Xuất phát từ những yêu cầu trên, trong bài viết của mình, chúng tôi xây dựng hệ thống CH-BT câu hỏi – bài tập tự lực để tổ chức dạy học theo hướng tăng cường khả năng tự học của học sinh
Trang 1DI TRUYỀN HỌC QUẦN THỂ
CHO HỌC SINH CHUYÊN SINH.
Người soạn: Nguyễn Thị Năm.
Trường THPT Chuyên Hưng Yên Thế kỉ 21 được coi là thế kỉ của Tin học và Sinh học Sự bùng nổ thông tin trong
đó có nguồn thông tin Sinh học đặt con người trước nhiều cơ hội nhưng cũng không ít thách thức Một trong những thách thức đó chính là khả năng thu thập và xử lý thông tin sao cho thật hiệu quả Điều đó đòi hỏi cần phải có sự đổi mới trong dạy và học Trong đó, trò cần phải là người tự lực chiếm lĩnh kiến thức, còn thầy chỉ là người tổ chức, trọng tài, cố vấn cho trò.
Xuất phát từ những yêu cầu trên, trong bài viết của mình, chúng tôi xây dựng hệ thống CH-BT (câu hỏi – bài tập) tự lực để tổ chức dạy học theo hướng tăng cường khả năng tự học của học sinh chuyên Sinh khi dạy chuyên đề “Di truyền học quần thể”.
A- Một vài vấn đề về CH – BT tự lực.
CH là một mệnh đề trong đó chứa đựng cả cái đã biết và cái chưa biết Đó là một dạng cấu trúc ngôn ngữ diễn đạt một nhu cầu, một đòi hỏi hay một mệnh lệnh cần giải quyết Như vậy, trong bản thân CH chứa đựng cả hai yếu tố là điều đã biết và điều cần tìm Sự tương quan giữa cái đã biết và cái chưa biết thúc đẩy sự mở rộng hiểu biết của con người.
BT là bài giao cho học sinh để vận dụng những điều đã học được Đó là những bài toán hoặc CH mà khi hoàn thành chúng, người học có được hoặc hoàn thiện một tri thức hay kĩ năng nhất định.
BT cũng chứa đựng cả điều đã biết và điều cần tìm nhưng giữa hai yếu tố đó có mối quan hệ chặt chẽ với nhau hơn so với trong CH Từ điều đã biết qua một loạt các phép biến đổi tương đương, ta có được điều cần tìm.
CH-BT tự lực là những CH-BT được thiết kế sao cho trở thành một “chương trình hành động” trong một thời lượng nhất định, nhằm định hướng quá trình tự lực nghiên cứu tài liệu (sách giáo khoa hoặc tài liệu bổ trợ) của học sinh theo ý đồ của giáo viên Vai trò của CH-BT tự lực trong quá trình dạy học Sinh học:
Trang 2- CH-BT tự lực là phương tiện đắc lực để tổ chức quá trình hình thành kiến thức mới cho học sinh
- CH-BT tự lực đặt người học vào những tình huống có vấn đề vì vậy sẽ kích thích người học, giúp người học luôn đảm nhiệm tốt vai trò chủ thể của quá trình nhận thức.
- CH-BT tự lực còn là công cụ để giáo viên rèn luyện các biện pháp logic, cách lập luận logic của học sinh , phát huy năng lực nhận thức cho học sinh đồng thời hình thành kiến thức cho người học một cách hệ thống.
- CH-BTtự lực giúp phát huy năng lực tự học, tự nghiên cứu tài liệu từ đó phát huy được năng lực tư duy, sáng tạo của học sinh.
Như vậy, CH-BT nói chung và CH-BT tự lực nói riêng có vai trò rất quan trọng trong quá trình dạy học Nhưng để đảm bảo tốt vai trò của nó, CH-BT tự lực không chỉ yêu cầu người học liệt kê được nội dung được trình bày trong tài liệu cần yêu cầu phân tích, giải thích, chứng minh, tổng hợp, khái quát hoá những vấn đề được trình bày trong tài liệu Hơn nữa, hiệu quả sử dụng CH-BT tự lực trong dạy học sẽ cao hơn nhiều nếu
nó được thiết kế một cách có hệ thống, lôgic trong toàn bộ bài lên lớp hoặc chuyên đề.
