SKKN Bồi dưỡng nâng cao chuyên đề bài tập di truyền quần thể

BỒI DƯỠNG NÂNG CAO CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP DI TRUYỀN QUẦN THỂ I Đặt vấn đề Trong chương trình sinh học lớp 12, phần di truyền quần thể liên quan đến phép toán thống kê trừu tượng, học sinh chuyển từ dạng tập phép lai cá thể với dễ hình dung sang dạng tập nhiều cá thể (quần thể): bao gồm quần thể tự thụ phấn, quần thể giao phối ngẫu nhiên nên gặp nhiều khó khăn Việc bồi dưỡng để em học sinh thành thạo tập di truyền quần thể có nhiều ứng dụng thực tiễn không đơn giải tập đề thi Từ thực tế trên, tiến hành đề tài: “Bồi dưỡng nâng cao chuyên đề tập di truyền quần thể” II Nội dung nghiên cứu Cơ sở lí luận thực tiễn - Di truyền quần thể nội dung khó trừu tượng, thời lượng dành cho phần ít, có tiết sách giáo khoa sinh học 12 Các tập đề thi tốt nghiệp, đề thi đại học đề thi học sinh giỏi Quốc gia đa dạng khó Hơn phần di truyền quần thể liên quan đến tập tiến hố nên địi hỏi học sinh phải vận dụng kiến thức linh hoạt - Trong chương trình sinh học 12 phần tập di truyền học quần thể gây nhiều khó khăn học sinh Trong chương trình phổ thơng trang bị lý thuyết, khơng có tiết rèn luyện tập, sách tập sinh học 12 dạng tốn quần thể có để học sinh luyện tập Nội dung đề tài 2.1 Một số khái niệm - Vốn gen: tập hợp alen tất gen quần thể Thực tế vốn gen thay đổi tác động nhân tố tiến hoá - Tần số alen gen tính tỉ lệ số lượng alen tổng số alen loại alen khác gen quần thể thời điểm xác định - Tần số loại kiểu gen quần thể tính tỉ lệ số cá thể có kiểu gen tổng số thể có quần thể - Tự thụ phấn tượng giao tử đực giao tử thuộc kết hợp với - Giao phối ngẫu nhiên tượng cá thể quần thể giao phấn tự (quần thể thực vật) giao phối tự với (quần thể động vật) 2.2 Quần thể tự thụ phấn 2.2.1 Xét trường hợp gen có alen nằm NST thường - Nếu F0: 100% Aa F1: 1/4 AA : 1/2 Aa : 1/4 aa F2: 3/8 AA : 1/4 Aa : 3/8 aa … Fn: − AA : Aa : − aa - Nếu F0: x AA : y Aa : z aa = Fn: [x + y  − ] AA : y  Aa : [z + y  − ] aa Áp dụng: Bài tập 1: Một loài thực vật, alen A quy định hoa đỏ; alen a quy định hoa trắng P: Cây hoa đỏ tự thụ phấn thu F1 có hoa đỏ hoa trắng a Cho toàn F1 tự thụ phấn thu F2; lấy hoa đỏ F2, xác suất gặp kiểu gen dị hợp bao nhiêu? b Cho toàn hoa đỏ F1 tự thụ phấn, xác định tỉ lệ kiểu gen F2 Giải: F1 có đỏ trắng → P có kiểu gen Aa F1: 1/4AA : 1/2Aa : 1/4aa a F1 tự thụ phấn, F2: 3/8AA : 1/4Aa : 3/8aa Tỉ lệ kiểu gen dị hợp số hoa đỏ F2 là: 1/4 : 5/8 = 0,4 b Cho toàn hoa đỏ F1 tự thụ phấn, xác định tỉ lệ kiểu gen F2 Toàn hoa đỏ F1: 1/3AA : 2/3Aa F2: 1/3AA : 2/3 (1/4AA : 1/2Aa : 1/4aa) = 1/2AA : 1/3Aa : 1/6aa Bài tập 2: Một loài thực vật, alen A quy định hoa đỏ trội hoàn toàn so với alen a quy định hoa trắng Kiểu gen aa khơng sinh sản có sức sống bình thường P: Cây hoa đỏ tự thụ phấn thu F1 có hoa đỏ hoa trắng Cho F1 tự thụ phấn tạo F2 Xác định tỉ lệ kiểu gen F2 Giải: P: Aa × Aa F1: 1/4 