Chuyên đề SINH học QUẦN THỂ SINH vật

Chuyên đề: SINH HỌC QUẦN THỂ SINH VẬT (Theo hướng tích hợp) PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ I Lý chọn chuyên đề tài Sinh thái học tích hợp với tất lĩnh vực nghiên cứu sinh học dựa vào nhà quản lí đưa định mơi trường Có liên quan sinh thái với sinh học tiến hóa kiện sinh thái học có ảnh hưởng tới tiến hóa sinh vật Động thái trình sinh học ảnh hưởng tới mật độ quần thể, phân bố số lượng cá thể quần thể Mật độ phân bố cá thể quần thể kết tương tác tỷ lệ sinh, tỷ lệ tử, nhập cư xuất cư Các nhân tố mơi trường có ảnh hưởng sâu sắc phân bố cá thể Đặc điểm lịch sử đời sống sinh vật sản phẩm tiến hóa, phản ánh phát triển, sinh lí tập tính sinh vât Tiến hóa đa dạng lịch sử đời sống sinh vật: Vụ nổ (Big bang), sinh sản lần đời chết Sinh vật sinh sản nhiều lần tạo đời cách lặp lặp lại Đặc điểm lịch sử đời sống sinh vật kích thước thể, tuổi thành thục sinh dục chăm sóc phải dung hòa đòi hỏi mâu thuẫn thời gian, lượng dinh dưỡng Quần thể sinh vật cấp độ tổ chức giới sống Vì cấp độ tổ chức tổ chức có đặc điểm chung định xây dựng theo nguyên tắc thứ bậc; hệ mở có khả tự điều chỉnh hệ thống liên tục tiến hóa Với lý việc xây dựng chuyên đề mang tính tích hợp phân mơn di truyền, tiến hóa, sinh thái nội dung khó mà tài liệu Việt Nam khơng phổ biến Nhằm mục đích giúp em học sinh lớp chuyên có kiến thức chuyên sâu phần này, qua em có tảng tốt để theo học đội tuyển HSG ôn thi kỳ thi THPT Quốc gia Tôi biên soạn chuyên đề: “Sinh học quần thể sinh vật” theo quan điểm tích hợp, theo cách tiếp cận riêng thân từ đến tổng hợp chuyên sâu, sau số tập câu hỏi mà em gặp phải làm đề thi HSG cấp với hy vọng làm tài liệu đọc ôn tập cho em học sinh đội tuyển học sinh giỏi tài liệu đọc thêm cho học sinh dùng môn Sinh để xét tuyển đại học kỳ thi THPT Quốc gia II Mục đích của chuyên đề; hướng phát triển của chuyên đề * Mục tiêu của chuyên đề - Cung cấp hệ thống kiến thức chuyên sâu sinh học quần thể sinh vật - Giới thiệu số câu hỏi tự luận, tập để ôn tập, củng cố khắc sâu nâng cao kiến thức liên quan đến chuyên đề * Hướng phát triển của chuyên đề Hoàn thiện chuyên đề sinh học quần thể sinh vật theo hướng tích hợp cách khoa học, sau nhận góp ý thầy, đồng nghiệp III Đối tượng, phạm vi áp dụng Học sinh lớp 10, đội tuyển ôn thi học sinh giỏi môn sinh cấp tỉnh đội tuyển 11, 12 ôn thi học sinh giỏi quốc gia, tham khảo trình ôn thi THPT Quốc gia PHẦN II: NỘI DUNG Sự tương tác sinh thái tiến hóa lĩnh vực nghiên cứu phong phú nhiều thập kỷ qua Một vấn đề đáng quan tâm lĩnh vực tiến hóa chọn lọc tự nhiên động lực sinh thái hay khơng? Cụ thể, nghiên cứu tiến hóa thích nghi gần tập trung vào mức độ thích nghi nhanh chóng ảnh hưởng đến sinh thái ngược lại Sự tiến hóa khơng thích nghi xảy nhanh chóng, với hệ sinh thái, để hiểu đầy đủ phạm vi tương tác sinh thái - tiến hóa (tiến hóa thích nghi) đòi hỏi phải tìm hiểu kỹ cấp độ quần thể với mối liên quan di truyền – tiến hóa sinh thái QUẦN THỂ VÀ SỰ HÌNH THÀNH QUẦN THỂ 1.1 Khái niệm quần thể Theo A.V.Yablokov (1986), quần thể nhóm cá thể lồi có khả giao phối tự với nhau, chiếm khu phân bố xác định trải qua khoảng thời gian tiến hố lâu dài để hình thành nên hệ thống di truyền độc lập ổ sinh thái riêng Nói ngắn gọn, quần thể nhóm sinh vật có khả giao phối qua lạ i chia xẻ vốn gene chung (Ridley 1993) Nó gọi quần thể Mendel, mà tập hợp lớn lồi Như vậy, quần thể khơng phải tập hợp ngẫu nhiên sinh vật loài, sinh sống nơi mà chúng coi quần thể khi: Chúng có cấu trúc ổn định, thể qua ổn định đặc trưng quần thể mặt di truyền sinh thái Giữa quần thể môi trường có trao đổi vật chất truyền lượng, quần thể có khả tự điều chỉnh phù hợp với sức chứa môi trường Các cá thể quần thể có khả sinh sản số lượng cá thể quần thể biến động phụ thuộc vào thay đổi nhân tố môi trường Các cá thể quần thể liên hệ với nhờ mối quan hệ sinh thái trao đổi với môi trường Các cá thể quần thể thích nghi với điều kiện sống mơi trường 1.2 Phân loại quần thể Có nhiều cách thức phân loại quần thể khác tùy theo mục đích nghiên cứu Nếu theo khía cạnh cấu trúc động thái quần thể phân loại quần thể thành dạng sau: Quần thể loài: quần thể lồi hình thành sai khác tính chất lãnh thổ phân bố Quần thể địa lí: nhiều trường hợp, quần thể loài phân thành quần thể địa lí khác nhau, khác biệt điều kiện khí hậu cảnh quan vùng phân bố Quần thể sinh thái: quần thể địa lí lại phân thành quần thể sinh thái, bao gồm cá thể loài sống sinh cảnh Quần thể yếu tố: quần thể cá thể loài sống khu vực nhỏ định sinh cảnh, trường hợp sinh cảnh đồng phân thành nhiều khu vực khác thổ nhưỡng, ánh sáng…hình thành quần thể yếu tố khác Nếu xét thời gian hình thành tồn tại, chia quần thể thành hai loại vi quần thể quần thể địa phương Vi quần thể: Quần thể có mức độ họ hàng gần sống khu vực hẹp, hệ sinh thái, tồn hàng chục năm Ví dụ đàn ong, bầy ngựa, đàn gà… Quần thể địa phương: Một nhóm cá thể loài sống khu vực định ổn định qua hàng loạt hệ, không đổi tần số alen tần số kiểu gen Hình Quần thể ong mật Hình Quần thể ngựa vằn Trong di truyền học quần thể, người ta phân biệt quần thể theo ba kiểu giao phối: Giao phối ngẫu nhiên hay ngẫu phối, giao phối chọn lựa nội phối Ngẫu phối kiểu giao phối xảy bắt cặp ngẫu nhiên cá thể đực quần thể Lưu ý định nghĩa quần thể áp dụng cho quần thể thuộc hệ thống ngẫu phối; chúng chiếm vị trí quan trọng hệ thống loài đề cập chủ yếu suốt chủ đề Giao phối chọn lựa kiểu giao phối cá thể đực không bắt cặp ngẫu nhiên mà có lựa chọn theo kiểu hình Có hai trường hợp: (1) Nếu cá thể có xu hướng giao phối với cá thể khác có kiểu hình tương tự, gọi giao phối chọn lựa dương tính; (2) Nếu lựa chọn quan tâm tần số cặp giao phối khác xa với tần số cặp ngẫu phối, gọi giao phối khơng lựa chọn hay chọn lựa âm tính Chẳng hạn, người, giao phối có lựa chọn xảy tính trạng chiều cao, màu mắt, màu tóc Vì ảnh hưởng đến tần số kiểu gene locus có liên quan đến việc xác định