xác định tấn số alen trong quần thể khi có sự tác động của các nhân tố tiến hoá

sở giáo dục & đào tạo Thanh Hoá Trờng thpt Đông sơn 2 Sáng kiến kinh nghiệm Tên đề tài Xác định tần số alen trong quần thể khi có sự tác động của các nhân tố tiến hóa H tờn giỏo viờn: Ngụ Th H Chc v : Giỏo viờn n v cụng tỏc: Trng THPT ụng Sn 2 SKKN thuc mụn : Sinh hc Nm hc: 2011 2012 B CC TI Phần 1. mở đầu 1. Lý do chọn đề tài 2. Mục đích nghiên cứu. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu. Phần 2. nội dung I. C s lớ lun mt s cụng thc tớnh tn s alen khi cú s tỏc ng ca cỏc nhõn t tiờn hoỏ. 1. t bin 2. Chn lc t nhiờn 3. Di nhp gen II. Phng phỏp gii quyt mt s bi tp. 1.Tớnh tn s alen khi cú s tỏc ng ca nhõn t t bin. 2.Tớnh tn s alen khi cú s tỏc ng ca nhõn t chn lc t nhiờn 3. Tớnh tn s alen khi cú s tỏc ng ca nhõn t di nhp gen Phần 3. K T LU N I. Kt qu thc nghim II. Bi hc kinh nghim 2 Phần 1. mở đầu 1. Lý do chọn đề tài. Sinh học l mụn khoa hc thc nghim cú ng dng rng rói hu ht cỏc lnh vc ca i sng xó hi cng nh trong sn xut. Trong quỏ trỡnh ging dy, song song vi nhim v ging dy kin thc cho sinh hc thỡ vic rốn luyn cho hc sinh k nng gii bi tp l nhim v rt quan trng. Lm th no hc sinh cú k nng gii bi tp sinh hc l mt vn m rt nhiu giỏo viờn quan tõm. Khú khn ln nht ú l tit bi tp rt ớt, trong khi lng kin thc lớ thuyt mi tit hc li quỏ nng do vy hu nh giỏo viờn khụng cú thi gian hng dn HS lm bi tp. Hc sinh khụng cú kh nng phõn tớch v tng hp kin thc nờn vic gii bi tp cũn nhiu lỳng tỳng, c bit l hc sinh khụng bit cỏch nhn dng v quy trỡnh gii tng dng bi tp c th. Bi tp liên quan đến nguyên nhân và cơ chế tiến hoá l mt dng bi tp không khú. Tuy nhiên rt ớt hc sinh cú th t lm, hu ht l b tc trong phng phỏp nhn dng v quy trỡnh gii vì các em ít đợc tiếp xúc với dạng bài tập dạng này. Trong khi ú thỡ õy l dng bi tp khụng th thiu c trong cỏc kỡ thi hc sinh gii tnh, hc sinh gii quc gia cng nh thi tuyn sinh i hc, cao ng. Qua thi gian ging dy sinh hc trng ph thụng, bn thõn tụi ó nghiờn cu nhiu ti liu tham kho nh : Bi tp di truyn hay v khú - V c Lu; Phng phỏp gii bi tp sinh hc - Nguyn Vn Sang, Nguyn Tho Nguyờn, Nguyn Th Võn; Phng phỏp gii nhanh bi tp trc nghim sinh học Hunh Quc Thnh ; Nâng cao và phát triển sinh hoc Lê Hồng Điệp, Lê Đình Trung; Bộ đề thi sinh học Huỳnh Quốc Thành và nhiều tác giả khác trên mạng . Các tỏc gi cng ó a cỏch gii dng bi tp ny. Song ch a ra cỏch gii chung chung, cha ch ra phm vi ỏp dng c th cho tng dng bi tp nờn hc sinh rt lỳng tỳng. 3 c bit cỏ nhõn tụi nhn thy trong cỏc thi chn hc sinh gii tnh my nm tr li õy, dạng bi tp xut hin khỏ ph bin . Phi núi rng õy l mt dng bi tp phự hp vi xu th thi ca B GD- T . Trc thc trng trờn