Báo cáo hệ thống hóa kiến thức phần di truyền quần thể

Tần số các alen được xác định bằng công thức: - Quá trình tự phối làm cho quần thể dần dần phân hóa thành các dòng thuần chủng có kiểu gen khác nhau.. - Định luật Hacđi-Van bec đề cập tớ

PHẦN I: MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, ở các đề thi Đại học, đề thi chọn học sinh giỏi Quốc gia, thường xuyên có các dạng bài về di truyền quần thể Hiện nay trong sách giáo khoa phổ thông viết về phần này còn sơ sài, nhưng trong các đề thi khai thác sâu bản chất của từng vấn đề nên học sinh thường gặp lúng túng trong khi học và ôn luyện Nên trong khi dạy từng bài cũng như khi ôn luyện về phần này nếu giáo viên chỉ cần bổ sung khai thác vấn đề một cách hệ thống thì học sinh lại rất dễ vận dụng trong làm bài thi.Xuất phát từ thực tế

trên, chúng tôi lựa chọn chuyên đề: "Hệ thống hóa kiến thức phần di truyền quần thể "

Tuy nhiên, do thời gian soạn thảo ngắn, trình độ còn hạn chế, cho nên chuyên đề không tránh khỏi sai sót Chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý tận tình của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để chuyên đề này hoàn thiện hơn

PHẦN II: NỘI DUNG

A LÝ THUYẾT CƠ BẢN:

1 Khái niệm quần thể:

- Quần thể là một tập hợp cá thể cùng loài, chung sống trong một khoảng không gian xác định, tồn tại qua thời gian xác định, ở một thời điểm nhất định

- Quần thể được đặc trưng bởi vốn gen, tần số của kiểu gen, kiểu hình và các alen Tần số các alen được xác định bằng công thức:

- Quá trình tự phối làm cho quần thể dần dần phân hóa thành các dòng thuần chủng

có kiểu gen khác nhau Cấu trúc di truyền của quần thể tự phối biến đổi qua các thể hệ theo hướng giảm dần tỷ lệ dị hợp tử và tăng dần tỷ lệ đồng hợp tử, nhưng không làm thay đổi tần số của các alen

- Công thức về cấu trúc di truyền của quần thể tự phối:

* Quần thể tự phối: (quần thể tự thụ, quần thể giao phối hoặc giao phấn bắt buộc,

quần thể giao phối gần)

Giả sử gọi : Tần số kiểu gen AA là d; Tần số kiểu gen Aa là h ; Tần số kiểu gen

aa là r ( d + r = 1) thì cấu trúc di truyền quần thể sau n thế hệ tự phối sẽ có các trường hợp sau:

TH 1: Quần thể ban đầu có tần số kiểu gen: dAA: r aa ( d + r = 1) thì cấu trúc di

truyền quần thể sau n thế hệ tự phối vẫn là d AA: r aa

TH 2: Quần thể ban đầu có tần số kiểu gen Aa là 100% (h= 1) thì cấu trúc di truyền quần thể sau n thế hệ tự phối là

- Kiểu gen Aa =

- Kiểu gen AA = aa =

TH3: Quần thể ban đầu có tần số kiểu gen là:

d AA + h Aa + r aa = 1 (d + h + r = 1) thì cấu trúc di truyền quần thể sau n thế hệ tự phối là:

3 Quần thể giao phối tự do (ngẫu phối)

- Quần thể giao phối là đơn vị sinh sản của loài và mang tính đa hình

- Định luật Hacđi-Van bec đề cập tới sự duy trì ổn định tỷ lệ của các kiểu gen và tần

số của các alen qua các thế hệ trong quần thể ngẫu phối Định luật này được thể hiện bằng

1 2

n

 

−  ÷ 

1 2

n

Aa=  ÷    h

1 2 2

Trong đó p là tần số alen A; q là tần số alen a (p + q = 1)

Và P2 tần số kiểu gen AA; 2pq tần số kiểu gen Aa; q2 tần số kiểu gen aa

(P2 +2pq +q2 = 1) Quần thể có cấu trúc như hằng đẳng thức này được gọi là quần thể cân bằng di truyền

- Định luật Hacđi-Van bec chỉ nghiệm đúng trong những điều kiện nhất định

- Định luật Hacđi-Van bec không chỉ giải thích về sự ổn định qua thời gian của những quần thể tự nhiên mà còn cho phép xác định được tần số của các alen, các kiểu gen quần thể Do đó, nó có ý nghĩa đối với y học và chọn giống

- Công thức về cấu trúc di truyền của quần thể ngẫu phối:

TH 1 : Xét 1 gen với 2 alen (A và a); các gen nằm trên NST thường:

Gọi : p là tần số alen A; q là tần số alen a (p + q = 1) Thì cấu trúc quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền : p2 AA + 2pq Aa + q2 aa = 1 và p2 q2 =

2 2 2

  thì quần thể chưa đạt trạng thái cân bằng di truyền.