kiểu hình sử dụng giao phối Còn kiểu giao phối không lựa chọn phổ biến hệ thống tự bất dục thực vật Nội phối giao phối không ngẫu nhiên xảy cá thể có quan hệ họ hàng gần điển hình tự thụ tinh Quá trình hình thành quần thể Một nhóm cá thể lồi phát tán tới môi trường sống cá thể khơng thích nghi với điều kiện sống bị tiêu diệt di cư, cá thể lại thích nghi dần với điều kiện sống, chúng thiết lập mối quan 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 Khi nhóm cá thể quần thể di cư đến vùng đất sáng lập quần thể biến động số lượng cá thể thường mô tả sơ đồ: Hình Sự biến động số lượng cá thể quần thể hình thành quần thể Quần thể có biến động cá thể theo đồ thị do: Khi chuyển đến vùng đất chưa thích nghi với nhân tố sinh thái môi trường nên giai đoạn đầu có giảm số lượng cá thể cách đáng kể (những cá thể thích nghi với mơi trường bị chọn lọc tự nhiên đào thải, cá thể thích nghi tồn sinh sản để khơi phục kích thước quần thể) Do vùng đất dồi nguồn sống nên số lượng cá thể biến động theo hướng tăng kích thước quần thể Số lượng tăng làm khan nguồn sống dẫn tới tỉ lệ sinh sản giảm tỉ lệ tử vong tăng làm giảm kích thước quần thể Quá trình điều chỉnh liên tục diễn sau biến động có biên độ hẹp chủ yếu quanh trạng thái cân MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CÁ THỂ TRONG QUẦN THỂ 2.1 Quan hệ hỗ trợ Là mối quan hệ cá thể loài hỗ trợ lẫn hoạt động sống lấy thức ăn, chống lại kẻ thù, sinh sản… Quan hệ hỗ trợ đảm bảo cho quần thể tồn ổn định, khai thác tối ưu nguồn sống môi trường, làm tăng khả sống sót sinh sản cá thể (hiệu nhóm) cụ thể: (1) Các cá thể nhóm khai thác tối ưu nguồn sống môi trường, số cá thể giảm lượng tiêu thụ oxi (2) Sự phân chia thứ bậc chức rõ ràng cá thể bầy đàn hình thành tổ chức xã hội sinh vật, giúp sinh vật chống chọi với điều kiện môi trường, chống lại kẻ thù (3) Trong nhóm non chăm sóc tốt Do khả sống sót sinh sản cá thể quần thể nhóm tốt 2.2 Quan hệ cạnh tranh Khi mật độ cá thể quần thể tăng lên cao, nguồn sống môi trường không đủ cung cấp cho cá thể quần thể xảy cạnh tranh Cạnh tranh lồi biểu tranh giành thức ăn, nơi ở, ánh sáng nguồn sống khác; đực tranh giành Quan hệ cạnh tranh làm cho số lượng phân bố cá thể quần thể trì mức phù hợp với nguồn sống không gian sống, đảm bảo tồn phát triển quần thể Cạnh tranh lồi động lực thúc đẩy tiến hóa loài Cạnh tranh xảy mật độ cá thể quần thể cao, vượt mức chịu đựng môi trường, cá thể quần thể cạnh tranh gay gắt -> tăng mức tử vong Cạnh tranh gồm cạnh tranh loại trừ cạnh tranh không loại trừ Cạnh tranh không loại trừ: cá thể cạnh tranh thức ăn, nơi ở, quyền giao phối không gây ảnh hưởng tới sức sống, khả sống sót Ví dụ: cạnh tranh tiếng hót, vũ điệu lồi chim Kết cạnh tranh khơng loại trừ lồi khác dẫn tới di cư số cá thể quần thể; Cạnh tranh loại trừ: dựa vào ngun tắc sau: (1) Hai lồi khơng thể tồn lâu dài quần thể chúng có ổ sinh thái sống hệt nhau; (2) Khi cạnh tranh lồi có ổ sinh thái chung mà khơng dẫn đến tuyệt chủng  phải có loài phải thay đổi ổ sinh thái; (3) Sự phân chia nguồn sống: phân li ổ sinh thái cho phép loài tương tự tồn quần xã Nhờ có cạnh tranh mà số lượng phân bố cá thể quần thể trì mức độ phù hợp, đảm bảo tồn phát triển ổn định Cạnh tranh gay gắt cá thể quần thể dẫn tới phân hóa ổ sinh thái thức ăn, tăng cường khả khai thác nguồn thức ăn môi trường quần thể Cạnh tranh nơi dẫn tới phân chia lãnh thổ tránh ẩu đả liệu cá thể quần thể Canh tranh dẫn tới cá thể nhóm cá thể bảo vệ khu vực sống riệng chúng tăng cường tự vệ trước kẻ thù Sự phân hóa thức ăn, nơi sở hình thành quần thể sở tiến hóa lồi Cạnh tranh cá thể đực tranh giành với thắng thể đực khỏe có ý nghĩa chọn lọc tự nhiên tiến hóa lồi Ở thực vật: xảy tự tỉa cành sự tỉa thưa Tỉa cành tự nhiên tượng cành phía thiếu ánh sang nên cường độ quang hợp giảm, hơ háp diễn bình thường, càn thiếu nước rụng sớm Tỉa thưa tự nhiên tượng phía thiếu ánh sang nên bị chết dần -> mật độ quần thể giảm xuống TRẠNG THÁI CÂN BẰNG CỦA QUẦN THỂ Mỗi quần thể có vốn gen đặc trưng, thể tần số alen tần số kiểu gen quần thể Vốn gene tập hợp toàn alen tất gene cá thể quần thể thời điểm xác định Mỗi quần thể đặc trưng vốn gene định mơ tả tần số alen locus Đối với locus nhiễm sắc thể thường, vốn gene quần thể có N alen Tần số kiểu hình tính số lượng cá thể kiểu hình cụ thể chia cho tổng số cá thể quần thể Tần số kiểu gene tính số lượng cá thể kiểu gene cụ thể chia cho tổng số cá thể quần thể Tần số alen tính hai lần số lượng cá thể đồng hợp cộng với số cá thể dị hợp alen chia cho hai lần tổng số cá thể quần thể; hay tần số alen tần số kiểu gene đồng hợp cộng với nửa tần số kiểu gene dị hợp alen Khi quần thể sinh vật bị biến động số lượng hay mặt di truyền quần thể ln có xu hướng hướng tới trạng thái cân Hình Trạng thái cân số lượng cá thể quần thể Về mặt sinh thái trạng thái cân số lượng trạng thái quần thể có số lượng cá thể ổn định phù hợp với khả cung cấp nguồn sống mơi trường Có chế điều hòa trạng thái cân số lượng điều hòa khắc nghiệt điều hòa mềm dẻo Điều hòa khắc nghiệt: tác động rõ rệt lên mức sinh sản, tử vong quần thể thơng qua hình thức tự tỉa thưa ăn thịt lẫn Hình Cơ chế điều hòa khắc nghiệt Hình Cơ chế điều hòa mật độ thơng qua mức sinh sản tử vong Mật độ cá thể nhân tố điều chỉnh tăng trưởng quần thể: mật độ tăng cao làm cho mức độ sinh sản giảm, mức độ tử vong tăng lên nhiều cá thể xuất cư khỏi quần thể Khi mật độ cá thể giới hạn cho phép, quần thể trì mức tăng trưởng cao, sau tăng chậm lại mật độ tăng lên sau dừng lại mật độ q cao, vượt sức chứa mơi trường Điều hòa mềm dẻo: tác động lên xuất nhập cư, giảm mức sinh sản thơng qua hình thức lồi tiết chất hóa học ức chế tăng trưởng lồi khác, số loài giảm sinh sản mật độ q cao, số lồi tăng xuất cư mơi trường sống giảm Điều chỉnh số lượng cá thể quần thể phụ thuộc vào mật độ (nhân tố hữu sinh - NTHS) Cạnh tranh giành nguồn sống: mật độ tăng, cạnh tranh tăng thiếu thức ăn, nguồn