tụi ó mnh dn chn ti Xỏc nh tn s alen trong qun th khi cú s tỏc ng ca cỏc nhõn t tin hoỏ. 2. Mục đích nghiên cứu Phõn dng v xõy dng phng phỏp xỏc nh tn s alen trong qun th khi cú s tỏc ng ca cỏc nhõn t tin hoỏ. 3. nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu chơng 2: Nguyên nhân và cơ chế tiến hóa - Sinh học 12 nâng cao THPT. - Nghiên cứu cơ sở lí luận của các công thức tính tần số alen trong quần thể khi có tác động của các nhân tố tiến hóa , phân dạng và áp dụng các công thức để tính tần số alen. - Thực nghiệm s phạm để đánh giá tính hiệu quả của đề tài. Phần 2. nội dung I.C s lớ lun mt s cụng thc tớnh tn s alen khi cú s tỏc ng ca cỏc nhõn t tiờn hoỏ. 1. t bin. t bin lm cho mi gen phỏt sinh ra nhiu alen v õy chớnh l ngun nguyờn liu s cp cho quỏ trỡnh tin hoỏ. Gi s 1 locut cú hai alen A v a. Trờn thc t cú th xy ra cỏc trng hp sau: 1.1 Đột biến thuận Gen A t bin thnh gen a (t bin thun) vi tn s u. Chng hn, th h xut phỏt tn s tng i ca alen A l p o . Sang th h th nhất cú u alen A b bin i thnh a do t bin. Tn s alen A th h ny l: p 1 = p o up o = p o (1-u). Sang th h th hai li cú u ca s alen A cũn li tip tc t bin thnh a. Tn s alen A ở th h th hai l: P 2 = p 1 up 1 = p 1 (1-u) = p o (1-u) 2 4 Vy sau n th h tn s tng i ca alen A l: p n = p o (1-u) n T ú ta thy rng: Tn s t bin u cng ln thỡ tn s tng i ca alen A cng gim nhanh. Nh vy, quỏ trỡnh t bin ó xy ra mt ỏp lc bin i cu trỳc di truyn ca qun th. p lc ca quỏ trỡnh t bin biu hin tc bin i tn s tng i ca cỏc alen b t bin. 1.2. Đột biến thuận và đột biến nghịch Alen a cng cú th t bin thnh A (t bin nghch) vi tn s v. + Nu u = v thỡ tn s tng i ca cỏc alen vn c gi nguyờn khụng i. + Nu v = 0 v u > 0 ch xy ra t bin thun. + Nu u = 0 v v > 0 ch xy ra t bin nghịch. + Nu u v; u > 0, v > 0 ngha l xy ra c t bin thun v t bin nghch. Sau mt th h, tn s tng i ca alen A s l: p 1 = p o up o + vq o Kớ hiu s bin i tn s alen A l p Khi ú p = p 1 p o = (p o up o + vq o ) p o = vq o - up o Tn s tng i p ca alen A v q ca alen a s t th cõn bng khi s lng t bin A a v a A bự tr cho nhau, ngha l p = 0 khi vq = up. M q = 1- p. up = v(1 p) up + vp = v vu u q vu v p + = + = 2. Chọn lọc tự nhiên 2.1. Giỏ tr thớch nghi v h s chn lc Mt ch yu ca chn lc t nhiờn l s phõn hoỏ kh nng sinh sn tc l kh nng truyn gen cho th h sau. Kh nng ny c ỏnh giỏ bng hiu sut sinh sn, c lng bng con s trung bỡnh ca mt cỏ th trong mt th h. 5 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 là w), phản ánh mức độ sống sót và truyền lại cho thế hệ sau của một kiểu gen (hoặc của một alen). Ví dụ: kiểu hình dại trội (AA và Aa để lại cho đời sau 100 con cháu mà kiểu hình đột biến lặn (aa) chỉ để lại được 99 con cháu, thì