Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể”.

  • Số trang: 30 |
  • Loại file: DOC |
  • Lượt xem: 110 |
  • Lượt tải: 0
dinhthithuyha

Đã đăng 3359 tài liệu

Mô tả:

Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương PHẦN I. MỞ ĐẦU I.1. Lý do chọn đề tài a. Cơ sở lý luận Một trong những nhiệm vụ trọng tâm của dạy học nói chung và dạy môn sinh học nói riêng là phát triển tư duy sáng tạo và khả năng phân tích của học sinh, vì vậy việc dạy học sinh giải quyết được các bài tập sinh học có vai trò rất lớn trong quá trình hình thành cho học sinh những kỹ năng đó. b. Cơ sở thực tiễn Việc giải bài tập sinh học rất khó khăn cho học sinh vì theo phân phối chương trình sinh học 12, lượng kiến thức trong một tiết nhiều, số tiết giải bài tập ít và thường là bài tập cụ thể, rời rạc, chưa có tính hệ thống, do đó phần lớn học sinh còn lúng túng khi giải bài tập có tính vận dụng cao. Mặt khác theo chủ trương của Bộ Giáo Dục và Đào tạo là thi Cao đẳng và Đại học theo hình thức trắc nghiệm đòi hỏi học sinh phải có kỹ năng giải bài tập nhanh và chính xác. Bài tập di truyền học quần thể thuần chiếm số lượng ít trong các đề thi tuyển sinh vào các trường Đại học, các đề thi học sinh giỏi nhưng bài tập di truyền học quần thể liên quan đến các quy luật di truyền, các nhân tố tiến hóa lại là các bài tập khó để phân loại học sinh khá giỏi và học sinh thường bị mất điểm. Vì vậy để tạo điều kiện cho học sinh vận dụng được những kiến thức lý thuyết vào giải quyết các dạng bài tập liên quan đến di truyền học quần thể, tôi đã quyết định tìm hiểu và xây dựng chuyên đề: “Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể”. I.2. Mục đích nghiên cứu Hệ thống hóa những kiến thức, phương pháp giải bài tập cơ bản, khoa học giúp học sinh dễ hiểu hiểu, giải nhanh bài tập di truyền phần di truyền học quần thể, đặc biệt là tăng khả năng trả lời nhanh câu hỏi trắc nghiệm. I.3. Đối tượng nghiên cứu Tập trung nghiên cứu các dạng bài tập và phương pháp giải bài tập của phần di truyền học quần thể trong chương trình sinh học 12 PHẦN II. NỘI DUNG Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương CHƯƠNG I. LÝ THUYẾT I. Các đặc trưng di truyền của quần thể 1. Khái niệm quần thể Quần thể là tập hợp các cá thể cùng loài, sống trong cùng một khoảng không gian xác định, ở vào một thời điểm xác định và có khả năng sinh ra các thế hệ con cái để duy trì nòi giống. 2. Đặc trưng di truyền của quần thể * Vốn gen : tập hợp tất cả các alen có trong quần thể ở một thời điểm xác định - Các đặc điểm của vốn gen thể hiện qua tần số alen và tần số kiểu gen * Tần số alen của một gen nào đó: Là tỉ lệ giữa số lượng alen đó trên tổng số alen của gen đó trong quần thể tại một thời điểm xác định. * Tần số kiểu gen của quần thể: Tần số của một loại kiểu gen nào đó trong quần thể được tính bằng tỉ lệ giữa số cá thể có kiểu gen đó trên tổng số cá thể có trong quần thể. II. Cấu trúc di truyền của quần thể tự thụ phấn và quần thể giao phối gần + Tự thụ phấn: là hình thức thụ phấn diễn ra giữa nhị và nhụy trên cùng một hoa hoặc giữa các hoa trên cùng một cây. + Giao phối gần: là hiện tượng các cá thể có quan hệ huyết thống giao phối với nhau. 1. Quần thể tự thụ phấn * Đặc điểm di truyền - Cấu trúc di truyền (thành phần kiểu gen) của quần thể tự thụ phấn biến đổi theo hướng + Tăng dần tần số kiểu gen đồng hợp + Giảm dần tần số kiểu gen dị hợp + Tần số alen không thay đổi - Quần thể tự thụ phấn thường bao gồm các dòng thuần chủng về các kiểu gen khác nhau 2. Quần thể giao phối gần (giao phối cận huyết) - Cấu trúc di truyền của quần thể biến đổi theo hướng: + Tăng dần tần số kiểu gen đồng hợp + Giảm dần tần số kiểu gen dị hợp 3. Hậu quả của tự thụ phấn và giao phối gần Gây hiện tượng thoái hóa giống vì tăng tỷ lệ các gen lặn → tính trạng xấu biểu hiện. III. Cấu trúc di truyền của quần thể ngẫu phối Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương 1. Quần thể ngẫu phối * Khái niệm: Là quần thể mà các cá thể trong quần thể giao phối ngẫu nhiên với nhau * Đặc điểm di truyền của quần thể ngẫu phối - Ngẫu phối tạo nhiều biến dị tổ hợp => tạo sự đa dạng di truyền trong quần thể => cung cấp nguyên liệu cho tiến hoá và chọn giống VD: Với 3 alen IA, IB, IO có thể tạo ra 