Skkn phương pháp giải một số dạng bài tập phần di truyền học quần thể

Bên cạnh thực tế đó, những năm gần đây phần bài tập di truyền quần thể lại rất phổ biến trong các đề thi tốt nghiệp THPT, thi đại học, thi học sinh giỏi, …Khi va chạm với dạng bài tập nà

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO LÀO CAI

TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG SỐ 1 SI MA CAI

  

S¸ng kiÕn kinh nghiÖm

Ph¬ng ph¸p gi¶i mét sè d¹ng bµi tËp di truyÒn häc quÇn

thÓ

Hä vµ tªn: Phan Träng Kh¬ng Tæ: Sinh -Hãa - §Þa - TD - QPAN Trêng: THPT sè 1 Si Ma Cai

Si Ma Cai, tháng 03 năm 2014

PHẦN THỨ NHẤT MỞ ĐẦU

I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong chương trình sinh học 12, phần bài tập di truyền học quần thể là rất khó đối với học sinh Trong sách giáo khoa chỉ trang bị kiến thức lí thuyết mà không trang bị kiến thức về phương pháp giải bài tập Học sinh gần như không có thời gian để rèn luyện về cách giải bài tập mảng di truyền học quần thể

Bên cạnh thực tế đó, những năm gần đây phần bài tập di truyền quần thể lại rất phổ biến trong các đề thi tốt nghiệp THPT, thi đại học, thi học sinh giỏi,

…Khi va chạm với dạng bài tập này, các học sinh gặp rất nhiều khó khăn, lúng túng Riêng với đối tượng học sinh các trường đại trà, trường vùng sâu, vùng xa,

… phần lớn học sinh có học lực trung bình, yếu thì việc giảng dạy, truyền đạt của giáo viên trở nên khó khăn vất vả vô cùng mà hiệu quả đạt được vẫn chưa cao Nhiều học sinh vận dụng lí thuyết để giải bài tập một cách mơ hồ, lúng túng, không có cơ sở khoa học

Để làm rõ cơ sở lí thuyết vận dụng trong phương pháp giải bài tập và những điểm cần lưu ý giúp học sinh dễ hiểu từ đó tự tin hơn trong quá trình làm bài tôi

mạnh dạn đề xuất“ phương pháp giải một số dạng bài tập phần di truyền học

quần thể”cho đối tượng học sinh trung bình, yếu ở trường THPT Mặc dù đã có rất

nhiều cố gắng nhưng chắc chắn có nhiều thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến góp

ý của các đồng nghiệp

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Dạy thử theo nội dung đề xuất của đề tài, điều chỉnh, bổ sung những thiếu sót

- Sơ bộ đánh giá kết quả đề tài cũng như tính khả thi của đề tài trong việc giảng dạy các giờ bài tập sinh học ở trường phổ thông

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Học sinh trường THPT Số 1 Si Ma Cai: hai lớp Khối 12 ban cơ bản

- Đặc điểm các lớp có số học sinh gần bằng nhau, ý thức học tập tốt, khả năng nhận thức ở mức trung bình yếu nhiều

Trong đó:

+ Chọn ngẫu nhiên lớp 12A4 là lớp thực nghiệm

+ Chọn ngẫu nhiên lớp 12A3 là lớp đối chứng

IV GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Chương III: Di truyền học quần thể, sinh học 12 Ban cơ bản

V NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Thăm dò tình hình học sinh sau các giờ dạy để điều chỉnh kịp thời những thiếu sót

- Kiểm tra chất lượng học sinh thông qua các bài kiểm tra

VI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Chọn đối tượng thực nghiệm và đối tượng đối chứng ngẫu nhiên trong

số các lớp trực tiếp tham gia giảng dạy

- Triển khai dạy thử ở các lớp thực nghiệm theo nội dung đề xuất của đề tài

- Trao đổi cùng đồng nghiệp, dạy thử trên các đối tượng là học sinh của các đồng nghiệp

- Trao đổi cùng động nghiệp, rút kinh nghiệm, bổ sung kiến thức

VII THỜI GIAN NGHIÊN CỨU

- Năm học 2013 – 2014

PHẦN THỨ HAI NỘI DUNG Chương I CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

1 Các đặc trưng di truyền của quần thể

- Mỗi quần thể là một cộng đồng có một lịch sử phát triển chung, có thành phần kiểu gen đặc trưng và tương đối ổn định Về mặt di truyền học, người ta phân biệt quần thể tự phối và quần thể giao phối

