Tài liệu Sáng kiến kinh nghiệm skkn vận dụng kiến thức về sự phân li của nhiễm sắc thể trong nguyên phân, giảm phân để giải các bài tập liên quan tới đột biến lệch bội

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: “VẬN DỤNG KIẾN THỨC VỀ SỰ PHÂN LI CỦA NHIỄM SẮC THỂ TRONG NGUYÊN PHÂN, GIẢM PHÂN ĐỂ GIẢI CÁC BÀI TẬP LIÊN QUAN TỚI ĐỘT BIẾN LỆCH BỘI” 1 A. PHẦN MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài. Trong vài năm gần đây việc đánh giá học sinh được thay đổi theo hướng trắc nghiệm khách quan, trong đó thời lượng phân bố cho việc hoàn thành một câu trắc nghiệm là rất ngắn ( khoảng 1,5- 1,8).Vì vậy việc giúp học sinh linh hoạt hơn khi giải bài tập ngắn là rất cần thiết và quan trọng. Trong thực tế giảng dạy ôn thi Đại học, Cao đẳng tôi nhận thấy có rất nhiều câu trắc nghiệm dưới dạng bài tập ngắn về quá trình nguyên phân, giảm phân nhất là những câu hỏi liên quan tới sự phân li của các cặp nhiễm sắc thể (NST) trong quá trình nguyên phân và giảm phân không bình thường làm học sinh rất lúng túng và tỏ ra không mấy hào hứng với dạng bài tập này nhất là đối với học sinh có lực học trung bình và ngay cả một số học sinh có lực học khá. Khi gặp những bài tập này đa số học sinh chọn đáp án theo cảm tính, không có cơ sở khoa học dẫn tới chọn sai đáp án.Xuất phát từ thực tế này trong quá trình giảng dạy ôn thi Đại học, ôn thi học sinh giỏi tôi đã thiết kế chi tiết hơn về sự phân li của các cặp NST trong quá trình nguyên phân và giảm phân không bình thường(có đột biến) để các em hiểu được bản chất của vấn đề từ đó vận dụng linh hoạt và chính xác hơn khi làm bài tập. Đó chủ yếu là những bài tập liên quan tới đột biến lệch bội Vì vậy tôi chọn đề tài là" Vận dụng kiến thức về sự phân li của nhiễm sắc thể trong Nguyên phân, Giảm phân để giải các bài tập liên quan tới đột biến lệch bội ". Tôi thấy đề tài đã đem lại những hiệu quả nhất định. Vì vậy tôi mạnh dạn đưa ra đề tài này để các đồng nghiệp cùng tham khảo. II.Mục đích nghiên cứu. - Giúp học sinh làm được các bài tập trắc nghiệm nhanh hơn, chính xác hơn từ đó tạo được hứng thú cho học sinh với môn học . - Góp phần cùng với đồng nghiệp tìm ra phương pháp giảng dạy mới, sáng tạo. - Nhằm trau dồi và nâng cao chuyên môn, nghiệp vụ của bản thân. III. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu. 2 Đề tài được thực hiện với nội dung chủ yếu là những bài tập về đột biến lệch bội trong các kỳ thi học sinh giỏi, thi Đại học- Cao đẳng. Đối tượng : Học sinh chuẩn bị bước vào lớp 12 - Trường THPT Dương Quảng Hàm. Thời gian nghiên cứu: cuối hè năm học 2011-2012. IV. Nhiệm vụ nghiên cứu. Để cho học sinh học tốt phần này, tôi đã làm r các vấn đề: - Nghiên cứu sự phân li của các cặp NST trong quá trình nguyên phân, giảm phân bình thường từ đó giúp học sinh tự suy luận về sự phân li của các cặp NST trong quá trình nguyên phân và giảm