ta nói giá trị thích nghi của alen A là 100% (w A = 1) và giá trị thích nghi của các alen a là 99% (w a = 0,99). Sự chênh lệch giá trị chọn lọc của 2 alen (trội và lặn) dẫn tới khái niệm hệ số chọn lọc (Salective coeffcient), thường kí hiệu là S. Hệ số chọn lọc phản ánh sự chênh lệch giá trị thích nghi của 2 alen, phản ánh mức độ ưu thế của các alen với nhau trong quá trình chọn lọc. Như vậy, trong ví dụ trên thì thì S = w A – w a = 1 – 0,99 = 0,01 + Nếu w A = w a → S = 0, nghĩa là giá trị thích nghi của alen A và a là bằng nhau và tần số tương đối của alen A và a trong quần thể sẽ không đổi. + Nếu w A = 1, w a = 0 → S=1, nghĩa là các cơ thể có kiểu gen aa bị đào thải hoàn toàn vì đột biến a gây chết hoặc bất dục ( không sinh sản được). Như vậy, giá trị của S càng lớn thì tần số tương đối của các alen biến đổi càng nhanh hay nói cách khác, giá trị của hệ số chọn lọc (S) phản ánh áp lực của chọn lọc tự nhiên. 2.2. Chọn lọc alen chống lại giao tử hay thể đơn bội. - Giả sử trong 1 quần thể chỉ có 2 loại giao tử là A và giao tử mang alen a. - Nếu CLTN chống lại giao tử mang alen a với hệ số chọn lọc S => Giá trị thích nghi W a = 1 - S. + Tần số alen A trước chọn lọc: p + Tổng tần số các giao tử trước chọn lọc: p + S 6 + Tổng tần số các giao tử sau chọn lọc: p + q(1 - S) = p + (1 - p)(1 - S) = p + 1 - S - p + Sp = 1 - S(1 - p) = 1 - Sq. + Tần số alen sau chọn lọc = Tần số alen trước chọn lọc/ Tổng tần số alen sau chọn lọc.  Tổng số alen A sau chọn lọc: 1 1 p Sq p = − + Tốc độ thay đổi tần số alen A: p Sq Spq Sq Sqppp ppp Sq p ∆= − = − +− =−=− − 111 1 Sq qSq Sq SqqqSq q Sq Sq qqq − −− = − +−− =− − − =−=∆+ 1 )1( 11 )1( 2 1 2.3 Chọn lọc chống lại alen trội và alen lặn ở cơ thể lưỡng bội: a. Xét trường hợp gi¸ trÞ nghi cña c¸c kiÓu gen AA vµ Aa b»ng 1 cßn aa b»ng 1-S. Kiểu gen AA Aa aa Vốn gen tổng cộng Tổng số alen ở thế hệ xuất phát p 2 2pq q 2 1 - Giá trị thích nghi 1 1 1-S - Đóng góp vào vốn gen chung tạo ra thế hệ sau: p 2 2pq q 2 (1-S) = p 2 +2pq+q 2 (1-S) =1-Sq 2 - Tổng số kiểu hình sau chọ lọc 2 2 Sq-1 p 2 Sq-1 2pq 2 2 Sq-1 S)-(1q 1 -Tần số alen A sau chọn lọc: = 1 p 222 2 Sq-1Sq-1 )( Sq-1 p pqpppq = + = + -Tốc độ biến đổi tần số alen A: 7 2 2 2 2 2 1 Sq-1Sq-1Sq-1 SpqSpqpp p p ppp = + === -Tng s alen a sau chn lc: 22 222 2 2 2 2 1 Sq-1 )1( Sq-1Sq-1 )1()1( Sq-1 )1( SqqSqqqqSqqqSqpq q = + = + = + = -Tc bin i tn s alen a sau chn lc: 2 2 2 32 1 Sq-1 )1( Sq-1 qSqSqqSqq qqq = + == (Giỏ tr õm vỡ chn lc chng li alen a) b. Xột trng hp giá trị thích nghi của các kiểu gen AA và Aa bằng 1 còn aa bằng 0 (nghĩa là alen lặn a khi ở thể đồng hợp aa gây chết hay tạo ra sự bất thụ cho cá thể). Nu QTGP trng thỏi cõn bng ,xột mt