Đề tài Giảng dạy tiết Ôn tập về quá trình giảm phân (thuộc chương Sinh sản- Sinh học 10 )

A. Đặt vấn đề: 1. Chương trình sinh học phổ thông là những kiến thức đại cương về sinh học từ trước tới nay của nhân loại. Là một môn khoa học thực nghiệm, phương tiện dạy học là điều cần thiết để giáo viên chuyển tải kiến thức đến học sinh. Tuy nhiên trong thực tế ở địa phương ta, phương tiện dạy học sinh học còn quá nghèo nàn, vì vậy việc cải tiến phương pháp giảng dạy của giáo viên còn gặp rất nhiều khó khăn, hậu quả là tỉ lệ học sinh hứng thú học sinh học còn rất thấp. 2. Qua thực tế giảng dạy ở lớp chuyên sinh, tôi nhận thấy tỉ lệ học sinh chưa thực sự hứng thú đến với kiến thức sinh học còn cao. Mặc dù đăng kí vào lớp chuyên sinh song chỉ với mục đích là được vào trường Phan để có điều kiện học tập tốt, để chắc chắn đậu vào một trường đại học chứ không phải để học môn chuyên. Ví dụ ở lớp A5 khoá 30, đầu năm lớp 10 có 10/33 học sinh đăng kí sẽ thi đại học khối A. Điều này đồng nghĩa với việc là các em không chuyên tâm vào môn Sinh. Tuy nhiên, bên cạnh đó, các em lại có khả năng tư duy toán học rất tốt và vì vậy, lại đặc biệt hứng thú khi giải quyết những vấn đề liên quan đến “ các con số”. Trên cơ sở đó tôi nghĩ rằng có một biện pháp đề gây hứng thú trong học sinh học ở các em là “ kéo sinh học lại gần với Toán học – môn học mà các em yêu thích. Có rất nhiều bài trong chương trình Sinh học ở THPT có thể áp dụng những phép toán. ở đây tôi xin lấy ví dụ qua một tiết ôn tập về quá trình giảm phân (thuộc chương Sinh sản- Sinh học 10 ) vì những lí do mục đích sau: - Việc nắm được bản chất cơ chế giảm phân, thụ tinh... giúp học sinh vận dụng một cách linh hoạt trong việc giải quyết các bài tập về các quy luật di truyền. - Việc sử dụng các phép toán trong Sinh học giúp các em có hứng thú hơn với môn sinh. - Thông qua giờ dạy, có thể chọn được những học sinh có khả năng vào đội tuyển, bởi vì học sinh đã có tư duy toán học tốt thì chắc chắn học các môn khác cũng tốt. B. Nội dung: I. Vấn đề đặt ra là: Với cơ thể có bộ nhiễm sắc thể (NST) là 2n (cho rằng 2 chiếc của mỗi cặp NST tương đồng có cấu trúc khác nhau) khi giảm phân sẽ tạo ra tối đa bao nhiêu loại giao tử?. 1. Trường hợp không có trao đổi chéo: * Gv yêu cầu học sinh vẽ tóm tắt sơ đồ giảm phân để rút ra kết luận sau: a. Với 2n = 2 ( 1 cặp NST) Số loại giao tử tối đa có thể được tạo ra là 2 Với 2n = 4 ( 2 cặp NST ) Có 2 kiểu phân li, mỗi kiểu phân li tạo ra 2 loại giao tử ị số loại giao tử tối đa tạo được = Với 2n = 8 ( gồm 3 cặp NST ) Có 3 kiểu phân li của NST ở kì sau I, mỗi kiểu phân li tạo ra 2 