Praktikum Virtual Seleksi Buatan: Heritabilitas Fast Plants

Praktikum virtual seleksi buatan ini mengikuti investigasi seleksi buatan AP Biology dengan Wisconsin Fast Plants, dan mencakup topik GCSE tentang pemuliaan selektif. Siswa menghitung rambut daun (trikoma) pada 300 tanaman, mempertahankan 10% tanaman paling berbulu sebagai induk, menyilangkannya, lalu membandingkan keturunannya dengan generasi induk. Mereka mencatat diferensial seleksi S dan respons R, menghitung heritabilitas terealisasi R/S, dan menjalankan lima generasi dalam hitungan menit, bukan 200 hari. Percobaan kedua dengan sangat sedikit induk menunjukkan mengapa pemulia khawatir terhadap kawin sedarah.

Keterkaitan dengan kurikulum

• AP Biology Topic 7.3 (seleksi buatan, EVO-1) dan investigasi seleksi buatan AP Biology dengan trikoma Fast Plants.
• AQA GCSE Biology 4.6.2.3 (pemuliaan selektif): memilih induk dengan sifat yang diinginkan selama banyak generasi, serta risiko kawin sedarah.
• NGSS MS-LS4-5 (standar AS: teknologi yang mengubah pewarisan sifat) dan IB Biology D4.1 (seleksi alam).

Simulic tidak berafiliasi dengan College Board, AQA, IB, maupun lembaga ujian mana pun dan tidak didukung oleh mereka.

Sebelum praktikum (5 menit)

Minta siswa menetapkan satu prediksi, di kertas atau sebagai pertanyaan 1 pada tautan kelas:

"Anda hanya menyilangkan 10% tanaman yang paling berbulu. Rata-rata mereka sekitar 7 trikoma di atas rata-rata seluruh populasi. Berapa rata-rata keturunan mereka?"

Banyak siswa menduga keturunannya akan persis sama dengan induknya. Siswa lain mengira tidak ada yang berubah dalam satu generasi.

Langkah kerja dalam simulasi

Simulasi terbuka pada burung finch Darwin, jadi siswa mengganti mode terlebih dahulu.

1. Di bawah simulasi, atur Mode ke Seleksi buatan. Pertahankan Sifat Fast Plants: rambut daun, h² 0,70, Induk dipilih 10%, dan Pilih: tertinggi.
2. Baca baris ringkasan di bawah kontrol: terpilih 30/300, rata-rata populasi μ, rata-rata induk μₛ, S = μₛ − μ, dan prediksi R = h²S.
3. Tekan Silangkan terpilih. Catatan pemuliaan menambahkan satu baris berisi S, h²S, respons sebenarnya R, dan R/S, yaitu heritabilitas terealisasi.
4. Tekan Silangkan terpilih empat kali lagi. Catat rata-rata, SD, F, dan V_A untuk setiap generasi.
5. Tekan Atur ulang, atur h² ke 0,30, lalu silangkan satu generasi. Bandingkan R dengan percobaan pertama.
6. Kembalikan h² ke 0,70, atur Induk dipilih ke 1%, lalu silangkan lima generasi. Bandingkan F, V_A, dan peringatannya dengan percobaan 10%.

Generasi	Induk	Rata-rata μ	SD	S	h²S	R	R/S	F	V_A (% dari awal)
0 → 1	30/300
1 → 2	30/300
…
4 → 5	30/300

Hasil yang diharapkan

Simulasi bersifat acak, jadi setiap kelas mendapat angka yang sedikit berbeda. Rentang berikut berasal dari ribuan kali menjalankan model, dan sudah dipastikan di peramban.

