Phân dạng và phương pháp giải các dạng bài tập di truyền học quần thể ở quần thể ngẫu phối

Các dạng bài tập di truyền quần thể, đặcbiệt là bài tập di truyền quần thể ngẫu phối tương đối khó đối với học sinh vàhọc sinh rất lúng túng trong việc giải quyết các bài tập này.. Từ th

A MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Sinh học là bộ môn khoa học quan trọng trong nhà trường phổ thông.Môn sinh học cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức khoa học và nhữngkiến thức thực tế vô cùng phong phú, giáo viên bộ môn Sinh học cần hình thành

ở các em một kỹ năng cơ bản, phổ thông và thói quen học tập và làm việc khoahọc làm nền tảng cho việc giáo dục xã hội chủ nghĩa, phát triển năng lực nhậnthức, năng lực hành động Có những phẩm chất cần thiết như cẩn thận, kiên trì,trung thực, tỉ mỉ, chính xác, yêu khoa học, yêu thiên nhiên và bảo vệ môi trườngsống

Trong môn Sinh học thì bài tập Sinh học có một vai trò cực kỳ quan trọng

nó là nguồn cung cấp kiến thức mới, vận dụng kiến thức lí thuyết, giải thích cáchiện tượng, các quá trình Sinh học Việc giải bài tập sẽ giúp học sinh được củng

cố kiến thức lí thuyết đã được học vận dụng linh hoạt kiến thức vào làm bài

Trong quá trình giảng dạy môn Sinh học 12 và qua các kì thi tốt nghiệp,tuyển sinh đại học và thi học sinh giỏi Các dạng bài tập di truyền quần thể, đặcbiệt là bài tập di truyền quần thể ngẫu phối tương đối khó đối với học sinh vàhọc sinh rất lúng túng trong việc giải quyết các bài tập này Từ thực tế giảng dạymôn Sinh học lớp 12, bồi dưỡng học sinh giỏi và ôn thi THPT Quốc gia, tôi đãtiến hành phân dạng và đưa ra phương pháp giải cho từng dạng bài tập di truyềnquần thể ngẫu phối để giúp học sinh làm bài tập và thấy có hiệu quả nên tôi viết

sáng kiến kinh nghiệm này với đề tài: “Phân dạng và phương pháp giải các

dạng bài tập di truyền học quần thể ở quần thể ngẫu phối”.

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:

Với mong muốn học sinh phân dạng được bài tập và áp dụng phươngpháp giải bài tập di truyền quần thể, để từ đó giúp học sinh nắm chắc đượcphương pháp làm nhanh một số dạng bài tập, rèn kĩ năng trả lời nhanh các câuhỏi có liên quan về di truyền học quần thể ngẫu phối, phát huy được tính tíchcực và tạo hứng thú cho học sinh

Xây dựng được hệ thống kiến thức về bài tập di truyền quần thể ngẫu phối

là nguồn tài liệu giúp cho việc ôn thi TPHT quốc gia, ôn thi học sinh giỏi vàtrong quá trình giảng dạy Sinh học 12

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:

Học sinh lớp 12A4 và 12A7 Trường THPT Tĩnh Gia 3 Năm học 2015 2016

-IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Để tiến hành nghiên cứu đề tài tôi đã sử dụng các phương pháp:

- Nghiên cứu lý thuyết

- Thực nghiệm sư phạm

- Đúc rút kinh nghiệm từ bản thân

- Trao đổi chuyên môn để học hỏi các đồng nghiệp

- Sau đó tiến hành phân dạng và nêu phương pháp giải từng dạng bài tập

di truyền quần thể và áp dụng giảng dạy ở 2 lớp:

+ Lớp 12A4 - Không sử dụng phương pháp phân dạng (Lớp đối chứng)+ Lớp 12A7 - Sử dụng biện pháp phân dạng bài toán (Lớp thực nghiệm)Sau khi giảng dạy sẽ tiến hành cho học sinh 2 lớp làm cùng 1 đề kiểm tra

và so sánh kết quả

B NỘI DUNG

I CƠ SỞ LÝ LUẬN:

Trong chương trình sinh học lớp 12, chương Di truyền học quần thể chỉ

có thời lượng rất ít 2 tiết lý thuyết và 1 tiết bài tập Vì vậy khi giải quyết bài tậphọc sinh thường gặp các khó khăn như:

+ Gen quy định tính trạng của quần thể nằm trên NST thường hay NSTgiới tính

+ Tính trạng do một hay nhiều gen quy đinh, tính trạng là do 1 gen có haialen hay nhiều alen quy định

+ Quần thể ngẫu phối cân bằng hay chưa cân bằng

+ Giải quyết yêu cầu đề bài khi quần thể cân bằng hay chưa cân bằng

Vì vậy khi dạy bài tập di truyền quần thể ngẫu phối, giáo viên cần phândạng và đưa ra phương pháp giải cho từng dạng bài

II THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM:

Qua thực tế giảng dạy trong những năm qua, năng lực làm bài tập về cấutrúc di truyền quần thể ngẫu phối ở học sinh còn yếu, học sinh còn rất lúng túng

về cách giải quyết bài tập, đặc biệt ở những phần khó như:

- Quần thể có hai hay nhiều gen phân li độc lập

- Quần thể có gen quy định nằm trên nhiễm sắc thể giới tính

- Cấu trúc di truyền quần thể ngẫu phối khi chịu áp lực của các nhân tốtiến hóa (Đột biến, Chọn lọc tự nhiên, di – nhập gen

Mặt khác việc giáo viên mở rộng kiến thức đặc biệt là kiến thức bài tậpkhó, bài tập nâng cao trong các tiết dạy còn hạn chế

III NỘI DUNG THỰC HIỆN

DẠNG 1: TÍNH TẦN SỐ ALEN, THÀNH PHẦN KIỂU GEN CỦA QUẦN THỂ NGẪU PHỐI (Với 1 gen có 2 alen A và a)

1.1: Đối với quần thể chưa cân bằng:

Phương pháp: - Kiểm tra sự cân bằng của quần thể

- Xác định tần số alen của quần thểGiả sử một quần thể ở thế hệ xuất phát P0 có cấu trúc di truyền:

dAA + hAa + r aa = 1

(Nếu đề bài cho ở dạng số lượng cá thể trong quần thể, tiến hành đưa quần thể về cấu trúc di truyền quần thế bằng cách tính tần số các kiểu gen

Tần số mỗi loại kiểu gen = Số cá thể mang kiểu gen đó

Tổng số cá thể của quần thể

- Kiểm tra sự cân bằng của quần thể:

+ Nếu d.r =(h/2)2 thì quần thể cân bằng (áp dụng công thức ở 1.2)

+ Nếu d.r (h/2)2 thì quần thể chưa cân bằng thì:

Tần số alen A: pA = d +

2

h

Xác định tần số alen của quần thể:

Giải: Quần thể ngẫu phối chưa cân bằng vì: 0,5 x0,3  (0,2/2)2

Tần số alen A = 0,5 + 0, 2

2 = 0,6Tần số alen a = 0,3 + 0, 2

2 = 0,4

Ví dụ 2: Ở 1 quần thể bò, alen A quy định lông đen trội hoàn toàn so với alen a

quy định lông vàng Quần thể có 9% bò lông vàng Biết quần thể đạt trạng tháicân bằng Tìm tần số alen A ,a và cấu trúc di truyền quần thể

Giải : Vì quần thể ở trạng thái cân bằng nên:

q2 aa = 0.09 => qa = 0,3

Tần số alen A: pA = 1 – 0,3 = 0,7

Cấu trúc di truyền quần thể: 0,49AA + 0,42Aa + 0,09aa = 1

DẠNG 2: XÁC ĐỊNH SỐ KIỂU GEN TRONG QUẦN THỂ

Dạng 2.1: Đối với quần thể đơn bội (Vi khuẩn, rêu)

Phương pháp: Số kiểu gen bằng đúng số loại alen của gen đó:

Ví dụ: Gen A có r alen thì quần thể có tối đa số kiểu gen = r

Dạng 2.2: Đối với quần thể lưỡng bội: ( Với 1 gen có r alen):

2.2.1 Nếu gen nằm trên NST thường:

Phương pháp: - Số kiểu gen đồng hợp = r

Phương pháp: - Ở giới XX có 1 kiểu gen XX

- Ở giới XY có r kiểu gen

- Ở giới XY: Gen tồn tại thành từng cặp tương đồng nhưng kiểu gen XAYa

khác Xa YA nên số loại kiểu gen = Số loại giao tử đực x Số loại giao tử cái = r 2

Ví dụ: Gen 1 có r alen nằm trên vùng không tương đồng của X

Gen 2 có m alen nằm trên vùng không tương đồng của Y

- Ở giới XX: Số kiểu gen ( 1)

- Số kiểu gen đồng hợp về gen A (ví dụ A1 A1 A1, A2 A2 A2, A3 A3 A3,… ) là r

- Số kiểu gen có 2 alen khác nhau (ví dụ A1 A1 A2 hoặc A1 A2 A2 )

- Số kiểu gen đồng hợp về gen A là r

- Số kiểu gen có 2 alen khác nhau (ví dụ A1 A2 A2 A2 hoặc A1 A1 A2 A2 hoặc

Dạng 2.5: Tính số kiểu giao phối của quần thể

- Phương pháp: Sau khi tính được số kiểu gen của cơ thể đực và cơ thể cái

Số kiểu giao phối = Số kiểu gen của cơ thể đực x Số kiểu gen của cơ thể cái

Ví dụ 1: Ở một quần thể ngẫu phối, xét 4 gen: gen thứ nhất và gen thứ 2 đều có

2 alen nằm trên đoạn không tương đồng của NST X; gen thứ 3 có 4 alen nằmtrên NSt thường; gen thứ 4 có 3 alen nằm trên đoạn tương đồng của NST giớitính X và Y Trong trường hợp không xảy ra đột biến, số loại kiểu gen tối đa về

cả bốn gen trên có thể được tạo ra trong quần thể này là:

Giải:

- Vì bài toán có các gen nằm trên vùng không tương đồng của NST X, gen nằmtrên NST thường, gen nằm trên vùng tương đồng của NST X và Y nên ta tínhkiểu gen ở từng giới để tránh nhầm lẫn:

- Gen 1 và gen 2 có 2 alen liên kết nằm trên X, gen 4 có 3 alen nằm trên vùngtương đồng của X

Số kiểu gen trên XX =

Ví dụ 2: Ở một quần thể Người, bệnh mù màu do gen lặn nằm trên vùng không

tương đồng của NST X quy định, bệnh bạch tạng do gen lặn nằm trên NSTthường quy định Các nhóm máu do một gen gồm 3 alen nằm trên NST thườngkhác quy định Số kiểu giao phối có thể có trong quần thể người là bao nhiêu?

- Số kiểu giao phối = 54 36 = 1944

Ví dụ 3: Một gen có 4 alen nằm trên NST thường Xác định số kiểu gen tố đa

có thể có trong quần thể tam bội (3n)

Giải: - Áp dụng công thức ta có; Số kiểu gen tối đa =

4(4 1)(4 2)

20 1.2.3



DẠNG 3: BÀI TẬP VỀ GEN ĐA ALEN (HIỆN TƯỢNG ĐỒNG TRỘI)

Ví dụ: Gen quy định nhóm máu ở người gồm 3 alen IA, IB, Io quy định trong đó

IA, IB là trội so với Io Quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền

- Phương pháp:

- Gọi p, q, r lần lượt là tần số của alen IA, IB, Io ( p+q+r = 1)

Sự ngẫu phối tạo ra trạng thái cân bằng di truyền về tính trạng nhóm máu nhưsau:

-> pIA = a o - r = a o - o

Tần số alen IB: qIB = b o - o

Mà p+q+r = 1 => a o - o + b o - o + o = 1

 p = 1- b o

 q = 1- a o

 r = o

Ví dụ 1: Tần số tương đối các nhóm máu trong quần thể người là: Nhóm máu A

= 45% , Nhóm máu B = 21 %, nhóm máu AB = 30%, nhóm máu O = 4 % Biếtquần thể đạt trạng thái cân bằng

- Tính tần số alen IA, IB, Io

- Xác định cấu trúc di truyền của quần thể

Giải: Gọi p,q,r lần lượt là tần số của alen IA, IB, Io

Ví dụ 2: Màu sắc ốc sên do 1 gen có 3 alen quy định

C1: màu vàng, C2: màu hồng; C3: màu vàng (C1>C2>C3) Một quần thể ốc có

360 cá thể màu nâu, 550 cá thể màu hồng và 90 cá thể màu vàng Biết quần thểcân bằng di truyền

a, Xác định kiểu gen quy định các màu

b, Gọi p,q,r lần lượt là tần số alen C1, C2, C3

Tổng số cá thể của quần thể = 1000 trong đó nâu = 0,36; hồng = 0, 55vàng = 0,09

(Khi đọc đề dạng này học sinh rất hay nhầm lẫn với dạng bài cấu trúc di

truyền quần thể ngẫu phối có tần số alen giới đực khác ở giới cái được đề cập ở

dạng 5)

Dạng 4.1: Gen nằm trên vùng không tương đồng của NST X ( không

có alen trên Y)

Phương pháp:

- Xét 1 gen có 2 alen A,a

Quần thể ngẫu phối tạo ra 5 kiểu gen: Giới XX: XAXA, XAXa,XaXa

Giới XY: XAY, XaYGọi N1 là tổng số cá thể cái

Gọi N2 là tổng số cá thể đực

D là số lượng cá thể mang kiểu gen XAXA

R là số lượng cá thể mang kiểu gen XAXa

H là số lượng cá thể mang kiểu gen XaXa

K là số lượng cá thể mang kiểu gen XAY

L là số lượng cá thể mang kiểu gen XaY

Quần thể ngẫu phối tạo ra 2 kiểu gen: XYA, XYa

Gọi N là tổng số cá thể giới XY

- Cấu trúc di truyền quần thể có dạng: 1

2XX: 1

2( pXYA: qXYa)

Dạng 4.3: Gen nằm trên vùng tương đồng của X và Y

Phương pháp:

- Xét 1 gen có 2 alen A, a nằm trên vùng tương đồng của X và Y

- Gọi p,q lần lượt là tần số alen A, a

- Khi đó cấu trúc di truyền quần thể được xác định như trong trường hợptrên NST thường

- Cấu trúc di truyền quần thể ở trạng thái cân bằng:

p2 (XAXA + XAYA) : 2pq (XAXa + XAYa + XaYA): q2 ( XaXa + XaYa)

Ví dụ 1: Một loài mèo nhà, Cặp alen D,d quy định màu lông

DD: Lông đen, Dd: lông tam thể ; dd: lông vàng

Một quần thể mèo ở thành phố Luân Đôn thu được số liệu

Mèo đực: 311 lông đen; 42 lông vàng

Mèo cái: 277 lông đen; 20 lông vàng; 54 lông tam thể

Biết quần thể ở trạng thái cân bằng

Ví dụ 2 : Quần thể Người gồm 20.000 người, có 4 nữ bị bệnh máu khó đông.

Hãy xác định số nam bị bệnh máu khó đông Biết quần thể ở trạng thái cân bằng

di truyền, gen gây bệnh là gen lặn nằm trên vùng không tương đồng của NST X,không có alen trên Y

Giải:

Quy ước: alen a quy định bệnh máu khó đông nằm trên NST X

Alen A quy định máu bình thường nằm trên NST X

Tỷ lệ nam : nữ = 1:1

Quần thể này có 10.000 nam: 10.000 nữ

Vì quần thể ở trạng thái cân bằng, tần số alen ở nam và nữ giống nhau, nên cấutrúc di truyền của quần thể nữ:

DẠNG 5: XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC DI TRUYỀN QUẦN THỂ NGẪU PHỐI

MÀ TẦN SỐ ALEN Ở GIỚI ĐỰC KHÁC GIỚI CÁI

Phương pháp: - Xét 1 gen có 2 alen A,a

- Thế hệ xuất phát P0 có:

+ Tần số alen A của giới đực trong quần thể là p’

+ Tần số alen a của giới đực trong quần thể là q’

+ Tần số alen A của giới cái trong quần thể là p’’

+ Tần số alen a của giới cái trong quần thể là q’’

Cấu trúc di truyền quần thể ở thế hệ P1

P1: (p’A + q’a)(p’’A+ q’’a) = p’p’’AA + p’q’’Aa + q’p’’Aa+ q’q’’aa = 1

Tần số alen A,a của quần thể ở thế hệ P1:

Tần số alen A = pN = ' ''

2

p p

- Ở thế hệ thứ nhất diễn ra sự san bằng tần số các alen ở 2 giới

- Ở thế hệ thứ hai đạt trạng thái cân bằng

- Tần số cân bằng của mỗi alen bằng nửa tổng tần số của alen đó trong giao tửđực và cái

Ví dụ: Ở một quần thể của loài động vật ngẫu phối, xét 1 gen có 2 alen A,a

nằm trên nhiễm sắc thể thường có: tần số alen A ở giới đực = 0,6, ở giới cái =0,8

Xác định cấu trúc di truyền của quần thể ở trạng thái cân bằng

0,6 0,8

0,7 2





Cấu trúc di truyền quần thể là: 0,49AA + 0,42Aa + 0,09aa = 1

DẠNG 6: CẤU TRÚC DI TRUYỀN QUẦN THỂ KHI CÓ HAI HAY NHIỀU GEN PHÂN LI ĐỘC LẬP.

- Phương pháp:

- Xét 2 gen với 4 alen A, a và B, b (các cặp alen nằm trên các cặp nhiễm sắc thểtương đồng khác nhau)

- Nếu gọi p, q, r, s là tần số các alen A, a, B, b với (p +q = 1), (r +s =1)

Thì tần số kiểu gen ở trạng thái cân bằng sẽ là kết quả triển khai của đa thức:

(p+q)2 (r +s)2 = (pr + ps +pr+qs)2

Hoặc (p2AA + 2pqAa + q2aa)(r2BB + 2rsBb+ s2bb) = 1

- pr, ps, qr, qs là tần số tương ứng của các giao tử AB, Ab, aB, ab Khi tần số cácgiao tử này đạt trạng thái cân bằng thì tần số các kiểu gen cũng ở trạng thái đó

- Nếu quần thể khởi đầu là các cá thể dị hợp tử AaBb với tần số các alen bằngnhau p = q = r = s = 0,5 thì 4 giao tử AB = Ab = aB = ab = 0,25 và chỉ sau 1 thế

hệ ngẫu phối quần thể đạt trạng thái cân bằng

- Nếu quần thể khởi đầu có các kiểu gen AABB, aabb thì chỉ có 2 loại giao tử

AB và ab nên quần thể không đạt cân bằng ở thế hệ sau vì thiếu các kiểu gen

- Nếu quần thể khởi đầu có tần số các alen không bằng nhau thì cần nhiều thế hệmới thiết lập được tần số cân bằng cho các giao tử và trạng thái cân bằng ditruyền cho quần thể

Ví dụ 1 : Cho biết tính trạng màu hoa do 2 cặp gen Aa và Bb nằm trên 2 cặp

nhiễm sắc thể tương tác theo kiểu bổ sung Khi trong kiểu gen có cả A và B thìcho hoa đỏ, các kiểu gen còn lại cho hoa trắng Một quần thể đang cân bằng ditruyền có tần số alen A = 0,3 và B là 0,6

Xác định tỷ lệ kiểu hình của quần thể

Giải:

Gen A: có pA = 0,3, qa = 0,7

Cấu trúc di truyền gen A: 0,09AA : 0,42Aa : 0,49aa Gen B: có rB = 0,6, sb = 0,4

Cấu trúc di truyền gen B: 0,35BB : 0,48Bb : 0,16bb

Tỷ lệ kiểu gen của quần thể về cả 2 gen A và B là:

(0,09AA : 0,42Aa : 0,49aa)( 0,35BB : 0,48Bb : 0,16bb)

= 0,0324AABB: 0,0432AABb:0,1512AaBB: 0,2016AaBb:0,0144AAbb

: 0,0672 Aabb: 0,1764aaBB: 0,2352aaBb: 0,0784aabb

- Vì A-B- cho kiểu hình hoa đỏ, các kiểu gen còn lại cho hoa trắng nên ta có: Cây hoa đỏ: = 0,0324AABB + 0,0432AABb+ 0,1512AaBB+ 0,2016AaBb = 0,4384 = 43,84%

Cây hoa trắng = 1 – hoa đỏ = 1 – 0,4384 = 0,5716 = 57,16%

-Tỷ lệ kiểu hình của quần thể là: 43,84% cây hoa đỏ : 57,16% cây hoa trắng

Ví dụ 2: Một quần thể thực vật, alen A quy định thân cao trội hoàn toàn so với

alen a quy định thân thấp, alen B quy định hoa đỏ trội hoàn toàn so với b quyđịnh hoa trắng, các gen này phân li độc lập Sau một thế hệ ngẫu phối, thu đượcF1 có 27% cây thân cao, hoa đỏ; 9% cây thân cao, hoa trắng; 48% cây thân thấp,hoa đỏ; 16% cây thân thấp, hoa trắng Biết quần thể không chịu tác động củanhân tố tiến hóa

Xác định tần số tần số các alen A, a, B, b trong quần thể

Giải: - Tìm tần số alen A:

Tỷ lệ kiểu hình về tính trạng chiều cao thân

Thân cao : thân thấp = ( 27% +9%) : (48% +16%) = 36% : 64%

Cây thân thấp (aa) có tỷ lệ q2

DẠNG 7: CẤU TRÚC DI TRUYỀN QUẦN THỂ NGẪU PHỐI KHI CHỊU

ÁP LỰC CỦA CÁC NHÂN TỐ TIẾN HÓA

Dạng 7.1: Sự thay đổi cấu trúc di truyền quần thể khi chịu áp lực của nhân

tố đột biến.

Phương pháp:

- Trong thực tế đột biến và CLTN thường xuyên tác dộng làm cho tần số alen bịbiến đổi, đột biến đối với 1 gen có thể xảy ra theo 2 chiều thuận hoặc nghịch:

- Gọi p0 và q0 là tần số của các alen A và a trong quần thể ban đầu

- Gọi u là tần số đột biến gen trội thành gen lặn A ->a

- Gọi tần số alen A sau 1 thế hệ đột biến là p1, sau n thế hệ là pn

- Gọi tần số alen a sau 1 thế hệ đột biến là q1, sau n thế hệ là qn

Sau 1 thế hệ đột biến tần số alen mỗi loại là:

- Gọi v là tần số đột biến gen lặn thành gen trội a ->A

+ Nếu u = v thì áp lực quá trình đột biến = 0, tần số tương đối của mỗi alen vẫngiữ nguyên không đổi

+ Nếu v = 0 và u >0 chỉ xảy ra đột biến thuận (Tần số alen A giảm, tần số alen

Ví dụ 1 : Giả sử 1 locut có 2 alen A và a, thế hệ ban đầu có tần số tương đối của

alen A là p0 Quá trình đột biến làm cho A -> a với tần số u = 10-5

a, Sau bao nhiêu thế hệ thì tần số alen A giảm đi một nửa so với ban đầu

b, Em có nhận xét gì về vai trò của quá trình đột biến trong tiến hóa