CHUYÊN ĐỀ 5: ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC

* Ứng dụng tự thụ phấn và giao phối cận huyết trong chọn giống: - Trong chọn giống, người ta tiến hành tự thụ phấn bắt buộc đối với cây giao phấn, cho giao phối giữa các vật nuôi là "anh

1

CHUYÊN ĐỀ 5: ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC

I NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ

1 Các nguồn vật liệu chọn giống và các phương pháp gây đột biến nhân tạo, lai giống

- Nguồn vật liệu chọn giống:

+ Biến dị tổ hợp

+ Đột biến

+ ADN tái tổ hợp

- Phương pháp gây đột biến nhân tạo gồm các bước:

+ Xử lí mẫu vật bằng các tác nhân đột biến thích hợp

+ Chọn lọc các thể đột biến có kiểu hình mong muốn

* Ứng dụng tự thụ phấn và giao phối cận huyết trong chọn giống:

- Trong chọn giống, người ta tiến hành tự thụ phấn bắt buộc đối với cây giao phấn, cho giao phối giữa các vật nuôi là "anh chị em" ruột hoặc giữa bố/mẹ với các con nhằm mục đích: Tạo dòng thuần (đồng hợp tử về các gen đang quan tâm) để củng

cố một số tính trạng tốt, phát hiện và loại bỏ các tính trạng xấu

- Tạo giống lai có ưu thế lai cao:

+ Hiện tượng ưu thế lai: Cơ thể lai có sức sống cao hơn bố mẹ thuần chủng, tức là sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh, chống chịu khoẻ, năng suất cao Ví dụ: ngô lai khác dòng tăng năng suất 30%

+ Phương pháp tạo ưu thế lai:

2

 Lai khác dòng: Tạo những dòng thuần (bằng tự thụ phấn bắt buộc hoặc giao phối gần) rồi lai khác dòng Ví dụ: sử dụng lai khác dòng đã tăng sản lượng lúa mì 50%, tăng gấp đôi sản lượng dầu trong hạt hướng dương

 Lai khác thứ: Tổ hợp 2 hoặc nhiều thứ có kiểu gen khác nhau Cơ thể lai khác thứ cũng có hiện tượng ưu thế lai nhưng trong các thế hệ sau có hiện tượng phân tính

+ Đặc điểm biểu hiện của ưu thế lai:

 Ưu thế lai biểu hiện rõ nhất trong lai khác dòng, vì: Đại bộ phận các gen của cơ thể lai đều ở trạng thái dị hợp, trong đó chỉ các gen trội - phần lớn quy định các tính trạng tốt - được biểu hiện Cơ thể lai khác dòng có độ đồng đều cao về năng suất và phẩm chất

 Ưu thế lai giảm dần qua các thế hệ, vì ở các thế hệ sau, tỉ lệ thể dị hợp giảm dần, tỉ lệ thể đồng hợp tăng lên, do đó các gen lặn có hại được biểu hiện

+ Cơ sở di truyền của ưu thế lai: Có nhiều giả thuyết giải thích cơ sở di truyền của ưu thế lai, trong đó giả thuyết siêu trội được nhiều người thừa nhận Giả

thuyết này cho rằng ở trạng thái dị hợp về nhiều cặp gen khác nhau, con lai có

được kiểu hình vượt trội nhiều mặt so với dạng bố mẹ có nhiều gen ở trạng thái đồng hợp tử

+ Quy trình tạo giống có ưu thế lai cao: Tạo dòng thuần  lai các dòng thuần khác nhau (lai khác dòng đơn, lai khác dòng kép)  chọn lọc các tổ hợp có

ưu thế lai cao

+ Phương pháp tạo giống bằng gây đột biến:

* Dùng các tác nhân vật lí:

 Chiếu các tia phóng xạ với cường độ liều lượng thích hợp trên hạt khô, hạt nảy mầm hoặc đỉnh sinh trưởng của thân, cành hoặc hạt phấn, bầu nhuỵ để gây đột biến gen hay đột biến NST

