Sáng kiến kinh nghiệm SKKN thiết kế và sử dụng một số công thức giúp học sinh xác định số loại giao tử tạo thành trong giảm phân

Tuy nhiên trong chương trình sinh học phổ thông chuẩn và nâng cao, vấn đềxác định được số loại giao tử trong giảm phân được trình bày rất đại khái; còntrong các tài liệu tham khảo, vấn

I-ĐẶT VẤN ĐỀ 1-Thực trạng của vấn đề

Giảm phân là một khâu quan trọng trong quá trình sinh sản và di truyền ở cácloài sinh vật sinh sản hữu tính Khi xác định được số loại giao tử có khả năngtạo thành trong giảm phân, sẽ giúp ta xác định số loại tổ hợp giao tử, số loại kiểugen tạo thành trong quá trình thụ tinh, từ đó xác định được số loại kiểu hình ởđời sau Việc xác định được số loại giao tử, số loại tổ hợp giao tử, số loại kiểugen, số loại kiểu hình và các tỉ lệ liên quan có ý nghĩa quan trọng trong việcnghiên cứu các qui luật di truyền, dự đoán tỉ lệ phân li ở các thế hệ trong trồngtrọt, chăn nuôi

Mặt khác, các dạng bài tập xác định được số loại giao tử, số loại tổ hợp giao tử,

số loại kiểu gen, số loại kiểu hình và các tỉ lệ liên quan thường xuyên xuất hiệnvới tần suất khá cao trong các đề thi đại học, cao đẳng, tốt nghiệp THPT vàcác đề thi học sinh giỏi từ trước đến nay Do đó nếu học sinh không đượctrang bị kĩ về các kiến thức và kĩ năng cần thiết thì sẽ gặp khó khăn khi giảiquyết các bài tập dạng này

Như vậy rõ ràng việc giúp học sinh xác định được số loại giao tử trong giảmphân có ý nghĩa lý luận và thực tiễn quan trọng

Tuy nhiên trong chương trình sinh học phổ thông ( chuẩn và nâng cao), vấn đềxác định được số loại giao tử trong giảm phân được trình bày rất đại khái; còntrong các tài liệu tham khảo, vấn đề này hoặc không được đề cập, hoặc có đềcập ở một số tài liệu nhưng còn ít và không hệ thống, hoặc thậm chí có tài liệutrình bày 1 số công thức chưa chuẩn, chưa chính xác

Do đó trong quá trình giảng dạy ở trường THPT và bồi dưỡng học sinh giỏi cấptỉnh, bồi dưỡng đội dự tuyển thi quốc gia và luyện thi đại học, tôi nhận thấy họcsinh thường không giải quyết được các dạng bài tập này

Trước thực trạng đó, tôi nghĩ rằng cần thiết phải có giải pháp mới giúp các emhọc sinh hiểu sâu hơn về giảm phân và có thêm công cụ (là những công thứcmới) để giải quyết tốt hơn các vấn đề lý luận và thực tiễn trên đây

Chính vì vậy, tôi quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế và sử dụng một số công thức giúp học sinh xác định số loại giao tử tạo thành trong giảm phân”

2-Ý nghĩa và tác dụng của giải pháp mới

Giải pháp mới của tôi có những ý nghĩa và tác dụng sau đây:

2.1-Giúp học sinh hiểu sâu hơn về bản chất các diễn biến trong giảm phân

2.2-Cung cấp cho học sinh hệ thống các công thức (một số công thức cũ và một

số công thức mới do tôi xây dựng) và cách áp dụng để giải quyết nhanh, chínhxác nhiều bài tập liên quan trong các đề thi đại học, cao đẳng, tốt nghiệp THPT

và các đề thi học sinh giỏi

2.3-Từ đó tạo thêm hứng thú và niềm tin ở học sinh khi học tập bộ môn sinhhọc

2.4-Đề tài hoàn thành có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho giáoviên

và học sinh các trường THCS, THPT và kể cả THPT chuyên

3- Phạm vi nghiên cứu của đề tài

*Xây dựng một số công thức giúp học sinh xác định số loại giao tử tạothành trong những trường hợp giảm phân bình thường không xảy ra đột biến sauđây sau:

+Số loại giao tử tạo thành từ 1 tế bào sinh dục chín :

- Ở giới cái

*Ở mỗi trường hợp xem xét đến các khả năng sau:

