Những bài toán sinh học giúp học sinh phát triển kỹ năng NCKH

Những toán Sinh học giúp học sinh phát triển kỹ NCKH Bài tốn 1: Trong thí nghiệm sinh thái thực địa, học sinh tiến hành loại bỏ loài động vật khỏi khu vực thí nghiệm gồm nhiều lồi thực vật quần xã Sau số năm quay lại đánh giá số lượng lồi thực vật khu vực thí nghiệm, học sinh nhận thấy số lượng loài thực vật giảm nhiều so với trước tiến hành thí nghiệm Mục đích thí nghiệm học sinh gì? Kết thu có đáp ứng mục tiêu đề hay khơng? Giải thích.Hãy đưa giả thuyết giải thích suy giảm số lượng lồi thí nghiệm thấy cần thiết mơ tả thí nghiệm chứng minh giả thuyết Trả lời a - Mục đích thí nghiệm học sinh nêu tìm hiểu vai trò sinh thái lồi động vật tác động tới quần thể thực vật sao, liệu lồi có phải loài ưu hay loài chủ chốt (loài có ảnh hưởng sinh thái mạnh tới lồi khác quần xã) hay khơng - Kết thí nghiệm thu không đáp ứng mục tiêu đề học sinh khơng thiết kế lơ đối chứng để so sánh mà lại so với số lượng loài trước tiến hành thí nghiệm - Điều khơng xác thời gian tiến hành thí nghiệm nhiều yếu tố khác mơi trường khơng thuận lợi làm giảm bớt số lượng lồi thực vật khu thí nghiệm b - Kết cho thấy số lượng loài thực vật suy giảm tác động việc loại bỏ lồi động vật khỏi khu thí nghiệm khiến cho số lồi thực vật trở nên có ưu cạnh tranh với loài khác - Sự cạnh tranh cạnh tranh loại trừ dẫn đến loại trừ số loài khả cạnh tranh khỏi khu vực thí nghiệm Tuy nhiên, việc biến số lồi khu thí nghiệm yếu tố khác mơi trường trở nên bất lợi cho số lời thực vật - Để biết nguyên nhân xác, cần phải thiết lập lơ thí nghiệm có diện tích, số lượng loài thực vật với mật độ điều kiện khác môi trường y hệt lô đối chứng, ngoại trừ lơ đối chứng để lồi động vật lơ thí nghiệm rào lại để cách li khu vực thí nghiệm với lồi động vật ta quan tâm - Nếu kết thí nghiệm kết bạn học sinh làm lồi động vật lồi chủ chốt có vai trò quan trọng khống chế lồi thực vật ưu Khi loài động vật khống chế loài thực vật có ưu bị loại bỏ khỏi khu thí nghiệm lồi ưu phát triển mạnh có khả cạnh tranh tốt dẫn đến loại trừ số lồi khác (cạnh tranh loại trừ) → Bài tốn rèn kỹ phân tích, đánh giá kết thí nghiệm có phù hợp với giả thuyết đề hay khơng, đồng thời giúp cho học sinh định hướng hướng thiết kế thí nghiệm để chứng minh phù hợp với giả thiết Bài toán 2: Trên cánh đồng có lồi cỏ sinh sống Để xem xét thành phần lồi cỏ có bị thay đổi hay khơng bón thêm loại phân định cánh đồng cần phải bố trí thí nghiệm nào? Giả sử kết thí nghiệm sau thời gian dài bón phân mà số lượng lồi bị giảm ta giải thích nào? Trả lời: Cần bố trí thí nghiệm sau: Chia diện tích nghiên cứu thành hai lơ có thành phần lồi điều kiện môi trường nhau, ngoại trừ lô bón thêm phân (lơ thí nghiệm), lơ khơng bón phân (lơ đối chứng) - Nếu kết thí nghiệm cho thấy lơ đối chứng số lồi khơng thay đổi lơ thực nghiệm