gen vi tn s A = (p 0 ); a = (q 0 ) vi p 0 + q 0 = 1, h s chn lc S = 1.S thay i tn s cỏc alen qua cỏc th h s nh th no? S th h CL AA Aa aa p(A) q(a) 0 p 0 2 2p 0 q 0 q 0 2 p 0 q 0 1 p 1 2 2p 1 q 1 q 1 2 p 0 2 + p 0 q 0 / p 0 2 + 2p 0 q 0 = p 0 + q 0 / p 0 + 2q 0 p 0 q 0 / p 0 2 + 2p 0 q 0 =q 0 / p 0 + 2q 0 2 p 2 2 2p 2 q 2 q 2 2 p 1 2 + p 1 q 1 / p 1 2 + 2p 1 q 1 = p 0 + 2q 0 / p 0 + 3q 0 p 1 q 1 / p 1 2 + 2p 1 q 1 =q 0 / p 0 + 3q 0 3 p 3 2 2p 3 q 3 q 3 2 p 2 2 + p 2 q 2 / p 2 2 + 2p 2 q 2 = p 0 + 3q 0 / p 0 + 4q 0 p 2 q 2 / p 2 2 + 2p 2 q 2 =q 0 / p 0 + 4q 0 n p n 2 2p n q n q n 2 p 0 + nq 0 / p 0 + (n+1)q 0 = 1+ (n-1)q 0 / 1+ nq 0 q 0 / p 0 + (n+1)q 0 = q 0 / 1+ nq 0 Vậy nu QTGP trng thỏi cõn bng v tn s A = p 0 ; a = q 0 vi p 0 + q 0 = 1, h s chn lc S =1 thỡ : 8 Tn s alen tri v ln sau n th h chu s chn lc l: p(A) = p 0 + nq 0 / p 0 + (n+1)q 0 = 1+ (n-1)q 0 / 1+ nq 0 q(a) = q 0 / p 0 + (n+1)q 0 = q 0 / 1+ nq 0 3.Di - nhập gen. Xét trong trờng hợp di - nhập gen xãy ra theo một chiều mà không có chiều ngợc lại . Ta có công thức: Trong đó : - p l tn s tng i ca gen A qun th nhn. - P 0 l tn s tng i ca gen A qun th cho. - M l t l s cỏ th nhp c đợc tính bằng tỉ số giao tử mang gen di nhập so với tổng số giao tử của mỗi thế hệ trong quần thể hoặc bằng tỉ lệ số cá thể nhập c so với số cá thể của quần thể nhận. - p lng bin thiờn v tn s alen A trong qun th nhn. Từ p ta tính đợc tần số alen của quần thể cho và nhận sau khi xãy ra di nhập II. Phng phỏp gii quyt mt s bi tp. 1.Tớnh tn s alen khi cú s tỏc ng ca nhõn t t bin 1.1. Đột biến thuận Bài 1. Trong quần thể xét 2 alen A, a ở thế hệ xuất phát, tần số alen A = 0,6. ở mỗi thế hệ đột biến A thành a với tần số u = 10 -6 . Sau 5000 thế hệ thì tần số alen ở quần thể thay đổi nh thế nào? Cách giải: Vỡ t bin din ra theo chiu thun nên áp dụng công thức: p n = p o (1-u) n ta có: p n = 0,6(1-10 -6 ) 5000 = 0,597. Vậy sau 5000 thế hệ tần số alen A = 0,597. Chú ý: Từ công thức p n = p o (1-u) n ta có thể tính số th h cn thit thay i tn s alen A t P th h khi u thnh P n . 9 p = M (P 0 - p) VD : Gi s 1 lụcut cú 2 alen A v a, th h ban u cú tn s tng i ca alen A l p 0 . Quỏ trỡnh t bin lm cho A a vi tn s u = 10 -5 . a) p 0 gim i 2 1 phi cn bao nhiờu th h? b) T ú em cú nhn xột gỡ v vai trũ ca quỏ trỡnh t bin trong tin hoỏ? Cách giải: a)Vỡ t bin din ra theo chiu thun, nờn ta cú: p n = p o (1- u) n Trong ú: p n là tn s alen tri (A) th h p n ; p o là tn s alen tri (A) th h p o ; u là tc t bin theo chiu thun; n là s th h. => 2 1 p o = p o (1- 10 -5 ) n <=> 0,5 = (1-10 -5 ) n <=> ln0,5 = ln (1-10 -5 ).n => n = 5 ln0,5 ln(1 10 ) 69.000 th h. b) Nhn xột v vai trũ ca quỏ trỡnh t bin trong tin húa: gõy ỏp lc khụng ỏng k cho quỏ trỡnh tin húa. 1.2. Đột biến thuận và đột biến nghịch. Bài 1. Nếu tần số đột biến A thành a là 10 -4 , a thành A là 10 -6 thì cân bằng mới sẽ đạt đợc khi tần số tơng đối của các alen là bao nhiêu? Cách giải: áp dụng công thức: vu u q + = thì cân bằng mới sẽ đạt đợc khi tần số tơng đối của các alen là: 99,0 1010 10 64 4 = + = q p= 0,01. 