Phân dạng bài tập phần di truyền quần thể

Tuy nhiên, sách giáo khoa Sinh học lớp 12 - cơ bản chỉ giới thiệu cách tính tần số alen, tần số kiểu gen, cấu trúc di truyền của quần thể tự thụ phấn, giao phối gần và quần thể ngẫu phối

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Trong thời gian gần đây, các đề thi tuyển sinh đại học – cao đẳng có xuất hiện các câu hỏi trắc nghiệm liên quan đến di truyền học quần thể ở mức độ khó và dạng bài tập rất đa dạng

Tuy nhiên, sách giáo khoa Sinh học lớp 12 - cơ bản chỉ giới thiệu cách tính tần số alen, tần số kiểu gen, cấu trúc di truyền của quần thể tự thụ phấn, giao phối gần và quần thể ngẫu phối Sách giáo khoa Sinh học lớp 12 - nâng cao, trang 84

(bài 21: Trạng thái cân bằng của quần thể giao phối ngẫu nhiên), thì nêu ra một công thức tính số loại kiểu gen trong quần thể là r(r+1)/2 Hệ thống bài tập liên

quan đến phần di truyền quần thể rất cơ bản không đáp ứng được yêu cầu của đề thi đại học – cao đẳng

Do đó, tôi viết chuyên đề “ Phân dạng bài tập phần di truyền quần thể”

nhằm hệ thống và khái quát hóa các dạng bài tập liên quan đến phần di truyền quần thể, từ đó có thể giúp học sinh giải được các dạng bài tập có liên quan một cách dễ dàng, đặc biệt là trong việc ôn tập chuẩn bị cho các kì thi lớn như thi đại học và cao đẳng

2 Đối tượng nghiên cứu.

- Học sinh học lớp 12 ôn thi đại học

- Số tiết bồi dưỡng: 2 tiết

3 Nhiệm vụ nghiên cứu.

Đưa ra phương pháp giải các dạng bài tập liên quan quần thể tự phối và giao phối, từ đó giúp học sinh nhận dạng và áp dụng được trong từng bài tập cụ thể và đạt kết quả tốt

Đưa ra một số công thức, nhận xét mà khi học chính khoá do giới hạn của chương trình nên học sinh chưa được tiếp thu nhưng được suy ra khi giải bài tập

4 Phương pháp nghiên cứu.

- Nghiên cứu lý thuyết Giải các bài tập vận dụng

- Kiểm tra sự tiếp thu của học sinh bằng các bài tập về nhà và các đề ôn tập

NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ PHẦN I CƠ SỞ LÍ THUYẾT

I Đặc điểm của quần thể tự phối :

- Gồm nhiều dòng thuần có kiểu gen khác nhau Các gen chủ yếu ở trạng thái đồng

hợp, tỉ lệ dị hợp rất nhỏ

- Các đột biến đều nhanh chóng thể hiện thành kiểu hình và chịu tác động của chọn lọc

- Sự trao đổi thông tin di truyền giữa các quần thể là rất hạn chế thậm chí hoàn toàn không có ở các loài tự phối bắt buộc

Vì vậy, nếu quần thể ban đầu có thành phần kiểu gen xAA, yAa, zaa thì tần số alen được tính :

Gọi p, q lần lượt là tần số alen A và a Ta có :

P = x y

2

 , q = z y

2

 Qua n thế hệ tự phối thành phần kiểu gen như sau :

AA =

n

1 1 2

2

  

Aa =

n

1 y 2



aa =

n

1 1 2

2

  

II Đặc điểm di truyền của quần thể ngẫu phối

- Các cá thể giao phối tự do với nhau

- Quần thể giao phối đa dạng về kiểu gen và kiểu hình

- Quần thể ngẫu phối có thể duy trì tần số kiểu gen khác nhau trong quần thể không đổi qua các thế hệ trong những điều kiện nhất định

* Nội dung định luật Hacđi – Vanbec: Trong những điều kiện nhất định, tần số

tương đối của các alen và thành phần kiểu gen của quần thể ngẫu phối được duy trì

ổn định qua các thế hệ

- Khi xảy ra ngẫu phối, quần thể đạt trạng thái cân bằng theo định luật Hacđi –

Vanbec Khi đó thỏa mãn công thức:

p2AA + 2pqAa+q2aa =1 Trong đó: p: tần số alen A, q : tần số alen a, p + q =1

* Điều kiện nghiệm đúng của định luật Hacđi- Vanbec.