- Quần thể là một tập hợp cá thể cùng loài, chung sống trong một khoảng không gian xác định, trải qua thời gian nhất định, giao phối với nhau sinh ra thế

hệ sau (quần thể giao phối) và được cách ly ở một mức độ nhất định với các nhóm cá thể lân cận cũng thuộc loài đó

- Mỗi quần thể được đặc trưng với một vốn gen nhất định Vốn gen là toàn bộ các alen có trong quần thể ở một thời điểm xác định Các đặc điểm của vốn gen được thể hiện qua tần số alen và tần số kiểu gen của quần thể  mỗi quần thể được đặc trưng bơi tần số tương đối của các alen và các kiểu gen

- Tần số tương đối của một alen của một gen nào đó được tính bằng tỉ lệ giữa số lượng alen đó trên tổng số alen của các loại alen khác nhau của gen đó trong quần thể lại một thời điểm xác định

- Tần số của một kiểu gen là tỉ số cá thể có kiểu gen đó trên tổng số cá thể trong quần thể

- Phương pháp tính tần số tương đối của các alen:

Vận dụng các công thức:

* p = d + h/2

* q= r + h/2

* p + q = 1

- Trong trường hợp tính trội hoàn toàn và quần thể ở trạng thái cân bằng

di truyền thì căn bậc hai tỉ lệ kiểu hình đồng hợp lặn được giá trị của q, từ đó tính p = 1-q

- Với:

* p: tần số tương đối alen A

* q: tần số tương đối alen a

* d: tỷ lệ kiểu gen AA

* h: tỷ lệ kiểu gen Aa

* r: tỷ lệ kiểu gen aa

2 Cấu trúc di truyền của quần thể tự phối và quần thể giao phối gần

2.1 Cấu trúc di truyền của quần thể tự phối và giao phối gần

+ Quần thể tự phối điển hình là các quần thể thực vật tự thụ phấn, động vật lưỡng tính tự thụ tinh

+ Quá trình tự phối làm cho quần thể dần dần bị phân thành những dòng thuần có kiểu gen khác nhau và sự chọn lọc trong dòng không có hiệu quả

+ Trong quá trình tự thụ phấn hay giao phối gần liên tiếp qua nhiều thế

hệ, tần số tương đối của các alen không thay đổi nhưng tần số tương đối các

kiểu gen hay cấu trúc di truyền của quần thể thay đổi theo hướng giảm dần tỉ lệ

dị hợp tử và tăng dần tỉ lệ đồng hợp

+ Thí dụ xét 1 cặp gen dị hợp Aa sau thế hệ thứ nhất tự thụ phấn, tỉ lệ dị hợp còn lại ½, đồng hợp trội và đồng hợp lặn mỗi loại chiếm ¼ Sau n thế hệ tự thụ phấn liên tục, cây dị hợp Aa sẽ còn )n

2

1 ( , đồng hợp trội và đồng hợp tử lặn bằng 1 - )n

2

1

(

2.2 Đặc điểm di truyền của quần thể tự phối và giao phối gần

- Trải qua nhiều thế hệ tự phối các gen ở trạng thái dị hợp tử chuyển dần sang trạng thái đồng hợp, làm tăng thể đồng hợp, giảm thế dị hợp, triệt tiêu ưu thế lai, sức sống giảm

- Trong các thế hệ con cháu của một cây tự thụ phấn liên tục sự chọn lọc không mang lại hiệu quả

3 Cấu trúc di truyền của quần thể ngẫu phối

- Ở các loài giao phối, quần thể là một nhóm cá thể cùng loài, trải qua

nhiều thế hệ đã cùng chung sống trong khoảng không gian xác định, trong đó có các cá thể giao phối tự do với nhau và được cách li ở mức độ nhất định với các nhóm cá thể lân cận cũng thuộc loài đó

- Định luật Hacđi – vanbec: Trong những điều kiện nhất định thì trong lòng một quần thể giao phối, tần số tương đối các alen của mỗi gen có khuynh hướng duy trì không đổi từ thế hệ này sang thế hệ khác

- Điều kiện nghiệm đúng định luật Hacđi – Vanbec:

+ Phải là quần thể giao phối tự do

+ Số lượng cá thể trong quần thể phải lớn và không xuất hiện biến động di truyền + Giá trị thích nghi của các kiểu gen khác nhau (AA, Aa, aa) xem như giống nhau + Không có áp lực của đột biến cũng như không có sự di nhập các đột biến từ quần thể khác

- Ý nghĩa định luật Hacđi – Vanbec:

+ Về lí luận: Định luật giải thích vì sao trong thiên nhiên có các quần thể

được ổn định trong thời gian dài

+ Về thực tiễn: Từ tần số tương đối các alen đã biết, ta có thể dự đoán

kiểu gen, tỉ lệ kiểu hình của quần thể Biết tần số kiểu hình ta xác định được tần

số tương đối của các alen và tỉ lệ các kiểu gen

- Các nhân tố làm biến đổi thành phần kiểu gen của quần thể gồm: quá trình đột biến, phát tán đột biến, sự di nhập gen, quá trình chọn lọc tự nhiên và quá trình cách li

Chương II CƠ SỞ THỰC TIỄN

+ Ở trong chưng trình Sinh học 12, chương III di truyền học quần thể chỉ

đề cập về mặt lí thuyết còn bài tập không có, sách bài tập có rất ít bài tập về phần này

+ Nếu giáo viên dạy theo sách giáo khoa và hướng dẫn của sách giáo viên ( giáo viên không mở rộng) thì học sinh khó có thể làm được một bài tập về phần quần thể đặc biệt là những bài tập khó, bài tập nâng cao

+ Trong thi tốt nghiệp, cao đẳng, đại học hầu hết các đề thi nội dung phần này lại chiếm tỉ lệ nhiều, đều 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 khó mà học sinh có được điểm của phần thi này

+ Với những thực tiễn ở trên để làm đúng và nhanh nhất những câu bài tập quần thể học sinh có phương pháp giải nhanh Vậy làm thế nào để giải nhanh

- Nắm được dạng toán

- Thuộc công thức, các hệ số

- Thế và tính thật nhanh

+ Làm thế nào để học sinh có được kỹ năng ở trên Trừ những học sinh có khả năng tự học tự nghiên cứu còn đa số các học sinh phải nhờ thầy cô giáo mới

có được kỹ năng đó Với những thực tế đó đỏi hỏi giáo viên có những phương

pháp nghiên cứu nhất định Tôi đã thành lập công thức và đưa ra “ phương

pháp giải một số dạng bài tập phần di truyền học quần thể” ở sinh học 12 Ban

cơ bản để giúp các em dễ dàng làm được các bài tập ở phần này

Chương III GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

1 Một số phương pháp giải bài tập quần thể tự phối

- Nếu:

+ Gọi d là thể đồng hợp trội (AA)

+ Gọi h là thể dị hợp (Aa)

+ Gọi r là thể đồng hợp lặn (aa)

+ Gọi n là số thế hệ tự phối; ( với d + h + r = 1)

1.1 Dạng thứ nhất: Quần thể ban đầu chỉ có 1 kiểu gen

* Nếu quần thể ban đầu chỉ có 1 kiểu gen thì có 3 loại:

- Loại kiểu gen AA: Khi tự thụ phấn cho ra dòng thuần chủng trội

- Loại kiểu gen aa: Khi tự thụ phấn cho ra dòng thuần chủng lặn

- Loại kiểu gen Aa:

+ Nếu quần thể tự phối ban đầu chỉ có 1 kiểu gen dị hợp thì:

Tỉ lệ dị hợp = )n

2

1 (

Tỉ lệ đồng hợp = 1 - )n

2

1 ( ( n: là số thế hệ tự phối)

* Bài toán: Ở một quần thể thực vật tại thế hệ P0 có 100% thể dị hợp về kiểu gen Aa nếu bắt buộc tự thụ phấn qua 3 thế hệ thì có tỉ lệ thể dị hợp và thể đồng hợp là bao nhiêu?

Giải:

Áp dụng công thức:

Tỉ lệ dị hợp = )n

2

1 (

Tỉ lệ đồng hợp = 1 - (1)n ( n: là số thế hệ tự phối)

Vậy tỉ lệ thể đồng hợp, thể dị hợp ở các thế hệ theo bảng sau:

Tỉ lệ

Thế hệ

Tỉ lệ % thể dị hợp (Aa) Tỉ lệ % thể đồng hợp (AA+aa)

2

1 ( 100% = 100% 0%

2

1 ( 100% = 50%   )1

2

1 (

1 100% = 50%

2

1 ( 100%= 25%   )2

2

1 (

1 100% = 75%

2

1 ( 100% = 12,5%   )3

2

1 (

1 100% = 87,5%

1.2 Dạng thứ hai: Quần thể ban đầu có kiểu gen AA và Aa hoặc AA ; Aa ;

aa hoặc Aa và aa thì ta đa về dạng tổng quát: dAA : hAa : raa ( với d + h + r

= 1; n: là số thế hệ tự phối )

Ta có:

Tỉ lệ thể dị hợp (Aa) = ( )1

2

n h



Tỉ lệ thể đồng hợp (AA) =

1 1 2 2

n

 

  

 

Tỉ lệ thể đồng hợp (aa) =

1 1 2 2

n

 

  

 

a Bài toán 1: Ở một quần thể thực vật có số lượng cá thể với tỉ lệ tỉ lệ thể đồng

hợp trội(AA) chiếm 50% ,tỉ lệ thể dị hợp (Aa) chiếm 50% nếu bắt buộc tự thụ phấn qua 3 thế hệ thì có tỉ lệ thể dị hợp và thể đồng hợp trội, thể đồng hợp lặn là bao nhiêu?