Có thể sử dụng hệ thống CH-BT với nhiều cách khác Trong quá trình dạy chuyên
đề Di truyền quần thể, chúng tôi thường sử dụng hệ thống CH-BT tự lực theo hai cách sau:
- Giáo viên phát trước cho học sinh hệ thống CH-BT tự lực, học sinh làm việc ở nhà theo nhóm hoặc cá nhân Ở khâu lên lớp, giáo viên tổ chức học sinh phát biểu ý kiến, tranh luận về những CH-BT được giao Giáo viên chốt lại những đáp án đúng
từ đó lưu ý học sinh những vấn đề cơ bản trọng tâm của bài Ở đây, giáo viên chỉ đóng vai trò trọng tài cố vấn cho cả quá trình học của trò Tính tự lực của học trò là cao nhất song người học phải mày mò một thời gian dài thử và sai và không được định hướng kịp thời.
- Trong quá trình lên lớp, GV tung dần các CH-BT trong hệ thống CH-BT đã soạn trước để tổ chức hướng dẫn học sinh (cá nhân hoặc theo nhóm) làm việc độc lập với SGK Giáo viên cũng đóng vai trò trọng tài cố vấn và kịp thời uốn nắn nhữn cách tư duy chưa đúng hướng của học sinh Học trò vẫn phải thực hiện quá trình thử và sai nhưng do được định hướng kịp thời nên đỡ tốn thời gian hơn Tuy nhiên, tính tự lực không cao bằng cách thứ nhất.
Như vậy, mỗi cách đều có ưu và nhược điểm khác nhau, vì vậy, theo nội dung kiến thức, đặc điểm của người học mà trong thực tế, chúng tôi có thể phối hợp linh hoạt giữa hai cách để nâng cao hiệu quả của bộ CH-BT tự lực.
B Sử dụng hệ thống CH-BT tự lực trong dạy học chuyên đề Di truyền học quần thể.
I Mục tiêu dạy học chuyên đề Di truyền học quần thể.
1 Về kiến thức:
- Phát biểu được định nghĩa quần thể (xét về mặt di truyền học) và tần số alen, tần số kiểu gen.
Trang 3- Phân biệt được các kiểu quần thể ngẫu phối và giao phối không ngẫu nhiên (giao phối gần, tự phối và giao phối có lựa chọn).
- Phát biểu được nội dung, nêu ý nghĩa và những điều kiện nghiệm đúng của định luật Hácđi - Vanbec Xác định được cấu trúc di truyền của quần thể khi ở trạng thái cân bằng di truyền.
- Trình bày được sự cân bằng di truyền của quần thể trong trường hợp dãy alen, khi có
sự khác biệt về tần số alen ở hai giới đực và cái và sự cân bằng của quần thể với những gen trên NST giới tính
II Hệ thống CH-BT tự lực trong dạy học chuyên đề Di truyền học quần thể.
1 Khái niệm quần thể và những đặc trưng di truyền của quần thể
a Nội dung cơ bản
- Định nghĩa quần thể……
- Đặc trưng di truyền của quần thể => khái niệm vốn gen, tần số tương đối các alen, tần sốkiểu gen => Cách tính tần số tương đối các alen và tần số kiểu gen của quần thể
- Phân loại quần thể ở các loài sinh sản hứu tính, giao phối căn cứ vào khả năng giao phối
tự do ngẫu nhiên giữa các cá thể trong quần thể: quần thể ngẫu phối, quần thể tự phối,quần thể tự phối không hoàn toàn
b Câu hỏi – bài tập
Câu 1: Ở bò: AA – lông đen, Aa – lông khoang, aa – lông trắng Một quần thể bò có 1000con, trong đó có 300 con lông đen, 400 con lông khoang, 300 con lông trắng
a Thế nào là tần số tương đối các alen và tần số tương đối các kiểu gen của quần thể?
