Phương pháp giải một số dạng bài tập vận về di truyền học quần thể phục vụ cho ôn thi đại học và ôn thi HSG môn sinh học lớp 12:
Trang 1Phần I : Lí do chọn đề tài
Chương trình sinh học THPT nói chung và Chương trình sinh học THPT 12 nói riêng nội dung lýthuyết rất nhiều, song phần bài tập vận dụng rất ít và không có nội dung hướng dẫn giải nên rất khó đối với học sinh đặc biệt là HS ở vùng sâu, vùng xa Thêm vào đó trong phân phối chương trình chỉ trang bị lí thuyết, không có tiết rèn luyện bài tập, ngay cả trong sách bài tập sinh học các dạng toán sinh cũng không có nhiều hoặc thậm chí không
có
Chương trình sinh học lớp 12 thời gian dành cho phần bài tập quần thể giao phối và quần thể
tự phối rất ít nhưng ngược lại trong các đề thi tỉ lệ điểm của phần này không nhỏ (đối với đề thi tốt nghiệp 2 câu, đối với thi đại học 3 câu Theo cấu trúc đề thi của bộ 2011) Khối lượng kiến thức nhiều, nhiều bài tập áp dụng, trong khi đó thời gian hạn hẹp giáo viên khó có thể truyền đạt hết cho học sinh do đó học sinh rất dễ gặp khó khăn, lúng túng khi gặp những bài tập này, đặc biệt đối với học sinh các trường THPT ở vùng sâu, vùng xa Nhiều học sinh vận dụng lý thuyết để giải bài tập một cách mơ hồ, lúng túng, không cơ sở khoa học Bên cạnh đó các em cũng không có tâm huyết với môn sinh học này như các môn học tự nhiên khác Vì vậy để làm rõ những điểm cần lưu ý trong quá trình giải bài tập, giúp học sinh yên tâm, tự tin hơn trong quá trình làm bài, thay đổi cách nhìn nhận của các em về môn học này nhằm giúp các em yêu thích môn này hơn tôi mạnh dạn chọn đề tài sáng
kiến kinh nghiệm “Phương pháp giải một số dạng bài tập vận về di truyền học quần thể phục vụ
cho ôn thi đại học và ôn thi HSG môn sinh học lớp 12”
Phần II : Nội dung
Trang 2II Các đặc trưng di truyền của quần thể
Về mặt di truyền , mỗi quần thể được đặc trưng bởi vốn gen, tần số tương đối của các alen, tần số kiểu gen và tần số kiểu hình
1 Vốn gen: Là tổ hợp toàn bộ các alen của tất cả các gen có trong quần thể đó
2 Tần số tương đối của các alen: Là tỷ lệ phần trăm loại giao tử mang alen đó tính trên tổng số các loại giao tử được sinh ra
3 Tần số kiểu gen: Là tỷ lệ phần trăm số cá thể mang loại kiểu gen đó tính trên tổng số cá thể trong quần thể
4 Thành phần kiểu gen: Là tỷ lệ phần trăm giữa các loại gen khác nhau trong quần thể
III Quần thể tự phối
- Tự phối là tự thụ phấn ở động vật hoặc tự thụ tinh của động vật lưỡng tính hoặc giao phối cận huyếtcủa động vật đơn tính Do vậy kiểu gen của bố mẹ giống nhau
- Tự phối qua nhiều thế hệ làm tăng dần tần số kiểu gen đồng hợp, giảm dần tần số kiểu gen dị hợp,
do đó không làm thay đổi tần số alen của quần thể
- Quá trình tự phối làm cho quần thể dần dần phân hóa thành các dòng thuần có kiểu gen khác nhau
IV Quần thể giao phối ngẫu nhiên (ngẫu phối)
- Là quần thể trong đó có sự giao phối ngẫu nhiên và tự do của các cặp bố mẹ Do vậy kiểu gen của
bố mẹ có thể giống hoặc khác nhau
- Kết quả của ngẫu phối làm tăng xuất hiện các biến dị tổ hợp do vậy quần thể có tính đa hình về kiểu gen và kiểu hình
- Tần số các alen cũng như tần số các kiểu gen trong quần thể ngẫu phối có khuynh hướng duy trì không đổi trong những điều kiện nhất định(Quần thể có kích thước lớn, giao phối ngẫu nhiên và tự