sống… dẫn tới sinh sản giảm, tử vong tăng Chiếm lãnh thổ sinh vật giới hạn mật độ quần thể (trong trường hợp không gian sống nguồn sống) Tập tính bảo vệ lãnh thổ giúp tăng khả kiếm ăn tăng khả sinh sản Bệnh tật: mật độ cao tăng khả lan tràn dịch bệnh Quan hệ vật ăn thịt mồi: Vật ăn thịt tăng ăn nhiều mồi Khi mồi tăng khả bị ăn thịt tăng Các chất thải độc hại: Sự tích tụ chất độc hại góp phần điều hòa kích thước quần thể Yếu tố nối sinh: ví dụ : công cá thể mật độ cao thức ăn dồi Khi mật độ cao gây ức chế tổng hợp hoocmon, cá thể chậm thành thục sinh sản, teo quan sinh sản, suy giảm hệ thống miễn dịch Do tăng tử vong, giảm sinh sản (đây hiệu ứng đông cá thể quần thể) tác động liên hệ ngược giải thích quần thể ngừng sinh trưởng mật độ cao Hình Cơ chế điều hòa số lượng cá thể quần thể Về mặt lý thuyết quần thể ổn định thời gian dài quần thể đạt trạng thái cân di truyền Điều có nghĩa tần số alen thành phần kiểu gen quần thể có xu hướng không đổi qua thể hệ Phần thảo luận trạng thái cân quần thể tự phối ngẫu phối 3.1.1 Quần thể tự phối (quần thể tự thụ phần, quần thể giao phối gần giao phấn bắt buộc) Quá trình tự phối làm cho quần thể phân hóa thành dòng chủng có kiểu gen khác Cấu trúc di truyền quần thể tự phối biến đổi qua thể hệ theo hướng giảm dần tỷ lệ dị hợp tử tăng dần tỷ lệ đồng hợp tử, không làm thay đổi tần số alen Công thức cấu trúc di truyền quần thể tự phối: Giả sử gọi: Tần số kiểu gen AA d; Tần số kiểu gen Aa h; Tần số kiểu gen aa r (d + r = 1) cấu trúc di truyền quần thể sau n hệ tự phối có trường hợp sau: Trường hợp 1: Quần thể ban đầu có tần số kiểu gen: dAA: r aa ( d + r = 1) cấu trúc di truyền quần thể sau n hệ tự phối d AA: r aa Trường hợp 2: Quần thể ban đầu có tần số kiểu gen Aa 100% (h= 1) cấu trúc di truyền quần thể sau n hệ tự phối - Kiểu gen Aa = - Kiểu gen AA = aa = Trường hợp 3: Quần thể ban đầu có tần số kiểu gen là: d AA + h Aa + r aa = (d + h + r = 1) Cấu trúc di truyền quần thể sau n hệ tự phối là: - Kiểu gen: AA = y + ; Aa = ; aa = y + ; Kết luận: Thành phần kiểu gen quần thể tự phối qua nhiều hệ liên tiếp thay đổi theo hướng tăng dần kiểu gen đồng hợp tử giảm dần kiểu gen dị hợp tử Nên thực tế: Quần thể tự phối qua nhiều hệ mặt di truyền có tượng phân hóa thành dòng chủng kiểu gen khác nhau; Qua tự phối nhiều hệ thường xuất hiện tượng thối hóa thường xun phải tiến hành chọn lọc 3.1.2 Quần thể giao phối ngẫu nhiên 3.1.2.1 Dấu hiệu đặc trưng của quần thể giao phối ngẫu nhiên - Xét mặt sinh thái học quần thể giao phối có đặc trưng tỷ lệ giới tính Tỉ lệ số cá thể đực quần thể Tỉ lệ giới tính thay đổi chịu ảnh hưởng nhiều nhân tố (điều kiện sống môi trường, đặc điểm sinh sản, sinh lí tập tính lồi) Tỉ lệ giới tính quần thể giúp cho quần thể sinh sản tối ưu điều kiện môi trường xác định Trong thiên nhiên, tỷ lệ chung đực 1:1, song tỷ lệ biến đổi khác loài khác giai đoạn khác đời sống lồi, đồng thời chịu chi phối yếu tố mơi trường (tập tính sống) Cấu trúc giới tính bậc I (giống bậc I): tỉ lệ số lượng cá thể đực trứng thụ tinh Tỉ lệ xấp xỉ 1:1 đa số lồi động vật Cấu trúc giới tính bậc II (giống bậc II): tỉ lệ đực/cái giai đoạn trứng nở non sinh Tỉ lệ xấp xỉ 1:1 đa số loài động vật Cấu trúc giới tính bậc III (giống bậc III): tỉ lệ đực/cái giai đoạn cá thể trưởng thành Tỉ lệ giới tính quần thể thay đổi, chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố như: (1) Tỉ lệ tử vong không đồng cá thể đực cái; (2) Điều kiện môi trường sống; (3) đặc điểm sinh sản loài; (4) Đặc điểm sinh lí tập tính lồi; (5) Điều kiện dinh dưỡng cá thể… - Trong quần thể lồi sinh sản hữu tính giao phối cấu trúc tuổi (thành phần nhóm tuổi) đặc điểm đặc trưng Thành phần nhóm tuổi quần thể thay đổi tùy thuộc vào loài điều kiện sống mơi trường Các cá thể quần thể chia làm nhóm tuổi: Tuổi trước sinh sản, tuổi sinh sản, tuổi sau sinh sản Tỉ lệ nhóm tuổi quần thể thể qua tháp tuổi Tháp tuổi: Là tháp biểu thị tương quan số lượng cá thể nhóm tuổi quần thể Có ba dạng tháp tuổi phân biệt số nét sau: Dạng Tháp phát triển Tháp ổn định Tháp giảm sút tháp Đặc điểm Đáy tháp rộng: thể mức sinh sản cao Cạnh xiên đỉnh nhọn: thể mức tử vong cao Đáy rộng vừa phải, cạnh tháp đứng: thể mức sinh sản tử vong không cao Đáy hẹp: thể mức sinh sản thấp Đỉnh rộng: thể mức tử vong cao Dựa vào tháp tuổi biết quần thể phát triển hay suy vong (tháp tuổi có đáy hẹp, đỉnh rộng quần thể suy vong) Tuổi sinh lí thời gian sống theo lí thuyết, tuổi sinh thái thời gian sống thực tế, tuổi quần thể tuổi thọ bình quân cá thể quần thể Mức độ khai thác tài nguyên sinh vật ảnh hưởng tới cấu trúc tuổi quần thể: Đặc điểm Động vật có chu kỳ Động vật có chu kỳ sớng ngắn sớng dài Số nhóm tuổi Ít Nhiều Tuổi phát dục Sớm Muộn Mức sinh sản, tử vong Cao Thấp Sự dao động số lượng cá Lớn Nhỏ thể quần thể Khi bị khai thác nhiều Quần thể có khả Quần thể khó phục hồi phục hồi số lượng cá thể nhanh - Các cá thể giao phối tự ngẫu nhiên với - Quần thể giao phối đa dạng kiểu gen kiểu hình Tuy nhiên, quần thể xác định phân biệt với quần thể khác loài vốn gen, thể tần số alen, tần số kiểu gen Tần số tương đối alen vài gen điển hình dấu hiệu đặc trưng cho phân bố kiểu gen kiểu hình quần thể - Quần thể ngẫu phối trì tần số kiểu gen khác quần thể không đổi qua hệ điều kiện định 3.1.2.2 Trạng thái cân di truyền quần thể giao phới với locus có hai alen nằm nhiễm sắc thể thường * Tần số alen của hai giới hệ xuất phát Năm 1908, nhà toán học người Anh Godfrey H.Hardy bác sĩ người Đức Wilhelm Weinberg độc lập chứng minh có tồn mối quan hệ đơn giản tần số allele tần số kiểu gene mà ngày ta gọi định luật hay nguyên lý Hardy-Weinberg (viết tắt: H -W) Nội dung nguyên lý H-W: Trong quẩn thể ngẫu phối kích thước lớn, nế khơng có áp lực trình đột biến, di nhập cư, biến động di truyền chọn lọc, tần số allele trì ổn định từ hệ sang hệ khác tần số kiểu gene (của gene gồm hai allele khác nhau) hàm nhị thức tần số allele, biễu diễn công thức sau: (pA+ qa)2 = p2 AA + 2pq Aa + q2 aa = Chứng minh: Ở quần thể Mendel, xét locus autosome gồm hai allele A A2 có tần số hai giới đực Ký hiệu p q cho tần số allele nói (p + q =1) Cũng giả thiết cá thể đực bắt cặp ngẫu nhiên, nghĩa giao tử đực gặp gỡ cách ngẫu nhiên hình thành hợp tử Khi tần số kiểu gene tích tần s ố hai allele tương ứng Xác suất để cá thể có kiểu gene A1A1 xác suất (p) allele A1 nhận từ mẹ nhân với xác suất (p) allele A1 nhận từ bố, hay p.p =p Tương tự, xác suất mà cá thể có kiểu gene A 2A2 q2 Kiểu gene A1A2 xuất theo hai cách: A1 từ mẹ A2 từ bố với tần s ố pq, A2 từ mẹ A1 từ bố với tần số pq; tần số c A1A2 pq + pq = 2pq Kiểu gen A1A1 A1 A2 A2A Tần số KG hệ P P H Q Tần số allele : p = P + ½H ; q = Q + ½H Quần thể hệ thứ sau ngẫu phối có tần số kiểu gene = (p + q) = p2 + 2pq + q2 Tần số allele: f(A1) = p2 + ½(2pq) = p(p+q) = p f(A2) = q2 + ½(2pq) = q(p+q) = q Từ chứng minh cho thấy tần s ố allele hệ giống hệt hệ ban đầu, nghĩa f(A1) = p f(A2) = q Do đó, tần số kiểu gene hệ p 2, 2pq q2 (giống hệ thứ sau ngẫu phối) Điều chứng tỏ tần số kiểu gene đạt cân sau hệ ngẫu phối Trạng thái ổn định thành phần di truyền phản ánh công thức H-W gọi cân H-W Như vậy, quần thể giao phối đơn vị sinh sản lồi mang tính đa hình Định luật Hacđi-Van bec đề cập tới trì ổn định tỷ lệ kiểu gen tần số alen qua hệ quần thể ngẫu phối Định luật thể đẳng thức: p AA + 2pq Aa + q2 aa = Trong p tần số alen A; q tần số alen a (p + q = 1) Định luật Hacđi-Van bec nghiệm điều kiện định Có điều kiện quần thể trở thành trạng thái cân Nếu thiếu số điều kiện tiềm quần thể tạo nên tiến hóa (1) Các đột biến làm thay đổi tần số alen, đột biến gặp nên thay đổi đột biến từ hệ sang hệ khác tạo nên áp lực nhỏ Tuy nhiên, thấy đột biến rốt có ảnh hưởng lớn lên tần số alen tạo thêm có tác động mạnh đến giá trị thích nghi theo kiểu âm tính dương tính (2) Giao phối khơng ngẫu nhiên ảnh hưởng đến tần số kiểu gen đồng hợp tử dị hợp tử thân khơng làm thay đổi tần số alen vốn gen quần thể (3) Chọn lọc tự nhiên: thấy, quan niệm chọn lọc tự nhiên dựa khác biệt khả sống sót khả sinh sản: cá thể quần thể khác biệt đặc điểm di truyền chúng cá thể có đặc điểm giúp chúng thực phù hợp với mơi trường có xu hướng sinh sản tạo nhiều tác thể có đặc điểm phù hợp với mơi trường, từ làm tăng tần số alen quy định kiểu hình thích nghi (4) Các yếu tố ngẫu nhiên làm thay đổi tần số alen biến động cách khơng thể tiên đốn từ hệ sang khác đặc biệt quần thể nhỏ trình gọi 10 Hướng dẫn trả lời: - khơng vượt q N2 kích thước quần thể bị giới hạn nguồn sống môi trường, kích thước quần thể tăng cá thể quần thể tăng cạnh tranh để tìm kiếm nguồn sống, Tìm kiếm giảm số lượng giảm tỷ lệ sinh đầu cá thể, tăng dịch bệnh - không giảm xuống mức N1: - Thực vật thân thảo chết sau mùa hoa chu kỳ sống cha xác định thông qua chu kỳ sống Chuột khuy tre 60 năm hoa kết lần, nguồn sống tăng kích thước quần thể chuột tăng theo nguồn thức ăn môi trường - phần quà bị chuột loài động vật làm thức ăn phần mọc mầm kích thước quần thể chuột giảm  Như vậy, biến đổi quần thể tre kéo theo biến động Quần thể chuột, Mặc dù tre có chu kỳ sống nhiều năm chuột có chu kỳ sống ngắn Câu 31: Tre thuộc nhóm thân thảo nhiều năm Chuột khuy sống rừng tre có sử dụng vỏ tre làm thức ăn Biểu đồ đâu mơ tả biến động có tính chất chu kì kích thước quần thể chuộc khuy rừng tre Vì kích thước quần thể chuột khuy thường không vượt N2 không xuống N1 Hãy giải thích chế điều chỉnh kích thước quần thể trường hợp Giair thích số lượng lồi chuột khuy lại biến động theo chu kì Số lượng N2 N1 60 năm Năm Hướng dẫn trả lời Thực vật thân thảo hoa lần đời hoa xong phần thân mặt đất chết Tre thân thảo nhiều năm, hoa kết quả→ số lượng chuột khuy tăng nhanh nguồn thức ăn bổ sung ) sau giảm mạnh hết Quần thể N2, N1 có nhiễu loạn sinh thái mạnh ( hạn hán, lũ lụt, biến lòa ăn thịt, nguồn thức ăn dồi ) Nếu cận N2 → mật độ lớn→ cạnh tranh ( loại trừ ) →khả tăng ô nhiễm, dịch bệnh Khi mật độ cá thể thấp cận N1→ giảm khả gặp gỡ cá thể đực cái→ tăng khả giao phối cận huyết ( động vật ), cận noãn ( thực vật ), giảm khả hỗ trợ tìm kiếm nguồn sống, tự vệ, chống chọi lại điều kiện bất lợi môi trường→ sức sống quần thể giảm, xảy phiêu bạt di truyền Câu 32 Để nghiên cứu, xác định kích thước dự đốn xu hướng phát triển quần thể chó rừng vườn quốc gia Hồng Liên Sơn, người ta sử dụng phương pháp bắt, đánh dấu, 37 thả ra, bắt lại Biết chó rừng sinh sản hàng năm nghiên cứu chia đồng năm liên tiếp Hãy xác định kích thước tương đối dự đốn xu hướng phát triển quần thể? Hướng dẫn trả lời: - Tính kích thước quần thể theo phương pháp đánh bắt thả lại - kết luận: chó rừng: bốn năm chưa hết chu kỳ, sinh sản hàng năm; kích thước quần thể giảm dần > có nhân tố tác động (nguồn sống có tăng lên số lượng lồi ăn thịt) Câu 33 Có hai quần thể loài sống khu vực có nhu cầu sinh thái giống Hãy dự đốn xu hướng biến động cá thể hai quần thể sau thời gian xảy cạnh tranh Hướng dẫn trả lời: - Nếu tiềm sinh học khác nhau: lồi có tiềm sinh học cao thắng loại bỏ lồi yếu lồi ưu phải di cư; Nếu hai lồi có tiềm sinh học giống nhau: xảy cạnh tranh phân li ổ sinh thái nên số lượng hai loài giảm - Nếu sau thời gian cạnh tranh lồi có khả phân li ổ sinh thái chúng song song tồn - Lồi có tiềm sinh học cao tăng nhanh số lượng cá thể loại trừ lồi yếu - Nếu tiềm sinh học hai loài loài bắt đầu thâm nhập có kích thước quần thể lớn cạnh tranh Thắng lồi thu hẹp vùng phân bố bị loại trừ Câu 34 Hai lồi chó rừng hình thành cách ly địa lý tượng băng hà dẫn đến hai lồi chó rừng bị cách ly hồn tồn hai quần thể di chuyển từ đất liền đảo ngược lại Hãy dự đoán xu hướng biến động số lượng cá thể hai quần thể sau thời gian xảy cạnh tranh Hướng dẫn trả lời: - Hai lồi chó rừng hình thành cách li địa lí có tiềm sinh học giống > lồi cạnh tranh thắng lồi có kích thước quần thể lớn - Nếu hai lồi sói rừng có khác thức ăn, tập tính kiếm mồi chúng chung sống Câu 35 Trên sở sinh