loại giao tử ị số loại giao tử tối đa có thể được tạo ra là: Figure 1 * Từ (a), (b),và (c) Gv yêu cầu học sinh rút ra “ quy tắc nhân”. Số loại giao tử tối đa có thể được tạo ra tính chung với nhiều cặp NST bằng tích số loại giao tử được tạo ra ở mỗi cặp nhân với nhau. Với trường hợp trên: số loại giao tử tối đa có thể được tạo ra từ mỗi cặp là 2đ với n cặp, số loại giao tử tối đa có thể được tạo ra là (công thức 1) Figure 2 2. Trường hợp có trao đổi chéo: a. Giải thích các thuật ngữ: (-) Trao đổi chéo: Là hiện tượng 2 cromatit của cặp NST đồng dạng trao đổi cho nhau 2 đoạn tương ứng sau khi tiếp hợp ở kì đầu giảm phân I, dẫn tới hiện tượng hoán vị giữa các gen alen. (-) Trao đổi chéo tại 1 điểm: Các tế bào khi giảm phân xảy ra TĐC tại 1 điểm Điểm trao đổi chéo (điểm 1) (-) Trao đổi chéo tại 2 điểm đồng thời: Các tế bào khi giảm phân xảy ra TĐC tại 2 điểm điểm1 ( các điểm trao đổi chéo) điểm 2 (-) Trao đổi chéo tại 2 điểm không đồng thời: + 1 nhóm tế bào ( nhóm 1) khi giảm phân xảy ra TĐC tại điểm 1 + 1 nhóm tế bào khác ( nhóm 2) khi giảm phân xảy ra TĐC tại điểm 2 điểm 1 điểm 2 Nhóm 1 Nhóm 2 (-) Trao đổi chéo tại 2 điểm đồng thời và 2 điểm không đồng thời: + 1 nhóm tế bào (nhóm 1) khi giảm phân xảy ra TĐC tại điểm 1. + 1 nhóm tế bào khác (nhóm 2) khi giảm phân xảy ra TĐC tại điểm 2. + 1 nhóm tế bào khác (nhóm 3) khi giảm phân xảy ra TĐC tại điểm 1 và 2. điểm 2 điểm 2 điểm 1 điểm 1 điểm 2 Nhóm 1 Nhóm 2 Nhóm 3 b. Yêu cầu học sinh vẽ sơ đồ, tìm số loại giao tử tối đa có thể được tạo ra ứng với mỗi trường hợp nêu trên với 1 cặp NST có cấu tạo như sau: A a B b điểm 1 D d E e điểm 3 G g (-) Trường hợp 1: Trao đổi chéo tại một điểm ( điểm 1). Các loại giao tử được tạo ra là: A a a A B b B b D d D d E e E e = 4 loại giao tử G g G g (Sơ đồ 1) (-) Trường hợp 2: TĐC tại 2 điểm đồng thời. ( điểm 1 và điểm 4) Các loại giao tử được tạo ra là: A a a A B b B b = 4 loại giao tử D d D d ( Sơ đồ 2) E e E e G g g G (-) Trường hợp 3: Có TĐC tại 2 diểm không đồng thời. + Nhóm tế bào I khi giảm phân xảy ra TĐC tại điểm 2 Các loại giao tử được tạo ra là: A a A a B b B b = 4 loại giao tử D d d D ( Sơ đồ 3) E e e E G g g G + Nhóm tế bào II khi giảm phân xảy ra TĐC tại điểm 3. Các loại giao tử được tạo ra là A a A a B b B b = 4 loại giao tử D d D d ( Sơ đồ 4) E e e E G g g G ị Tổng hợp lại, cả 2 nhóm có thể tạo ra 6 loại giao tử. (-) Trường hợp 4: Có TĐC tại 2 điểm đồng thời và 2 điểm không đồng thời: + Nhóm tế bào I khi giảm phân xảy ra TĐC tại 2 điểm đồng thời ( 1 và 4) tạo ra 4 loại giao tử ( sơ đồ 2) + Nhóm tế bào II khi giảm phân xảy ra TĐC tại 2 điểm tạo ra 4 