SKKN

Đặt vấn đề Trong những năm qua sự phát triển trí tuệ của học sinh ngày càng mạnh mẽ. Nhu cầu học tập các môn học ngày nhiều trong đó bộ môn Sinh học trong nhà trờng cũng không ngừng bổ sung, đi sâu mở rộng. Không những đợc mở rộng về lí thuyết mà còn có nhiều dạng bài tập nhằm kiểm tra khả năng vận dụng các kiến thức lý thuyết của học sinh. Có rất nhiều công thức tổng quát đợc đa ra trong các sách tham khảo do nhà xuất bản Giáo dục và các nhà xuất bản khác. Các công thức đa ra ở các tài liệu khác nhau song không đợc thống nhất về ký hiệu, không đợc chứng minh xây dựng một cách rõ ràng. Nh chúng ta đã biết, môn Sinh học là bộ môn khoa học thực nghiệm nó có vị trí hết sức quan trọng trong hệ thống tri thức khoa học của nhân loại, có ý nghĩa thiết thực với đời sống, kinh tế và xã hội loài ngời. Trong hệ thống chơng trình Sinh học cấp trung học cơ sở nói chung và Sinh học 9 nói riêng bên cạnh những kiến thức thuộc về lý thuyết đợc mô tả còn có mảng kiến thức không kém phần quan trọng đó là phần bài tập Sinh học. Đặc biệt là phần Cơ sở vật chất, cơ chế di truyền và biến dị ở cấp độ phân tử và cấp độ tế bào. Và để giải đợc các bài tập đó thì việc sử dụng phép biến đổi Đại số là vấn đề rất cần thiết, sự can thiệp và tham gia của Toán học đối với bộ môn nh một cái chìa khóa mở ra mật mã bí ẩn, tạo nên sự đam mê của những ai đến với bộ môn này. Sinh học có vị trí quan trọng nh vậy, nhng tại sao vẫn cha chiếm lĩnh đợc vị trí xứng đáng trong nền giáo dục phải chăng ngời dạy và ngời học cha bắt gặp đợc ý tởng để nâng cao chất lợng bộ môn. Dạy học ngời thầy đâu phải trao cho học sinh tất cả những gì mình có bằng sự áp đặt, mà dạy học phải nh một ngọn gió lành thổi nhẹ vào bếp lửa trí tuệ đang âm ỉ trong mình của học trò giúp nó bừng sáng lên. 1 Ngời thầy không phải lúc nào cũng uyên thâm về trí tuệ. Nhng ngời thầy cũng cần vũ trang cho mình vốn kiến thức để giải trình đợc câu hỏi mà trí tuệ tạo nên cho ta trớc những tình huống từ học trò. Thực tiễn giảng dạy Sinh học, chúng tôi thấy học sinh có nhiều vớng mắc, lúng túng trong giải bài tập, bên cạnh đó thì yêu cầu giải bài tập trong đề thi học sinh giỏi các cấp lại rất cao. Ngợc lại trong phân phối chơng trình thời gian dành cho giải bài tập thì rất ít. Xuất phát từ thực trạng bất cập đó tôi muốn tìm ra một giải pháp giúp học sinh giải bài tập Sinh học, trong đó chỉ quan tâm đến việc giúp học sinh hiểu rõ các công thức và nắm vững một cách có hệ thống từ đó sử dụng vào giải bài tập. Chính vì thế tôi mạnh dạn đợc trình bày một số phơng pháp giải bài tập bài tập Sinh học 9 I. Thực trạng Trong quá trình giảng dạy khi thực hiện theo phân phối chơng trình, đến phần bài tập Sinh học tôi có đa ra một số bài tập để học sinh bắt đầu làm quen, thế nhng học sinh không thể làm đợc. Qua tìm hiểu tôi phát hiện ra rằng nguyên nhân học sinh không giải đợc các bài tập đó là do không biết vận dụng công thức để giải. Vì thế qua nghiên cứu thực tế tôi xin đa ra một hệ thống công thức để giúp các em dễ vận dụng. II. Nội dung Xuất phát từ tình trạng trên chúng tôi phát hiện ra nguyên nhân chủ yếu là do học sinh không hiểu đợc công thức, dẫn đến không có khả năng vận dụng sáng tạo trong giải bài tập. Muốn làm tốt bài tập học sinh phải nắm vững một số kiến thức cơ bản sau: 1. Kiến thức cơ bản. - Cấu tạo và cơ chế tự nhân đôi của ADN dẫn đến khả năng tự nhân đôi của nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào. 2 - Tính đặc trng và ổn định bộ nhiễm sắc thể của loài trong tế bào. Tế bào sinh dỡng và tế bào sinh dục. - Sự phân bào nguyên nhiễm đảm nhiệm ngoài sự biến đổi hình thái nhiễm sắc thể qua các kỳ cần đặc biệt chú ý đến sự thay đổi về số lợng nhiễm sắc thể đơn, nhiễm sắc thể kép, Crômatít, thoi vô sắc hình thành hay phá hủy. Sự hình thành giao tử giữa tinh trùng và trứng ở động vật, giữa hạt phấn và noãn ở thực vật, quá trình thụ tinh tạo hợp tử. ở kết quả của phân bào nguyên phân là hớng tới thành lập công thức theo số tế bào (TB ) tạo thành A .2 x Một tế bào sau một lần phân bào sẽ tạo thành hai tế bào 1. 2 1 Một tế bào sau hai lần phân bào sẽ tạo thành bốn tế bào 1. 2 2 Một tế bào sau ba lần phân bào sẽ tạo thành tám tế bào 1. 2 3 A tế bào sau x lần phân bào sẽ tạo thành A.2 x tế bào. Mỗi một lần nguyên phân nhiễm sắc thể tự nhân đôi, do đó số lợng nhiễm sắc thể trong mỗi tế bào luôn luôn ổn định qua các thế hệ (2n). Vì thế nếu có A tế bào sau x lần nguyên phân sẽ có : 2n . A. 2 x nhiễm sắc thể đơn. 2. áp dụng công thức. Trong thời gian bồi dỡng học sinh, chúng tôi khai thác và phát triển tiếp thành hệ thống công thức phân bào nguyên phân đồng thời giải thích rõ các công thức đó. Ví dụ: Từ 2n . A. 2 x 2n . A (2 x - 1) số nhiễm sắc thể mới tạo thành từ nguyên liệu môi trờng và 2n . A (2 x - 2) nhiễm sắc thể mới hoàn toàn từ nguyên liệu môi trờng. Ta phải làm rõ bản chất sinh học ở đây là để có sự nhân đôi của nhiễm sắc thể thì phải từ cơ sở nhân đôi của ADN. 1 ADN Tự nhân đôi một lần. Tự nhân đôi hai lần. Do đó nếu có a ADN sau x lần nguyên phân thì sự nhân đôi sẽ có ( a . 2 x ) ADN 3 a(2 x - 1) ADN tạo thành từ nguyên liệu môi trờng a.(2 x - 2) ADN mới hoàn toàn đợc tạo thành từ nguyên liệu môi trờng (Công thức này cũng đợc áp dụng tính từng loại Nuclêôtít). Do đó nếu có a tế bào thì mỗi tế bào có 2n nhiễm sắc thể sau x lần phân bào sẽ có: - Tổng số nhiễm sắc thể trong các tế bào con đợc tạo ra: 2n.a.2 x . - Nhiễm sắc thể đơn mới tạo ra từ nguyên liệu môi trờng là 2n.a.(2 x - 1). - Nhiễm sắc thể đơn hoàn toàn mới tạo ra từ nguyên liệu môi trờng là: 2n.a. (2 x - 2). - Số lợng thoi vô sắc hình thành hay phá huỷ: a (2 x - 1). - Số tơ vô sắc hình thành hay phá huỷ: 2n . a. (2 x - 1) (với một nhiễm sắc thể ứng với một tơ vô sắc). 3. Cơ sở của sự ra đời và phát triển thành hệ thống công thức. Đây là vấn đề mấu chốt nhất mà chúng tôi muốn đề cập trong đề tài này. Các kiến thức cha đa vào sách giáo khoa hoặc sách hớng dẫn giải bài tập mà chỉ có trong các sách tham khảo. Sử dụng trong các bài tập, trong các đề thi, không gắn liền với lý thuyết, không thống nhất ký hiệu nên dẫn đến bế tắc khi làm bài tập. Trớc thực trạng nh thế để giúp học sinh hiểu đợc công thức một cách nhanh chóng, ghi nhớ và vận dụng sáng tạo khi làm bài. Qua nhiều thời gian trăn trở chúng tôi đa ra giải pháp nh sau: 3.1. Tranh thủ lồng ghép công thức vào các bài giảng. Nh chúng ta đã biết ở trung học cơ sở các em đã đợc học về nguyên phân, giảm phân, phát sinh giao tử và thụ tinh, cơ chế xác định giới tính, di truyền liên kết, ADN, ADN và bản chất của gen, mối quan hệ giữa gen và ARN, Prôtêin, mối quan hệ giữa gen và tính trạng, đột biến gen, đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể, đột biến số lợng nhiễm sắc thể . 3.2. Quá trình tạo giao tử. Diễn ra ở cơ quan sinh dục đợc chia làm ba giai đoạn hay ba vùng, vùng A (vùng sinh sản) từ tế bào sinh dục sơ khai tiến hành nguyên phân bình thờng nh tế bào sinh dỡng. Vùng B (vùng sinh trởng) một tế bào lớn lên rất nhanh do tích luỹ chất dinh d- 4 ỡng để chuẩn bị cho quá trình phân bào giảm phân. Vùng C (vùng chín) diễn ra quá trình giảm phân. Giảm phân: Có hai lần phân bào trong đó một lần nhiễm sắc thể tự nhân đôi, do đó: GP Từ một tế bào 2n 4 TB GP Nếu có: a . 2 x TB a . 2 x . 4 GP Nếu có: 2n . a . 2 x TB n . a . 2 x . 4 3.3. Sự khác nhau giữa sự hình thành giao tử đực và cái giữa động vật và thực vật. - ở động vật: + Nếu có a . x tế bào sinh tinh sau giảm phân tạo thành a . 2 x . 4 tinh trùng. + Tơng tự nếu có 2n . a . 2 x NST ở tế bào sinh tinh tạo thành n . a . 2 x . 4 NST trong giao tử. + Nếu có a . 2 x TB sinh trứng giảm phân tạo thành a . 2 x trứng + a . 2 x . 3 thể định h- ớng. - ở thực vật: + Nếu có a . 2 x TB mẹ hạt phấn giảm phân tạo thành a. 2 x . 4 hạt phấn. Nhng để trở thành hạt phấn chín sau giảm phân hình thành tế bào đơn bội, các tế bào này tiếp tục nguyên phân 2 lần nữa. Lần thứ nhất tạo thành một nhân sinh dỡng + một nhân sinh sản. Sau thụ phấn nhân sinh sản nguyên phân một lần nữa để tạo thành hai tinh tử (hiện tợng này thể hiện ở thực vật hạt kín). Do đó nếu có 2n . a . 2 x NST đơn ở tế bào sinh hạt phấn giảm phân tạo thành : (n . a . 2 x . 4) + (n. a. 2 x . 2 3 ) = n. a. 2 x . 12 NST + Nếu có 2n . a .2 x NST đơn ở tế bào sinh noãn giảm phân tạo thành n . a .2 x .3 NST trong thể định hớng + n . a . 2 x NST trong tế bào lớn nguyên phân tiếp 3 lần tạo thành n . a . 2 x . 2 3 do đó tổng số NST tạo thành sau giảm phân hình thành noãn là 5 n . a . 2 x . 11 3.4. Số cách sắp xếp n cặp NST kép ở kỳ giữa của giảm phân I là 2 n /2 vì: Một cặp NST kép sẽ có một cách sắp xếp bằng 2 1 /2. Hai cặp NST kếp sẽ có hai cách sắp xếp bằng 2 2 /2. Ba cặp NST kép sẽ có bốn cách sắp xếp bằng 2 3 /2. n cặp NST kép sẽ có 2 n /2 cách sắp xếp 2 n-1 . 3.5. Số loại giao tử tạo ra. - Nếu có n cặp NST mà mỗi cặp có cấu trúc khác nhau 2 n loại giao tử. - Trờng hợp có chéo xảy ra : + Nếu có n cặp mà mỗi cặp có cấu trúc NST khác nhau trong đố có x cặp xảy ra một chéo đơn ( x<n, nguyên dơng ) thì số loại giao tử là: 2 n x . 4 x = 2 n x . 2 2x = 2 n + x. + Nếu xảy ra một chéo kép thì số loại giao tử tạo ra cũng tơng tự: 2 n + x . + Nếu có n cặp mà mỗi cặp có cấu trúc khác nhau, trong đó có x cặp xẩy ra hai chéo đơn và một chéo kép, ta có: 2 n x . 4 x = 2 n x . 2 3x = 2 n + 2x . 4. Các dạng công thức về cơ chế di truyền (Cấp độ tế bào và phân tử) 4.1 Phơng trình mũ hay (phơng trình vô định ) A 1 .2 x1 + A 2 .2 x 2 +A 3 .2 x3 + .A n 2 x n Công thức này dựa trên lý thuyết tập hợp của cơ chế nguyên phân để thành lập. Trong đó: A 1 , A 2 , A 3 .A n là số tế bào ban đầu của các nhóm và x 1 , x 2 , x 3 , x n : Là số lần phân bào của từng nhóm. :A Là tổng số tế bào con tạo ra của từng nhóm. Nếu tất cả đều ở dạng ẩn số thì nghiệm của phơng trình là số: N * phơng trình, x * N . - Giải dạng phơng trình này quy về tìm nghiệm nguyên, khoảng xác định . Các loại công thức tính NST: ( ) nANST 2. = ( Công thức tính NST trong tất cả các tế bào ) = )12(2.)( x nANST : Công thức tính NST tơng đơng. 6 ( ) = )22(2. x nANST : Công thức tính NST cấu thành hoàn toàn mới trong tế bào. Trong đó : A: Ký hiệu tập hợp tất cả các tế bào trong phạm vi xác định. 2n: Là bộ NST lỡng bội trong một tế bào của loài. X: Là số lần nguyên phân bằng nhau của tất cả các tế bào. 4.2. Cấu tạo phân tử ADN. -ADN cấu trúc bởi chuỗi xoắn kép gồm hai mạch. - cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, gồm một loại phân tử có bốn loại đơn phân A, T, G, X. - Giữa hai mạch các Nucleotit nối nhau bởi các liên kết Hiđrô, theo nguyên tắc bổ sung: A-T=2 liên kết H; G-X=3 liên kết H. - các Nucleotit nối với nhau theo chiều dọc bằng các liên kết hóa trị: D-P (H 3 PO 4 của Nucleotit này với đờng C 5 H 10 O 4 của Nucleotit kia). -Mỗi Nucleotit có chiều dài bằng 3,4 A 0 , khoảng cách giữa các Nucleotit theo chiều dọc tơng ứng. - Một đoạn phân tử ADN mang thông tin di truyền quy định cấu trúc phân tử Prôtein gọi là gen bằng bộ ba mã hóa. - Số bộ ba mã hóa từ bốn loại Nucleotit là: 4 3 =64; trong đó có 61 bộ ba mã hóa t- ơng ứng với 20 loại axit amin. 4.3. Cơ chế tự nhân đôi của ADN ( Tự sao ). - Mỗi chiều xoắn kép ADN duỗi ra làm khuôn liên kết với các Nucleotit tự do theo nguyên tắc bổ sung, trong ADN con: một mạch là của ADN mẹ. Tự nhân đôi ( tự sao ) là cơ chế đảm bảo sự di truyền thông tin qua các thế hệ. 4.4.ARN. * cấu tạo phân tử. ARN là một chuỗi xoắn đơn gồm một mạch, cấu thành từ bốn loại Ribônuclêôtit là: A, U, G, X. - Đợc hình thành trong nhân từ khuôn mẫu ADN gồm ba loại: m ARN thông tin t ARN vận chuyển. Thực hiện chức năng tổng hợp Prôteein . 7 rARN Ribôxôm - Chuỗi mạch mARN gồm các Ribônuclêôtit, nối dọc với nhau bởi các hóa trị D- P. - Chuỗi mạch tARN còn có mối liên hệ ngang theo nguyên tắc bổ sung A = U, G=X, ở một số đoạn nhất định. - Thông tin duy truyền đợc mã hoá dới dạng bộ ba Ribônuclêôtit. - Mỗi phân tử mARN có một mã khởi đầu là AUG; Một mã kết thúc là UAA; UAG hoặc UGA. * Cơ chế tổng hợp ARN . - ARN đợc tổng hợp dựa trên khuôn mẫu của ADN. Trên ADN chỉ có một mạch gốc theo chiều 3 -5 , các Nucleotit liên kết với các Ribônuclêôtit tự do theo nguyên tắc bổ sung của môi trờng tạo nên chuỗi Pôliribônuclêôtit. - Thứ tự các Ribônuclêôtit của ARN tùy thuộc thứ tự nucleotit trên mạch gốc. - mARN ra khỏi nhân tham gia vào quá trình tổng hợp Protein. - Cơ chế trên đảm bảo truyền động thông tin di truyền từ: ADN mARN Ribôxôm (tổng hợp Protein) 4.5. Các dạng bài tập * ADN Loại 1: Tính số đơn phân nucleotit của ADN (gen) Đối với 1 mạch ta có: N 1 =N 2 = N/2 Ta có: A 1 +T 1 +G 1 +X 1 = T 2 +A 2 +X 2 +G 2 = N/2. Giữa hai mạch có hai mạc bổ sung vì vậy : A 1 = T 2 ; T 1 =A 2 ; G 1 =X 2 ; X 1 =G 2 Đối với cả đoạn phân tử , ta có: A=T=A 1 +A 2 =T 1 +T 2 = . G = X= G 1 + G 2 = X 1 +X 2 = Suy ra : 2A + 2G = 2X + 2T = 2T + 2G =2A + 2X = N. Ta có tỉ lệ: %A=%T= 2 %% 2 %% 2121 TTAA + = + 8 2 %% 2 %% %% 2121 XXGG XG + = + == Ta có A+G = X + T = N/2 %50%%%% =+=+ TXGA N=20 Số chu kỳ; mỗi đơn phân của nuclêôtit = 300 đvC Suy ra : N = Khối lợng phân tử/300 Loại 2: Tính chiều dài của phân tử ADN. Ta có mỗi nuclêôtit có chiều dài 3,4. A 0 Gọi L là chiều dài của phân tử; N là tổng số nuclêôtit, ta có; 4,3 2 4,3. 2 0 L NA N L == . Loại 3: Công thức tính liên kết H giữa hai mạch ta có: Aliên kết với T, G liên kết với X. A-T=2H G-X =3H; Suy ra 2A + 3G =2T + 3X = H. Công thức tính hóa trị D-P trên một mạch. Hóa trị D-P =2(N/2 - 1) + N= 2(N 1) 4.6 Công thức tính nuclêôtit tự do: a. Qua một đợt tự nhân đôi: Từ ADN mẹ Cho 2ADN con giống hệt nhau và giống ADN mẹ (Tự sao) - Cơ chế: Mỗi ADN tháo xoắn làm khuôn mẫu dới tác dụng của enzin liên kết các nuclêôtit tự do theo nguyên tắc bổ sung. A gốc T tự do; G gốc X tự do. T gốc A tự do; X gốc G tự do. Sau khi hoàn thành ADN con trong đó một mạch là của ADN mẹ còn mạch kia bổ sung qua nguyên liệu tự do của nội bào. Ta có công thức : A tự do = T tự do = T = A. G tự do = X tự do = G =X. Tổng N tự do = Tổng N trong ADN gốc. 9 b. Qua nhiều đợt tự sao ( Tự nhân đôi). Ta có công thức: Tổng số ADN con =2 x . Trong đó x là số lần tự sao của ADN 2 là số ADN con đợc hình thành sau một lần tự sao. ở ADN con: Lần tự sao thứ nhất một mạch lấy từ nguyên liệu môi trờng. - Các lần tự sao tiếp theo, các tế bào con cả hai mạch đều lấy hoàn toàn nguyên liệu của môi trờng nội bào. Ta có số ADN con bằng 2 x 1. Nguyên liệu tự do cần dùng: tự do = 2 x - 1 Suy ra: A = T tự do = A. (2 x - 1) = T . (2 x - 1). G = X tự do = G .(2 x - 1) = X. (2 x 1). c. Công thức tính số liên kết H ; Hóa trị D P hình thành hoặc phá vỡ. + Qua một đợt tự do nhân đôi: H phá vỡ = H ADN; H hình thành = 2H ADN. + Số liên kết hóa trị D P: (Không có sự phá vỡ). Chỉ có D P hình thành trong ADN con HT hình thành = 2 (N/2 - 1) = N 2. * Qua nhiều đợt: H phá vỡ = H (2 x - 1 ) H hình thành = H . 2 x. * Tổng số liên kết hóa trị D P hình thành. - Liên kết hóa trị D P hình thành: Là những mối liên kết hóa trị giữa 4105 OHC của Nuclêôtít này với 43 POH của Nuclêôtít kia theo chiều dọc tạo nên chuỗi Pôlinuclêôtít. - Số liên kết hóa trị nối các Nuclêôtít trong chuỗi mạch đơn. HT = (N/2 - 1). - Số mạch đơn của AND mẹ đợc giữ lại trong quá trình tự sao. Vậy số mạch mới trong AND con sẽ là 2. 2 x 2 Ta có: hình thành = N/2 (2 . 2 x - 2) = (N 2) (2 x - 1) 4.7. Cấu trúc và cơ chế tổng hợp ARN 10