Phân dạng và phương pháp giải các dạng bài tập di truyền học quần thể ở quần thể ngẫu phối

A MỞ ĐẦU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Sinh học môn khoa học quan trọng nhà trường phổ thông Môn sinh học cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức khoa học kiến thức thực tế vô phong phú, giáo viên môn Sinh học cần hình thành em kỹ bản, phổ thông thói quen học tập làm việc khoa học làm tảng cho việc giáo dục xã hội chủ nghĩa, phát triển lực nhận thức, lực hành động Có phẩm chất cần thiết cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, xác, yêu khoa học, yêu thiên nhiên bảo vệ môi trường sống Trong môn Sinh học tập Sinh học có vai trò quan trọng nguồn cung cấp kiến thức mới, vận dụng kiến thức lí thuyết, giải thích tượng, trình Sinh học Việc giải tập giúp học sinh củng cố kiến thức lí thuyết học vận dụng linh hoạt kiến thức vào làm Trong trình giảng dạy môn Sinh học 12 qua kì thi tốt nghiệp, tuyển sinh đại học thi học sinh giỏi Các dạng tập di truyền quần thể, đặc biệt tập di truyền quần thể ngẫu phối tương đối khó học sinh học sinh lúng túng việc giải tập Từ thực tế giảng dạy môn Sinh học lớp 12, bồi dưỡng học sinh giỏi ôn thi THPT Quốc gia, tiến hành phân dạng đưa phương pháp giải cho dạng tập di truyền quần thể ngẫu phối để giúp học sinh làm tập thấy có hiệu nên viết sáng kiến kinh nghiệm với đề tài: “Phân dạng phương pháp giải dạng tập di truyền học quần thể quần thể ngẫu phối” II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Với mong muốn học sinh phân dạng tập áp dụng phương pháp giải tập di truyền quần thể, để từ giúp học sinh nắm phương pháp làm nhanh số dạng tập, rèn kĩ trả lời nhanh câu hỏi có liên quan di truyền học quần thể ngẫu phối, phát huy tính tích cực tạo hứng thú cho học sinh Xây dựng hệ thống kiến thức tập di truyền quần thể ngẫu phối nguồn tài liệu giúp cho việc ôn thi TPHT quốc gia, ôn thi học sinh giỏi trình giảng dạy Sinh học 12 III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: Học sinh lớp 12A4 12A7 Trường THPT Tĩnh Gia Năm học 2015 2016 IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Để tiến hành nghiên cứu đề tài sử dụng phương pháp: - Nghiên cứu lý thuyết - Thực nghiệm sư phạm - Đúc rút kinh nghiệm từ thân - Trao đổi chuyên môn để học hỏi đồng nghiệp - Sau tiến hành phân dạng nêu phương pháp giải dạng tập di truyền quần thể áp dụng giảng dạy lớp: + Lớp 12A4 - Không sử dụng phương pháp phân dạng (Lớp đối chứng) + Lớp 12A7 - Sử dụng biện pháp phân dạng toán (Lớp thực nghiệm) Sau giảng dạy tiến hành cho học sinh lớp làm đề kiểm tra so sánh kết B NỘI DUNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN: Trong chương trình sinh học lớp 12, chương Di truyền học quần thể có thời lượng tiết lý thuyết tiết tập Vì giải tập học sinh thường gặp khó khăn như: + Gen quy định tính trạng quần thể nằm NST thường hay NST giới tính + Tính trạng hay nhiều gen quy đinh, tính trạng gen có hai alen hay nhiều alen quy định + Quần thể ngẫu phối cân hay chưa cân + Giải yêu cầu đề quần thể cân hay chưa cân Vì dạy tập di truyền quần thể ngẫu phối, giáo viên cần phân dạng đưa phương pháp giải cho dạng II THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: Qua thực tế giảng dạy năm qua, lực làm tập cấu trúc di truyền quần thể ngẫu phối học sinh yếu, học sinh lúng túng cách giải tập, đặc biệt phần khó như: - Quần thể có hai hay nhiều gen phân li độc lập - Quần thể có gen quy định nằm nhiễm sắc thể giới tính - Cấu trúc di truyền quần thể ngẫu phối chịu áp lực nhân tố tiến hóa (Đột biến, Chọn lọc tự nhiên, di – nhập gen Mặt khác việc giáo viên mở rộng kiến thức đặc biệt kiến thức tập khó, tập nâng cao tiết dạy hạn chế III NỘI DUNG THỰC HIỆN DẠNG 1: TÍNH TẦN SỐ ALEN, THÀNH PHẦN KIỂU GEN CỦA QUẦN THỂ NGẪU PHỐI (Với gen có alen A a) 