phân không bình thường (có đột biến). - Nhận biết được bài toán thuộc dạng nào? Kĩ năng giải nhanh, chính xác bài toán đó như thế nào? V. Phương pháp nghiên cứu. Để đạt được mục đích đã đề ra trong quá trình nghiên cứu tôi đã s dụng các phương pháp nghiên cứu sau: - Nghiên cứu tài liệu: sách giáo khoa, sách giáo viên, tài liệu và sách tham khảo, - Nghiên cứu và tổng kết kinh nghiệm giảng dạy. - Phân tích, tổng hợp và hệ thống lí thuyết. - Tổng hợp các dạng bài toán có liên quan đến nội dung nghiên cứu . VI. Điểm mới trong nghiên cứu. - Khai thác kiến thức chủ yếu thông qua hình vẽ, bảng biểu, sơ đồ từ đó học sinh nắm được bản chất của sự phân li nhiễm sắc thể trong quá trình nguyên phân, giảm phân bình thường và không bình thường nên khi vận dụng vào bài tập linh hoạt hơn. 3 B. PHẦN NỘI DUNG PHẦN 1: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Khái niệm về nhiễm sắc thể. Nhiễm sắc thể là vật chất di truyền ở cấp độ tế bào - Ở sinh vật nhân thực: nhiễm sắc thể là những cấu trúc nằm trong nhân tế bào, có khả năng nhuộm màu đặc trưng bằng thuốc nhuộm kiềm tính, được cấu tạo từ chất nhiễm sắc bao gồm chủ yếu là ADN và protein loại histon[1,tr23]. - Ở sinh vật nhân sơ như vi khuẩn: chưa có cấu trúc NST như ở tế bào nhân thực. Mỗi tế bào chỉ chứa một AND dạng trần, không liên kết với protein, có mạch xoắn kép và dạng vòng[1,tr24]. (Ví dụ. Vi khuẩn E. coli) - Ở vi rút (thể thực khuẩn - phage): vật chất di truyền chỉ chứa 1 trong 2 loại ADN hoặc ARN. 1.2. Phân biệt NST tương đồng và NST không tương đồng. Thông thường, trong tế bào sinh dưỡng (tế bào xôma), hầu như tất cả các nhiễm sắc thể đều tồn tại thành từng cặp. Mỗi cặp gồm 2 nhiễm sắc thể giống nhau về hình dạng, kích thước và cấu trúc đặc trưng, được gọi là cặp nhiễm sắc thể tương đồng, trong đó, một có nguồn gốc từ bố, một có nguồn gốc từ mẹ[8]. 4 1.3. Phân biệt bộ NST lưỡng bội, đơn bội. - Toàn bộ các nhiễm sắc thể nằm trong nhân tế bào hợp thành bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội của loài (2n). Ví dụ, ở người 2n = 46; ở ruồi giấm 2n = 8; ở ngô 2n = 20 [8] - Trong tế bào giao t số NST chỉ bằng một n a số NST trong tế bào sinh dưỡng và được gọi là bộ NST đơn bội (n). VD : trong tinh trùng người có n = 23 NST, trong trứng người có n = 23 NST[8] 1.4. Đặc trưng của nhiễm sắc thể - Tế bào của mỗi loài sinh vật có một bộ nhiễm sắc thể đặc trưng về số lượng, hình thái và cấu trúc, được duy trì ổn định qua các thế hệ. - NST có khả năng tự nhân đôi, phân li, tổ hợp ổn định qua các thế hệ. - NST có khả năng bị đột biến làm thay đổi số lượng hoặc cấu trúc, tạo ra những đặc trưng di truyền mới. 1.5. Chức năng của nhiễm sắc thể - Lưu giữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền[6,tr27] - Giúp tế bào phân chia vật chất di truyền vào các tế bào trong phân bào[6,tr27]. - Điều hòa hạt động gen thông qua sự cuộn xoắn và tháo xoắn NST[6,tr27]. 