* Ý nghĩa thực tiễn của định luật Hacđi-Van bec: Từ tỷ lệ kiểu hình lặn để tìm tần số alen và tần số các kiểu gen:

Ví dụ: 1 quần thể cân bằng Hacđi- Vanbec, người ta thấy có 64% bò lông đỏ (trội hoàn toàn so với bò lông vàng) Tìm cấu trúc di truyền quần thể?

Áp dụng định luật ta có: q2 = 36% = 0,36 → q = 0,6 → p = 1- 0,6 = 0,4

p2 = (0,4)2 = 0,16; 2pq = 2 x 0,6 x 0,4 = 0,48

Hay cấu trúc di truyền quần thể là 0,16AA + 0,48Aa + 0,36 aa = 1

TH 2 : Xét 1 gen với 2 alen gồm (A và a); các gen nằm trên NST giới tính X, Y không

mang alen tương ứng:

Gọi : p là tần số alen XA; q là tần số alen Xa (p + q = 1) Thì cấu trúc quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền :

Ở giới có cặp NST giới tính XX: p 2 X A X A + 2pq X A X a + q 2 X a X a = 1

Ở giới có cặp NST giới tính XY: p = X A Y; q = X a Y

và p ở giới đực phải bằng p ở giới cái; q ở giới đực phải bằng q ở giới cái

Nếu p ở giới đực không bằng p ở giới cái; q ở giới đực không bằng q ở giới cái thì quần thể chưa đạt trạng thái cân bằng di truyền.

TH 3: Xét 1 gen có 3 alen (a1, a2, a3); các alen nằm trên NST thường

Gọi : p là tần số alen a1 ; q là tần số alen a2 ; r là tần số alen a3 (p + q + r = 1) Thì cấu trúc quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền:

p2 a1a1 + 2pq a1a2 + 2pr a1a3 + q2 a2a2 + 2qr a2a3 + r2 a3a3 = 1

TH 4 : Nếu trong quần thể tần số các alen ở giới đực khác giới cái Cách tính các tần

số alen, tần số kiểu gen ở trạng thái cân bằng là:

Gọi : pN là tần số alen A ở trạng thái cân bằng di truyền

qN là tầnsố alen a ở trạng thái cân bằng di truyền

p' là tần số alen A ở giới đực

q' là tần số alen a ở giới đực

p'' là tần số alen A ở giới cái

q'' là tần số alen a ở giới cái

- Tần số các alen ở trạng thái cân bằng:

- Tần số các kiểu gen ở trạng thái cân bằng: pN2 AA + 2 pN qN Aa + qN2 aa = 1

B CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

* DẠNG BÀI TẬP TÍNH TẦN SỐ TƯƠNG ĐỐI CỦA CÁC ALEN; TẦN SỐ CÁC KIỂU GEN:

Bài 1: quần thể ngô có gen quy định thân cao là A, trội hoàn toàn so với a quy định

thân thấp Trong quần thể có: 500 cây AA, 200 cây Aa, 300 cây aa

a Tính tần số alen A và a

b Tính tần số các kiểu gen

HDG: - Tần số alen A = 0,6 ; a = 0,4

- Tần số các kiểu gen: 0,5 AA + 0,2 Aa + 0,3 aa

⇒ Cách tính tần số các alen và tần số các kiểu gen dựa vào số lượng cá thể của các kiểu gen trong quần thể.

Bài 2: Một số quần thể có cấu trúc di truyền như sau :

⇒ Cách tính tần số các alen dựa vào tần số các kiểu gen

Bài 3: (Bài 8 trang 161 sách PP giải nhanh bài tập di truyền- Phan Khăc Nghệ)

Trong một quần thể người đang cân bằng về di truyền có 21% số người mang nhóm máu B; 30% số người có nhóm máu AB; 4% số người có nhóm máu O

Hãy xác định tần số tương đối của các alen và tần số các kiểu gen quy định nhóm máu trong quần thể người đó?

