chuyên đề “quần thể sinh vật theo quan điểm sinh thái, di truyền, tiến hóa

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ CHUYÊN ĐỀ HỘI THẢO NĂM HỌC 2019 – 2020 “QUẦN THỂ SINH VẬT THEO QUAN ĐIỂM SINH THÁI, DI TRUYỀN VÀ TIẾN HÓA” tháng năm 2019 MỤC LỤC Phần 1: Mở đầu Phần 2: Nội dung I Sinh thái học quần thể 1 Khái niệm quần thể Quá trình hình thành quần thể Các mối quan hệ cá thể quần thể Những đặc trưng quần thể Biến động số lượng cá thể Chọn lọc k chọn lọc r Phương pháp xác định mật độ kích thước quần thể II Di truyền quần thể Quần thể gì? 2 Phân loại quần thể: Đặc trưng di truyền quần thể Cấu trúc di truyền quần thể tự phối Cấu trúc di truyền quần thể giao phối ngẫu nhiên Cấu trúc di truyền quần thể số trường hợp khác 2.7 Số kiểu gen quần thể giao phối ngẫu nhiên III Tiến hóa quần thể Do tác động đột biến Do tác động Di - nhập gen 3 Do tác động Chọn lọc tự nhiên Do tác động Giao phối không ngẫu nhiên Do tác động yếu tố ngẫu nhiên IV Một số dạng tập sinh thái, di truyền tiến hóa quần thể sinh vật Phần 3: Kết luận Trang 3 3 11 15 16 17 17 18 18 19 20 22 23 25 26 26 27 29 30 32 48 CHUYÊN ĐỀ: QUẦN THỂ SINH VẬT THEO QUAN ĐIỂM SINH THÁI, DI TRUYỀN, TIẾN HÓA Phần một: MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Trong Sinh học, quần thể sinh vật đối tượng nghiên cứu chung sinh thái học, di truyền tiến hóa Trong đề thi, quần thể sinh vật quan tâm phân tích, khai thác góc độ khác (câu hỏi - tập sinh thái học, tập di truyền quần thể, di truyền quần thể di truyền học người, câu hỏi- tập tiến hóa quần thể) Nhìn chung kiến thức quần thể sinh vật rộng, cần có xâu chuỗi tích hợp phân môn thành chủ đề dạy học “ Quần thể sinh vật” nhằm giúp giáo viên, học sinh có nhìn đầy đủ, khái quát, tổng thể mặt quần thể sinh vật Vì thực chuyên đề “Quần thể sinh vật theo quan điểm sinh thái, di truyền, tiến hóa.” Mục đích đề tài - Khái qt hóa đặc điểm sinh thái, di truyền, tiến hóa quần thể - Xây dựng hệ thống câu hỏi, tập làm tư liệu ôn tập, kiểm tra kết học tập cho học sinh Nội dung chính: - Sinh thái học quần thể - Di truyền học quần thể - Tiến hóa quần thể Phần hai: NỘI DUNG I SINH THÁI HỌC QUẦN THỂ 1 Khái niệm quần thể Quần thể nhóm cá thể loài, phân bố vùng phân bố loài vào thời gian định, có khả sinh sản ( hữu tính, vơ tính, trinh sản) để sinh hệ hữu thụ Ví dụ: Quần thể voi khu rừng 2 Quá trình hình thành quần thể Hình Quần thể voi Quần thể hình thành theo trình tự bốn bước sau: - Một số cá thể loài phát tán tới môi trường sống - Những cá thể không thích nghi với điều kiện sống mơi trường bị tiêu diệt phải di cư nơi khác - Những cá thể lại thích nghi dần với điều kiện sống - Giữa cá thể lồi gắn bó chặt chẽ với thơng qua mối quan hệ sinh thái hình thành quần thể ổn định, thích nghi với điều kiện ngoại cảnh Các mối quan hệ cá thể quần thể 3.1 Quan hệ hỗ trợ - Các cá thể quần thể hỗ trợ việc kiếm ăn, bảo vệ lãnh thổ, chống lại kẻ thù trình sinh sản - Quan hệ hỗ trợ tạo nên “hiệu nhóm”, giảm tiêu hao lượng chống lại kẻ thù rủi ro mơi trường cách có hiệu (ơ nhiễm) Ví dụ, tăng tốc độ lọc nước để hô hấp kiếm ăn thân mềm (Sphaerium corneum) sau: Số lượng (con): Tốc độ lọc nước (ml/giờ): 3, 6,9 10 7,5 15 5,2 20 3,8 3.2 Quan hệ cạnh tranh Cạnh tranh loài: - Khi mật độ cao, nguồn thức ăn suy kiệt; cá thể loài cạnh tranh nơi ở, thức ăn… Ngồi ra, ln có cạnh tranh sinh sản cá thể quần thể với hình thức khác - Sự cạnh tranh giúp trì mật độ vừa phải, phù hợp với điều kiện môi trường - Cạnh tranh động lực tiến hóa quần thể - Ví dụ: Hiện tượng “tỉa thưa” thực vật hay “tỉa đàn” động vật Hiện tượng kí sinh lồi: Hình Kí sinh lồi cá sống sâu họ Ceratoidae - Trong điều kiện nguồn thức ăn bị giới han, quần thể có kích thước lớn buộc cá thể đực phải sống kí sinh vào - Trường hợp gặp, thấy số loài cá sống vùng nước sâu đại dương Những cá thể đực có kích thước nhỏ, khơng vây, khơng có nội quan, trừ ruột ống chứa chất dinh dưỡng “nhận” từ quan sinh dục đực phát triển đầy đủ để thụ tinh cho mùa sinh sản Ăn thịt đồng loại: - Đây tượng không phổ biến tự nhiên Do hồn cảnh nguồn thức ăn bị suy kiệt, cá bố mẹ bắt làm thức ăn Khi điều kiện dinh dưỡng cải thiện, cá sớm khôi phục lại kích thước quần thể - Ví dụ, cá vược châu Âu (Perca fluatili) Kí sinh loài hay ăn đồng loài trường hợp đặc biệt, gặp, song khơng dẫn đến tiêu diệt lồi mà ngược lại, trì tồn