SKKN: Hệ thống kiến thức phần di truyền quần thể

Chia sẻ: Trần Thị Ta | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:47

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thực trạng vấn đề nghiên cứu là: Nội dung kiến thức trong sách giáo khoa còn chưa đủ cho việc ôn thi THPT Quốc gia và ôn thi học sinh giỏi. Bản thân mỗi học sinh chưa có khả năng tự hệ thống hóa kiến thức sau mỗi chương học. Việc tự đọc, tìm tòi tài liệu của học sinh còn hạn chế. Nội dung kiến thức nằm rải rác trong các tài liệu tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: SKKN: Hệ thống kiến thức phần di truyền quần thể

MỤC LỤC Nội dung Trang CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT 2 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN 3 1. Lời giới thiệu 3 2. Tên sáng kiến 3 3. Tác giả sáng kiến 3 4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến 3 5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến 3 6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu 3 7. Mô tả bản chất của sáng kiến 4 7.1. Tình trạng giải pháp đã biết 4 7.1.1. Cơ sở lí luận 4 7.1.2. Thực trạng vấn đề nghiên cứu 4 7.2. Nội dung của giải pháp 4 7.2.1. Phần I: Hệ thống kiến thức lí thuyết 4 7.2.2. Phần II: Các dạng bài tập cơ bản về di truyền quần thể 6 I. CTTQ tính số KG khác nhau trong quần thể và số kiểu giao phối ở đời sau 6 II. Tính tần số alen 8 III. Quần thể tự phối (tự thụ phấn hoặc giao phối gần) 8 IV. Quần thể ngẫu phối 10 7.2.3. Phần III: Câu hỏi và bài tập vận dụng 17 I. Câu hỏi tự luận 17 II. Câu hỏi trắc nghiệm trong đề thi đại học 30 7.3. Điểm khác biệt, tính mới của giải pháp 39 7.4. Khả năng áp dụng của giải pháp 39 8. Những thông tin cần được bảo mật (nếu có) 39 9. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến 39 10. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng 40 kiến theo ý kiến của tác giả và theo ý kiến của tổ chức, cá nhân đã tham gia áp dụng sáng kiến lần đầu 10.1. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng 40 kiến theo ý kiến của tác giả 10.2. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng 41 kiến theo ý kiến của tổ chức, cá nhân 11. Danh sách những tổ chức/cá nhân đã tham gia áp dụng thử hoặc áp dụng 41 sáng kiến lần đầu TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 PHỤ LỤC MỘT SỐ SẢN PHẨM CỦA HỌC SINH 44 1
CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT THPT: Trung học phổ thông KN: Khái niệm KG: Kiểu gen KH: Kiểu hình VD: Ví dụ BDTH: Biến dị tổ hợp CTTQ: Công thức tổng quát NST: Nhiễm sắc thể 2
BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN 1. Lời giới thiệu Trong những năm gần đây, ở các đề thi THPT Quốc gia, đề thi chọn học sinh giỏi thường xuyên có các dạng bài tập về di truyền quần thể, đây là một phần không thể thiếu trong mỗi đề thi. Hiện nay trong sách giáo khoa phổ thông, sách giáo khoa chuyên viết về phần này mới chỉ đề cập đến phần kiến thức lí thuyết, chưa chia thành các dạng bài tập. Trong một số tài liệu tham khảo như: Bài tập di truyền hay và khó Vũ Đức Lưu; Phương pháp giải bài tập sinh học Nguyễn Văn Sang, Nguyễn Thảo Nguyên, Nguyễn Thị Vân; Di truyền học – Hoàng Trọng Phán; Di truyền quần thể Đỗ Lê Thăng… cũng đã đưa ra các công thức để giải các thể loại này. Tuy nhiên, trong quá trình giảng dạy ôn thi THPT Quốc gia, ôn thi học sinh giỏi, học sinh vẫn gặp nhiều khó khăn khi tiếp cận nội dung này. Chính vì vậy để thuận lợi cho các em học sinh trong việc ứng dụng kiến thức được học vào giải quyết các câu hỏi và bài tập trắc nghiệm liên quan đến di truyền quần thể, tôi sưu tầm và biên soạn chuyên đề “Hệ thống kiến thức phần di truyền quần thể” làm tài liệu dạy cho học sinh ôn thi THPT Quốc gia và ôn thi học sinh giỏi. Với mong muốn tổng hợp lại kiến thức phần di truyền quần thể để phù hợp với đối tượng học sinh thi THPT Quốc Gia, ôn thi học sinh giỏi, tôi xây dựng chuyên đề gồm 3 phần: Phần 1 – Hệ thống kiến thức lý thuyết. Phần 2 – Các dạng bài tập cơ bản về di truyền quần thể. Phần 3 – Câu hỏi và bài tập vận dụng. Tuy nhiên, do thời gian soạn thảo ngắn, trình độ còn hạn chế, cho nên chuyên đề không tránh khỏi sai sót. Tôi rất mong nhận được sự góp ý tận tình của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để chuyên đề này hoàn thiện hơn. 2. Tên sáng kiến “Hệ thống kiến thức phần di truyền quần thể” 3. Tác giả sáng kiến Họ và tên: Nguyễn Thị Thu Hương. Địa chỉ tác giả sáng kiến: Giáo viên trường THPT Yên Lạc 2. 3