6 kiểu gen - Trong những điều kiện nhất định tần số tương đối các kiểu gen không đổi qua các thế hệ 2. Trạng thái cân bằng di truyền trong quần thể * Một quần thể được gọi là đang ở trạng thái cân bằng di truyền khi tỉ lệ các kiểu gen (thành phần kiểu gen ) của quần thể tuân theo công thức sau: p2 + 2pq + q2 = 1 * Định luật Hacđi - Vanbec - Nội dung : Trong 1 quần thể lớn, ngẫu phối, nếu không có các yếu tố làm thay đổi tần số alen thì thành phần kiểu gen của quần thể sẽ duy trì không đổi từ thế hệ này sang thế hệ khác theo công thức : p2 + 2pq +q2 =1 - Trường hợp 1 gen gồm 3 alen : A1, A2, A3 với các tần số tương ứng p, q,r. Cấu trúc di truyền của quần thể ở trạng thái cân bằng là : (p+q+r)2=1 * Điều kiện nghiệm đúng - Quần thể phải có kích thước lớn. - Các cá thể trong quần thể phải giao phối ngẫu nhiên với nhau. - Các loại giao tử phải có sức sống và thụ tinh như nhau. - Các cá thể trong quần thể phải có sức sống và khả năng sinh sản như nhau (không có chọn lọc tự nhiên ) - Không xảy ra đột biến, nếu có thì tần số đột biến thuận bằng tần số đột biến nghịch. - Không có sự di - nhập gen (quần thể phải được cách li với quần thể khác). * Ý nghĩa của định luật Hacđi – Vanbec + Lý luận: Từ tỷ lệ kiểu hình trong quần thể => tần số các alen lặn => tần số alen trội => tần số các kiểu gen. + Thực tiễn: giải thích tại sao trong tự nhiên có những quần thể ổn định trong thời gian dài *Định luật giao phối ổn định (Pirson): Một quần thể có cấu trúc di truyền không cân bằng qua ngẫu phối đã đạt được trạng thái cân bằng ngay ở thế hệ sau. Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương CHƯƠNG II. THỰC TRẠNG KHI GIẢI BÀI TẬP DI TRUYỀN HỌC QUẦN THỂ 1. Thực trạng dạy học Trong chương trình sinh học 12, chương III – Di truyền học quần thể, đã đề cập đến cấu trúc di truyền của quần thể nội phối (tự thụ phấn và giao phối gần) và cấu trúc di truyền của quần thể ngẫu phối. Ngoài những vấn đề lý thuyết, khi giải quyết bài tập về di truyền học quần thể học sinh thường gặp phải một số khó khăn sau: - Nhận dạng bài toán. - Cách vận dụng kiến thức để giải quyết bài toán nhanh nhất. Vì vậy khi dạy bài tập về di truyền học quần thể giáo viên cần phải hệ thống phương pháp chung để giải bài tập và đưa ra được những đặc trưng riêng của mỗi dạng bài tập. 2. Sự cần thiết phải hệ thống hóa phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể. - Tăng hiệu quả tiếp thu bài tập của học sinh. - Giúp học sinh giải nhanh các bài tập di truyền học quần thể. - Đáp ứng yêu cầu của hình thức thi trắc nghiệm. Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương CHƯƠNG III: CÁC DẠNG BÀI TẬP DI TRUYỀN HỌC QUẦN THỂ VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI I. TÍNH TẦN SỐ ALEN, TẦN SỐ KIỂU GEN - Giả sử 1 quần thể có N cá thể, trong đó có D cá thể có kiểu gen AA, H cá thể có kiểu gen Aa, R cá thể có kiểu gen aa. Tần số kiểu gen AA: d= D/N Tần số kiểu gen Aa: h= H/N Tần số kiểu gen aa : r= R/N - Quần thể có tỉ lệ các kiểu gen (cấu trúc di truyền) là d AA : h Aa : r aa d + h + r =1 - Gọi p là tần số alen A, q là tần số alen a (p + q = 1) Tần số alen A : p = d + h/2 q = r + h/2 Ví Dụ : Trong một quần thể có 500 cây AA, 200 cây Aa, 300 cây aa Tần số kiểu gen AA = 500 / 1000 = 0.5 Aa = 200/1000 = 0,2 aa = 300/1000 = 0,3 Tổng số alen A = 0,5 + 0,2/2 = 0,6. Tổng số alen a = 1- 0,6 = 0,4 II. QUẦN THỂ NỘI PHỐI (TỰ THỤ PHẤN HOẶC GIAO PHỐI GẦN) Dạng 1. Cho thành phần kiểu gen của thế hệ P (thế hệ xuất phát) 100% dị hợp Aa qua n thế hệ tự phối tìm thành phần kiểu gen của thế hệ Fn *Cách giải: Quần thể P Sau n thế hệ tự phối thành phần kiểu gen thay đổi như sau Tỷ lệ thể đồng hợp trội AA trong quần thể Fn là AA = 1 1    2 2 n Tỷ lệ thể dị hợp Aa trong quần thể Fn là Aa = 1   2 n Tỷ lệ thể đồng hợp lặn aa trong quần thể Fn là aa = 1 1    2 2 n *Ví dụ: Quần thể ban đầu 100% cá thể có kiểu gen dị hợp Aa. Sau 3 thế hệ tự thụ phấn thành phần kiểu gen của quần thể như thế nào? Giải nhanh: Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương Sau n thế hệ tự phối thành phần kiểu gen thay đổi như sau (Với n=3) Tỷ lệ thể đồng hợp trội AA trong quần thể Fn là 1 1    2 2 AA = n 1 1    2 2 = 3 = 0,4375 Tỷ lệ thể dị hợp Aa trong quần thể Fn là Aa = 1   2 n = 1   