do, không có di – nhập gen, không có đột biến nếu có tỷ lệ đột biến thuận phải bằng đột biến nghịch, không xảy ra CLTN)
B Các phương pháp giải bài tập trong di truyền quần thể
1 Xác định tần số alen và tần số kiểu gen của một gen trong quần thể
1.1 Xác định tần số kiểu gen
Xét một gen có 2 alen A và a sẽ tồn tại 3 loại kiểu gen AA, Aa, aa
Gọi N là tổng số cá thể
Gọi D là tổng số cá thể mang kiểu gen AA
Gọi H là tổng số cá thể mang kiểu gen Aa
Gọi R là tổng số cá thể mang kiểu gen aa Ta có N = D +H +R
Gọi tần số tương đối của kiểu gen AA là d
Gọi tần số tương đối của kiểu gen Aa là h
Gọi tần số tương đối của kiểu gen aa là r ta có tần số tương đối của các kiểu gen
1.2 Xác định tần số alen
Từ tần số tương đối của các kiểu gen có thể tính được tần số tương đối của các alen Vì mỗi gen của
cá thể trong quần thể mang hai alen Gọi tần số alen A là PA, tần số alen a là qa ta có:
PA = (2D+H)/2N = d + h/2
qa = (2R+H)/2N = r + h/2
+ Định luật Hacđi – Vanbec
- nếu một lôcut (gen) có 2 alen ta có PA + qa = 1 Sự kết hợp ngẫu nhiên của trứng và tinh trùng: (PA +
qa ) (PA + qa ) sẽ tạo sự phân bố kiểu gen:
P2 (AA) + 2pq (Aa) +q2(aa) = 1
2
Trang 3Nếu ở một lôcut có nhiều alen khác nhau thì sự phân bố của quần thể sẽ tuân theo quy luật giao phối
Ví dụ lôcut có 3 alen : A1, A2, A3
PA1 + qA2 + rA3 = 1 Sự kết hợp ngẫu nhiên sẽ tạo sự phân bố kiểu gen trong quần thể là: P2
A1A1 + q2
A2A2+ r2
A3A3 + 2pqA1A2 + 2prA1A3 + 2rqA2A3 = 1
Nếu các gen nằm trên NST giới tính thì tần số của một trong hai alen không bao giờ bằng 0.5
2 Xác định cấu trúc di truyền của quần thể
2.1 Xác định cấu trúc di truyền của quần thể tự thụ sau n lần tự thụ.
Ở quần thể tự phối xét một gen có 2 alen A và a Cấu trúc di truyền của quần thể ban đầu có dạng :
xAA: yAa : zaa ( với x + y + z = 1 )Nếu gọi x là thể đồng hợp trội (AA)
Nếu gọi y là thể dị hợp (Aa)
Nếu gọi z là thể đồng hợp lặn (aa)
Gọi n là số thế hệ tự phối, tỷ lệ các kiểu gen sau n lần tự thụ là
AA = xAA + y[1-(0,5)n/2] aa = zaa + y[1-(0,5)n/2] Aa= y/2n
2.2 Xác định thành phần kiểu gen của thế hệ P:
Cho thành phần kiểu gen của quần thể qua n thế hệ tự phối là xnBB + ynBb + znbb
Thành phần kiểu gen của thế hệ P: Bb = n
n
2 1
1 y
1 y
2.2 Xác định cấu trúc di truyền của quần thể giao phối:
Dạng thứ 1 : Cách tính tần số của các alen trong quần thể :
* Để tính tần số alen trong quần thể khi biết được tỉ lệ kiểu hình và tỉ lệ kiểu gen ở dạng số lớn ta nênđưa về dạng tỉ lệ phần trăm hoặc ở dạng thập phân để dễ tính và áp dụng công thức tổng quát : P2 AA: 2pqAa : q2aa = 1 Cách tính tần số p,q : p = p2 +pq; q = q2 + pq
a Hai alen nằm trên NST thường
a.1 Trội hoàn toàn:
Thí dụ A là trội hoàn toàn so với a
Nếu hai alen là trội hoàn toàn thì những cá thể có kiểu gen đồng hợp AA hay dị hợp Aa đều có kiểu hình trội Như vậy không thể tính được số cá thể trội có kiểu gen là AA hay Aa Mà chỉ có thể mang tính trạng lặn mới biết chắc chắn kiểu gen là aa do đó căn cứ trên các cá thể man tính trạng lặn để tính tần số của gen Nếu quần thể có sự cân bằng kiểu gen thì.Tần số của kiểu gen aa là q2 ta có:
q = p = 1-q
a.2 Trội không hoàn toàn :
Dạng này chỉ cần biết tỉ lệ kiểu hình thì ta biết được tỉ lệ kiểu gen, khi tính tần số ta áp dụng công thức trên
b Hai alen nằm trên NST giới tính.