 Khi không có trao đổi chéo

 Khi có 1 trao đổi chéo đơn ở 1 cặp NST cụ thể

 Khi có 1 trao đổi chéo đơn ở 1 cặp NST bất kì

 Khi ở k cặp NST cụ thể , mỗi cặp có 1 trao đổi chéo đơn

 Khi ở k cặp NST bất kì, mỗi cặp có 1 trao đổi chéo đơn

 Khi có 1 trao đổi chéo kép ở 1 cặp NST cụ thể

 Khi có 1 trao đổi chéo kép ở 1 cặp NST bất kì

 Khi ở k cặp NST cụ thể , mỗi cặp có 1 trao đổi chéo kép

 Khi ở k cặp NST bất kì, mỗi cặp có 1 trao đổi chéo kép

*Đề tài không đề cập đến các trường hợp có đột biến trong giảm phân

II- PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH

1- Cơ sở lý luận và thực tiễn

-Từ 1 TBSD sinh tinh Giảm phân tạo ra 4 tinh trùng thuộc 2 loại.

-Từ 1 TBSD sinh trứng Giảm phân tạo ra 1 trứng và 3 thể cực ( thể ñịnh

2- Các biện pháp tiến hành, thời gian tạo ra giải pháp

+Số loại giao tử tạo thành liên quan trực tiếp đến số loại hợp tử tạo ra trong quátrình thụ tinh, nên ảnh hưởng đến tỷ lệ phân ly kiểu gen, kiểu hình ở các thế hệsau

+Việc xây dựng các công thức để xác định số loại giao tử tạo thành trong đề tàidựa trên những cơ sở sinh học chủ yếu sau đây:

hướng)

-Trong giảm phân, sự tiếp hợp và trao đổi chéo giữa các cromatit trong cặp NSTkép tương đồng có thể xảy ra những trường hợp sau:

a- Khi không có trao đổi chéo

b- Khi có 1 trao đổi chéo đơn ở 1 cặp NST cụ thể c-Khi có 1 trao đổi chéođơn ở 1 cặp NST bất kì

d-Khi ở k cặp NST cụ thể , mỗi cặp có 1 trao đổi chéo đơn e-Khi ở k cặp NSTbất kì, mỗi cặp có 1 trao đổi chéo đơn g-Khi có 1 trao đổi chéo kép ở 1 cặp NST

cụ thể

h- Khi có 1 trao đổi chéo kép ở 1 cặp NST bất kì

i- Khi ở k cặp NST cụ thể , mỗi cặp có 1 trao đổi chéo kép k-Khi ở k cặpNST bất kì, mỗi cặp có 1 trao đổi chéo kép.

1.2-Cơ sở thực tiễn:

Thực tế hiện nay:

+Học sinh lớp 12 ở các trường THPT thường chỉ xác định được số loại giao tửtạo thành trong các trường hợp: a,b Đa số không xác định được các trườnghợp : c,d,e,g,h,I,k

+Các em học sinh giỏi cấp trường dự thi học sinh giỏi cấp tỉnh chỉ xác địnhđược số loại giao tử tạo thành trong các trường hợp: a,b,d,g Đa số không xácđịnh được các trường hợp : c,e,h,I,k

+Học sinh giỏi cấp tỉnh dự thi cấp Quốc gia thường chỉ xác định được số loạigiao tử tạo thành trong các trường hợp: a,b,d,g,i Đa số không xác định đượccác trường hợp : c,e,h,k

Do đó việc xây dựng công thức và hướng dẫn học sinh cách xác định số loạigiao tử trong những trường hợp khác nhau đã thật sự trở nên cần thiết hơn baogiờ hết

2.1- Các biện pháp tiến hành

2.1.1-Biện pháp xây dựng công thức:

+Qua giảng dạy học sinh giỏi, học sinh ôn thi đại học và các đối tượng họcsinh khác trong nhiều năm , tôi đã phát hiện những khó khăn của học sinh trongviệc xác định số loại giao tử trong nhiều trường hợp

+Trong quá trình nghiên cứu tìm hiểu các tài liệu tham khảo, tôi nhận thấy cáccông thức xác định số loại giao tử trong những tài liệu này còn thiếu hoặc cócông thức chưa chính xác

+Từ đó tôi thấy cần thiết phải sử dụng các kiến thức sinh học kết hợp với kiếnthức toán học để xây dựng các công thức mới và chỉnh sửa một số công thứcchưa chuẩn trong các tài liệu mà tôi đã xem qua