- Quần thể phải có kích thước lớn

- Các cá thể trong quần thể phải giao phối với nhau một cách ngẫu nhiên

- Các cá thể trong quần thể phải có sức sống và khả năng sinh sản như nhau (ko 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( Phải có sự cách li với quần thể khác)

PHẦN II HỆ THỐNG CÁC DẠNG BÀI TẬP, PHƯƠNG PHÁP GIẢI, VÍ

DỤ MINH HỌA VÀ BÀI TẬP VẬN DỤNG

II.1 DẠNG 1 Cấu trúc di truyền của quần thể tự phối

II.1.1 Phương pháp :

- Giả sử quần thể tự phối ban đầu có kiểu gen: x AA : y Aa: z aa

Xác định cấu trúc di truyền của quần thể qua n thế hệ tự phối

- Tần số kiểu gen sau n thế hệ tự thụ phấn là:

AA = 1 (1/ 2)

2

n

x  y; Aa = 1

2

n

y

 



 

  : aa = 1 (1/ 2)

2

n

- Lưu ý: Khi làm bài tập quần thể tự phối, không cần phải tính tần số tương đối của

các alen , chỉ áp dụng công thức tính tần số của kiểu gen

II.1.2 Ví dụ: Cấu trúc di truyền của quần thể ban đầu :

0,2 AA + 0,6 Aa + 0,2 aa = 1 Tìm cấu trúc di truyền của quần thể sau 2 thế hệ tự phối?

Bài làm:

Tần số các kiểu gen ở thế hệ F2 là

Áp dụng công thức:

AA = 1 (1/ 2)

2

n

x  y; Aa = 1

2

n

y

 



 

  : aa = 1 (1/ 2)

2

n

Ta có:

AA = 0, 2 1 (1/ 2)2 0,6

2



   0,425 Aa =

2 1 0,6 2

 



 

aa = 0, 2 1 (1/ 2)2 0,6

2



Vậy cấu trúc di truyền ở F2: 0,425AA : 0,15Aa : 0,425aa

II.1.3 Bài tập áp dụng

Câu 1 Ở một loài thực vật, alen A quy định hoa đỏ trội hoàn toàn so với alen a

quy định hoa vàng Thế hệ xuất phát (P) của một quần thể tự thụ phấn có tần số các kiểu gen là 0,6AA: 0,4Aa Biết rằng không có các yếu tố làm thay đổi tần số alen của quần thể, tính theo lí thuyết, tỉ lệ cây hoa đỏ ở F1 là:

Câu 2 Từ một quần thể thực vật ban đầu (P), sau 3 thế hệ tự thụ phấn thì thành

phần kiểu gen của quần thể là 0,525AA : 0,050Aa : 0,425aa Cho rằng quần thể không chịu tác động của các nhân tố tiến hóa khác, tính theo lí thuyết, thành phần kiểu gen của (P) là:

A 0,400AA : 0,400Aa : 0,200aa B 0,250AA : 0,400Aa : 0,350aa

C 0,350AA : 0,400Aa : 0,250aa D 0,375AA : 0,400Aa : 0,225aa

Câu 3 Giả sử một quần thể thực vật có thành phần kiểu gen ở thế hệ xuất phát là :

0,25AA : 0,50Aa : 0,25aa Nếu cho tự thụ phấn nghiêm ngặt thì ở thế hệ sau thành phần kiểu gen của quần thể tính theo lý thuyết là:

A 0,25AA : 0,50Aa : 0,25aa B 0,375AA : 0,250Aa : 0,375aa

C 0,125AA : 0,750Aa : 0,125aa D 0,375AA : 0,375Aa : 0,250aa

Câu 4 Một quần thể thực vật có tỉ lệ các kiểu gen ở thế hệ xuất phát (P) là

0,25AA : 0,40Aa : 0,35aa

Tính theo lí thuyết, tỉ lệ các kiểu gen của quần thể này sau ba thế hệ tự thụ

phấn bắt buộc (F3) là:

A 0,375AA : 0,100Aa : 0,525aa B 0,25AA : 0,40Aa : 0,35aa

C 0,35AA : 0,20Aa : 0,45aa D 0,425AA : 0,050Aa : 0,525aa

Câu 5 Một quần thể thực vật tự thụ phấn có tỉ lệ kiểu gen ở thế hệ P là:

0,45AA : 0,30Aa : 0,25aa

Cho biết các cá thể có kiểu gen aa không có khả năng sinh sản Tính theo lí thuyết,

tỉ lệ các kiểu gen 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.

II.2 DẠNG 2 Cấu trúc di truyền của quần thể ngẫu phối

II.2.1 Phương pháp

- Tính tần số tương đối của các alen

- Quần thể ở trạng thái cần bằng khi: p2AA + 2pqAa+q2aa =1, p + q =1

* Lưu ý: Nếu gen quy định tính trạng nằm trên NST thường, quần thể ban đầu

chưa ở trạng thái cân bằng nhưng chỉ sau một thế hệ ngẫu phối đã ở trạng thái cân bằng

II.2.2 Ví dụ: : Ở người, bệnh bạch tạng do gen b nằm trên nhiễm sắc thể thường

gây ra Những người bạch tạng trong quần thể cân bằng được gặp với tần số 0,04% Tìm cấu trúc di truyền của quần thể người nói trên ?

Bài làm Quần thể trên ở trạng thái cân bằng di truyền Gọi p, q lần lượt là tần số của alen B

và b Theo giả thiết người bị bệnh bạch tạng kiểu gen aa có tần số 0,04% Tần số alen d :

Áp dụng định luật Hacđi – Van bec ta có

0,9604BB : 0,0392 Bb : 0,0004 bb

II.2.3 Bài tập vận dụng

Câu 1.( ĐH 2011) 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:

A 0,45AA : 0,30Aa : 0,25aa B 0,25AA : 0,50Aa : 0,25aa

C 0,30AA : 0,45Aa : 0,25aa D 0,10AA : 0,65Aa : 0,25aa

Câu 2 Một quần thể ban đầu có cấu trúc di truyền là: 0,6AA : 0,4Aa Sau một thế

hệ ngẫu phối, người ta thu được ở đời con 8000 cá thể Tính theo lí thuyết, số cá thể có kiểu gen dị hợp ở đời con là

A 320 B 7680 C 5120 D 2560

Câu 3 Ở người, bệnh bạch tạng do gen lặn b nằm trên nhiễm sắc thể thường quy

định.Ở một huyện miền núi có 100.000 người trong đó có 40 người bị bệnh bạch tạng.Nếu quần thể đang cân bằng về di truyền thì số người mang gen gây bệnh là:

A 3920 B 3960 C 96080 D 99960

Câu 4 Một quần thể có 60 cá thể AA; 40 cá thể Aa; 100 cá thể aa Cấu trúc di

truyền của quần thể sau một lần ngẫu phối là:

A 0,36 AA: 0,48 Aa: 0,16 aa B 0,16 AA: 0,36 Aa: 0,48 aa

C 0,16 AA: 0,48 Aa: 0,36 aa D 0,48 AA: 0,16 Aa: 0,36 aa

Câu 5 Một quần thể có cấu trúc di truyền 0,5AA: 0,5Aa Nếu biết alen A là trội

không hoàn toàn so với alen a thì tỉ lệ cá thể mang kiểu hình lặn của quần thể nói trên khi đạt trạng thái cân bằng là:

A 56,25% B 6,25% C 37,5% D 0%

III.3 DẠNG 3 Áp dụng định luật Hac đi – Van bec cho một gen gồm nhiều alen

II.3.1 Phương pháp

- Giả sử một gen gồm r alen khác nhau kí hiệu A1, A2, …, Ar có tần số tương ứng

lá p1, p2,…,pr Quần thể đạt trạng thái cân bằng có dạng:

(A1 + A2 +…+ Ar) 2 = 1 và p1 + p2 +…+ pr = 1(*)

- Dựa vào tỉ lệ kiểu hình lặn tìm được tỉ lệ alen lặn

- Dựa vào công thức (*) tính được tỉ lệ các alen còn lại từ đó xác định được cấu

trúc di truyền quần thể

II.3.2 Ví dụ

Ở một loài bướm, màu cánh được xác định bởi một lôcút gồm ba alen:

C1 ( Cánh đen ) > C2 ( Cánh xám ) > C3 ( Cánh trắng )

Trong đợt điều tra một quần thể bướm có 6500 con ở một địa phương, người ta thu được tần số các alen như sau: C1 = 0,5 ; C2 = 0,4 ; C3 = 0,1 Nếu quần thể bướm này giao phối ngẫu nhiên, hãy xác định số lượng bướm của mỗi kiểu hình?

Bài làm Quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền Áp dụng định luật Hacđi – Van bec cho một gen gồm 3 alen ta có:

- Bướm cánh đen kiểu gen C1C1, C1C2, C1C3 tần số:

2

0,5  2 0,5 0,4 2 0,5 0,1 0,75    

Số lượng bướm cánh đen: 0,756500 = 4875 con

- Bướm cánh xám kiểu gen: C2C2, C2C3 tần số:0,42  2 0,4 0,1 0,24  Số lượng bướm cánh xám là : 0,24 6500 = 1560 con

- Bướm cánh trắng kiểu gen C3C3 tần số 0,12 = 0,01 Số lượng bướm cánh trắng : 0,01 6500 = 65 con

II.3.3 Bài tập vận dụng:

Câu 1 Một quần thể người có 36% có nhóm máu A, 12 % nhóm máu B,

3 % nhóm máu AB và 49% nhóm máu 0 Gọi p,q, r lần lượt là tần số của alen IA,

IB, IO Thì tần số của các alen trong quần thể này là:

A p = 0,22 ; q = 0,08 ; r = 0,7 B p = 0,08 ; q = 0,22 ; r = 0,7

C p = 0,7 ; q = 0,22 ; r = 0,08 D p = 0,7; q = 0,08 ; r = 0,22

Câu 2 Một quần thể giao phối đang ở trạng thái cân bằng di truyền, có một locut

gen gồm 4 alen với các tần số như sau:a1(0,1), a2(0,3), a3(0,4), a4(0,2) Tần số kiểu gen a4a4 và a2a3 là:

A 0,20 và 0,70 B 0,04 và 0,24 C 0,08 và 0,12 D 0,04 và 0,12.

Câu 3 Một loài thú, locut quy định màu lông gồm 3 alen theo thứ tự át hoàn toàn

như sau: A > a1 > a trong đó alen A quy định lông đen, a1- lông xám, a – lông trắng Quá trình ngẫu phối ở một quần thể có tỷ lệ kiểu hình là 0,51 lông đen: 0,24 lông xám: 0,25 lông trắng Tần số tương đối của 3 alen là:

A A = 0, 4 ; a1= 0,1 ; a = 0,5 B A = 0, 5 ; a1 = 0,2 ; a = 0,3

C A = 0,7 ; a1= 0,2 ; a = 0, 1 D A = 0,3 ; a1= 0,2 ; a = 0,5

Câu 4: Ở người gen IA quy định máu A, gen IB quy định máu B, IOIO quy định máu

O, IAIB quy định máu AB Một quần thể người khi đạt trạng thái cân bằng có số người mang máu B (kiểu gen IBIB và IBIO) chiếm tỉ lệ 21%, máu A (kiểu gen IAIA và

IAIO) chiếm tỉ lệ 45%, nhóm máu AB (kiểu gen IAIB) chiếm 30%, còn lại là máu O Tần số tương đối của các alen IA, IB, IO trong quần thể này là:

A IA = 0.5 , IB = 0.3 , IO = 0.2 B IA = 0.6 , IB = 0.1 , IO = 0.3

C IA = 0.4 , IB = 0.2 , IO = 0.4 D IA = 0.2 , IB = 0.7 , IO = 0.1

II.4 DẠNG 4 Xác định số loại kiểu gen trong quần thể

II.4.1 Phương pháp

a Gen nằm trên NST thường

* Phương pháp:

Gọi: + r: số alen khác nhau của một gen

+ n: số gen khác nhau, các gen di truyền phân li độc lập với nhau

Thì số kiểu gen khác nhau trong một quần thể là:

 1

2

n

r r 

Kiểu gen khác nhau.( 1)

* Chú ý:

+ Nếu có n gen , mỗi gen có số alen khác nhau, các gen phân li độc lập tổ hợp tự

do Tính số kiểu gen có thể có trong quần thể: Áp dụng công thức (1) cho từng

gen, sau đó nhân kết quả của từng gen với nhau ta được số kiểu gen cần tìm

* Ví dụ: Ở người, gen quy định màu mắt có 2 alen (A và a), gen quy định dạng tóc

có 2 alen (B và b),gen quy định nhóm máu có 3 alen (IA, IB và Io) Cho biết các gen nằm trên các cặp nhiễm sắc thểthường khác nhau Số kiểu gen tối đa có thể được tạo ra từ 3 gen nói trên ở trong quần thể người là bao nhiêu?

Bài làm:

Áp dụng công thức (1) cho 3 gen có số lượng alen khác nhau ta có số kiểu gen khác nhau trong quần thể người về ba gen trên là:

  2  

54

b Gen nằm trên NST giới tính X không có alen trên Y

* Phương pháp:

Khi 1 gen gồm r alen nằm trên NST giới tính X không có alen trên Y Số kiểu gen được tính như sau:

 1

2

r r 

  + r .

Trong đó:  1

2

r r 

 : số kiểu gen của giới đồng giao tử

r: số kiểu gen của giới dị giao tử

* Ví dụ: Ở một quần thể ngẫu phối, xét hai gen: gen thứ nhất có 3 alen, nằm trên

đoạn không tương đồng của nhiễm sắc thể giới tính X; gen thứ hai có 5 alen, nằm trên nhiễm sắc thể thường Trong trường hợp không xảy ra đột biến, số loại kiểu gen tối đa về cả hai gen trên có thể được tạo ra trong quần thể này là bao nhiêu?

Bài làm:

- Xét gen thứ nhất: Số kiểu gen có thể có trong quần thể là

Áp dụng công thức:

 1

2

r r 

 + r  3(3 1) 3 9

2



- Xét gen thứ 2: Áp dụng công thức  1

2

n

r r 

 5(5 1)

15 2





- Do 2 gen nằm trên 2 cặp NST tương đồng khác nhau nên số kiểu gen có thể có trong quần thể về 2 gen là: 9 15 = 135 kiểu gen

c Gen nằm trên NST giới tính Y không có alen trên X

* Phương pháp:

- Vì locut gen nằm trên nhiễm sắc thể giới tính Y không có alen tương ứng trên X, tính trạng chỉ biểu hiện ở giới dị giao tử XY nên chỉ ở giới XY mới xác định kiểu

gen Số kiểu gen ở giới XY cũng chính là số alen = r

* Ví dụ: Ở một loài côn trùng (♀XX; ♂ XY) Một locut gen có 4 alen T, Ts, Tr, t

nằm trên NST giới tính Y không có alen tương ứng trên X Hãy xác định các kiểu gen trong quần thể?

Bài làm:

- Vì locut gen nằm trên nhiễm sắc thể giới tính Y không có alen tương ứng trên X, tính trạng chỉ biểu hiện ở giới dị giao tử XY nên chỉ ở giới XY mới xác định kiểu gen và số kiểu gen cũng chính là số alen = 4 Đó là các kiểu gen: XYT, XYTs, XYTr,

XYt

d Gen nằm trên vùng tương đồng của NST X và Y

* Phương pháp: Gọi r số alen nằm trên vùng tương đồng của NST X và Y Số kiểu

gen tối đa :

2

r r

r





* Ví dụ:( ĐH 2012) Trong quần thể của một loài động vật lưỡng bội, xét một

loocut có 3 alen nằm trên vùng tương đồng trên X và Y Biết rằng không xảy ra đột biến, theo lí thuyết, số loại kiểu gen tối đa về locut trên trong quần thể bằng bao nhiêu?

Bài làm

Áp dụng công thức  1  2

2

r r

r



 với r = 3 ta có

3 (3+ 1)/2 + 32 = 15( Kiểu gen)

e Tính số kiểu gen tối đa trong trường hợp các gen liên kết nằm trên NST thường:

* Phương pháp

- Cho gen I gồm n alen, gen II có m alen Hai gen này cùng nằm trên NST thường

- Do 2 gen nằm trên cùng một NST nên ta xem tổ hợp 2 gen là một gen( gọi là M)

Khi đó gen M có số alen là tích 2 alen của 2 gen I, II = n.m

Số kiểu gen: .  . 1

2

n m n m 

* Ví dụ: Xét 2 locut gen cùng nằm trên một cặp NST thường, locut thứ nhất có 5

alen, locut thứ hai có 2 alen Hãy xác định số kiểu gen có thể có trong quần thể?

Bài làm

Áp dụng công thức .  . 1

2

n m n m 

55 2

   

f Tính số kiểu gen tối đa trong trường hợp các gen liên kết nằm trên NST giới tính X không có alen trên Y

* Phương pháp

- Số kiểu gen XX: .  . 1

2

n m n m 

- Số kiểu gen XY: n.m

- Tổng kiểu gen là: .  . 1

2

n m n m 

* Ví dụ: Ở một loài côn trùng ( cái XX; đực XY) Xét 2 locut gen cùng nằm trên

NST giới tính X không có alen tương ứng trên Y, locut thứ nhất có 2 alen B và b Locut thứ hai có 3 alen E, E’, e Cho biết tổng số kiểu gen trong quần thể ?

Bài làm:

Áp dụng công thức: .  . 1

2

n m n m 

2 3 27 2

   

  

II.4.2 Bài tập vận dụng

Câu 1 Ở người, gen A quy định mắt nhìn màu bình thường, alen a quy định bệnh

mù màu đỏ và lục; gen B quy định máu đông bình thường, alen b quy định bệnh máu khó đông Các gen này nằm trên nhiễm sắc thể giới tính X, không có alen tương ứng trên Y Gen D quy định thuận tay phải, alen d quy định thuận tay trái nằm trên nhiễm sắc thể thường Số kiểu gen tối đa về 3 locut trên trong quần thể người là

A 42 B 36 C 39 D 27

Câu 2 Gen I có 3 alen, gen II có 4 alen, gen III có 5 alen Biết gen I và gen II nằm

trên NST X không có alen trên Y và gen III nằm trên Y không có alen trên X Số kiểu gen tối đa trong quần thể là:

A 154 B 184 C 138 D 214