1.1: Đối với quần thể chưa cân bằng: Phương pháp: - Kiểm tra cân quần thể - Xác định tần số alen quần thể Giả sử quần thể hệ xuất phát P0 có cấu trúc di truyền: dAA + hAa + r aa = (Nếu đề cho dạng số lượng cá thể quần thể, tiến hành đưa quần thể cấu trúc di truyền quần cách tính tần số kiểu gen Tần số loại kiểu gen = Số cá thể mang kiểu gen Tổng số cá thể quần thể - Kiểm tra cân quần thể: + Nếu d.r =(h/2)2 quần thể cân (áp dụng công thức 1.2) + Nếu d.r ≠ (h/2)2 quần thể chưa cân thì: Tần số alen A: pA = d + h Tần số alen a: qa = r + h Với pA + q a = 1.2 Đối với quần thể trạng thái cân bằng, biết tỷ lệ kiểu hình đồng trội (AA) đồng hợp lặn (aa) Phương pháp: Quần thể thỏa mãn biểu thức: p2AA + 2pqAa + q2 aa = Khi : Tần số alen A: pA = p2 Tần số alen a: qa = q Ví dụ 1: Một quần thể ngẫu phối ban đầu có cấu trúc di truyền: 0,5AA + 0,2 Aa + 0,3 aa =1 Xác định tần số alen quần thể: Giải: Quần thể ngẫu phối chưa cân vì: 0,5 x0,3 ≠ (0,2/2)2 0, = 0,6 0, Tần số alen a = 0,3 + = 0,4 Tần số alen A = 0,5 + Ví dụ 2: Ở quần thể bò, alen A quy định lông đen trội hoàn toàn so với alen a quy định lông vàng Quần thể có 9% bò lông vàng Biết quần thể đạt trạng thái cân Tìm tần số alen A ,a cấu trúc di truyền quần thể Giải: Vì quần thể trạng thái cân nên: q2 aa = 0.09 => qa = 0,3 Tần số alen A: pA = – 0,3 = 0,7 Cấu trúc di truyền quần thể: 0,49AA + 0,42Aa + 0,09aa = DẠNG 2: XÁC ĐỊNH SỐ KIỂU GEN TRONG QUẦN THỂ Dạng 2.1: Đối với quần thể đơn bội (Vi khuẩn, rêu) Phương pháp: Số kiểu gen số loại alen gen đó: Ví dụ: Gen A có r alen quần thể có tối đa số kiểu gen = r Dạng 2.2: Đối với quần thể lưỡng bội: ( Với gen có r alen): 2.2.1 Nếu gen nằm NST thường: Phương pháp: - Số kiểu gen đồng hợp = r - Số kiểu gen dị hợp = c r = r (r − 1) 1.2 - Tổng số kiểu gen quần thể = r + r (r − 1) r (r + 1) = 2 * Nếu có nhiều locut gen: gen có r alen, gen có a alen, gen có b alen nằm NST khác - Tổng số kiểu gen = r ( r + 1) a( a + 1) b(b + 1) 2 2.2.2 Nếu gen nằm NST giới tính X ( Vùng không tương đồng X, alen Y) Phương pháp: Ở giới XX( cặp NST tương đồng nên giống NST thường) Số kiểu gen = r (r + 1) Ơ giới XY gen tồn X alen Y Số kiểu gen = r Tổng số kiểu gen = r + r (r + 1) r (r + 3) = 2 * Nếu có nhiều nhóm gen liên kết X (gen có r alen, gen có a alen, gen có b alen nằm NST X) - Tổng số kiểu gen = r.a.b(r.a.b + 1) + r.a.b 2.2.3 Nếu gen nằm NST giới tính Y ( Vùng không tương đồng Y, alen X) Phương pháp: - Ở giới XX có kiểu gen XX - Ở giới XY có r kiểu gen - Tổng số kiểu gen = r +1 2.2.4 Nếu gen nằm vùng tương đồng X Y Phương pháp: - Ở giới XX: Số kiểu gen = r (r + 1) - Ở giới XY: Gen tồn thành cặp tương đồng kiểu gen X AYa khác Xa YA nên số loại kiểu gen = Số loại giao tử đực x Số loại giao tử = r2 - Tổng số kiểu gen = r (r + 1) + r2 2.2.5 Gen nằm vùng không tương đồng X vùng không tương đồng Y Phương pháp: Ví dụ: Gen có r alen nằm vùng không tương đồng X Gen có m alen nằm vùng không tương đồng Y - Ở giới XX: Số kiểu gen = r (r + 1) - Ở giới XY: Số kiểu gen = r m - Tổng số kiểu gen = = r (r + 1) +r.m Dạng 2.3: Đối với quần thể loài có NST tam bội (3n) Phương pháp: - Số kiểu gen đồng hợp gen A (ví dụ A1 A1 A1, A2 A2 A2, A3 A3 A3,… ) r - Số kiểu gen có alen khác (ví dụ A1 A1 A2 A1 A2 A2 ) 2.C2r = r(r-1) - Số kiểu gen có alen khác (ví dụ A1 A2 A3 ) C3r= r (r − 1)(r − 2) + r(r-1) + r 1.2.3 r − 3r + 2r r + 3r + 2r r (r + 1)(r + 2) + r2 − r + r = = = 1.2.3 1.2.3 1.2.3 r (r − 1)(r − 2) 1.2.3 - Tổng số kiểu gen => Tổng số kiểu gen = r ( r + 1)( r + 2) 1.2.3 Dạng 2.4: Đối với quần thể loài có NST tứ bội (4n) Phương pháp: - Số kiểu gen đồng hợp gen A r - Số kiểu gen có alen khác (ví dụ A1 A2 A2 A2 A1 A1 A2 A2 A1 A1 A1 A2) 3.C3r = 3.r (r − 1) - Số kiểu gen có alen khác A1 A2 A3 ) 3.C3r = (ví dụ A A2 A3 A3 A1 A2 A2 A3 A1 3.r (r − 1)(r − 2) 1.2.3.4 - Số