất

di truyền và vận dụng kiến thức đó vào việc giải các bài tập

Trong các dạng bài tập về giảm phân, thì bài tập tính số loại giao tử hình thành qua giảm phân là dạng bài tập khó, khi gặp các dạng bài tập này các em thường lúng túng, nhầm lẫn các công thức áp dụng, có em không hiểu sử dụng công thức nào cho trường hợp nào…

Một số tài liệu tham khảo cũng có đưa ra công thức tính số loại giao tử hình thành qua giảm phân trong các trường hợp nhưng chưa giải thích rõ ràng, học sinh rất khó hiểu, khó nhớ nên kết quả áp dụng không cao Chính vì vậy việc xây dựng các công thức tổng quát trong đó thể hiện bản chất của giảm phân giúp học sinh hiểu bản chất sinh học trong công thức giải bài tập là rất quan trọng Tôi nhận thấy việc xây dựng công thức kèm theo hình ảnh minh họa sẽ giúp học sinh hiểu kiến thức dễ dàng, nhớ chính xác, không nhầm lẫn giữa các trường hợp

Qua quá trình dạy học và tham khảo thêm các tài liệu tôi đã tích lũy được:

“ Phương pháp xây dựng công thức tổng quát tính số loại giao tử hình thành qua giảm phân” Hy vọng thông qua đề tài này có thể giúp các em học sinh yêu thích các bài tập về giảm phân

Nội dung được chia làm ba mục:

I Xác định số loại giao tử của một tế bào tham gia giảm phân

II Xác định số loại giao tử của cơ thể có bộ NST 2n

III Bài tập minh họa

(Công thức được xây dựng trên cơ sở học sinh đã học diễn biến của quá trình giảm phân Trong các hình vẽ, nhiễm sắc thể đều được vẽ ở trạng thái đóng xoắn

để học sinh dễ quan sát, thực tế ở kì trung gian và kì cuối nhiễm sắc thể giãn xoắn)

PHẦN II NỘI DUNG

I Xác định số loại giao tử của một tế bào tham gia giảm phân

1 Số loại giao tử sinh ra từ một tế bào sinh tinh trùng

a Xét một tế bào sinh tinh chứa cặp NST giới tính XY

Quá trình giảm phân diễn ra như sau:

Giảm phân I:

XX YY

XX YY

X X YY

X Y

Tế bào ban đầu (2n đơn)

Kì trung gian (2n kép)

Mặt phẳng xích đạo của tế bào

(NST xếp thành hai hàng trên mặt phẳng xích đạo)

Kì sau I (Các NST kép phân li về hai cực của tế bào)

Hình 1

Kì giữa I

Kết thúc giảm phân I từ một tế bào sinh tinh chứa cặp nhiễm sắc thể giới tính XY tạo hai tế bào con: Một tế bào con chứa NST kép XX, một tế bào con chứa NST kép YY Hai tế bào này tiếp tục tham gia giảm phân II

Hình 2 Giảm phân II: Tương tự nguyên phân

Kết thúc kì cuối giảm phân II từ hai tế bào con của giảm phân I đã tạo ra 4 giao tử trong đó có: 2 giao tử mang nhiễm sắc thể giới tính X, 2 giao tử mang nhiễm sắc thể giới tính Y

XX

Kì giữa II NST tập trung thành một hàng trên mặt phẳng xích

đạo

X X

X X

X X

YY

YY

Y Y

Kì sau II NST phân li về hai cực của

tế bào

Kì cuối II

Kì đầu II

Như vậy: Từ một tế bào sinh tinh trùng giảm phân cho 4 tinh trùng thuộc hai loại ( loại một mang nhiễm sắc thể giới tính X, loại hai mang nhiễm sắc thể giới tính Y)

Bài toán: Một số tế bào sinh dục đực của ruồi giấm tham gia giảm phân

tạo ra 512 tinh trùng mang nhiễm sắc thể giới tính Y Hãy xác định số tế bào tham gia giảm phân?