thái học Tại cạnh tranh sinh học loài lại động lực tiến hóa thiết lập trạng thái cân tự nhiên? Hướng dẫn: - cạnh tranh xảy mật độ tăng cao so với khả cung cấp nguồn sống môi trường Biểu cạnh tranh loài: tự tỉa thưa, ăn thịt lẫn nhau, đánh Kết cá thể khỏe mạnh cạnh tranh Thắng khả sinh sản cao trì vốn gen cho hệ sau qua quần thể có tính ưu việt nên cạnh tranh động lực tiến hóa -thiết lập trạng thái cân tự nhiên cách: cạnh tranh ngày gay gắt dẫn đến phân li ổ sinh thái thức ăn nơi kiếm mồi > từ làm xuất lồi 38 đường cách li sinh thái cách li địa lí quần xã Thiết lập trạng thái cân tự nhiên Câu Cho bảng số liệu tăng trưởng logistic của quần thể (giả thiết k= 1500) (sức chứa của môi trường) Kt quần Tỷ lệ tăng Tỷ lệ tăng Tỷ lệ tăng thể trưởng thực trưởng tính trưởng quần thể chất theo đầu cá thể rmax () rmax N () (rmax ) N 25 1,0 0,98 0,98 +25 100 1,0 0,93 0,93 + 93 250 0,83 0,83 +208 500 1,0 0,67 0,67 +333 750 1,0 0,50 0,50 +375 1000 1,0 0,33 0,33 +333 1500 1,0 0,00 0,00 Hãy thêm vào bảng cho trường hợp N>K: N= 1600, 1700 2000 Tỷ lệ tăng trưởng trường hợp đó.Vẽ sơ đồ Trả lời Sử dụng kích thước quần thể N = 1600 ta có dN/ dt = rmax N () = 1x 1600 (1500- 1600)/ 1500 = -107 cá thể/ năm N = 1700 dN/ dt = rmax N () = -292 Cá thể / năm N= 200 dN/ dt = rmax N () = -667 cá thể / năm Quần thể co lại nhanh N >k tốc độ tăng trưởng âm ứng với thời gian quần thể vượt sức mang Câu hỏi đặc trưng di truyền của quần thể Câu 1: Tại tần số alen lại đặc trưng cho quần thể? Hướng dẫn trả lời Tần số alen đặc trưng cho quần thể vì: - Tần số alen quần thể thay đổi: điều kiện khơng có tác động nhân tố tiến hóa tần số alen quần thể không thay đổi - Tần số alen quần thể khác so với tần số alen quần thể khác: Mỗi quần thể sống điều kiện định nên chọn lọc tự nhiên tích lũy kiểu gen định  có cấu trúc di truyền đặc trưng  Tần số alen đặc trưng cho quần thể sinh vật Câu 2: Ở loài giao phối, quần thể có kích thước nhỏ thường khơng đạt trạng thái cân di truyền theo định luật Hacđi – Vanbec? Hướng dẫn trả lời 39 Có điều kiện để quần thể đạt trạng thái cân di truyền, có điều kiện liên quan đến kích thước quần thể số lượng cá thể phải đủ lớn Số lượng cá thể khơng đủ lớn quần thể không đạt trạng thái cân di truyền vì: - Trong quần thể, thường xuyên chịu tác động yếu tố ngẫu nhiên làm giảm số lượng cá thể quần thể Nếu quần thể có số lượng cá thể đủ lớn tác động yếu tố ngẫu nhiên (làm loại bỏ số cá thể) không ảnh hưởng lớn đến tỉ lệ kiểu gen quần thể Sự tỉ lệ cá thể nhỏ sau sinh sản bổ sung quần thể điều chỉnh trạng thái cân Nếu quần thể có số lượng tác động yếu tố ngẫu nhiên làm cho loại alen biến hồn tồn khỏi quần thể  Làm cân di truyền khó khôi phục trở lại trạng thái ban đầu - Khi quần thể có số lượng cá thể đủ lớn giao phối cá thể diễn ngẫu nhiên Tuy nhiên số lượng q diễn giao phối gần (giao phối không ngẫu nhiên) làm phá bỏ trạng thái cân di truyền quần thể Câu 3: Tại quần thể có cấu trúc di truyền ln ổn định khơng tiến hóa? Hướng dẫn trả lời Tiến hóa trình làm biến đổi thành phần kiểu gen tần số alen quần thể dẫn tới hình thành lồi Vì điều kiện để tiến hóa cần có biến đổi thành phần kiểu gen tần số alen Nếu quần thể có cấu trúc di truyền ln ổn định khơng tiến hóa cấu trúc di truyền ổn định quần thể trì ổn định đặc điểm thích nghi vốn có, khơng hình thành đặc điểm thích nghi khơng thể hình thành lồi Chính vậy, quần thể sống mơi trường có tính ổn định cao cấu trúc di truyền thường trì ổn định tiến hóa trở thành hóa thạch sống Ví dụ lồi cá lưỡng tiêm sống đáy biển, nơi có điều kiện mơi trường thay đổi nên ngày trì đặc điểm cổ xưa (gọi hóa thạch sống) Câu 4: Tại điều kiện mơi trường thay đổi quần thể giao phối ngẫu nhiên có khả thích nghi cao quần thể tự phối? Hướng dẫn trả lời - Khả thích nghi quần thể phụ thuộc vào độ đa dạng kiểu gen kiểu hình quần thể Quần thể ngẫu phối có độ đa dạng cao quần thể tự phối nên có khả thích nghi cao - Quần thể ngẫu phối có độ đa dạng cao q trình ngẫu phối làm cho quần thể trở thành kho dự trữ biến dị tổ hợp, làm cho quần thể có tính đa dạng cao kiểu gen kiểu hình Trong cấu trúc di truyền quần thể tự phối chủ yếu dòng độ đa dạng di truyền thấp - Vì quần thể ngẫu phối có khả thích nghi cao mơi trường có điều kiện sống thường xun thay đổi có quần thể sinh sản ngẫu phối sinh sống mà gặp quần thể sinh sản tự phối Ngun nhân quần thể tự phối có khả thích nghi thấp nên bị chọn lọc tự nhiên loại bỏ Câu 5: Trong tự nhiên, có quần thể giao phối ngẫu nhiên lý chuyển sang giao phối có lựa chọn? Sự thay đổi hình thức giao phối có dẫn tới làm thay đổi tần số alen quần thể hay khơng? Giải thích 40 Hướng dẫn trả lời - Quần thể giao phối ngẫu nhiên lý chuyển sang giao phối có lựa chọn vì: Khi quần thể có số lượng cá thể đủ lớn cá thể sinh sản giao phối ngẫu nhiên, cá thể cặp đôi giao phối ngẫu nhiên với Nhưng có tác động điều kiện tự nhiên làm cho số lượng cá thể quần thể giảm mạnh dẫn tới cá thể quần thể giao phối gần (giao phối cận huyết, hay gọi giao phối không ngẫu nhiên) - Sự thay đổi hình thức giao phối khơng trực tiếp làm thay đổi tần số alen quần thể gián tiếp làm thay đổi tần số alen Nguyên nhân thay đổi từ hình thức giao phối ngẫu nhiên sang hình thức giao phối khơng ngẫu nhiên làm thay đổi thành phần kiểu gen quần thể theo hướng làm tăng tần số kiểu gen đồng hợp làm giảm tần số kiểu gen dị hợp Tuy nhiên tỉ lệ kiểu gen đồng hợp lặn tăng lên cung cấp kiểu hình lặn cho chọn lọc tự nhiên chọn lọc tự nhiên làm thay đổi tần số kiểu gen (Cơ chế tác động chọn lọc tự nhiên trình bày phần tiến hóa) Câu Dựa vào lý thuyết tiến hóa, giải thích quần thể động vật sinh sản hữu tính sau bị suy giảm số lượng mức yếu tố ngẫu nhiên, phục hồi số lượng ban đầu có nguy bị tuyệt chủng Trong hồn cảnh đó, để làm giảm nguy tuyệt chủng quần thể nên áp dụng biện pháp gì? Giải thích Hướng dẫn chấm: - Khi bị giảm kích thước mức yếu tố ngẫu nhiên tác động mạnh làm giảm biến số alen dẫn đến làm nghèo