có số lượng lồi bị giảm kết luận lồi lại có khả cạnh tranh tốt điều kiện bón phân nên phát triển mạnh dẫn đến cạnh tranh loại trừ khiến số lồi bị chết → Bài tốn rèn kĩ thiết kế thí nghiệm giải thích kết thí nghiệm Bài tốn 3: Dựa vào kết thí nghiệm lồi động vật ngun sinh thể hình đây, trả lời câu hỏi: Mục đích thí nghiệm gì? Những nhận định rút từ kết thí nghiệm này? Giải thích Để đảm bảo tính xác thực độ tin cậy nhận định rút từ việc ni chung lồi (các đồ thị hình b), cần phải bổ sung số liệu xác nhận điều gì? Giải thích Trả lời: a - Thí nghiệm ni chung, ni riêng thường thiết kế để xác định mối quan hệ cạnh tranh loài với - Loài P caudatum ni chung với lồi P aurelia bị suy giảm số lượng bị diệt vong lồi P aurelia sinh trưởng bình thường chứng tỏ P aurelia lồi P caudatum có chung ổ sinh thái dẫn đến cạnh tranh loại trừ - Khi P caudatum nuôi chung với P busaria kết cho thấy mật độ quần thể hai loài bị giảm so với ni riêng chứng tỏ hai lồi có chung phần ổ sinh thái Cụ thể chung ổ sinh thái chung (cơ bản) chúng không trùng ổ sinh thái riêng nên mức độ cạnh tranh hai loài với làm giảm sinh trưởng hai loài mức độ định mà không dẫn đến cạnh tranh loại trừ b Nhận định xác thực yếu tố khác ổ sinh thái khống chế chặt chẽ Ví dụ, lồi P aurelia tăng số lượng loài P caudatum giảm số lượng bị chết xác định cạnh tranh ổ sinh thái ta biết chắn loài P aurelia khơng ăn thịt lồi P caudatum → Bài tốn rèn kĩ phân tích giải thích kết thí nghiệm; đồng thời rèn kĩ xác định yếu tố ảnh hưởng đến kết thí nghiệm (biến phụ thuộc) Đây yếu tố quan trọng lực chuyên ngành Sinh học, Sinh học môn khoa học thực nghiệm thực nghiệm Sinh học bị chi phối nhiều yếu tố ngoại cảnh Bài toán 4: Hiện nay, cánh đồng lúa miền Bắc, nhiều nơi lúa bị chuột phá hoại mạnh Bà nông dân dùng nhiều biện pháp khác để chống chuột Có nơi sử dụng biện pháp dùng bẫy để diệt chuột, có nơi lại sử dụng biện pháp dùng ni lông bao quanh bờ ruộng để ngăn chuột ăn lúa Dựa vào đặc điểm sinh học chuột xem xét góc độ sinh thái học, đánh giá xem biện pháp hai biện pháp có hiệu cao Giải thích Trả lời: Chuột lồi sinh vật có tốc độ sinh sản tương đối nhanh, điều hòa kích thước quần thể bên cạnh yếu tố khác có yếu tố điều hòa phụ thuộc vào mật độ quần thể - Khi mật độ quần thể cao, kích thước quần thể tiến gần tới ngưỡng chịu đựng mơi trường (sức chứa) tốc độ sinh sản giảm ngược lại kích thước quần thể thấp xa ngường chịu đựng tốc độ sinh sản nhanh - Nếu dùng biện pháp săn bắt để làm giảm số lượng nguồn thức ăn dồi (chuột dễ dàng tiếp cận nguồn thức ăn) số lượng chuột bị giảm, tốc độ sinh sản chuột sống sót gia tăng nên số lượng chuột nhanh chóng tăng trở lại Ngược lại, làm giảm sức chứa môi trường, tức hạn chế tối đa việc chuột tiếp cận với nguồn thức ăn lúa, kích thước quần thể giảm mạnh bền vững Do vậy, biện pháp dùng ni lông