1.6. Đột biến lệch bội nhiễm sắc thể ( dị bội) 1.6.1. Khái niệm: - Là những biến đổi về số lượng NST xảy ra ở một hay một số cặp NST tương đồng. - Các dạng lệch bội: + Thể không nhiễm (2n –2). + Thể một nhiễm (2n –1) + Thể một nhiễm kép (2n –1 –1) + Thể ba nhiễm (2n + 1) 5 +Thể bốn nhiễm (2n + 2) + Thể bốn nhiễm kép (2n+2 +2) [1,tr27] 1.6.2. Cơ chế phát sinh - Do sự không phân li của một hay một số cặp nhiễm sắc thể trong giảm phân tạo ra giao t thừa hay thiếu một vài nhiễm sắc thể.Các giao t này kết hợp với giao t bình thường khác giới tạo nên đột biến lệch bội[1,tr27]. - Lệch bội cũng có thể xảy ra trong nguyên phân ở các tế bào sinh dưỡng và biểu hiện ở một phần cơ thể[1,tr27]. PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. SỰ PHÂN LI CỦA CÁC CẶP NHIỄM SẮC THỂ TRONG NGUYÊN PHÂN. 2.1.1. Nguyên phân xảy ra bình thường Khi tế bào ở kì trung gian các NST đã nhân đôi thành NST kép ( ở pha S). Kết thúc kì này tế bào tiến hành nguyên phân.Trong nguyên phân diễn ra sự phân chia nhân và phân chia tế bào chất. Ở đây chúng ta chủ yếu quan tâm đến sự phân li của các cặp NST qua các kì nguyên phân( phân chia nhân). *Giả sử xét một tế bào ban đầu có 2n = 4 NST. Tế bào ban đầu Cuối kì trung gian *Diễn biến các kì của phân bào[2,tr73]: Các kì Hình vẽ Số Đặc điểm lượng NST trong 6 mỗi tế bào Kì đầu 2n kép Kì giữa 2n kép - Các NST kép bắt đầu co ngắn, đóng xoắn. -Các NST kép đóng xoắn cực đại và xếp thành một hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào. - Thoi phân bào đính về 2 phía của NST. Kì sau 4n đơn Kì cuối - Các NST kép tách nhau ra thành NST đơn phân li về 2 cực của tế bào. - Các NST dần dãn 7 2n đơn Kết quả xoắn và trở về dạng sợi mảnh. Từ 1 tế bào (2n) → 2 tế bào con (2n) 2.1.2. Nguyên phân xảy ra không bình thường (có đột biến). - Nếu có một cặp NST không phân ly ở kỳ sau[3,tr22]: Các kì Kì giữa Kì sau Kì cuối Kết quả 2n + 2 Hình vẽ 2n - 2 2n+ 2 Kết quả: Từ 1 tế bào (2n) →2 tế bào: 2n- 2 8 - Nếu 2 sợi crômatit trong một NST kép không phân li ở kỳ sau[3,tr23]: Các kì Kì giữa Kì sau Kì cuối Kết quả 2n +1 Hình vẽ 2n -1 2n + 1 Kết quả: Từ 1 tế bào (2n) →2 tế bào 2n - 1 - Nếu toàn bộ các NST không phân li ở kỳ sau ( do thoi vô sắc không hình thành)[3,tr23]. Các kì Kì giữa Kì sau Kì cuối Kết quả 4n Hình 9 vẽ 0 (tiêu biến) Kết quả: Từ 1 tế bào (2n) → 1 tế bào (4n) 2.1.3. Trường hợp điển hình -Xét 1 tế bào có 2n = 4( AaBb). Viết kí hiệu bộ NST qua các kì nguyên phân. Các kì Kì đầu- Kì giữa Kì sau Kì cuối 1. Nguyên phân bình thường AAaaBBbb AaBb↔AaBb AaBb, AaBb AAaaBBbb 2.Một cặp NST không phân li AAaaBb↔Bb AAaaBb, Bb hoặc hoặc AaBBbb↔Aa AaBBbb, Aa 3. Hai sợi AAaaBBbb cromatit trong 1 NST kép không phân li. AAaBb↔aBb AAaBb, aBb hoặc hoặc AaaBb↔ABb AaaBb, ABb 4. Toàn AAaaBBbb bộ các AAaaBBbb↔0 AAaaBBbb 10 NST không phân li. 2.2. SỰ PHÂN LI CỦA