So sánh quần thể tự phối và quần thể ngẫu phối

1. Cấu trúc di truyền quần thể ngẫu phối

1.1 Quần thể ngẫu phối

Quần thể sinh vật được gọi là ngẫu phối khi các cá thể trong quần thể lựa chọn bạn tình để giao phối một cách hoàn toàn ngẫu nhiên.

1.2 Đặc điểm di truyền quần thể ngẫu phối

Trong quần thể ngẫu phối, các cá thể có kiểu gen khác nhau kết đôi với nhau một cách ngẫu nhiên.Ngoài ra, trong quần thể, một gen có thể có rất nhiều alen khác nhau.

Tạo nên một lượng biến dị di truyền rất lớn trong quần thể làm nguồn nguyên liệu cho quá trình tiến hóa và chọn giống.

Quần thể ngẫu phối trong những điều kiện nhất định có thể duy trì tần số các kiểu gen khác nhau trong quần thể một cách không đổi. Như vậy, một đặc điểm quan trọng của quần thể ngẫu phối là duy trì được sự đa dạng di truyền của quần thể.

1.3 Trạng thái cân bằng di truyền quần thể

Trong một quẩn thể ngẫu phối kích thước lớn, nếu như không có các yếu tố làm thay đổi tần số alen thì thành phần kiểu gen của quần thể sẽ duy trì không đổi từ thế hệ này sang thế hệ khác theo đẳng thức p2+2pq+q2=1

Ví dụ: Trong quần thể, xét 1 gen chỉ có 2 loại alen là A và a

pA:tần số của alen trội; qa: tần số của alen lặn vàpA+qa=1

p2: tần số kiểu gen AA; 2pq: tần số kiểu gen Aa và q2là tần số kiểu gen aa

• 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 có kiểu gen khác nhau phải có sức sống và khả năng sinh sản như nhau [không có chọn lọc tự nhiên].
• Đột biến không xảy ra hay có xảy ra thì tần số đột biến thuận phải bằng tần số đột biến nghịch.
• Quần thể phải được cách ly với các quần thể khác [không có sự di nhập gen giữa các quần thể].

Trong các điều kiện này thì điều kiện các cá thể trong quần thể phải giao phối với nhau một cách ngẫu nhiên là điều kiện cơ bản nhất.

• Trên thực tế, một quần thể trong tự nhiên rất khó có thể đáp ứng được tất cả các điều kiện nêu trên nên tần số alen và thành phần kiểu gen liên tục bị biến đổi.
• Một quần thể có thể cân bằng về thành phần kiểu gen của một gen này nhưng lại có thể không cân bằng về thành phần kiểu gen của một gen khác.

Về mặt lý luận

• Định luật Hacđi - Vanbec giải thích vì sao trong tự nhiên có những quần thể duy trì trạng thái ổn định trong thời gian dài.
• Trong tiến hoá, sự duy trì, kiên định những đặc điểm đạt được có ý nghĩa quan trọng chứ không phải chỉ có sự phát sinh các đặc điểm mới có ý nghĩa.

Về mặt thực tiễn

• Dựa vào công thức Hacđi - Vanbec, có thể từ tỷ lệ kiểu hình suy ra tỷ lệ kiểu gen và tần số tương đối các alen, ngược lại, từ tần số tương đối của alen đã biết có thể dự tính tỷ lệ các kiểu gen và kiểu hình.
• Nắm được thành phần kiểu gen của một số quần thể có thể dự đoán tác hại của các đột biến gây chết, đột biến có hại, hoặc khả năng gặp những đồng hợp tử mang đột biến có lợi.