kiểu gen có alen khác (ví dụ A1 A2 A3 A4) Cr4 = r (r − 1)(r − 2)( r − 3) 1.2.3.4 - Tổng số kiểu gen là: 3.r (r − 1) 3.r ( r − 1)(r − 2) r ( r − 1)(r − 2)(r − 3) + + 2.3 1.2.3.4 2 3r − 3r 3r − 9r + 6r r − 6r + 11r − 6r =r+ + + 2.3 1.2.3.4 2 24r + 36r − 36r + 12r − 36r + 24r + r − 6r + 11r − 6r = 1.2.3.4 r + 6r + 11r + 6r r (r + 1)(r + 2)(r + 3) = = 1.2.3.4 1.2.3.4 r ( r + 1)( r + 2)( r + 3) =>Tổng số kiểu gen = 1.2.3.4 r+ Dạng 2.5: Tính số kiểu giao phối quần thể - Phương pháp: Sau tính số kiểu gen thể đực thể Số kiểu giao phối = Số kiểu gen thể đực x Số kiểu gen thể Ví dụ 1: Ở quần thể ngẫu phối, xét gen: gen thứ gen thứ có alen nằm đoạn không tương đồng NST X; gen thứ có alen nằm NSt thường; gen thứ có alen nằm đoạn tương đồng NST giới tính X Y Trong trường hợp không xảy đột biến, số loại kiểu gen tối đa bốn gen tạo quần thể là: Giải: - Vì toán có gen nằm vùng không tương đồng NST X, gen nằm NST thường, gen nằm vùng tương đồng NST X Y nên ta tính kiểu gen giới để tránh nhầm lẫn: - Gen gen có alen liên kết nằm X, gen có alen nằm vùng tương đồng X 2.2.3(2.2.3) = 78 Số kiểu gen XX = 4(4 + 1) = 10 - Gen có alen nằm NST thường Số kiểu gen = 2.2.3(2.2.3 + 1) 4(4 + 1) = 780 => Giới XX: Tổng số kiểu gen = 2 - Gen gen có alen liên kết nằm X, gen có alen nằm vùng tương đồng X Y, gen có alen nằm NST thường => Giới XY: Số kiểu gen = 32 10 = 360 Tổng số kiểu gen = 780 +360 =1140 Ví dụ 2: Ở quần thể Người, bệnh mù màu gen lặn nằm vùng không tương đồng NST X quy định, bệnh bạch tạng gen lặn nằm NST thường quy định Các nhóm máu gen gồm alen nằm NST thường khác quy định Số kiểu giao phối có quần thể người bao nhiêu? Giải: 2(2 + 1) 2(2 + 1) 3(3 + 1) = 54 2 2(2 + 1) 3(3 + 1) Số kiểu gen giới nam XY = = 36 2 Số kiểu gen giới nữ XX = - Số kiểu giao phối = 54 36 = 1944 Ví dụ 3: Một gen có alen nằm NST thường Xác định số kiểu gen tố đa có quần thể tam bội (3n) 4(4 + 1)(4 + 2) = 20 Giải: - Áp dụng công thức ta có; Số kiểu gen tối đa = 1.2.3 DẠNG 3: BÀI TẬP VỀ GEN ĐA ALEN (HIỆN TƯỢNG ĐỒNG TRỘI) Ví dụ: Gen quy định nhóm máu người gồm alen I A, IB, Io quy định IA, IB trội so với Io Quần thể trạng thái cân di truyền - Phương pháp: - Gọi p, q, r tần số alen IA, IB, Io ( p+q+r = 1) Sự ngẫu phối tạo trạng thái cân di truyền tính trạng nhóm máu sau: (pIA: qIB: rIo) = p2 IAIA: 2pq IAIB : q2 IBIB: 2qrIBIo: r2IoIo: 2pr IAIo Gọi a, b, o tần số kiểu hình nhóm máu A, B, O Tần số alen Io: r= r = o Tần số alen IA : pIA ta có p2 + 2pq +r2 = a+o -> (p+r)2 = a+o p+ r = a + o A -> pI = a + o - r = a + o - o B Tần số alen I : qIB = b + o - o Mà p+q+r = => a + o - o + b + o - o + o =  p = 1- b + o  q = 1- a + o  r= o Ví dụ 1: Tần số tương đối nhóm máu quần thể người là: Nhóm máu A = 45% , Nhóm máu B = 21 %, nhóm máu AB = 30%, nhóm máu O = % Biết quần thể đạt trạng thái cân - Tính tần số alen IA, IB, Io - Xác định cấu trúc di truyền quần thể Giải: Gọi p,q,r tần số alen IA, IB, Io p = 1- 0, 21 + 0, 04 = 0,5 q = 1- 0, 45 + 0, 04 = 0,3 r = 0, 04 = 0,02 = – 0,5 – 0,3 = 0,2 Cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân là: 0.25 IAIA: 0,3 IAIB : 0,09 IBIB: 0,12IBIo: 0,04IoIo: 0,2 IAIo Ví dụ 2: Màu sắc ốc sên gen có alen quy định C1: màu vàng, C2: màu hồng; C3: màu vàng (C1>C2>C3) Một quần thể ốc có 360 cá thể màu nâu, 550 cá thể màu hồng 90 cá thể màu vàng Biết quần thể cân di truyền a, Xác định kiểu gen quy định màu b, Xác định tần số alen C1, C2, C3 b, Viết cấu trúc di truyền quần thể Giải: a, Kiểu gen quy định màu: Màu vàng : C3 C3 Màu hồng: C2 C2, C2 C3 Màu nâu: C1 C1, C1 C2, C1 C3 b, Gọi p,q,r tần số alen C1, C2, C3 Tổng số cá thể quần thể = 1000 nâu = 0,36; hồng = 0, 55 vàng = 0,09 r = 0, 09 = 0,3 p= 1- 0,55 + 0, 09 = 0,2 q = 1- 0,3 -0,2 = 0,5 c, Cấu trúc di truyền quần thể 0,04 C1 C1: 0,2 C1 C2: 0,25 C2 C2 : 0,3 C2 C3: 0,09 