• Generasi 0: rata-rata sekitar 8 trikoma per tanaman (7,5 sampai 8,6), SD sekitar 4.
• Seleksi pertama, 10% teratas, h² = 0,70: S sekitar 7,0 (6,1 sampai 7,9). Prediksi R sekitar 4,9 dan R sebenarnya sekitar 4,8 (3,7 sampai 6,0), jadi keturunannya rata-rata memiliki sekitar 12,8 trikoma. Heritabilitas terealisasi R/S sekitar 0,69 (0,56 sampai 0,83).
• Lima generasi (sekitar 200 hari): rata-rata mencapai sekitar 27 trikoma (25 sampai 30). F = 0,081 dan V_A turun menjadi sekitar 60% dari awal, sehingga setiap langkah sedikit mengecil.
• h² = 0,30: S yang sama hanya memberi R sekitar 2 (1,0 sampai 3,2), dan R/S sekitar 0,30.
• 1% dipilih (3 induk): F = 0,167 setelah satu generasi dan 0,598 setelah lima, V_A turun menjadi sekitar 25 sampai 30% dari awal, SD menyusut menjadi sekitar 2,8, dan simulasi menampilkan peringatan kawin sedarah.

Pertanyaan untuk siswa

1. (Prediksi, ditanyakan lagi setelah praktikum) Menyilangkan 10% tanaman paling berbulu: berapa rata-rata keturunannya?
2. Saat membandingkan h² = 0,70 dengan h² = 0,30, apa yang harus tetap sama?
3. Generasi pertama, 10% teratas, h² = 0,70: berapa S?
4. Dari baris yang sama, hitung heritabilitas terealisasi R/S.
5. Mengapa hanya mempertahankan 1% teratas berisiko, padahal memberi S yang lebih besar?

Jawaban untuk guru: (1) Lebih tinggi daripada rata-rata populasi, tetapi tidak setinggi rata-rata induk. (2) Bagian induk yang dipilih dan ukuran populasi. (3) Sekitar 7 trikoma (diterima 5,8 sampai 8,3). (4) Sekitar 0,7 (diterima 0,5 sampai 0,9). (5) Dengan 3 induk, tanaman menjadi berkerabat dekat: F naik menjadi sekitar 0,6 dalam lima generasi dan V_A turun menjadi sekitar seperempat, sehingga kemajuan selanjutnya melambat dan depresi kawin sedarah mungkin terjadi.

Miskonsepsi umum

• "Keturunan mewarisi sifat induknya secara persis." Hanya bagian genetik aditif yang diwariskan. Bagian lingkungan tidak, jadi R lebih kecil daripada S.
• "Pemuliaan selektif menciptakan variasi baru." Pemuliaan memakai variasi yang sudah ada, dan menghabiskan sebagiannya: V_A dan SD turun setiap generasi.
• "Tanaman berubah karena membutuhkan lebih banyak rambut." Tidak ada bagian tanaman yang merespons kebutuhan. Pemulialah yang memutuskan tanaman mana yang bereproduksi.

Pengayaan

• Baca kartu Seleksi buatan dan rekayasa genetika di bawah simulasi dan bandingkan waktu yang dibutuhkan setiap metode.
• Kembali ke Seleksi alam dan coba seleksi Stabilisasi dan Disruptif: rata-rata hampir tidak bergeser, tetapi SD menyusut atau membesar.

Pertanyaan umum

Apakah ini menggantikan menanam Fast Plants sungguhan?

Tidak. Investigasi nyata memakan waktu berminggu-minggu dan melatih perawatan tanaman, penghitungan, dan penyerbukan. Simulasi memungkinkan siswa merencanakannya, berlatih perhitungan, dan melihat lima generasi dalam satu pelajaran. Lihat laboratorium virtual vs laboratorium fisik.

Mengapa angka saya tidak sama dengan angka teman saya?

Setiap populasi dan setiap langkah pemuliaan bersifat acak, seperti tanaman sungguhan. Bandingkan rata-rata R/S seluruh kelas dengan h² yang Anda atur.

Bisakah kelas dimulai langsung dalam mode pemuliaan?

Bisa. Pada tautan kelas Anda, atur nilai awal Mode = Seleksi buatan, lalu pilih sifat dan bagian induk yang dipilih.

Simulasi dan panduan terkait

Seleksi alam – perubahan frekuensi alel (ngengat Biston) Seleksi alam – populasi kelinci, mutasi, serigala, dan makanan

Untuk frekuensi alel dalam populasi, lihat praktikum virtual Hardy–Weinberg. Untuk ide lainnya, lihat ide pelajaran biologi interaktif.