AA : 1/2 Aa : 1/4 aa Do aa không sinh sản nên F1 tự thụ phấn: F1: 1/3AA : 2/3 Aa tự thụ phấn F2: 1/3AA : 2/3 (1/4 AA : 1/2 Aa : 1/4 aa) = 1/2 AA : 1/3 Aa : 1/6 aa 2.2.2 Xét trường hợp cặp gen NST NST thường khác Bài tập 1: F0: AaBb a Xác định tỉ lệ kiểu gen F1: F1: (1/4 AA : 1/2 Aa : 1/4 aa)(1/4 BB : 1/2 Bb : 1/4 bb) = 1/16 AABB : 2/16 AaBB : 2/16 AABb : 4/16 AaBb : 2/16 Aabb : 2/16 aaBb : 1/16 aaBB : 1/16 AAbb : 1/16 aabb b Lấy tồn có kiểu hình A-B- F2 cho tự thụ phấn, xác định tỉ lệ kiểu hình thu đời Cách 1: 1/9 AABB: tự thụ phấn cho ra: 1/9 A-B2/9 AABb: tự thụ phấn cho ra: 2/9 (3/4 A-B- : 1/4 A-bb) 2/9 AaBB: tự thụ phấn cho ra: 2/9 (3/4 A-B- : 1/4 aaB-) 4/9 AaBb: tự thụ phấn cho ra: 4/9 (9/16 A-B- : 3/16 A-bb : 3/16 aaB-: 1/16 aabbb) Cộng loại kiểu hình ta được: 25/36 Cao đỏ (A-B-) : 5/36 Cao trắng (A-bb): 5/36 Thấp đỏ (aaB-): 1/36 Thấp trắng (aabb) Cách 2: 1/9 AABB : 2/9 AABb : 2/9 AaBB : 4/9 AaBb = (1/3 AA : 2/3 Aa) (1/3 BB : 2/3 Bb) = (5/6 A- : 1/6 aa)(5/6 B- : 1/6 bb) = 25/36 A-B- : 5/36 A-bb : 5/36 aaB- : 1/36 aabb Cách áp dụng đặt thừa số chung thành tích tỉ lệ kiểu gen Bài tập 2: F0: 0,4 AaBb : 0,2 AaBB : 0,4 Aabb, tự thụ phấn, xác định tỉ lệ kiểu gen đồng hợp cặp gen F1 Trong trường hợp ghép thành tích tỉ lệ kiểu gen trường hợp ta làm sau: F0: Aa (0,4 Bb : 0,2 BB : 0,4 bb) F1: (1/4 AA : 1/2 Aa : 1/4 aa)[0,4 (1/4 BB : 1/2 Bb : 1/4 bb) : 0,2 BB : 0,4 bb] (1/4 AA : 1/2 Aa : 1/4 aa)(0,3 BB : 0,2 Bb : 0,5 bb) Tỉ lệ kiểu gen đồng hợp cặp F1 là: = (AA + aa)(BB + bb) = 0,4 Bài tập 3: F0: 0,4 AaBb : 0,2 AaBB : 0,4 aabb, tự thụ phấn Hãy xác định tỉ lệ kiểu gen dị hợp cặp gen F1 Trường hợp khơng tách riêng thành cặp gen vì: (0,6 Aa : 0,4 aa)(0,2 BB : 0,4 Bb : 0,2 bb) khác với 0,4 AaBb : 0,2 AaBB : 0,4 aabb Cách giải này: F0: 0,4 AaBb : 0,2 AaBB : 0,4 aabb, ta tính riêng loại kiểu gen F1: 0,4 (1/4AA : 1/2Aa : 1/4aa)(1/4BB : 1/2Bb : 1/4bb) : 0,2(1/4AA : 1/2Aa : 1/4aa)BB : 0,4aabb Tỉ lệ kiểu gen dị hợp cặp gen F1 là: 0,3 2.2.2 Xét trường hợp cặp gen cặp NST thường liên kết gen hoàn toàn AB F0: , tự thụ phấn ab − AB AB − ab Fn: ∶ : AB ab ab 2 AB Ab Ab VD: F0: 0,4 : 0,4 : 0,2 ab aB ab Tự thụ phấn, xác định tỉ lệ kiểu gen đồng hợp cặp gen F2: AB AB ab Ab Ab ab : : ) : 0,4 ( : : ): AB ab ab Ab ab ab Ab Ab aB 0,2 ( : : ) Ab aB aB Tỉ lệ kiểu gen đồng hợp cặp gen F2: Ta có F2: 0,4 ( 0,4 × 0,75 + 0,4 × 0,75 + 0,2 × 0,75 = 0,75 Các trường hợp liên kết gen khác áp dụng tương tự 2.2 Quần thể giao phấn ngẫu nhiên 2.2.1 Định luật Hacđi - Vanbec Nội dung: Trong quần thể lớn, ngẫu phối, yếu tố làm thay đổi tần số alen thành phần kiểu gen quần thể trì khơng đổi từ hệ sang hệ khác theo đẳng thức: p2 AA + 2pq Aa + q2 aa = 1; pA + qa = Điều kiện nghiệm đúng: (1) Quần thể phải có kích thước lớn; (2) Các cá thể quần thể phải giao phối với cách ngẫu nhiên; (3) Các cá thể khác phải có sức sống khả sinh sản nhau; (4) Đột biến không xảy hay xảy tần số đột biến