C3 C3 : 0,12 C1 C3 DẠNG 4: BÀI TẬP VỀ CẤU TRÚC DI TRUYỀN QUẦN THỂ VỚI GEN NẰM TRÊN NHIỄM SẮC THỂ GIỚI TÍNH (Khi đọc đề dạng học sinh hay nhầm lẫn với dạng cấu trúc di truyền quần thể ngẫu phối có tần số alen giới đực khác giới đề cập dạng 5) Dạng 4.1: Gen nằm vùng không tương đồng NST X ( alen Y) Phương pháp: - Xét gen có alen A,a Quần thể ngẫu phối tạo kiểu gen: Giới XX: XAXA, XAXa, XaXa Giới XY: XAY, XaY Gọi N1 tổng số cá thể Gọi N2 tổng số cá thể đực D số lượng cá thể mang kiểu gen XAXA R số lượng cá thể mang kiểu gen XAXa H số lượng cá thể mang kiểu gen XaXa K số lượng cá thể mang kiểu gen XAY L số lượng cá thể mang kiểu gen XaY pA = 2.D + R + K N1 + N qa = - Cấu trúc di truyền quần thể: 2.H + R + L N1 + N 2 A A (p X X + 2pq XAXa + q2 XaXa) : (p XAY + q XaY) 2 Dạng 4.2 Gen nằm vùng không tương đồng Y (không có alen X) Phương pháp: - Xét gen có alen A, a Quần thể ngẫu phối tạo kiểu gen: XYA, XYa Gọi N tổng số cá thể giới XY K số cá thể có kiểu gen XYA L số cá thể có kiểu gen XYa K pA = N L qa = N - Cấu trúc di truyền quần thể có dạng: 1 XX: ( pXYA: qXYa) 2 Dạng 4.3: Gen nằm vùng tương đồng X Y Phương pháp: - Xét gen có alen A, a nằm vùng tương đồng X Y - Gọi p,q tần số alen A, a - Khi cấu trúc di truyền quần thể xác định trường hợp NST thường - Cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân bằng: p2 (XAXA + XAYA) : 2pq (XAXa + XAYa + XaYA): q2 ( XaXa + XaYa) Ví dụ 1: Một loài mèo nhà, Cặp alen D,d quy định màu lông DD: Lông đen, Dd: lông tam thể ; dd: lông vàng Một quần thể mèo thành phố Luân Đôn thu số liệu Mèo đực: 311 lông đen; 42 lông vàng Mèo cái: 277 lông đen; 20 lông vàng; 54 lông tam thể Biết quần thể trạng thái cân a, Tính tần số alen D,d b, Viết cấu trúc di truyền quần thể Giải: a, Số lượng đực không nhau, gen quy định màu lông nằm vùng không tương đồng NST X Áp dụng công thức ta có: pD = 2.277 + 311 + 54 = 0.9 2.351 + 353 qd = 1- 0,9 = 0,1 b, Cấu trúc di truyền quần thể: 1 (0,81 XDXD + 2.0,9.0,1 XDXd + 0,01 XdXd) : (0,9 XDY + 0,1 XdY) 2 Ví dụ 2: Quần thể Người gồm 20.000 người, có nữ bị bệnh máu khó đông Hãy xác định số nam bị bệnh máu khó đông Biết quần thể trạng thái cân di truyền, gen gây bệnh gen lặn nằm vùng không tương đồng NST X, alen Y Giải: Quy ước: alen a quy định bệnh máu khó đông nằm NST X Alen A quy định máu bình thường nằm NST X Tỷ lệ nam : nữ = 1:1 Quần thể có 10.000 nam: 10.000 nữ Vì quần thể trạng thái cân bằng, tần số alen nam nữ giống nhau, nên cấu trúc di truyền quần thể nữ: p2 XAXA + 2pq XAXa + q2 XaXa = Tỷ lệ nữ bi bệnh q2 XaXa = = 0, 004 => qXa = 0,02 10000  pXA = 0,98 - Tần số tương đối alen nam: qXa = 0,02; pXA = 0,98 => Tỷ lệ kiểu gen XaY = 0,02; Tỷ lệ kiểu hình máu khó đông nam giới = 0,02 => Số nam bị bệnh = 0,02 x 10.000 = 200 người DẠNG 5: XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC DI TRUYỀN QUẦN THỂ NGẪU PHỐI MÀ TẦN SỐ ALEN Ở GIỚI ĐỰC KHÁC GIỚI CÁI Phương pháp: - Xét gen có alen A,a - Thế hệ xuất phát P0 có: + Tần số alen A giới đực quần thể p’ + Tần số alen a giới đực quần thể q’ + Tần số alen A giới quần thể p’’ + Tần số alen a giới quần thể q’’ Cấu trúc di truyền quần thể hệ P1 P1: (p’A + q’a)(p’’A+ q’’a) = p’p’’AA + p’q’’Aa + q’p’’Aa+ q’q’’aa = Tần số alen A,a quần thể hệ P1: Tần số alen A = pN = p '+ p '' 10 Tần số alen a = qN = q '+ q '' Khi quần thể đạt trạng thái cân hệ P2 P2: pN2AA + 2pNqNAa + qN2 aa = Như vậy: - Quần thể ngẫu phối có tần số alen khác giới đực giới cân di truyền đạt sau hệ ngẫu phối - Ở hệ thứ diễn san tần số alen giới - Ở hệ thứ hai đạt trạng thái cân - Tần số cân alen nửa tổng tần số alen giao tử đực Ví dụ: Ở quần thể loài động vật ngẫu phối, xét gen có alen A,a nằm nhiễm sắc thể thường có: tần số alen A giới đực = 0,6, giới = 0,8 Xác định cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân Giải: Ở giới đực: Tần số alen A = 0,6 Tần số alen a = - 0,6 = 0,4 Ở giới cái: Tần số alen A = 0,8 Tần số alen a = - 0,8 = 0,2 Tần số slen A trạng thái cân bằng: pN= 0, + 0,8 = 0, Tần số slen a trạng thái cân bằng: qN= 0, + 0, = 0,3 Cấu trúc di truyền quần thể là: 0,49AA + 0,42Aa + 0,09aa = DẠNG 6: CẤU TRÚC DI TRUYỀN QUẦN THỂ KHI CÓ HAI HAY NHIỀU GEN PHÂN LI ĐỘC LẬP - Phương pháp: - Xét gen với alen A, a B, b (các cặp alen nằm cặp nhiễm sắc thể tương đồng khác nhau) - Nếu gọi p, q, r, s tần số alen A, a, B, b với (p +q = 1), (r +s =1) Thì tần số kiểu gen trạng thái cân kết triển khai đa thức: (p+q)2 (r +s)2 = (pr + ps +pr+qs)2 Hoặc (p2AA + 2pqAa + q2aa)(r2BB + 2rsBb+ s2bb) = - pr, ps, qr, qs tần số tương ứng giao tử AB, Ab, aB, ab Khi tần số giao tử đạt trạng thái cân tần số kiểu gen trạng thái - Nếu quần thể khởi đầu cá thể dị hợp tử AaBb với tần số alen p = q = r = s = 0,5 giao tử AB = Ab = aB = ab = 0,25 sau hệ ngẫu phối quần thể đạt trạng thái cân - Nếu quần thể khởi đầu có kiểu gen AABB, aabb có loại giao tử AB ab nên quần thể không đạt cân hệ sau thiếu kiểu gen 11 - Nếu quần thể khởi đầu có tần số alen không cần nhiều hệ thiết lập tần số cân cho giao tử trạng thái cân di truyền cho quần thể Ví dụ 1: Cho biết tính trạng màu hoa cặp gen Aa Bb nằm cặp nhiễm sắc thể tương tác theo kiểu bổ sung Khi kiểu gen có A B cho hoa đỏ, kiểu gen lại cho hoa trắng Một quần thể cân di truyền có tần số alen A = 0,3 B 0,6 Xác định tỷ lệ kiểu hình quần thể Giải: Gen A: có pA = 0,3, qa = 0,7 Cấu trúc di truyền gen A: 0,09AA : 0,42Aa : 0,49aa Gen B: có rB = 0,6, sb = 0,4 Cấu trúc di truyền gen B: 0,35BB : 0,48Bb : 0,16bb Tỷ lệ kiểu gen quần thể gen A B là: (0,09AA : 0,42Aa : 0,49aa)( 0,35BB : 0,48Bb : 0,16bb) = 0,0324AABB: 0,0432AABb:0,1512AaBB: 0,2016AaBb:0,0144AAbb : 0,0672 Aabb: 0,1764aaBB: 0,2352aaBb: 0,0784aabb - Vì A-B- cho kiểu hình hoa đỏ, kiểu gen lại cho hoa trắng nên ta có: Cây hoa đỏ: = 0,0324AABB + 0,0432AABb+ 0,1512AaBB+ 0,2016AaBb = 0,4384 = 43,84% Cây hoa trắng = – hoa đỏ = – 0,4384 = 0,5716 = 57,16% -Tỷ lệ kiểu hình quần thể là: 43,84% hoa đỏ : 57,16% hoa trắng Ví dụ 2: Một quần thể thực vật, alen A quy định thân cao trội hoàn toàn so với alen a quy định thân thấp, alen B quy định hoa đỏ trội hoàn toàn so với b quy định hoa trắng, gen phân li độc lập Sau hệ ngẫu phối, thu F1 có 27% thân cao, hoa đỏ; 9% thân cao, hoa trắng; 48% thân thấp, hoa đỏ; 16% thân thấp, hoa trắng Biết quần thể không chịu tác động nhân tố tiến hóa Xác định tần số tần số alen A, a, B, b quần thể Giải: - Tìm tần số alen A: Tỷ lệ kiểu hình tính trạng chiều cao thân Thân cao : thân thấp = ( 27% +9%) : (48% +16%) = 36% : 64% Cây thân thấp (aa) có tỷ lệ q2 aa = 0,64 => Tần số alen a = 0,8 Tần số alen A = 0,2 - Tìm tần số alen B: Tỷ lệ kiểu hình tính trạng màu sắc hoa: Hoa đỏ : hoa trắng = ( 27% +48%) : (9% +16%) = 75% : 25% Cây hoa trắng (bb) có tỷ lệ q2 bb = 0,25=> Tần số alen b = 0,5 Tần số alen B = 0,5 DẠNG 7: CẤU TRÚC DI TRUYỀN QUẦN THỂ NGẪU PHỐI KHI CHỊU ÁP LỰC CỦA CÁC NHÂN TỐ TIẾN HÓA Dạng 7.1: Sự thay đổi cấu trúc di truyền quần thể chịu áp lực nhân tố đột biến 12 Phương pháp: - Trong thực tế đột biến CLTN thường xuyên tác dộng làm cho tần số alen bị biến đổi, đột biến gen xảy theo chiều thuận nghịch: - Gọi p0 q0 tần số alen A a quần thể ban đầu - Gọi u tần số đột biến gen trội thành gen lặn A ->a - Gọi tần số alen A sau hệ đột biến p1, sau n hệ pn - Gọi tần số alen a sau hệ đột biến q1, sau n hệ qn Sau hệ đột biến tần số alen loại là: p1 = p0 – u.p0 = p0 (1 - u) q1 = – p1 Sau n hệ đột biến tần số alen loại là: pn = p0 (1 -u)n = p0 e- un qn = - pn Như tần số u lớn tần số tương đối alen A giảm nhanh - Alen a bị đột biến thành A - Gọi v tần số đột biến gen lặn thành gen trội a ->A + Nếu u = v áp lực trình đột biến = 0, tần