HDG:

a Tần số các alen IO = 0,2; IB = 0,3 ; IA = 0,5

b Tần số các kiểu gen:

0,25 IA IA + 0,21 IA IO + 0,09 IB IB + 0,12 IB IO + 0,3 IA IB + 0,04 IO IO =1

⇒ Quần thể ở trạng thái cân bằng: Từ tỷ lệ kiểu hình lặn suy ra tần số alen lặn

suy ra tần số các alen trội.

Tần số các kiểu gen của quần thể là triển khai tổng bình phương của các alen: (p + q + r) 2

Bài 4: Một quần thể người có tần số người bị bạch tạng là 1/10000 Giả sử quần thể

này cân bằng di truyền Hãy tính tần số các alen và tần số các kiểu gen của quần thể Biết rằng, bệnh bạch tạng là do một gen lặn nằm trên nhiễm sắc thể thường quy định

HDG:

a Tần số alen lặn a = 2 1

10000 = 0,01; Tần số alen A = 1- 0,01 = 0,99

b Tần số các kiểu gen: 0,980 AA + 0,0198 Aa + 0,0001 aa = 1

⇒ Quần thể ở trạng thái cân bằng: Từ tỷ lệ kiểu hình lặn suy ra tần số alen lặn

suy ra tần số các alen trội.

Tần số các kiểu gen của quần thể là triển khai tổng bình phương của các alen: (p + q ) 2 = p 2 AA + 2pq Aa + q 2 aa = 1

Bài 5: Một quần thể người có tần số nam giới bị bệnh mù màu là 1/10000 Giả sử

quần thể này cân bằng di truyền Hãy tính tần số các alen và tần số các kiểu gen của quần thể Biết rằng, bệnh mù màu là do một gen lặn nằm trên nhiễm sắc thể giới tính x quy định

HDG:

a Tần số tương đối alen Xa = 0,0001 ; XA = 0,9999

b Tần số các kiểu gen: XAY = 0,9999; XaY = 0,0001

(0,9999)2 XAXA + (2.0,9999.0,0001) XAXa + (0,0001)2 XaXa

⇒Quần thể ở trạng thái cân bằng: Từ tỷ lệ kiểu hình lặn ở giới có kiểu gen XaY

suy ra tần số alen lặn X a suy ra tần số alen trội X A

Tần số các kiểu gen:

Giới XY: tần số kiểu gen X a Y = q ; X A Y = p

Giới XX: p 2 X A X A + 2pq X A X a + q 2 X a X a

Bài 6: Trong một quần thể thực vật giao phấn, xét một lôcut có hai alen, alen A quy

định thân cao trội hoàn toàn so với alen a quy định thân thấp Quần thể ban đầu (P) có kiểu

hình thân thấp chiếm tỉ lệ 25% Sau một thế hệ ngẫu phối và không chịu tác động của các nhân tố tiến hóa, kiểu hình thân thấp ở thế hệ con chiếm tỉ lệ 16% Tính theo lí thuyết, thành phần kiểu gen của quần thể (P) là:

HDG : trong quần thể giao phối thì tần số alen không đổi :

Sau 1 thế hệ ngẫu phối quần thể sẽ đạt trạng thái cân bằng : nên ta tính được tần số alen a : q = 0.16 = 0.4 mà ở Quần thể ban đầu (P) có kiểu hình thân thấp chiếm tỉ lệ 25%

= 0,25 nên tần số alen lặn = 0,25 + tỉ lệ KG dị hợp/ 2 = 0,4 => tỉ lệ kG dị hợp Aa = 0,34 =>

tỉ lệ kG AA = 1- (0,3 +0,25) = 0,45

Vây thành phần kiểu gen của quần thể P: 0,45 AA + 0,3 Aa + 0,25 aa = 1

⇒ Quần thể ở trạng thái cân bằng: Từ tỷ lệ kiểu hình lặn suy ra tần số alen lặn

Nếu quần thể chưa ở trạng thái cân bằng DT thì tần số alen lặn được tính bằng tần số của kiểu gen lặn(r) cộng với 1/2 tần số kiểu gen dị hợp tử (h) (q = r +

2

h

)

Bài 7: Ở một loài có tỷ lệ đực cái là 1 : 1 Tần số tương đối của alen a ở giới đực

trong quần thể ban đầu (lúc chưa cân bằng) là 0,4 Sau nhiều thế hệ ngẫu phối, trạng thái cân bằng về di truyền của quần thể là: 0,49 AA : 0,42 Aa : 0,09 aa Biết gen nằm trên nhiễm sắc thể thường

a Tính tần số tương đối của alen A ở giới cái của quần thể ban đầu?

b Tính tần số tương đối của các kiểu gen của quần thể ban đầu?