thuận phải đột biến nghịch; (5) Quần thể phải cách li với quần thể khác Ý nghĩa: Từ tỉ lệ kiểu hình quần thể suy tần số alen thành phần kiểu gen quần thể Giải thích có quần thể ổn định thời gian dài 2.2.2 Áp dụng định luật Hacđi - Vanbec Bài tập 1: Một loài thực vật, Alen A quy định hoa đỏ trội hoàn toàn so với alen a quy định hoa trắng Quần thể cân di truyền có tỉ lệ kiểu hình hoa trắng chiếm 16% a Xác định tần số tương đối alen b Cho toàn hoa đỏ quần thể giao phấn ngẫu nhiên Xác định tỉ lệ kiểu gen đời Giải: a Ta có aa = 16% → a = 0,4; A = 0,6 b F0: 0,36 AA : 0,48 Aa : 0,16 aa Toàn đỏ: 3/7 AA : 4/7 Aa, giao phấn ngẫu nhiên Tỉ lệ giao tử: (5/7 A : 2/7 a) × (5/7 A : 2/7 a) → F1: 25/49 AA : 20/49 Aa : 4/49 aa Bài tập 2: Ở người, alen A quy định kiểu hình da bình thường trội hoàn toàn so với alen a quy định bệnh bạch tạng Một người đàn ơng da bình thường kết với người phụ nữ da bình thường Biết người đàn ông thuộc quần thể cân di truyền có tỉ lệ người bạch tạng chiếm 1%; người phụ nữ có mẹ bạch tạng Xác suất sinh người da bình thường người da bạch tạng cặp vợ chồng Giải: Quần thể người chồng: a = 0,1; A = 0,9 Tỉ lệ kiểu gen 0,81 AA : 0,18 Aa : 0,01 aa Người chồng có kiểu gen: 9/11 AA : 2/11 Aa Người vợ chắn có kiểu gen Aa mẹ bị bạch tạng (aa) Để sinh người aa cặp vợ chồng phải có kiểu gen Aa × Aa với xác suất 2/11 Xác suất sinh người da bình thường người da bạch tạng cặp vợ chồng là: 2/11 × 3/4 × 1/4 × = 3/44 Phân tích: tập tính xác suất sinh gồm bình thường bị bệnh trên: Đầu tiên phải tính xác suất để bố mẹ có kiểu gen dị hợp: Aa × Aa Sau tính xác suất sinh A- xác suất sinh aa Aa × Aa Vì có kiểu hình khác nên ta cần nhân tích với = 2.3 Mở rộng định luật Hacđi Vanbec 2.3.1 Định luật Hacđi - Vanbec với gen đa alen Xét trường hợp gen có alen nằm NST thường: A = p; a = q; a1 = r Trong pA + qa + ra1 = 1; (pA + qa + ra1)2 = p2 AA + q2 aa + r2 a1a1 + 2pq Aa + 2pr Aa1 + 2qr aa1 = VD: Nhóm máu người alen IA, IB, IO quy định, kiểu gen IAIA, IAIO quy định nhóm máu A; IBIB, IBIO quy định nhóm máu B; IAIB quy định nhóm máu AB; IOIO quy định nhóm máu O Một quần thể người cân di truyền có tỉ lệ nhóm máu: 21% người có nhóm máu A; 45% người nhóm máu B; 30% người nhóm máu AB; 4% người nhóm máu O a Xác định tần số tương đối alen b Bố nhóm máu A, mẹ nhóm máu B Tính xác suất sinh có nhóm máu O Giải: a Ta có IOIO = 4% → IO = 0,2; IAI- + IOIO = p2 + 2pr + r2 = (p + r)2 = 0,21 + 0,04 = 0,25 Suy IA = 0,3; IB = 0,5; IO = 0,2 b Để sinh nhóm máu O bố phải có kiểu gen IAIO với xác suất 4/7 Mẹ phải có kiểu gen IBIO với xác suất 4/9 Xác suất sinh nhóm máu O: 4/7 × 4/9 × 1/4 = 4/63 2.3.2 Định luật Hacđi Vanbec với gen nằm NST giới tính Trường hợp gen NST giới tính, tần số alen giống giới - Đối với locus NST X khơng có alen tương ứng Y, với alen có loại kiểu gen - Giới (hoặc giới XX): tần số kiểu gen tính giống trường hợp alen NST thường: p2 XAXA + 2pq XAXa + q2 XaXa = - Giới đực (hoặc giới XY): Chỉ có alen X → p XAY + q XaY = Trong quần thể tỉ lệ đực : = : Ở trạng thái cân ta có: 0,5p2 XAXA + pq XAXa + 0,5q2 XaXa + 0,5p XAY + 0,5q XaY= 2.3.3 Trạng thái cân di truyền quần thể có sai biệt tần số alen giới Trên thực tế, tần số alen nhiễm sắc thể thường hai giới tính khác Khi việc áp dụng nguyên lý Hacđi –Vanbec có khác biệt Để xét quần thể này, ta sử dụng ký hiệu giả thiết sau: Alen Tần số Giới đực Giới A p’ p’’ a q’ q’’ Tổng 1 Bằng cách lập bảng tổ hợp giao tử, ta xác định cấu trúc di truyền quần thể sau hệ ngẫu phối: Đực (p’A : q’a) × (p’’A : q’’a) = p’p’’AA : (p’q’’+ p’’q’) Aa : q’q’’aa Rõ ràng khơng thỏa mãn cơng thức Hacđi-Vanbec Ta tính tần số alen quần thể hệ F1 sau: f (A) = p’p’’+ 1/2 (p’q’’+ p’’q’) Thay giá trị q’’= – p’’, ta có: pA =1/2 (p’ + p”) Tương tự: qa = 1/2 (q’ +q”) Cấu trúc di truyền quần thể hệ thoả mãn công thức Hacđi-Vanbec: p2 AA : 2pq Aa : q2 aa Như tần số alen khởi đầu khác hai giới, chúng sau hệ ngẫu phối quần thể đạt trạng thái cân sau hai hệ Ví dụ: Một quần thể khởi đầu có tần số alele A a hai giới sau: p’ = 0,8; q’= 0,2; p” = 0,4; q” = 0,6 Nếu ngẫu phối xảy ra, hệ thứ có tần số kiểu gene là: 0,32AA : 0,56Aa : 0,12aa Và tần số cân alen lúc sau: p = (0,8 + 0.4) : = 0,6 p = 0,32 + 0,56 : = 0,6 q = (0,2 + 0,6) : = 0,4 q = 0,12 + 0,56 : = 0,4 Ở hệ thứ hai, quần thể đạt cân với tần số kiểu gen là: 0,36AA : 0,48Aa : 0,16aa Nếu tần số alen khác giới, trình ngẫu phối xảy phải đến hệ thứ hai trở quần thể đạt trạng thái cân di truyền 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái cân di truyền quần thể 2.4.1 Đột biến Gọi tần số alen A = p0, a =q0 Tần số đột biến biến A thành a u tần số đột biến ngược biến a thành A v Như thay đổi tần số alen a hệ sau q = up0 - vq0 Như p0 tương đối lớn q0 nhỏ q lớn Nói cách khác tần số alen a hệ sau gia tăng nhanh chóng Khi q ngày trở nên lớn p ngày nhỏ đến lúc q trở nên khơng, tức tần số alen a không gia tăng thêm nữa, p q trạng thái cân Tức q = = up - vq hay up = vq Ta gọi tần số alen a đạt trạng thái cân q’ alen A p’ Vì p’ + q’ = nên up’ = vq’ u(1 - q’) = vq’ → u = uq’ + vq’ = q’(u+v) u v q’ = ;p= u+v u+v Như tần số đột biến ngược tần số đột biến xi u = v p’ = q’ tần số alen A a trạng thái cân Nói cách khác tốc độ đột biến xuôi ngược đột biến khơng làm thay đổi tần số alen quần thể tần số alen A tần số alen a Nếu tần số đột biến xi ngược khơng nhau, thí dụ, u = 0,00005 v = 0,00003 q’ = 5/8 = 0,625 p’ = 3/8 = 0,375 Nói cách tần số alen A quần thể 0,375 tần số alen a = 0,625 tần số đột biến không làm thay đổi tần số alen quần thể Tóm lại, tần số alen gen quần thể gia tăng nhanh hay chậm tuỳ thuộc vào tần số đột biến phụ thuộc vào tần số tương đối quần thể 2.4.2 Giao phối có chọn lọc, nội phối a Giao phối có chọn lọc: VD: Một loài động vật, alen A quy định lông vàng, alen a quy định lông trắng; gen nằm NST thường Trong quần thể, cá thể loài