 Chiếu tia tử ngoại lên các tế bào vi sinh vật hoặc bào tử, hạt phấn của thực vật

 Tăng, giảm nhiệt độ môi trường đột ngột (sốc nhiệt) gây chấn thương bộ máy di truyền

2 Công nghệ tế bào ở thực vật và động vật

- Công nghệ tế bào là quy trình công nghệ dùng để tạo ra những tế bào có kiểu

nhân mới từ đó tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới, hoặc hình thành cơ thể không bằng sinh sản hữu tính mà thông qua sự phát triển của tế bào xôma nhằm nhân nhanh các giống vật nuôi, cây trồng

- Công nghệ tế bào thực vật:

+ Lai tế bào sinh dưỡng: Gồm các bước:

* Loại bỏ thành tế bào trước khi đem lai

* Cho các tế bào đã mất thành của 2 loài vào môi trường đặc biệt để dung hợp với nhau tế bào lai

* Đưa tế bào lai vào nuôi cấy trong môi trường đặc biệt cho chúng phân chia

và tái sinh thành cây lai khác loài

+ Nuôi cấy hạt phấn hoặc noãn:

* Nuôi cấy hạt phấn hoặc noãn chưa thụ tinh trong ống nghiệm rồi cho phát triển thành cây đơn bội (n)

* Tế bào đơn bội được nuôi trong ống nghiệm với các hoá chất đặc biệt  phát triển thành mô đơn bội  xử lí hoá chất gây lưỡng bội hoá thành cây lưỡng bội hoàn chỉnh

- Công nghệ tế bào động vật:

+ Nhân bản vô tính:

* Tách tế bào tuyến vú của cá thể cho nhân và nuôi trong phòng thí nghiệm; tách tế bào trứng của cá thể khác và loại bỏ nhân của tế bào này

4

* Chuyển nhân của tế bào tuyến vú vào tế bào trứng đã loại nhân

* Nuôi cấy tế bào đã chuyển nhân trên môi trường nhân tạo cho trứng phát triển thành phôi

* Chuyển phôi vào tử cung của cơ thể mẹ để mang thai và sinh con

+ Cấy truyền phôi: Lấy phôi từ động vật cho  tách phôi thành hai hay nhiều phần  phôi riêng biệt  Cấy các phôi vào động vật nhận (con cái) và sinh con

3 Tạo giống nhờ công nghệ gen

- Công nghệ gen là một quy trình công nghệ dùng để tạo ra những tế bào và sinh vật

có gen bị biến đổi hoặc có thêm gen mới, từ đó tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới

- Quy trình: Tạo ADN tái tổ hợp  Đưa ADN tái tổ hợp vào trong tế bào nhận  Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp

- Ứng dụng công nghệ gen:

+ Bằng công nghệ gen đã tạo ra các chủng vi khuẩn cho sản phẩm mong muốn không có trong tự nhiên như: insulin để chữa bệnh tiểu đường, hoocmôn tăng trưởng của người (GH), vacxin viêm gan B để phòng bệnh viêm gan B

+ Chọn giống bằng kĩ thuật chuyển gen đã mở ra nhiều ứng dụng cho trồng trọt, thời gian tạo giống mới rút ngắn đáng kể Phương pháp chuyển gen ở thực vật rất đa dạng như: dùng plasmit, dùng súng bắn gen

+ Sử dụng công nghệ gen để tạo ra những giống động vật mới có năng suất

và chất lượng cao hơn về sản phẩm Đặc biệt tạo ra động vật chuyển gen có thể sản xuất ra thuốc cho con người Phương pháp tạo giống gia súc chuyển gen từ phôi đã cho nhiều kết quả và đang được sử dụng rộng rãi Có nhiều cách đưa gen mong muốn vào hợp tử, ví dụ như vi tiêm và cấy nhân có gen đã cải biến

II TỔ CHỨC DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ

1 Mục tiêu

1.1 Kiến thức

- Nêu được khái niệm, các khâu cơ bản và những ứng dụng của kĩ thuật di truyền trong chọn giống vi sinh vật, thực vật và động vật