loài làm cho loài phát triển hưng thịnh Bảng so sánh quan hệ sinh thái quần thể Quan hệ Hỗ trợ Đặc điểm Ý nghĩa Ví dụ Các cá thể loài hỗ trợ hoạt động sống lấy thức ăn, chống lại kẻ thù… Các cá thể quần thể cạnh tranh thức ăn nơi ở… Giúp quần thể thích nghi tốt với điều kiện môi trường, khai thác nguồn sống tốt - Hiện tượng liền rễ thông nhựa giúp lấy nhiều nước muối khống - Bồ nơng xếp thành đàn bắt nhiều cá Làm cho số lượng - Thực vật cạnh tranh Cạnh phân bố cá thể ánh sáng… tranh quần thể trì - Khi thiếu thức ăn số mức độ phù hợp, lồi động vật (mọt bột) có đảm bảo tồn thể an thịt lẫn nhau… phát triển Những đặc trưng quần thể a Sự phân bố cá thể không gian Các cá thể quần thể phân bố khơng gian khác nhau, hình thành kiểu: phân bố đều, phân bố theo nhóm hay phân bố ngẫu nhiên Phân bố theo nhóm: cá thể sống tập trung thành nhóm vị trí - Là kiểu phân bố phổ biến - Do điều kiện sống phân bố không tập tính giao phối, tập tính bắt mồi - Ví dụ: Thực vật nấm thường phân bố theo nhóm nơi có điều kiện đất nhân tố khác môi trường phù hợp cho hạt nảy mầm phát triển Nấm mọc thành nhóm bên đỉnh gỗ mục Côn trùng kỳ giơng tập trung thành nhóm phần thân có độ ẩm cao Con thiêu thân sống khoảng 1-2 ngày, thường tập trung thành nhóm lớn, làm tăng hội giao phối Sao biển tập trung thành nhóm vùng triều, nơi giàu thức ăn cho chúng Chó sói tập trung theo đàn bắt nhiều động vật ăn cỏ nai rừng nhiều động vật có kích thước lớn khác Phân bố đồng đều: khoảng cách cá thể - Kiểu phân bố không phổ biến kiểu phân bố theo nhóm - Do tương tác cá thể quần thể (sự cạnh tranh gay gắt) mơi trường có nguồn sống phân bố đồng - Ví dụ: Chim cánh cụt sống đảo Nam Georgia Nam Đại Tây Dương, cá thể thường phân bố đồng trì khoảng cách định với cá thể xung quanh cá thể ln có cạnh tranh công lẫn Phân bố ngẫu nhiên: khoảng cách cá thể khơng ổn định, vị trí cá thể độc lập với cá thể khác - Kiểu phân bố ngẫu nhiên không phổ biến tự nhiên - Do nguồn sống môi trường phân bố đồng đều, cá thể không hấp dẫn mạnh lẫn nhau, khơng có cạnh tranh gay gắt - Ví dụ: Cây bồ cơng anh mọc lên từ hạt phát tán nhờ gió, chúng phân bố ngẫu nhiên nơi mà hạt phát tán tới Sự phân bố cá thể lồi phụ thuộc vào điều kiện mơi trường đặc điểm sinh học, sinh thái học loài, song hướng đến khai thác tốt nguồn sống cho tồn phát triển quần thể Bảng so sánh kiều phân bố Phân bố đồng Phân bố ngẫu nhiên - Thường gặp điều kiện sống phân bố đồng Đặc môi trường điểm - Giữa cá thể có cạnh tranh gay gắt Phân bố theo nhóm - Điều kiện sống phân bố không đồng môi trường - Các cá thể thích sống tụ họp với - Thường gặp điều kiện sống phân bố đồng mơi trường - Giữa cá thể khơng có cạnh tranh gay gắt, phụ thuộc lẫn kết hợp thành nhóm - Giảm mức độ Tận dụng nguồn Hỗ trợ thông Ý cạnh tranh sống tiềm tàng từ môi qua hiệu nhóm nghĩa cá thể QT trường sinh - Khai thác triệt để thái nguồn sống từ môi trường Chim cánh cụt, hải Các loài gỗ Các lồi bụi Ví dụ âu, … rừng mưa nhiệt đới, … mọc hoang dại, … Phương pháp xác định kiểu phân bố: phương pháp thống kê ; V sai số chuẩn m: số lượng cá thể trung bình n: tổng lượng mẫu Kết luận: + V/m > : cá thể phân bố theo nhóm + V/m < : cá thể phân bố đồng + V/m = : cá thể phân bố ngẫu nhiên b Cấu trúc quần thể Cấu trúc giới tính - Khái niệm tỉ lệ giới tính: Là tỉ số số lượng cá thể đực/số lượng cá thể - Đặc điểm: tỉ lệ giới tính lồi thường 1:1, tỉ lệ giới tính thay đổi, chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố như: + Đặc điểm sinh sản loài + Điều kiện dinh dưỡng tỉ lệ tử vong không cá thể đực + Điều kiện môi trường sống … - Ý nghĩa: đặc trưng cho quần thể, đảm bảo hiệu sinh sản quần thể - Ứng dụng chăn nuôi: Điều chỉnh tỉ lệ đực cho phù hợp nhằm đạt hiệu kinh tế cao Tuổi cấu trúc tuổi quần thể Tuổi tính thời gian + Tuổi thọ sinh lí: khoảng thời gian tính từ lúc cá thể sinh chết già + Tuổi thọ sinh thái: khoảng thời gian sống cá thể từ lúc sinh đến lúc chết lí sinh thái (dịch bệnh, bị ăn thịt hay rủi ro khác) + Tuổi thọ quần thể: tuổi thọ trung bình cá thể quần thể - Cấu trúc thành phần nhóm tuổi + Là tổ hợp nhóm tuổi quần thể (gồm nhóm tuổi trước sinh sản, sinh sản sau sinh sản) + Ý nghĩa nghiên cứu cấu trúc tuổi: phản ánh trạng thái phát triển số lượng cá thể quần thể, phản ánh tiềm phát triển quần thể tương lai Từ nghiên cứu cấu trúc tuổi quần thể dự đoán phát triển quần