Số điện thoại: 0970375027. E_mail: binhhuong7682@gmail.com 4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến Tác giả sáng kiến: Nguyễn Thị Thu Hương. Địa chỉ tác giả sáng kiến: Giáo viên trường THPT Yên Lạc 2. Số điện thoại: 0970375027. E_mail: binhhuong7682@gmail.com 5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Đề tài có thể áp dụng xuyên suốt trong quá trình giảng dạy giờ chính khóa môn Sinh học khối 12 cũng như giờ ôn thi THPT Quốc gia. 6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu Sáng kiến được áp dụng lần đầu vào tháng 10/2017 tại trường THPT Yên Lạc 2. 7. Mô tả bản chất của sáng kiến 7.1. Tình trạng giải pháp đã biết 7.1.1. Cơ sở lí luận: Quá trình dạy học bao gồm hai mặt liên quan chặt chẽ: hoạt động dạy của thầy và hoạt động học của trò. Để học sinh có thể hiểu rõ bản chất, nội dung vấn đề thì việc hệ thống hóa các kiến thức là một công việc rất quan trọng. 7.1.2. Thực trạng vấn đề nghiên cứu: Nội dung kiến thức trong sách giáo khoa còn chưa đủ cho việc ôn thi THPT Quốc gia và ôn thi học sinh giỏi. Bản thân mỗi học sinh chưa có khả năng tự hệ thống hóa kiến thức sau mỗi chương học. Việc tự đọc, tìm tòi tài liệu của học sinh còn hạn chế. Nội dung kiến thức nằm rải rác trong các tài liệu tham khảo. 7.2. Nội dung của giải pháp 7.2.1. PHẦN I: HỆ THỐNG KIẾN THỨC LÝ THUYẾT I. Cấu trúc di truyền quần thể: 1. Khái niệm: Quần thể là 1 tập hợp các cá thể cùng loài, cùng sống trong không gian và thời gian xác định, có khả năng sinh sản tạo ra thế hệ mới để duy trì nòi giống. 2. Các đặc trưng di truyền của quần thể: a. Vốn gen của quần thể: KN: Là tập hợp tất cả các alen của tất cả các gen có trong quần thể tại 1 thời điểm xác định. Mỗi quần thể có 1 vốn gen đặc trưng biểu hiện ở tần số alen và tần số KG của quần thể. b. Tần số alen và tần số kiểu gen của quần thể: 4
VD: Trong quần thể đậu Hà Lan, gen quy định màu hoa chỉ có 2 alen: A quy định hoa đỏ, a quy định hoa trắng. Giả sử quần thể đậu có 1000 cây với 500 cây có KG AA, 200 cây có KG Aa, 300 cây có KG aa + Tần số alen của gen này trong quần thể: Số alen A trong quần thể: 500x2+200 = 1200 Tổng số alen trong quần thể: 1000x2 = 2000 Tần số alen A = 1200:2000 = 0,6 Tần số alen a = 10,6 = 0,4  Công thức tính tần số alen của 1 gen nào đó được tính bằng tỉ lệ giữa số lượng alen đó trên tổng số alen của các loại alen khác nhau của gen đó trong quần thể tại một thời điểm xác định. + Tần số KG trong quần thể: Tần số KG AA trong quần thể: 500:1000 = 0,5 Tần số KG Aa trong quần thể: 200:1000 = 0,2 Tần số KG aa trong quần thể: 300:1000 = 0,3  Công thức tính tần số KG nào đó trong quần thể được tính bằng tỉ lệ giữa số cá thể có kiểu gen đó trên tổng số cá thể có trong quần thể.  Công thức tổng quát: Tần số các KG của quần thể: dAA : hAa : raa = 1 sẽ tính được tần số alen như sau: h p (A) = d + 2 h q (a) = r + 2 II. Quần thể tự phối: 1. Quần thể tự thụ phấn: KN: Tự thụ phấn là quá trình thụ phấn xảy ra trên cùng một cây nên tế bào sinh dục đực và tế bào sinh dục cái có cùng kiểu gen. Cấu trúc di truyền (thành phần kiểu gen) của quần thể tự thụ phấn biến đổi theo hướng: + Tăng dần tần số kiểu gen đồng hợp. + Giảm dần tần số kiểu gen dị hợp. + Tần số alen không thay đổi. Kết quả: quần thể phân hóa thành các dòng thuần có kiểu gen khác nhau. 2. Giao phối cận huyết (giao phối gần): KN: là hiện tượng các cá thể có cùng quan hệ huyết thống giao phối với nhau. Cấu trúc di truyền của quần thể biến đổi theo hướng: 5