CÁC CẶP NHIỄM SẮC THỂ TRONG GIẢM PHÂN - Giảm phân xảy ra ở tế bào sinh dục giai đoạn chín, gồm 2 lần phân bào liên tiếp, xảy ra 1 lần NST nhân đôi nhưng 2 lần NST phân li. - Giảm phân thực chất là quá trình tạo giao t chuẩn bị cho quá trình thụ tinh. 2.2.1. Giảm phân xảy ra bình thường[5,tr100] 2.2.1.1 Giảm phân I: Các kì Hình vẽ Số Đặc điểm lượng NST trong mỗi tế bào - Các NST kép xoắn, co ngắn,hiện r . Kì đầu I 2n kép - Các NST kép trong từng cặp tương đồng tiếp hợp, bắt chéo và có thể xảy ra trao đổi đoạn. 11 Kì giữa I 2n kép Kì sau I 2n kép Kì cuối I n kép Kết quả GPI - Các NST kép xếp thành 2 hàng trên mặt phẳng xích đạo. - Các NST kép tương đồng phân li độc lập về 2 cực của tế bào. - Mỗi tế bào chứa bộ NST đơn bội kép Từ 1 tế bào (2n) → 2 tế bào( n kép) - Sau kì cuối của giảm phân I là kì trung gian diễn ra rất nhanh, trong thời điểm này không xảy ra sự nhân đôi NST. 12 2.2.1.2.Giảm phân II: Các kì Hình vẽ Số Đặc điểm lượng NST trong mỗi tế bào - Các NST kép bắt đầu co ngắn và xoắn. Kì đầu II n kép -Các NST kép xếp 1 hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào. Kì giữa II n kép Kì sau II 2n đơn - Các NST kép tách ra thành NST đơn phân li về 2 cực của tế bào. 13 Kì cuối II Kết quả GP II - Các NST trở về dạng sợi n đơn mảnh. Từ 1 tế bào ( n kép)→ 2 tế bào ( n đơn) Kết quả giảm phân: Từ 1 tế bào ( 2n )→ 4 tế bào ( n ) 2.2.2. Giảm phân xảy ra không bình thường (có đột biến). - Nếu có một cặp NST không phân ly ở kỳ sau lần phân bào I[3,tr24]: Các kì Kì sau I Kì cuối I Kì sau II Kì II cuối Kết quả 14 n+1 n+1 n-1 Hình vẽ n-1 - Hai sợi crômatit trong 1NST kép không phân li ở kỳ sau của phân bào II: Các kì Kì sau I Kì cuối I Kì sau II Kì II cuối Kết quả n+1 n-1 Hình vẽ n n 15 - Nếu toàn bộ NST không phân ly ở kỳ sau phân bào I[3,25]: Các kì Kì cuối I Kì sau I Kì sau II Kì II cuối Kết quả 2n 2n Hình vẽ 0(tiêu biến) 2.2.3.Trường hợp điển hình - Xét 1 tế bào có 2n= 2( có 1 cặp NST). Sự phân li bình thường và không bình thường trong giảm phân đã tạo ra các loại giao t theo bảng sau[3,tr26]: Loại giao tử Cặp NST Giảm Nếu cặp NST Nếu cặp NST không phân bình không phân li phân li trong giảm thường trong giảm phân phân II I 1. Cặp NST A, a thường (Aa) Aa, 0 AA, 0, a hoặc A, aa, 0 2. Cặp NST giới X tính XX XX, 0 XX, 0, X 16 3. Cặp NST giới X, Y tính XY XY, 0 XX, 0, Y hoặc X, 0,YY - Xét 1 tế bào có 2n = 4( AaBb). Dưới đây là kí hiệu NST qua các kì giảm phân trong các trường hợp→các loại giao t được tạo ra: Kì cuối I- Kì sau II Kì đầu II Kì cuối II 1. Giảm AAaaBBbb phân bình thường AABB,aabb AB↔AB,ab↔ab hoặc hoặc AB, ab 2. Một AAaaBBbb AAaaBB↔bb cặp hoặc NST AAaabb↔BB không phân li ở kì sau I ( Aa) AAaaBB,bb AaB↔AaB,b↔b hoặc hoặc Aab↔Aab,B↔B AAaabb,BB 3. Hai AAaaBBbb AABB↔aabb hoặc sợi Aabb↔aaBB crômatit trong 1 NST kép không phân li ở kì sau II AABB,aabb AAB↔B,ab↔ab; AAB,B,ab; hoặc