Hướng dẫn:

- Quá trình giảm phân tạo hai loại tinh trùng, loại một mang NST giới tính

X, loại hai mang NST giới tính Y với số lượng bằng nhau

- Theo bài ra: Quá trình giảm phân tạo ra 512 tinh trùng mang NST giới tính Y nên cũng có 512 tinh trùng mang NST giới tính X

- Tổng số tinh trùng hình thành là: 512 + 512 = 1024

- Từ một tế bào sinh tinh giảm phân tạo ra bốn tinh trùng Vì vậy số tế bào

sinh tinh đã tham gia giảm phân hình thành 1024 tinh trùng là: 256

4

1024



b Xét một tế bào sinh tinh chứa 2 cặp gen dị hợp tồn tại trên 2 cặp NST tương đồng AaBb

- Quá trình giảm phân diễn ra như sau:

Giảm phân I: Hình 3 (Trang 5)

Hình 3

Như vậy tùy theo cách sắp xếp của các cặp NST kép tương đồng ở kì giữa giảm phân I mà kết quả của giảm phân I có thể hình thành hai tế bào con có kí hiệu NST: AABB và aabb hoặc AAbb và aaBB

B

B B

a a

Hoặc

Kì giữa

(Cách sắp xếp II)

a

AA a a

BB

b b

AA a a

b b BB

B

B B

Tế bào ban đầu (2n đơn)

Kì trung gian (2n kép)

(Cách sắp xếp I)

Kì cuối Hoặc

Giảm phân II:

+ Trường hợp 1: Ứng với cách sắp xếp 1 Hai tế bào con sinh ra là AABB và

aabb Quá trình diễn ra như sau:

Hình 4

Như vậy với cách sắp xếp 1 thì kết quả giảm phân I và giảm phân II hình thành 4 tinh trùng thuộc hai loại với số lượng bằng nhau là AB và ab

AA

B

A

B

A

B

B

A

B

A

B

A

A

A

a a b

A

b

A

a a

b

b

A

b

A

b

A

A

a

Kì đầu II

Kì đầu II

Kì giữa II

Kì sau II

Kì cuối II

+ Trường hợp 2: Ứng với cách sắp xếp 2 Hai tế bào sinh ra là AAbb và aaBB.

Quá trình giảm phân 2 diễn ra tương tự trường hợp 1, kết quả cũng hình thành 4 tinh trùng thuộc hai loại với số lượng bằng nhau là aB và Ab

- Kì giữa của giảm phân I NST chỉ sắp xếp theo 1 trong 2 trường hợp trên nên kết quả giảm phân hình thành hai loại tinh trùng AB và ab hoặc

Ab và aB

- Đối với những bài toán xét đến nhiều cặp NST có cấu trúc khác nhau ta

sẽ có nhiều hơn số cách sắp xếp trên mặt phẳng xích đạo ( 2n-1 cách: n là số cặp NST có cấu trúc khác nhau), nhưng thực tế chỉ xảy ra một trong số 2n-1 cách đó nên chỉ có hai loại tinh trùng hình thành

Bài toán:

Một tế bào sinh tinh chứa ba cặp gen dị hợp tồn tại trên ba cặp NST tương đồng khác nhau (AaBbDd) Tế bào đó giảm phân cho mấy loại tinh trùng? Viết thành phần gen mỗi loại?

Hướng dẫn:

Tế bào ban đầu có kí hiệu các cặp NST là AaBbDd

Kết thúc kì trung gian, NST tự nhân đôi thành NST kép dính nhau ở tâm động, kí hiệu các cặp NST là: AAaaBBbbDDdd

Kì giữa I các NST có thể sắp xếp trên mặt phẳng xích đạo của tế bào theo các cách sau:

Cuối kì I hình thành hai tế bào con là:

AABBDD và aabbdd

hoặc AABBdd và aabbDD

hoặc AAbbDD và aaBBdd

AA aa

BB bb

DD dd

AA aa

BB bb

dd DD

AA aa

bb BB

DD dd

AA aa

bb BB

dd DD Hoặc

Cách 1

hoặc AAbbdd và aaBBDD

Kết thúc giảm phân II sẽ hình thành hai loại giao tử: ABD và abd hoặc ABd và abD hoặc AbD và aBd hoặc Abd và aBD

2 Số loại giao tử sinh ra từ 1 tế bào sinh trứng.

Từ một tế bào sinh trứng giảm phân cho 4 tế bào: 1 trứng và ba thể định hướng Chỉ có một trứng là tham gia thụ tinh, còn 3 thể định hướng sẽ tiêu biến nên từ một tế bào sinh trứng giảm phân chỉ cho một loại trứng

Bài toán 1:

Tính số tế bào sinh tinh và số tế bào sinh trứng cần thiết để tạo ra 1000 hợp tử Biết hiệu suất thụ tinh của tinh trùng là 50%, của trứng là 80%