+ Tăng dần tần số kiểu gen đồng hợp. + Giảm dần tần số kiểu gen dị hợp. + Tần số alen không thay đổi. 3. Hậu quả của tự thụ phấn và giao phối gần: Gây hiện tượng thoái hóa giống vì tăng tỷ lệ các kiểu gen đồng hợp lặn → tính trạng xấu biểu hiện. III. Quần thể ngẫu phối: 1. KN: Là hiện tượng các cá thể trong quần thể giao phối với nhau hoàn toàn ngẫu nhiên không lựa chọn. Kết quả: + Tạo nhiều BDTH. + Duy trì tần số alen và thành phần KG ở trạng thái cân bằng. 2. Định luật Hacđi – Vanbec: Nội dung: Trong 1 quần thể lớn, ngẫu phối, nếu không có các yếu tố làm thay đổi tần số alen thì thành phần KG của quần thể sẽ duy trì không đổi từ thế hệ này sang thế hệ khác theo đẳng thức: p2(AA) : 2pq (Aa) : q2(aa) =1 Điều kiện nghiệm đúng: + Quần thể có kích thước lớn. + Ngẫu phối. + Các cá thể có KG khác nhau phải có sức sống và khả năng sinh sản như nhau. + Không có ĐB, nếu có thì tần số ĐB thuận = tần số ĐB nghịch. + Không có di – nhập gen. Ý nghĩa: + Giải thích tại sao có những quần thể tồn tại ổn định trong thời gian dài, vì chúng đã đạt trạng thái cân bằng để tồn tại. + Khi quần thể đã ở trạng thái cân bằng, nếu biết tần số cá thể có KH lặn sẽ tính được tần số alen lặn, alen trội, thành phần KG của quần thể; ngược lại, nếu biết tần số alen có thể tính được tần số KG và KH của quần thể. Chú ý: Trường hợp một gen gồm 3 alen : a1, a2, a3 với các tần số tương ứng p, q, r. Cấu trúc di truyền của quần thể ở trạng thái cân bằng là : (p+q+r)2=1 7.2.2. PHẦN II: CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN VỀ DI TRUYỀN QUẦN THỂ I. CTTQ tính số KG khác nhau trong quần thể và số kiểu giao phối ở đời sau: 1. Gen trên NST thường: 6
nn 1 Một gen có n alen  Số KG tối đa trong quần thể: 2 + Số KG đồng hợp: n nn 1 + Số KG dị hợp: 2 + Số kiểu giao phối bằng x + Cx2 (x là số kiểu gen) Gen 1 có n alen, gen 2 có m alen nn 1 + Các gen phân li độc lập  Số KG tối đa trong quần thể: x 2 + Các gen cùng nằm trên 1 NST  Số KG tối đa trong quần thể: 2. Gen trên đoạn không tương đồng của NST X: Một gen có n alen: nn 1 + Giới XX: 2 + Giới XY: n nn 1  Số KG tối đa trong quần thể: + n 2 nn 1 + Số kiểu giao phối = số kiểu gen XX x số kiểu gen XY = n x 2 Gen 1 có n alen, gen 2 có m alen. Các gen cùng nằm trên X nm nm 1 + Giới XX: 2 + Giới XY: nm nm nm 1  Số KG tối đa trong quần thể: + nm 2 c. Gen trên đoạn tương đồng của NST giới tính X và Y: Một gen có n alen: + Giới XX: + Giới XY: n x n= n2  Số KG tối đa trong quần thể: +n2 + Số kiểu giao phối n2 x Gen 1 có n alen, gen 2 có m alen. Các gen cùng nằm trên đoạn tương đồng của NST giới tính X và Y: nm nm 1 + Giới XX: 2 + Giới XY: (nxm)(nxm)= n2m2  Số KG tối đa trong quần thể: n2m2 + 7
Chú ý: Xét 2 gen: Gen 1 có n1 alen, gen 2 có n2 alen. Giải thích : Coi mỗi tổ hợp của 2 gen là 1 alen của gen M (giả định)  Số tổ hợp của gen 1 và gen 2 là số alen của gen M, lúc này n = n1xn2, ta tính số kiểu gen, số kiểu giao phối giống như với 1 gen gồm nhiều alen Ví dụ : Xét 2 gen, gen 1 gồm 2 alen A, a; gen 2 có 3 alen B1, B2, B3. Ta có: * Nếu cả 2 gen đều nằm trên 2 NST thường khác nhau: Số kiểu gen = n1(n1 +1):2 x n2(n2 +1):2 = 2x6=12 * Nếu cả 2 gen đều nằm trên cùng 1 NST thường: Số kiểu gen = n1.n2 (n1.n2 + 1):2= 6.7:2 = 21 * Nếu cả 2 gen nằm trên NST giới tính X không có alen trên Y: Số kiểu gen giới XX: n1.n2 (n1.n2 + 1):2 = 6.7:2 = 21 Số kiểu gen của giới XY: n1 . n2 = 6 Tổng số kiểu gen trong quần thể = 21+6 = 27 Số kiểu giao phối = số kiểu gen XX x số kiểu gen XY = 21x6 =126 * Nếu gen nằm trên Y không có trên X Số kiểu gen giới XX: 1 Số kiểu gen giới XY: n1 . n2 = 6 + tổng số kiểu gen : n1 . n2 + 1 = 7 + Số kiểu giao phối: n1 . n2 = 6 * Nếu gen nằm trên vùng tương đồng giữa X và Y Số kiểu gen giới XX: 6x7:2 = 21 Số kiểu gen giới XY: 6x6 = 36 + Tổng số kiểu gen : 21+36 = 57 + Số kiểu giao phối 21x36 = 756 *Vi du ́ ̣: Một quần thể ngẫu phối, xét 4 gen không alen nằm trên các cặp nhiễm sắc thể thường khác nhau: gen thứ nhất có 4 alen, gen thứ hai và ba có 3 alen, gen thứ tư có 2 alen. Hãy dự đoán quần thể có tối đa: bao nhiêu loại giao tử, bao nhiêu loại kiểu gen về các locus này? Hướng dẫn : Số loại giao tử = 4. 3. 3. 2 = 72. 44 1 33 1 33 1 22 1 Số loại KG = x x x 10 x6 x6 x3 1080 ( KG ) 2 2 2 2 II. Tính tần số alen: Nếu quần thể ban đầu có cấu trúc di truyền là: x AA + y Aa + z aa = 1 thì 8