thể tương lai, ứng dụng bảo vệ, khai thác loài sinh vật, điều chỉnh phát triển quần thể theo ý muốn - Tháp tuổi: Biểu thị tương quan số lượng cá thể nhóm tuổi QT quần thể Tháp tuổi trạng thái phát triển quần thể: quần thể phát triển, quần thể ổn định quần thể suy thối Nhìn chung lồi có nhóm tuổi, song số lồi khơng có nhóm tuổi sau sinh sản cá thể nhóm bị chết hết sau Hình Tháp tuổi QT với trạng thái phát triển khác nhau: A- QT sinh sản Ví dụ: cá Chình (Anguilla), cá trẻ; B- QT ổn định; C- QT già hay suy thoái hồi Viễn Đơng Khoảng thời gian nhóm tuổi loài khác khác Đa số côn trùng, tuổi trước sinh sản dài, tuổi sinh sản sau sinh sản ngắn Ví dụ: chuồn chuồn, ve sầu số loài khác, tuổi trước sinh sản kéo dài đến hay năm nhiều hơn, tuổi sinh sản sau sinh sản dài khoảng 3-4 tuần Cấu trúc tuổi quần thể thay đổi theo chu kì ngày đêm ( ví dụ: lồi giáp xác), chu kì mùa c Kích thước quần thể - Khái niệm kích thước quần thể: Số lượng, sinh khối, lượng tích lũy phạm vi phân bố quần thể + Kích thước tối thiểu: Số lượng trì tồn Dưới kích thước tối thiểu quần thể không tồn (tiềm sinh học yếu: khả tự vệ kém, khả gặp gỡ cá thể đực thấp + Kích thước tối đa: Kích thước lớn mà quần thể đạt được, vượt qua kích thước này, quần thể xảy trường hợp làm giảm sơ lượng cá thể: tăng cường cạnh tranh, sức sinh sản giảm, di cư tăng - Khi kích thước quần thể vượt mức tối đa có bất lợi sau: + Quan hệ hỗ trợ cá thể quần thể giảm, quan hệ cạnh tranh tăng + Khả truyền dịch bệnh tăng → phát sinh ổ dịch dẫn đến chết hàng loạt + Mức ô nhiễm môi trường cao cân sinh học - Khi kích thước quần thể giảm xuống mức tối thiểu có bất lợi sau: + Quan hệ hỗ trợ cá thể quần thể giảm: tự vệ, kiếm ăn + Mức sinh sản giảm: khả bắt cặp đực thấp, số lượng cá thể sinh ít, đặc biệt dễ xảy giao phối gần - Cách tính kích thước quần thể: + Phương pháp trực tiếp: Đối với quần thể cá thể khơng có khả di chuyển Đếm trực tiếp ô tiêu chuẩn + Phương pháp gián tiếp: Đối với quần thể cá thể có khả di chuyển Phương pháp chủ yếu: đánh bắt - thả bù theo công thức: C = (N1 x N2) / m C: kích thước quần thể N1: số cá thể bắt lần 1; N2: số cá thể bắt lần 2; m: số cá thể bắt lần có đánh dấu - Số lượng cá thể hay kích thước quần thể mô tả khái quát theo biểu thức: Nt = No + B - D + I – E Nt No kích thước quần thể thời điểm t to; B: mức sinh sản; D: mức tử vong; I: mức nhập cư; E: mức xuất cư - Bốn yếu tố chi phối đến kích thước quần thể, B D yếu tố nhất, mang đặc tính vốn có quần thể - B: Mức sinh sản quần thể số lượng non quần thể sinh khoảng thời gian xác định - D: Mức tử vong quần thể số lượng cá thể quần thể chết sau khoảng thời gian xác định (D  1) Số lượng (thang logarit) - Ss: Mức sống sót quần thể ngược với mức tử vong, số cá thể sống đến thời điểm định: Ss =1-D Đường cong sống sót quần thể thuộc lồi khác thể hình Những lồi đẻ nhiều (hàu, sò), phần lớn bị chết ngày đầu, số sống sót đến cuối Tuổi thọ tương đời (III) Những lồi động vật cao cấp người đẻ đối (%) Hình Đường cong sống sót: ít, sinh phần lớn sống sót, chết chủ yếu cuối III- Hàu, sò; I- Chim, thú, người; II- Sứa, đời (I) Đường cong II, đặc trưng cho lồi, sóc, thuỷ thủy tức - Do di cư phận quần thể sang lãnh thổ khác hay bị tác động nhân tố ngẫu nhiên * Số lượng cá thể quần thể giảm xuống mức tối thiểu có nguy bị tuyệt chủng vì: - Sự nhiễu loạn (bão, lụt, động đất, núi lửa ) liên quan tới yếu tố cấu trúc quần thể tỉ lệ sinh sản/ tử vong, tỷ lệ đực cái, tỉ lệ nhóm tuổi - Cấu trúc quần thể nhỏ thường không ổn định số lượng cá thể quần thể giảm xuống đến mức định khơng có khả phục hồi có khả dẫn đến diệt vong b) Sự phân chia mạnh nơi quần thể làm giảm độ đa dạng sinh học, vì: - Làm cho số lượng cá thể diện tích nơi quần thể nhỏ khơng đảm bảo cho số lồi sống bình thường, cá thể quần thể hạn chế ngẫu phối với nhau, tượng nội phối gia tăng dẫn tới thối hóa giống - Số lượng cá thể quần thể giảm mức thấp, quần thể không phục hồi dẫn tới diệt vong ảnh hưởng tới quần thể khác - Sẽ tạo nên nhiều nơi giáp ranh tạo điều kiện cho loài gây hại xâm thực, quần thể khơng đủ chống lại lồi xâm thực dẫn tới suy giảm Câu ( Đề QG vòng – 2015) Đa dạng di truyền cao cần thiết để quần thể tồn tiến hóa Tuy nhiên, nhiều trường hợp số cá thể di nhập đến nơi mới, chúng nhanh chóng phát triển thành quần thể lớn, cạnh tranh lấn át loài địa a) Hãy giải thích