+Tập hợp các công thức chính xác trong các tài liệu tham khảo, các công thức

đã được chỉnh sửa và bổ sung thêm các công thức mới, lập thành hệ thống cáccông thức tính số loại giao tử

2.1.2-Biện pháp triển khai việc sử dụng công thức:

+Cung cấp cho học sinh hệ thống các công thức đã được xây dựng

+Hướng dẫn , giải thích cho học sinh hiểu các công thức và cách áp dụngcông thức

+Cho các bài tập vận dụng

+Cùng với các học sinh giỏi kiểm tra lại độ chuẩn của các công thức

2.1.3-Biện pháp xác định tính hiệu quả của giải pháp:

+Thiết kế kiểm tra trước và sau khi áp dụng giải pháp cho cùng một đối tượnghọc sinh ( cho một nhóm học sinh giỏi hoặc một lớp ôn thi đại học)

+ Thiết kế kiểm tra trước và sau khi áp dụng giải pháp đối với hai nhóm ngẫunhiên (Một nhóm đối chứng và một nhóm thực nghiệm)

2.2-Thời gian tạo ra giải pháp

-Chỉnh sửa các công thức chưa chuẩn và bổ sung các công thức mới

-Hướng dẫn học sinh ở các lớp ôn thi đại, đội dự tuyển học sinh giỏi quốc gia

và học sinh ở trường THPT áp dụng các công thức này

+Năm học 2012-2013:

-Tiếp tục thử nghiệm ở các đối tượng học sinh

-Hoàn thành đề tài “Thiết kế và sử dụng một số công thức giúp học sinh xác định số loại giao tử tạo thành trong giảm phân”.

Mặc dù bản thân đã rất cố gắng để hoàn thành đề tài này, song có thể vẫn cònnhững thiếu sót nhất định trong quá trình thực hiện và trình bày đề tài, rất mongquí

thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp xa gần chỉ bảo góp ý, tôi xin chân thànhcảm ơn

+Sắp xếp các công thức sẵn có ( công thức cũ) và các công thức mới xâydựng thành hệ thống các công thức xác định số loại giao tử tạo thành trongnhiều trường hợp giảm phân khác nhau -> từ đó giúp học sinh có thêm công

cụ tin cậy để giải quyết các bài tập liên quan trong các đề thi tốt nghiệp, đề thihọc sinh giỏi và tuyển sinh đại học

+Đề tài hoàn thành có thể được sử dụng như 1 tài liệu tham khảo cho giáo viên

và học sinh, nhất là đối với các em học sinh giỏi và học sinh ôn thi đại học

3- Về thái độ: Nhờ hệ thống công thức trong đề tài, học sinh giải quyết được

nhiều bài tập liên quan trong các đề thi và đề kiểm tra, vì vậy các em càng cóthêm niềm tin và hứng thú học tập bộ môn sinh học

II- MÔ TẢ GIẢI PHÁP

1- Thuyết minh tính mới của giải pháp:

Tính mới của giải pháp thể hiện ở 2 mặt sau đây:

1.1- Thiết kế một số công thức giúp học sinh xác định số loại giao tử tạo thành trong giảm phân

Trên cơ sở một số công thức sẵn có trong các tài liệu tham khảo của các tác giảkhác nhau, một số công thức đã được tôi chỉnh sửa để chuẩn hóa và các côngthức mới xây dựng, tôi đã thiết kế hệ thống các công thức xác định số loại giao

tử tối đa thể hiện trong bảng 1.

Bảng 1 thể hiện rõ một số điểm mới sau đây:

1.1.1-Là bảng hệ thống các công thức đầy đủ nhất và chuẩn nhất so với tất cả các tài liệutham khảo khác mà tôi từng biết Bảng đề cập đến 9 tình huống có thể xảy ra trong giảmphân (đánh số từ 1->9):

2- Khi có 1 trao đổi chéo đơn ở 1 cặp NST cụ thể

Bảng 1-BẢNG TỔNG HỢP CÁC CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH SỐ LOẠI GIAO TỬ TẠO THÀNH

Xét 1 cá thể (1 quần thể)

Xét 1 số tế bào (m tế bào, m>o) Xét 1 tế bào Các ký hiệu: + n : Bộ nhiễm sắc thể đơn bội của loài