y Tần số alen A x p 2 y Tần số alen a z 1 p 2 * Ví dụ: Quần thể có cấu trúc di truyền: 0,5 AA + 0,2 Aa + 0,3 aa = 1. Xác định tần số alen của quần thể? Hướng dẫn: 0,2 Tần số alen A = p = 0,5 0,6 2 Tần số alen a = q = 1 – 0,6 = 0,4 III. Quần thể tự phối (tự thụ phấn hoặc giao phối gần): Dạng 1 : Cho thành phần kiểu gen của thế hệ P (thế hệ xuất phát) 100% dị hợp Aa, qua n thế hệ tự phối tìm thành phần kiểu gen của thế hệ Fn *Cách giải: Quần thể P sau n thế hệ tự phối thành phần kiểu gen thay đổi như sau: Tỷ lệ thể đồng hợp trội AA trong quần thể Fn là 1 1 AA 2n 2 Tỷ lệ thể dị hợp Aa trong quần thể Fn là 1 Aa 2n Tỷ lệ thể đồng hợp lặn aa trong quần thể Fn là 1 1 aa 2n 2 * Ví dụ: Quần thể ban đầu 100% cá thể có kiểu gen dị hợp Aa. Sau 3 thế hệ tự thụ phấn thành phần kiểu gen của quần thể như thế nào? Hướng dẫn: 1 1 1 1 Aa ; 8 7 23 8 AA aa 2 16 Dạng 2: Cho thành phần kiểu gen của thế hệ P: x AA + y Aa + z aa = 1, qua n thế hệ tự phối tìm thành phần kiểu gen của thế hệ Fn *Cách giải: Quần thể tự phối có thành phần kiểu gen của thế hệ P ban đầu như sau: x AA + y Aa + z aa = 1 Quần thể P sau n thế hệ tự phối thành phần kiểu gen thay đổi như sau: 9
+ Tần số kiểu gen đồng hợp AA trong quần thể Fn là 1 y (1 ) AA x 2n 2 + Tần số kiểu gen dị hợp Aa trong quần thể Fn là y Aa 2n + Tần số kiểu gen đồng hợp aa trong quần thể Fn là 1 y (1 ) aa z 2n 2 * Ví dụ: Một quần thể có tỉ lệ kiểu gen ở thế hệ xuất phát (P) là 0,5 AA + 0,4 Aa + 0,1 aa = 1. Nếu tự thụ phấn qua 3 thế hệ thì cấu trúc di truyền của quần thể ở thế hệ F3 là bao nhiêu? Hướng dẫn: Cấu trúc di truyền của quần thể ở thế hệ F3 là: 0,4 Aa 0,05; 23 0,4 0,05 AA 0,5 0,675 2 aa 1 0,05 0,675 0,275 Dạng 3: Xác định cấu trúc di truyền của quần thể tự phối khi chịu tác động của CLTN. Cách giải: Nếu có tác động của CLTN làm một kiểu gen nào đó bị chết hoặc không tham gia sinh sản thì phải viết lại cấu trúc di truyền trước khi xác định thế hệ tiếp theo. * Ví dụ: Một quần thể có tỉ lệ các kiểu gen ở thế hệ xuất phát (P) là: 0,5 AA + 0,4 Aa + 0,1 aa = 1. Kiểu gen AA không có khả năng sinh sản. Nếu bắt buộc tự thụ phấn thì ở thế hệ sau tỉ lệ kiểu gen cảu quần thể sẽ như thế nào? Hướng dẫn: Kiểu gen AA không có khả năng sinh sản (P) tham gia sinh sản là: 0,4 Aa + 0,1 aa = 0,5 Hay: 0,8 Aa + 0,2 aa = 1 Kiểu gen của F1 sẽ là: 0,8 Aa 0,4 2 0,8 0,4 aa 0,2 0,4 2 AA 1 0,4 0,4 0,2 10
* Chú ý: Khi làm bài tập cần kiểm tra xem đề đã cho cấu trúc di truyền đó bằng 1 chưa, nếu chưa sẽ phải chuyển về tổng bằng 1 rồi mới áp dụng công thức đã học. IV. Quần thể ngẫu phối Dạng 1: Từ cấu trúc di truyền quần thể xác định quần thể đã đạt trạng thái cân bằng hay chưa, qua bao nhiêu thế hệ quần thể đạt trạng thái cân bằng. * Cách giải 1: Gọi p là tần số tương đối của alen Gọi q là tần số tương đối của alen a p+q = 1 Cấu trúc di truyền của quần thể khi đạt trạng thái cân bằng: p2 AA + 2pqAa + q2 aa = 1 Như vậy trạng thái cân bằng của quần thể phản ánh mối tương quan sau: 2 2 pq pq2 2 2 Xác định hệ số p2, q2, 2pq sau đó: 2 2 pq Thế vào p 2 q 2  quần thể cân bằng. 2 2 2 pq Thế vào p 2 q 2  quần thể không cân bằng. 2 * Cách giải 2: Từ cấu trúc di truyền quần thể tìm tần số tương đối của các alen. Sau đó thế vào công thức định luật. Nếu quần thể ban đầu đã cho nghiệm đúng công thức định luật (tức trùng công thức định luật)  quần thể cân bằng Nếu quần thể ban đầu đã cho không nghiệm đúng công thức định luật (tức không trùng công thức định luật)  quần thể không cân bằng * Ví dụ: Các quần thể sau, quần thể nào đã đạt trạng thái cân bằng? Quần thể 1: 0,36AA + 0,48Aa + 0,16aa = 1 Quần thể 2: 0,7AA + 0,2Aa + 0,1aa = 1 Hướng dẫn: Cách giải 1: QT1: 0.36AA; 0.48Aa; 0.16aa Gọi p là tần số tương đối của alen A Gọi q là tần số tương đối của alen a Quần thể đạt trạng thái cân bằng khi thoả mãn: p2AA + 2pqAa + q2 aa = 1 11