loại giao tử ( sơ đồ 4) + Nhóm tế bào III khi giảm phân xảy ra TĐC tại điểm 3 tạo ra 4 loại giao tử ( sơ đồ 4). ị Tổng hợp lại, khi có một cặp NST giảm phân, xảy ra TĐC tại 2 điểm đồng thời và 2 điểm không đồng thời, số loại giao tử được tạo ra là 8. Thành lập công thức tổng quát: Với cơ thể có bộ NST 2n. áp dụng công thức nhân, ta có: Trường hợp 1: Nếu có TĐC tại 1 điểm xảy ra ở m cặp ( m < n ) + 1 cặp NST có xảy ra TĐC tại 1 điểm tạo ra 4 loại giao tử đ m cặp có TĐC tại 1 điểm tạo ra tối đa 4m loại giao tử. + Còn ( n- m ) cặp không có TĐC tạo ra tối đa là 2(n-m) loại giao tử. ị Số loại giao tử tối đa có thể được tạo ra khi trong bộ NST 2n có m cặp xảy ra TĐC tại 1 điểm là: 2(n-m)x 4m=2(n-m)x 22m=2(n+m) ( công thức 2) Trường hợp 2: Nếu có r cặp xảy ra TĐC tại 2 điểm đồng thời (r < n): + 1 cặp NST có TĐC tại 2 điểm đồng thời tạo ra 4 loại giao tử đ r cặp NST có TĐC tại 2 điểm đồng thời tạo ra tối đa 4r loại giao tử. + Còn ( n- r ) cặp không có TĐC tạo ra tối đa 2(n – r ) loại giao tử ị số loại giao tử tối đa có thể được tạo ra khi trong bộ NST 2n có r cặp NST có TĐC tại 2 điểm đồng thời là: 2(n – r ) x 4r = 2(n + r) (công thức 3) Trường hợp 3: Nếu có h cặp ( h < n) xảy ra TĐC tại 2 điểm không đồng thời: + 1 cặp NST có TĐC tại 2 điểm không đồng thời tạo ra 6 loại giao tử đ với h cặp NST có TĐC tại 2 điểm không đồng thời tạo ra tối đa 6h loại giao tử. + Còn ( n- h ) cặp không có TĐC, tạo ra tối đa 2(n – h) loại giao tử ị số loại giao tử tối đa có thể được tạo ra khi trong bộ NST 2n có h cặp NST có TĐC tại 2 điểm không đồng thời là: 2(n – h) x 6h = 2(n – h) x 2h x 3 h = 2n x 3h (công thức 4) Trường hợp 4: Nếu có q cặp ( q < n) xảy ra TĐC vừa tại 2 điểm đồng thời, vừa tại 2 điểm không đồng thời, ta có: + ở 1 cặp NST có TĐC tại 2 điểm đồng thời và 2 điểm không đồng thời tạo ra tối đa 8 loại giao tử đ với q cặp NST có TĐC tại 2 điểm đồng thời và 2 điểm không đồng thời tạo ra tối đa 8q loại giao tử. + còn ( n- q ) cặp không có TĐC, tạo ra tối đa 2(n – q) loại giao tử ị số loại giao tử tối đa có thể được tạo ra khi trong bộ NST 2n có q cặp NST có TĐC tại 2 điểm đồng thời và 2 điểm không đồng thời là: 2(n – q) x 8q = 2(n – q) x 23q = 2(n + 2q) (công thức 5) II. Các công thức trên được áp dụng trong những trường hợp nào? Mỗi công thức được áp dụng trong 1 điều kiện cụ thể như phần 1. Ví dụ: - Vịt nhà có 2n = 80, có thể tạo ra tối đa bao nhiêu loại giao tử?. Biết rằng quá trình giảm phân không có TĐC. áp dụng công thức 1, ta có số loại giao tử tối đa mà vịt nhà có thể tạo ra được là: 2n = 240 - Gà có 2n = 78, có thể tạo ra tối đa bao nhiêu loại giao