quần thể sinh vật nói phát triển mạnh mà khơng cần có đa dạng di truyền cao? b) Quần thể sinh vật ngoại lai nói theo thời gian tiến hóa nào, xét mặt đa dạng di truyền thiết lập mối quan hệ sinh thái quần xã mới? a) Quần thể sinh vật ngoại lai xuất phát với số lượng cá thể ít, đa dạng di truyền thấp, phát triển sinh sản mạnh cá thể có kiểu gen quy định kiểu hình thích hợp với môi trường Khi gặp môi trường thuận lợi ổn định, quần thể dồng kiểu gen (đa dạng di truyền ít) có lợi kiểu gen nhanh chóng nhân rộng Trường hợp này, giống sinh vật sinh sản vô tính (quần thể có độ đa dạng di truyền thấp) có lợi gặp mơi trường sống thuận lợi ổn định 33 Sự đa dạng di truyền cần thiết để “đối phó” với trường hợp gặp mơi trường biến đổi hội sống sót cao b) Quần thể sinh vật ngoại lai theo thời gian tăng dần số lượng mở rộng phạm vi phân bố tăng dần độ đa dạng di truyền Vì điều kiện sống mới, chúng tương tác với điều kiện hữu sinh vô sinh môi trường khác nên chọn lọc tự nhiên phân hóa chúng thành dạng khác Diễn sinh thái tác động sinh vật ngoại lai đưa quần xã vào giai đoạn ổn định mối quan hệ sinh thái chọn lọc tự nhiên trì qua thời gian - Sinh vật ngoại lai lúc đầu có lợi lấn át chí cạnh tranh loại trừ số loài hệ sinh thái Tuy nhiên, loài sinh vật địa chịu tác động loài ngoại lai tiến hóa phát sinh đặc điểm thích nghi chống lại sinh vật ngoại lai, rốt chọn lọc tự nhiên trì đặc điểm thích nghi lồi theo kiểu dung hòa lợi ích chúng Câu ( Đề QG vòng – 2015) Một số lồi động vật, kích thước quần thể gia tăng đến mức độ định dừng lại mà không tăng thêm nguồn sống dồi Có giả thuyết cho lồi động vật có yếu tố nội sinh giúp điều hòa ngược âm tính, điều hòa kích thước quần thể Hãy cho biết yếu tố nội sinh gì? Làm em kiểm tra yếu tố nội sinh điều hòa kích thước quần thể theo kiểu ức chế ngược âm tính? Hướng dẫn chấm: - Yếu tố nội sinh streess khiến vật đánh nhau, làm ức chế tổng hợp hooc môn sinh sản làm teo quan sinh sản, suy giảm hệ thống miễn dịch … nên giảm tỷ lệ sinh, tăng tỷ lệ chết - Nếu cho mật độ cao cá thể bị stress dẫn đến làm tăng loại hooc mơn dẫn đến giảm khả sinh sản tiến hành thí nghiệm sau: (1) lô đối chứng: nuôi cá thể mật độ vừa phải; (2) lơ thí nghiệm ni mật độ cao Trong hai lô thức ăn cung cấp đầu đủ Theo dõi hai lô khả sinh sản xét nghiệm hàm lượng hooc môn gây stress hai lô Nếu kết thí nghiệm cho thấy nguồn sống dồi dào, lơ thí nghiệm có nồng độ hooc môn cao đáng kể so với lô đối chứng khả sinh sản bị giảm đáng kể so với đối chứng cho suy giảm sinh sản bị stress 34 - Để kiểm tra có hooc mơn gây stress gây suy giảm khả sinh sản ta lại tiến hành thí nghiệm: (1) lơ đối chứng lơ thí nghiệm có mật độ cá thể thấp nhau, nuôi dưỡng chế độ Tuy nhiên, lô đối chứng tiêm dung dịch sinh lý lơ thực nghiệm tiêm hooc mơn gây stress Nếu lơ thí nghiệm có mật độ thấp khả sinh sản bị giảm chứng tỏ lồi động vật có yếu tố nội sinh nhận biết mật độ cao gây ức chế tăng kích thước quần thể Câu 10 ( Đề HSG QG – 2015) Bảng cho biết thay đổi tỉ lệ sinh, tỉ lệ tử vong, tỉ lệ di cư tỉ lệ nhập cư quần thể động vật từ năm 1980 đến năm 2000: 1980 1990 2000 Tỉ lệ sinh 2,4% 2,0% 2,3% Tỉ lệ tử vong 1,0% 1,2% 0,9% Tỉ lệ di cư 0,3% 0,5% 0,2% Tỉ lệ nhập cư 0,8% 0,9% 1,0% Dựa vào thông tin bảng trên, vẽ đồ thị phản ánh tỉ lệ tăng trưởng quần thể động vật khoảng thời gian từ 1980 đến năm 2000 Hướng dẫn chấm Để vẽ đồ thị phản ánh tỉ lệ tăng trưởng quần thể đó, ta phải tính tỉ lệ tăng trưởng quần thể thập kỉ (0,5 điểm) - Ở thập kỉ 1980 là: (2,4% + 0,8%) – (1% + 0,3%) = 1,9% - Ở thập kỉ 1990 là: (2,0% + 0,9%) – (1,2% + 0,5%) = 1,2% - Ở thập kỉ 2000 là: (2,3% + 1%) – (0,9% + 0,2%) = 2,2% Đồ thị: (0,5 điểm) Câu 11 (Campbell 53.5) Hãy xác định nhân tố phụ thuộc mật độ hạn chế kích thước quần thể, giải thích nhân tố có tác động phản hồi ngược âm tính Các nhân tố là: 1) Cạnh tranh giành nguồn sống Ở quần thể có đơng cá thể, mật độ quần thể tăng  tăng tính cạnh tranh cá thể ( thiếu thức ăn, chỗ ở,…)  tỷ lệ sinh quần thể giảm giới hạn kích thước quần thể 2) Chiếm lãnh thổ sinh vật Ở nhiều động vật, tập tính chiếm lãnh thổ giới hạn kích thước quần thể Mật độ cá thể tăng  Nhiều cá thể chỗ sống  chúng khơng thể sinh sản 35 3) Bệnh tật Mật độ cá thể tăng Tăng tỷ lệ truyền bệnh quần thể  Tăng tỷ lệ tử  giới hạn kích thước quần thể 4) Quan hệ ăn thịt mồi Mật độ vật ăn thịt tăng  