2 2 pq và khi đó có được: p 2 q 2 2 Ở quần thể 1 có p2 = 0,36 ; q2 = 0,16; 2pq = 0,48 2 0,48 Ta có: 0,36 x0,16 Quần thể ban đầu đã cho là cân bằng 2 Cách giải 2: QT2: 0,7AA; 0,2Aa; 0,1aa Gọi p là tần số tương đối của alen A Gọi q là tần số tương đối của alen a Ta có : p = 0,7 + 0,1 = 0,8 ; q = 0,1 + 0,1 = 0,2 Quần thể đạt trạng thái cân bằng khi thoả mãn : p2AA + 2pqAa + q2 aa = 1 Tức là 0,82 AA + 2.0,8.0,2Aa + 0,2 2 aa ≠ 0,7AA + 0,2Aa + 0,1aa quần thể không cân bằng Dạng 2: Từ số lượng kiểu hình đã cho xác định cấu trúc di truyền của quần thể (cho số lượng tất cả kiểu hình có trong quần thể). Cách giải: Xác định cấu trúc di truyền của quần thể như sau Tỷ lệ kiểu gen đồng hợp trội = số lượng cá thể do kiểu gen đồng hợp trội quy định/Tổng số cá thể của quần thể Tỷ lệ kiểu gen dị hợp = số cá thể do kiểu gen dị hợp quy định/ Tổng số cá thể của quần thể Tỷ lệ kiểu gen đồng hợp lặn = Số cá thể do kiểu gen đồng hợp lặn quy định/ Tổng số cá thể của quần thể. * Ví dụ: Ở gà, cho biết các kiểu gen: AA quy định lông đen, Aa quy định lông đốm, aa quy định lông trắng. Một quần thể gà có 410 con lông đen, 580 con lông đốm, 10 con lông trắng. a. Cấu trúc di truyền của quần thể nói trên có ở trạng thái cân bằng không? b. Quần thể đạt trạng thái cân bằng với điều kiện nào? c. Xác định cấu trúc di truyền của quần thể khi đạt trạng thái cân bằng? Hướng dẫn: a. Cấu trúc di truyền của quần thể được xác định dựa vào tỉ lệ của các kiểu gen: Tổng số cá thể của quần thể: 580 + 410 + 10 =1000 410 Tỉ lệ thể đồng hợp trội AA là: 0,41 1000 580 Tỉ lệ thể dị hợp Aa là: 0,58 1000 10 Tỉ lệ thể đồng hợp lặn aa là: 0,01 1000 12
Cấu trúc di truyền của quần thể như sau: 0,41 AA + 0,58 aa + 0,01 aa = 1 2 0,58 Cấu trúc này cho thấy quần thể không ở trạng thái cân bằng vì: 0,41x0,01 2 b. Điều kiện để quần thể đạt trạng thái cân bằng di truyền khi quá trình ngẫu phối diễn ra thì ngay ở thế hệ tiếp theo quần thể đã đat sự cân bằng di truyền. 0,58 c. Tần số alen A là : 0,41 0,7 2 Tần số của alen a là : 1 0.7 = 0,3 Sau khi quá trình ngẫu phối xảy ra thì cấu trúc di truyền của quần thể ở thế hệ sau là : (0,7 A: 0,3 a) x (0,7 A: 0,3 a) 0,49 AA + 0,42 Aa + 0,09 aa = 1 Với cấu trúc trên quần thể đạt trạng thái cân bằng vì thoả mãn (0,9)2 AA + 2(0,7 x 0,3) Aa + (0,3)2 aa = 1 Dạng 3: Từ số lượng kiểu hình đã cho xác định cấu trúc di truyền của quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền (chỉ cho tổng số cá thể và số cá thể mang kiểu hình lặn hoặc trội). Cách giải: Nếu biết tỷ lệ kiểu hình trội  kiểu hình lặn = 100% tỷ lệ kiểu hình trội Tỷ lệ kiểu gen đồng lặn = Số cá thể do kiểu gen lặn quy định/ Tổng số cá thể của quần thể. + Từ tỷ lệ kiểu gen đồng lặn (q2aa)  Tần số tương đối của alen lặn (qa)  Tần số tương đối của alen trội (pA). + Áp dụng công thức định luật p2 AA + 2pq Aa + q 2 aa = 1  cấu trúc di truyền quần thể. * Ví dụ: Quần thể ngẫu phối có thành phần kiểu gen đạt trạng thái cân bằng với 2 loại kiểu hình là hoa đỏ (do alen B trội hoàn toàn quy định) và hoa trắng (do alen b quy định). Tỷ lệ hoa đỏ 84%. Xác định cấu trúc di truyền của quần thể? Hướng dẫn: Gọi p là tần số tương đối của alen B; q là tần số tương đối alen b Tỷ lệ % hoa trắng bb = 100% 84% = 16% = q2 q = 0,4 p = 0,6 Áp dụng công thức định luật: p2 BB + 2pq Bb + q2 bb = 1 cấu trúc di truyền quần thể : 0,36BB + 0,48Bb + 0,16bb = 1 Dạng 4: Bài tập đa alen Quần thể cân bằng là triển khai của biểu thức (p + q + r + ...)2 = 1 Ví dụ: 4 nhóm máu: A, B, AB, O Gọi: p (IA); q (IB), r (IO) lần lượt là tần số tương đối các alen IA, IB, IO Ta có: p + q + r = 1 Quần thể cân bằng khi: p2 + 2pq + 2pr+ 2qr + q2 + r2 = 1 13