số tương đối alen giữ nguyên không đổi + Nếu v = u >0 xảy đột biến thuận (Tần số alen A giảm, tần số alen a tăng) + Nếu u khác v, u>0, v>0 sức sống A,a ngang nhau, sau hệ: Tần số alen A là: p1 =p0 – up0 + vq0 Lượng biến thiên tần số alen A là: ∆ p = p1 - p0 = (p0 - up0 + vq0 ) - p0 = vq0 - up0 Tần số tương đối p alen A q alen a đạt cân lượng đột biến A ->a a ->A bù trừ cho nhau, nghĩa ∆ p = tức vq = up Mà q = 1-p -> up = v(1- p) up + vp = v -> p = v u q = u+v u+v Ví dụ : Giả sử locut có alen A a, hệ ban đầu có tần số tương đối alen A p0 Quá trình đột biến làm cho A -> a với tần số u = 10-5 a, Sau hệ tần số alen A giảm nửa so với ban đầu b, Em có nhận xét vai trò trình đột biến tiến hóa Giải: a, Vì đột biến diễn theo chiều thuận nên ta có: pn = p0 (1 -u)n => ½ p0 = p0(1 – 10-5)n  0,5 = (1 – 10-5)n  ln 0,5 = ln (1 – 10-5)n ln 0,5 => n = ln(1 − 10−5 ) ≈ 69.000 hệ b, Nhận xét: Đột biến gây áp lực không đáng kể cho trình tiến hóa 13 Ví dụ 2: Trong quần thể gồm 2.105 alen, tần số alen a = 25%, có alen A bị đột biến thành a 11 alen a bị đột biến thành alen A Xác định tần số alen sau đột biến Giải: Số lượng alen a quần thể = 0,25 2.105 = 5.104 Số lượng alen A = 2.105 – 104 = 15.104 = 0, 46.10−6 15.104 −4 11 = 2, 2.10 Tần số đột biến nghịch v = 5.10 Tần số đột biến thuận u = Tần số alen sau đột biến: pA = 0,75 – 0,46 10-6 0,75 + 2,2.10-4 0,25 = 0,75005454 qa = - 0,75005454 =0,24994546 Dạng 7.2: Sự thay đổi cấu trúc di truyền quần thể chịu áp lực nhân tố di nhập gen: - Phương pháp: Gọi M tốc độ di nhập gen: Gọi p tần số alen A quần thể nhận Gọi p’ tần số alen A quần thể cho Ta có: M = Số giao tử mang gen di nhập Số giao tử hệ quần thể Hoặc M= Số cá thể nhập cư Tổng số cá thể quần thể nhận Lượng biến thiên tần số alen A quần thể nhận sau hệ là: ∆ p = M (p’ -p) + ∆ p âm tức tần số alen tính giảm sau di nhập ngược lại Ví dụ 1: Tần số alen A quần thể I 0,8, quần thể II 0,3 Tỷ lệ số cá thể nhập cư từ quần thể II vào quần thể I 0,2 Sau hệ nhập cư lượng biến thiên tần số A quần thể I Giải: Áp dụng công thức ta có: ∆ p= 0,2 (0,3 – 0,8) = - 0,1 Như tần số alen A quần thể I giảm xuống = 0,8 – 0,1 = 0,7 Ví dụ 2: Một sông có hai quần thể ốc sên: quần thể lớn (quần thể chính) phía quần thể nhỏ nằm cuối dòng đảo (quần thể đảo) Do nước chảy xuôi nên ốc di chuyển từ quần thể đến quần thể đảo mà không di chuyển ngược lại: Xét gen gồm alen: A a Ở quần thể có pA = 1, quần thể đảo có pA = 0,6 Do di cư, quần thể đảo trở thành quần thể mới, có 12% số cá thể quần thể a, Tính tần số tương đối alen quần thể sau di cư B, Quần thể sinh sản Vì lý xảy trình đột biến: 14 A -> a, với tốc độ 0,3% Không có đột biến ngược Tính tần số alen hệ quần thể Giải: a, Ta có: Quần thể có pA = 1, quần thể đảo pA = 0,6 Quần thể di cư đến quần thể đảo chiếm 12% quần thể - Quần thể đảo (sau di cư) có tần số alen là: Lượng biến thiên tần số alen quần thể nhận: ∆ p = 0,12(1-0,6)=0,048 pA sau di cư = 0,6 + 0,048 = 0,648 qa sau di cư = – 0,648 = 0,352 b, Tần số đột biến A -> a 0,3% Tần số alen sau đột biến là: pA = 0,648 – (0,3% x 0,648) ≈ 0,646 qa = – 0.646 ≈ 0,354 Dạng 7.3: Sự thay đổi cấu trúc di truyền quần thể chịu áp lực nhân tố chọn lọc tự nhiên Phương pháp: Một quần thể ngẫu phối hệ xuất phát I0 với alen A, a có cấu trúc di truyền: p0 2AA + 2p0 q0Aa + q02 aa = p0 tần số alen A hệ I0 q0 tần số alen a hệ I0 Kiểu gen aa khả sinh sản lý cá thể không tha gia sinh sản nên quần thể có loại kiểu gen AA Aa giảm phân tạo giao tử tham gia sinh sản => tần số tương đối alen a = 2p q p q :2 = 0 p + 2p q p0 + 2p q = q0 + q0 q0 => Tần số alen A = - + q0 (do p0 + q0 = 1) Tính tương tự ta xác định tần số tương đối alen hệ In q0 Tần số alen a = + nq q0 Tần số alen A = - + nq Trong thực tế quần thể chịu áp lực trình chọn lọc tự nhiên Để xác định làm tập phần