ĐỊNH HƯỚNG NĂNG LỰC TRONG CHUYÊN ĐỀ

STT Tên năng lực Các kĩ năng thành phần

2 Năng lực thu

nhận và xử lý

thông tin

- Đọc hiểu các sơ đồ, bảng biểu, mô hình lai giống

- Lập được bảng so sánh các phương pháp lai dùng trong chọn giống

3 Năng lực nghiên

cứu khoa học Phân loại giống vật nuôi, cây trồng; Tìm kiếm mối

quan hệ; Tính toán; Xử lí và trình bày các số liệu bao gồm vẽ đồ thị, lập các bảng biểu, biểu đồ cột, sơ đồ, ảnh chụp; Đưa ra các tiên đoán về tạo giống mới; Hình thành nên các giả thuyết khoa học

4 Năng lực tính Xác suất và phân bố xác suất; Biết cách tính và sử

6

toán dụng các giá trị trung bình, trung vị, tỉ lệ %, phương

sai, độ lệch chuẩn, sai số chuẩn, T test và phép thử Khi bình phương trong lai tạo giống

5 Năng lực tư duy - Phân tích mối quan hệ kiểu gen – môi trường – kiểu

hình trong chọn và tạo giống mới

- Phân biệt được các phương pháp lai tạo giống với gây đột biến và chọn lọc

- Hệ thống hóa các phương pháp tạo giống mới

6 Năng lực ngôn

ngữ

- Thuyết trình về thành tựu chọn giống ở Việt Nam và thế giới

2 Tiến trình dạy học chuyên đề

Tổ chức dạy học dự án: „Ứng dụng di truyền học trong chọn tạo giống vật nuôi, cây trồng tại địa phương“

- Sản phẩm của dự án: Danh sách mô tả chi tiết đặc điểm, phương pháp sản xuất, chăm sóc, thu hoạch của các giống vật nuôi, cây trồng tại địa phương được tạo ra bằng phương pháp ứng dụng di truyền học, xu hướng phát triển trong tương lai Sản phẩm có thể được trình bày dưới dạng tập san, bài thuyết trình, clip

- Lưu ý: Tùy vào thực tế tại địa phương, giáo viên có thể thu nhỏ dự án về tìm hiểu các giống cây trồng đặc hữu tại địa phương: Chuối, Vải, Nhãn, Xoài, Lợn

Bước 1 Lập kế hoạch (Thực hiện trên lớp 1-2 tiết)

Nêu tên dự án - Nêu tình huống có vấn đề về

việc tăng năng suất vật nuôi cây trồng tại địa phương, tạo

ra nhiều giống vật nuôi cây trồng mới có giá trị kinh tế, giá thành sản xuất thấp, hiệu quả cao Từ đó hình thành dự

7

thuyết cứu tài liệu: Sách giáo khoa

và các nguồn học liệu bổ sung

do giáo viên chuẩn bị

của dự án: Ứng dụng di truyền học trong chọn tạo giống, vật nuôi cây trồng:

+ Chọn giống dựa trên nguồn biến dị tổ hợp

+ Tạo giống mới bằng phương pháp gây đột biến, lại giống + Tạo giống sử dụng công nghệ gen, công nghệ tế bào động vật, thực vật

- Thống nhất ý tưởng và lựa chọn các tiểu chủ đề

- Hoạt động nhóm, chia sẻ các

ý tưởng

- Cùng GV thống nhất các tiểu chủ đề nhỏ

+ Chọn giống dựa trên nguồn biến dị tổ hợp

+ Tạo giống mới bằng phương pháp gây đột biến, lại giống + Tạo giống sử dụng công nghệ gen, công nghệ tế bào động vật, thực vật

- Căn cứ vào chủ đề học tập và gợi ý của GV, HS nêu ra các nhiệm vụ phải thực hiện

- Thảo luận và lên kế hoạch thực hiện nhiệm vụ (Nhiệm vụ; Người thực hiện; Thời lượng; Phương pháp, phương tiện; Sản phẩm)

+ Thu thập thông tin

8

+ Điều tra, khảo sát hiện trạng (nếu có thể)

+ Thảo luận nhóm để xử lý thông tin

+ Viết báo cáo + Lập kế hoạch tuyên truyền Bước 2: Thực hiện kế hoạch dự án và xây dựng sản phẩm (1-2 tuần)