+ m : Số tế bào sinh dục chín tham gia giảm phân

+x : Số cặp NST có trao đổi chéo

Mới

a-♂ (Loại tinhtrùng )

b-♀

(loại trứng)

c-♂ (Loại tinh trùng)

d-♀(loại trứng) g-♂

(Loại tinh

h-♀ (loại trứng) 1-Không xảy ra

trao đổi chéo 2n 2n 2m (2m≤2n) m (m≤2n)

9-Có trao đổi

chéo kép tại x

cặp NST bất kỳ

Cx .2n+2 x

3- Khi có 1 trao đổi chéo đơn ở 1 cặp NST bất kì

4- Khi ở k cặp NST cụ thể , mỗi cặp có 1 trao đổi chéo đơn 5-Khi ở k cặpNST bất kì, mỗi cặp có 1 trao đổi chéo đơn 6-Khi có 1 trao đổi chéo kép ở 1 cặp NST cụ thể.7- Khi có 1 trao đổi chéo kép ở 1 cặp NST bất kì

8- Khi ở k cặp NST cụ thể , mỗi cặp có 1 trao đổi chéo kép 9-Khi ở k cặpNST bất kì, mỗi cặp có 1 trao đổi chéo kép

Mỗi tình huống xem xét đến 6 trường hợp (ký hiệu: a,b,c,d,g,h)

+Số loại giao tử tạo thành từ rất nhiều tế bào sinh dục chín(1cá thể, 1 loài) a- Ở giới đực

b- Ở giới cái

+Số loại giao tử tạo thành từ 1số tế bào sinh dục chín (m tế bào): c- Ở giới đực: Xét 2 trườnghợp tùy theo giá trị của m

d- Ở giới cái : Xét 2 trường hợp tùy theo giá trị của m

+Số loại giao tử tạo thành từ 1 tế bào sinh dục chín : g- Ở giới đực

h- Ở giới cái

Như vậy bảng 1 đề cập đến 9 x 8 = 72 khả năng có thể xảy ra Mỗi khả năng

được ký hiệu bởi sự giao nhau giữa ô hàng ngang và cột dọc

Ví dụ: khả năng 4d1( m (m≤ n.2n+1) để chỉ có 1 trao đổi chéo đơn tại 1 cặp NST bất kỳ của

m tế bào sinh trứng với điều kiện 0<m≤ n.2n+1

.=>Nếu so với các khả năng được xem xét ở các tài liệu khác thì số khả năng

được đề cập trong giải pháp của tôi lớn hơn nhiều

Ví dụ:

+Trong tài liệu “ Ứng dụng xác suất và thống kê trong giảng dạy phần di truyền học sinh học 12” của Hoàng Trọng Phán, có đề cập đến vấn đề này nhưng chưa nhiều (đề cập 10

khả năng)

+Trong các tài liệu của các tác giả khác, vấn đề này đề cập còn ít hơn Hoàng Trọng Phán

Vì lẽ đó tôi xin mạn phép dựa vào tài liệu “ Ứng dụng xác suất và thống kê trong giảng dạy phần di truyền học sinh học 12” của Hoàng Trọng Phán để đối chiếu, so sánh với giải

pháp của tôi

1.1.2-Trong bảng 1, có một số công thức đã được chỉnh sửa so với các tài liệu khác (có lẽ dolỗi in ấn mà một số công thức và điều kiện đưa ra trong các tài liệu

này có chỗ chưa chính xác) và nhiều công thức mới được xây dựng Điều nàythể hiện rõ ở các bảng 2, bảng 3 và bảng 4.

+Bảng 3-NHỮNG CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH SỐ LOẠI GIAO TỬ ĐÃ ĐƯỢC

CHỈNH SỬA VÀ MỚI XÂY DỰNG (XÉT MỘT SỐ TẾ BÀO HỮU HẠN)

+Bảng 4-NHỮNG CÁCH THỨC XÁC ĐỊNH SỐ LOẠI GIAO TỬ ĐÃ ĐƯỢC

CHỈNH SỬA VÀ MỚI XÂY DỰNG (XÉT MỘT TẾ BÀO)

Như vậy các bảng 2, 3, và 4 đều dựa trên cơ sở bảng 1, nhưng đã được làm rõhơn ở các điểm sau:

+Chỉ rõ tính mới trong mỗi trường hợp so với giải pháp cũ

+Có ví dụ minh họa cho mỗi trường hợp (các ví dụ này cũng không trùng lặp

so với bất kỳ tài liệu nào mà tôi từng biết)

+Có phần chứng minh các công thức mới xây dựng để khẳng định tính đúngđắn của mỗi công thức mới

1.2- Hướng dẫn học sinh sử dụng một số công thức để xác định số loại giao

tử tạo thành trong giảm phân.