2 3 = 0,125 Tỷ lệ thể đồng hợp lặn aa trong quần thể Fn là aa = 1 1    2 2 n = 1 1    2 2 3 = 0,4375 Dạng 2. Cho thành phần kiểu gen của thế hệ P qua n thế hệ tự phối tìm thành phần kiểu gen của thế hệ Fn *Cách giải: Quần thể tự phối có thành phần kiểu gen của thể hệ P ban đầu như sau: dAA + hAa + raa = 1 Quần thể P Sau n thế hệ tự phối thành phần kiểu gen thay đổi như sau Tần số kiểu gen đồng hợp AA trong quần thể Fn là n AA = d + 1 h    .h  2 2 Tần số kiểu gen dị hợp Aa trong quần thể Fn là n Aa = 1   .h 2 Tần số kiểu gen đồng hợp aa trong quần thể Fn là n aa = r + 1 h    .h  2 2 * Ví dụ 1: Quần thể P có 35AA : 14Aa : 91aa Các cá thể trong quần thể tự phối bắt buộc qua 3 thế hệ, tìm cấu trúc của quần thể qua 3 thế hệ? Giải: Cấu trúc của quần thể P: 0,25AA + 0,1Aa + 0,65aa=1 Cấu trúc của quần thể qua 3 thế hệ 3 n AA = d + 1 h    .h =  2 2 0,25 + 1 0,1    .0,1 =  2 2 Tỷ lệ thể dị hợp Aa trong quần thể Fn là Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể 0,29375 Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương n Aa = 3 1 1   .h =   .0,1 = 2  2 0,0125 Tỷ lệ thể đồng hợp lặn aa trong quần thể Fn là 3 n aa = r + 1 h    .h =  2 2 0,65 + 1 0,1    .0,1 =  2 2 0,69375 Vậy cấu trúc của quần thể qua 3 thế hệ 0,29375 AA + 0,125 Aa + 0,69375 aa = 1 *Ví dụ 2 : Quần thể tự thụ phấn có thành phần kiểu gen ở thế hệ P là 0,8Bb + 0,2bb = 1. Sau 3 thế hệ tự thụ phấn cấu trúc của quần thể như thế nào? Giải: Tỷ lệ thể đồng hợp trội AA trong quần thể F3 là 3 n BB = d + 1 h    .h  2 2 = 1 0,8    .0,8 =  2 0 2 0,35 Tỷ lệ thể dị hợp Aa trong quần thể F3 là n Bb = 3 1 1   .h =   .0,8  2  2 = 0,1 Tỷ lệ thể đồng hợp lặn aa trong quần thể F3 là 3 n bb = r + 1   .0,8  2 2 1 0,8  h    .h =  2 0,2  2 = 0,55 Vậy cấu trúc của quần thể qua 3 thế hệ tự thụ phấn là: 0,35 BB + 0,1 Bb + 0,55 bb = 1 *Ví dụ 3 : Quần thể tự thụ có thành phần kiểu gen ở thế hệ P là 0,4BB + 0,2 Bb + 0,4bb = 1. Cần bao nhiêu thế hệ tự thụ phấn để có được tỷ lệ đồng hợp trội chiếm 0,475 ? Giải: Tỷ lệ thể đồng hợp trội BB trong quần thể Fn là n n BB = d + 1 h    .h  2 2 = 1 0,2    .0,2  2 0,4  2 = 0,475  n=2 Vậy sau 2 thế hệ BB = 0,475. III. QUẦN THỂ NGẪU PHỐI Dạng 1: Từ cấu trúc di truyền quần thể chứng minh quần thể đã đạt trạng thái cân bằng hay không, qua bao nhiêu thế hệ quần thể đạt trạng thái cân bằng. * Cách giải 1: - Gọi p là tần số tương đối của alen A - Gọi q là tần số tương đối của alen a p+q = 1 Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương - Cấu trúc di truyền của quần thể khi đạt trạng thái cân bằng: p2 AA + 2pqAa + q2 aa - Như vậy trạng thái cân bằng của quần thể phản ánh mối tương quan sau: p2 q2 = (2pq/2)2 - Xác định hệ số p2, q2, 2pq Thế vào p2 q2 = (2pq/2)2 quần thể cân bằng. Thế vào p2 q2 # (2pq/2)2 quần thể không cân bằng. * Cách giải 2: - Từ cấu trúc di truyền quần thể tìm tần số tương đối của các alen. Sau đó thế vào công thức định luật. - Nếu quần thể ban đầu đã cho nghiệm đúng công thức định luật (tức trùng công thức định luật) suy ra quần thể cân bằng - Nếu quần thể ban đầu đã cho không nghiệm đúng công thức định luật (tức không trùng công thức định luật) suy ra quần thể không cân bằng * Ví dụ 1: Trong các quần thể sau, quần thể nào đã đạt trạng thái cân bằng? QT1: 0,36AA; 0,48Aa; 0,16aa QT2: 0,7AA; 0,2Aa; 0,1aa Cách giải 1: QT1: 0.36AA; 0.48Aa; 0.16aa - Gọi p là tần số tương đối của alen A - Gọi q là tần số tương đối của alen a Quần thể đạt trạng thái cân bằng khi thoả mãn p2AA + 2pqAa + q2 aa = 1 và khi đó có được p2 q2 = (2pq/2)2 . Ở quần thể 1 có p2 = 0.36 , q2 = 0.16, 2pq = 0.48 0.36 x 0.16 = (0.48/2)2 vậy quần thể ban đầu đã cho là cân bằng. Cách giải 2: QT2: 0,7AA; 0,2Aa; 0,1aa - Gọi p là tần số tương đối của alen A - Gọi q là tần số tương đối của alen a p = 0,7 + 0,1 q = 0.1 +0.1 Quần thể đạt trạng thái cân bằng khi thoả mãn p2AA + 2pqAa + q2 aa Tức 0,82 AA + 2.0,8.0,2Aa + 0,22 aa ≠ 0,7AA + 0,2Aa + 0,1aa vậy quần thể không cân bằng. *Ví dụ 2: Quần thể nào trong các quần thể dưới đây đạt trạng thái cần bằng Quần thể Tần số kiểu gen AA Tần số kiểu gen Aa Tần số kiểu gen aa 1 1 0 0 2 0 1 0 Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương 3 0 0 1 4 0,2 0,5 0,3 Giải nhanh Quần thể 1: 1 x 0 = (0/2)2 => quần thể cân