* Ví dụ: Giả thiết trong một quần thể người, tần số của các nhóm máu là: Nhóm A = 0,45 Nhóm B = 0,21 Nhóm AB = 0,3 Nhóm O = 0,004 Xác định tần số tương đối của các alen quy định nhóm máu và cấu trúc di truyền của quần thể? (Giả sử quần thể đang đạt trạng thái cân bằng Hacđi – Vanbec) Hướng dẫn: Gọi p, q, r lần lượt là tần số alen IA, IB, IO Quần thể đang đạt trạng thái cân bằng Hacđi – Vanbec có: Nhóm máu O = r2 = 0,004 Nhóm máu B = q2 + 2qr = 0,21 Nhóm máu AB = 2pq = 0,3 Tần số: p, q, r Xác định cấu trúc di truyền theo công thức: p2 + 2pq + 2pr+ 2qr + q2 + r2 = 1 Dạng 5: Tính tần số alen và tần số kiểu gen của gen nằm trên NST X. Ở giới XY: Tần số kiểu gen: XAY = pA Tần số kiểu gen : XaY = qa 1 Ở giới XX: pA = Tần số kiểu gen XAXA + Tần số kiểu gen XAXa 2 1 qa = 1 pA (= Tần số kiểu gen XaXa + Tần số kiểu gen XAXa) 2 Tỷ lệ kiểu gen ở giới XX: p2 XAXA + 2pq XAXa + q2 XaXa = 1 Tỷ lệ kiểu gen ở giới XY: pXAY + q XaY = 1 Chú ý: + Nếu quần thể có tần số các alen ở phần ♂ và ♀ bằng nhau thì: Trong cả quần thể do tỉ lệ đực : cái = 1: 1  Ở trạng thái cân bằng ta có: 0,5p2 XAXA + pq XAXa + 0,5q2 XaXa + 0,5p XAY + 0,5qXaY=1 + Nếu quần thể có tần số các alen ở phần ♂ và ♀ không bằng nhau Không cân bằng Cách tính tần số alen chung của quần thể (điều kiện ban đầu để quần thể cân bằng) A = p = (A♂ + 2A♀): 3 A = q = (a♂ + 2a♀): 3 *Ví dụ: Một quần thể người trên một hòn đảo có 50 phụ nữ và 50 đàn ông, hai người đàn ông bị bệnh mù màu. Hãy ước tính tần số alen bệnh mù màu và tần số phụ nữ mang gen gây bệnh ở trạng thái dị hợp? Biết rằng quần thể ở trạng thái cân bằng. Hướng dẫn: Bệnh mù màu do gen đột biến lặn nằm trên phần không tương đồng của NST X quy định, dạng bài này có đặc điểm: 14
48 Ở ♂: Tần số kiểu gen XAY = tần số của alen A = 0,96 50 Tần số kiểu gen XaY = tần số của alen a = 1 0,96 = 0,04 Ở ♀: Khi biết tần s ố các alen, tỉ lệ các kiểu gen ở ♀ tính theo công thức cơ bản: p2 XAXA + 2pq XAXa + q2 XaXa = 0,9216 XAXA + 0,0768 XAXa + 0,0016 XaXa + Tần số phụ nữ mang gen gây bệnh ở trạng thái dị hợp: 0,0768 Dạng 6: Sự cân bằng của quần thể khi có sự khác nhau về tần số alen ở giới đực và giới cái. (Xét gen trên NST thường) Giả thiết: Tần số alen A ở phần đực trong quần thể là p1 Tần số alen a ở phần đực trong quần thể là q1 Tần số alen A ở phần cái trong quần thể là p2 Tần số alen a ở phần cái trong quần thể là q2 Cấu trúc di truyền ở thế hệ sau (F1): (p1A + q1a) (p2A + q2a) =.......  Tần số alen chung: 1 p = (p1 + p2) 2 1 q = (q1 + q2) 2 Sự cân bằng sẽ đạt được ngay thế hệ F2 (Nếu là quần thể ngẫu phối) Cấu trúc di truyền của quần thể cân bằng là p2AA + 2pqAa + q2aa = 1 * Ví dụ: Tần số tư ơng đối của A ở phần đực trong quần thể là 0,8. Tần số tương đối của a ở phần đực trong quần thể là 0,2. Tần số tư ơng đối của A ở phần cái trong quần thể là 0,4. Tần số tương đối của a ở phần cái trong quần thể là 0,6. a. Xác định cấu trúc di truyền của quần th ể ở th ế h ệ th ứ nhất. b. Khi quần thể đạt trạng thái cân bằng di truyền thì có cấu trúc như thế nào? Hướng dẫn: a. Xác định cấu trúc di truyền của quần th ể ở th ế h ệ th ứ nh ất: b ằng s ự t ổ h ợp l ại các loại giao tử ♂ và ♀ Tần số alen của phần đực: A = 0,8; a = 0,2 Tần số alen của phần cái: A = 0,4; a = 0,6 Cấu trúc di truyền của quần th ể ban đầu là: (0,8 A : 0,2 a) ♂ x (0,4 A : 0,6 a) ♀ = 0,32 AA + 0,56 Aa + 0,12aa = 1 b. Tần số các alen chung của quần th ể: (điều kiện ban đầu để quần thể cân bằng) A = p = ( A♂ + A ♀) : 2 = 0,6 a = q = ( a♂ + a ♀) : 2 = 0,4 15
Cấu trúc di truyền của quần th ể khi cân bằng là: 0,36AA+ 0,48Aa+ 0,16 aa = 1 Dạng 7 : Xác định cấu trúc di truyền của quần thể trong tr ường h ợp nhi ều cặp gen phân li độc lập. * Ví dụ: Một quần thể giao phối có tần số tương đối của các alen như sau: A = 0,8; a = 0,2; B = 0,6; b = 0,4 các cặp gen phân li độc lập. Hãy xác định cấu trúc di truyền của quần thể? Hướng dẫn: Để xác định cấu trúc di truyền của quần thể giao phối liên quan tới 2 cặp alen có 2 cách: Cách 1: Xác định tỉ lệ các loại giao tử trong quần thể bằng cách tổ hợp các alen lại: giao tử AB = 0,8A. 0,6B = 0,48 giao tử Ab = 0,8A. 0,4b = 0,32 giao tử aB = 0,2a. 0,6B = 0,12 giao tử ab = 0,2a. 0,4b = 0,08 sau đó tổ hợp các giao tử lại sẽ xác định được cấu trúc di truyền quần thể: (0,48 AB + 0,32Ab + 0,12 aB + 0,08 ab)2 Cách 2: Xác định cấu trúc di truyền của quần thể về từng cặp alen sau đó tổ hợp lại. ( 0,64 AA + 0,32 Aa + 0,04 aa)( 0,36 BB + 0,48 Bb + 0,16 bb) Dạng 8: Quần thể chịu tác động của chọn