Giải:

- Tỉ lệ thể dị hợp (Aa) =( )1

2

n h

 = 1 3 1 3

( ) ( ) 50% 6, 25%

- Tỉ lệ thể đồng hợp (AA) = 1 21

2

n

 

  

 

  = 50% +

2

% 50 ) 2

1 (

%

71,75%

- Tỉ lệ thể đồng hợp (aa) = 1 21

2

n

 

  

 

  = 0% +

2

% 50 ) 2

1 (

50 3

 = 21,875%

b Bài toán 2: Một quần thể động vật có 70% là thể dị hợp (Aa), 20% là thể

đồng hợp lặn (aa) Nếu cho tự thụ phấn qua 5 thế hệ thì tỉ lệ % thể đồng hợp trội, thể đồng hợp lặn, thể dị hợp là bao nhiêu?

- Thể đồng hợp trội (AA) =

1 1 2 2

n

 

  

 

2

% 70 ) 2

1 (

% 70 7 0

5







- Thể dị hợp (Aa) = ( )1

2

n h

 = ) 70 % 2 , 1875 %

2

1 ( ) 2

1





y

- Thể đồng hợp lặn (aa) = 1 21

2

n

 

  

 

2

% 70 ) 2

1 (

%

63,90625%

c Bài toán 3: Một quần thể thực vật ở thế hệ ban đầu có 25% kiểu gen AA,

50% kiểu gen Aa, 25% kiểu gen aa Nếu cho tự thụ phấn bắt buộc qua 3 thế hệ thì tỉ lệ % thể đồng hợp trội, thể đồng hợp lặn, thể dị hợp là bao nhiêu ?

Giải:

- Thể đồng hợp trội (AA) =

1 1 2 2

n

 

  

 

  = 25% +

2

% 50 ) 2

1 (

%



= 46,875%

- Thể dị hợp (Aa) = ( )1

2

nh= ) 50 % 6 , 25 %

2

1

- Thể đồng hợp lặn (aa) = 1 21

2

n

 

  

 

  = 25% + 46,875%

2

% 50 ) 2

1 (

%





2 Một số phương pháp giải bài tập quần thể ngẫu phối

2.1 Dạng thứ nhất: Biết cấu trúc di truyền của quần thể, xác định tần số các Alen

* Ta cần lưu ý một số vấn đề:

+ Thuật ngữ cấu trúc di truyền tần số kiểu gen tỉ lệ các kiểu gen trong quần thể

+ Tần số các alen tỉ lệ giao tử đực, cái mang gen khác nhau trong quần thể.

* Xét 1 gen có hai alen (A, a):

+ Gọi: p(A): tần số tương đối của alen A

q(a): Tần số tương đối của alen a

+ Sự tổ hợp của hai alen có tần số tương đối trên hình thành quần thể có cấu trúc di truyền như sau?

Đực

Cái

cấu trúc di truyền của quần thể: p2(AA) + 2Pq(Aa) + q2(AA) = 1

Do vậy p(A) = p2 + pq; q(a) = q2 + pq

a Hai alen nằm trên NST thường

a.1.Trường hợp trội hoàn toàn: Ví dụ: A là trội hoàn toàn so với a.

Bài toán 1: Xác định tần số tương đối của các alen A, a cho biết cấu trúc di

truyền của mỗi quần thể như sau:

a Quần thể 1: 0,64 AA + 0,32 Aa + 0,04 aa = 1

b Quần thể 2: 0,91 AA + 0,18 Aa + 0,01 aa = 1

c Quần thể 3: 0,49 AA + 0,42 Aa + 0,09 aa = 1

Giải:

a Gọi p(A): tần số tương đối của alen A

q(a) : Tần số tương đối của alen a

Ta có: p(A) + q(a) = 1

p(A) = 0,64 + (0,32 : 2) = 0,8

q(a) = 1 – 0,8 = 0,2

b Tương tự, ta suy ra p(A) = 0,9 ; q(a) = 0,1

c Tương tự, ta suy ra p(A) = 0,7 ; q(a) = 0,3

a.2 Trường hợp trội không hoàn toàn: Dạng này chỉ cần biết tỉ lệ kiểu hình

thì ta biết được tỉ lệ kiểu gen, khi tính tần số ta áp dụng công thức trên

Ví dụ: Ở bò, kiểu gen AA quy định bò lông đen, aa quy định bò lông

trắng, Aa quy định bò lông lang trắng đen

Một quần thể bò gồm 108 con lông đen, 48 con lông trắng, 144 con lông lang trắng đen Tính tần số alen A và a của quần thể bò nói trên