Hướng dẫn:

- Để tạo ra 1000 hợp tử cần: + 1000 tinh trùng được thụ tinh

+ 1000 trứng được thụ tinh

- Hiệu suất thụ tinh của tinh trùng là 50% nên số tinh trùng tham gia thụ tinh là 2000; số tế bào sinh tinh tham gia giảm phân là 2000/4 = 500 (tế bào)

- Hiệu suất thụ tinh của trứng là 80% nên số trứng tham gia thụ tinh là

1250

%

80

1000

 (tế bào); số tế bào sinh trứng tham gia giảm phân là 1250 (tế bào)

Bài toán 2:

Một tế bào sinh trứng chứa hai cặp gen dị hợp tồn tại trên hai cặp NST tương đồng AaBb Tế bào này giảm phân cho mấy loại trứng? Viết thành phần gen của các loại trứng đó?

Hướng dẫn:

Một tế bào sinh trứng có kiểu gen AaBb giảm phân cho một loại trứng, có thành phần gen là một trong bốn loại sau: AB hoặc Ab hoặc aB hoặc ab

II Xác định số loại giao tử của cơ thể có bộ NST 2n.

1 Nếu không có trao đổi chéo tại kì đầu của giảm phân I

Mỗi cặp NST tương đồng có cấu trúc khác nhau giảm phân cho hai loại giao tử (Xem lại giảm phân của tế bào sinh tinh chứa cặp NST giới tính XY phần I.1.a)

- Tế bào có bộ NST 2n có n cặp NST có cấu trúc khác nhau thì số loại

giao tử hình thành là: n

n

2 2

2

2  



Bài toán:

Ở đậu Hà lan ( 2n = 14) Mỗi cặp NST tương đồng đều gồm 2 NST có cấu trúc khác nhau, quá trình giảm phân không xảy ra trao đổi đoạn và không đột biến Tính số loại giao tử của loài ?

Hướng dẫn:

2n = 14 hay n = 7

Mỗi cặp NST tương đồng có cấu trúc khác nhau giảm phân cho hai loại giao tử Số giao tử có thể có là: 2.2.2.2.2.2.2 = 27 = 128

2 Nếu có trao đổi đoạn tại kì đầu của giảm phân I.

Có 3 trường hợp trao đổi đoạn như sau:

a Trao đổi đoạn xảy ra tại một điểm ở k trong số n cặp NST tương đồng có cấu trúc khác nhau.

Trước tiên ta quan sát hình trao đổi đoạn tại một điểm trên 1 cặp NST tương đồng có cấu trúc khác nhau, sau đó sẽ khái quát thành công thức tổng quát cho trao đổi đoạn tại 1 điểm ở k cặp NST tương đồng có cấu trúc khác nhau

Theo hình 5 (Quan sát hình 5, trang 10)

Nếu trao đổi đoạn xảy ra tại một điểm trên một cặp NST thì cặp NST có trao đổi đoạn sẽ tạo ra 4 loại giao tử: 2 loại giao tử bình thường và hai loại giao

tử do trao đổi đoạn

Nếu có k cặp NST trao đổi đoạn tại một điểm thì số giao tử được tạo ra từ

k cặp này là:

k k

4 4

4

4   



- Còn lại n – k cặp NST giảm phân bình thường thì số giao tử tạo ta từ n – k cặp này là: 2n-k

Tổng số giao tử hình thành là: 4 k 2 n-k = 2 2k 2 n-k = 2 n+k

Kì đầu I (cặp NST trao đổi đoạn tại một điểm)

Tế bào ban đầu

Kết thúc kì trung gian

Kết thúc kì đầu I gian

Kì giữa I

Kì cuối I

Kì giữa II

Kì cuối II

Hình 5

b Trao đổi đoạn tại hai điểm không cùng lúc ở k trong số n cặp NST tương đồng có cấu trúc khác nhau.