Nhiều mồi bị bắt  Giảm số lượng quần thể mồi; Tăng số lượng ăn thịt 5) Các chất thải độc hại Mật độ cá thể tăng Tăng chất thải độc hại Lượng chất vượt ngưỡng  Gây chết sinh vật  Giới hạn kích thước quần thể VD: Trong mơi trường ni cấy không liên tục pha suy vong 6) Các yếu tố nội sinh Mật độ cá thể tăng  Ức chế tổng hợp hormone, làm chậm trình thành thục chuột, teo quan sinh sản, làm suy yếu hệ thống miễn dịch  Tăng tỷ lệ tử, giảm tỷ lệ sinh Câu 12 Hãy mô tả đặc điểm nơi biệt lập ảnh hưởng mật độ quần thể tỷ lệ nhập cư xuất cư Những đặc điểm bao gồm kích thước, chất lượng nguồn sống, cách biệt nơi - Quần thể địa phương có kích thước lớn thu hút nhiều cá thể có khả chứa nhiều cá thể - Các sinh vật ưu tiên sinh sống nơi khơng có vật ăn thịt, nguồn thức ăn dồi dào, điều kiện phù hợp cho sinh sản, sinh trưởng phát triển chúng - Dù quần thể địa phương bị quét lượng cá thể nhập cư phục hồi quần thể trở mức ban đầu Bài 13 ( Trích: Đề thi chọn HSG Quốc gia THPT 2012) 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 0,672 AA : 0,256 Aa : 0,072 aa a) Xác định cấu trúc di truyền thể hệ thứ ba Biết cách thức giao phối tạo thể hệ thứ ba giống cách thức giao phối tạo thể hệ thứ hai b) Thế hệ thứ có tỉ lệ kiểu gen trạng thái cân di truyền quần thể bị biến đổi thể mà từ hệ thứ thứ lại có thành phần kiểu gen vậy? Nếu trình tiếp tục diễn qua nhiều hệ kết cục quần thể nào? Giải thích? 36 Đáp án a - Thế hệ thứ có q(a)= 0,2; p(A)=0,8 nên cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân là: 0,64 AA : 0,32 Aa : 0,04 aa - Thế hệ thứ hai quần thể có cấu trúc 0,672 AA : 0,256 Aa : 0,072 aa; tần số tương đối alen là: q(a) = 0,072 + 0,256/2 = 0,2; p(A)=0,8 Vậy so với hệ thứ hệ thứ hai có tăng tỉ lệ đồng hợp tử, giảm tỉ lệ dị hợp tử; tần số tương đối alen không thay đổi  quần thể động vật xảy giao phối cận huyết hay nội phối Tỉ lệ Aa giảm: 0,32 – 0,256 = 0,064  F pq = 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 là: 0,6976 AA : 0,2048 Aa : 0,0976 aa ( q(a) = 0,2; p(A) =0,8) b - Từ quần thể giao phối ngẫu nhiên có kích thước lớn chuyển sang giao phối cận huyết kích thước quần thể bị suy giảm q mức, quần thể dễ bị giao phối cận huyết dẫn đến giảm đa dạng di truyền quần thể làm tăng tỉ lệ chết, giảm khả sinh sản - Khi kích thước quần thể nhỏ, yếu tố ngẫu nhiên làm giảm đa dạng di truyền quần thể, dẫn đến tăng tỉ lệ tử, giảm tỉ lệ sinh Như hai nhân tố tiến hóa giao phối khơng ngẫu nhiên( giao phối cận huyết hay nội phối) yếu tố ngẫu nhiên làm suy giảm nhanh chóng kích thước quần thể Nếu tình trạng kéo dài, quần thể rơi vào vòng xốy tuyệt chủng dẫn đến diệt vong Bài 14 ( Trích: Đề thi chọn HSG Quốc gia THPT 2010) Giả sử quần thể động vật ngẫu phối có tỉ lệ kiểu gen: - Ở giới cái: 0,36AA : 0,48 Aa : 0,16 aa - Ở giới đực: 0,64 AA : 0,32 Aa : 0,04 aa 37 a xác định cấu trúc di 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 Đáp án a - Tần số alen quần thể trạng thái cân di truyền: P(A) = 1/2 (0,6 + 0,8) = 0,7; q(a) = 0,3 - Cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân bằng: 0,49 AA : 0,42 Aa : 0,09 aa b - Tần số alen sau hệ ngẫu phối, cá thể aa khơng đóng góp gen vào quần thể (gen a từ cá thể aa bị đào thải): Áp dụng công thức q(a) = q0 / + nq0 = 0,3 / (1 + 0,3) = 0,12; P(A) = 0,88 Bài 15 ( Trích: Đề thi chọn HSG Quốc gia THPT 2009) Trong quần thể động vật có vú, tính trạng màu long gen quy định trạng thái cân di truyền Trong đó, tính trạng lơng màu nâu alen lặn( kí hiệu fB) quy định tìm thấy 40% đực 16% Hãy xác định: a Tần số alen fB b Tỉ lệ có kiểu gen dị hợp tử mang alen f B so với tổng số cá thể quần thể c Tỉ lệ đực có kiểu gen dị hợp tử mang alen f B so với tổng số cá thể quần thể Đáp án Tần số alen fB giới q = = 0,4 Vì quần thể cân nên tần số tương đối alen giới đực giới Vậy tần số tương đối ale fB giới đực q = 0,4 Theo giả thiết, kiểu hình lặn (f BfB) giới đực 40%  tỉ lệ kiểu hình lặn giới đực = 40% = 0,4 = q  Gen nằm NST X, khơng có alen tương ứng NST Y b Tỉ lệ có kiểu gen dị hợp tử mang alen fB so với tổng số cá thể quần thể 2pq/2 = p.q = 0,4 ( – 0,4) = 0,24 = 24% 38 c Vì gen nằm NST X, khơng có alen tương ứng Y nên khơng thể tìm thấy đực lưỡng bội dị hợp gen Vậy tỉ lệ đực có kiểu gen dị hợp tử mang alen fB so với tổng số cá thể quần thể 0% ( Nếu xem đực XfBY dị hợp tỉ lệ đực có kiểu gen dị hợp tử mang alen