bằng. Quần thể 2: 0 x 0 ≠ (1/2)2 => quần thể không cân bằng. Quần thể 3: 0 x 1 = (0/2)2 => quần thể cân bằng. Quần thể 4: 0,2 x 0,3 = (0,5/2)2 => quần thể không cân bằng. Dạng 2: Từ số lượng kiểu hình đã cho xác định cấu trúc di truyền của quần thể (cho số lượng tất cả kiểu hình có trong quần thể). Cách giải: Cấu trúc di truyền của quần thể - Tỷ lệ kiểu gen đồng hợp trội = số lượng cá thể do kiểu gen đồng hợp trội qui định/Tổng số cá thể của quần thể -Tỷ lệ kiểu gen dị hợp = số cá thể do kiểu gen dị hợp quy định/ Tổng số cá thể của quần thể - Tỷ lệ kiểu gen đồng hợp lặn = Số cá thể do kiểu gen đồng hợp lặn quy định/ Tổng số cá thể của quần thể. * Ví dụ 1: Ở gà, cho biết các kiểu gen: AA qui định lông đen, Aa qui định lông đốm, aa qui định lông trắng. Một quần thể gà có 410 con lông đen, 580 con lông đốm, 10 con lông trắng. a. Cấu trúc di truyền của quần thể nói trên có ở trạng thái cân bằng không? b. Quần thể đạt trạng thái cân bằng với điều kiện nào? c. Xác định cấu trúc di truyền của quần thể khi đạt trạng thái cân bằng? Giải: a. Cấu trúc di truyền của quần thể được xác định dựa vào tỉ lệ của các kiểu gen: Tổng số cá thể của quần thể: 580 + 410 + 10 =1000 Tỉ lệ thể đồng hợp trội AA là 410/1000 = 0,41 Tỉ lệ thể dị hợp Aa là 580/1000 = 0,58 Tỉ lệ thể đồng hợp lặn aa là 10/1000 = 0.01 Cấu trúc di truyền của quần thể như sau: 0.41 AA + 0.58aa + 0.01aa Cấu trúc này cho thấy quần thể không ở trạng thái cân bằng vì 0,41 x 0,01 ≠ (0,58/2)2 b. Điều kiện để quần thể đạt trạng thái cân bằng di truyền khi quá trình ngẫu phối diễn ra thì ngay ở thế hệ tiếp theo quần thể đã đat sự cân bằng di truyền. c. Tần số alen A là 0,41 + 0,58/2 = 0.7 Tần số của alen a là 1 - 0.7 = 0,3 Sau khi quá trình ngẫu phối xảy ra thì cấu trúc di truyền của quần thể ở thể hệ sau là : (0,7A:0,3a) x (0,7A:0,3a) => 0,49AA + 0,42Aa + 0,09aa=1 Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương Với cấu trúc trên quần thể đạt trạng thái cân bằng vì thoả mãn (0,9)2 AA + 2(0,7 x 0,3) Aa + (0,3)2 aa = 1 * Ví dụ 2: Một quần thể sóc có số lượng như sau 1050 con lông nâu đồng hợp, 150 con lông nâu dị hợp, 300 con lông trắng, màu lông do một gen gồm 2 alen qui định. Tìm tần số tương đối của các alen? Giải: Tính trạng lông nâu là trội do A quy định Tính trạng lông trắng là lặn do a quy định Tỉ lệ thể đồng hợp trội AA là 1050/1500 = 0,7 Tỉ lệ thể dị hợp Aa là 150/1500 = 0,1 Tỉ lệ thể đồng hợp lặn aa là 300/1500 = 0,2 Vậy cấu trúc di truyền của quần thể là: 0,7AA: 0,1Aa: 0,2aa Dạng 3: Từ số lượng kiểu hình đã cho xác định cấu trúc di truyền của quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền (chỉ cho tổng số cá thể và số cá thể mang kiểu hình lặn hoặc trội). Cách giải: - Nếu biết tỷ lệ kiểu hình trội=> kiểu hình lặn = 100% - tỷ lệ kiểu hình trội - Tỷ lệ kiểu gen đồng lặn = Số cá thể do kiểu gen lặn quy định/ Tổng số cá thể của quần thể. + Từ tỷ lệ kiểu gen đồng lặn (q 2aa) => Tần số tương đối của alen lặn (qa) => tần số tương đối của alen trội (pA). + Áp dụng công thức định luật p2 AA + 2pq Aa + q2 aa = 1 => cấu trúc di truyền quần thể. * Ví dụ 1: Quần thể ngẫu phối có thành phần kiểu gen đạt trạng thái cân bằng với 2 loại kiểu hình là hoa đỏ (do B trội hoàn toàn quy định) và hoa trắng(do b quy định). Tỷ lệ hoa đỏ 84%. Xác định cấu trúc di truyền của quần thể? Giải: - Gọi p tần số tương đối của alen B - q tần số tương đối alen b - Tỷ lệ % hoa trắng bb = 100% - 84%= 16%=q2 => q = 0,4 => p = 0,6 - Áp dụng công thức định luật p2 BB + 2pq Bb + q2 bb = 1 => cấu trúc di truyền quần thể : 0,36BB + 0,48Bb + 0,16bb = 1 * Ví dụ 2: Ở bò A qui định lông đen, a qui định lông vàng. Trong một quần thể bò lông vàng chiếm 9% tổng số cá thể của đàn. Biết quần thể đạt trạng thái cân bằng. Tìm tần số của gen A? Giải: Quần thể đạt trạng thái cân bằng q2aa = 9% => qa = 0,3 => pA= 0,7 * Ví dụ 3: Quần thể người có tần số người bị bạch tạng 1/10000. Giả sử quần thể này cân bằng( biết bạch tạng do gen lặn nằm trên nhiễm sắc thể thường quy định) a. Tính tần số các alen? Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể 10 Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương b. Tính xác suất để 2 người bình thường trong quần thể lấy nhau sinh ra người con đầu lòng bị bạch tạng? Giải a. A: bình thường (không bạch tạng), a: bạch tạng Quần thể cân bằng q2 = 1/10000 = > q = 0,01 => p = 0,99 2 pq p  2 pq b. - Bố dị hợp (Aa) xác suất 2 - Mẹ dị hợp (Aa) xác suất - Xác suất con bị bệnh 2 pq p 2  2 pq 1 4 Vậy xác suất để 2 người bình thường trong quần thể lấy nhau sinh ra người con đầu lòng bị bạch tạng là: 2 pq p  2 pq 2 thế p=0,01 , q= 0,99 => x 2 pq p 2  2 pq 2 pq p  2 pq 2 x x 1 4 2 pq p 2  2 pq x 1 4 = 0,00495 * Ví dụ 4: Trong một quần thể cân bằng có 90% alen ở lôcus Rh là R. Alen còn lại là r. Cả 40 trẻ em của quần thể này đến một trường học nhất định . Xác suất để tất cả các em đều là Rh dương tính là bao nhiêu? Giải Tần số tương đối của alen R =p= 0,9 => tần số alen r=q = 0,1 Rh dương có kiểu gen RR, Rr tần số của 2 nhóm kiểu gen trên là RR= p2= 0,92 = 0,81, Rr = 2pq = 2.0,9.0,1 = 0,18. Tần số 1 học sinh có Rh dương là: 0,81+0,18 = 0,99 Xác suất để 40 học sinh có Rh dương là (0,99)40 IV. BÀI TẬP GEN ĐA ALEN Quần thể cânbằng là triển khai của biểu thức (p+q+r+...)2=1 * Ví dụ: Giả thiết trong một quần thể người, tần số của các nhóm máu là: Nhóm A = 0,45 Nhóm B = 0,21 Nhóm AB = 0,3 Nhóm O = 0,004 Xác định tần số tương đối của các alen qui định nhóm máu và cấu trúc di truyền của quần thể? Giải: -Gọi p là tần số tương đối của alen IA. - Gọi q là tần số tương đối của alen IB Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể 11 Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương - Gọi r là tần số tương đối của alen IO Nhóm máu A B AB Kiểu gen Kiểu hình IAIA +IAIO p2 + 2pr 0,45 IBIB + IBIO q2 + 2qr 0,21 IAIB 2pq 0,3 IOIO r2 0,04 O Từ bảng trên ta có: p2 + 2pr + r2 = 0,45 + 0,04 => (p + r)2 = 0,49 => p + r = 0,7 r2 = 0,04 => r = 0,2 Vậy p = 0,7 - 0,2 = 0,5 => q = 0,3 Cấu trúc di truyền của quần thể được xác định là: (0,5 IA + 0,3 IB + 0,2IO) (0,5 IA + 0,3 IB + 0,2IO) = 0,25IAIA + 0,09IBIB + 0,04 IOIO + 0,3IAIB + 0,2IAIO + 0,12IBIO V. BÀI TẬP XÁC ĐỊNH SỐ LOẠI KIỂU GEN VÀ SỐ KIỂU GIAO PHỐI Ở ĐỜI SAU. Dạng1. Xét một gen có n alen. *Nếu nằm trên NST thường + Số loại kiểu gen n + Cn2 = n(n +1)/2. + Số kiểu giao phối bằng x + Cx2 (x là số kiểu gen) *Nếu gen nằm trên NST giới tính X không có alen trên Y + Số kiểu gen giới XX: n(n +1)/2 + Số kiểu gen của giới XY: n => Tổng số kiểu gen trong quần thể: n(n +1)/2 + n Số kiểu giao phối = số kiểu gen XX x số kiểu gen XY = n . n(n+1)/2 * Nếu gen nằm trên Y không có trên X - Số kiểu gen giới XX: 1 - Số kiểu gen giới XY: n + Tổng số kiểu gen : n + 1 + Số kiểu giao phối n x 1 = n * Nếu gen nằm trên vùng tương đồng giữa X và Y - Số kiểu gen giới XX: n(n +1)/2 - Số kiểu gen giới XY: n.n + Tổng số kiểu gen : n(n +1)/2 + n.n Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể 12 Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương + Số kiểu giao phối n2 x n(n +1)/2 Ví dụ 1: Xét 1 gen gồm 2 alen A, a. Ta có: *Nếu nằm trên NST thường - Số loại kiểu gen = 2.3/2=3. - Số kiểu giao phối = 3.4/2=6 *Nếu gen nằm trên NST giới tính X không có alen trên Y + Số kiểu gen giới XX: 2.3/2=3 + Số kiểu gen của giới XY: 2 => Tổng số kiểu gen trong quần thể: 2+3=5 Số kiểu giao phối = số kiểu gen XX x số kiểu gen XY = 2.3=6 * Nếu gen nằm trên Y không có trên X - Số kiểu gen giới XX: 1 - Số kiểu gen giới XY: 2 + Tổng số kiểu gen : 2 + 1=3 + Số kiểu giao phối 2 x 1 = 2 * Nếu gen nằm trên vùng tương đồng giữa X và Y - Số kiểu gen giới XX: 2.3/2=3 - Số kiểu gen giới XY: 2.2=4 + Tổng số kiểu gen : 3+4= 7 + Số kiểu giao phối 3.4=12 Ví dụ 2: Xét 1 gen gồm 3 alen. Ta có: *Nếu nằm trên NST thường + Số loại kiểu gen 3.4/2=6. + Số kiểu giao phối = 6.7/2=21 *Nếu gen nằm trên NST giới tính X không có alen trên Y + Số kiểu gen giới XX: 3.4/2=6 + Số kiểu gen của giới XY: 3 => Tổng số kiểu gen trong quần thể: 6+3=9 Số kiểu giao phối = số kiểu gen XX x số kiểu gen XY = 6.3=18 * Nếu gen nằm trên Y không có trên X - Số kiểu gen giới XX: 1 - Số kiểu gen giới XY: 3 + Tổng số kiểu gen : 3 + 1=4 + Số kiểu giao phối 3 x 1 = 3 * Nếu gen nằm trên vùng tương đồng giữa X và Y - Số kiểu gen giới XX: 3.4/2=6 - Số kiểu gen giới XY: 3.3=9 + Tổng số kiểu gen : 9=6=15 Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể 13 Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương + Số kiểu giao phối 6x9=54 Dạng 2. Xét 2 gen: Gen 1 có n1 alen, gen 2 có n2 alen. Giải thích : Coi mỗi tổ hợp của 2 gen là 1 alen của gen M (giả định) => Số tổ hợp của gen 1 và gen 2 là số alen của gen M, lúc này n= n1.n2, ta tính số kiểu gen, số kiểu giao phối giống như với 1 gen gồm nhiều alen (dạng 1) Ví dụ : Xét 2 gen, gen 1 gồm 2 alen A, a; gen 2 có 3 alen B1, B2, B3. Ta có: * Nếu cả 2 gen đều nằm trên 2 NST thường khác nhau: Số kiểu gen = n1(n1 +1)/2 . n2(n2 +1)/2 = 2.6=12 * Nếu cả 2 gen đều nằm trên cùng 1 NST thường: Số kiểu gen = n1.n2 (n1.n2 + 1)/2= 6.7/2=21 * Nếu cả 2 gen nằm trên NST giới tính X không có alen trên Y: - Số kiểu gen giới XX: n1.n2 (n1.n2 + 1)/2=6.7/2=21 - Số kiểu gen của giới XY: n1 . n2=6 => Tổng số kiểu gen trong quần thể = 21+6=27 - Số kiểu giao phối = số kiểu gen XX . số kiểu gen XY = 21x6=126 * Nếu gen nằm trên Y không có trên X - Số kiểu gen giới XX: 1 - Số kiểu gen giới XY: n1 . n2=6 + tổng số kiểu gen : n1 . n2 + 1= 7 + Số kiểu giao phối: n1 . n2=6 * Nếu gen nằm trên vùng tương đồng giữa X và Y - Số kiểu gen giới XX: 6x7/2=21 - Số kiểu gen giới XY: 6x6=36 + Tổng số kiểu gen : 21+36=57 + Số kiểu giao phối 21x36=756 Dạng 3. Xét nhiều gen nằm trên NST thường và NST giới tính Vì gen trên NST thường phân li độc lập với gen trên NST giới tính: => Tổng số kiểu gen = Số kiểu gen trên NST thường + Số kiểu gen trên NST giới tính - Số kiểu giao phối = số kiểu gen XX . số kiểu gen XY Ví dụ: Gen 1 có 2 alen, gen 2 có 3 alen cùng nằm trên NST thường, gen 3 có 2 alen nằm trên NST giới tính X không có alen tương ứng trên Y. Xác định số kiểu gen tối đa có trong quần thể và số kiểu giao phối? Giải Số kiểu gen trên NST thường: 2.3(2.3+1)/2=21 Số kiểu gen ở cặp XX: 2.3/2=3 Số kiểu gen ở cặp XY: 2 Số kiểu gen ở giới XX: 21.3=63 Số kiểu gen ở giới XY: 21.2=42 Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể 14 Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương Số kiểu gen tối đa trong quần thể là: 63+42=105 Số kiểu giao phối: 63.42=2646 VI. TÍNH TẦN SỐ ALEN VÀ TẦN SỐ KIỂU GEN CỦA GEN NẰM TRÊN NST X *Ở giới XY: Tần số kiểu gen: XAY = pA Tần số kiểu gen : XaY = qa *Ở giới XX: pA= Tần số kiểu gen XAXA+ 1/2 Tần số kiểu gen XAXa qa = 1- pA (=Tần số kiểu gen XaXa+1/2 Tần số kiểu gen XAXa) * Tỷ lệ kiểu gen ở giới XX: p2 XAXA+2pq XAXa+q2 XaXa=1 * Tỷ lệ kiểu gen ở giới XY: pXAY+q XaY=1 * Quần thể có tần số các alen ở phần ♂ và ♀ không bằng nhau →Không cân bằng * Cách tính tần số alen chung của quần thể (điều kiện ban đầu để quần thể cân bằng) A=p=(A♂ + 2A♀)/3 a=q=(a♂ + 2a♀)/3 Vi dụ1: Một quần thể người trên một hòn đảo có 50 phụ nữ và 50 đàn ông, hai người đàn ông bị bệnh mù màu. Hãy ước tính tần số alen bệnh mù màu và tần số phụ nữ mang gen gây bệnh ở trạng thái dị hợp? Biết rằng quần thể ở trạng thái cân bằng. Giải: Bệnh mù màu do gen đột biến lặn nằm trên phần không tương đồng của NST X qui định, dạng bài này có đặc điểm: - ở ♂ : Tần số kiểu gen XAY = tần số của alen A= 48/50=0,96 Tần số kiểu gen XaY = tần số của alen a= 2/50=0,04 - Ở ♀: Khi biết tần số các alen, tỉ lệ các kiểu gen ở ♀ tính theo công thức c ơ bản: p2 XAXA + 2pq XAXa + q2 XaXa = 0,9216 XAXA + 0,0768 XAXa + 0,0016 XaXa Tần số alen A= Tần số kiểu gen XAXA + 1/2 Tần số kiểu gen XAXa = 0,96 Tần số alen a =1 – 0,96 = 0,04 Ví dụ 2. quần thể khởi đầu có tỷ lệ kiểu gen 0,8XAY+0,2 XaY = 1ở phần các cá thể đực và 0,2 XAXA+0,6 XAXa+0,2 XaXa = 1 ở phần các cá thể cái. Biết rằng các gen nằm trên phần không tương đồng của NST X.Vậy tần số 5 kiểu gen này của quần thể ở trạng thái cân bằng là bao nhiêu? Giải - ở ♂ : Tần số kiểu gen XAY = tần số của alen A= 0,2 Tần số kiểu gen XaY = tần số của alen a = 0,8 - Ở ♀: Tần số alen A= Tần số kiểu gen XAXA + 1/2 tỉ lệ KG X AXa = 0,2 + 0,6/ 2= 0,5. Tần số alen a = 1-0,5 = 0,5 →Quần thể không cân bằng Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể 15 Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương */ Tần số alen chung của quần thể:( ĐK ban đầu để quần thể cân bằng): A= p= ( A♂ + 2A ♀) : 3= (0,2 + 2. 0,5): 3 = 0,4 a =q= ( a♂ + 2a ♀) : 3 =(0,8 + 2. 