Giải bài tập SGK Sinh 12 Nâng cao Bài 21: Trạng thái cân bằng của quần thể giao phối ngẫu nhiên

Nêu những đặc điểm của quần thể ngẫu phối?

Phương pháp giải

• Xem lại Cấu trúc di truyền của quần thể (tiếp theo)
• Trong 1 quần thể lớn, ngẫu phối, nếu không có các yếu tố làm thay đổi tần số alen thì thành phần kiểu gen của quần thể sẽ duy trì không đổi qua các thế hệ theo đẳng thức:

\(\begin{array}{l}
{p^2} + 2pq + {q^2} = 1\\
\left( {p + q} \right) = 1
\end{array}\)

Hướng dẫn giải

• Trong quần thể ngẫu phối có mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau giữa các cá thể về mặt sinh sản (giữa đực và cái, giữa bố mẹ và con).
• Quần thể giao phối được xem là đơn vị sinh sản, đơn vị tồn tại của loài trong tự nhiên. Chính mối quan hệ về sinh sản là cơ sở đảm bảo cho quần thể tồn tại trong không gian và theo thời gian.
• Quần thể giao phối nổi bật ở đặc điểm đa hình. Quá trình giao phối là nguyên nhân làm cho quần thể đa hình về kiểu gen, do đó đưa đến sự đa hình về kiểu hình. Các cá thể trong quần thể chỉ giống nhau ở những nét cơ bản, chúng sai khác nhau về nhiều chi tiết.
• Nếu gọi r là số alen thuộc một gen (lôcut), còn n là số gen khác nhau, trong đó các gen phân li độc lập, thì số kiểu gen khác nhau trong quần thể được tính bằng công thức:

\({\left[ {\frac{{r\left( {r + 1} \right)}}{2}} \right]^n}\)

• Trong quần thể các loài động, thực vật giao phối thì số gen trong kiểu gen của cá thể rất lớn, số gen có nhiều alen không phải là ít, vì thế quần thể rất đa hình, khó mà tìm được 2 cá thể giống hệt nhau (trừ trường hợp sinh đôi cùng trứng).
• Tuy quần thể là đa hình nhưng một quần thể xác định được phân biệt với những quần thể khác cùng loài ở những tần số tương đối các alen, các kiểu gen, các kiểu hình. Ví dụ, tỉ lệ % các nhóm máu A, B, O thay đổi tuỳ từng quần thể người.
• Giao phối ngẫu nhiên là nét đặc trưng giữa các cá thể trong quần thể.

Nêu nội dung cơ bản của định luật Hacđi-Vanbec và cho ví dụ minh hoạ. Khi ở trạng thái cân bằng di truyền thì cấu trúc di truyền của quần thể như thế nào?

Phương pháp giải

• Xem lại Cấu trúc di truyền của quần thể (tiếp theo)
• Trong 1 quần thể lớn, ngẫu phối, nếu không có các yếu tố làm thay đổi tần số alen thì thành phần kiểu gen của quần thể sẽ duy trì không đổi qua các thế hệ theo đẳng thức:

\(\begin{array}{l}
{p^2} + 2pq + {q^2} = 1\\
\left( {p + q} \right) = 1
\end{array}\)

Hướng dẫn giải

- Nội dung định luật: Thành phần kiểu gen và tần số tương đối các alen của quần thể ngẫu phối được ổn định qua các thế hệ trong những điều kiện nhất định.

- Ví dụ: quần thể ban đầu có kiểu gen: 0,24 AA : 0,72 Aa : 0,04 aa

• Tần số tương đối alen A: p = 0,24 + 0,72/2 = 0,6
• Tần số tương đối alen a: q = 0,04 + 0,72/2 = 0,4
• Cấu trúc quần thể ở thế hệ tiếp theo: 0,36 AA : 0,48 Aa : 0,16 aa
• Qua các thế hệ ngẫu phối tiếp theo thì tần số tương đối của các alen và cấu trúc di truyền của quần thể không đổi.

- Khi ở trạng thái cân bằng di truyền thì cấu trúc di truyền của quần thể không đổi (trong những điều kiện nhất định) khi ngẫu phối.

Nêu ý nghĩa và những điều kiện nghiệm đúng của định, luật Hacđi-Vanbec.

Phương pháp giải

• Xem lại Cấu trúc di truyền của quần thể (tiếp theo)
• Trong 1 quần thể lớn, ngẫu phối, nếu không có các yếu tố làm thay đổi tần số alen thì thành phần kiểu gen của quần thể sẽ duy trì không đổi qua các thế hệ theo đẳng thức:

\(\begin{array}{l}
{p^2} + 2pq + {q^2} = 1\\
\left( {p + q} \right) = 1
\end{array}\)

Hướng dẫn giải

- Điều kiện nghiệm đúng của định luật Hacđi-Vanbec:

• Định luật Hacđi-Vanbec chỉ nghiệm đúng trong, những điều kiện nhất định đối với quần thể như: số lượng cả thể lớn, diễn ra sự ngẫu phối, các loại giao tử đều có sức sống và thụ tinh như nhau, các loại hợp tử đều có sức sống như nhau, không có đột biến và chọn lọc, không có sự di nhập gen...
• Trên thực tế, tần số tương đối của các alen bị biến đổi do ảnh hưởng của các quá trình: đột biến, chọn lọc, di nhập gen... Đó là trạng thái động của quần thể, phản ánh tác dụng của chọn lọc và các nhân tố khác (giải thích cơ sở của sự tiến hoá sẽ được trình bày ở các phần sau).