(Hoạt động vào thời gian ngoài giờ lên lớp)

- Thực hiện nhiệm vụ theo kế hoạch

- Từng nhóm phân tích kết quả thu thập được và trao đổi về cách trình bày sản phẩm

- Xây dựng báo cáo sản phẩm của nhóm

Bước 3: Báo cáo kết quả và nêu các phương hướng phát triển lĩnh vực này tại địa phương (1-2 tiết)

Báo cáo kết quả - Tổ chức cho các nhóm báo

cáo kết quả và phản hồi

- Gợi ý các nhóm nhận xét, bổ sung cho các nhóm khác

- Các nhóm báo cáo kết quả

- Trình chiếu Powerpoint, clip, tập san

- Các nhóm tham gia phản hồi

về phần trình bày của nhóm bạn

- Học sinh trả lời câu hỏi dựa

9

vào các kết quả thu thập được

từ mỗi nhóm và ghi kiến thức cần đạt vào vở

Nhìn lại quá trình

thực hiện dự án

- Tổ chức các nhóm đánh giá, tuyên dương nhóm, cá nhân

- Các nhóm tự đánh giá, đánh giá lẫn nhau

- Nhóm trưởng báo cáo kết quả tổng hợp ý kiến, đưa ra các đề xuất phù hợp

10

III KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CHUYÊN ĐỀ

1 Bảng ma trận đánh giá theo định hướng phát triển năng lực:

- Trình bày được khái niệm, cơ

sở di truyền và phương pháp tạo

- Giải thích được tại sao

ưu thế lai cao nhất ở F1

và giảm dần ở đời sau

- Giải thích được

vì sao luật hôn nhân gia đình Việt Nam cấm kết hôn trong vòng 3 đời

- Nhận xét được mục đích của phương pháp tự thụ phấn bắt buộc và giao phối cận huyết trong chọn giống cây trồng

- Phân tích được từng bước qui trình gây đột biến nhân tạo

- Đề xuất được cách thức nhận biết sơ bộ các cây tứ bội trong số các cây lưỡng bội

- Rút ra được phương pháp

giúp duy trì ưu thế lai

- Trình bày được quy trình tạo giống cây khác loài bằng phương pháp lai tế bào xôma

- Tóm tắt được ý nghĩa của công nghệ tế bào động vật, công nghệ tế bào thực vật

- Mô tả được quy trình nhân bản vô tính ở động vật

- Giải thích được vì sao không gây đột biến nhân tạo ở các động vật

bậc cao

- Xây dựng được

quy trình nhân bản

vô tính để tạo ra một giống vật nuôi mong muốn

- Trình bày được các thành tựu tạo giống động vật, cây trồng, vi sinh vật biến đổi gen

- Giải thích tại sao Plasmit được sử dụng phổ biến trong việc tạo ADN tái tổ hợp và tế bào E.coli làm tế bào nhận

- Giải thích được các cách biến đổi hệ gen

của sinh vật

- Phân tích lý do mà các nhà khoa học sử dụng virut làm thể truyền mà không dùng plasmit trong việc thay thế các gen gây bệnh

ở người bằng gen lành,

12

13

A Câu hỏi, bài tập tự luận

Câu 1 Trong chọn giống người ta dùng phương pháp tự thụ phấn bắt buộc và giao

phối cận huyết vào mục đích gì?

Hướng dẫn:

- Tự thụ phấn (ở thực vật): giao tử đực và giao tử cái tham gia thụ tinh là của cùng một hoa lưỡng tính hoặc từ những hoa đơn tính của cùng một cây Giao phối cận huyết (giao phối gần): giao phối giữa những động vật cùng chung bố mẹ hoặc giữa bố/ mẹ với con của chúng

- Trong chọn giống, người ta tiến hành tự thụ phấn bắt buộc đối với cây giao phấn, cho giao phối giữa các vật nuôi là "anh chị em" ruột hoặc giữa bố/mẹ với các con nhằm mục đích: Tạo dòng thuần (đồng hợp tử về các gen đang quan tâm) để củng

cố một số tính trạng tốt, phát hiện và loại bỏ các tính trạng xấu

- Đây là một biện pháp trung gian để chuẩn bị cho lai khác dòng tạo ưu thế lai

Câu 2 Ưu thế lai là gì? Phương pháp tạo ưu thế lai, vì sao ưu thế lai biểu hiện rõ

nhất trong lai khác dòng? Vì sao ưu thế lai giảm dần qua các thế hệ?