bao quanh ruộng lúa ngăn chặt triệt để chuột vào ruộng lúa đem lại hiệu so với việc đơn săn bắt chuột → Bài toán rèn cho học sinh kĩ đánh giá giải pháp giải vấn đề dựa kiến thức yếu tố ảnh hưởng đến kích thước quần thể sinh vật nói chung quần thể chuột nói riêng Bài tốn 5: Khi cho hai chuột có màu lơng xám lai với đời có tỉ lệ màu lơng lông xám: lông nâu : lơng trắng Hãy đưa giả thuyết giải thích kết phép lai nói Làm chứng minh giả thuyết em đưa đúng? Trả lời: a Kết F1 cho thấy màu lông bị chi phối tương tác hai gen khơng alen Do tổng tỉ lệ kiểu hình 12 (bình thường 16) Chứng tỏ có tượng gây chết Tỉ lệ: lông xám: mắt nâu : lông trắng → biến dạng tỉ lệ 12: 3:1 - P: AaBb x AaBb → F1: A-B-: 3A-bb: 3aaB-: 1aabb Trong A-B-: có AABB 2AABb Trong 3A-bb có AAbb Quy ước: alen B- lông nâu, b - lông trắng: A át chế b cho lông xám đồng thời gây chết thể đồng hợp AA; a không át B, b sức sống bình thường (trội so với A) Như số hợp tử gây chết 4, F1 tỉ lệ lơng xám: mắt nâu : lông trắng b Dùng phép lai phân tích: Cho F1 lơng xám lai với lông trắng cho tỉ lệ 1:1 chứng tỏ cá thể lơng xám gồm cá thể dị hợp tử → Bài toán rèn cho học sinh kĩ phân tích giải thích kết thí nghiệm Đồng thời rèn kĩ nghiên cứu khoa học nhà Di truyền học sử dụng lai phân tích để kiểm định giả thuyết khoa học Đây bước phương pháp nghiên cứu di truyền Menđen nhờ lai phân tích mà Menđen khẳng định vận động đồng cặp nhân tố di truyền giao tử q trình giảm phân Bài tốn 6: Ở lồi thực vật có hai đột biến gen lặn gây kiểu hình thân thấp Bằng phép lai nhận biết hai đột biến gen có thuộc locut hay không? Trả lời: a.- Tiến hành phép lai hai thể đột biến phân tích kiểu hình lai - Nếu xuất kiểu hình kiểu dại (bình thường) hệ lai ® hai đột biến không locut (không alen với nhau); Nếu khơng xuất kiểu hình kiểu dại (chỉ xuất kiểu hình đột biến), hai đột biến locut (alen với nhau) → Bài toán rèn cho học sinh kĩ đề xuất cách giải vấn đề sở kiến thức di truyền tính trạng đơn gen hay tính trạng đa gen Bài toán 7: Các nhà khoa học đề xuất hai giả thuyết hình thành gen trình tiến hóa sau: Theo giả thuyết 1, gen hình thành qua tái tổ hợp exon gen có trước; giả thuyết cho gen lặp lại thành nhiều sao, sau bị đột biến điểm phân hóa dẫn đến hình thành gen Để tìm hiểu xem hai gen A B (có chức khác nhau) lồi khác có tiến hóa theo giả thuyết hay giả thuyết 2, người ta nghiên cứu sản phẩm protein chúng loài khác Hãy cho biết kết nghiên cứu ủng hộ cho giả thuyết kết nghiên cứu ủng hộ cho giả thuyết Trả lời: Nếu protein gen A B mã hóa có đoạn trình tự axit amin định giống chứng tỏ trình tự qui định exon giống ủng hộ giả thuyết tái tổ hợp lại exon - Nếu trình tự axit amin tồn chuỗi polipeptit giống khác số vị trí ủng hộ cách → Bài toán rèn cho học sinh kĩ dự đốn kết thí nghiệm phù hợp với giả thuyết đề Bài toán 8: Trong q trình tiến hóa, đơi sinh vật có đặc điểm thích nghi định song phải trả giá Chẳng hạn, có gen kháng thuốc diệt cỏ, sinh trưởng phát triển bình thường đồng ruộng phun thuốc, khơng có gen chết Tuy vậy, mơi trường khơng có thuốc diệt cỏ, giá trị thích nghi có gen kháng thuốc lại bị giảm so với giá trị thích nghi khơng có gen kháng thuốc Một nghiên cứu Arabidopsis thaliana cho thấy, có gen Csr1-1 kháng thuốc diệt cỏ (Chlorosulfuron) sản lượng hạt bị giảm 34% so với khơng có gen kháng thuốc chúng trồng môi trường thuốc diệt cỏ.Hãy nêu cách thiết kế thí nghiệm xác nhận suất hạt bị giảm 34% có mặt gen Csr1-1 Trả lời: - Để đánh giá hiệu gen đến kiểu hình thích nghi người ta phải có cá thể có kiểu gen y hệt ngoại trừ gen thích nghi, trường hợp gen kháng thuốc diệt cỏ - Vì vậy, người ta phải nhân giống vơ tính để tạo có kiểu gen y hệt từ khơng có gen kháng thuốc diệt cỏ - Tiếp đến, kỹ thuật chuyển gen người ta tiến hành chuyển gen kháng thuốc vào nhờ plasmit Ở lô đối chứng, người ta tiến hành chuyển plasmit vào plasmit không chứa gen kháng thuốc Sau thực nghiệm đối chứng trồng điều kiện mơi trường y hệt khơng có thuốc diệt cỏ - Thu thập số liệu sản lượng hạt chuyển gen đối chứng, sản lượng hạt chuyển gen thấp 34% giả thiết khẳng định → Bài tốn rèn cho học sinh kĩ thiết kế thí nghiệm để kiểm định giả thuyết đề Bài toán 9: Một đột biến thay nucleotit gen qui định chuỗi polipeptit α-globin hemoglobin người làm cho chuỗi polipeptit bị ngắn so với bình thường Tuy nhiên, phiên ARN sơ cấp phiên mã từ gen có chiều dài bình thường Nêu hai giả thuyết giải thích chế đột biến làm ngắn chuỗi polipeptit Trình bày cách chứng minh giả thuyết Trả lời: a Giả thuyết 1: đột biến ba bình thường thành ba kết thúc Giả thuyết 2: đột biến làm thay đổi vị trí cắt intron trình tạo mARN làm cho mARN ngắn so với bình thường b Dùng phương pháp điện di ARN: So sánh băng điện di mARN (sau cắt bỏ intron) gen bình thường với băng điện di mARN gen đột biến, băng điện di mARN đột biến di chuyển xa so với mARN bình thường đột biến làm thay đổi vị trí cắt intron Nếu hai băng điện di có vị trí giống đột biến làm xuất ba kết thúc sớm → Bài toán rèn cho học sinh kĩ xây dựng giả thuyết thiết kế thí nghiệm để chứng minh cho giả thuyết ... dị hợp tử → Bài toán rèn cho học sinh kĩ phân tích giải thích kết thí nghiệm Đồng thời rèn kĩ nghiên cứu khoa học nhà Di truyền học sử dụng lai phân tích để kiểm định giả thuyết khoa học Đây bước... locut (alen với nhau) → Bài toán rèn cho học sinh kĩ đề xuất cách giải vấn đề sở kiến thức di truyền tính trạng đơn gen hay tính trạng đa gen Bài toán 7: Các nhà khoa học đề xuất hai giả thuyết... polipeptit giống khác số vị trí ủng hộ cách → Bài toán rèn cho học sinh kĩ dự đốn kết thí nghiệm phù hợp với giả thuyết đề Bài toán 8: Trong q trình tiến hóa, đơi sinh vật có đặc điểm thích nghi định