- Ý nghĩa của định luật Hacđi-Vanbec:

• Định luật Hacđi-Vanbec phản ánh trạng thái cân bằng di truyền trong quần thể. Nó giải thích vì sao trong thiên nhiên có những quần thể được duy trì ổn định qua thời gian. Đây là định luật cơ bản để nghiên cứu di truyền học quần thể.
• Giá trị thực tiễn của định luật này thể hiện trong việc xác định tần số tương đối của các kiểu gen và các alen từ tỉ lệ các kiểu hình. Từ đó cho thấy khi biết được tần số xuất hiện đột biến nào đó có thể dự tính xác suất bắt gặp thể đột biến đó trong quần thể, hoặc dự đoán sự tiềm tàng các gen hay các đột biến có hại trong quần thể. Điều đó rất quan trọng trong y học và chọn giống.

Trong một quần thể ngô (bắp), cây bạch tạng (aa) chiếm 0,0025 trong tổng số cá thể của quần thể. Xác định cấu trúc di truyền của quần thể đó. Biết rằng quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền.

Phương pháp giải

• Xem lại Cấu trúc di truyền của quần thể (tiếp theo)
• Xác định tỷ lệ kiểu gen đồng hợp lặn => Tần số alen => Thành phần kiểu gen

Hướng dẫn giải

Trước hết ta xác định tần số tương đối của gen a (q), từ đó suy ra tần số của gen A (p) và căn cứ các tần số p và q để xác định thành phần di truyền trong quần thể

Tần số các cá thể có kiểu gen aa = 0,0025 = q²  -> q=0,05

Từ công thức: p + q = 1 -> p = 1 - 0,05 = 0,95

Quần thể ở trạng thái cân bằng, nên:

Tần số của kiểu gen AA: p² = 0,952 = 0,9025

Tần số của kiểu gen Aa: 2pq = 2 × 0,95 × 0,05 = 0,0950

Như vậy, quần thể có cấu trúc di truyền là: 0,9025 AA ; 0,095 Aa ; 0,0025 aa.

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

a) 0,42 AA ; 0,48 Ạa ; 0,10 aa

b) 0,25 AA ; 0,50 Aa ; 0,25 aa

c) 0,34 AA ; 0,42 Aa ; 0,24 aa

d) 0,01 AA ; 0,18 Aa ; 0,81 aa

Quần thể nào nêu trên ở trạng thái cân bằng di truyền? Xác định tần số tương đối của các alen ở mỗi quần thể.

Phương pháp giải

• Xem lại Cấu trúc di truyền của quần thể (tiếp theo)
• Xác định tần số alen của từng quần thể

Quần thể nào đáp ứng công thức của định luật Hacđi-Vanbec là quần thể cân bằng di truyền

Hướng dẫn giải

• Các quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền là b và d.
• Tần số của các alen ở các quần thể:

a) p = 0,66; q = 0,34

b) p = 0,5; q = 0,5                                              

c) p = 0,55; q = 0,45

d) p = 0,1; q = 0,9

Hãy chọn phương án trả lời đúng. Quần thể giao phối được xem là đơn vị sinh sản, đơn vị tồn tại của loài trong thiên nhiên vì

A. có sự giao phối ngẫu nhiên và tự do giữa các cá thể trong quần thể.

B. không có sự cách li trong giao phối giữa các cá thể thuộc các quần thể khác nhau trong một loài.

C. không có sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các cá thể về mặt sinh sản.

D. sự giao phối trong nội bộ quần thể xảy ra không thường xuyên. 

Phương pháp giải

• Xem lại Cấu trúc di truyền của quần thể (tiếp theo)
• Trong 1 quần thể lớn, ngẫu phối, nếu không có các yếu tố làm thay đổi tần số alen thì thành phần kiểu gen của quần thể sẽ duy trì không đổi qua các thế hệ theo đẳng thức:

\(\begin{array}{l}
{p^2} + 2pq + {q^2} = 1\\
\left( {p + q} \right) = 1
\end{array}\)

Hướng dẫn giải

Quần thể giao phối được xem là đơn vị sinh sản, đơn vị tồn tại của loài trong thiên nhiên vì có sự giao phối ngẫu nhiên và tự do giữa các cá thể trong quần thể

Đáp án A.