Thực hiện theo các bước:

1.2.1-Ra bài tập với các yêu cầu xác định số loại giao tử tạo thành với các khảnăng khác nhau xảy ra trong giảm phân -> Phát hiện những vấn đề học sinhchưa hiểu rõ và chưa làm được

=>Ví dụ 1: Một sinh vật có bộ nhiễm sắc thể (NST) lưỡng bội 2n=12, giảm

phân bình thường Có thể có tất cả bao nhiêu loại giao tử được hình thành trongcác trường hợp giảm phân sau đây:

a- Có một trao đổi chéo đơn ở cặp NST số III?

b- Có một trao đổi chéo đơn chỉ ở một cặp NST bất kỳ?

c- Ở ba cặp NST khác nhau mỗi cặp có 1 trao đổi chéo đơn? d- Có một traođổi chéo kép ở cặp NST số I?

e- Có một trao đổi chéo kép ở một cặp NST?

=>Ví dụ 2: Các nghiên cứu di truyền ở bắp (ngô) cho thấy có 10 nhóm liên kết

gen Hãy cho biết số loại kiểu gen của hạt phấn được tạo ra nhiều nhất là baonhiêu trong các trường hợp giảm phân bình thường không xảy ra đột biến sauđây:

a- Không có hiện tượng trao đổi đoạn giữa các NST trong giảm phân của

6

6

C

d- Trong quá trình giảm phân của 1023 tế bào sinh hạt phấn, ở 2 cặp NST

số I và số II , mỗi cặp có 1 trao đổi chéo đơn?

e- Trong quá trình giảm phân của 1025 tế bào sinh hạt phấn , có một traođổi chéo kép ở cặp NST số I?

Biết rằng không xảy ra đột biến

1.2.2-Cung cấp cho học sinh các công thức ở bảng 1

1.2.3-Chỉ rõ con đường thiết lập các công thức đó và chứng minh tính đúng đắncủa từng công thức ( thể hiện ở bảng 2 và bảng 3)

1.2.4-Hướng dẫn học sinh sử dụng các công thức để giải quyết bài tập trên và

ra thêm một số bài tập vận dụng để giúp các em sử dụng thành thạo các côngthức

6+2

=6.28

1TB sinh hạt phấn Giảm phân tạo 2 loại Hạt phấn

5TB sinh hạt phấn Giảm phân tạo 5x2=10 loại Hạt phấn

b- Số loại kiểu gen của hạt phấn được hình thành trong trường hợp có mộttrao đổi chéo đơn ở cặp NST số IV trong giảm phân của 511 tế bào sinh hạtphấn: Số loại hạt phấn tối đa của loài trong trường hợp này là:

2n+1 = 210+1 = 2048

Vì 511<512=2048/4, nên khi có 1 trao đổi chéo đơn ta có: 1TB sinh hạt phấn

Giảm phân tạo 4 loại Hạt phấn511TB sinh hạt phấn Giảm phân tạo 511x4=2044 loại Hạt phấn

+Sau khi được hướng dẫn, giải thích các em học sinh có thể áp dụng các côngthức này để dễ dàng xác định số loại giao tử tạo thành trong mỗi trường hợp

2.2-Có khả năng thay thế các giải pháp hiện có:

Thật vậy, như đã trình bày ở phần trên, giải pháp của tôi đã trình bày hệ thốngcác công thức xác định số loại giao tử đầy đủ nhất và chuẩn nhất so với tất cảcác tài liệu tham khảo khác mà tôi từng biết Do đó rất có giá trị tham khảo và

sử dụng đối với giáo viên và học sinh khi muốn tìm hiểu, nghiên cứu về vấn

đề này Chính vì thế, giải pháp của tôi hoàn toàn có thể thay thế các giải pháphiện có

2.3-Phạm vi áp dụng không hạn chế:

+Có thể áp dụng trong 1 nhóm nhỏ học sinh (Ví dụ: Dạy học sinh giỏi dự thi cáccấp)