tử?. Biết rằng khi giảm phân đã xảy ra TĐC tại 1 điểm ở 9 cặp NST. áp dụng công thức 2, ta có số loại giao tử tối đa có thể tạo ra trong trường hợp này là: 2n + m = 239+9 = 248 - Đậu Hà lan có 2n = 14, có thể tạo ra tối đa bao nhiêu loại giao tử? Cho rằng khi giảm phân đã xảy ra TĐC tại 2 điểm đồng thời ở 6 cặp NST. áp dụng công thức 3, ta có số loại giao tử tối đa có thể tạo ra trong trường hợp này là: 2n + r = 27+6 = 2 13 - Lúa nước có 2n = 24, có thể tạo ra tối đa bao nhiêu loại giao tử. Cho rằng khi giảm phân đã xảy ra TĐC tại 2 điểm không đồng thời ở 6 cặp NST. áp dụng công thức 4, ta có số loại giao tử tối đa có thể tạo ra trong trường hợp này là: 2n x 3h = 212x 36 - Ruồi giấm có 2n = 8, có thể tạo ra tối đa bao nhiêu loại giao tử. Cho rằng khi giảm phân đã xảy ra TĐC tại 2 điểm đồng thời và 2 điểm không đồng thời ở 2 cặp NST. áp dụng công thức 5, ta có số loại giao tử tối đa có thể tạo ra trong trường hợp này là: 2n + 2q = 24 +2x2 = 28 2. Trong các trường hợp khác không ứng với 1 trong 5 trường hợp nêu trên, ta không thể áp dụng công thứuc tổng quát mà phải sử dụng “quy tắc nhân” để tính. Ví dụ: ở 1 loài có 2n = 16, có thể tạo ra tối đa bao nhiêu loại giao tử nếu trong quá trình giảm phân có: - 1 cặp NST xảy ra TĐC tại 1 điểm? - 2 cặp NST xảy ra TĐC tại 2 điểm đồng thời? - 2 cặp NST xảy ra TĐC tại 2 điểm không đồng thời? - 2 cặp NST xảy ra TĐC tại 2 điểm đồng thời và 2 điểm không đồng thời? - 2 cặp NST không xảy ra TĐC? áp dụng “ quy tắc nhân” ta có số loại giao tử tối đa có thể được tạo ra ở loài này là: 41x 42 x 62 x 82 x 22 = 9 x 216 (loại) Kết quả: Những công thức trên được thành lập trong một tiết ôn tập phần cơ sở tế bào ở lớp 10 chuyên Sinh. Việc để học sinh tự thành lập các công thức trên đã đạt được nhiều kết quả: - Củng cố tốt kiến thức lý thuyết phần giảm phân. - Tạo được sự hứng thú học sinh học ở học sinh. - Nhận thức được sự phân hóa khả năng học tập của học sinh, trên cơ sở đó chọn được những em có khả năng dể bồi dưỡng tiếp. Cụ thể là, với lớp A5 khoá 30, cuối lớp 10 chỉ còn 3 em đăng kí thi khối A, 7 trong số 10 em ban đầu rất chuyên tâm vào nghiên cứu khoa học Sinh học. Trong các kỳ thi HSG vừa qua lớp đạt 37 giải Tỉnh, 1 giải Quốc gia. Kết luận: Có rất nhiều phương pháp, biện pháp được sử dụng trong giảng dạy. Tuỳ từng bài, từng phần, tuỳ thuộc đối tượng học sinh, người giáo viên sẽ sử dụng 1 hay nhiều phương pháp thích hợp. Trên đây là một phương pháp mà tôi đã sử dụng trong một giờ ôn tập ở lớp 10 chuyên Sinh. Hy vọng được đồng nghiệp đóng góp ý kiến về sự nghiệp bồi dưỡng học sinh giỏi mà mỗi giáo viên đều trăn trở.