2. Chọn lọc tự nhiên. 2.1. Chn lc alen chng li giao t hay th n bi. Bài tập 1. Xác định lợng biến thiên của alen a sau 1 thế hệ chọn lọc giao tử khi biết tần số alen a trớc khi chọn lọc là 0,6 và S của alen a = 0,34. Cách giải: Tc bin i tn s alen a sau chọn lọc là 10 [...]... sông có 2 quần thể ốc sên, một quần thể lớn nằm ở bờ trái ( quần thể chính) và 1 quần thể nhỏ hơn nằm ở cuối dòng phía dới bên cạnh một đảo ( quẩn thể đảo) Xét 1 lôcut có 2 alen G và g trong quần thể đảo Quần thể lớn alen G đợc cố định ( có tần số bằng 1) Gọi p là tần số của alen g trong quần thể đảo nhỏ Do dòng nớc chảy xuôi nên ốc chỉ di chuyển từ quần thể chính đến quần thể nhỏ gần đảo mà không thể. .. p = 0,6 trớc khi có sự di c Sau khi có sự di c thì 12% ốc của quần thể đảo nhỏ có nguồn gốc từ quần thể lớn Hãy tính p sau khi có sự di c? Cách giải: Tần số biến thiên alen G trong quần thể nhỏ sau 1 thế hệ di c là: p = M( P-p) = 0,12(1-0,6) = 0,048 Giá trị này cho thấy tần số alen G trong quần thể nhận tăng 0,048 Sau khi di c tần số alen G là: 0,6 + 0,048 = 0,648 Sau khi di c tần số alen G là: p... Một quần thể động vật giao phối có thành phần kiểu gen là 0,09AA : 0,42Aa : 0,49aa a, Xác định tần số các alen của quần thể b, Biết rằng 90% số cá thể có kiểu gen aa sống đợc đến khi sinh sản ( giá trị thích nghi của kiểu gen aa là 0,9 ); các kiểu gen còn lại giá trị thích nghi đều là 1 Hãy tính tỷ lệ cá thể dị hợp tử trong các cá thể con ở thế hệ tiếp theo.( Đề thi HSG tỉnh năm 2009- 2010) 12 Cách... giải: a, Xác định tần số alen - Tần số alen A = 0,09 + 0,42:2 = 0.3 Tần số alen a =1- 0,3 = 0,7 b, Tỉ lệ cá thể dị hợp tử trong các cá thể con ở thế hệ tiếp theo Ta có S = 1- 0,9 = 0,1 nên sự biến đổi tần số alen a sau chọn lọc là: q = Sq 2 (1 q ) 0,1.0,7 2 (1 0,7) = = 0,015 1 - Sq 2 1 0,1.0,7 2 Tần số alen a sau chọn lọc giảm 0,015 và còn 0,7 - 0,015 = 0,685 Tần số alen A = 0,315 Tỉ lệ cá thể dị... 1-0,8=0,2 - Khi quần thể cân bằng tần số alen A trong quần thể là P( A) = (0,6 + 0,8) : 2 = 0,7; q(a) = 0 3 13 - Cấu trúc của quần thể cân bằng là 0,49AA : 0,42Aa : 0,09 aa b, Cấu trúc di truyền của quần thể ở 3 thế hệ ngẫu phối q0 0,3 áp dụng công thức q(n) = 1 + n.q = 1 + 3.0,3 = 0,16 p(n) = 1 - 0,16 = 0,84 0 Cấu trúc di truyền của quần thể sau 3 thế hệ là: 0,7056AA : 0,2688Aa : 0,0256aa Chú ý:Ta có thể. .. trúc di truyền của quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền b, Sau khi đạt trạng thái cân bằng di truyền, do điều kiện sống thay đổi nên tất cả các kiểu gen đồng hợp lặn aa không có khả năng sinh sản Hãy xác định cấu trúc di truyền của quần thể sau 3 thế hệ ngẫu phối.