Sáng kiến kinh nghiệm Giải nhanh các bài toán nguyên phân, giảm phân bằng phương pháp cầm tay

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Giải nhanh các bài toán nguyên phân, giảm phân bằng phương pháp cầm tay

1. Sỏng kiến kinh nghiệm năm học 2008- 2009 A- ĐẶT VẤN ĐỀ I. LỜI MỞ ĐẦU Sinh học hiện là một trong những mụn học đang được thực hiện kiểm tra, thi (Học kỡ, Tốt nghiệp, Đại học ) dưới hỡnh thức thi trắc nghiệm khỏch quan. Năm học 2007- 2008 là năm đầu tiờn, Bộ giỏo dục đào tạo đào tổ chức thi chọn học sinh giỏi giải toỏn trờn mỏy tớnh cầm tay đối với mụn Sinh. Năm học 2008- 2009, Sở giỏo dục- đào tạo Thanh Húa đó triển khai thi chọn học sinh giỏi giải toỏn trờn mỏy tớnh cầm tay ở bốn mụn: Toỏn, Lý, Húa, Sinh. Khụng chỉ của học sinh mà cả giỏo viờn đều mong muốn học sinh đạt kết quả cao trong cỏc kỡ thi, kiểm tra. Tuy nhiờn, đối với cỏc em học sinh phổ thụng, hiện nay việc giải cỏc bài toỏn Sinh học đặc biệt là muốn giải nhanh cũn đang gặp những khú khăn nhất định.Vậy làm thế nào để khắc phục được những khú khăn đú? Thiết nghĩ, nếu cỏc em nắm chắc kiến thức lớ thuyết và phương phỏp giải bài tập, biết vận dụng lớ thuyết và phương phỏp giải cỏc bài tập và đặc biệt là biết sử dụng mỏy tớnh cầm tay một cỏch thành thạo để giải cỏc bài toỏn thỡ cú thể gúp phần giải quyết được vấn đề trờn. II. THỰC TRẠNG NGHIấN CỨU Qua đợt chấm thi chọn học sinh giỏi tỉnh giải toỏn trờn mỏy tớnh cầm tay và quỏ trỡnh dạy lớp học ụn khối lớp 10 cũng như cỏc lớp học chớnh khúa tại trường, tụi thấy rằng việc vận dụng giải bằng mỏy tớnh cầm tay hiện nay cả giỏo viờn và học sinh cũn đang bở ngỡ, kĩ năng giải toỏn của cỏc em học sinh cũn hạn chế, đặc biệt là kĩ năng giải cỏc bài toỏn bằng mỏy tớnh cầm tay. Trong chương trỡnh Sinh học lớp 10, từ phần II.- Sinh học tế bào đó cú những bài tập cú thể giải bằng mỏy tớnh cầm tay. Từ thực trạng trờn, để cụng việc đạt hiệu quả tốt hơn, tụi cho rằng: cần phải dạy ngay từ lớp 10 cho cỏc em học sinh phương phỏp sử dụng mỏy tớnh cầm tay để giải nhanh cỏc bài toỏn sinh học. Với suy nghĩ đú, tụi đó chuẩn bị nội dung để dạy và hướng dẫn cỏc em học sinh khối B ụn tập và rốn luyện kĩ năng giải và biết sử dụng mỏy tớnh cầm tay để giải nhanh cỏc bài toỏn phần cơ chế di truyền ở cấp độ tế bào (nguyờn phõn, giảm phõn và thụ tinh). Lờ Thị Ngà- THPT Quảng xương 3 1
2. Sỏng kiến kinh nghiệm năm học 2008- 2009 B. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I. CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN Cơ chế di truyền ở cấp độ tế bào của cỏc loài sinh sản hữu tớnh chớnh là sự kết hợp của ba quỏ trỡnh: nguyờn phõn (NP), giảm phõn (GP) và thụ tinh (TT). Để việc giải nhanh cỏc bài toỏn Sinh học phần cơ chế di truyền ở cấp độ tế bào, học sinh cần: 1. Nắm chắc lớ thuyết phần nguyờn phõn, giảm phõn và thụ tinh 1.1. Chu kỡ tế bào và nguyờn phõn - Thời gian chu kỡ tế bào: là khoảng thời gian giữa hai lần nguyờn phõn liờn tiếp, nghĩa là từ khi tế bào được hỡnh thành ngay