0,5): 3 = 0,6 Vậy tần số 5 kiểu gen này của quần thể ở trạng thái cân bằng là: - ở ♂ : Tần số kiểu gen XAY = 0,4 Tần số kiểu gen XaY = 0,6 - Ở ♀: Tỉ lệ 3 kiểu gen là : 0,16 XAXA + 0,48 XAXa + 0,36 XaXa VII. SỰ CÂN BẰNG CỦA QUẦN THỂ KHI CÓ SỰ KHÁC NHAU VỀ TẦN SỐ ALEN Ở GIỚI ĐỰC VÀ GIỚI CÁI. Giả thiết: Tần số alen A ở phần đực trong quần thể là p1 Tần số alen a ở phần đực trong quần thể là q1 Tần số alen A ở phần cái trong quần thể là p2 Tần số alen a ở phần cái trong quần thể là q2 Cấu trúc DT ở thế hệ sau là: (p1A+q1a) (p2A+q2a)=....... Sự cân bằng sẽ đạt được ngay sau 1 thế hệ ngẫu phối nên p=1/2(p1+p2) q=1/2(q1+q2) CTDT QT cân bằng là p2AA+ 2pqAa+ q2aa=1 Ví dụ 1: Tần số tương đối của A ở phần đực trong quần thể là 0,8. Tần số tương đối của a ở phần đực trong quần thể là 0,2. Tần số tương đối của A ở phần cái trong quần thể là 0,4. Tần số tương đối của a ở phần cái trong quần thể là 0,6. a) Xác định cấu trúc di truyền của quần thể ở thế hệ thứ nhất. b) Khi quần thể đạt trạng thái cân bằng di truyền thì có cấu trúc như thế nào? Giải a/ Xác định cấu trúc DT của quần thể ở thế hệ thứ nhất: bằng sự tổ hợp lại các loại giao tử ♂ và ♀ */ Khi tần số các alen ở phần đực và cái không bằng nhau: quần thể không cân bằng GT♂ 0,8 A 0,2 a 0,4 A 0,32 AA 0,08 Aa 0,6 a 0,48Aa 0,12 aa GT ♀ Cấu trúc DT của quần thể ban đầu là: 0,32 AA + 0,56 Aa + 0,12aa = 1 b/ Tần số các alen chung của quần thể:(ĐK ban đầu để quần thể cân bằng): A= p= ( A♂ + A ♀) : 2= 0,6 a =q= ( a♂ + a ♀) : 2=0,4 Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể 16 Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương - Cấu trúc DT của quần thể khi cân bằng là: 0,36AA+ 0,48Aa+ 0,16 aa= 1 Ví dụ 2: Tần số tương đối của gen A ở phần đực là 0,6. Qua ngẫu phối quần thể đã đạt được trạng thái cân bằng di truyền với cấu trúc sau: 0,49AA + 0,42Aa + 0,09aa = 1 a) Xác định tần số tương đối của các alen A và a ở phần cái của quần thể ban đầu. b) Quá trình ngẫu phối diễn ra ở quần thể ban đầu thì cấu trúc di truyền của quần thể như thế nào? Giải a/ - Tần số các alen ở phần ♂: A= 0,6 ; a= 0,4 - Tấn số các alen khi quần thể cân bằng: A = p= 0,49 = 0,7 ; a=q= 0,09 = 0,3 - Tần số các alen ở phần ♀ là : A= 2A- A♂= 0,7.2 - 0,6 = 0,8 ; a= 1-0,8= 0,2 b/ Cấu trúc DT của quần thể ban đầu là : GT♂ 0,6 A 0,4 a 0,8 A 0,48 AA 0,32 Aa 0,2 a 0,12Aa 0,08 aa GT ♀ Cấu trúc DT của quần thể ban đầu là: 0,48 AA + 0,44 Aa + 0,08aa = 1 VIII. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC DI TRUYỀN CỦA QUẦN THỂ TRONG TRƯỜNG HỢP NHIỀU CẶP GEN PHÂN LY ĐỘC LẬP Ví dụ: Một quần thể giao phối có tần số tương đối của các alen như sau: A=0,8; a=0,2; B=0,6; b=0,4 các cặp gen phân li độc lập Hãy xác định cấu trúc di truyền của quần thể, giả sử các gen trội không alen tương tác bổ trợ với nhau để biểu hiện thành tính trạng mong muốn thì tỉ lệ cá thể tốt được chọn làm giống và tỉ lệ cá thể tốt được đưa vào sản xuất là bao nhiêu? Giải Để xác định cấu trúc DT của quần thể giao phối liên quan tới 2 cặp alen có 2 cách: - Cách 1: xác định tỉ lệ các loại giao tử trong quần thể bằng cách tổ hợp các alen lại: giao tử AB = 0,8A. 0,6B = 0,48 giao tử Ab = 0,8A. 0,4b = 0,32 giao tử aB = 0,2a. 0,6B = 0,12 giao tử ab = 0,2a. 0,4b = 0,08 sau đó tổ hợp các giao tử lại sẽ xác định được cấu trúc di truyền quần thể: Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể 17 Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương ( 0,48 AB + 0,32Ab + 0,12 aB + 0,08 ab)2 - Cách 2: Xác định cấu trúc di truyền của quần thể về từng cặp alen sau đó tổ hợp lại. ( 0,64 AA + 0,32 Aa + 0,04 aa)( 0,36 BB + 0,48 Bb + 0,16 bb) IX. QUẦN THỂ CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA CÁC NHÂN TỐ TIẾN HÓA Dạng 1: Đột biến a. Đột biến xảy ra 1 chiều: Giả sử quần thể có tần số alen A trước đột biến là p o, tần số alen a trước đột biến là qo Tần số alen A sau 1 thế hệ đột biến là p 1, tần số alen Asau n thế hệ đột biến là p n, tần số alen a sau 1 thế hệ đột biến là q1, tần số alen a sau n thế hệ đột biến là qn * Nếu đột biến alen A thành a (đột biến thuận) với tốc độ là u: - Sau 1 thế hệ đột biến tần số mỗi loại alen là: p1 = po – po .u = po (1- u) q1 = 1 – p1 - Sau n thế hệ đột biến thì tần số mỗi loại alen là: pn = po (1- u)n = po .e-u.n (Biết e = 2,71) qn = 1 – pn * Nếu đột biến alen a thành A (đột biến nghịch) với tốc độ là v - Sau 1 thế hệ đột biến thì tần số mỗi loại alen là: q1 = qo – qo.v = qo (1- v) p1 = 1 – q1 - Sau n thế hệ đột biến thì tần số mỗi loại alen là: qn = qo (1- v)n = qo .e-v.n pn = 1 – qn b. Đột biến xảy ra theo cả 2 chiều (thuận và nghịch) * Sau 1 thế hệ đột biến thì -Tần số tương đối của alen A sẽ là:p1 = po – upo + vqo -Kí hiệu sự biến đổi tần số alen A là ∆p Khi đó ∆p = p1 – po = (po – upo + vqo) – po = vqo - upo * Tần số alen ở trạng thái cân bằng: -Tần số tương đối p của alen A và q của alen a sẽ đạt thế cân bằng khi số lượng đột biến A→ a và a → A bù trừ cho nhau, nghĩa là ∆p = 0 khi vq = up. Mà q = 1- p. → up = v(1 – p) ↔ up + vp = v ↔ p  Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể v u  q u v u v 18 Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương Ví dụ1: Một quần thể giao phối có tỉ lệ các alen là: 0,7A: 0,3a. Giả sử xẩy ra đột biến alen A thành a với tần số là 10 -4 và không xét đến tác động của các nhân tố khác. Tính tần số alen A và a sau 1 thế hệ đột biến và nhận xét sự biến thiên tần số alen A, a? Giải Gọi p, q là tần số alen A, a - Tần số alen A,a sau 1 thế hệ đột biến là: p(A) = 0,7 – 0,7. 10-4 = 0,69993 q(a) = 1- 0,69993 = 0,30007 - Nhận xét: p(A) giảm, q(a) tăng Ví dụ 2: Một quần thể động vật 5.104 con. Tính trạng sừng dài do gen A quy định, sừng ngắn do gen a quy định. Trong quần thể trên có số gen A đột biến thành a và ngược lại, với số lượng bù trừ nhau. Tìm số đột biến đó? Biết A đột biến thành a với tần số v, với u = 3v = 3.10-3 Giải: Gọi : p là tần số của alen A và q là tần số của alen a -Tổng số alen trong quần thể: 5.104 x 2 = 105 (alen) -Tần số alen trội, lặn khi có cân bằng mới được thiết lập: +Tần số alen a : qa = u 3v  = 0,75 u  v 3v  u +Tần số alen A : pA = 1- 0,75 = 0,25 -Số lượng mỗi alen trong quần thể: +Số lượng alen A là: 0,25 . 105 = 2,5.104 +Số lượng alen a là: 0,75 . 105 = 7,5.104 -Số lượng đột biến thuận bằng đột biến nghịch và bằng. 3.10-3 x 2,5.104 = 75 (alen) hoặc 10-3 x 7,5.104 = 74 (alen) Ví dụ 3: Giả sử 1 lôcut có 2 alen A và a, thế hệ ban đầu có tần số tương đối của alen A là po. Quá trình đột biến làm cho A → a với tần số u = 10-5. a) Để po giảm đi 1/2 phải cần bao nhiêu thế hệ? b) Từ đó em có nhận xét gì về vai trò của quá trình đột biến trong tiến hoá? Giải a)Vì đột biến diễn ra theo chiều thuận, nên ta có: pn = po (1- u)n trong đó: pn: tần số alen trội (A) ở thế hệ pn ; po: tần số alen trội (A) ở thế hệ po ; u: tốc độ đột biến theo chiều thuận; n: số thế hệ. => 1 po = po (1- 10-5)n <=> 0,5 = (1-10-5)n <=> ln0,5 = ln (1-10-5).n 2 ln 0,5 ≈ 69.000 thế hệ. ln(1  105 ) Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể => n = 19 Chuyên đề ôn thi ĐH Lê Thị Thu Phương b) Nhận xét về vai trò của quá trình đột biến trong tiến hóa: gây áp lực không đáng kể cho quá trình tiến hóa. Dạng 2.Di nhập gen Cách 1 p = M (P - p) - p là tần số tương đối của gen A ở quần thể nhận. - P là tần số tương đối của gen A ở quần thể cho - M là tỷ lệ số cá thể nhập cư - p lượng biến thiên về tần số alen trong quần thể nhận Có thể tổng quát như sau: p(A) =(mp1 + np2 ) : (m+n) q(a) =(mq1 + nq2 ) : (m+n) = 1 - p Với : m: tổng số cá thế của quần thể được nhập cư trước thời điểm nhập cư n: số cá thể đến nhập cư p1(q1): tần số A(a) của quần thể được nhập cư trước thời điểm nhập cư p2(q2): tần số A(a) của quần thể đến nhập cư Cách 2 a. Tần số alen sau nhập cư (Tính cho quần thể được nhập cư): phỗn hợp = pnhập – m (pnhập – pdi) = pnhập (1- m) + m. pdi -> qhỗn hợp = 1 – phỗn hợp Trong đó m: là tỉ lệ nhóm nhập cư b. Trong 1 quần thể gồm các cá thể gốc và các cá thể nhập cư, tỉ lệ phần trăm alen do các cá thể di nhập đóng góp là: m = (pnhập – phỗn hợp)/(pnhập – pdi) hoặc m = (qnhập – qhỗn hợp)/(qnhập – qdi) Ví dụ 1: Một con sông có hai quần thể ốc sên: quần thể lớn (quần thể chính) ở phía trên và quần thể nhỏ nằm ở cuối dòng trên một hòn đảo (quần thể đảo). Do nước chảy xuôi nên ốc chỉ di chuyển được từ quần thể chính đến quần thể đảo mà không di chuyển ngược lại. Xét một gen gồm hai alen: A và a. Ở quần thể chính có p A =1, quần thể đảo có pA= 0,6. Do di cư, quần thể đảo trở thành quần thể mới, có 12% số cá thể là của quần thể chính. a. Tính tần số tương đối của các alen trong quần thể mới sau di cư. Phương pháp giải bài tập di truyền học quần thể 20
- Xem thêm -