b Xác định tần số tương đối của các kiểu gen AA, Aa, aa trong quần thể
c Xác định tần số tương đối các alen A và a trong quần thể
d Vận dụng trong trường hợp quần thể trên có số bò lông đen, lông khoang và lông trắngtương ứng là D, H, R
Hướng dẫn giải:
a Khái niệm tần số tương đối các alen và tần số tương đối các kiểu gen của quần thể:
……
Trang 4b Tần số tương đối của các kiểu gen trong quần thể trên là:
AA = 300/1000 =0,3 Aa = 400/1000 = 0,4 aa = 300/ 1000 = 0,3
c Tần số tương đối của các alen trong quần thể trên là:
A = 0,3 + 0,4/2 = 0,5 a = 0,3+ 0,4/2 = 0,5
d Công thức tổng quát:
- Tần số tương đối của các kiểu gen trong quần thể:
dAA = D/(D+H+R) hAa = H/(D+H+R) raa = R/(D+H+R)
- Tần số tương đối của các alen trong quần thể:
pA = d + h/2 qa = r + h/2
2 Quần thể tự phối
a Nội dung cơ bản:
- Các loại quần thể tự phối (tự thụ phấn và giao phối cận huyết)
- Công thức tổng quát
- Đặc điểm di truyền của quần thể tự phối
Hậu quả của tự thụ phấn và giao phối cận huyết qua nhiều thế hệ
b Câu hỏi – Bài tập
Câu 2: Ở cà chua, A – quả đỏ, a – quả vàng Cho cây cà chua quả đỏ dị hợp tử tự thụ phấnliên tiếp qua nhiều thế hệ
a Hãy xác định cấu trúc di truyền của quần thể sau 5 thế hệ tự thụ phấn liên tiếp
b Khái quát công thức với số thế hệ là n
c Xác định cấu trúc di truyền của quần thể dAA + h Aa + raa = 1 (0 ≤ d,h,r ≤1) sau n thế
Trang 5d Nhận xét
- Tỉ lệ đồng hợp tăng, tỉ lệ dị hợp giảm
- Tăng nguy cơ bị thoái hoá giống do các alen lặn có hại có cơ hội biểu hiện ra kiểu hình Câu 3:
a.Thoái hoá giống là gì? Hãy giải thích nguyên nhân của thoái hoá giống
b.Ở bồ câu, sự giao phối cận huyết xảy ra khá nghiêm ngặt Trong một lứa, một đôi bồ câu
bố mẹ thường chỉ đẻ ra hai trứng Thông thường, hai trứng đó sẽ nở thành một con trống vàmột con mái Hai con này sau đó sẽ kết đôi với nhau Tuy nhiên, người ta lại không thấyhiện tượng thoái hoá giống phát sinh trong quần thể Hãy giải thích vì sao
c Hiện tượng tự thụ phấn và giao phối cận huyết có ý nghĩa gì trong thực tế chọn giống vậtnuôi, cây trồng?
Hướng dẫn giải:
a
- Định nghĩa thoái hoá giống:…
- Nguyên nhân của thoái hoá giống:
Tự thụ phấn, giao phối cận huyết qua nhiều thế hệ kế tiếp => Tăng tỉ lệ kiểu gen đồnghợp, giảm tỉ lệ dị hợp => Gen lặn có hại bộc lộ ra kiểu hình => Giảm năng suất, chấtlượng của giống
b Ở bồ câu: Các gen trong quần thể này đã ở trạng thái đồng hợp do giao phối cậnhuyết từ lâu đời Các gen lặn có hại đã được đào thải qua tác dụng của chọn lọc Vìvậy, trong quần thể không xuất hiện hiện tượng thoái hoá giống
c Ý nghĩa của hiện tượng tự thụ phấn và giao phối cận huyết:
- Tạo các dòng, giống thuần chủng => tạo ưu thế lai
- Đánh giá giá trị của một alen nào đó, đặc biệt là alen lặn
- Củng cố các đặc tính tốt của giống sau khi đưa ra sản xuất đại trà một thời gian
3 Quần thể ngẫu phối không hoàn toàn
a Nội dung cơ bản:
Ngẫu phối không hoàn toàn là trường hợp trong quần thể vừa xảy ra ngẫu phối vừanội phối Ví dụ: Hiện tượng giao phối cận huyết xảy ra giữa các anh chị em con cô, chú, bácruột Tự thụ phấn owr thực vật là một trường hợp cực đoan của nội phối