giao phối ngẫu nhiên với Quần thể xuất phát có F0: 0,16 AA : 0,48 Aa : 0,36 aa Xác định tần số alen thành phần kiểu gen F1 Giải: cá thể màu giao phấn ngẫu nhiên với nên ta có: F0: 0,16 AA : 0,48 Aa : 0,36 aa 0,64 (1/4 AA : 3/4 Aa) × (1/4 AA : 3/4 Aa) : 0,36 (aa × aa) = 0,64 [(5/8 A : 3/8 a) × (5/8 A : 3/8 a)] : 0,36 (a × a) F1: 0,64 (25/64 AA : 30/64 Aa : 9/64 aa) : 0,36 aa = 1/4 AA : 3/10 Aa : 9/20 aa b Nội phối: - Nếu tần số thể đồng hợp tử cao lý thuyết kết nội phối - Nội phối làm tăng đồng hợp tử với mức giảm dị hợp tử VD 1: Tần số kiểu gen AA, Aa, aa quần thể cách ly 0,375, 0,25 0,375 Tính tần số alen; xác định xem quần thể có trạng thái cân khơng, khơng, giải thích sao? Giải: Trước hết tính tần số alen: pA = 0,375 + 0,125 = 0,5 qa = - 0,5 = 0,5 Nếu quần thể trạng thái cân tần số dị hợp tử phải 2pq = 2.(0,5).(0,5) = 0,5 50%; tần số đồng hợp tử (0,5)2 = 0,25 Quần thể không trạng thái cân bằng, số dị hợp tử giảm số tăng đồng hợp tử Hiện tượng nội phối, nghĩa số cá thể tự thụ phấn giao phối cận huyết Nội phối làm thay đổi tần số kiểu gen, tần số alen không thay đổi - Nếu quần thể có (tỉ lệ F) cá thể nội phối tần số kiểu gen tính (p2 + Fpq) (AA) + (2pq - 2Fpq) (Aa) + (q2 + Fpq) (aa) = VD 2: Trong quần thể ruồi có 20% số cá thể nội phối Cho qa = 0,4 Hãy tính tần số kiểu gen F1 Ta có F = 0,2; q = 0,4 p = 0,6 Tần số kiểu gen AA = p2 + Fpq = 0,36 + 0,048 = 0,408 Tần số kiểu gen aa = q2 + Fpq = 0,16 + 0,048 = 0,208 Tần số kiểu gen Aa = 2pq - 2Fpq = 0,48 - 0,096 = 0,384 - Hệ số nội phối tính bằng: - (tần số dị hợp tử quan sát được/tần số dị hợp tử theo lý thuyết) VD 3: Trong quần thể yến mạch hoang dại, tần số đồng hợp tử trội, dị hợp tử đồng hợp tử lặn 0,67, 0,06 0,27 Tính hệ số nội phối Trước hết tính tần số alen: p = 0,67 + 1/2(0,06) = 0,7 q = - 0,7 = 0,3 Tần số dị hợp tử theo lí thuyết: 2pq = 2(0,3)(0,7) = 0,42 Hệ số nội phối = - (0,06/0,42) = 0,86 Đây hệ số nội phối cao cho thấy hầu hết yến mạch quần thể sinh sản cách tự thụ phấn VD 4: Thế hệ thứ quần thể động vật trạng thái cân di truyền có q(a) = 0,2; p(A) = 0,8 Thế hệ thứ hai quần thể có cấu trúc 0,672AA : 0,256Aa : 0,072aa Xác định cấu trúc di truyền quần thể hệ thứ ba Biết cách thức giao phối tạo hệ thứ ba giống cách thức giao phối tạo hệ thứ hai Giải: - Thế hệ thứ có q = 0,2, p = 0,8 nên cấu trúc quần thể trạng thái cân 0,64 AA : 0,32 Aa : 0,04 aa - So với quần thể hệ thứ hệ thứ hai có tăng tỉ lệ cá thể đồng hợp giảm tỉ lệ dị hợp - Thế hệ thứ hai có qa = 0,072 + 0,256/2 = 0,2; → pA = 0,8 chứng tỏ tần số alen không đổi quần thể xảy giao phối cận huyết hay nội phối - Tỉ lệ Aa giảm: 0,32 - 0,256 = 0,064 → Fpq = 0,064 → hệ số nội phối F = 0,064: 0,32 = 0,2 - Thế hệ thứ ba có Aa = 0,256 × 0,8 = 0,2048 → Aa giảm : 0,256 - 0,2048 = 0,0512 → AA aa tăng thêm 0,0512 : = 0,0256 → AA = 0,672 + 0,0256 = 0,6976 aa = 0,072 + 0,0256 = 0,0976 Cấu trúc di truyền hệ thứ ba 0,6976 AA : 0,2048 Aa : 