( Đề thi HSG tỉnh năm học 2010 -2011) Cách giải: a, Cấu trúc di truyền của quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền - Tần số alen a ở giới... tử trong các cá thể con ở thế hệ tiếp theo là 2pq = 2.0,315.0,685 = 0,431 b Xột trng hp giá trị nghi của các kiểu gen AA và Aa bằng 1 còn aa bằng 0 Đây là dạng hay gặp nhất trong các đề thi học sinh giỏi cũng nh các đề thi tuyển sinh Đại học- cao đẳng Bài 1 ở một loài động vật ngẫu phối, xét 1 gen gồm 2 alen A và a nằm trên NST thờng Tần số alen A của giới đực là 0,6 và của giới cái là 0,8 a, Xác định. .. cõn bng di truyn, nờn ta cú: pA + qa = 1 qa = 1 0,4 = 0,6 Sự biến thiên tần số alen a sau chọn lọc là: Sq 2 (1 q) 0,02.0,6 2 (1 0,6) q = = = 0,0025 1 - Sq 2 1 0,02.0,6 2 Điều này có nghĩa là tần số alen a trong quần thể sau chọn lọc giảm 0,0025 Vậy sau khi chọn lọc qa = 0,6 - 0,0025 = 0,5975; pA = 0,4025 Chú ý: * Ta có thể tính bài 1theo cách khác nh sau: - Qun th cõn bng di truyn, nờn ta cú: pA... xuống còn 0,5 2.2 Chn lc chng li alen tri v alen ln c th lng bi: a Xột trng hp giá trị thích nghi của các kiểu gen AA và Aa bằng 1 còn aa bằng 1-S Bi 1: Mt qun th trng thỏi cõn bng v 1 gen cú 2 alen A, a Trong ú tn s p = 0,4 Nu quỏ trỡnh chn lc o thi nhng c th cú kiu gen aa xy ra vi ỏp lc S = 0,02 Hóy xỏc nh tần số tơng đối của các alen trong qun th sau khi xy ra chn lc Cách giải - Qun th cõn bng di... Một quần thể thực vật thực vật tự thụ phấn có tỉ lệ kiểu gen ở thế hệ P là 0,45 AA : 0,30Aa : 0,25 aa Cho biết các cá thể có kiểu gen aa không có khả năng sinh sản Tính theo lí thuyết, tỉ lệ các kiểu gen thu đợc ở F1 là bao nhiêu?( Đề thi tuyển sinh Đại học Cao đẳng năm 2008) Cách giải: - Sau khi chn lc thỡ t l kiu gen aa = 0 Mt khỏc, tng t l cỏc kiu gen sau chn lc l: 0,45 + 0,3 = 0,75 nên tần số kiểu . giáo dục & đào tạo Thanh Hoá Trờng thpt Đông sơn 2 Sáng kiến kinh nghiệm Tên đề tài Xác định tần số alen trong quần thể khi có sự tác động của các nhân tố tiến hóa H tờn giỏo viờn:. chơng 2: Nguyên nhân và cơ chế tiến hóa - Sinh học 12 nâng cao THPT. - Nghiên cứu cơ sở lí luận của các công thức tính tần số alen trong quần thể khi có tác động của các nhân tố tiến hóa , phân. có sự di c. Sau khi có sự di c thì 12% ốc của quần thể đảo nhỏ có nguồn gốc từ quần thể lớn. Hãy tính p sau khi có sự di c? Cách giải: Tần số biến thiên alen G trong quần thể nhỏ sau 1 thế