nàn vốn gen quần thể - Sự phục hồi số lượng quần thể từ số cá thể sống sót có làm gia tăng số lượng cá thể đa dạng di truyền quần thể không tăng lên cá thể giao phối gần với (giao phối cận huyết) - Để tăng độ da dạng di truyền quần thể phải di nhập gen từ quần thể khác tới Có biện pháp làm tăng đột biến biến dị tổ hợp quần thể Câu Trên sở kiến thức di truyền – tiến hoá, trả lời câu hỏi sau ong mật (Apis mellifera): a Ong đực đơn bội sinh tinh trùng có qua giảm phân khơng? b Trong đàn ong, ong đực ong thợ sinh theo chế ? c Vì nói chế sinh sản đàn ong mật ví dụ “chọn lọc tự nhiên lấy quần thể làm đối tượng chọn lọc”? Hướng dẫn chấm: a) Ong đực đơn bội sinh tinh trùng không qua giảm phân b) Trong đàn ong, ong đực kết trinh sinh đơn bội; ong thợ ong chúa kết sinh sản qua thụ tinh, tạo thể lưỡng bội ong thợ khả sinh sản Ong chúa chủ động đẻ hai loại trứng: loại trứng qua thụ tinh nở thành ong thợ, loại trứng không qua thụ tinh nở thành ong đực c) Trong đàn ong mật thường có chúa, vài chục đến vài trăm ong đực, vài chục ngàn đến vài trăm ngàn ong thợ Một ong chúa thụ tinh với nhiều (7 – 8) ong đực 41 lần bay giao hoan; tinh trùng ong đực chứa vào khoang bụng ong chúa có sức chứa đến hàng triệu tinh trùng Ong chúa chủ động điều chỉnh tỉ lệ loại trứng qua thụ tinh không qua thụ tinh cách hợp lí, đảm bảo cho tồn đàn ong Câu Các nhân tố tiến hóa ; đột biến , di – nhập gen, yêu tố ngẫu nhiên CLTN làm thay đổi mức đa dạng di truyền phạm vi quần thể tốc độ phân ly di truyền quần thể khác loài nào? giải thích Đáp án : - Đột biến làm tăng tốc độ phân li di truyền quần thể đột biến nhân tố hình thành nên biên dị , biến dổi kiểu gen tạo kiểu hình - Đột biến làm tăng tốc độ phân ly di truyền quần thể lồi , quần thể khác chịu tác động khác nhân tố đột biên , đột biến ngẫu nhiên , không định hướng  tăng khác biệt quần thể - Di nhập gen làm tăng biến dị di truyền quần thể di nhập gen đưa vào quần thể alen (quy định kiểu hình ) - 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 cho quần thể khác giống - Yếu tố ngẫu nhiên làm giảm biến dị di truyền quần thể làm loại bỏ số alen , ngược lại alen cố định ( đạt tới tần số - CLTN làm tang 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) - CLTN làm tăng howajc 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 Câu Giải thích biến dị di truyền quần thể điều kiện tiên cho tiến hóa Những yếu tố tạo biến dị di truyền quần thể? Hướng dẫn a Bên quần thể, khác biệt di truyền cá thể cung cấp nguyên liệu thô cho chọn lọc tự nhiên chế khác tác động Nếu khơng có khác biệt di truyền tần số alen khơng thay đổi theo thời gian quần thể khơng tiến hóa b Biến dị di truyền quần thể hình thành chọn lọc tự nhiên chọn lọc ủng hộ cá thể khác quần thể khác nhau, điều xảy chẳng hạn quần thể khác sống điều kiện môi trường khác Biến dị di truyền quần thể xuất qua phiêu bạt di truyền khác biệt di truyền quần thể trung tính Câu 10 Trong số tất biến dị xảy quần thể, có lượng nhỏ phát tán rộng khắp thành viên quần thể? Hướng dẫn: Nhiều đột biến xảy tế bào thể không tham gia vào trình tạo giao tử đột biến bị cá thể chết Trong số đột biến xảy dòng tế bào tạo giao tử có nhiều loại đột biến khơng có kiểu hình 42 chọn lọc tự nhiên ủng hộ Một số loại có hại làm giảm khả sinh sản cá thể mang gen đột biến nên tần số alen gen đột biến bị suy giảm Câu 11 Một quần thể dừng sinh sản hữu tính có sinh sản vơ tính, biến dị di truyền quần thể bị ảnh hưởng theo thời gian? Giải thích? Hướng dẫn: Biến dị di truyền quần thể xác định mức độ gen hay mức độ trình tự nu chắn suy giảm theo thời gian Trong trình giảm phân, trao đổi chéo phân ly độc lập nhiễm sắc thể tạo tổ hợp alen Ngoài quần thể có số lượng khổng lồ tổ hợp giao phối thụ tinh kết hợp giao tử cá thể với kiểu gen khác Bởi vậy, qua trao đổi chéo phân ly độc lập thụ tinh sinh sản hữu tính tổ hợp lại alen thành tổ hợp hệ Khơng có sinh sản hữu tính nguồn biến dị di truyền giảm làm lượng tổng lượng biến dị di truyền quần thể giảm Câu 12 Tại quần thể sinh vật tự nhiên chịu tác động chọn lọc tự nhiên nguồn biến dị di truyền quần thể đa dạng mà không bị cạn kiệt? Trả lời - Đột biến gen lặn có hại trì trạng thái dị hợp tử từ hệ sang hệ khác, sau qua sinh sản hữu tính tổ hợp lại tạo nhiều biến dị tổ hợp Một số gen lặn có hại tổ hợp gen định bị gen khác át chế khơng biểu có biểu gặp mơi trường lại trở nên có lợi bổ sung nguồn biến dị cho chọn lọc tự nhiên - Nhiều đột biến xuất đột biến trung tính Một gen trung tính, khơng chịu tác động chọn lọc tự nhiên môi trường mơi trường khác lại trở nên có lợi - Chọn lọc ủng hộ cá thể có kiểu gen dị hợp Khi cá thể dị hợp tử có sức sống khả sinh sản cao cá thể đồng hợp tử alen có hại trì quần thể mức độ cân định - Chọn lọc phụ thuộc vào tần số khiến tần số kiểu gen dao động quanh giá trị cân định Khi tần số kiểu hình định trì mức độ thấp có ưu chọn lọc gia tăng mức lại bị chọn lọc tự nhiên đào thải xuống mức độ thấp chừng lấy lại ưu chọn lọc Chú ý: học sinh lấy ví dụ cụ thể minh họa, cá miệng trái cá miệng phải màu sắc bắt chước thay cho giải thích điểm tối đa phần này) Câu 13 Trong điều kiện đa dạng di truyền quần thể sinh vật sinh sản hữu tính bị suy giảm? Giải thích Khi kích thuớc quần thể bị giảm mức yếu tố ngẫu nhiên dễ dàng loại bỏ số alen khỏi quần thể cho dù alen dó có lợi hay trung tính dẫn dến làm giảm da dạng di truyền quần thể Khi kích thuớc quần thể nhỏ cá thể dễ dàng giao phối gần dẫn dến làm giảm tần số kiểu gen dị hợp tử, tăng tần số kiểu gen dồng hợp tử → giảm da dạng di truyền quần thể 43 - CLTN đào thải alen trội, lặn (trừ TH ưu dị hợp tử): Trong điều kiện môi trường liên tục biến đổi theo hướng xác định, chọn lọc tự nhiên làm thay đổi tần số alen theo huớng xác định nên đa dạng quần thể di truyền giảm, ngoại trừ trường hợp chọn lọc tự nhiên ln trì cá thể có kiểu gen dị hợp tử đào thải cá thể có kiểu gen đồng hợp - Quần thể dừng sinh sản hữu tính chuyển sang tự phối - (Đột biến xảy tần số thấp nhiều) Câu 14 Dựa vào lý thuyết tiến hóa, giải thích quần thể động vật sinh sản hữu tính sau bị suy giảm số lượng mức yếu tố ngẫu nhiên, phục hồi số lượng ban đầu có nguy bị tuyệt chủng Trong hồn cảnh đó, để làm giảm nguy tuyệt chủng quần thể nên áp dụng biện pháp gì? Giải thích Hướng dẫn chấm: - Khi bị giảm kích thước giảm mức yếu tố ngẫu nhiên tác động mạnh làm giảm biến số alen dẫn đến làm nghèo nàn vốn gen quần thể - Sự phục hồi số lượng quần thể từ số cá thể sống sót có làm gia tăng số lượng cá thể đa dạng di truyền quần thể khơng tăng lên cá thể giao phối gần với (giao phối cận huyết) Để tăng độ da dạng di truyền quần thể phải di nhập gen từ quần thể khác tới, có biện pháp làm tăng đột biến biến dị tổ hợp quần thể Câu 15 Tại nói chọn lọc tự nhiên nhân tố tạo nên tiến hố thích nghi? Trả lời: - Các nhân tố có vai trò làm thay đổi tần số alen quần thể di nhập gen, yếu tố ngẫu nhiên, đột biến chọn lọc tự nhiên Di nhập gen, đột biến yếu tố ngẫu nhiên làm thay đổi tần số alen khơng theo hướng xác định Nghĩa làm tăng giảm tần số alen có lợi quần thể chí làm tăng tần số alen có hại quần thể khơng thể hình thành quần thể với đặc điểm thích nghi - Chọn lọc tự nhiên nhân tố liên tục làm gia tăng tần số alen có lợi theo hướng định làm gia tăng mức độ sống sót khả sinh sản, tạo nên thích nghi quần thể qua hệ theo thời gian lâu dần tạo nên quần thể thích nghi với mơi trường dẫn đến hình thành lồi thích nghi với điều kiện môi trường xác định Câu 16 Một quần thể có tỉ lệ kiểu gen trước sau thời gian bị tác động chọn lọc sau: Tần số kiểu gen AA Aa aa Trước chọn lọc 0,36 0,48 0,16 Sau thời gian bị tác động 0,36 0,60 0,04 chọn lọc a Xác định hệ số chọn lọc (S) kiểu gen quần thể chịu tác động chọn lọc b Quần thể bị chi phối hình thức chọn lọc nào? Giải thích c Xác định tần số alen sau chọn lọc quần thể trạng thái cân di truyền Hướng dẫn chấm: 44 a) Hệ số chọn lọc kiểu gen tính sau: Hệ số thích nghi tuyệt đối (AA) = 0,36 / 0,36 = 1,0 Hệ số thích nghi tuyệt đối (Aa) = 0,60 / 0,48 = 1,25 Hệ số thích nghi tuyệt đối (aa) = 0,04 / 0,16 = 0,25 Vì Hệ số thích nghi tuyệt đối Aa cao nhất, nên coi hệ số thích nghi tương đối (W) kiểu gen Aa (WAa) = 1,0  (WAA) = 1,0 / 1,25 = 0,80  (Waa) = 0,25 / 1,25 = 0,20 Vậy, hệ số chọn lọc S (= – W) kiểu gen SAA = 0,20 ; SAa = 0,0 Saa = 0,80 b) Trong quần thể chọn lọc tác động làm suy giảm cá thể có kiểu gen đồng hợp tử  hình thức chọn lọc chọn lọc ưu dị hợp tử c) Tần số alen quần thể trạng thái cân di truyền : Cách : p’(A) = Saa/(SAA+Saa) = 0,80/(0,20+0,80) = 0,8  q’(a) = – 0,8 = 0,2 Cách : q’(a) = SAA/(SAA+Saa) = 0,20/(0,20+0,80) = 0,2  p’(A) = – 0,2 = 0,8 (Thí sinh cần tính theo cách trên, trực tiếp từ tần số kiểu gen quần thể kết đúng, cho điểm đáp án) Câu 17 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 nuclêơtit 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 - 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 biến chọn lọc vận động) Do đó, hầu hết đột biến giữ lại đột biến đồng nghĩa (thay nuclêôtit) 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 - 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 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 = 45 Câu 18 Trình bày vai trò di nhập gen q trình tiến hóa Hiệu di nhập gen phụ thuộc vào yếu tố nào? Giải thích Trả lời - Di nhập gen làm thay đổi tần số alen thành phần kiểu gen hai quần thể cho nhận không theo hướng xác định - Di nhập gen làm phong phú vốn gen quần thể mang alen vào quần thể - Hiệu di nhập gen phụ thuộc vào chênh lệch tần số alen quần thể cho quẩn thể nhận Sự chênh lệch cao hiệu làm thay đổi tần số alen mạnh - Ngồi phụ thuộc vào tỷ lệ % số cá thể quần thể nhận tham gia vào trình sinh sản bắt nguồn từ quần thể cho lớn hay nhỏ Nếu tỷ lệ lớn hiệu làm biến đổi tần số alen di nhập gen mạnh ngược lại Câu 17 So sánh khác vai trò chọn lọc tự nhiên yếu tố ngẫu nhiên q trình tiến hố nhỏ Hướng dẫn chấm: - Chọn lọc tự nhiên làm thay đổi từ từ tần số alen thành phần kiểu gen theo hướng xác định Các yếu tố ngẫu nhiên làm thay đổi tần số alen thành phần kiểu gen cách đột ngột không theo hướng xác định - Hiệu tác động yếu tố ngẫu nhiên thường phụ thuộc vào kích thước quần thể (quần thể nhỏ hiệu tác động lớn), CLTN khơng - Dưới tác dụng CLTN, alen lặn có hại thường khơng bị loại thải hết khỏi quần thể giao phối Dưới tác động yếu tố ngẫu nhiên alen lặn có hại (hoặc alen khác kể có lợi) bị loại thải hồn tồn alen trở nên phổ biến quần thể - Kết CLTN dẫn đến hình thành quần thể thích nghi hình thành lồi mới, kết tác động yếu tố ngẫu nhiên đưa đến phân hoá tần số alen thành phần kiểu gen khơng có hướng Câu 20 Ở khía cạnh chọn lọc tự nhiên dễ dự đoán so với phiêu bạt di truyền? Hướng dẫn trả lời: Chọn lọc tự nhiên dễ tiên đốn xét khía cạnh làm thay đổi tần số alen cách khơng ngẫu nhiên Nó có xu hướng làm gia tăng tần số Alen giúp gia tăng thành đạt sinh sản cá thể làm giảm tần số Alen làm giảm khả sinh sản sinh vật Các alen chịu tác động phiêu bạt di truyền tăng hay giảm với tần số cách hoàn toàn ngẫu nhiên chứng tỏ ưu thích nghi hay khơng Câu 21 Ngoài chọn lọc tự nhiên, hai chế tiến hóa phiêu bạt gen dòng gen dẫn đến tiến hóa thích nghi khơng? Giải thích? Hai chế quan trọng phiêu bạt di truyền dòng gen dẫn đến tiến hóa thích nghi Quả thực hai làm tăng tần số alen giúp sinh vật phù hợp với môi trường Tuy nhiên hai chế không ổn định (khơng liên tục) Phiêu bạt di truyền có lúc làm tăng tần số alen có lợi lên đơi chút, lúc làm cho giảm tần số thức 46 ăn lên Tương tự, dòng gen mang đến cho alen có lợi khơng có lợi, chọn lọc tự nhiên coi nhân tố liên tục dẫn đến tiến hóa thích nghi Câu 22 Chọn lọc giới tính hoạt động sao? - Có số cách chọn lọc giới có nghĩa chọn lọc giới cá thể giới cạnh tranh trực tiếp với để giao phối với cá thể khác giới - Trong chọn lọc khác giới, gọi chọn bạn tình cá thể giới chọn bạn tình khác giới Trong nhiều trường