AB↔AB,aab↔b AB, aab,b AAbb,aaBB hoặc hoặc Các kì Kì đầu I - Kì sau I Kì giữa I AAbb,aaBB Ab↔Ab,aB↔aB (loại giao tử) hoặc aB Ab, AaB, b hoặc Aab, B AAb↔b,aB↔aB; AAb,b,aB; Ab↔Ab,aaB↔B Ab,aaB,B 17 4.Toàn AAaaBBbb AAaaBBbb↔0 AAaaBBbb, AaBb↔AaBb; 0 bộ NST 0 không phân li giảm phân I AaBb 2.3.Quá trình phát triển của tế bào sinh dục và sự thụ tinh 2.3.1. Quá trình phát triển của tế bào sinh dục. Tế bào sinh dục đực 1. Vùng sinh sản Tế bào sinh dục cái Số NST môi trường cung cấp 2n( 2k - 1) 2. Vùng sinh trưởng 3. Vùng chín 4. Phân hóa 2n.2k 18 2.3.2 Sự thụ tinh Là quá trình kết hợp 1 giao t đực (1n) với một giao t cái (1n) để cho một hợp t (2n) PHẦN 3: CÔNG THỨC TÍNH TOÁN 3.1.Phân bào nguyên phân. Nếu gọi k là số lần nhân đôi của tế bào - Số tế bào con tạo ra: 2k. - Số tế bào con mới được tạo thêm là: 2k -1. - Số NST đơn mới tương đương môi trường cung cấp : 2n (2k -1). - Số NST đơn mới hoàn toàn môi trường cung cấp : 2n (2k -2). 3.2. Phân bào giảm phân. Từ 1 tế bào(2n) qua giảm phân tạo 4 tế bào (n) + Nếu là tế bào sinh dục đực: Từ 1 tế bào → tạo ra 4 giao t đực (n) + Nếu là tế bào sinh dục cái: Từ 1 tế bào → tạo ra 1 giao t cái (n) và ba thể định hướng (n) - Số NST đơn mới mà môi trường cung cấp cho GP: 2n.2k - Số cách sắp xếp có thể có của các NST kép ở kỳ giữa I = Số cách phân ly có thể có của các NST kép ở kỳ sau I: 2n 2 PHẦN 4: BÀI TẬP VẬN DỤNG 4.1. Bài tập liên quan tới sự phân li của các cặp NST trong quá trình nguyên phân. 19 Bài 1 (CĐ 2009) Ở một loài thực vật, cho lai hai cây lưỡng bội với nhau được các hợp t F1 . Một trong các hợp t này nguyên phân liên tiếp 4 đợt. Ở kì giữa của lần nguyên phân thứ tư, người ta đếm được trong tất cả các tế bào con có 336 crômatit. Số nhiễm sắc thể có trong hợp t này là A. 28. B. 14. C. 21. D. 15. Giải - Ở kì giữa của lần nguyên phân thứ 4, tức là tế bào đã nguyên phân được 3 lần. Số tế bào con tạo ra: 23 = 8 tế bào. Số crômatit trong 1 tế bào đang ở kì giữa là: 336 8 = 42. Số NST có trong hợp t là: 42: 2= 21→ Đáp án đúng là C. Bài 2 (ĐH 2009) Ở ngô, bộ NST 2n = 20. Có thể dự đoán số lượng NST đơn trong một tế bào của thể bốn đang ở kì sau của quá trình nguyên phân là A. 80. B. 20. C. 22. D. 44. Giải - Thể 4 nhiễm : 2n+ 2. Ở kì sau của nguyên phân tức là NST đã nhân đôi, phân li về 2 cực nhưng chưa tách ra thành 2 tế bào →Số NST : 2.2n +2.2 = 44 →Đáp án đúng là D Bài 3 (ĐH 2010) Trong một lần nguyên phân của một tế bào ở thể lưỡng bội, một nhiễm sắc thể của cặp số 3 và một nhiễm sắc thể của cặp số 6 không phân li, các nhiễm sắc thể khác phân li bình thường. Kết quả của quá trình này có thể tạo ra các tế bào con có bộ nhiễm sắc thể là A. 2n + 1 – 1 và 2n – 2 – 1 hoặc 2n + 2 + 1 và 2n – 1 + 1. B. 2n + 1 + 1 và 2n – 1 – 1 hoặc 2n + 1 – 1 và 2n – 1 + 1. C. 2n + 2 và 2n – 2 hoặc 2n + 2 + 1 và 2n – 2 – 1. D. 2n + 1 + 1 và 2n – 2 hoặc 2n + 2 và 2n – 1 – 1. 20