0,0976 aa 2.4.3 Di nhập gen - Di nhập gen làm thay đổi tần số alen quần thể cho quần thể nhận - Mức độ thay đổi tần số alen phụ thuộc vào chênh lệch số cá thể vào quần thể số cá thể khỏi quần thể; chênh lệch tần số alen quần thể cho quần thể nhận VD 1: trường hợp có di nhập gen chiều: Quần thể có tần số alen: A = 0,6; a = 0,4 Quần thể có tần số alen: A = 0,2; a = 0,8 Các cá thể quần thể nhập cư vào quần thể chiếm 30% số cá thể quần thể Xác định cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân di truyền Giải: Quần thể mới: A = 0,3 × AQT1 + 0,7 × AQT2 = 0,3 × 0,6 + 0,7 × 0,2 = 0,32 → a = 0,68 Cấu trúc di truyền quần thể là: 10 0,1024 AA : 0,4352 Aa : 0,4624 aa = Công thức: Gọi A1 tần số alen quần thể 1; A2 tần số alen quần thể 2; m tỉ lệ số cá thể quần thể quần thể mới, - m tỉ lệ số cá thể quần thể quần thể Tần số alen A quần thể là: A = m × A1 + (1-m) × A2; a = - A * Trong trường hợp quần thể có trao đổi cá thể với nhau, giả sử biết tỉ lệ số cá thể trao đổi quần thể, tính tần số alen quần thể sau nhập cư; hai quần thể nhập thành quần thể quần thể có tần số alen thành phần kiểu gen nào? VD 2: (Trích đề thi HSG Quốc Gia năm 2019) Hai quần thể rắn nước thuộc lồi có số lượng cá thể lớn Quần thể I sống mơi trường đất ngập nước có số cá thể gấp lần số cá thể quần thể II sống hồ nước Biết rằng, gen quy định tính trạng màu sắc vảy có hai alen: alen A quy định có sọc thân trội hồn tồn so với alen a quy định khơng sọc; quần thể I có tần số alen A 0,8; quần thể II có tần số alen a 0,3 a Do hai khu vực sống gần nhau, nên 25% cá thể quần thể đất ngập nước di cư sang khu vực hồ có 20% cá thể từ hồ di cư sang khu đất ngập nước Việc di cư diễn đồng thời thời gian ngắn không làm thay đổi sức sống, sức sinh sản cá thể Hãy tính tần số alen hai quần thể sau di - nhập cư b Người ta đào mương lớn nối liền khu đất ngập nước với hồ nước nên cá thể hai quần thể dễ dàng di chuyển qua lại giao phối ngẫu nhiên tạo thành quần thể Biết quần thể không chịu tác động nhân tố tiến hóa Hãy tính tần số alen thành phần kiểu gen quần thể sau mùa sinh sản c Khi mơi trường sống thay đổi, kiểu hình khơng sọc trở nên bất lợi bị chọn lọc tự nhiên loại bỏ hoàn toàn Nhưng sau nhiều hệ, người ta quan sát thấy cá thể rắn không sọc xuất dù Biết quần thể khơng chịu tác động nhân tố tiến hóa khác Hãy giải thích tượng Giải: Quy ước: N1, N2 số lượng cá thể hai quần thể I II (N1 = 3N2) p1, p2 tần số alen A hai quần thể I II q1, q2 tần số alen a hai quần thể I II Tần số alen hai quần thể sau di - nhập cư: - Quần thể I: Số lượng cá thể: 0,75N1 + 0,2N2 11 Tần số alen A: p1* = (p × 0,75N ) + (p × 0,2N ) 0,75N + 0,2N (p × 0,75 × 3N ) + (p × 0,2N ) = 0,79 p1* = 0,75 × 3N + 0,2N → Tần số alen a: q1* = - p1* = - 0,79 = 0,21 - Quần thể II: Số lượng cá thể: 0,25N1 + 0,8N2 Tần số alen A: p2* = (p × 0,25N ) + (p × 0,8N ) 0,25N + 0,8N (p × 0,25 × 3N ) + (p × 0,8N ) p2* = = 0,748 0,250,25 × 3N + 0,8N → Tần số alen a: q2* = - p2* = 1- 0,748 = 0,252 b Khi hai quần thể nhập thành quần thể mới: Số lượng cá thể quần thể mới: N1 + N2 → Tần số alen A: p = (p × N ) + (p × N ) N + N = 0,775 → Tần số alen a: q = - p = 0,225 - Sau hệ ngẫu phối, thành phần kiểu gen quần thể là: (pA + qa)2 = p2 AA + 2pq Aa + q2 aa ≈ 0,6AA + 0,35Aa + 0,05aa = c Quần thể có số lượng lớn, giao phối ngẫu nhiên giúp cho alen lặn có hại phát tán quần thể - Alen lặn không biểu thể dị hợp, nên bị tác động loại bỏ CLTN trạng thái đồng hợp lặn → CLTN làm giảm tần số bắt gặp hình lặn, khơng thể loại bỏ hoàn toàn alen khỏi quần thể 2.4.4 Chọn lọc tự nhiên a Giá trị thích nghi hệ số chọn lọc Mặt chủ yếu chọn lọc tự nhiên phân hoá khả sinh sản tức khả truyền gen cho hệ sau Khả đánh giá hiệu suất sinh sản, ước lượng số cá thể hệ So sánh hiệu suất sinh sản dẫn tới khái niệm giá trị chọn lọc hay giá trị thích nghi (giá trị chọn lọc hay giá trị thích ứng, kí hiệu w), phản ánh mức độ sống sót truyền lại cho hệ sau kiểu gen (hoặc alen) Ví dụ: kiểu hình dại trội (AA) Aa để lại cho đời sau 100 cháu mà kiểu hình đột biến lặn (aa) để lại 99 cháu, ta nói giá trị thích nghi alen A 100% (WA = 1) giá trị thích nghi alen a 99% (Wa=0,99) Sự chênh lệch giá trị chọn lọc alen (trội lặn) dẫn tới 12 khái niệm hệ số chọn lọc (Salective coeffcient), thường kí hiệu S Hệ số chọn lọc phản ảnh chênh lệch giá trị thích nghi alen, phản ánh mức độ ưu alen với trình chọn lọc + Nếu WA = Wa → S = 0, nghĩa giá trị thích nghi alen A a tần số tương đối alen A a quần thể không đổi + Nếu WA = 1, Wa = → S = 1, nghĩa thể có kiểu gen aa bị đào thải hồn tồn đột biến a gây chết bất dục (khơng sinh sản được) Như vậy, giá trị S lớn tần số tương đối alen biến đổi nhanh hay nói cách khác, giá trị hệ số chọn lọc (S) phản ánh áp lực chọn lọc tự nhiên b Chọn lọc alen chống lại giao tử hay thể đơn bội - Giả sử quần thể có loại giao tử A = p giao tử mang alen a = q - Nếu CLTN chống lại giao tử mang mang alen a với hệ số chọn lọc s → Giá trị thích nghi Wa = - s Sau hệ, biến thiên tần số alen lặn tính: ∆q = −sq(1 − q) − sq c Đào thải alen lặn thể lưỡng bội Kiểu gen aa với hệ số chọn lọc s, tần số alen lặn q, sau hệ, biến thiên tần số alen lặn tính: ∆q = −sq (1 − q) − sq Ví dụ 1: Một quần thể trạng thái cân gen có alen A, a Trong tần số p = 0,4 Nếu trình chọn lọc đào thải thể có kiểu gen aa xảy với áp lực s = 0,02 Hãy xác định cấu trúc di truyền quần thể sau xảy chọn lọc Giải: Cách 1: Tính theo cách thơng thường: - Quần thể cân di truyền, nên ta có: 0,16 AA : 0,48 Aa : 0,36 aa - Sau chọn lọc tỉ lệ kiểu gen aa cịn lại là: 0,36 × (1 – s) = 0,36 × (1–0,02) = 0,3528 Mặt khác, tổng tỉ lệ kiểu gen sau chọn lọc là: 0,16 + 0,48 + 0,36 × (1–0,02) = 0,9928 - Vậy cấu trúc di truyền quần thể xảy chọn lọc 0,161AA: 0,483Aa: 0,356aa Cách 2: Tính theo cơng thức: 13 ∆q = −sq (1 − q) − sq = −0,02 0,6 (1 − 0,6) − 0,020,6 q gần 0,597; p gần 