b.1 Trội lặn hoàn toàn.
*Ở đa số các loài động vật con đực đều là tao tử chỉ mang một alen trên NST X là đã biểu hiện thành tính trạng do đó chỉ cần căn cứ trên số cá thể, cái trong quần thể để tính tần số của các gen (với điều kiện tần số của các alen ở 2 giới đực cái như nhau )
Xét một gen có 2 alen trên NST A và a
Ở giới có cặp NST XX có các loại kiểu gen là: XAXA, XAXa , XaXa
Ở giới có cặp NST XY có các loại kiểu gen là: XAY, XaY
Trang 4b.2 Trội khụng hoàn toàn.
Dạng này thường cú nhiều kiểu gen và kiểu hỡnh vỡ một số gen chỉ liờn kết trờn NST giới tớnh X khụng cú alen trờn Y nờn con đực chỉ cần một alen đó biểu hiện thành kiểu hỡnh
2.2 Dạng thứ 2 :
+ Biết tấn số tương đối của cỏc alen, xỏc định cấu trỳc di truyền của quần thể, tỉ lệ kiểu hỡnh :
+ Chứng minh cấu trỳc của quần thể cõn bằng hay chưa cõn bằng di truyền
Cỏch giải
+ Lập bảng tổ hợp giữa giao tử đực và cỏi theo tần số tương đối đó cho ta suy ra kết quả về tần số di truyền và tần số kiểu hỡnh
+ Trạng thỏi cõn bằng của quần thể được biểu thị qua tương quan : p2p2 = (2pq : 2)2
+ Điều kiện để quần thể đạt trạng thỏi cõn bằng di truyền : Cho ngẫu phấn đến lỳc tần số tương đối của alen khụng đổi
Dạng 3: Xỏc định số kiểu gen và số kiểu giao phối
a Gen nằm trờn NST thường
- Xột một gen cú n alen, sự tổ hợp cỏc alen tạo ra cỏc kiểu gen khỏc nhau trong quần thể giao phối là:
Số kiểu gen đồng hợp là : n
Số kiểu gen dị hợp là: C2
n
số kiểu gen trong quần thể là : n + C2 = (1 + n)n/2
- Xột x gen khỏc nhau, cỏc gen phõn ly độc lập, gọi r là số alen của một gen thỡ số kiểu gen khỏc nhautrong quần thể sẽ là: [r(r+1)/2]x
- Xột x1, x2, xn gen khỏc nhau, cỏc gen nằm trờn cựng một cặp NST, gọi r1, r2, rn là số alen tương ứng của cỏc gen thỡ số kiểu gen khỏc nhau trong quần thể sẽ là:
r1r2 rn(r1r2 rn+1)/2
- Xột y kiểu gen khỏc nhau trong quần thể giao phối số kiểu giao phối giữa cỏc cặp bố mẹ khỏc nhau
về kiểu gen sẽ tuõn theo cụng thức: (1 +y)y/2
b Gen nằm trờn NST giới tớnh
+ Đối với cặp XY:
- Xột một gen cú n alen, sự tổ hợp cỏc alen tạo ra cỏc kiểu gen khỏc nhau trong quần thể giao phối là:
I.1 Bài tập tự luận
Bài 1: Giả định rằng: Một quần thể thực vật ở thế hệ xuất phát (I0) có thành phần kiểu gen: 0,4AA + 0,4Aa + 0,2aa = 1
Biết gen A quy định tính trạng không có tua trội hoàn toàn so với alen a quy định tính trạng có tua.Hãy xác định cấu trúc di truyền và tỷ lệ kiểu hình của quần thể ở thế hệ thứ 3 (I3) trong trờng hợpquần thể tự thụ phấn
I0: 0,4 AA +0,4 Aa + 0,2 aa = 1
4
Trang 5I3:
3
10,4 0,4
20,4
20,2
b Một quần thể thực vật tự thụ phấn ở thế hệ xuất phát (Io) có cấu trúc di truyền:
Io: 0.8Aa + 0.2aa = 1 Cấu trúc di truyền của quần thể qua 3 thế hệ tự thụ phấn (I3) như thế nào?