sau lần NP thứ nhất cho tới khi kết thỳc lần NP thứ 2. - Một chu kỡ tế bào gồm 2 thời kỡ rừ rệt: Kỡ trung gian và nguyờn phõn. 1.1.1. Kỡ trung gian: gồm ba pha: G1, S, G2. Bảng 1. Cỏc pha của kỡ trung gian Các pha của Diễn biến cơ bản kì trung gian Pha G1 + Tổng hợp cỏc chất cần cho sự sinh trưởng của tế bào. + ADN nhõn đụi=> NST nhõn đụi=> hàm lượng ADN trong tế bào tăng lờn Pha S gấp đụi, mỗi NST đơn nhõn đụi thành một NST kộp gồm hai crụmatit (hai nhiễm sắc tử chị em giống hệt nhau) dớnh nhau ở tõm động. + Trung tử nhõn đụi. Pha G2 NST vẫn giữ nguyờn trạng thỏi như cuối pha S. 1.1.2. Nguyờn phõn Quỏ trỡnh nguyờn phõn diễn ra sự phõn chia nhõn và phõn chia tế bào chất. a. Sự phõn chia nhõn: Gồm 4 kỡ: kỡ đầu, kỡ giữa, kỡ sau và kỡ cuối. Bảng 2. Cỏc kỡ của nguyờn phõn Các kì NP Diễn biến cơ bản - Thoi phân bào xuất hiện; Kì đầu - Màng nhân tiêu biến; - NST kép co xoắn và đính vào các sợi tơ vô sắc tại tõm động. - Các NST kép co xoắn cực đại, tập trung thành 1 hàng trên mặt phẳng xích đạo Kì giữa của thoi phõn bào; lúc này, NST kép đạt được hình dạng, kích thước đặc trưng. - Từng NST kép tách ra ở tâm động thành 2 NST đơn phân li về 2 cực của tế bào Kì sau nhờ sự co rút của các sợi của thoi phân bào. - Thoi vô sắc biến mất; Kì cuối - Tại mỗi cực của tế bào, màng nhân xuất hiện bao lấy các NST. Lờ Thị Ngà- THPT Quảng xương 3 2
3. Sỏng kiến kinh nghiệm năm học 2008- 2009 b. Phõn chia tế bào chất - Phõn chia tế bào chất diễn ra liờn tục và đan xen với sự phõn chia nhõn. - Phõn chia tế bào chất diễn ra vào cuối kỡ sau hoặc đầu kỡ cuối và diễn ra trong suốt kỡ cuối. Cú sự khỏc biệt trong phõn chia tế bào chất giữa tế bào động vật và tế bào thực vật: + Ở tế bào động vật: hỡnh thành eo thắt lại vựng xớch đạo giữa 2 nhõn. + Ở tế bào thực vật: hỡnh thành 1 vỏch ngăn ở vựng trung tõm xớch đạo. Kết quả: từ một tế bào mẹ (2n) qua quỏ trỡnh NP tạo ra 2 tế bào con cú bộ NST đều giống tế bào mẹ. 1.2. Giảm phõn - Là hỡnh thức phõn chia tế bào ở cỏc loài sinh vật sinh sản hữu tớnh. Ở động vật, giảm phõn diễn ra ở tế bào sinh dục chớn, gồm hai lần phõn chia liờn tiếp: GP I và GP II. 1.2.1. Giảm phõn I Bảng 3. Diễn biến các kì của giảm phân I Các kì Diễn biến Gồm cỏc pha như ở nguyờn phõn. Trung gian ADN nhõn đụi > NST nhõn đụi ở pha S. Cỏc NST kộp xoắn, co ngắn, đớnh vào màng nhõn, sắp xếp định hướng. Kì đầu Cú sự tiếp hợp giữa cỏc NST kộp trong cặp trương đồng và cú thể diễn ra sự trao đổi chộo giữa cỏc nhiễm sắc tử khụng phải là chị em do đú đưa đến sự hoỏn vị gen. Từng cặp NST kộp tương đồng tập trung và xếp song song ở mặt phẳng xớch Kì giữa đạo của thoi phõn bào. Kì sau Hai NST kộp trong cặp tương đồng phõn li về 2 cực của tế bào. Hai nhõn mới được hỡnh thành. Ở tế bào động vật, tế bào chất thắt lại ở giữa Kì cuối hỡnh thành 2 tế bào con đều chứa bộ NST đơn bội (n) kộp. 1.2.2. Giảm phõn II Bảng 4. Diễn biến các kì của giảm phân II Các kì Diễn biến Trung gian Diễn ra rất nhanh với hoạt động nhõn đụi trung thể. Kì đầu Cỏc NST kộp đớnh trờn sợi tơ phõn bào. Kì giữa Cỏc NST kộp tập trung một hàng trờn mặt phẳng xớch đạo của thoi phõn bào. Mỗi NST kộp tỏch ra ở tõm động hỡnh thành hai NST đơn, mỗi NST đơn tiến Kì sau về một cực của tế bào. Kì cuối Cỏc nhõn mới được hỡnh thành, tế bào chất phõn chia tạo ra cỏc tế bào con. Lờ Thị Ngà- THPT Quảng xương 3 3