lọc tự nhiên. Dưới tác động của chọn lọc tự nhiên, sự khác biệt về khả năng sống sót và khả năng sinh sản của các cá thể có kiểu gen khác nhau cũng như sự khác biệt về khả năng sống sót và khả năng thụ tinh của các loại giao tử có thể làm thay đổi tần số alen, tần số kiểu gen trong quần thể. * Ví dụ: Một quần thể ngẫu phối có thành phần kiểu gen ở thế hệ xuất phát ( P) là: 0,64 AA + 0,32 Aa + 0,04 aa = 1. Những cá thể mang kiểu gen aa không có khả năng sinh sản. Hãy xác định tần số tương đối của các alen và thành phần kiểu gen ở F1, F2. Hướng dẫn: Quần thể ban đầu (P) : 0,64 AA + 0,32 Aa + 0,04 aa = 1, có tần số tương đối của các alen là: p(A) = 0,8; q(a) = 0,2. Vì những cá thể có kiểu gen aa không có khả năng sinh sản nên cấu trúc di truyền của quần thể tham gia sinh sản (chỉ xét những cá thể có khả năng sinh sản) ở thế hệ (P) là: 0,64 AA + 0,32 Aa = 0,96 hay 0,67 AA + 0,33 aa = 1. Tần số tương đối của A là p = 0,835; tần số tương đối của a là q = 0,165. Thành phần kiểu gen và tần số các alen ở F1 là: (0,835)2 AA + 2. 0,835.0,165 Aa + (0,165)2 aa = 1. ↔ 0,697 AA + 0,276 Aa + 0,027 aa = 1. p(A) = 0,835; q(a) = 0,165. Tiếp tục tính tương tự, ở F1, tỉ lệ cá thể có khả năng sinh sản là: 16
0,697 AA + 0,276 Aa = 0,973 ↔ 0,716 AA + 0,284 Aa = 1. Tần số tương đối của các alen là: p(A) = 0,858; q(a) = 0,142. Thành phần kiểu gen và tần số các alen ở F2 là: (0,858)2 AA + 2. 0,858.0,142 Aa + (0,142)2 aa = 1. ↔ 0,736 AA + 0,244 Aa + 0,02 aa = 1. p(A) = 0,858; q(a) = 0,142. * Chú ý: Khi làm bài tập cần kiểm tra xem đề đã cho cấu trúc di truyền đó bằng 1 chưa, nếu chưa sẽ phải chuyển về tổng bằng 1 rồi mới áp dụng công thức đã học. Dạng 9: Quần thể chịu tác động của đột biến. Áp lực của đột biến phụ thuộc vào tần số đột biến và tính chất đột biến. Nếu đột biến xảy ra một chiều: (A  a hoặc a  A) thì dẫn đến sự tăng tần số của một alen tương ứng với mức giảm tần số của alen còn lại. Chẳng hạn như: Quần thể ban đầu (P) có tần số tương đối của A là p o , tần số alen a là qo . Đột biến alen A thành alen a với tần số đột biến = u.  tần số tương đối của các alen ở F1 là: p(A) = po po .u = po .(1u); q(a) = 1 p(A) = qo + po .u.  tần số tương đối của các alen ở Fn là: p(A) = po .(1u)n = po .eun ; q(a) = 1 p(A) . ( e ~ 2,71) Trường hợp đột biến nghịch, alen a thành alen A, ta cũng có công thức tính tương tự. Nếu đột biến xảy ra theo cả hai chiều( thuận và nghịch). A  a với tần số u, a  với tần số v. Ta có tần số tương đối của alen A là: p(A) = po + ∆p ; q(a) = 1 p(A) . Trong đó : ∆p = qo .v po .u. * Ví dụ: Xét gen có 2; alen A với tần số p0 ; alen a với tần số q0 ở thế hệ ban đầu. Biết rằng sau mỗi thế hệ tần số đột biến thuận A a là u = 105 . Xác định xem sau bao nhiêu thế hệ thì tần số alen A giảm đi một nửa so với ban đầu. Hướng dẫn: 1 Áp dụng công thức: pn = po (1 u)n = po .eu.n ; ta có pn = p0 2 1 p0 = po .eu.n n = 69 000 (thế hệ) 2 Dạng 10 : Xảy ra hiện tượng dòng gen (di – nhập gen ). Dòng gen là sự di chuyển các alen ra hoặc vào quần thể do sự di chuyển của các cá thể hữu thụ hoặc các giao tử của chúng làm thay đổi cấu trúc di truyền của các quần thể. *Ví dụ: Quần thể 1 có cấu trúc di truyền ban đầu là 0,81 AA + 0,18 Aa + 0,01aa = 1; quần thể 2 có 0,2 AA + 0,3 Aa + 0,5aa = 1. Ngẫu nhiên, một số cá thể có kiểu hình trội của quần thể 2 di chuyển sang nhập vào quần thể 1. Sau làn sóng di nhập đó, người ta thấy số cá thể có nguồn gốc từ quần thể 1 chiếm 20% tổng số cá thể của quần thể 2 . 17