fB so với tổng số cá thể quần thể q = = 20%) Bài 16 ( Trích: Đề thi chọn HSG Quốc gia THPT 2008) Một loài thực vật thụ phấn tự có gen D quy định hạt tròn trội hồn tồn so với gen d qui định hạt dài; gen R qui định hạt đỏ trội hoàn toàn so với gen r qui định hạt trắng Hai cặp gen D, d R, r phân li độc lập Khi thu hoạch quần thể cân di truyền, người ta thụ 14,25% hạt tròn đỏ; 4,75% hạt tròn trắng; 60,75% hạt dài đỏ; 20,25% hạt dài trắng a) Hãy xác định tần số alen (D,d,R,r) tần số kiểu gen quần thể nêu b) Nếu vụ sau mang tất hạt có kiểu hình dài, đỏ trồng tỉ lệ kiểu hình hạt mong đợi thu hoạch nào? Giải thích Đáp án a Xét tính trạng quần thể: + Tính trạng hình dạng hạt: 19% tròn : 81% dài → tần số alen d q(d) == 0,9; p(D) = 0,1 → thành phần kiểu gen qui định hình dạng hạt là: 0,01DD: 0,18Dd: 0,81dd + Tính trạng màu hạt: 75% đỏ: 25% trắng → tần số: q(r) = = 0,5; p(R)=0,5 → thành phần kiểu gen qui đinh màu hạt là: 0,25RR: 0,5Rr: 0,25rr b Các hạt dài, đỏ quần thể có tần số kiểu gen là: 1ddRR: 2ddRr Tần số tương đối alen: d = 1, D = 0, R = 2/3 , r = 1/3 Nếu đem hạt trồng ta có tỉ lệ phân li kiểu hình tính theo lí thuyết thu vụ sau là: - Về tính trạng hình dạng hạt, thu 100% hạt dài (dd) - Về tính trạng màu hạt, thu được: tỉ lệ hạt trắng (rr) = ( 1/3) = 1/9  tỉ lệ hạt đỏ ( R- ) = 8/9 Vậy tỉ lệ kiểu hình hai tính trạng là: hạt dài đỏ(ddR-): dài trắng (ddrr) Câu 17 ( Trích: Đề thi chọn HSG Quốc gia THPT 2018) a) Ở quần thể người, theo số liệu thống kê 65 năm (tương đương với hệ), có 60 trẻ mắc tật thừa ngón (do đột biến trội gen nhiễm sắc thể 39 thường) số triệu trẻ em sinh từ cặp bố mẹ không mắc tật Tần số đột biến theo lý thuyết tính dựa vào số lượng cá thể có tật thừa ngón tổng số cá thể sinh từ cặp bố mẹ không mắc tật Hãy đưa điều kiện để tần số đột biến trội gen tính theo cách có giá trị gần so với tần số đột biến xảy thực tế tính tần số đột biến gen gây tật thừa ngón quần thể hệ b) Dưới tác động chọn lọc tự nhiên, giả sử người mắc tật thừa ngón có hệ số thích nghi (giá trị thích nghi) 75% so với cá thể khơng mắc tật Hãy tính tần số alen đột biến trội gây tật thừa ngón alen lặn quy định kiểu hình bình thường quần thể người nêu ý a) đạt trạng thái cân đột biến chọn lọc tự nhiên Hướng dẫn chấm a) Có thể tính tần số đột biến (số alen bị đột biến/thế hệ) dựa vào tần số kiểu hình đột biến trội nếu: - Kiểu hình đột biến đột biến trội gen quy định - Bệnh xuất đột biến trình hình thành giao tử bố mẹ bình thường - Các cá thể bị đột biến sinh sống sót - 100% cá thể mang gen đột biến trội biểu kiểu hình trội (Gen đột biến trội có độ thâm nhập (độ thấm) hoàn toàn) Mỗi ý 0,125 điểm x (= 0,5 điểm) Tần số đột biến = 60 alen đột biến/8 triệu alen/3 hệ = 2,5 X 10 -6 đột biến/thế hệ (0,25 điểm) b) Người mắc tật có hệ số thích nghi w = 0,75 => hệ số chọn lọc s = - 0,75 = 0,25 - Trong trường hợp đột biến trội, chọn lọc tự nhiên chống lại alen trội: (sAA= sAa =0,25; saa =0) - Do đó, trạng thái cân đột biến chọn lọc tự nhiên: + Tần số alen đột biến trội pa = tần số đột biến / hệ số chọn lọc = 2,5 X 10-6 / 0,25 = 1x10-5 = 0,00001 (0,25 điểm) + Tần số alen lặn bình thường qa= - 0,00001 = 0,99999 (0,25 điểm) Câu 18 ( Trích: Đề thi chọn HSG Quốc gia THPT 2018) Các nhân tố tiến hóa: đột biến, di - nhập gen, yếu tố ngẫu nhiên chọn lọc tự nhiên làm thay đổi mức đa dạng di truyền phạm vi quần thể tốc độ phân ly di truyền quần thể khác loài nào? Giải 40 thích Hướng dẫn chấm - Đột biến: + Làm tăng biến dị di truyền quần thể đột biến nhân tố hình thành nên biến dị mới, biến đổi kiểu gen tạo kiểu hình (0,25 điểm) + Đột biến làm tăng tốc độ phân ly di truyền quần thể lồi, quần thể khác chịu tác động khác nhân tố đột biến, đột biện ngẫu nhiên, không định hướng => tăng khác biệt quần thể (0,25 điểm) - Di nhập gen: + Có thể làm tăng biến dị di truyền quần thể di nhập gen đưa vào quần thể alen (quy định kiểu hình mới) (0,25 điểm) + Di nhập gen làm giảm tốc độ phân ly di truyền quần thể, qua tạo pha trộn vốn gen quần thể có di - nhập gen, làm quần thể khác giống (0,25 điểm) - Yếu tố ngẫu nhiên: + Làm giảm biến dị di truyền quần thể, làm loại bỏ số alen đó, ngược lại alen cố định (có thể đạt tới tần số 1) (0,25 điểm)) + Yếu tố ngẫu nhiên làm tăng tốc độ phân ly di truyền quần thể tác động yếu tố ngẫu nhiên khác quần thể khác (0,25 điểm) - Chọn lọc tự nhiên + CLTN làm tăng giảm biến dị di truyền quần thể, phụ thuộc vào chọn lọc phân hóa, tạo nên trạng thái đa hình cân quần thể (tăng) hay chọn lọc định hướng, ổn định (giảm) (0,25 điểm) + CLTN làm tăng giảm phân ly di truyền quần thể: quần thể chịu áp lực chọn lọc khác => tăng phân ly; áp lực chọn lọc giống => giảm phân ly (0,25 điểm) Câu 19 ( Trích: Đề thi chọn HSG Quốc gia THPT 2015) Ở quần thể động vật sinh sản hữu tính, giới đực dị giao tử (XY), giới đồng giao tử (XX), có tần số alen A (nằm vùng không tương đồng nhiễm sắc thể X) hệ thứ hai giới đực 0,4 giới 0,5 Các cá thể quần thể giao phối ngẫu nhiên với qua hệ 41 Hãy xác định tần số alen A giới đực giới hệ thứ (thế hệ đầu tiên) hệ thứ tư Độ chênh lệch tần số alen A giới đực giới qua hệ ngẫu phối có biến đổi ? Hướng dẫn chấm - Tần số alen A giới đực hệ thứ hai 0,4 tần số alen A giới hệ thứ Gọi x tần số alen A giới đực hệ thứ có phương trình sau: 1/2 (0,4 + x) = 0,5 → 0,4 + x = → x = 0,6 - Tần số alen A giới hệ thứ ba = 1/2 (0,4 + 0,5) = 0,45 Tần số alen A giới đực hệ thứ ba tần số alen A giới hệ thứ hai = 0,5 - Tần số alen A giới hệ thứ tư = 1/2 (0,45 + 0,5) = 0,475 Tần số alen A giới đực hệ thứ tư tần số alen A giới hệ thứ ba = 0,45 - Độ chênh lệch tần số alen A hai giới đực giảm dần qua hệ ngẫu phối: 0,2 → 0,1 → 0,05 → 0,025 Độ chênh giảm nửa sau hệ ngẫu phối Câu 20 ( Trích: Đề thi chọn HSG Quốc gia THPT 2014) a) Hãy cho biết hình thức chọn lọc có tốc độ tích lũy đột biến sai nghĩa (thay axit amin) có xu hướng cao tốc độ tích lũy đột biến đồng nghĩa (thay nuclêôtit không làm thay đổi axit amin)? b) Một quần thể có kiểu gen AA, Aa aa với giá trị thích nghi là: 0,8; 1,0 0,4 Quần thể bị chi phối hình thức chọn lọc nào? Giải thích Xác định cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân di truyền Hướng dẫn chấm a) - Hình thức chọn lọc phân hóa, hình thức chọn lọc sau xảy cá thể chọn lọc ưu tiên giữ lại có khuynh hướng mang tính trạng khác biệt khác với hầu hết với cá thể thuộc quần thể xuất phát (0,25đ) - Để có khác biệt trên, cần xuất đột biến thay axit amin dẫn đến thay đổi kiểu hình (tính trạng) đột biến đồng thời giữ lại Trong đó, hai hình thức chọn lọc lại có khuynh hướng ưu tiên giữ lại cá thể có kiểu hình giống (alen kiểu dại chọn lọc ổn định alen đột 42 biến chọn lọc vận động) Do đó, hầu hết đột biến giữ lại đột biến đồng nghĩa (thay nuclêôtit) (0,25đ) b) - Quần thể bị chi phối hình thức chọn lọc ổn định, kiểu gen Aa có giá trị thích nghi lớn nhất, kiểu gen AA Aa có giá trị thích nghi hơn, nghĩa chọn lọc có xu hướng bảo tồn thể dị hợp đào thải thể đồng hợp (0,50đ) - SAA= 1,0 - 0,8 = 0,2; Saa = 1,0 - 0,4 = 0,6; 0,  0, 25 Tại thời điểm cân qa = 0,  0, ; pA = 1,0 - 0,25 = 0,75 (0,50đ) Cấu trúc di truyền quần thể trạng thái cân di truyền: (0,75)2AA + �0,75 �0,25Aa + (0,25)2aa = => 0,5625 AA + 0,375 Aa + 0,0625aa = (0,50đ) Các câu hỏi trắc nghiệm Quan sát thấy cá thể quần thể phân bố cách đồng đều, điều chứng tỏ a kích thước vùng phân bố quần thể tăng b nguồn sống phân bố không đồng c cá thể quần thể cạnh tranh giành nguồn sống d cá thể quần thể hấp dẫn cá thể bên cạnh không bị cá thể khác xua đuổi e mật độ quần thể thấp Các nhà sinh thái học theo dõi phận nhóm cá thể lứa tuổi để a xác định sức chứa quần thể b xác định quần thể điều chỉnh trình phụ thuộc mật độ c xác định mức sinh sản tử vong nhóm cá thể quần thể d xác định nhân tố điều chỉnh kích thước quần thể e xác định xem có phải tăng trưởng quần thể theo chu kỳ Theo hàm số logistic = a số lượng cá thể thêm vào đơn vị thời gian lớn N gần b tỷ lệ tăng trưởng (r) tính đầu cá thể tăng N tiến gần tới K c tăng trưởng quần thể N K 43 d quần thể tăng trường theo hàm số mũ K có giá trị nhỏ e tỷ lệ sinh (b) tiến gần tới N tiến tới K Sức chứa quần thể a tính xác sử dụng sử dụng mơ hình tăng trưởng logistic b nhìn chung giữ ổn định theo thời gian c tăng tỷ lệ tăng trưởng tính đầu cá thể (r) giảm d thay đổi điều kiện mơi trường thay đổi e khơng vượt qua Hãy chọn cặp từ mơ tả xác đặc điểm lịch sử đời sống quần thể cáo ổn định a sinh sản lần đời; chọn lọc -r b sinh sản lần đời; chọn lọc -K c sinh sản nhiều lần đời; chọn lọc -r d sinh sản nhiều lần đời; chọn lọc -K e sinh sản nhiều lần đời; chọn lọc -N Trong thời gian sinh sản theo hàm số mũ, quần thể ln a tăng trưởng hàng nghìn cá thể b tăng trưởng với tỷ lệ tăng đầu cá thể mức tối đa c nhanh chóng đạt tới sức chứa chúng d ln quay vòng theo chu kỳ e số cá thể xuất cư Các nhà khoa học nghiên cứu chu kỳ quần thể thỏ tuyết linh miêu ăn thịt thỏ thấy a quần thể mồi điều hòa vật ăn thịt b thỏ linh miêu phụ thuộc vào nhiều, lồi khơng thể tồn thiếu lồi c nhiều nhân tố vơ sinh hữu sinh góp phần vào chu kỳ quần thỏ linh miêu d quần thể thỏ quần thể linh miêu điều hòa chủ yếu nhân tố vơ sinh e quần thể thỏ có kiểu chọn lọc -r quần thể linh miêu có kiểu chọn lọc -K 44 Dựa vào tỷ lệ tăng trưởng dân số nay, dân số Trái Đất vào năm 2010 gần đạt tới a triệu d tỷ b tỷ e 10 tỷ c tỷ Câu sau quần thể người nước cơng nghiệp khơng phù hợp? a kích thước gia đình trung bình tương đối nhỏ b dân số thay đổi c lịch sử đời sống theo chọn lọc -r d đường cong sống sót kiểu I e cấu trúc tuổi tương đối 10.Một nghiên cứu gần dấu chân sinh thái kết luận a Trái Đất chứa khoảng 10 tỷ người b sức chứa Trái Đất tăng lên tiêu thụ thịt tính theo đầu người tăng c nhu cầu nước cơng nghiệp hóa nguồn tài ngun nhỏ nhiều so với dấu chân sinh thái nước d dấu chân sinh thái nước Mỹ lớn sử dụng tài ngun tính theo đầu người cao e cải tiến công nghệ giúp làm tăng sức chứa Trái Đất người 11 Một quần thể ruồi có gene với hai allele, A1 A2 Các phép thử cho thấy 70% giao tử tạo quần thể chứa allele A1 Nếu quần thể cân Hardy – Weinberg tỉ lệ ruồi chứa allele A1 A2 bao nhiêu? a 0,7 b 0,49 c 0,21 d 0,42 e 0,09 12 Có 40 cá thể quần thể 1, tất có kiểu gen A1A1, 25 cá thể quần thể 2, tất có kiểu gen A2A2 Giả sử hai quần thể nằm cách xa điều kiện môi trường chúng giống Dựa thông tin cho đây, biến dị di truyền quan sát thấy có nhiều khả cho thấy a phiêu bạt di truyền d biến dị riêng biệt b dòng gen e chọn lọc định hướng c chọn lọc phân hóa 45 13 Chọn lọc tự nhiên làm thay đổi tần số allele số _ sống sót thành cơng so với số lại a allele c vốn gene e cá thể b locus d lồi 14 Khơng có hai người giống y hệt mặt di truyền ngoại trừ trường hợp sinh đôi trứng Nguyên nhân chủ yếu gây nên biến dị di truyền cá thể người a đột biến xảy hệ trước b xáo trộn allele sinh sản hữu tính c phiêu bạt di truyền kích thước quần thể nhỏ d biến dị địa lý bên quần thể e tác động mơi trường 15 Các chim sẻ có kích thước cánh cỡ trung bình sống sót tốt bão lớn so với có cánh dài ngắn Điều minh họa a hiệu ứng thắt cổ chai b chọn lọc ổn định c chọn lọc phụ thuộc tần số d biến dị trung tính e chọn lọc phân hóa ĐÁP ÁN: ĐÁP ÁN: c 11 d c 12 a c 13 c d 14 b d 15 b 46 b c d c 10 d PHẦN 3: KẾT LUẬN Kết luận  Trong bồi dưỡng học sinh giỏi dạy học môn Sinh học trường THPT, cần dạy phần quần thể sinh vật theo phương pháp dạy học tích hợp theo chủ đề để học sinh có nhìn tổng thể quần thể góc độ sinh thái học, di truyền học tiến hóa học  Dưới góc độ sinh thái, quần thể sinh vật thể rõ qua: khái  niệm, ví dụ, đặc trưng sinh thái biến động số lượng cá thể quần thể Về phương diện di truyền, tiến hóa, cần phân tích rõ đặc trưng di truyền quần thể, cấu trúc di truyền quần thể tự phối, ngẫu phối, đa hình quần thể tác động nhân tố tiến hóa lên quần thể  Dưới góc độ, phương diện cần phân tích kỹ sở lý thuyết phát triển, khai thác thêm dạng tập khác nhau, tham khảo thêm sách chuyên ngành, chuyên sâu để có kiến thức tổng quát toàn diện quần thể sinh vật Đề xuất Kiến thức quần thể sinh vật nói riêng sinh thái học nói chung rộng khó Câu hỏi, tập đề thi phần xây dựng theo nhiều hướng đa dạng, khó Rất mong q thầy chung tay xây dựng chia sẻ dạng tập theo hướng tích hợp để học trò có nhiều tài liệu học tập ôn luyện Trong khuôn khổ chun đề, chúng tơi trình bày tóm lược vấn đề nghiên cứu, nhiều thiếu sót Rất mong nhận cảm thơng, chia sẻ, góp ý quý thầy cô Trân trọng cảm ơn! Tác giả 47 ... sinh thái, di truyền tiến hóa quần thể sinh vật Phần 3: Kết luận Trang 3 3 11 15 16 17 17 18 18 19 20 22 23 25 26 26 27 29 30 32 48 CHUYÊN ĐỀ: QUẦN THỂ SINH VẬT THEO QUAN ĐIỂM SINH THÁI, DI TRUYỀN,... chủ đề dạy học “ Quần thể sinh vật nhằm giúp giáo viên, học sinh có nhìn đầy đủ, khái quát, tổng thể mặt quần thể sinh vật Vì chúng tơi thực chuyên đề “Quần thể sinh vật theo quan điểm sinh thái,. .. DI TRUYỀN, TIẾN HÓA Phần một: MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Trong Sinh học, quần thể sinh vật đối tượng nghiên cứu chung sinh thái học, di truyền tiến hóa Trong đề thi, quần thể sinh vật quan tâm phân