- Trao đổi đoạn tại hai điểm không cùng lúc: Có tế bào xảy ra trao đổi đoạn tại điểm 1, có tế bào xảy ra trao đổi đoạn tại điểm 2 cũng ở một cặp NST tương đồng đó

- Xét một cặp NST trao đổi đoạn tại hai điểm không cùng lúc Tế bào 1 xảy ra trao đổi đoạn tại điểm 1, tế bào 2 xảy ra trao đổi đoạn tại điểm 2 trên

cùng 1 cặp NST ta có diễn biến như sau: Hình 6 (Trang 12)

Theo hình 6 Ta có kết quả sau:

- Nếu trao đổi đoạn tại hai điểm không cùng lúc xảy ra ở 1 cặp NST tương đồng

có cấu trúc khác nhau tạo ra 8 giao tử thuộc 6 loại ( 2 loại G bình thường; 4 loại

do trao đổi đoạn)

- Nếu có k cặp NST có cấu trúc khác nhau trao đổi đoạn tại hai điểm không cùng

lúc sẽ tạo ra k

k

6 6

6

6    loại giao tử

- Còn lại n-k cặp NST giảm phân bình thường không trao đổi đoạn tạo ra 2n-k

loại giao tử

- Vậy tổng số loại giao tử là: 6 k 2 n-k = 2 n 3 k

c Trao đổi đoạn kép ở k trong số n cặp NST tương đồng có cấu trúc khác nhau

- Trao đổi chéo kép là hiện tượng có tế bào trao đổi đoạn tại điểm một, có

tế bào trao đổi đoạn tại điểm hai, có tế bào trao đổi đoạn tại hai điểm cùng lúc cũng ở cặp NST tương đồng đó Đây chính là hiện tượng trao đổi đoạn tại hai điểm không cùng lúc (ở trường hợp b) và trao đổi đoạn tại hai điểm cùng lúc

- Trao đổi đoạn tại hai điểm không cùng lúc ở 1 cặp NST tạo ra 6 loại giao tử

- Ta xét trường hợp trao đổi đoạn tại hai điểm cùng lúc Diễn biến như

hình 7 (trang 13)

Cặp NST số 1

Kì đầu I

Tế bào 2

Kì trung gian

Kết thúc kì đầu I gian

Kì giữa I

Hình 6

Kì cuối I

Kì giữa II

Tế bào 1

Điểm 1

Điểm 2

Kì cuối II

Kì đầu I

Cặp NST số 1

Kì trung gian

Kết thúc kì đầu I gian

Kì giữa I

Kì cuối I

Kì giữa II

Hình 7

TĐC điểm 1

TĐC điểm 2

- Kết quả tạo ra 4 loại G: 1Gbt1; 1Gbt2; 2G do trao đổi đoạn tại hai điểm cùng lúc:

Trong đó 2 loại Gbt giống 2 loại Gbt của trường hợp trao đổi đoạn tại hai điểm không cùng lúc, còn 2 loại G do trao đổi đoạn tại hai điểm cùng lúc thì khác loại G ở trường hợp b

- Vậy nếu trao đổi chéo kép ở một cặp NST sẽ tạo ra 8 loại G:

+ 2 loại Gbt

+ 2 loại G trao đổi đoạn tại điểm 1 + 2 loại G trao đổi đoạn tại điểm 2 + 2 loại G trao đổi đoạn cùng lúc

- Nếu có k cặp TĐC kép tạo 8k loại G

- Còn n-k cặp giảm phân bình thường tạo 2n-k loại G

- Tổng G hình thành do TĐC kép là: 8 k 2 n-k = 2 n+3k

III Bài tập minh họa

Bài 1 Ruồi nhà có bộ NST 2n=12 Một ruồi cái trong tế bào có hai cặp NST

tương đồng mà trong mỗi cặp gồm 2 NST có cấu trúc giống nhau, các cặp NST còn lại thì 2 NST có cấu trúc khác nhau Khi phát sinh giao tử đã có 2 cặp NST tương đồng đều có trao đổi đoạn tại một điểm, các cặp còn lại không trao đổi đoạn thì số loại trứng sinh ra từ ruồi cái đó là bao nhiêu?

( Đề thi chọn HSG Casio trường Hoàng Lệ Kha 2013)

Hướng dẫn:

Bộ NST 2n=12  n=6 Có 2 cặp NST tương đồng có cấu trúc giống nhau nên còn lại 6-2 = 4 cặp NST tương đồng có cấu trúc khác nhau

+ Mỗi cặp NST có cấu trúc giống nhau giảm phân có trao đổi đoạn hay không đều cho một loại G

+ Mỗi cặp NST có cấu trúc khác nhau giảm phân không trao đổi đoạn cho

2 loại G; còn có trao đổi đoạn cho 4 loại G

- Nếu 2 cặp NST có trao đổi đoạn thuộc hai cặp có cấu trúc giống nhau thì số giao tử hình thành là: 1.1.24 = 16