Xác định cấu trúc di truyền của quần thể 2 sau khi di nhập. Hướng dẫn: Ngẫu nhiên, một số cá thể có kiểu hình trội của quần thể 2 di chuyển sang nhập vào quần thể 1 tỉ lệ kiểu gen trong các cá thể di nhập là: 0,2 AA : 0,3 Aa = 0,4 AA : 0,6 Aa. cấu trúc di truyền của quần thể 2 sau khi di nhập là: (0,81 AA + 0,18 Aa + 0,01aa ). 80% + (0,4 AA + 0,6 Aa) 20% = 1 ↔ 0,728 AA + 0,264 Aa + 0,008 aa = 1. 7.2.3. PHẦN III: CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VẬN DỤNG I. Câu hỏi tự luận: Bài 1 (Vận dụng): Ở 1 quần thể ngẫu phối, xét 2 gen, gen thứ nhất có 3 alen, nằm trên đoạn không tương đồng của NST giới tính X, gen thứ 2 có 5 alen, nằm trên NST thường. Trong trường hợp không xảy ra đột biến số loại kiểu gen tối đa về cả 2 gen trên được tạo ra trong quần thể này là bao nhiêu? Hướng dẫn: nn 1 33 1 Số kiểu gen của gen thứ nhất là: n 3 9 2 2 nn 1 55 1 Số kiểu gen của gen thứ 2 là: 15 2 2 Vậy số kiểu gen tối đa về cả 2 gen này là: 9 x 15 = 135 Bài 2 (Vận dụng): (Trích: Câu 4 đề thi GVG THPT năm học 2012 2013 tỉnh Vĩnh Phúc) Ở một loài động vật xét locut 1 gồm 2 alen, locut 2 gồm 3 alen, locut 3 gồm 2 alen, locut 4 gồm 3 alen. Hãy xác định số kiểu giao phối khác nhau có thể có ở loài trong các trường hợp sau: a. Trường hợp 1: Các locut nằm trên các cặp nhiễm sắc thể thường khác nhau. b. Trường hợp 2: Locut 1 và locut 2 cùng nằm trên một cặp nhiễm sắc thể thường, locut 3 và locut 4 cùng nằm trên nhiễm sắc thể giới tính X không có alen tương ứng trên Y. Hướng dẫn: a. Trường hợp 1: Số loại kiểu gen khác nhau trong quần thể 22 1 33 1 22 1 33 1 x x x 324 2 2 2 2 2 Số kiểu giao phối có thể có: 324 + C324 b. Trường hợp 2: 18
Số loại kiểu gen của hai giới trong quần thể 2 x3( 2 x3 1) 2 x3(2 x3 1) Giới XX: x = 441 2 2 2 x3( 2 x3 1) Giới XY: x2x3 = 126 2 Số loại kiểu gen của hai giới trong quần thể: 441+126=567 Số kiểu giao phối: 441 x 126 = 55.566 Bài 3 (Vận dụng): Trong quần thể của 1 loài thú, xét 2 locut, locut 1 có 3 alen là A 1, A2, A3; locut 2 có 2 alen là B và b. Cả 2 locut đều nằm trên đoạn không tương đồng của NST giới tính X và các alen của 2 locut này liên kết không hoàn toàn. Biết rằng không xảy ra đột biến, tính theo lí thuyết, số kiểu gen tối đa về 2 locut trên trong quần thể là bao nhiêu? Hướng dẫn: nm nm 1 2 x3 2 x 3 1 Số kiểu gen tối đa về 2 locut này là: nm 2 x3 27 2 2 Bài 4 (Vận dụng): Trong quần thể của một loài động vật lưỡng bội, xét một locut có 3 alen nằm trên vùng tương đồng của NST giới tính X và Y. Biết rằng không xảy ra đột biến, theo lí thuyết, số loại kiểu gen tối đa về locut trên trong quần thể là bao nhiêu? Hướng dẫn: nn 1 33 1 Số loại kiểu gen tối đa về locut trên là: n2 32 15 2 2 Bài 5 (Vận dụng): (Trích: Câu 11 đề thi HSG quốc gia năm 2007) Ở 1 quần thể sinh vật ngẫu phối, xét 3 locut trên NST thường, mỗi locut đều có 2 alen khác nhau. Hãy xác định số kiểu gen khác nhau có thể có trong quần thể ở 2 trường hợp: a. Tất cả các locut đều phân li độc lập b. Tất cả các locut đều liên kết với nhau Hướng dẫn: nn 1 mm 1 kk 1 Số kiểu gen tối đa là: x x 3 x3 x3 27 2 2 2 nmk nmk 1 2 x 2 x 2 2 x 2 x 2 1 Số kiểu gen tối đa là: 36 2 2 Bài 6 (Hiểu): Quần thể có cấu trúc di truyền: 0,6 AA + 0,2 Aa + 0,2 aa = 1. Xác định tần số alen của quần thể? Hướng dẫn: 0,2 Tần số alen A = p = 0,6 0,7 2 19
Tần số alen a = q = 1 – 0,7 = 0,3 Bài 7 (Hiểu): Xét một quần thể có 2 alen (A, a). Quần thể khởi đầu có số lượng cá thể tương ứng với từng loại kiểu gen là: 65AA: 26Aa: 169aa. Tần số tương đối của mỗi alen trong quần thể này? Hướng dẫn: Tổng số cá thể trong quần thể khởi đầu là: 65 + 26 + 169 = 260 Tần số KG: 65 AA 0,25 260 26 Aa 0,1 260 169 aa 0,65 260 Tần số alen: 0,1 A = 0,25 = 0,3 2 a = 1 – 0,3 = 0,7 Bài 8 (Hiểu): Khi thống kê số lượng cá thể của một quần thể sóc, người ta thu được số liệu: 105AA: 15Aa: 30aa. Xác định tần số tương đối của mỗi alen trong quần thể? Hướng dẫn: Tương tự bài 7, ta có tần số tương đối của mỗi alen trong quần thể: A = 0,75; a = 0,25 Bài 9 (Vận dụng): Cấu trúc di truyền của quần thể ban đầu : 0,2 AA + 0,6 Aa + 0,2 aa = 1. Sau 2 thế hệ tự phối thì cấu trúc di truyền của quần thể sẽ là bao nhiêu? Hướng dẫn: Ta có: 0,6 Aa 0,15 22 0,6 0,15 AA 0,2 0,425 2 aa 1 0,15 0,425 0,425 Cấu trúc di truyền của quần thể là: 0,425 AA + 0,15 Aa + 0,425 aa = 1 Bài 10 (Vận dụng): (Trích: Câu 9 đề HSG sinh 12 năm 2009 tỉnh Vĩnh Phúc) Một quần thể thực vật tự thụ phấn có tỉ lệ kiểu gen ở thế hệ P: 0,45AA : 0,30Aa : 0,25aa. Biết rằng cây có kiểu gen aa không có khả năng kết hạt. Theo lí thuyết, tỉ lệ cây không kết hạt ở thế hệ F1 là bao nhiêu? Hướng dẫn: 20