Hướng dẫn:

1 Hiện tượng ưu thế lai

Cơ thể lai có sức sống cao hơn bố mẹ thuần chủng, tức là sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh, chống chịu khoẻ, năng suất cao Ví dụ: ngô lai khác dòng tăng năng suất 30%

2 Phương pháp tạo ưu thế lai

a) Lai khác dòng: tạo những dòng thuần (bằng tự thụ phấn bắt buộc hoặc giao phối gần) rồi lai khác dòng đơn hoặc lai khác dòng kép Ví dụ sử dụng lai khác dòng đã tăng sản lượng lúa mì 50%, tăng gấp đôi sản lượng dầu trong hạt hướng dương b) Lai khác thứ: tổ hợp 2 hoặc nhiều thứ có kiểu gen khác nhau Cơ thể lai khác thứ cũng có hiện tượng ưu thế lai nhưng trong các thế hệ sau có hiện tượng phân tính Ví dụ: giống lúa VX - 83 là kết quả chọn lọc từ giống lai khác thứ

3 Đặc điểm biểu hiện của ưu thế lai

a) Ưu thế lai biểu hiện rõ nhất trong lai khác dòng, vì:

14

- Đại bộ phận các gen của cơ thể lai đều ở trạng thái dị hợp, trong đó chỉ các gen trội - phần lớn quy định các tính trạng tốt - được biểu hiện

- Cơ thể lai khác dòng có độ đồng đều cao về năng suất và phẩm chất

b) Ưu thế lai giảm dần qua các thế hệ, vì ở các thế hệ sau, tỉ lệ thể dị hợp giảm dần,

tỉ lệ thể đồng hợp tăng lên, do đó các gen lặn có hại được biểu hiện

Câu 3 Để cải tạo giống lợn Ỉ, người ta dùng con đực giống Đại Bạch để lai cải tiến

với con cái tốt nhất của giống địa phương Nếu lấy hệ gen của con đực Đại Bạch làm tiêu chuẩn, thì ở thế hệ F5, tỉ lệ kểu gen của Đại Bạch trong quần thể

là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Ở F5, tỉ lệ kiểu gen của Đại Bạch trong quần thể = (25– 1)/25

= 31/32 = 96,875% Tổng quát: Nếu kí hiệu vật chất di truyền của con Đại Bạch là a, vật chất di truyền của con Ỉ là b thì vật chất di truyền của con lai thế hệ Fn= (2n– 1) a + b/ 2n

Câu 4 Để tạo ưu thế lai về chiều cao ở cây thuốc lá, người ta tiến hành lai giữa hai

thứ: một thứ có chiều cao trung bình 120cm, một thứ có chiều cao trung bình 72cm Ở F1, cây lai có chiều cao trung bình là 108cm

1 Cây F1 đã biểu thị ưu thế lai về chiều cao là bao nhiêu cm?

2 Dự đoán chiều cao trung bình của những cây ở F2?

Hướng dẫn:

1 Ưu thế lai của F1 biểu thị ở sự vượt trội về chiều cao ở F1 so với trung bình cộng

về chiều cao ở hai thứ cây thế hệ P Ta có:

ƯTL F1 = 108 – (120 + 70) = 12(cm)

2 Theo lí thuyết thì ưu thế lai sẽ giảm đi 50% ở F2 (tức là 12cm: 2 = 6cm) Do đó chiều cao trung bình ở F2 là:

(120 + 72) + 6 = 102(cm)

Câu 5 Một gen có 3 alen đã tạo ra trong quần thể 4 loại kiểu hình khác nhau

Cho rằng tần số các alen bằng nhau, sự giao phối là tự do và ngẫu nhiên, các

2 1

2

1