- Nếu 2 cặp NST có trao đổi đoạn, 1 cặp có cấu trúc khác nhau thì số G hình thành là: 1.1.4.2.2.2 = 25 = 32

- Nếu 2 cặp NST có trao đổi đoạn là 2 cặp NST có cấu trúc khác nhau thì

số G là: 1.1.4.4.2.2 = 26 = 64

Bài 2 Một tế bào sinh dục sơ khai của một loài nguyên phân liên tiếp một số đợt

môi trường nội bào cung cấp nguyên liệu để hình thành nên 9690 NST đơn mới Các tế bào con sinh ra từ lần nguyên phân cuối cùng đều giảm phân bình thường cho các tinh trùng, trong đó có 512 tinh trùng mang NST giới tính Y

a Xác định bộ NST lưỡng bội của loài và số lần nguyên phân của tế bào sinh dục sơ khai?

b Nếu tế bào sinh tinh của loài khi phát sinh giao tử không có đột biến xảy ra, mỗi cặp NST tương đồng đều có cấu trúc khác nhau, có trao đổi chéo tại hai điểm không đồng thời trên 3 cặp NST và trao đổi chéo kép trên một cặp NST thì tối đa xuất hiện bao nhiêu loại giao tử?

( Casio Thanh Hóa 2011 – 2012 )

Hướng dẫn:

a Xác định bộ NST lưỡng bội của loài

- Quá trình giảm phân từ một tế bào sinh tinh giảm phân cho hai loại tinh trùng (tinh trùng mang NST giới tính X và tinh trùng mang NST giới tinh Y) với

số lượng bằng nhau Theo bài ra có 512 tinh trùng mang NST giới tính Y nên cũng có 512 tinh trùng mang NST giới tính X

- Tổng số tinh trùng hình thành là: 512+512=1024

- Tổng số tế bào sinh tinh là 1024:4=256

- Vì tổng số NST môi trường cung cấp cho quá trình nguyên phân là 9690 nên ta có: (256-1).2n = 9690  2n = 38

- Số lần nguyên phân của tế bào sinh dục sơ khai: Gọi k là số lần nguyên phân thì 2k = 256  k = 8

b Số loại tinh trùng tối đa có thể được tạo ra:

2n = 38  n = 19 Tế bào có 19 cặp NST tương đồng có cấu trúc khác nhau

- Trao đổi chéo xảy ra tại một điểm trên 2 cặp NST tạo ra 4.4 = 16 loại G

- Trao đổi chéo tại hai điểm không đồng thời trên 3 cặp NST tạo ra

6.6.6 = 216 loại G

- Trao đổi chéo kép trên 1 cặp NST tạo ra 8 loại G

- Còn lại 19 - ( 2+3+1) = 13 cặp giảm phân bình thường tạo ra 213 loại G

- Tổng số loại giao tử hình thành là 16.216.8.213= 223.33

Bài 3 Một cá thể ở một loài động vật có bộ NST 2n = 12 Khi quan sát quá trình

giảm phân của 2000 tế bào sinh tinh, người ta thấy có 20 tế bào có cặp NST số 1 không phân li trong giảm phân I, các sự kiện khác trong giảm phân diễn ra bình thường, các tế bào còn lại giảm phân bình thường Theo lí thuyết, trong tổng số giao tử được tạo ra từ quá trình trên thì số giao tử chứa 5 NST chiếm tỉ lệ bao nhiêu?

A 0,5% B 0,25% C 1% D 2%

( Đại học 2012)

Hướng dẫn:

2n = 12  n = 6

20 tế bào có cặp NST số 1 không phân li giảm phân cho 20.4 = 80 giao tử thuộc 2 loại: 40 giao tử chứa 5 NST và 40 giao tử chứa 7 NST

Tổng số giao tử hình thành từ quá trình giảm phân của 2000 tế bào sinh tinh là: 2000.4 = 8000 (giao tử)

Số giao tử chứa 5 NST chiếm tỉ lệ: 800040 100 = 0,5% Chọn đáp án A

Bài 4 Có 3 tế bào sinh tinh trùng đều có kiểu gen AaBbDdEeGH gh tiến hành giảm phân xảy ra trao đổi chéo thì tối đa cho bao nhiêu loại tinh trùng?

( Thi thử ĐH trường THPT Thanh Miện – Hải Dương 2012 )

Hướng dẫn: