Phương pháp giải bài tập di truyền quần thể dùng ôn thi học sinh giỏi và THPT quốc gia

MỤC LỤC Trang 1………………… Mục lục Trang 2:………………… Đặt vấn đề Trang 3:………………… Các giải pháp cải tiến Trang 6:………………… Nội dung “Phương giải tập di truyền…” Trang 19:………………… Kết luận học kinh nghiệm Trang 21 ………………….Tài liệu tham khảo PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ I- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong trình dạy học sinh học môn khác trường phổ thông, nhiệm vụ quan trọng pháp triển tư cho học sinh Sinh học môn khoa học thực nghiệm lý thuyết, bên cạnh việc nắm vững lý thuyết, người học phải biết vận dụng linh hoạt sáng tạo kiến thức thu thông qua hoạt động thực nghiệm, thực hành, giải tập Việc giải tập sinh học giúp rèn luyện kỹ vận dụng, đào sâu, mở rộng kiến thức học mà có tác dụng phát triển lực tư tích cực, độc lập sáng tạo, lực quan sát, rèn luyện kĩ sinh học cho học sinh, giúp em nâng cao hứng thú học tập Chính thế, việc giải tập sinh học trường phổ thông giữ vai trò quan trọng việc dạy học sinh học, đặc biệt việc sử dụng hệ thống câu hỏi tập có sử dụng phương pháp dạy học theo hướng dạy học tích cực Do việc nghiên cứu hệ thống câu hỏi tập dạy học sinh học, đặc biệt tập cần có kỹ lôgic nhằm giúp cho học sinh phát triển nhận thức tư duy, góp phần đào tạo người theo định hướng đổi giáo dục Đảng cần thiết Việc nghiên cứu vấn đề tập sinh học có nhiều tác giả quan tâm có nhiều công trình áp dụng mức độ khác nhau, đề tài di truyền quần thể nhắc đến chưa nhiều có hệ thống Tôi xin trình bày suy nghĩ việc làm năm học qua với đề tài "Phương pháp giải tập di truyền quần thể dùng ôn thi học sinh giỏi THPT Quốc Gia " II.Mục đích yêu cầu phạm vi áp dụng: 1.Mục đích yêu cầu : -Nhằm giúp học sinh rèn luyện kĩ tư độc lập, kỹ tính toán suy luận lôgic -Giúp em chủ động làm tập, không đơn tập thầy giáo lớp, cho nhà mà tự làm tập tài liệu, đề thi đại học, cao đẳng đề thi học sinh giỏi cấp - Rèn luyện phương pháp chuyên môn kiến thức chuyên sâu cho thân giáo viên 2.Phạm vi ứng dụng : Bài tập di truyền quần thể dạng tập hay, tương đối khó, sâu vào nghiên cứu phức tạp nhiều, đòi hỏi phải tư lôgic tính toán nhiều Do nội dung đề tài chủ yếu dùng để ôn thi học sinh khá, giỏi trường THPT Lê Lợi thi học sinh giỏi cấp ôn thi vào đại học, cao đẳng III Đối tượng nghiên cứu giới hạn đề tài : Đối tượng nghiên cứu :Dùng để dạy em học sinh ôn thi Đại học,cao đẳng thi học sinh giỏi cấp Tỉnh, Quốc gia 2.Giới hạn đề tài : Áp dụng dạy phần di truyền học quần thể quần thể cho việc ôn thi Đại học,cao đẳng thi học sinh giỏi cấp Tỉnh, Quốc gia 3.Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu phương pháp dạy học GS Trần Bá Hoành, Bài tập di truyền Vũ Đức Lưu… - Nghiên cứu cấu trúc đề thi kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp Tỉnh, Quốc gia đề thi Đại học, cao đẳng PHẦN II CÁC GIẢI PHÁP CẢI TIẾN I NỘI DUNG CẢI TIẾN Đổi phương pháp dạy học không tuý đổi cục phương pháp giảng dạy, mà phải hiểu đổi phương pháp dạy học đổi kết hợp lozic nhiều mặt, nhiều yếu tố tạo tính đồng chung (đổi phương pháp soạn - giảng, đổi ứng dụng công nghệ thông tin soạn - giảng, đổi cách kiểm tra đánh giá, kể đổi phong cách sư phạm ) Nhìn chung đổi vấn đề đích phải hướng tới mục tiêu học sinh hiểu bài, học sinh chủ động tham gia khai thác kiến thức thể khả Trước hết theo nghĩ phải làm cách thu hút học sinh học tập yêu thích môn giảng dạy Làm điều bước thành công trình đổi Cải tiến việc kiểm tra cũ Theo đổi phương pháp dạy học phải bắt đầu từ việc đổi phương pháp kiểm tra cũ (từ nội dung đến hình thức) Kiểm tra cũ áp dụng rập khuôn, đơn điệu tác dụng khuyến khích việc học nhà học sinh Tôi xin đưa số giải pháp thay cách làm cũ trước hình thức kiểm tra mà áp dụng năm học qua 1.1 Về nội dung kiểm tra cũ tiết học tập trung vào phần trọng tâm, đơn giản, phù hợp với trình độ học sinh Nhận xét cho điểm khách quan (không khắt khe không dễ dãi), cốt yếu để động viên, khích lệ tinh thần học tập học sinh 1.2 Để quản lý khuyến khích việc học cũ học sinh nhà, tiến hành thường xuyên phát đề cương nhà làm câu hỏi, tập xoáy sâu vào dạng tập di truyền quần thể Thông báo với học sinh câu hỏi, tập kiểm tra cũ vào buổi học hôm sau, học sinh thấy cố gắng học thật tốt để hôm sau xung phong lên bảng lấy điểm Những học sinh khác lớp giáo viên kiểm tra nhanh chuẩn bị nhà đánh giá cho điểm 1.3 Hoặc hình thức khác để kiểm tra cũ: Phát trước câu hỏi kiểm tra cũ cho tổ nhà chuẩn bị vào bảng phụ (nội dung ngắn gọn) Hôm sau đến lớp đưa bảng phụ lên cho tổ thảo luận để chấm điểm lẫn nhau, học sinh hăng hái tìm tòi nội dung kiến thức sai để chấm điểm cho tổ khác Học sinh thấy đánh giá người khác đồng thời lại bị người khác đánh giá nên nhà học kỹ Ngoài kiểm tra cũ phương pháp dùng câu hỏi trắc nghiệm khách quan qua hỗ trợ máy chiếu Cải tiến nội dung dạy Ở cải tiến nội dung học thay đổi nội dung chương trình, sách giáo khoa mà chọn lọc nội dung học đồng thời thực tế hoá nội dung 2.1 Giáo viên trước đến lớp phải chuẩn bị kĩ dạy Đặc biệt nên tìm tòi tập có liên quan đến học để tạo hứng thú cho học sinh học, đồng thời giúp học sinh dễ hiểu nhớ nhanh Trong tiết học giáo viên nên cố gắng gắn lý thuyết học với thực tế sinh động, việc làm hấp dẫn học sinh, có cần liên hệ nhỏ mà học sinh đối chiếu với thực tế thấy có tác dụng cho việc hiểu nhớ bài, thao thao nói suông hàng tràng kiến thức 2.2 Nội dung dạy thống cần tinh giản không cắt xén, bám sát chuẩn kiến thức, kĩ Nhấn mạnh trọng tâm, xoáy sâu nội dung mấu chốt Tránh dạy dàn trải làm lu mờ trọng tâm, không thiết phải dạy tất đơn vị kiến thức tiết học, giao số nội dung phù hợp với lực để học sinh nhà nghiên cứu, kiểm tra lại vào thời điểm thích hợp Bài dạy thiết kế hoạt động theo hướng tinh giản, dễ hiểu, dễ nhớ tránh nặng nề lý thuyết, dành nhiều thời gian cho hoạt động luyện tập, rèn luyện kĩ học sinh 2.3 Tôi xin lưu ý dạy nội dung kiến thức cần nghiên cứu hoạt động vào bài, chuyển tiếp quan trọng, cần thiết Chính hoạt động tạo tính liên tục, lozic học chương học, kế thừa kiến thức từ phần sang phần kia, tạo nên mềm mại, uyển chuyển cho học tăng cường sức hấp dẫn học Nhận thức rõ điều nên dạy quan tâm đến hoạt động này, xem đổi bắt buộc Cải tiến phương pháp giảng dạy 3.1 Tuỳ nội dung kiến thức mà giáo viên phải chọn phương pháp dạy học phù hợp loại bỏ hoàn toàn phương pháp dạy học truyền thống mà kết hợp chúng với phương pháp dạy học Ví dụ phần kiến thức có tính tách biệt, độc lập mà học sinh suy luận phải dùng phương pháp dạy học thuyết trình kết hợp trình chiếu mô ảo, chẳng hạn công thức tổng quát… 3.2 Tăng cường tổ chức thảo luận nhóm, hợp tác nhóm nhỏ phương pháp dạy học phù hợp với nội dung kiến thức mới, có tính tổng quát có liên quan đến phần học trước Như học sinh đưa ý kiến thảo luận thấy làm chủ kiến thức, khám phá kiến thức Chính giáo viên tìm cách kích thích học sinh phát huy óc sáng tạo, say mê hứng thú học tập môn Học sinh trung tâm giải vấn đề, thầy giáo người hướng dẫn học sinh giải vấn đề 3.3 Để thu hút, ràng buộc tập trung học sinh học kiểm tra mức độ hiểu nắm lớp, cuối buổi dạy giáo viên gọi học sinh đứng lên nhắc lại số vấn đề học, kiểm tra tập xem học sinh vận dụng vào làm tập nào? 3.4 Để học sinh có lòng yêu thích môn Sinh học tổ chức tiết ôn tập có nội dung thiết thực vào thời gian gần kỳ thi học kỳ cuối năm, để thông qua cho học sinh ôn tập lại kiến thức II NỘI DUNG “PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP DI TRUYỀN QUẦN THỂ” A ĐẠI CƯƠNG VỀ QUẦN THỂ I Định nghĩa: Quần thể tập hợp cá thể loài, sống khoảng không gian xác định, vào thời điểm xác định có khả sinh để trì nòi giống II Đặc trưng quần thể I.1 Quần thể giao phối ngẫu nhiên: + Các cá thể giao phối tự ngẫu nhiên với + Quần thể giao phối đa dạng kiểu gen kiểu hình + Mỗi quần thể xác định phân biệt với quần thể khác loài vốn gen, thể tần số alen, tần số kiểu gen + Tần số tương đối alen vài gen điển hình dấu hiệu đặc trưng cho phân bố kiểu gen kiểu hình quần thể I.2 Quần thể tự phối : + Quần thể tự phối thực vật quần thể thực vật tự thụ phấn Ở động vật quần thể động vật lưỡng tính tự thụ tinh + Quần thể tự phối phân thành nhiều dòng có kiểu gen khác + Sự chọn lọc dòng thường không hiệu + Tần số alen không thay đổi qua hệ + Tần số kiểu gen thay đổi theo hướng giảm dần thể dị hợp tăng dần thể đồng hợp + Các quần thể tự phối giảm mức độ đa dạng di truyền B BÀI TẬP VỀ DI TRUYỀN CỦA QUẦN THỂ GIAO PHỐI NGẪU NHIÊN Dạng :Bài tập xác định số kiểu gen kiểu giao phối tối đa quần thể giao phối ngẫu nhiên : * Bài toán xác định số kiểu gen tối đa quần thể giao phối ngẫu nhiên : Trường hợp 1: Các gen nằm NST thường, phân li độc lập: Gọi r số alen locut gen ta có: Số kiểu gen tối đa quần thể: r (r + 1) Chú ý : với nhiều gen, gen di truyền phân li độc lập số kiểu gen tối đa tất locut gen là: tích số kiểu gen locut gen riêng rẽ Ví dụ (Trích đề thi đại học năm 2008) Ở người gen quy định màu mắt có alen (A a), gen quy định dạng tóc có alen (B b), gen quy định nhóm máu có alen (IA, IB, Io) Cho biết gen nằm cặp NST thường khác Số kiểu gen tối đa tạo từ gen nói quần thể người A 54 B 24 C 10 D 64 Giải Số kiểu gen tối đa quần thể = [ 2(2 + 1) 2(2 + 1) 3(3 + 1) ][ ][ ] = 54 2 Trường hợp : Các gen nằm NST thường, liên kết gen (nhiều gen nằm NST): Gen I có r1 alen; gen II có r2 alen……gen n có rn nằm cặp NST → số alen r = r1 x r2….x rn Số kiểu gen tối đa quần thể r (r + 1) Trường hợp : Các gen nằm NST giới tính X alen Y Xét gen, có r alen nằm NST X alen tương ứng Y ta có số kiểu gen: - Trên giới XX = r (r + 1) (Vì cặp NST tương đồng nên giống NST thường) - Trên giới XY = r ( alen có X,không có Y) Tổng số kiểu gen tối đa quần thể = r (r + 1) + r ( Lưu ý trường hợp có nhiều gen nằm NST X ta áp dụng số alen r = r1 x r2….x rn áp dụng tính số kiểu gen quần thể ) Ví dụ (Trích đề thi đại học năm 2011) Trong quần thể loài thú, xét hai lôcut: lôcut có alen A1, A2, A3; lôcut hai có alen B b Cả hai lôcut nằm đoạn không tương đồng nhiễm sắc thể giới tính X alen hai lôcut liên kết không hoàn toàn Biết không xảy đột biến, tính theo lí thuyết, số kiểu gen tối đa lôcut quần thể A 18 B 36 C 27 D 30 Giải Số alen NST X = x = → Tổng số kiểu gen quần thể = 6(6 + 3) = 27 Trường hợp 4: Các gen nằm NST giới tính Y alen X -Nếu có gen nằm nhiễm sắc thể Y alen tương ứng nằm X Xét gen, có r số alen locut gen ta có số kiểu gen tối đa quần thể = r +1 Trường hợp : Các gen nằm vùng tương đồng NST giới tính X Y Xét gen, có r alen nằm vùng tương đồng NST X Y số kiểu gen tối đa quần thể là: - Giới XX: số kiểu gen r (r + 1) - Giới XY: số kiểu gen r2 Tổng số kiểu gen quần thể là: r (r + 1) + r2 Ví dụ ( Trích đề thi đại học năm 2012) Trong quần thể loài động vật lưỡng bội, xét lôcut có alen nằm vùng tương đồng nhiễm sắc thể giới tính X Y Biết không xảy đột biến, theo lí thuyết, số loại kiểu gen tối đa lôcut quần thể A B 12 C D 15 Giải Áp dụng công thức : Tổng số kiểu gen quần thể là: 3(3 + 1) + 3x3 = 15 Ví dụ ( Trích đề thi đại học năm 2013) Ở loài động vật, xét hai lôcut gen vùng tương đồng nhiễm sắc thể giới tính X Y, lôcut I có alen, lôcut II có alen Trên nhiễm sắc thể thường, xét lôcut III có alen Quá trình ngẫu phối tạo quần thể loài tối đa loại kiểu gen ba lôcut trên? A 570 B 270 C 210 D 180 Giải: * Xét locus I II: Số loại NST X: x = Số loại NST Y: x = Số lại kiểu gen XX: 6(6 + 1) = 21 , số loại kiểu gen XY = x = 36 (vì giới XY có hoán đổi X Y) Tổng số kiểu gen lôcus 21 + 36 = 57 4(4 + 1) = 10 * Tổng số kiểu gen: 10 x 57 = 570 → Đáp án A * Xét locus 4: Tổng số kiểu gen: * Bài toán xác định số kiểu giao phối tối đa quần thể giao phối ngẫu nhiên : Trường hợp 1: Các gen nằm NST thường không tính đến vai trò bố mẹ phép lai: Số kiểu giao phối tối đa quần thể là: k (k + 1) (trong k số kiểu gen) Trường hợp 2: Các gen nằm NST thường có tính đến vai trò bố mẹ phép lai: Số kiểu giao phối tối đa quần thể là: k2 (trong k số kiểu gen) Trường hợp 3: Các gen nằm NST giới tính: Số kiểu giao phối tối đa quần thể tích số kiểu gen giới số kiểu gen giới đực Dạng : Cách tính tần số tương đối alen quần thể giao phối ngẫu nhiên Trường hợp : Một gen có hai alen nằm NST thường + alen trội, lặn không hoàn toàn - Khi hai alen quần thể đồng trội kiểu gen có kiểu hình khác nhau, dựa vào số cá thể quần thể để tính tần số kiểu gen tương ứng - Nếu đề thi cho số lượng ba kiểu hình tương ứng với ba kiểu gen khác AA, Aa, aa Gọi N toàn cá thể quần thể, x số cá thể mang kiểu gen AA, y số cá thể mang kiểu gen Aa, z số cá thể mang kiểu gen aa Thành phần quần thể xét : x AA + y Aa + z aa = ( x + y + z = 1) - Gọi p tần số alen A, q tần số alen a: p=x+ y ; q=z+ y - Nếu đề thi cho cấu trúc di truyền là: p2 (AA) + 2pqAa + q2 aa = Ta tính được: p(A) = p2 + pq pq ; q(a) =q2 + 2 + alen trội, lặn hoàn toàn: - Nếu đề thi cho số lượng hai kiểu hình trội lặn, cho tỉ lệ kiểu hình mang tính trạng lặn, ta phải vào cá thể mang tính trạng lặn để tính tần số kiểu gen Gọi p tần số alen A, q tần số alen a, quần thể có cân kiểu gen tần số kiểu gen aa q2 Từ tính q = q p = 1- q Trường hợp : Gen nằm NST giới tính X (không có alen tương ứng Y) gen năm NST Y alen NST X Cơ sở lí luận: Xét gen có alen A a nằm nhiễm sắc thể giới tính X (Y không mang gen tương ứng), đực XY, XX quần thể hình thành kiểu gen là:XAXA, XAXa, XaXa, XAY, XaY Gọi p tần số alen A, q tần số alen a ( p + q = 1) NST X phân bố không đồng đều: 2/3 thể cái, 1/3 thể đực.Cho nên, alen tương ứng quần thể phân bố không đồng thể đực + Cơ thể ♀: XAXA, XAXa, XaXa với tần số alen tương ứng p2, 2pq, q2 + Cơ thể ♂: XAY, XaY có tần số tương ứng p,q + Tần số alen A cá thể ♀: p2 + pq; Tần số alen a cá thể ♀: pq + q2 + Tần số alen A cá thể đực: p; Tần số alen a cá thể cái: q Tần số chung alen quần thể giới đực là: pA = pA♂ + pA♀ = 3 (p♂ + 2p♀)/3 => qa = - pA + Nếu giá trị p A♂ = pA♀ => quần thể đạt trạng thái cân cân sau hệ ngẫu phối + Nếu pA♂╪ pA♀ => quần thể không đạt trạng thái cân hệ thứ nhất, thứ hai mà phải qua nhiều hệ ngẫu phối đạt trạng thái cân Các ví dụ : 2.1 Bài tập cân di truyền quần thể với gen nằm NST giới tính trường hợp tần số alen trội lặn giống hai giới Ở phần có dạng tập - Xác định tần số alen, tần số phân bố kiểu gen quần thể - Xác định trạng thái cân di truyền quần thể - Xác định số lượng gen lặn quần thể - Xác định tỉ lệ kiểu hình, số lượng cá thể đực, quần thể… Ví dụ 1: Ở quần thể côn trùng ngẫu phối, giới đực có 10% mắt trắng, giới có 1% mắt trắng, lại mắt đỏ Hãy xác định tần số tương đối alen tần số phân bố kiểu gen quần thể Biết giới đực XY Giải: Theo quần thể côn trùng kiểu hình mắt trắng biểu nhiều đực (XY) → chứng tỏ di truyền màu mắt liên kết với giới tính gen quy định tính trạng mắt gen lặn Quy ước:Gen A quy định mắt đỏ;Gen a quy định mắt trắng - Trong quần thể có 10% đực mắt trắng có kiểu gen XaY; 1% mắt trắng có kiểu gen XaXa Ta có 10%XaY = 0,1Xa x Y (1) 1%XaXa = 0,1Xa x 0,1Xa (2) - Từ (1) (2) suy ra: Tần số alen a giới đực giới 0,1, Tần số alen A là: – 0,1 = 0,9 Cấu trúc di truyền quần thể côn trùng là: ♂ 0,9XA 0,1Xa 0,9XA 0,81XAXA 0,09XAXa 0.1Xa 0,09XAXa 0,01XaXa Y 0,9XAY 0,1XaY +Tỉ lệ kiểu gen giới đực là: 0,9XAY : 0,1XaY + Tỉ lệ kiểu gen giới cái: 0,81XAXA : 0,18XAXa : 0,01XaXa + Tỉ lệ kiểu gen chung hai giới : 0,45XAY + 0,05XaY + 0,405XAXA + 0,09XAXa + 0,05XaXa = 2.1 Bài tập cân di truyền quần thể với gen nằm NST giới tính trường hợp tần số alen trội lặn khác hai giới Ví dụ 2: Trong quần thể động vật có vú, tính trạng màu lông gen quy định, trạng thái cân di truyền Trong đó, tính trạng lông màu nâu alen lặn (kí hiệu fB) quy định tìm thấy 40% đực 16% Hãy xác định: a Tần số alen fB b Tỉ lệ có kiểu gen dị hợp tử mang alen fB so với tổng số cá thể quần thể c Tỉ lệ đực có kiểu gen dị hợp tử mang alen f B so với tổng số cá thể quần thể.( Trích đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia) ♀ 10 Giải: a Tần số alen fB giới 0,16 = 0,4 Vì quần thể cân nên tần số tương đối alen giới đực giới Vậy tần số alen f B giới đực 0,4 Kiểu hình lặn (fBfB) giới đực 40% tần số alen f B Vậy gen nằm NST X mà alen tương ứng Y b Tỉ lệ có kiểu gen dị hợp tử mang alen fB 2.0,4.0,6 = 0,48 = 48% Tỉ lệ có kiểu gen dị hợp tử mang alen f B so với tổng số cá thể quần thể 48% = 24% c Vì gen nằm NST X mà alen Y nên tìm thấy đực lưỡng bội dị hợp Vậy tỉ lệ đực có kiểu gen dị hợp tử mang alen f B so với tổng số cá thể quần thể 0%.(nếu xem đực có kiểu gen X fB Y dị hợp đực dị hợp mang gen fB (XfB Y) 0,4 =0,2 = 20% Ví dụ ( Trích đề thi đại học năm 2014) Ở loài động vật, xét lôcut nằm nhiễm sắc thể thường có hai alen, alen A quy định thực quản bình thường trội hoàn toàn so với alen a quy định thực quản hẹp Những thực quản hẹp sau sinh bị chết yểu Một quần thể hệ xuất phát (P) có thành phần kiểu gen giới đực giới nhau, qua ngẫu phối thu F1 gồm 2800 con, có 28 thực quản hẹp Biết không xảy đột biến, theo lí thuyết, cấu trúc di truyền quần thể hệ (P) làA 0,9AA: 0,1Aa B 0,8AA: 0,2Aa C 0,6AA: 0,4Aa D 0,7AA: 0,3Aa Giải: Theo đề bài, cấu trúc di truyền quần thể (P) là: XAA: YAa − Tần số alen a quần thể là: q a = Y 28 = 0,1 = => Y = 0,2; X = – 0,2 = 2800 0,8 Đáp án B Trường hợp : Bài toán quần thể gồm hay nhiều alen : a Bài toán quần thể với alen: Ví dụ :Màu sắc vỏ ốc sên gen có alen kiểm soát: C 1: nâu, C2: hồng, C3: vàng Alen qui định màu nâu trội hoàn toàn so với alen kia, alen qui định màu hồng trội hoàn toàn so với alen qui định màu vàng Điều tra quần thể ốc sên người ta thu số liệu sau:Màu nâu có 360 con; màu hồng có 550 con; màu vàng có 90 Biết quần thể trạng thái cân di truyền Hãy tính tần số tương đối alen quần thể Giải: Các kiểu gen qui định màu: C1C1, C1C2, C1C3: màu nâu C2C2, C2C3: màu hồng C3C3: màu vàng Gọi p tần số tương đối alen C 1, q tần số tương đối alen C 2, r tần số tương đối alen C3 Quần thể cân có dạng: 11 (p+q+r)2 = p2C1C1+q2C2C2+r2C3C3+2pqC1C2+2qrC2C3+2prC1C3 Tần số tương đối loại kiểu hình: Màu nâu = 360/1000= 0,36; màu hồng=550/1000=0,55; màu vàng=90/1000=0,09 Tần số tương đối alen, ta có: màu vàng = 0,09 = r 2→ r=0,3; màu hồng = 0,55=q2+2qr→ q=0,5 ; màu nâu = 0,35 = p2 + 2pq + 2pr → p=0,2 b Bài toán quần thể với alen: Cở sở lí luận: Xét locut den dị hợp tử Aa Bb, quần thể có kiểu gen (gen cặp gen nằm hai cặp nhiễm sắc thể tuơng đồng khác :AABB, AABb, AaBB, Aabb, aaBB, aaBb, Aabb, aabb Nếu gọi p, q, r s tần số alen A, a ,B, b tần số kiểu gen trạng thái cân kết triển khai đa thức: (p + q)2 (r + s)2 = (pr + ps + pr + qs)2 Ta có: (p2AA + 2pqAa + q2aa) (r2BB + 2rsBb + s2bb) = p2 r2 AABB + p2rsAABb + p2s2AAbb + 2pqr2AaBB + 4pqrsAaBb + 2s2pqAabb + q2r2aaBB + 2q2rsaaBb + q2s2aabb = - pr, ps, qr, qs tần số tương ứng giao tử AB, Ab, aB, ab Khi tần số giao tử đạt trạng thái cân tần số kiểu gen trạng thái Nếu quần thể khởi đầu cá thể dị hợp tử AaBb với tần số alen (nghĩa p = q = r = s = 0,5) bốn kiểu giao tử (AB,Ab,aB,ab) sinh với tần số cân (AB = Ab = aB = ab = 0,25) sau hệ ngẫu phối quần thể đạt trạng thái cân di truyền Ví dụ : Một loài thực vật thụ phấn tự có gen D quy định hạt tròn trội hoàn toàn so với gen d quy định hạt dài ; gen R quy định hạt đỏ trội hoàn toàn so với r quy định hạt trắng Hai cặp gen D, d R, r phân li độc lập Khi thu hoạch quần thể cân di truyền, người ta thu 14,25 % hạt tròn, đỏ; 4,75% hạt tròn, trắng; 60,75% hạt dài, đỏ; 20,25 % hạt dài, trắng Nếu vụ sau mang tất hạt có kiểu hình dài, đỏ trồng tỉ lệ kiểu hạt mong đợi thu hoạch nào? (Trích đề thi giải toán máy tính casio cấp Tỉnh năm 2011) Giải : Xét tính trạng quần thể : Dạng hạt : 19% tròn : 81 % dài tần số alen d = 0,9, tần số alen D = 0,1 cấu trúc di truyền kiểu gen quy định hình dạng hạt 0,01 DD : 0,18 Dd : 0, 81 dd Màu hạt : 75% đỏ : 25 % trắng tần số alen r = 0,5, tần số alen R = 0,5 cấu trúc di truyền kiểu gen quy định màu hạt 0,25 RR : 0,5 Rr : 0, 25 rr 12 Các hạt dài, đỏ có tần số kiểu gen 1ddRR : ddRr tỉ lệ phân li kiểu hình tính theo vụ sau hạt dài, đỏ( ddR-) : hạt dài, trắng ( ddrr) Dạng Bài toán quần thể ngẫu phối liên quan nhân tố tiến hoá làm thay đổi tần số alen quân thể : 4.1 Quá trình đột biến Cơ sở lí luận: Đột biến làm cho gen phát sinh nhiều alen ( A đột biến A1, A2, A3 An) nguồn nguyên liệu sơ cấp cho trình tiến hoá Giả locut có hai alen A a Trên thực tế xảy trường hợp sau: u Gen A đột biến thành gen a (đột biến thuận) với tần số u A a.Chẳng hạn, hệ xuất phát tần số tương đối alen A po Sang hệ thứ hai có u alen A bị biến đổi thành a đột biến Tần số alen A hệ là: p1 = po – upo = po(1-u) Sang hệ thứ hai lại có u số alen A lại tiệp tục đột biến thành a Tần số alen A hệ thứ hai là: P2 = p1 – up1 = p1(1-u) = po(1-u)2 Vậy sau n hệ tần số tương đối alen A là: pn = po(1-u)n Từ ta thấy rằng: Tần số đột biến u lớn tần số tương đối alen A giảm nhanh Như vậy, trình đột biến xảy áp lực biến đổi cấu trúc di truyền quần thể Áp lực trình đột biến biểu tốc độ biến đổi tần số tương đối alen bị đột biến Alen a đột biến thành A (đột biến nghịch) với tần số v v a A + Nếu u = v tần số tương đối alen giữ nguyên không đổi + Nếu v = u > → xảy đột biến thuận + Nếu u ≠ v; u > 0, v > → nghĩa xảy đột biến thuận đột biến nghịch Sau hệ, tần số tương đối alen A là: p1 = po – upo + vqo Kí hiệu biến đổi tần số alen A ∆p Khi ∆p = p1 – po = (po – upo + vqo) – po = vqo - upo Tần số tương đối p alen A q alen a đạt cân số lượng đột biến A→ a a → A bù trừ cho nhau, nghĩa ∆p = vq = up Mà q = 1- p → up = v(1 – p) ↔ up + vp = v ↔ p = v u →q= u+v u+v 13 Ví dụ : Một sông có hai quần thể ốc sên: quần thể lớn (quần thể chính) phía quần thể nhỏ nằm cuối dòng đảo (quần thể đảo) Do nước chảy xuôi nên ốc di chuyển từ quần thể đến quần thể đảo mà không di chuyển ngược lại.Xét gen gồm hai alen: A a Ở quần thể có p A =1, quần thể đảo có pA= 0,6.Do di cư, quần thể đảo trở thành quần thể mới, có 12% số cá thể quần thể a Tính tần số tương đối alen quần thể sau di cư b Quần thể sinh sản Vì lí xảy trình đột biến: A  a, với tốc độ 0,3% Không có đột biến ngược - Tính tần số tương đối alen hệ quần thể ( Trích đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia 2009) Giải : a - Ta có: Quần thể có pA= 1, quần thể đảo: pA= 0,6 Quần thể di cư đến quần thể đảo chiếm 12% quần thể Vậy quần thể đảo chiếm 88% quần thể - Quần thể đảo (sau di cư) có tần số tương đối alen là: pmới = 12% x + 88% x 0,6 = 0,648 qmới = 1- pmới = 1- 0,648 = 0,352 b - Tần số đột biến: A thành a là: 0,3% Tần số alen sau đột biến pA= 0,648 - (0,3% x 0,648) = 0,646; qa = - 0,646 = 0,354 4.2.Quá trình chọn lọc tự nhiên (CLTN): Ví dụ 1: Một quần thể trạng thái cân gen có alen A, a Trong tần số p = 0,4 Nếu trình chọn lọc đào thải thể có kiểu gen aa xảy với áp lực S = 0,02 Hãy xác định cẩu trúc di truyền quần thể sau xảy chọn lọc Giải: - Quần thể cân di truyền, nên ta có: pA + qa = → qa = – 0,4 = 0,6 - Cấu trúc di truyền quần thể cân là: (0,4)2AA + 2(0,4 x 0,6)Aa + (0,6)2aa = → 0,16AA : 0,48Aa : 0,36aa -Sau chọn lọc tỉ lệ kiểu gen aa lại là: 0,36 (1 – S) = 0,36(1 – 0,02) = 0,3528 Mặt khác, tổng tỉ lệ kiểu gen sau chọn lọc là: 0,16 + 0,48 + 0,36(1 – S) = 0,9928 - Vậy cấu trúc di truyền quần thể xảy chọn lọc là: 0,16 0,3528 AA : 0,483Aa : aa ↔ 0,161AA : 0,483Aa : 0,356aa 0,9928 0,9928 Ví dụ 2: Giả sử quần thể động vật ngẫu phối có tỉ lệ kiểu gen: 14 - Ở giới cái: 0,36 AA : 0,48 Aa : 0,16 aa - Ở giới đực: 0,64 AA : 0,32 Aa : 0,04 aa a) Xác định cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân b) Sau quần thể đạt trạng thái cân di truyền, điều kiện sống thay đổi, cá thể có kiểu gen aa trở nên khả sinh sản Hãy xác định tần số alen quần thể sau hệ ngẫu phối (Đề thi học sinh giỏi Quốc gia năm 2010) Giải: Tần số alen quần thể trạng thái cân :PA= ½( 0,6 + 0,8) = 0,7→ qa= 0,3 Cấu trúc di truyền quần thể cân là: 0,49 AA : 0,42 Aa : 0,09 aa Tần số alen quần thể sau hệ ngẫu phối : qa = q0 / + n.q0 =0,3/ + 0,3x = 0,12 → pA = 0,88 4.3 Giao phối không ngẫu nhiên Ví dụ : Một quần thể có tần số alen A 0,6 Giả sử ban đầu quần thể đạt trạng thái cân di truyền Sau số hệ giao phối thấy tần số kiểu gen aa 0,301696 Biết quần thể xảy nội phối với hệ số 0,2 Tính số hệ giao phối? Giải : Tần số alen a 0,4 Do quần thể đạt trạng thái cân nên cấu trúc quần thể là: 0,301696AA+ 0,48Aa + 0,16aa = Sau số 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 giảm là: 0,141696 x = 0,283392 Tần số Aa sau n 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 = Vậy hệ số giao phối 4.4 Di – nhập gen : Xét trường hợp di – nhập gen xảy theo chiều mà chiều ngược lại Ta có công thức: ∆p = M (P0 - p) Trong : - p tần số tương đối gen A quần thể nhận - P0 tần số tương đối gen A quần thể cho 15 - M tỷ lệ số cá thể nhập cư tính tỉ số giao tử mang gen di nhập so với tổng số giao tử hệ quần thể tỉ lệ số cá thể nhập cư so với số cá thể quần thể nhận - ∆p lượng biến thiên tần số alen A quần thể nhận Từ ∆p ta tính tần sơ alen quần thể cho nhận sau xảy di nhập Ví dụ : Cho biết tần số tương đối alen A quần thể Y 0,8; quần thể X 0,3 Số cá thể quần thể Y 1600, số cá thể nhập cư từ quần thể X vào quần thể Y 400 Hãy xác định tần số alen A quần thể Y hệ sau di-nhập ( Trích Đề thi học sinh giỏi Nghệ An năm 2011) Giải :- Tốc độ di nhập gen: M = 400/(1600 + 400) = 0,2 - Sau hê, lượng biến thiên tần số tương đối alen A quần thể nhận Y là: ∆p = 0,2 (0,3 – 0,8) = - 0,1 Như vậy, tần số tương đối alen A quần thể nhận giảm xuống còn: p = 0,8 – 0,1 =0,7 Dạng : Các dạng toán xác suất di truyền học quần thể: Ví dụ 1: Trên quần đảo biệt lập có 5800 người sống, dó có 2800 nam giới số có 196 nam bị mù màu xanh đỏ Kiểu mù màu gen lặn nằm NST X Kiểu mù màu không ảnh hưởng tới thích nghi cá thể Khả có phụ nữ đảo bị mù màu xanh đỏ bao nhiêu? Giải : Gọi p tần số alen A (p +q = 1; p, q > 0); q tần số alen a Cấu trúc di truyền nam: pXAY + qXaY = Theo bài: qXaY = 196 = 0,07 => p = – 0,07 = 0,93 2800 Cấu trúc di truyền nữ: p2XAXA + 2pqXAXa + q2XaXa =  0,8649.XAXA + 0,1302.XAXa + 0,0049XaXa =  Tần số cá thể nữ bình thường là: 0,8649 + 0,1302 = 0,9951 => Tần số để 3000 cá thể nữ bình thường là: 0,99513000 =>Tần số để có phụ nữ bị bệnh mù màu là: - 0,99513000 Ví dụ : Ở người, gen quy định nhóm máu gồm alen: I A, IB, IO, IA IB trội hoàn toàn so với IO, IA IB đồng trội Qua nghiên cứu quần thể trạng thái cân di truyền xác định được: tỉ lệ người có nhóm máu A chiếm 35%, nhóm máu B chiếm 24%, nhóm máu AB chiếm 40%, lại nhóm máu O Một người có 16 nhóm máu A kết hôn với người có nhóm máu B Tính xác suất sinh nhóm máu O cặp vợ chồng Giải : Gọi p tần số tương đối alen IA, q tần số tương đối alen IB, r tần số tương đối alen IO Quần thể cân có dạng : (p IA +q IB +r IO)2 = p2IA IA + q2 IBIB + r2 IOIO + 2pqIA IB + 2qrIBIO + 2prIAIO Người nhóm máu O chiếm 1%,  r2 IOIO =1% r = 0,1 Người có nhóm máu A chiếm 35%  p2 + 2pr = 0,35, giải ta p=0,5, q=0,4 Một người có nhóm máu A kết hôn với người có nhóm máu B Để họ sinh nhóm máu O kiểu gen hai vợ chồng phải là: IAIO x IBIO pr Xác suất để người có nhóm máu A có kiểu gen IAIO là: p + pr = 0,285 2qr Xác suất để người có nhóm máu B có kiểu gen IBIO là: q + 2qr = 0,333 Mà: IAIO x IBIO sinh nhóm máu O với xác suất 0,25 Vậy xác suất cần tìm là: 0,285 x 0,333 x 0,25 = 0,0238 C BÀI TẬP VỀ DI TRUYỀN CỦA QUẦN THỂ TỰ PHỐI: Cho thành phần kiểu gen hệ P (thế hệ xuất phát) qua n hệ tự phối tìm thành phần kiểu gen hệ Fn 1.1.Trường hợp tác động chọn lọc tự nhiên Trường hợp 1: Thế hệ P( hệ xuất phát) : 100% Quần thể P sau n hệ tự phối thành phần kiểu gen thay đổi sau : 1 1 − ( )n − ( )n ) n Fn : Aa : AA : ( aa 2 Ví dụ : Quần thể ban đầu 100% cá thể có kiểu gen dị hợp Sau hệ tự thụ phấn thành phần kiểu gen quần thể nào? Giải : Sau hệ tự phối thành phần kiểu gen thay đổi sau Tỷ lệ thể dị hợp Aa quần thể F3 : 0,4375 AA : 0,125 Aa : 0,4375 aa Trường hợp 2: Thế hệ P( hệ xuất phát) : xAA + yAa + zaa ( x + y + z =1) Quần thể P sau n hệ tự phối thành phần kiểu gen thay đổi sau : 1 1 − ( )n − ( )n ) n Fn : x+ y Aa : z + y AA : ( y aa 2 17 Trường hợp 3: Thế hệ P( hệ xuất phát) : xAA + zaa ( x + z =1) Quần thể P sau n hệ tự phối thành phần kiểu gen thay đổi sau : xAA + zaa ( x + z =1) 1.2 Trường hợp có tác động chọn lọc tự nhiên Trường hợp: Thế hệ P( hệ xuất phát) : xAA + yAa + zaa ( x + y + z =1) * Nếu cá thể aa khả sinh sản thì: Quần thể P sau n hệ tự phối thành phần kiểu gen thay đổi sau : 1 1 − ( )n − ( )n Fn : x + y AA : ( )n y Aa : y aa 2 * Nếu cá thể AA khả sinh sản thì: Quần thể P sau n hệ tự phối thành phần kiểu gen thay đổi sau : 1 1 − ( )n − ( )n Fn : y AA : ( )n y Aa : z + y aa 2 Ví dụ ( Trích đề thi đại học năm 2008) Một quần thể thực vật thực vật tự thụ phấn có tỉ lệ kiểu gen hệ P 0,45 AA : 0,30Aa : 0,25 aa Cho biết cá thể có kiểu gen aa khả sinh sản Tính theo lí thuyết, tỉ lệ kiểu gen thu F bao nhiêu? Giải : - Sau chọn lọc tỉ lệ kiểu gen aa = Mặt khác, tổng tỉ lệ cỏc kiểu gen sau chọn lọc là: 0,45 + 0,3 = 0,75 nên tần số kiểu gen quần thể P tham gia tự thụ phấn 0,45 0,30 là: 0,75 AA : 0,75 Aa ⇔ 0,6AA : 0,4Aa Ta có tỉ lệ kiểu gen sau hệ tự thụ phấn là: 0,2 0,2 = 0,7 ; aa = = 0,1 Aa = 0,4 = 0,2 ; AA = 0,6 + 2 Vậy tỉ lệ kiểu gen sau hệ tự thụ là: 0,7AA : 0,2Aa : 0,1 aa PHẦN III KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM A KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC : Sau thời gian thực nghiêm túc biện pháp trên, thấy thu kết khả quan: - Đa số học sinh nắm kiến thức 18 - Nhiều kĩ trình bày làm, cách tiến hành số dạng học sinh thực thành thạo - Học sinh vận dụng kiến thức học để giải số toán thực tế đơn giản - Học sinh hào hứng trước ôn thi Sinh vướng mắc em giải đáp, nguyện vọng em đáp ứng Kết học tập môn Sinh nâng lên rõ rệt Dưới hai bảng đối chứng chất lượng học sinh môn Sinh thuộc hai lớp mà áp dụng đề tài hai năm học vừa qua: Năm học SL học sinh lớp đối chứng Giỏi SL Khá % SL % Trung bình Dưới TB SL SL % % 38 5,3 12 31,6 19 50 13,1 43 10 23,3 18 41,9 12 27,9 6,9 2014-2015 Kết thi học sinh giỏi cấp Tỉnh tuyển sinh đại học Trường THPT Lê Lợi năm gần áp dụng đề tài vào công tác giảng dạy sau: 2013-2014 STT Năm học Số học sinh giỏi cấp Số HS đậu đại Học sinh có điểm Tỉnh học sinh 9đ trở lên 2013-2014 2ba + KK 82 h/s 03 2014-2015 nhì + ba + KK 117 h/s 11 B.BÀI HỌC KINH NGHIỆM VÀ KIẾN NGHỊ BÀI HỌC KINH NGHIỆM Từ trình bồi dưỡng bồi dưỡng học khối lớp học sinh thi vào Đại học ,cao đẳng rút vài kinh nghiệm nhỏ việc dạy tập nâng cao chất lượng : Đối với học sinh : + Học sinh nắm bắt kiến thức dễ dàng, nhẹ nhàng từ hứng thú học tập theo giảng lý thuyết chăm + Phải cho học sinh nắm vững phương pháp cách nhận biết dạng tập thuộc chương ,phần + Phải cho học sinh nắm phương pháp giải tập theo dạng, chủ đề + Học sinh phát huy tính tích cực ,kỹ rèn luyện so sánh tư trừu tượng + Chất lượng học sinh tăng lên rõ rệt đảm bảo xác 100% học sinh hiểu vận dụng sau học Đối với giáo viên 19 + Nắm vững chuyên môn nghiệp vụ, có kiến thức sâu rộng, khả bao quát kiến thức, có tinh thần trách nhiệm cao công việc + Giáo viên phải có lòng yêu nghề mến trẻ, đam mê với công việc, không ngừng học hỏi tích luỹ chuyên môn nghiệp vụ, đúc rút kinh nghiệm + Trong công tác giảng dạy cần đổi phương pháp dạy học, tìm phương pháp dạy học phù hợp dạy + Khi dạy học Sinh cần có nghiên cứu kĩ nội dung chương trình, đặc điểm tình hình học sinh để đưa kế hoạch học sát với khả học sinh, chọn lọc hệ thống tập phù hợp, có cách hướng dẫn hợp lý, dễ hiểu giúp học sinh dễ vận dụng 2.KIẾN NGHỊ Đề tài nghiên cứu thực nghiệm phạm vi chương, mong hướng nghiên cứu đề tài tiếp tục đồng nghiệp mở rộng phát triển công trình nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 06 tháng06 năm 2015 (Tác giả ký ghi rõ họ tên) Trần Anh Tú V.TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 1.Phương pháp dạy học sinh học trung học phổ thông.NXBGD Phương pháp giải tập sinh học 3.Bài tập di truyền hay khó 4.Sinh học 12 chuyên sâu 5.Đề thi đại học, cao đẳng từ năm 2002 dến Sách giáo viên nâng cao 12 NXBGD 21 ... thời gian gần kỳ thi học kỳ cuối năm, để thông qua cho học sinh ôn tập lại kiến thức II NỘI DUNG “PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP DI TRUYỀN QUẦN THỂ” A ĐẠI CƯƠNG VỀ QUẦN THỂ I Định nghĩa: Quần thể tập. .. Tỉnh, Quốc gia 2.Giới hạn đề tài : Áp dụng dạy phần di truyền học quần thể quần thể cho việc ôn thi Đại học, cao đẳng thi học sinh giỏi cấp Tỉnh, Quốc gia 3 .Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu phương. .. làm năm học qua với đề tài "Phương pháp giải tập di truyền quần thể dùng ôn thi học sinh giỏi THPT Quốc Gia " II.Mục đích yêu cầu phạm vi áp dụng: 1.Mục đích yêu cầu : -Nhằm giúp học sinh rèn