Giao phối cận huyết làm tăng tỷ lệ đồng hợp tử bằng với mức giảm tỷ lệ dị hợp tử.Giao phối cận huyết có thể làm thay đổi tần số kiểu gen, nhưng không làm thay đổitần số alen
Tần số các thể đồng hợp tử cao hơn lý thuyết là kết quả của nội phối
Trang 6Mức độ giao phối cận huyết trong quần thể được biểu diễn bằng hệ số cận huyết, F,được tính theo phương trình:
fdị hợp tử quan sát thực tế = f dị hợp tử tính thep lí thuyết x (1-F) = 2pq x(1-F)Trong đó f là tần số kiểu gen
Từ công thức trên ta có F = 1 – fTT/fLT
Khi F =1 thì tần số dị hợp quan sát thực tế = 0 tức là toàn bộ quần thể ở trạng thái dịhợp tử
- Quần thể nội phối n thế hệ, tỉ lệ kiểu gen Aa được tính theo công thức: 2pq(1-F)n
Câu 4: Trong một quần thể yến mạch hoang dại, tần số đồng hợp tử trội, dị hợp tử và đồnghợp tử lặn tương ứng là: 0,67; 0,06 và 0,27 Hãy tính hệ số nội phối trong quần thể
Hướng dẫn giải :
Tần số alen a là 0,4 Do quần thể đạt trạng thái cân bằng nên cấu trúc của quần thể là:
0,36AA+ 0,48Aa + 0,16aa = 1
Sau một số thế hệ giao phối, tần số aa là: 0,301696
=> Tần số kiểu gen aa tăng là:
0,301696 - 0,16 = 0,141696
=> Tần số Aa đã giảm là: 0,141696 x 2 = 0,283392
=> Tần số Aa sau n thế hệ giao phối là: 2pq(1 - f)n = 0,48(1 - f)n = 0,48.0,8n
Tần số Aa giảm là: 0,48 – 0,48.0,8n = 0,283392
n = 4 Vậy số thế hệ giao phối là 4
Câu 6 : Một quần thể ngẫu phối có tần số các alen như sau: p(A) = 0,7; q(a) = 0,3.Giả sửquần thể ban đầu đang đạt trạng thái cân bằng di truyền Sau 3 thế hệ giao phối cấu trúc ditruyền của quần thể như sau: 0,65464 AA + 0,09072 Aa + 0,25464 aa = 1 Biết rằng đã xảy
ra hiện tượng nội phối Tính hệ số nội phối?
Hướng dẫn giải :
Trang 7- Tỉ lệ kiểu gen dị hợp Aa theo lí thuyết là : 2pq = 2x0,7x0,3 = 0,42
- Hệ số nội phối F = 1 – fAaTT/fAaLT = 1 – 0,09072/0,42 =
Câu 7 : Một quần thể có 150 cá thể, số kiểu gen nhóm máu MN quan sát được là 60MM, 36
MN, 54NN
a Hãy tính F
b Nếu một quần thể thứ hai cùng loài có tần số alen giống hệt quần thể thứ nhấtnhưng hệ số nội phối chỉ bằng một nửa so với quần thể thứ nhất Hãy tính tỉ lệ kiểugen dị hợp tử quan sát được trong quần thể này
Hướng dẫn giải :
a Tần số tương đối các alen của quần thể trên là : pA = 0,52, qa = 0,48
Tần số kiểu gen dị hợp theo lí thuyết là : 2pq = 2x0,52x0,48
Tần số kiểu gen dị hợp trong thực tế là : 36/150 = 0,24
Hệ số nội phối F là : F = 1 – 0,24/(2x0,52x0,48) = 0,52
b Hệ số nội phối của quần thể thứ hai là : 0,52/2 = 0,26
Tần số kiểu gen dị hợp tử quan sát được trong thực tế của quần thể là :
2x0,48x0,52 (1 – 0,26) = 0,37
3 Quần thể giao phối ngẫu nhiên
Đặc điểm di truyền của quần thể giao phối ngẫu nhiên
a Nội dung cơ bản:
- Ngẫu phối được xem là đặc trưng cơ bản của quần thể giao phối => quần thể giao phốiđược xem là đơn vị sinh sản, đơn vị tồn tại của loài trong tự nhiên
Quan hệ sinh sản là cơ sở để đảm bảo cho quần thể tồn tại trong không gian và theothời gian