4. Sỏng kiến kinh nghiệm năm học 2008- 2009 1.2.3. Kết quả của quỏ trỡnh giảm phõn Từ một tế bào mẹ lưỡng bội (2n) qua quỏ trỡnh giảm phõn tạo ra 4 tế bào con đều cú bộ NST đơn bội (n). Cỏc tế bào con này là cơ sở hỡnh thành giao tử đơn bội: - Ở động vật đực, 4 tế bào con này sẽ hỡnh thành nờn 4 tinh trựng (giao tử đực) đều cú khả năng thụ tinh. - Ở động vật cỏi, 4 tế bào con này sẽ hỡnh thành 1 trứng (giao tử cỏi) cú khả năng thụ tinh và 3 thể định hướng khụng cú khả năng thụ tinh. 1.3. Thụ tinh Là sự kết hợp nhõn của giao tử đực với nhõn của giao tử cỏi tạo thnàh hợp tử. Từ hợp tử sẽ sinh trưởng và phỏt triển thành cơ thể mới. Sự thụ tinh giỳp khụi phục lại bộ NST lưỡng bội đặc trưng cho loài. 2. Nắm chắc phương phỏp giải toỏn. * Để giải nhanh cỏc bài toỏn và sử dụng được mỏy tớnh để giải cỏc bài toỏn HS phải: - Xỏc định được dạng bài tập. - Biết cỏch tiến hành một bài giải toỏn Sinh học. - Biết cỏch lập cỏc phương trỡnh, hệ phương trỡnh toỏn học. - Sử dụng mỏy tớnh để giải cỏc phương trỡnh đú. - Sử dụng kết quả hoặc chọn đỏp ỏn đỳng (nếu là thi trắc nghiệm). * Cỏc dạng bài tập thường gặp và phương phỏp giải: 2.1. Phương phỏp giải cỏc bài toỏn về nguyờn phõn 2.1.1 Xỏc định thời gian trong chu kỡ nguyờn phõn (NP) Với tốc độ NP khụng đổi thỡ : + Thời gian của cả quỏ trỡnh NP = thời gian của một đợt NP ì số đợt NP. + Thời gian của một đợt NP= thời gian kỡ trung gian+ thời gian kỡ trước+ thời gian kỡ giữa+ thời gian kỡ sau+ thời gian kỡ cuối. 2.1. 2. Xỏc định số NST, số crụmatit, số tõm động của tế bào qua cỏc kỡ NP Bảng 5. Cỏc pha của kỡ trung gian Cỏc pha G1 S G2 Số NST đơn 2n 0 0 Số NST kộp 0 2n 2n Số crụmatit 0 4n 4n Số tõm động 2n 2n 2n Lờ Thị Ngà- THPT Quảng xương 3 4
5. Sỏng kiến kinh nghiệm năm học 2008- 2009 Bảng 6. Cỏc kỡ nguyờn phõn Cỏc kỡ nguyờn phõn Kỡ đầu Kỡ giữa Kỡ sau Kỡ cuối Số NST đơn 0 0 4n 2n Số NST kộp 2n 2n 0 0 Số crụmatit 4n 4n 0 0 Số tõm động 2n 2n 4n 2n 2.1.3. Xỏc định số đợt NP, số tế bào con sinh ra, nguyờn liệu mụi trường nội bào cung cấp cho quỏ trỡnh phõn bào tương đương số NST hoặc hàm lượng ADN: * Số đợt NP là k (đ/k : k nguyờn, dương) - Nếu 1 tế bào sau k đợt NP thỡ: + Số tế bào con được tạo ra ở thế hệ tế bào cuối cựng: 2k + Tổng số tế bào con được sinh ra trong cả quỏ trỡnh nguyờn phõn: n 1 2 3 4 k k k+1 q 1 2 + 2 + 2 + 2 + 2 = 2.(2 -1)= 2 -2 (ỏp dụng cụng thức: Sn= u1. ). q 1 + Vỡ trong 1 chu kỡ NP, NST nhõn đụi 1 lần > số lần nhõn đụi của NST bằng số đợt nguyờn phõn. Do đú, mụi trường tế bào cung cấp nguyờn liệu tương đương số NST bằng tổng số NST trong cỏc tế bào ở thế hệ tế bào cuối cựng trừ đi số NST cú trong tế bào mẹ ban đầu và được tớnh theo cụng thức: 2n. 2k- 2n= 2n. (2k- 1). + Số NST đơn mới hoàn toàn từ nguyờn liệu mụi trường tế bào cung cấp cho quỏ trỡnh nguyờn phõn k lần từ một tế bào: Bộ NST của tế bào mẹ ban đầu sẽ được nhõn đụi, trong mụi NST đú sẽ cú một nửa là của mẹ. Do đú, dự ở thế hệ tế bào nào thỡ số NST đơn mới hoàn toàn do mụi trường cung cấp là: 2n. 2k- 2. 2n= 2n. (2k- 2). - Nếu quỏ trỡnh NP xảy ra ở a tế bào ban đầu, cỏc tế bào NP với số lần bằng nhau và bằng k lần thỡ: + Số tế bào con được tạo ra: a.2k + Mụi trường tế bào cung cấp nguyờn liệu cho quỏ trỡnh NP tương đương số NST: a. 2n. (2k- 1). - Nếu quỏ trỡnh NP xảy ra ở a tế bào nhưng số lần NP của cỏc tế bào khụng bằng nhau; trong đú x tế bào NP k1 lần, y tế bào NP k2 lần: + Tổng số tế bào con sinh ra: x. 2k1+ y. 2k2 + Nguyờn liệu mụi trường cung cấp tương đương số NST đơn: x .2n.(2k1- 1)+ y.2n.( 2k2- 1). Lờ Thị Ngà- THPT Quảng xương 3 5
6. Sỏng kiến kinh nghiệm năm học 2008- 2009 2.1.4. Xỏc định số thoi vụ sắc được hỡnh thành và bị phỏ hủy trong quỏ trỡnh NP: Mỗi tế bào NP cho ra 2 tế bào con thỡ cú 1 thoi phõn bào được hỡnh thành và cũng bị phỏ hủy sau đú. Số thoi phõn bào được hỡnh thành và bị phỏ hủy trong quỏ trỡnh NP k lần từ một tế bào: 1+ 2+ 4+ 8+ 16+ + 2k = n 0 1 2 3 4 k k q 1 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + + 2 = 2 - 1. (ỏp dụng cụng thức: : Sn= u1. ). q 1 2.2. Phương phỏp giải cỏc bài toỏn về giảm phõn và thụ tinh 2.2.1. Xỏc định số NST, crụmatit, số tõm động của tế bào trong cỏc kỡ của GP, nguyờn liệu mụi trường tế bào cung cấp cho quỏ trỡnh GP: - Xỏc định số NST, số crụmatit, số tõm động dựa vào bảng sau: Bảng 7. Số NST, crụmatit, tõm động của tế bào trong cỏc kỡ của GP Cỏc kỡ của GP Giảm phõn I Giỏp phõn II Kỡ đầu Kỡ giữa Kỡ sau Kỡ cuối Kỡ đầu Kỡ giữa Kỡ sau Kỡ cuối NST đơn 0 0 0 0 0 0 2n n NST kộp 2n 2n 2n n n n 0 0 Số crụmatit 4n 4n 4n n n n 0 0 Sụ tõm động 2n 2n 2n n n n 2n n Vỡ trong GP, NST chỉ nhõn đụi một lần. Do đú, nguyờn liệu mụi trường cung cấpcho quỏ trỡnh GP tương đương số NST đơn= số NST đơn cú trong tế bào mẹ= 2n. 2.2.2. Xỏc định số giao tử, số tế bào sinh giao tử trong giảm phõn Ở động vật sinh sản hữu tớnh: - 1 tế bào sinh tinh qua GP tạo ra 4 tinh trựng (giao tử đực) => số tinh trựng= 4ì số tế bào sinh tinh. - 1 tế bào sinh trứng qua GP tạo ra 1 trứng và 3 thể định hướng. => Số trứng = số tế bào sinh trứng. 2.2.3. Xỏc định số NST trong cỏc tinh trựng hoặc trứng Số NST trong cỏc tinh trựng= số tinh trựngì n; Số NST trong cỏc trứng= số trứng ì n. 2.2.4. Xỏc định số hợp tử được hỡnh thành Vỡ 1 tinh trựng thụ tinh với 1 trứng tạo ra một hợp tử nờn: Số hợp tử được hỡnh thành= số tinh trựng được thụ tinh= số trứng được thụ tinh. 2.2.5. Xỏc định hiệu suất thụ tinh (TT) của tinh trựng hoặc của trứng - Hiệu suất TT của tinh trựng= số tinh trựng được TT/ tổng số tinh trựng được sinh ra. - Hiệu suất TT của trứng= số trứng được TT/ tổng số trứng được sinh ra. Lờ Thị Ngà- THPT Quảng xương 3 6