này, em nên xác định quần thể xét trạng thái cân hay chưa 7.3.1: Nếu quần thể chưa cân mà xảy chọn lọc - Phương pháp: + Xác định lại cấu trúc di truyền quần thể sau xảy chọn lọc + Tính tần số alen A, a sau chọn lọc + Tiến hành ngẫu phối hệ sau quần thể đạt trạng thái cân + xác định tần số alen hệ n theo công thức 15 Ví dụ: Thế hệ xuất phát quần thể ngẫu phốicó 0,5 AA : 0,4Aa: 0,1aa Hãy xác định tỷ lệ kiểu gen hệ F trường hợp cá thể có kiểu hình lặn khả sinh sản Giải: Vì aa khả sinh sản nên tỷ lệ kiểu gen hệ ban đầu là: 0,5 0, 0,5AA 0,4Aa = 0,5 + 0, AA : 0,5 + 0, Aa = AA : Aa 9 Tần số alen a sau chọn lọc q = ; q 17 Ở hệ thứ F5 , tần số alen a = + 5q = = 19 ; tần số alen A = 19 1+ 17 17 2 Tỷ lệ kiểu gen F6 = ( ) AA : Aa : ( ) aa 19 19 19 19 7.3.2: Nếu quần thể cân hệ ban đầu - Phương pháp: - Xác định tần số alen A,a hệ ban đầu - Áp dụng công thức để tính tần số alen thê hệ n Ví dụ 1: Một quần thể hệ xuất phát có cấu trúc di truyền trạng thái cân bằng: 0,49AA: 0,42Aa: 0,09aa Biết kiểu gen aa khả sinh sản, Tính tần số alen A,a quần thể sau hệ ngẫu phối Giải: Do cá thể aa không tham gia sinh sản nên q0 0,3 Tần số alen a hệ thứ qa = + nq = + 5.0,3 = 0,12 pA = – 0,12 = 0,88 Ví dụ 2: (Trích đề thi Casio tỉnh Thanh hóa năm 2014- 2015) Một quần thể sinh vật lưỡng bội có tần số kiểu gen giới sau: Giới cái: 0,0256AA: 0,2658Aa : 0,7086aa Giới đực: 0,2916AA: 0,4968Aa: 0,2116aa a, Xác định cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân di truyền b, Biết sau đạt trạng thái cân bằng; điều kiện sống thay đổi nên cá thể có kiểu gen aa không sống đến sinh sản (giá trị thích nghi 0), kiểu gen lại có giá trị thích nghi 1,0 tính tần số alen sau hệ ngẫu phối Giải: a, Cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân di truyền: - Tần số alen quần thể trạng thái cân di truyền: pA = ( 0,1585 + 0,54 ) ≈ 0,3493 → qa = 1-0,3493 ≈ 0,6507 - Cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân di truyền (0,3493)2 AA :2.0,3493.0,6507Aa : (0,6507)2aa ↔ 0,1220AA: 0,4546Aa: 0,4234aa b, Tần số alen sau hệ ngẫu phối 16 Vì quần thể trước chọn lọc trạng thái cân nên sau hệ cá thể aa không đóng góp gen vào quần thể hệ sau: Áp dụng công thức: q0 0, 6507 qa = + nq = + 5.0, 6507 ≈ 0,8470 pA = − 0,8470 ≈ 0,1530 DẠNG 8: BÀI TẬP LIÊN QUAN ĐẾN GIÁ TRỊ THÍCH NGHI (W) VÀ HỆ SỐ CHỌN LỌC (S) - Phương pháp: Giá trị thích nghi (w) phản ánh mức độ sống sót truyền lại cho hệ sau kiểu gen alen W= Tỷ lệ sống sót kiểu gen Tỷ lệ ban đầu kiểu gen Giả sử quần thể ban đầu có cấu trúc di truyền: dAA + hAa + raa = Sau xảy chọn lọc có cấu trúc di truyền: DAA + Haa + Raa = Giá trị thích nghi kiểu gen là: AA ( W1) = D H R ; Aa (W2)= ; aa (W3)= ; Giá trị nhỏ chọn lọc d h r chống lại kiểu gen mạnh Giá trị thích nghi kiểu gen AA, Aa, aa là: W1, W2, W3 Tần số loại kiểu gen sau xảy chọn lọc là: d W1 AA + h W2Aa + r W3 aa = d w r.w h.w  d w + h.w + r.w AA + d w + h.w + r.w Aa + d w + h.w3 + r.w aa =1 3 Hệ số chọn lọc s = – W Ví dụ: (Trích đề thi học sinh giỏi quốc gia năm 2013) Một quần thể có tỷ lệ kiểu gen trước sau thời gian bị chọn lọc sau: Tần số kiểu gen AA Aa aa Trước chọn lọc 0,36 0,48 0,16 Sau chọn lọc 0,36 0,60 0,04 a, Xác định hệ số chọn lọc S kiểu gen b, Quần thể bị chi phối hình thức chọn lọc nào? Giải: 0,36 0, 0, 04 a, Tỷ lệ sống sót kiểu gen: AA = 0,36 = ; Aa = 0, 48 = 1, 25 ; aa = 0,16 1, 25 0, 25 Giá trị thích nghi kiểu gen: AA = 1, 25 = 0,8 ; Aa = 1, 25 = ; aa = 1, 25 = 0, Hệ số chọn lọc kiểu gen = –W Hệ số chọn lọc kiểu gen AA = 1-0,8 =0,2 Hệ số chọn lọc kiểu gen Aa = 1-1 =0 Hệ số chọn lọc kiểu gen AA = 1-0,2 =0,8 17 b, Ta thấy giá trị thích nghi AA = 0,8; Aa = 1; aa = 0,2 điều chứng tỏ chọn lọc ưu tiên cho kiểu gen dị hợp, quần thể chịu tác động chọn lọc ổn định IV KẾT QUẢ THỰC HIỆN Sau áp dụng đề tài nghiên cứu vào thực tế