- Đặc điểm nổi bật của quần thể giao phối: Tính đa hình về kiểu gen và kiểu hình
Nguyên nhân của tính đa hình của quần thể giao phối: Quá trình giao phối
Ý nghĩa của tính đa hình: Giúp quần thể thích nghi linh hoạt trước sự thay đổi của điềukiện môi trường
- Cách tính số kiểu gen trong quần thể giao phối trong trường hợp:
+ Xét đến 1 locus gen đa alen
+ Xét nhiều locus gen phân ly độc lập
+ Nhiều locus gen phân bố trên cùng cặp NST tương đồng
b Câu hỏi – bài tập
Trang 8Câu 8: Một locus gen A có n alen, hãy thiết lập công thức tính số kiểu gen có thể có trongquần thể đối với lôcus gen trên
Câu 9: Trong một quần thể, người ta xét 3 locus gen A, B, C phân ly độc lập và đều nằmtrên NST thường Trong đó, locus A có 3 alen, locus B có 4 alen, locus C có 5 alen Hãy xácđịnh số kiểu gen có thể có trong quần thể
b Ba locus gen A, B, C liên kết và nằm trên NST thường
c Ba locus gen A, B, C liên kết với nhau và nằm trên NST giới tính X tại vùng khôngtương đồng với Y
Trang 9d Hãy thiết lập công thức tính số kiểu gen có thể có trong quần thể trong trường hợp:
- n gen liên kết trên 1 NST thường
- n gen liên kết trên NST giới tính X tại vùng không tương đồng trên Y
Hướng dẫn giải:
a
- Số kiểu gen được tạo thành từ hai locus A và B:
Hai locus gen trên có số cách phân bố trên 1 NST (hay số loại giao tử có thể tạo thành
từ hai locus A và B) là 22 = 4, giả sử là AB, Ab, aB, ab
Trong tế bào sinh dưỡng, các NST tồn tại thành từng cặp tương đồng, do đó các kiểugen có thể có được tổ hợp theo bảng sau:
NST1
NST 2
Các kiểu gen có thể có: 4+3+2+1 = 4(4+1)/2 = 10 (kiểu gen)
(Học sinh cũng có thể liệt kê các kiểu gen có thể có nhưng cách đó khó sử dụng để xâydựng công thức tổng quát do đó chúng tôi đưa ra cách như trình bày ở trên)
- Số kiểu gen được tạo thành từ locus C: 3
- C phân li độc lập với A và B nên số kiểu gen có thể có của quần thể khi xét tới 3 locusgen trên là: 3 x 10 = 30
b Ba locus gen A, B, C liên kết và nằm trên NST thường
- Số kiểu giao tử được tạo thành từ 3 locus gen trên (số cách phân bố của 3 gen trên trênmột NST trong cặp tương đồng) là: 23 = 8 Đó là các giao tử ABC, ABc, AbC, Abc, aBC,aBc, abC, abc,
Các kiểu gen có thể có trong quần thể khi xét tới ba locus gen trên được mô tả trongbảng sau:
NST1
NST2
Trang 10ABcaBC
aBcABc
ABcabC
ABcabc
AbC
AbCAbc
AbCaBC
AbCaBc
AbCabC
AbCAbc
Abc
AbcaBC
aBcAbc
AbcabC
Abcabc
aBC
aBCaBc
aBCabC
aBCabc
aBc
aBcabC
aBcabc
abC
abCabc
- Số loại kiểu gen có thể có ở giới XY (hoặc XO) bằng số loại giao tử (8)
- Vậy số loại kiểu gen cần xác định là: 36 + 8 = 44
d Công thức tổng quát
- Trường hợp n gen liên kết trên 1 NST thường
Số loại kiểu gen = 2n(2n+1)/2
- Trường hợp n gen liên kết trên NST giới tính X tại vùng không tương đồng trên Y
Số loại kiểu gen = 2n(2n+1)/2 + 2n = 2n(2n + 3)/2
Câu 11: Cho 3 locus gen liên kết với nhau trên 1 NST thường Hãy tính số kiểu gen có thể
có trong quần thể biết rằng gen A có 2 alen, B có 3 alen và C có 4 alen
Hướng dẫn giải: