CHUYÊN đề QUẦN THỂ TRONG ôn THI THPT QUỐC GIA

Quần thể sinh vật là tập hợp các cá thể trong cùng một loài, cùng sinh sống trong một khoảng không gian xác định, vào một thời điểm xác định. Các cá thể trong quần thể có khả năng giao phối tự do với nhau để sinh sản tạo thành những thế hệ mới.

CHUYÊN ĐỀ QUẦN THỂ TRONG ÔN THI THPT QUỐC GIA

Đối tượng : Học sinh lớp 11,12

Số tiết dự kiến: 10 tiết ( 4 tiết lý thuyết, 6 tiết bài tập )

PHẦN I : KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

I QUẦN THỂ SINH VẬT

Quần thể sinh vật là tập hợp các cá thể trong cùng một loài, cùng sinh sốngtrong một khoảng không gian xác định, vào một thời điểm xác định Các cá thểtrong quần thể có khả năng giao phối tự do với nhau để sinh sản tạo thành nhữngthế hệ mới

1 Các mối quan hệ giữa các cá thể trong quần thể

a Quan hệ hỗ trợ

- Sống quần tụ, hình thành bầy đàn hay xã hội Quan hệ hỗ trợ giữa các cáthể trong quần thể đảm bảo cho quần thể tồn tại ổn định, khai thác tối ưu nguồnsống của môi trường, làm tăng khả năng sống sót và sinh sản của các cá thể

- Hỗ trợ giữa các cá thể cùng loài thể hiện “hiệu quả nhóm”

Hình 1 Hiện tượng hỗ trợ cùng loài ở thực vật

b Quan hệ cạnh tranh

- Cạnh tranh cùng loài: Khi mật độ quá cao, nguồn thức ăn suy kiệt; các cá

thể đực giành giật con cái hay những con cái giành nhau nơi làm tổ trong mùa sinhsản hoặc trường hợp “đấu tranh” giữa các con đực để giành vị trí đầu đàn trongcuộc sống bầy đàn (linh trưởng, chó sói, gà )

Do cạnh tranh về nguồn sống, số lượng cá thể của quần thể giảm, duy trì

một mật độ vừa phải, phù hợp với điều kiện môi trường Đó là hiện tượng “tỉa

thưa” ở thực vật hay “tỉa đàn” ở động vật.

- Hiện tượng kí sinh cùng loài: Trong điều kiện nguồn thức ăn bị giới han,

quần thể có kích thước lớn buộc các cá thể đực phải sống kí sinh vào con cái

Trường hợp này hiếm gặp, chỉ thấy ở một số loài cá sống trong vùng nước

sâu đại dương Những cá thể đực có kích thước rất nhỏ, không vây, không có cácnội quan, trừ ruột chỉ là một cái ống chứa chất dinh dưỡng “nhận” từ con cái và cơquan sinh dục đực phát triển đầy đủ để thụ tinh cho con cái trong mùa sinh sản

- Ăn thịt đồng loại: Đây cũng là một hiện tượng không phổ biến trong tự

nhiên Ví dụ, ở cá vược châu Âu (Perca fluatili) Do một hoàn cảnh nào đó nguồn

thức ăn bị suy kiệt, cá bố mẹ bắt con làm thức ăn Khi điều kiện dinh dưỡng đượccải thiện, cá sớm khôi phục lại kích thước quần thể của mình

Tất cả các trường hợp cạnh tranh, kí sinh cùng loài hay ăn đồng loài là nhữngtrường hợp đặc biệt, ít gặp, song không dẫn đến sự tiêu diệt loài mà ngược lại, duytrì sự tồn tại của loài và làm cho loài phát triển hưng thịnh

- Nhờ có cạnh tranh mà số lượng và sự phân bố của các cá thể trong quầnthể duy trì ở mức độ phù hợp, đảm bảo sự tồn tại và sự phát triển của quần thể

Hình 2 Hiện tượng cạnh tranh cùng loài

2 Ý nghĩa của quan hệ hỗ trợ hay cạnh tranh

- Quan hệ hỗ trợ và cạnh tranh trong quần thể là các đặc điểm thích nghi củasinh vật với môi trường sống, đảm bảo sự tồn tại và phát triển hưng thịnh

- Quan hệ hỗ trợ mang lại lợi ích cho các cá thể, các cá thể khai thác đượctối ưu nguồn sống của môi trường, các con non được bố mẹ chăm sóc tốt hơn,chống chọi với điều kiện bất lợi của tự nhiên và tự vệ tránh kẻ thù tốt hơn, Nhờ

đó mà khả năng sống sót và sinh sản của những cá thể tốt hơn

- Nhờ có cạnh tranh mà số lượng và sự phân bố của các cá thể trong quầnthể duy trì ở mức độ phù hợp giúp cho loài phát triển ổn định Cạnh tranh giữa các

cá thể dẫn tới sự thắng thế của các cá thể khỏe và đào thải các cá thể yếu, nên thúcđẩy quá trình chọn lọc tự nhiên

II CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUẦN THỂ

1 Sự phân bố của các cá thể trong không gian

Hình 3 Các kiểu phân bố của các cá thể trong quần thể

Đặc điểm

Điều kiện sốngphân bố đồng đều

Điều kiện sống phân bốđồng đều

Điều kiện sống phân

bố không đồng đều

Giữa các cá thểtrong quần thể có

sự cạnh tranh gaygắt, tính lãnh thổcao

Giữa các cá thể trongquần thể không có sựcạnh tranh gay gắt,không có tính lãnh tổcao mà cũng khôngthích sống tụ họp

Các cá thể sốngthành bầy đàn tậptrung ở nơi có điềukiện sống tốt nhất

Ý nghĩa Giảm cạnh tranh Khai thác và sử dụng

nguồn sống có hiệu quả Hỗ trợ nhau.

Ví dụ

Chim cánh cụt, cỏtrên thảo nguyên,chim hải âu,

Cây gỗ trong rừng mưanhiệt đới, sò sống ở phùsa

Hươu, trâu rừngsống thành bầy đàn,giun sống ở nơi có

độ ẩm cao, cỏ lào

2 Tỉ lệ giới tính

- Tỉ lệ giới tính là tỉ số giữa số lượng cá thể đực, số lượng cá thể cái trongquần thể Tỉ lệ giới tính thường xấp xỉ 1/1 Tuy nhiên, trong quá trình sống tỉ lệ này

có thể thay đổi tùy thuộc vào từng thời gian và điều kiện sống

- Tỉ lệ giới tính của quần thể là đặc trưng quan trọng đảm bảo hiệu quả sinhsản của quần thể trong điều kiện môi trường thay đổi

- Là số lượng sinh vật sống trên 1 đơn vị diện tích hay thể tích của quần thể.Mật độ cá thể trong quần thể có ảnh hưởng đến mức độ sử dụng nguồn sống trongmôi trường, đến khả năng sinh sản và tử vong của cá thể Mật độ cá thể không cốđịnh mà thay đổi theo mùa, năm hay tuỳ theo điều kiện sống

Sự khác nhau về tỉ lệ giới tính của các quần thể sinh vật

Tỉ lệ giới tính Các nhân tố ảnh hưởng đến tỉ lệ

giới tính

Ngỗng và vịt có tỉ lệ giới tính là 40/60

Trước mùa sinh sản, nhiều loài thằn

lằn, rắn có số lượng cá thể cái nhiều

hơn cá thể đực Sau mùa đẻ trứng, số

lượng cá thể đực và cái gần bằng nhau

Do tỉ lệ tử vong khác nhau giữa các

cá thể đực và cái, cá thể cái trongmùa sinh sản chết nhiều hơn cá thểđực

Với loài kiến nâu (Formica rufa), nếu

Gà, hươu, nai có số lượng cá thể cái

nhiều hơn cá thể đực gấp 2 hoặc 3 lần,

đôi khi tới 10 lần

Do đặc điểm sinh sản và tập tính đathê ở động vật

Muỗi đực tập trung ở một nơi riêng

với số lượng nhiều hơn muỗi cái

Do sự khác nhau về đặc điểm sinh lí

và tập tính của con đực và con cái –muỗi đực không hút máu như muỗicái Muỗi đực tập trung ở một chỗcòn muỗi cái bay khắp nơi tìm độngvật hút máu

Ở cây thiên nam tinh (Arisaema

japonica) thuộc họ Ráy, củ rễ loại lớn

có nhiều chất dinh dưỡng khi nảy chồi

sẽ cho ra cây có hoa cái, còn loại rễ

nhỏ nảy chồi cho ra cây có hoa đực

Tỉ lệ giới tính phụ thuộc vào lượngchất dinh dưỡng tích lũy trong cơ thể

* Ý nghĩa của tỉ lệ giới tính:

Sự hiểu biết về tỉ lệ giới tính có ý nghĩa quan trọng trong chăn nuôi gia súc,bảo vệ môi trường Trong chăn nuôi, người ta có thể tính toán một tỉ lệ các con đực

và cái phù hợp để đem lại hiệu quả kinh tế Ví dụ, các đàn gà, hươu, nai, người ta

có thể khai thác bớt một số lượng lớn các cá thể đực mà vẫn duy trì được sự pháttriển của đàn

3 Các nhóm tuổi khác nhau trong quần thể

- Các cá thể trong quần thể được phân chia thành các nhóm tuổi: nhóm tuổitrước sinh sản, nhóm tuổi sinh sản, nhóm tuổi sau sinh sản

- Ngoài ra, người ta còn phân chia cấu trúc tuổi thành tuổi thọ sinh lí, tuổithọ sinh thái và tuổi quần thể

- Tuổi thọ sinh lí là thời gian sống có thể đạt tới của một cá thể trong quầnthể

- Tuổi thọ sinh thái là thời gian sống thực tế của cá thể

- Tuổi quần thể là tuổi bình quân của các cá thể trong quần thể

a Nhân tố ảnh hưởng đến các nhóm tuổi

- Quần thể có cấu trúc tuổi đặc trưng, nhưng cấu trúc đó cũng luôn thay đổiphụ thuộc vào điều kiện sống của môi trường

- Khi nguồn sống từ môi trường suy giảm, điều kiện khí hậu xấu đi hoặc códịch bệnh các cá thể non và già bị chết nhiều hơn cá thể thuộc nhóm tuổi trungbình

- Trong điều kiện thuận lợi, nguồn thức ăn phong phú, các con non lớn lênnhanh chóng, sinh sản tăng, từ đó kích thước quần thể tăng lên

- Ngoài ra, nhóm tuổi của quần thể thay đổi còn có thể phụ thuộc vào một sốyếu tố khác như mùa sinh sản tập tính di cư,

b Tháp tuổi của quần thể

- Khi xếp liên tiếp các nhóm tuổi từ non đến già, ta có tháp tuổi hay tháp dân

số Mỗi nhóm tuổi được xem như một đơn vị cấu trúc tuổi của quần thể Do đó, khimôi trường biến động, tỉ lệ các nhóm tuổi biến đổi theo, phù hợp với điều kiệnmới Nhờ thế, quần thể duy trì được trạng thái ổn định của mình

Tháp tuổi chỉ ra 3 trạng thái phát triển số lượng của quần thể: quần thể đang pháttriển (quần thể trẻ), quần thể ổn định và quần thể suy thoái (quần thể già).

+ Quần thể trẻ có tỉ lệ nhóm tuổi trước sinh sản cao

+ Quần thể ổn định có tỉ lệ nhóm trước và đang sinh sản xấp xỉ như nhau

+ Quần thể suy thoái có tỉ lệ nhóm trước sinh sản nhỏ hơn nhóm đang sinh sản

4 Đặc trưng kích thước quần thể

- Khái niệm kích thước quần thể: Số lượng, sinh khối, năng lượng tích lũytrong phạm vi phân bố của quần thể

+ Kích thước tối thiểu: Số lượng ít nhất duy trì sự tồn tại Dưới kích thướctối thiểu thì quần thể không tồn tại (tiềm năng sinh học yếu: khả năng tự vệ kém,khả năng gặp gỡ giữa cá thể đực và cái thấp

+ Kích thước tối đa: Kích thước lớn nhất mà quần thể có thể đạt được, vượtqua kích thước này, quần thể có thể xảy ra các trường hợp làm giảm sô lượng cáthể: tăng cường cạnh tranh, sức sinh sản giảm, di cư tăng

- Khi kích thước quần thể vượt quá mức tối đa sẽ có những bất lợi sau:

+ Quan hệ hỗ trợ giữa những cá thể trong quần thể giảm, quan hệ cạnh tranhtăng

+ Khả năng truyền dịch bệnh tăng → sự phát sinh các ổ dịch dẫn đến chếthàng loạt

+ Mức ô nhiễm môi trường cao và mất cân bằng sinh học

- Khi kích thước quần thể giảm xuống dưới mức tối thiểu sẽ có những bất lợisau:

+ Quan hệ hỗ trợ giữa những cá thể trong quần thể giảm: tự vệ, kiếm ăn

+ Mức sinh sản giảm: khả năng bắt cặp giữa đực và cái thấp, số lượng cá thểsinh ra ít, đặc biệt dễ xảy ra giao phối gần.

- Cách tính kích thước quần thể:

+ Phương pháp trực tiếp: Đối với quần thể của các cá thể không có khả năng

di chuyển Đếm trực tiếp trên các ô tiêu chuẩn

+ Phương pháp gián tiếp: Đối với quần thể của các cá thể có khả năng dichuyển Phương pháp chủ yếu: đánh bắt - thả bù theo công thức: C = (N1 x N2) / m

C: kích thước quần thể.

N1: số cá thể bắt được lần 1; N2: số cá thể bắt được lần 2; m: số cá thể bắt lần 2 cóđánh dấu

- Số lượng cá thể hay kích thước quần thể được mô tả khái quát theo biểu

thức:

Nt = No + B - D + I - E

Nt và No là kích thước quần thể ở thời điểm t và to; B: mức sinh sản; D: mức

tử vong; I: mức nhập cư; E: mức xuất cư

- Mật độ chỉ ra khoảng cách trung bình giữa các cá thể trong vùng phân bốcủa quần thể, ảnh hưởng đến sự tồn tại và phát triển của loài.

Khi mật độ thưa, nguồn sống dồi dào thì mức tử vong thấp, còn mức sinhsản lại cao, kích thước quần thể sẽ tăng

Ngược lại, quần thể quá đông, nguồn thức ăn bị khai thác cạn kiệt, các cá thểtrong quần thể cạnh tranh với nhau về nơi sống và nguồn thức ăn đưa đến tăngmức tử vong và giảm mức sinh sản, kích thước quần thể sẽ giảm

Như vậy, mật độ quần thể như một nhân tố nội tại điều chỉnh kích thướcquần thể

6 Sự tăng trưởng của quần thể:

a, Sự tăng trưởng của quần thể theo tiềm năng sinh học và trong thực tế

Tắng trưởng theo tiềm năng sinh học Tăng trưởng theo tiềm năng thực tế

Trong môi trường không giới hạn

( nguồn sống của môi trường dồi dào và

sức sinh sản của các cá thể là rất lớn)

Trong môi trường bị giới hạn ( nguồnsống không phải lúc nào cũng thuậnlợi, sức sinh sản không phải lúc nàocũng lớn)

Quần thể tăng trưởng theo tiềm năng

sinh học, đường cong tăng trưởng có

dạng hình chữ J

Đường cong tăng trưởng hình chữ S

Loài có kích thước cơ thể nhỏ, tuổi thọ

thấp, tuổi sinh sản lần đầu đến sớm, sức

sinh sản lớn

Loài có kích thước cơ thể lớn, tuổithọ cao, tuổi sinh sản lần đầu đếnmuộn, sinh sản ít

b Tăng trưởng của quần thể người

- Trên thế giới: Dân số thế giới tăng liên tục, đến 2017 có thể lên đến 8 tỉngười Dân số thế giới đạt mức tăng trưởng cao là nhờ những thành tựu to lớn vềphát triển kinh tế xã hội, chất lượng cuộc sống ngày một cải thiện, tuổi thọ đượcnâng cao

Ở Việt Nam

+ Năm 1945 : 18 triệu người, 2004: 82 triệu người (tăng gấp 4,5 lần)

+ Việc tăng dân số quá nhanh và phân bố dân cư không hợp lí là nguyên nhân làmchất lượng môi trường giảm sút, ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống

III BIẾN ĐỘNG SỐ LƯỢNG CÁ THỂ TRONG QUẦN THỂ

Biến động số lượng của quần thể là sự tăng, giảm số lượng cá thể của quầnthể quanh giá trị cân bằng tương ứng với sức chứa của môi trường (sinh sản cânbằng với tử vong)

1 Các kiểu biến động số lượng

Có 2 kiểu biến động số lượng: biến động không theo chu kỳ và biến độngtheo chu kỳ

- Biến động không theo chu kỳ xảy ra do các yếu tố ngẫu nhiên, không kiểmsoát được như thiên tai, dịch bệnh

- Biến động theo chu kỳ xảy ra do các yếu tố biến đổi có chu kỳ như chu kỳngày đêm, chu kỳ tuần trăng và hoạt động của thủy triều, chu kỳ mùa, chu kỳ nhiềunăm

+ Chu kỳ ngày đêm, phổ biến ở sinh vật phù du, như các loài tảo có số lượng

cá thể tăng vào ban ngày và giảm vào ban đêm, do ban ngày tầng nước ngọt đượcchiếu sáng nên chúng quang hợp và sinh sản nhanh

+ Chu kì tuần trăng và hoạt động của thủy triều, như rươi sống ở nước lợ cácvùng ven biển Bắc Bộ đẻ rộ nhất vào các ngày thuộc pha trăng khuyết

+ Chu kì mùa, mùa xuân và mùa hè là thời gian thuận lợi nhất cho sinh sản

và phát triển của hầu hết các loài động vật và thực vật Như ruồi, muỗi sinh sản vàphát triển nhiều nhất vào các tháng xuân hè, giảm vào các tháng mùa đông

+ Chu kì nhiều năm, như loài chuột thảo nguyên có chu kì biến động sốlượng theo chu kì từ 3-4 năm

2 Nguyên nhân gây biến đổi số lượng cá thể trong quần thể

- Hai nhóm nhân tố sinh thái gây nên biến động số lượng cá thể của quần thể

là các nhân tố vô sinh và các nhân tố hữu sinh

+ Các nhân tố vô sinh tác động trực tiếp và một chiều lên sinh vật mà không phụthuộc vào mật độ cá thể trong quần thể nên còn được gọi là các nhân tố sinh tháikhông phụ thuộc mật độ cá thể trong quần thể Các nhân tố sinh thái vô sinh ảnhhưởng tới trạng thái sinh lí của các cá thể Sống trong điều kiện tự nhiên khôngthuận lợi, mức sinh sản của các cá thể giảm, khả năng thụ tinh kém, sức sống củacon non thấp,

+ Các nhân tố hữu sinh như sự cạnh tranh giữa các cá thể trong cùng đàn, sốlượng kẻ thù ăn thịt, mức sinh sản và mức độ tử vong, sự phát tán của các cá thểtrong quần thể là các yếu tố bị chi phối bởi mật độ cá thể của quần thể nên gọi là

các nhân tố phụ thuộc mật độ cá thể trong quần thể Các nhân tố hữu sinh ảnhhưởng rất lớn đến khả năng tìm kiếm thức ăn, nơi ở, nơi đẻ trứng, khả năng sinhsản và nở trứng, khả năng sống sót của con non, và do đó ảnh hưởng tới số lượng

cá thể trong quần thể

- Ví dụ: Đối với sâu bọ ăn thực vật thì các nhân tố khí hậu có vai trò quyết định,còn đối với chim nhân tố quyết định lại thường là thức ăn vào mùa đông và sựcạnh tranh nơi làm tổ vào mùa hè

3 Ý nghĩa của nghiên cứu về biến động số lượng cá thể.

Những nghiên cứu về biến động số lượng cá thể có thể giúp các nhà nôngnghiệp xác định đúng lịch thời vụ, để vật nuôi, cây trồng sinh trưởng trong điềukiện thích hợp nhất trong năm, nhằm đạt được năng suất cao Đồng thời giúp cácnhà bảo vệ môi trường chủ động trong việc hạn chế sự phát triển quá mức của cácloài sinh vật gây hại, gây mất cân bằng sinh thái

4 Quần thể điều chỉnh số lượng cá thể

a Cơ chế điều chỉnh số lượng cá thể trong quần thể

- Khi số lượng cá thể giảm xuống quá thấp hoặc tăng lên quá cao, các nhân

tố của môi trường hoặc có thể tác động làm giảm số cá thể của quần thể hoặc tácđộng làm tăng số cá thể của quần thể:

+ Trong điều kiện môi trường thuận lợi (môi trường có nguồn gốc dồi dào, ít sinhvật ăn thịt ) quần thể tăng mức sinh sản, giảm mức độ tử vong, nhiều cá thể từ nơikhác nhập cư tới sống trong quần thể, làm cho số lượng có thể của quần thể tănglên nhanh chóng, đôi khi vượt hơn hẳn mức độ bình thường

+ Khi số lượng cá thể trong quần thể tăng cao, sau một thời gian, nguồn sống trởthiếu hụt, nơi sống chật chội, cạnh tranh gay gắt lại diễn ra làm hạn chế gia tăng

số cá thể của quần thể

- Trạng thái cân bằng của quần thể đạt được khi quần thể có số lượng cá thể ổnđịnh và cân bằng với khả năng cung cấp nguồn sống của môi trường

b Xu hướng điều chỉnh số lượng cá thể của quần thể ở mức cân bằng

- Trong tự nhiên, quần thể có xu hướng điều chỉnh mật độ cá thể của quầnthể ở mức cân bằng là do: mật độ cá thể của quần thể có ảnh hưởng tới mức độ sửdụng nguồn sống trong môi trường, tới mức độ sinh sản và tử vong của cá thể Khi

số lượng cá thể thấp mà điều kiện sống của môi trường thuận lợi (như nguồn sốngdồi dào, khí hậu phù hợp, ) số cá thể mới sinh ra tăng lên Ngược lại, khi số lượng

cá thể tăng cao dẫn tới điều kiện sống của môi trường không thuận lợi, số cá thể bịchết tăng lên

+ Hiện tượng “tự tỉa thưa” là kết quả cạnh tranh giữa các cá thể trong quần thể

Ví dụ do điều kiện môi trường thích hợp, các cây non mọc quá dày, nhiều cây

không nhận được ánh sáng và muối khoáng nên chết dần, số còn lại đủ duy trì mật

độ vừa phải, cân bằng với điều kiện môi trường chúng sống

+ Vật ăn thịt ăn thịt con mồi là nhân tố quan trọng khống chế kích thước quần thểcon mồi, ngược lại, con mồi cũng là nhân tố quan trọng điều chỉnh số lượng cá thểcủa quần thể vật ăn thịt Mối quan hệ 2 chiều này tạo nên trạng thái cân bằng sinhhọc trong thiên nhiên

IV CẤU TRÚC DI TRUYỀN CỦA QUẦN THỂ

- Mỗi quần thề có một vốn gen chung và đặc trưng, vốn gen là tập hợp toàn

bộ các alen của tất cả các gen trong quần thể

Hình 5: Vốn gen của quần thể

- Đặc điểm vốn gen thể hiện ở tần số các alen và tần số các kiểu gen của quần thể.+ Tần số alen của một gen nào đó được tính bằng tỉ lệ giữa số lượng alen đó trêntổng số các loại alen khác nhau của gen đó tại thời điểm xác định

+ Tần số của một kiếu 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

1 Quần thể tự phối:

- Đặc điểm:

+ Các cá thể tự thụ phấn hoặc tự thụ tinh, kiểu gen gồm các dòng thuần

+ Quần thể tự phối có tính đa dạng về kiểu gen và kiểu hình thấp nên kém thíchnghi Do vậy khi môi trường thay đổi thì quần thể tự phối có khả năng thích nghikém, dễ bị tuyệt diệt Vì vậy trong quá trình tiến hóa, các loài tự phối ngày càng ítdần

+ Cấu trúc di truyền của quần thể tự phối biến đổi qua các thế hệ theo hướng giảmdần tỉ lệ dị hợp tử và tăng dần tỉ lệ đồng hợp tử, nhưng không làm thay đổi tần sốtương đối của các alen

Hình 6 Hiện tượng thoái hóa khi cho ngô thụ phấn qua nhiều thế hệ

- Trong quá trình tự phối liên tiếp qua các thế hệ:

+ Tần số tương đối các alen không thay đổi

+ Tần số tương đối các kiểu gen thay đổi

2 Quần thể giao phối ngẫu nhiên

- Đặc điểm: Các cá thể giao phối tự do, thành phần kiểu gen đa dạng và thường ởtrạng thái cân bằng di truyền, tính đa dạng về kiểu gen và kiểu hình rất cao

V TRẠNG THÁI CÂN BẰNG DI TRUYỀN CỦA QUẦN THỂ

Khi xảy ra ngẫu phối, quần thể đạt trạng thái cân bằng theo định luật Hacđi–Vanbec Khi đó thoả mãn đẳng thức: p2AA + 2pqAa + q2aa = 1, QT cân bằng

1 Điều kiện nghiệm đúng của định luật Hacđi – Vanbec

- Số lượng cá thể phải đủ lớn và không xảy ra biến động di truyền Trong mộtkhoảng thời gian nhất định, điều kiện này có thể được đáp ứng, nhất là ở nhữngquần thể tách biệt với môi trường bên ngoài

- Các cá thể trong quần thể phải giao phối ngẫu nhiên với nhau Tức là không có sựchọn lọc trong quá trình giao phối Đây là điều kiện khó xảy ra trong thực tế

- Giá trị thích nghi của các kiểu gen khác nhau là như nhau Điều kiện này chỉđược thỏa ở một số tính trạng, phổ biến là các tính trạng số lượng có sự di truyềntheo qui luật tương tác cộng gộp - các alen khác nhau có vai trò như nhau trongviệc hình thành kiểu hình, và phần lớn chúng không ảnh hường nhiều đến sức sốngcủa cá thể

- Không có áp lực của đột biến và chọn lọc tự nhiên Rõ ràng đây là điều kiện khóđáp ứng nhất

- Không có hiện tượng di - nhập gen Có thể được đáp ứng với những quần thểsống tách biệt với các quần thể khác

2 Ý nghĩa của định luật Hacđi – Vanbec

a Ý nghĩa lý luận

Phản ánh trạng thái cân bằng di truyền của quần thể và giải thích vì sao có nhữngquần thể ổn định trong thời gian dài.

b Ý nghĩa thực tiễn

Khi biết một quần thể đạt trạng thái cân bằng Hacđi – Vanbec thì từ tần số các cáthể có kiểu hình lặn có thể suy ra tần số tương đối của các alen trong quần thểngược lại nếu biết tần số xuất hiện một đột biến nào đó có thể dự đoán xác suất bắtgặp thể đột biến đó hoặc sự tiềm tàng các gen đột biến có hại trong quần thể, giúpích rất nhiều trong y học và trong chọn giống

PHẦN II : THIẾT LẬP CỒNG THỨC

Để giải nhanh gọn các dạng bài tập về di truyền quần thể, trước hết cần đạt các yêucầu sau:

- Thông hiểu và giải được cấc bài tập lai cơ bản, đặc biệt là các quy luật Mendel

- Phân biệt được các quần thể dựa vào kiểu giao phối

- Thành thạo tính toán cơ bản về tổ hợp, xác suất và chuyển đổi giữa 3 dạng số học

là phân số - số thập phân – phần trăm;

- Thuộc lòng bộ khai triển (0,1+0,9)2, (0,2+0,8)2, … (0,9+0,1)2

I Nhóm 1 – Các công thức cơ bản:

Dấu [ ] : thay cho cụm từ tần số alen hoặc thành phần (tần số) kiểu gen

[AA] +[Aa]+ [aa] = 1

[A]= [AA]+

[a]= [aa]+

[A]+[a]=1

II Nhóm 2 – Các công thức của quần thể tự phối

1 Quần thể tự phối với 1 cặp gen

Để thiết lập công thức di truyền quần thể tự phối, cần phải luôn nhớ 2 nguyên tắcchính :

+ Trong mọi trường hợp, ta áp dụng được công thức cơ bản

+ Qua mỗi thế hệ , [Aa] giảm đi 1 nửa; lượng giảm này chia đều cho [AA] và [aa]

* Nếu quần thể ở thế hệ F0 có [AA]=X0; [Aa]=Y0; [aa]=Z0

Sau n thế hệ tự phối , tại Fn có:

2 Quần thể tự phối với 2 cặp gen phân ly độc lập

- Xét 2 cặp gen Aa, Bb trong lòng 1 quần thể tự phối, sự biến đổi của chúng thỏamãn 2 quy luật:

+ Riêng với mỗi cặp, [KG] và [Alen] biến đổi qua các thế hệ theo công thức nhóm(II-1)

+ Khi xét chung, tỉ lệ mỗi kiểu gen bằng tích tỉ lệ các kiểu gen thành phần ( giốngquy luật phân ly độc lập)

Ví dụ: Xét quần thể có 0,3Aabb+…

Khi tự phối qua 3 thế hệ:

+Với cặp Aa tự thụ : F3 có 0,4375AA : 0,125Aa : 0,4375aa

+Với cặp bb tự thụ : F3 có 100% bb

Do vậy, xét chung tỉ lệ, ta có đời con của nhóm 0,3Aabb sẽ là:

0,3 x [(0,4375AA : 0,125Aa : 0,4375aa) x bb]

Các kiểu gen khác sẽ làm tương tự

III Các công thức của quần thể ngẫu phối

1 Quần thể ngẫu phối với 1 cặp gen

- Nếu gọi p, q lần lượt là tần số của A, a → p+q = 1

Quần thể ngẫu phối cân bằng khi thỏa mãn công thức

p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa =1

- Dấu hiệu nhận biết quần thể cân bằng :

Một quần thể có x AA, y Aa, và z aa cân bằng khi

+ =1 hoặc x.z = y2/4

- Với nhóm máu ABO:

Gọi p, q, r lần lượt là tần số IA, IB, IO, khi quần thể cân bằng :

(p 2 + q 2 + r 2 ) = p 2 I A I A + q 2 I B I B + r 2 I O I O + 2pqI A I B + 2prI A I O + 2qrI B I O = 1

- Khi tần số các alen phân bố ở 2 giới là khác nhau:

+ Nếu một quần thể ngẫu phối ở F0 có tần số alen ở 2 giới lần lượt là p♂, q♂, p♀,q♀, khi quần thể cân bằng

p = ( p♂+ p♀ ) : 2 q = ( q♂+ q♀ ) : 2

2 Quần thể ngẫu phối với 2 cặp gen phân ly độc lập:

- Xét một quần thể có 2 cặp gen Aa và Bb phân ly độc lập, tần số A, a, B, b lần lượt

là p, q, r, s Các alen này tạo ra tổng cộng 9 kiểu gen

+ p, q, r, s lần lượt tính theo công thức cơ bản nhóm I

+ Tần số các loại giao tử được tính lần lượt như sau:

[AB] = [AABB] + [AABb]/2 + [AaBB]/2 + [AaBb]/4

[Ab] = [AAbb] + [AABb]/2 + [Aabb]/2 + [AaBb]/4

[aB] = [aaBB] + [AaBB]/2 + [aaBb]/2 + [AaBb]/4

[ab] = [aabb] + [Aabb]/2 + [aaBb]/2 + [AaBb]/4

- Nếu quần thể cân bằng, cả 2 cặp gen đều cân bằng, tức là :

p2AA + 2pqAa + q2aa = 1 và r2BB + 2rsBb + s2bb = 1

- Khi xét chung, ta có công thức Hacdi-Vanbec cho 2 cặp gen phân ly độc lập:

IV Công thức quần thể ngẫu phối với gen trên NST giới tính

1 Gen nằm ở vùng không tương đồng của NST giới tính X:

- Xét một gen trong quần thể có 2 alen A và a Quá trình ngẫu phối đã tạo ra 5 loạikiểu gen : XAXA; XAXa; XaXa; XAY; XaY

- Khi quần thể ngẫu phỗi, sự biến thiên tần số alen ở 2 giới được thực hiện theoquy luật di truyền chéo

Ví dụ : Nếu tần số ở F0 ở 2 giới lần lượt là p♂, q♂, p♀ , q♀, thì ở F1 :

Ở giới cái : p2XAXA + 2pq XAXa + p2 XaXa = 1

Ở giới đực: pXAY + q XaY= 1

- Công thức Hacđi – Vanbec khi xét chung :

(p 2 X A X A + 2pq X A X a + p 2 X a X a ) + (pX A Y + q X a Y) = 1

2 Gen ở vùng không tương đồng của NST giới tính Y

- Xét 1 gen trên NSTgiới tính Y gồm 2 alen A và a, quá trình ngẫu phối đã tạo ra 2

kiểu gen ở giới đực như sau : XYA và XYa Lúc này p = [XYA] và q = [XYa]

- Cấu trúc DT của quần thể ở trạng thái cân bằng là: XX + (pXYA + qXYa)=1

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

- Xét 1 gen gồm 2 alen A và a nằm trên vùng tương đồng của X và Y Khi đó cấutrúc di truyền của quần thể được xác định tương tự như trong trường hợp gen nằmtrên NST thường

- Ta có cấu trúc di truyền của quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền là :

p 2 ( X A X A + X A Y A ) +2pq (X A X a + X A Y a + X a Y A ) + q 2 ( X a X a + X a Y a ) = 1

V Công thức di truyền khi quần thể có chọn lọc:

- Xét một quần thể có x(AA), y(Aa), và z(aa) chịu tác dụng của chọn lọc, khiđó:

Tần số trước

chọn lọc

Giá trị thích nghi Tỉ lệ sống sót

Tần số sau chọn lọc

- Sau quá trình chọn lọc, tùy thuộc vào kiểu sinh sản là ngẫu phối hay tự phối mà

có cách tính để xác định cấu trúc quần thể trong thế hệ tiếp theo ( áp dụng côngthức nhóm II, III)

- Trường hợp đặc biệt, khi kiểu gen aa không có khả năng sinh sản

Tại thế hệ F0, quần thể có cấu trúc : p02AA + 2p0q0Aa + q02aa thì sau n thế hệngẫu phối, Fn có :

qn = và pn = 1 - qn

VI Công thức di truyền khi diễn ra sự di cư, nhập cư

- Xét một nhóm gồm m cá thể di cư có tần số alen là p,q Nhóm này di cư tới quần thể có n cá thể, trong đó tần số các alen là p0, q0

- Giá trị nhập cư được xác định bằng tỉ lệ số cá thể nhập/tổng cá thể M=

- Lúc này quần thể nhập cư sẽ có cấu trúc di truyền biến đổi như sau:

p’= p0 + p vớip = M(p - p0)

q’= q0 + q với = M(q - q0)

(: độ biến thiên tần số alen, có thể mang giá trị (-) hoặc dương (+) )

Lưu ý: p’+q’=1, nên có p’ rồi ta dễ dàng tính được q’ = 1- p’

Công thức trên có thể mở rộng cho trường hợp gen nhiều hơn 2 alen, chnwgr hạnvới nhóm máu có 3 alen thì p’ = p0 + p; q’= q0 + ; r’= r0 + r

PHẦN III : BÀI TẬP VẬN DỤNG

A CÁC DẠNG BÀI TẬP DI TRUYỀN QUẦN THỂ

- Dạng 1 : Bài tập quần thể cơ bản:

→ Áp dụng công thức nhóm I

- Dạng 2: Bài tập quần thể tự phối

→ Áp dụng công thức nhóm II

- Dạng 3: Bài tập quần thể ngẫu phối

+ Kiểu 3.1: ChoQT, yêu cầu kiểm tra sự cân bằng

→ Dùng dấu hiệu nhận biết ở các nhóm III; IV

+ Kiểu 3.2: Cho QT đã cân bằng, yêu cầu tính toán [alen] hoặc [KG]

→ Dùng công thức Hacđi-Vanbec ở nhóm III; IV

- Dạng 4 : Bài tập quần thể hỗn hợp

+ Kiểu 4.1: Xen kẽ giữa ngẫu phối và tự phối

→ Chia thành từng đoạn, mỗi đoạn sẽ là dạng 2 hay dạng 3

Trong các dạng trên , ngoại trừ dạng 1 và dạng 5, trước khi làm cần xác định kiểu

giao phối của quần thể

B BÀI TẬP MẪU:

Bài 1: Một quần thể thực vật có 1050 cây hoa đỏ đồng hợp tử, 150 cây hoa đỏ dị

hợp tử và 300 cây hoa trắng Biết tính trạng màu hoa do một gen gồm 2 alen quiđịnh

a, Xác định cấu trúc di truyền của quần thể

b, Quần thể trên đã đạt trạng thái cân bằng di truyền chưa? Nếu chưa khi nào QTmới cân bằng? Cho biết cấu trúc QT lúc cân bằng

c, Quần thể biến đổi như thế nào sau 2 thế hệ tự thụ phấn?

d, Do nhu cầu của thị trường, những người dân trong vùng đã tăng cường khai tháchết các cây cho hoa màu trắng Biết rằng loài thực vật này là thực vật 1 năm Hỏisau 10 năm tần số các alen của quần thể sẽ còn lại như thế nào?

e, Một kĩ sư nông nghiệp đã mua 100 cây ở chợ về trồng Qua quá trình kiểm tra,anh nhận thấy có 60 cây đỏ đồng hợp và 20 cây hoa trắng Anh cho các cây ngẫuphối, sau đó cho tự thụ phấn qua 2 thế hệ nữa Hỏi lúc này, tỉ lệ cây hoa trắng trongcác nhóm cây con là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

a, Vì hoa đỏ có kiểu gen dị hợp nên hoa đỏ là tính trạng trội so vơi hoa trắng

Qui ước alen A-đỏ là trội so với a-trắng

[A]= [AA] + = 0,75 [a] = 1- [A]=0,25

b, Gọi x, y, z lầ lượt là tần số AA, Aa, aa

Ta có : x.z = 0,7 x 0,2 =1.4 (1)

= = 2,5 x 10-3 (2)

Thấy (1) khác (2) nên quần thể chưa cần bằng

- Quần thể cần bằng khi trải qua một thế hệ ngẫu phối, khi đó cấu trúc di truyền

của quần thể thỏa mãn công thức Hacdi-Vanbec p2AA + 2pqAa + q2aa = 1

Tức là : 0,5625AA + 0,375Aa + 0,0625aa = 1

c, Khi quần thể tự thụ tại F2:

+ 60 cây đỏ đồng hợp → [AA] = 0,6

+ 20 cây đỏ dị hợp→ [Aa] = 0,2

+ 20 cây trắng→ [aa] = 0,2

Từ đó ta tính được p(A)=0,7 và q(a)=0,3

- Khi cho nhóm cây ngẫu phối, quần thể cân bằng nên thành phần kiểu gen củaquần thể thỏa mãn công thức Hacdi-Vanbec p2AA + 2pqAa + q2aa = 1

→ 0,49AA + 0,42Aa + 0,09aa = 1

- Khi cho nhóm cây tự thụ 2 thế hệ, ở F2

[Aa]2= = 0,105 [aa]2= 0,09 + = 0,2475

Vậy tại đời con, tỉ lệ cây có hoa màu trắng là 0,2475

Bài 2:

a, Quần thể nào đạt trạng thái cân bằng trong 3 quần thể sau :

- QT 1: 0,36 AABb + 0,48 aabb + 0,16 Aabb

- QT 2: 0,25 AABB + 0,5 AaBb + 0,25 aabb

- QT 3: 0,81 AAbb + 0,18 Aabb + 0,01 aabb

b, Xác định cấu trúc di truyền của một quần thể ngẫu phối có các alen A, a, B, btương ứng là : 0,8; 0,2; 0,7 và 0,3 Biết rằng QT ở trạng thái cân bằng di truyền

c, Một quần thể ban đầu có cấu trúc 0,4AABB + 0,4AaBb + 0,2Aabb Hỏi sau 2thế hệ tự phối thì tỉ lệ các kiểu gen thuần chủng trong quần thể là bao nhiêu?

- QT 3: 0,81AAbb + 0,18AaBb + 0,01aabb (0,81AA : 0,18Aa : 0,01aa) và 1bb; cả

2 đều cân bằng và thỏa mãn tỉ lệ chung → QT cân bằng

b, Cấu trúc QT lúc cân bằng

- QT có tần số A, a, B, b tương ứng là 0,8; 0,2; 0,7; 0,3 khi cân bằng, ta có:

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

Tức là (0,64AA+0,32Aa+0,04aa) x (0,49BB + 0,42Bb + 0,09bb) = 1

Tỉ lệ các kiểu gen bằng tích tỉ lệ các kiểu gen thành phần :

c, F0 [0,4AABB + 0,4 AaBb + 0,2Aabb]

Khi tự phối qua 2 thế hệ, lúc này , tại F2

+ 0,4AABB vẫn cho 0,4AABB

+ 0,4 AaBb cho đời con như sau :

` Aa tự thụ cho F2 : 0,0375AA : 0,25Aa : 0,375aa

` Bb tự thụ cho F2: 0,375BB : 0,25Bb : 0,375bb

→ Tỉ lệ các kiểu gen đồng hợp là:

0,4 x [ 0,3752AABB + 0,3752AAbb + 0,3752aaBB + 0,3752aabb] = 0.225

+ 0,2Aabb cho đời con như sau

` Aa tự thụ phấn cho F2: 0,375AA : 0,25Aa : 0,375aa

` bb tự thụ cho F2 vẫn cho 100%bb

→ Tỉ lệ các kiểu gen đồng hợp là 0,2 x [0,75(AA+aa) x bb] = 0,15

Vậy tại F2 tổng tỉ lệ các kiểu gen đồng hợp là = 0,4 + 0,225 + 0,15 = 0,775

Bài 3: Ở một quần thể côn trùng ngẫu phối, giới đực có 10% con mắt trắng, ở giới

cái có 1% con mắt trắng, còn lại là những con mắt đỏ Hãy xác định tần số tươngđối của các alen và tần số phân bố của các kiểu gen trong quần thể khi cân bằng.Biết gen qui định màu mắt nằm trên vùng không tương đồng của NST X và giớiđực là XY

Hướng dẫn giải:

- Mắt trắng chiếm tỉ lệ thấp nên suy ra mắt trắng là lặn, mắt đỏ là trội

Qui ước A – đỏ; a- trắng

- QT sẽ có các kiểu gen : XAXA; XAXa; XAY : mắt đỏ XaXa; XaY: mắttrắng

- Tại giới đực có 10% mắt trắng tức là [XaY]=0,1 → q♂=0,1 và p♂=0,9

- Tại giới cái có 1% mắt trắng tức là [XaXa]= 0,01

Vì QT cân bằng nên suy ra (q♀)2= [XaXa] → q♀=0,1 và p♀=0,9

- Cấu trúc di truyền của QT là