giảng dạy lớp 12A4 12A7 trường THPT Tĩnh Gia 3, tiến hành kiểm tra 15 phút với 10 câu tập di truyền quần thể ngẫu phối dạng trắc nghiệm, kết thu sau: Dưới điểm Lớp Sĩ số Số lượng % Từ điểm – điểm Số % lượng Từ điểm đến 10điểm Số % lượng 12A4 (Đối chứng) 40 10 25% 30 75% 0 12A7 (Thí nghiệm) 38 13% 23 60,5% 10 26,5% Ở lớp 12 A7 lớp học khối B học phân dạng toán, làm em định dạng nhanh cho kết xác, từ em chắn với kiến thức giải tập, từ có hứng thú làm ngày yêu thích môn Sinh học 18 C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN: Qua thực tế áp dụng đề tài vào giảng dạy, nhận thấy khả tiếp thu vận dụng học sinh vào giải tập liên quan đến di truyền học quần thể ngày nhanh có hệ thống tốt Học sinh hiểu tự tin giải tập đề thi, kết đạt cao Đối với giáo viên phân dạng xây dựng phương pháp giải cho dạng thuận lợi dạy tiết tập bồi dưỡng học sinh giỏi ôn thi trung học phổ thông quốc gia II.KIẾN NGHỊ: Đây phần kiến thức tương đối khó phân phối chương trình Sinh học 12 dành tiết lý thuyết tiết tập, lại gặp nhiều đề thi phần tập vận dụng Tôi thiết nghĩ nên tăng thời lượng cho phần di truyền học quần thể Đề tài hệ thống phân dạng thành dạng cụ thể chưa phải đầy đủ tránh khỏi thiếu sót đồng thời nhiều dạng tập di truyền học quần thể phức tạp Vì kính mong đóng góp bổ sung thầy cô giáo, đồng nghiệp để đề tài ngày hoàn thiện XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 25 tháng năm 2016 Tôi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác Người viết Lê Thị Hà 19 20 MỤC LỤC A Mở đầu I Lý chọn đề tài II Mục đích nghiên cứu III Đối tượng nghiên cứu IV Phương pháp nghiên cứu B Nội dung I Cơ sở lý luận II Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm III Nội dung thực Dạng 1: Tính tần số alen, thành phần kiểu gen quần thể ngẫu phối 1.1 Đối với quần thể chưa cân 1.2 Đối với quần thể trạng thái cân bằng, biết tỷ lệ kiểu hình đồng trội (AA) đồng hợp lặn (aa) Dạng 2: Xác định số kiểu gen quần thể 2.1: Đối với quần thể đơn bội 2.2: Đối với quần thể lưỡng bội 2.2.1: Gen nằm NST thường 2.2.2: Gen nằm NST X (Vùng không tương đồng X) 2.2.3: Gen nằm NST Y (Vùng không tương đồng Y) 2.2.4: Gen nằm vùng tương đồng X Y 2.2.5: Gen nằm vùng không tương đồng X Y 2.3: Đối với quần thể tam bội 2.4: Đối với quần thể tứ bội 2.5: Tính số kiểu giao phối Dạng 3: Bài tập gen đa alen (hiện tượng đồng trội) Dạng 4: Bài tập cấu trúc di truyền quần thể với gen nằm NST giới tính 4.1: Gen nằm NST X (Vùng không tương đồng X) 4.2: Gen nằm NST Y (Vùng không tương đồng Y) 4.3: Gen nằm vùng tương đồng X Y Dạng 5: Xác định cấu trúc di truyền quần thể ngẫu phối mà tần số alen giới đực khác giới Dạng 6: Cấu trúc di truyền quần thể có hai hay nhiều gen phân li độc lập Dạng 7: Cấu trúc di truyền quần thể ngẫu phối chịu áp lực nhân tố tiến hóa 7.1: Quần thể chịu tác động nhân tố đột biến 7.2: Quần thể chịu tác động nhân tố di nhập gen 7.3: Quần thể chịu tác động nhân tố chọn lọc tự nhiên 7.3.1: Nếu quần thể chưa cân 7.3.2: Nếu quần thể cân hệ ban đầu 21 1 1 3 3 3 4 4 5 5 6 8 9 10 11 12 12 14 5 16 Dạng 8: Bài tập liên quan đến giá trị thích nghi (W) hệ số chọn lọc (S) IV Kết thực C Kết luận kiến nghị I Kết luận II.Kiến nghị 17 18 19 19 19 22 ... quy định + Quần thể ngẫu phối cân hay chưa cân + Giải yêu cầu đề quần thể cân hay chưa cân Vì dạy tập di truyền quần thể ngẫu phối, giáo viên cần phân dạng đưa phương pháp giải cho dạng II THỰC... từ quần thể đến quần thể đảo mà không di chuyển ngược lại: Xét gen gồm alen: A a Ở quần thể có pA = 1, quần thể đảo có pA = 0,6 Do di cư, quần thể đảo trở thành quần thể mới, có 12% số cá thể quần. .. qua, lực làm tập cấu trúc di truyền quần thể ngẫu phối học sinh yếu, học sinh lúng túng cách giải tập, đặc biệt phần khó như: - Quần thể có hai hay nhiều gen phân li độc lập - Quần thể có gen quy