HDG: a quần thể ban đầu:

- Tần số alen ở giới đực: a = 0,4 ; A = 1-0,4 = 0,6

- Tần số alen ở giới cái: A = 2.0,7 - 0,6 = 0,8

b Tần số kiểu gen của quần thể ban đầu:

♀

♂

0,8 A

0,48 AA

0,32 Aa

0,2 a

0,12 Aa

0,08 aa

Suy ra P: 0,48AA + 0,44Aa + 0,08 aa = 1

⇒ gọi p là tần số alen A; q là tần số alen a ở trạng thái cân bằng di truyền

gọi p ' là tần số alen A; q ' là tần số alen a ở giới cái

gọi p '' là tần số alen A; q '' là tần số alen a ở giới đực

* DẠNG BÀI TẬP TÍNH SỐ KIỂU GEN TỐI ĐA TRONG QUẦN THỂ.

Bài 8 :

a Trong quần thể của một loài thú, xét một lôcut gen có 3 alen là A1, A2, A3 nằm trên nhiễm sắc thể thường Biết rằng không xảy ra đột biến, tính theo lí thuyết, số kiểu gen tối đa về lôcut gen trên trong quần thể này là bao nhiêu?

b Trong quần thể của một loài thú, xét một lôcut gen có 3 alen là A1, A2, A3 nằm trên nhiễm sắc thể giới tính X; Y không mang alen tương ứng Biết rằng không xảy ra đột biến, tính theo lí thuyết, số kiểu gen tối đa về lôcut gen trên trong quần thể này là bao nhiêu?

c Trong quần thể của một loài thú, xét một lôcut gen có 3 alen là A1, A2, A3 nằm trên nhiễm sắc thể giới tính Y; X không mang alen tương ứng Biết rằng không xảy ra đột biến, tính theo lí thuyết, số kiểu gen tối đa về lôcut gen trên trong quần thể này là bao nhiêu?

d Đưa ra công thức tính số kiểu gen tối đa trong quần thể cho từng trường hợp a.b.c khi ta xét 1 lô cút gen có n alen?

suy ra số loại kiểu gen tối đa: 6 + 3 = 9 kiểu gen

c XY có 3 kiểu gen + 1 kiểu gen XX = 4 kiểu gen

⇒ Vậy nếu 1 lô cut gen có n alen thì :

a Nếu gen nằm trên NST thường, số loại kiểu gen tối đa là: n +c2

Bài 9 : Xét 2 gen: Gen A có 3 alen, gen B có 5 alen Biết rằng không xảy ra đột biến,

tính theo lí thuyết.Trong quần thể có tối đa bao nhiêu loại kiểu gen về cả 3 gen nói trên ở các trường hợp sau:

Trường hợp 1: 2 gen nằm trên 2 cặp NST thường khác nhau?

Trường hợp 2: 2 gen nằm trên 1 cặp NST thường?

Trường hợp 3: 2 gen nằm trên 1 cặp NST giới tinh x; y không mang alen tương ứng?

Trường hợp 4: 2 gen trong đó gen A nằm trên cặp NST giới tinh x; y không mang alen tương ứng; gen B nằm trên cạp nhiễm sắc thể thường

2 Đưa ra công thức tính số kiểu gen tối đa trong quần thể cho từng trường hợp 1,2,3,4 khi ta xét gen A có n alen; gen B có m alen?

x x + = loại kiểu gen

Ở giới có cặp XY: 3.5 = 15 loại kiểu gen

Suy ra số loại kiểu gen tối đa là 120 + 15 = 135 loại kiểu gen

Trường hợp 4:

3.(3 3) 5.(5 1)

135

+ + = loại kiểu gen

⇒ Vậy xét 2 gen; gen A có n, gen B có m alen thì :

a 2 gen này nằm trên 2 NST thường khác nhau, số loại kiểu gen tối đa là:

b 2 gen nằm trên 1 NST thường Thì đạt gen M = A.B, gen M sẽ có số alen là n.m

Số loại kiểu gen tối đa về cả 2 gan A, B là: ( 1)

loại kiểu gen

Ở giới có cặp XY: M = n.m loại kiểu gen

Suy ra số loại kiểu gen tối đa là ( 3)

Bài 10: Gen A và B cùng nằm trên cặp nhiễm sắc thể thứ nhất, trong đó gen A có 2

alen, gen B có 3 alen Gen D nằm trên cặp nhiễm sắc thể số 3 có 5 alen Hãy cho biết trong quần thể sẽ có tối đa bao nhiêu kiểu gen?

HDG:

+ Gen A và B cùng nằm trên 1 nhóm liên kết Vì 2 gen này cùng nằm trên 1 nhiễm

sắc thể nên chúng ta có thể xem gen A, B là 1 gen M (đặt ẩn phụ M = A.B) thì số alen của

M bằng tích số alen của gen A với số alen của gen B = 2.2 = 4 alen, gen D nằm trên nhiễm sắc thể số 3 có 5 alen

→ Số loại kiểu gen của gen M là 4 4 1( )

10 2

+

= , số loại kiểu gen của D là 5 5 1( )

15 2

+

+ Gen M và gen D nằm trên 2 cặp nhiễm sắc thể khác nhau nên số loại kiểu gen về

cả 2 cặp gen này bằng tích số loại kiểu gen của gen M với số loại kiểu gen của gen D và bằng 10.15 = 150

Như vậy số kiểu gen về cả 3 gen A, B, D đúng bằng số kiểu gen của 2 gen M và D (vì gen M = A.B) và bằng 150 kiểu gen

⇒ - Một gen nằm trên nhiễm sắc thể thường có n alen thì sẽ có tối đa .( 1)

sẽ có số alen là m.n.p Số loại kểu gen về cả 3 gen A, B, D là .( 1)

2

m n p m n p+

Bài 12: Gen A nằm trên nhiễm sắc thể X có 5 alen, gen B nằm trên nhiễm sắc thể

thường có 8 alen, gen D nằm trên nhiễm sắc thể Y có 2 alen

a.Trong quần thể sẽ tối đa có bao nhiêu loại kiểu gen?

b Trong quần thể có tối đa bao nhiêu kiểu giao phối?

HDG:

a Gen A và D liên kết giới tính nên số loại kiểu gen phải được tính theo từng giới tính

- Ở giới XX, gen A luôn tồn tại theo cặp alen (giống như gen trên nhiễm sắc thể thường) cho nên sẽ có tối đa số loại kiểu gen là 5 5 1( )

15 2

kiểu gen Gen D không nằm trên nhiễm sắc thể X nên ở giới XX chỉ có 1 kiểu gen về gen D → số kiểu gen là 15.1 = 15

- Ở giới XY, gen A luôn tồn tại ở dạng đơn gen 9chỉ có trên X mà không có trên Y)

Do vậy số kiểu gen về gen A bằng số loại alen của nó → có 5 kiểu gen Gen D chỉ có trên

Y nên có 2 kiểu gen → ở giới XY có số kiểu gen là 5.2 = 10

Tổng số kiểu gen về 2 giới về gen A là 15 + 10 = 25

Gen B nằm trên nhiễm sắc thể thường có 8 alen nên số loại kiểu gen là 8.9 36

2 = kiểu

gen

→ số loại kiểu gen về cả 2 gen A, B ở cả 2 giới là 25.36 = 900 kiểu gen

b Số kiểu giao phối bằng tích số loại kiểu gen ở giới đực với số loại kiểu gen ở giới cái

 





⇒ - Khi gen nằm trên nhiễm sắc thể giới tính thì số loại kiểu gen được tính riêng

ở từng giới và bằng tổng số loại kiểu gen ở giới đực với số loại kiểu gen ở giới cái Gen

A có n alen, nếu nằm trên nhiễm sắc thể giới tính X (không có trên Y) thì sẽ tạo ra tối

đa .( 3)

2

n n+

loại kiểu gen, nếu nằm trên nhiễm sắc thể giới tính Y (không có trên X) thì

sẽ tạo ra (n + 1)loại kiểu gen.

- Số kiểu giao phối bằng tích số loại kiểu gen ở giới đực với số loại kiểu gen ở giới cái.

* DẠNG BÀI TẬP VỀ TÌM CẤU TRÚC DI TRUYỀN QUẦN THỂ TỰ PHỐI; QUẦN THỂ GIAO PHỐI NGẪU NHIÊN

Bài 13: Một quần thể tự phối ở thế hệ xuất phát có 0,1 AA : 0,4 Aa : 0,5 aa.

a Tính tần số của A, a Quần thể có cân bằng về di truyền hay không?

b Xác định thành phần kiểu gen ở thế hệ F1, F2, Fn Từ đó có nhận xét gì về quá trình

- Số loại kiểu gen ở giới đưc là 10.36 = 360

- Số loại kiểu gen ở giới cái là 15.36 = 540

Số kiểu giao phối = 360 x 540 = 194400