Giải:

Cấu trúc di truyền của quần thể bò nói trên là:

P : 108 AA : 144Aa : 48 aa= 300 0,36AA : 0,48Aa : 0,16aa= 1

Áp dụng công thức: p(A) =

6 , 0 2

48 , 0 36 , 0 2 2

2







D

q(a) = 0 , 4

2

48 , 0 16 , 0 2 2

2







N

R H

b Hai alen nằm trên NST giới tính

b.1 Trường hợp trội lặn hoàn toàn

Ở đa số các loài động vật, con đực đều là giao tử chỉ mang 1 alen trên NST X đã biểu hiện thành tính trạng Do đó, chỉ căn cứ trên số cá thể cái trong quần thể để tính tấn số các alen (với điều kiện tần số của các alen ở 2 giới đực cái như nhau )

Ví dụ: Ở ruồi giấm, A quy định mắt đỏ trội hoàn toàn so với a quy định

mắt trắng, gen chỉ liên kết với NST giới tính X, không có alen trên Y Một quần thể ruồi giấm có: 250 con đực mắt trắng, 250 con đực mắt đỏ, 250 con cái mắt

đỏ thuần chủng, 250 con cái mắt đỏ dị hợp Tìm tần số alen của quần thể trên

Giải:

Theo giả thiết ta có:

- 250 con đực mắt trắng có kiểu gen: XaY  có 250 Xa

- 250 con đực mắt đỏ có kiểu gen: XAY  có 250 XA

- 250 con cái mắt đỏ thuần chủng có kiểu gen: XAXA  có 500 XA

- 250 con cái mắt đỏ dị hợp có kiểu gen: XAXa  có 250 XA và 250 Xa

Vậy tổng số alen của quần thể là: 500 alen Xa

+ 1000 alen XA = 1500

Tần số alen a của quần thể là: 500/1500 = 0,03

Tần số alen A của quần thể là: 1000/1500 = 0,67

b.2 Trường hợp trội không hoàn toàn

Trường hợp này thường có nhiều kiểu gen và kiểu hình vì một số gen chỉ liên kết trên NST giới tính X không có alen trên Y nên con đực chỉ cần 1 alen đã biểu hiện thành kiểu hình

Ví dụ: Ở loài mèo nhà, cặp D, d quy định màu lông nằm trên NST giới

tính X (DD: lông đen; Dd: tam thể; dd: lông vàng ) Trong 1 quần thể mèo ở LuânĐôn người ta ghi được số liệu về các kiểu hình như sau:

Tính tần số alen trong điều kiện cân bằng?

Giải :

Quy ước gen: Mèo đực: XDY: lông đen

XdY: lông vàng Mèo cái: XDXD: lông đen

XDXd: tam thể

XdXd: lông vàng Gọi p là tần số của alen D; q là tần số của alen d:

p = 2 x Số mèo cái đen + Số mèo cái tam thể + Số mèo đực đen

2 x Số mèo cái + Số mèo đực

P = 2x Số mèo cái vàng + Số mèo cái tam thể + Số mèo đực vàng

2 x Số mèo cái + Số mèo đực Tổng số alen D trong kiểu gen của mèo cái đen và mèo đực đen:

311 + 2(227) + 54 = 919 Tổng số alen trong quần thể: 353 + 2(338)= 1029

Tần số của alen D: 919 : 1029 = 0,893 Tần số của alen d: 1-0,893 = 0,107

* Xét 1 gen có ba alen: (gen quy định các nhóm máu hệ O, A, B có alen IA, IB, Io) + Gọi p(IA): Tần số tương đối của alen IA

q(IB): Tần số tương đối của alen IB

r(Io): Tần số tương đối của alen Io

p(IA) + q(IB) + r (Io) = 1

+ Sự tổ hợp của 3 alen với tần số tương đối nói trên theo b ng sau:ảng sau:

Đực

Cái

p(IA) q(IB) r(IO)

p(IA) p2 (IAIA) pq(IAIB) pr (IAIO) q(IB) pq(IAIB) q2 (IBIB) qr (IBIO)