a Tỷ lệ thể đồng hợp trội AA trong quần thể P là
1 , 0
1 y
1 8 , 0
1 y
1 8 , 0
b Tỉ lệ thể dị hợp Aa ở thế hệ (I3) = 3
2
1 8
1 8 0 8 0
1 8 0 8 0
Ở quần thể bướm, gen quy định màu thân gồm 3 alen: C, C1, C2, trong đó C( thân đen) trội hoàn toàn
so với C1( thân nâu), C1 trội hoàn toàn so với C2 ( thân xám) Qua nghiên cứu một quần thể đang ở trạng thái cân bằng di truyền xác định được: tỉ lệ bướm có thân đen chiếm 64%, thân nâu chiếm 32%,còn lại là thân xám
a Cho bướm thân đen giao phấn với bướm thân nâu Tính xác suất để sinh ra bướm cái có thân xám ?
b Từ một quần thể bướm qua 3 thế hệ tự phối có cấu trúc di truyền 0,35 C1C1 + 0,1 C1C2 + 0,55 C2C2.Xác định cấu trúc của quần thể ở thế hệ ban đầu (P) ?
- Gọi p là tần số tương đối của alen C
- Goi q là tần số tương đối của alen C1
- Gọi r là tần số tương đối của alen C2
Kiểu genKiểu hình
Trang 6Vậy q = 0,4 => p = 0,4
Xác suất sinh bướm thân xám = (2 0, 4.0.2/ 0,64).(2.0,4.0,2/0,32).1/4.1/2
b Tỷ lệ thể đồng hợp trội C1C1 trong quần thể P là
1 , 0
1 y
1 8 , 0
1 y
1 8 , 0
a Hãy xác định tần số các alen (A,a,B,b) và tần số các kiểu gen của quần thể nêu trên
b Nếu vụ sau mang tất cả các hạt có kiểu hình dài, đỏ ra trồng thì tỉ lệ kiểu hình hạt mong đợi khi thuhoạch sẽ như thế nào?
Bài giải
a Xét từng tính trạng trong quần thể:
+Dạng hạt: 96% tròn: 4%dài
→ tần số alen a=0,2; A=0,8
→cấu trúc kiểu gen qui định hình dạng hạt là: 0,64AA: 0,32Aa: 0,04aa
+Màu hạt: 64% đỏ: 36% trắng
→tần số: B=0,4; b=0,6
→ cấu trúc kiểu gen qui định màu hạt là: 0,16BB: 0,48Bb: 0,36bb
Tần số các kiểu gen của quần thể là
(0,64AA: 0,32Aa: 0,04aa) x (0,16BB: 0,48Bb: 0,36bb)
a) Hãy tính tần số alen và xác định cấu trúc di truyền của quần thể?
b) Nếu tiến hành tự thụ phấn bắt buộc qua 4 thế hệ thì cấu trúc di truyền của quần thể sẽ như thế nào?
Trang 7 0,9025AA + 0,095Aa + 0,0025aa = 1
b) Quần thể tự thụ phấn bắt buộc qua 4 thế hệ thỡ :
Thể Aa = 0,095 x (1/2)4 = 0,0059
Thể AA = (0,095 - 0,0059)/2 + 0,9025 = 0,94705
Thể aa = (0,095 - 0,0059)/2 + 0,0025 = 0,04705
- Cấu trỳc di truyền của quần thể là :
0,94705AA + 0,0059Aa + 0,04705aa = 1
B i 6 ài 2 :
ở thực vật: A: hoa đỏ; a: hoa trắng Đỏ trội hoàn toàn so với trắng Quần thể đạt cân bằng di truyền
sau đó cho các cây tự thụ phấn qua 3 thế hệ liên tiếp, tỉ lệ cây hoa trắng ở F3 gấp 2 lần tỉ lệ cây hoatrắng ở thế hệ xuất phát
Xác định cấu trúc di truyền của quần thể ở trạng thái cân bằng
Biết 1 gen qui định 1 tính trạng
a Tính tần số alen và tần số kiểu gen của từng tính trạng trong quần thể nêu trên
b Tính tần số các KG trong quần thể nêu trên khi xét chung cả 2 loại tính trạng
Quần thể tự thụ cú thành phần kiểu gen ở thế hệ P là 0,4BB + 0,2 Bb + 0,4bb = 1.Cần bao nhiờu thế
hệ tự thụ phấn để cú được tỷ lệ đồng hợp trội chiếm 0,475
1 y
1 2 , 0 4 , 0
125 , 0
Trang 8BB = xn -
2
y 2
1 y
1 1
1 y
1 1
Lời giải:
Gọi A quy định màu đỏ, a quy định màu xám và tần số của alen A là p, tần số của alen a là q.Vì quầnthể ở trạng thái cân bằng nên q2 = 1/25 → q = 0,2 ; p = 1-0,2 = 0,8
Cấu trúc di truyền của quần thể là: 0,64 AA + 0,32 Aa + 0,04 aa = 1
Quần thể xảy ra giao phối có lựa chọn sau 2 thế hệ:
P: (màu đỏ ×màu đỏ)0,96
= (0,6667 AA : 0,3333 Aa) × (0,6667 AA : 0,3333 Aa) 0,96
→ F1: (0,6666 AA : 0,2667 Aa : 0,0267 aa)
P: (màu xám x màu xám)0,04 = (aa x aa) 0,04 → F1: 0,04 aa
Thế hệ F1 thu được là (0,6666 AA : 0,2667 Aa : 0,0667 aa)
F1x F1: (màu đỏ x màu đỏ)0,9333
= (0,7142 AA : 0,2858 Aa) × (0,7142 AA : 0,2858 Aa) 0,9333
→ F2: (0,6856 AA : 0,2286 Aa : 0,0190 aa)
F1x F1: (màu xám x màu xám)0,0667 → F2:0,0667 aa
Vậy cấu trúc di truyền quần thể F2: (0,6856 AA : 0,2286 Aa : 0,0857 aa)
II.2 Bài tập trắc nghiệm
Bài 1: 1 QT có 0,36AA; 0,48Aa; 0,16aa Xác định CTDT của QT trên qua 3 thế hệ tự phối.
A.0,57AA : 0,06Aa : 0,37aa B.0,7AA : 0,2Aa ; 0,1aa
C.0,36AA : 0,24Aa : 0,40aa D.0,36AA : 0,48Aa : 0,16a
Giải
TL KG Aa qua 3 thế hệ tự phối = ( 1 / 2 )3 x 0,48 = 0,06
TL KG AA = 0,36 + (0,48 – 0,06)/2 = 0,36 + 0,21 = 0,57
TL KG aa = 0, 16 + 0,21 = 0,37
Vậy: qua 3 thế hệ tự phối QT trên có CTDT là: 0,57AA : 0,06Aa : 0,37aa Chọn A
Bài 2: Một QT thực vật ở thế hệ XP đều có KG Aa Tính theo lí thuyết TL KG AA trong QT sau 5
8
Trang 90,3 BB + 0,3 Bb + 0,4 bb = 1.Các cá thể bb không có khả năng sinh sản, thì
thành phân KG F1 như thế nào?
A.0,25AA + 0,15Aa + 0,60aa = 1 B.0,7AA + 0,2Aa + 0,1aa = 1
C.0,625AA + 0,25Aa + 0,125 aa = 1 D.0,36AA + 0,48Aa + 0,16aa = 1
Giải: P : 0,3 BB + 0,3 Bb + 0,4 bb = 1.Các cá thể bb không có khả năng sinh sản
Bài 6: Một QT XP có TL của thể dị hợp Bb bằng 60% Sau một số thế hệ tự phối liên tiếp, TL của
thể dị hợp còn lại bằng 3,75% Số thế hệ tự phối đã xảy ra ở QT tính đến thời điểm nói trên là bao nhiêu?
A n = 1 ; B n = 2 C n = 3 D n = 4
Giải:
TL KG Bb = ( 1 / 2 )n x 60 % = 3,75 %
( 1 / 2 )n x 3/5 = 3 / 80 (60 % = 60 /100 = 3/5 ; 3,75 % =375/10000 = 3/80 )( 1 / 2 )n = 3/80 : 3/5 = 3/80 x 5/3 = 5/80 = 1/16 = ( 1 / 2 )4
( 1 / 2 )n = ( 1 / 2 )4 => n = 4 Chọn D
Bài 7: Một QT Thực vật tự thụ phấn có TL KG ở thế hệ XP: 0,45AA : 0,30Aa : 0,25aa Cho biết cá
thể có KG aa không có khả năng sinh sản Tính theo lí thuyết TL KG thu được ở F1 là:
A.0,525AA : 0,150Aa : 0,325aa B.0,7AA : 0,2Aa ; 0,1aa
C.0,36AA : 0,24Aa : 0,40aa D.0,36AA : 0,48Aa : 0,16aa
Giải: P : 0,45 AA : 0,30 Aa : 0,25 aa Các cá thể có KG aa không có khả năng sinh sản
Trang 10Bài 8 : Xét một QT thực vật có TP KG là 25% AA : 50% Aa : 25% aa Nếu tiến hành tự thụ phấn bắt
Bài 9: Ở một QT sau khi trải qua 3 thế hệ tự phối, TL của thể dị hợp trong QT bằng 8% Biết rằng ở
thế hệ XP, QT có 20% số cá thể ĐH trội và cánh dài là tính trội hoàn toàn so với cánh ngắn Hãy cho biết trước khi xảy ra quá trình tự phối, TL KH nào sau đây là của QT trên?
Bài 10: Cho CTDT của QT như sau: 0,4 AABb: 0,4 AaBb: 0,2 aabb Người ta tiến hành cho QT trên
tự thụ phấn bắt buộc qua 3 thế hệ TL cơ thể mang hai cặp gen ĐH trội là.
- AABb x AABb > AABB = 0,4 x 1(AA) x [1/2(1-1/23)] BB = 7/40
- AaBb x AaBb -> AABB = 0,4 x [1/2(1-1/23)] (AA) x [1/2(1-1/23)] BB =49/640
> Tổng TL KG 2 cặp ĐH trội khi cho tự thụ phấn 3 thế hệ : 7/40+49/640 = 161/640
Chọn đáp án B
II Quần thể giao phối ngẫu nhiên
II.1 Bài tập tự luận
Bài 1:
Xét 4 gen ở một quần thể ngẫu phối lưỡng bội: gen 1 quy định màu hoa có 3 alen
A1; A2; a với tần số tương ứng là 0,5; 0,3; 0,2; gen 2 quy định chiều cao cây có 2
alen (B và b), trong đó tần số alen B ở giới đực là 0,6, ở giới cái là 0,8 và tần số alen
b ở giới đực là 0,4, ở giới cái là 0,2; gen 3 và gen 4 đều có 4 alen Giả thiết các gen
nằm trên NST thường Hãy xác định:
a) Số loại kiểu gen tối đa trong quần thể
b) Thành phần kiểu gen về gen quy định màu hoa khi quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền.c) Thành phần kiểu gen về gen quy định chiều cao cây ở F1 khi quần thể ngẫu phối và ở trạngthái cân bằng di truyền
Bài giải
a Số KG trong QT: 6.3.10.10 = 1800 kiểu gen
b Thành phần KG quy đinh màu hoa khi QT đạt TTCB di truyền:
Bài 2: Một quần thể ngẫu phối ban đầu ở phần cái tần số alen A là 0,8 Phần đực tần số alen a là 0,4.
a Xác định cấu trúc di truyền của quần thể khi đạt cân bằng di truyền?
b Giả sử 1/2 số cơ thể dị hợp không có khả năng sinh sản, vậy cấu trúc di truyền của quần thể tiếp theo như thế nào?
Bài giải
10