0,403 Kết quả: tần số kiểu gen: 0,162AA: 0,482Aa: 0,356aa Như cách tính có kết xấp xỉ Ví dụ 2: Giả sử quần thể động vật ngẫu phối có tỉ lệ kiểu gen: - Ở giới cái: 0,36 AA : 0,48Aa : 0,16 aa - Ở giới đực: 0,64 AA : 0,32 Aa : 0,04 aa a Xác định cấu trúc truyền quần thể trạng thái cân b Sau quần thể đạt trạng thái cân di truyền, điều kiện sống thay đổi, cá thể có kiểu gen aa trở nên khơng có khả sinh sản Hãy xác định tần số alen quần thể sau hệ ngẫu phối Giải: a F1: (0,6 A : 0,4 a)(0,8 A : 0,2 a) = 0,48 AA : 0,44 Aa : 0,08 aa Quần thể chưa cân F2: 0,49 AA : 0,42 Aa : 0,09 aa Quần thể cân b Khi quần thể cân có: 0,49 AA : 0,42 Aa : 0,09 aa qa = 0,3; sau hệ ngẫu phối: Saa = (không sinh sản/chết), áp dụng công thức: qn = q% − nq% pn = - q n Trong qo tần số alen lặn hệ ban đầu, qn tần số alen lặn hệ thứ n, n số hệ chọn lọc 0,3 q5 = = 0,12; pA = 0,88 − 5.0,3 Ví dụ 3: Trong quần thể đặc biệt tần số alen trước sau đột biến xảy sau: AA Aa Aa Tần số trước có chọn lọc (F0) 0,25 0,5 0,25 Tần số sau có chọn lọc (F1) 0,35 0,48 0,17 a Xác định giá trị thích nghi (tỉ lệ sống sót tới sinh sản) kiểu gen b Xác định biến đổi (lượng biến thiên) tần số alen A a sau hệ chọn lọc Từ có nhận xét tác động chọn lọc alen 14 Giải: Giá trị thích nghi kiểu gen: 0,35 = 1,4 → AA = 0,25 0,48 0,96 Kiểu gen Aa = = 0,96 → Aa = = 0,686 1,4 0,5 0,17 = 0,68→ aa = 68 = 0,486 Kiểu gen aa = 0,25 Kiểu gen AA = Như trình chọn lọc làm tăng tần số alen A, giảm tần số alen a III Kết luận đề nghị - Trên phương pháp vận dụng công thức di truyền quần thể vào giải số dạng tập phần quần thể ngẫu phối tự phối sinh học 12 mà thực tế dạy bồi dưỡng học sinh Tôi nhận thấy em nắm kiến thức, đồng thời em hiểu sâu mặt lí thuyết thấy ý nghĩa định luật mặt thực tế Đặc biệt em giải nhanh toán quần thể dạng trắc nghiệm tự luận kì thi cấp tốt - Thực tế có nhiều cơng thức di truyền quần thể, đề tài nhằm mục đích rèn luyện học sinh phân loại dạng tập di truyền quần thể áp dụng công thức vào tốn cụ thể cho nhanh xác - Đề tài chắn cịn nhiều thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp từ q thầy Xin chân thành cảm ơn! 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO Các đề thi tốt nghiệp THPT năm Các đề thi HSG tỉnh, học sinh giỏi Quốc gia năm Các tài liệu bồi dưỡng dành cho học sinh chuyên 16 ... alen: A = 0,2; a = 0,8 Các cá thể quần thể nhập cư vào quần thể chiếm 30% số cá thể quần thể Xác định cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân di truyền Giải: Quần thể mới: A = 0,3 × AQT1 + 0,7... số cá thể vào quần thể số cá thể khỏi quần thể; chênh lệch tần số alen quần thể cho quần thể nhận VD 1: trường hợp có di nhập gen chiều: Quần thể có tần số alen: A = 0,6; a = 0,4 Quần thể có... trúc di truyền quần thể là: 10 0,1024 AA : 0,4352 Aa : 0,4624 aa = Công thức: Gọi A1 tần số alen quần thể 1; A2 tần số alen quần thể 2; m tỉ lệ số cá thể quần thể quần thể mới, - m tỉ lệ số cá thể