hợp lựa chọn phụ thuộc vào phơ diễn ngoại hình tập tính đực Câu 23 Sự ưa thích số tính trạng định đực tiến hóa sao? Một giả thuyết cho thích với tính trạng đực có liên quan tới gen tốt Nếu tính trạng ưa thích dấu hiệu cho thấy chất lượng di truyền tổng thể đực đặc tính đực ưu thích phải gia tăng tần số Câu 24 Điều ngăn cản chọn lọc tự nhiên không làm giảm biến dị di truyền ln loại bỏ kiểu gen khơng có lợi? Hướng dẫn trả lời: - Trạng thái lưỡng bội: hầu hết cá thể sinh vật nhân thực thể lưỡng bội nên lượng lớn biến dị di truyền tránh chọn lọc dạng alen lặn Các cá thể dị hợp tử trì vốn gen lớn với alen mơi trường có hại chúng lại đem lại lợi ích môi trường thay đổi - Chọn lọc cân chọn lọc cân xảy chọn lọc tự nhiên trì hai nhiều dạng quần thể kiểu chọn lọc bao gồm ưu dị hợp tử chọn lọc phụ thuộc tần số + ưu dị hợp tử: cá thể dị hợp tử lô cút định lại có giá trị thích nghi cao so với hai loại đồng hợp tử chúng biểu tiêu giới hợp tử ưu hợp tử có biểu chọn lọc định hướng hay chọn lọc ổn định + chọn lọc phụ thuộc tần số chọn lọc phụ thuộc tần số giá trị thích nghi kiểu hình giảm trở nên phổ biến quần thể Câu 25 Tại chọn lọc tự nhiên lại khơng hình thành nên sinh vật hoàn hảo? Hướng dẫn trả lời: - Chọn lọc tự nhiên tác động lên biến dị có sẵn quần thể mà khơng sáng tạo nên đặc điểm - Tiến hóa bị hạn chế trở lại lịch sử - Sự thích nghi thường theo kiểu dung hòa - Trong thực tế yếu tố ngẫu nhiên chọn lọc tự nhiên môi trường thường tương tác với > Với trở ngại trên, chọn lọc tự nhiên tác động theo tốt sản sinh sinh vật có đặc điểm thích khơng thật hoàn hảo Câu 26 Hiệu chọn lọc tự nhiên phụ thuộc vào yếu tố nào? Giải thích 47 - Phụ thuộc vào alen chọn lọc trội hay lặn Chọn lọc chống lại alen trội nhanh chóng làm thay dổi tần số alen quần thể, alen trội biểu kiểu hình trạng thái dị hợp Còn chọn lọc đào thải alen lặn làm thay dổi tần số alen chậm hon alen lặn bị thải trạng thái dồng hợp tử - Áp lực chọn lọc: Nếu áp lực chọn lọc lớn tốc dộ thay đổi tần số alen cao ngược lại - Lồi sinh sản vơ tính hay hữu tính: Lồi sinh sản hữu tính tạo nhiều biến dị tổ hợp nên dễ thích nghi diều kiện mơi truờng thay dổi Còn lồi sinh sản vơ tính da dạng hon di truyền nên mơi truờng có biến dộng dễ bị chọn lọc tự nhiên thải hàng loạt - Tốc độ sinh sản lồi: Nếu lồi sinh sản nhanh, vòng đời ngắn hiệu chọn lọc nhanh ngược lại Ngồi hiệu chọn lọc phụ thuộc vào lồi đơn bội hay luỡng bội Nếu lồi đơn bội tất gen biểu kiểu hình nên hiệu chọn lọc cung nhanh ngược lại Câu 27 a) Nêu khác biệt tác động di – nhập gen (dòng gen) phiêu bạt gen tiến hóa nhỏ b) Sự biến đổi mức độ dòng gen có liên quan với hình thành loài động vật ? Hướng dẫn chấm a) Khác biệt Di – nhập gen Phiêu bạt gen - Có khả làm thay đổi tần số alen - Có khả làm thay đổi đột ngột hay hai quần thể cho nhận, lớn tần số alen yếu tố ngẫu nhiên chủ yếu quần thể nhận, nhiên thay bất thường xuất đổi thường không lớn - Các cá thể nhập cư mang đến quần thể nhận alen làm phong phú vốn - Làm nghèo vốn gen quần thể, gen quần thể loại bỏ số loại alen, chí alen có lợi b) Mức độ dòng gen phản ánh mức độ q trình hình thành lồi mới: - Ban đầu, hai quần thể hình thành phân li từ quần thể gốc, dòng gen dễ diễn ra, chứng tỏ chưa có phân hóa Khi hai quần thể có cách li địa lí, dòng gen diễn Điều cho thấy hai quần thể thành hai nòi - Khi có cách li trước hợp tử, dòng gen xảy Điều cho thấy hai lồi phụ hình thành Khi có cách li sau hợp tử, dòng gen khơng diễn tín hiệu cho thấy hai lồi hình thành Câu 28 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) 48 hệ thứ hai giới đực 0,4 giới 0,5 Các cá thể quần thể giao phối ngẫu nhiên với qua hệ 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 nào? 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 PHẦN III KẾT LUẬN I Kết luận: Chuyên đề đề cập đến: Hệ thống lý thuyết chuyên sâu sinh học quần thể Sưu tầm hệ thống câu hỏi nhằm ôn tập, củng cố kiến thức bản; câu hỏi vận dụng mang tính tư cao làm tư liệu ôn thi HSG cấp 49 Một số tập liên quan đến đặc trưng sinh thái di truyền quần thể Một số tập liên quan đến tiến hóa quần thể II Đề xuất Do chuyên đề viết khoảng thời gian ngắn, không tránh khỏi thiếu sót nên mong có đóng góp đồng nghiệp Để hồn thiện chun đề cần có hệ thống nhiều tập áp dụng hơn, nhiều nội dung kiến thức mức phân tử có liên quan mà chuyên đề chưa đề cập tới Hơn nữa, ảnh hưởng đột biến gen với ung thư tiến hóa hệ gen kiến thức khó, đề cập kỳ thi HSG Quốc gia Quốc tế năm gần đây, việc hồn thiện nội dung chun đề lý thuyết hệ thống câu hỏi tập vận dụng nội dung cần nghiên cứu sâu hơn, mong có chia sẻ thầy, cơ, anh chị bạn TÀI LIỆU THAM KHẢO Campbell & Reece, Nhà xuất giáo dục Việt Nam dịch xuất năm 2011 Cơ sở di truyền học phân tử tế bào, Đinh Đoàn Long & Đỗ Lê Thăng Bồi dưỡng học sinh giỏi sinh học 12, Phan Khắc Nghệ, 2013 50 Giáo trình di truyền học, Hồng Trọng Phán, 2008, NXB Đại học sư phạm Huế IntroductIon to genetic analysis (ELEVENTH EDITION), Anthony J F Griffths & et all, 2016 Tài liệu bồi dưỡng HSG tập chuyên đề di truyền tiến hóa; Phạm Văn Lập Tài liệu giáo khoa chuyên phần Di truyền – Tiến hóa; Phạm Văn Lập Các website internet viết gene mutation Các đề thi học sinh giỏi quốc gia, chọn HSG thi olimpic Quốc tế năm từ 2005 trở lại đây; Các đề đề xuất trường kỳ thi học sinh giỏi Trại hè Hùng Vương (2016) 51 ... bố Quần thể sinh thái: quần thể địa lí lại phân thành quần thể sinh thái, bao gồm cá thể loài sống sinh cảnh Quần thể yếu tố: quần thể cá thể loài sống khu vực nhỏ định sinh cảnh, trường hợp sinh. .. thể thể bảng sau: Tiêu chí Sinh thái học quần thể DTH quần thể Trạng thái Đề cập đến cân số TTCBDT quần thể đề cập cân của lượng cá thể đến trạng thái cân thành phần quần thể kiểu gen quần thể, ... cá thể quần thể di cư đến vùng đất sáng lập quần thể biến động số lượng cá thể thường mơ tả sơ đồ: Hình Sự biến động số lượng cá thể quần thể hình thành quần thể Quần thể có biến động cá thể