2. Công thức và bài tập ứng dụng di truyền quần thể ngẫu phối

2.1 Công thức di truyền quần thể ngẫu phối

Quần thể cân bằng thỏa hằng đẳng thức:

p2AA+2pqAa+q2aa=1,0

Ví dụ: Trong quần thể gen chỉ có 2 loại alen là A và a

pA:tần số của alen trội; qa: tần số của alen lặn và pA+qa=1,0

p2là tần số kiểu gen AA ;2pq là tần số kiểu gen Aa và q2là tần số kiểu gen aa

p2.q2=2pq22

hoặcp2+q2=1

Với P:d[AA]:h[Aa]:r[aa]

Tính tần số alenA=d+h2

Tính tần số alena=r+h2

Kiểm tra sự cân bằng của quần thểd.r=h22

hoặcd+r=1

Nếu quần thể đạt trạng thái cân bằng thìd=p2;h=2pq;r=q2

Nếu quần thể chưa đạt trạng thái cân bằng thì d chỉ là tần số của kiểu gen AA; h chỉ là tần số của kiểu gen Aa và r chỉ là tần số của kiểu gen aa.

2.2 Bài tập vận dụng

Câu 1: Một quần thể có cấu trúc di truyền 0,04 AA + 0,32 Aa + 0,64 aa = 1. Tần số tương đối của alen A, a lần lượt là:

A. 0,3 ; 0,7

B. 0,8 ; 0,2

C. 0,7 ; 0,3

D. 0,2 ; 0,8

Giải thích:

P: d[AA] = 0,04; h[Aa] = 0,32; r[aa] = 0,64

Tính tần số alenA=d+h2

Tính tần số alena=r+h2

Tần số tương đối của alen0,04+0,322=0,2

Tần số tương đối của alen 0,64+0,322=0,8

Đáp án D

Câu 2: Xét một quần thể có 2 alen [A, a]. Quần thể khởi đầu có số cá thể tương ứng với từng loại kiểu gen là: 65AA:26Aa:169aa. Tần số tương đối của mỗi alen trong quần thể này là:

A. A = 0,30 ; a = 0,70

B. A = 0,50 ; a = 0,50

C. A = 0,25 ; a = 0,75

D. A = 0,35 ; a = 0,65

Giải thích

Cách 1: Toàn bộ quần thể có 260 cây chứa 260×2=520alen khác nhau của gen quy định màu hoa, trong đó có 65 cây có kiểu gen AA, 26 cây có kiểu gen Aa và 169 cây có kiểu gen aa.

Tổng số alen A trong quần thể:65×2+26=156

Tổng số alen a trong quần thể:26+169×2=364

Tần số alenA=156520=0,3

Tần số alena=364520=0,7

Cách 2:Tỉ lệ các kiểu gen

AA=65260=0,25

Aa=26260=0,1

aa=169260=0,65

Tần số kiểu gen: 0,25 AA:0,1 Aa:0,65aa.

Tần số alenA=0,25+0,12=0,3

Tần số alena=0,65+0,12=0,7

Đáp án A

Câu 3: Một quần thể thực vật lưỡng bội, alen A quy định thân cao trội hoàn toàn so với alen a quy định thân thấp. Ở thể hệ xuất phát [P] có cấu trúc di truyền 0,5AA:0,4Aa:0,1 aa. Khi P tự thụ phấn liên tiếp qua 3 thế hệ, theo lý thuyết, trong tổng số cây thân cao ở F3, cây mang kiểu gen dị hợp tử chiếm tỷ lệ

A. 5,0%.

B. 6,9%.

C. 13,3%.

D. 7,41%.

Giải thích

P: 0,5AA:0,4Aa:0,1 aa và [n = 3]

F3:Aa=0,4×123=0,05

AA=0,5+0,4-0,052=0,675

aa=0,1+0,4-0,052=0,275

Trong tổng số cây thân cao ở F3, cây mang kiểu gen dị hợp tử chiếm tỷ lệ:

0,050,05+0,675=2296,9%

Đáp án B

Câu 4: Theo định luật Hardy - Weinberg, có bao nhiêu quần thể sinh vật ngẫu phối sau đây đang ở trạng thái cân bằng di truyền?

[1] 0,5AA : 0,5aa.

[2] 0,64AA : 0,32Aa : 0,04aa.

[3] 0,2AA : 0,6Aa: 0,2aa.

[4] 0,75AA : 0,25aa.

[5] 100% AA.

[6] 100% Aa.

A. 2.

B. 3.

C. 4.

D. 5.

Giải thích

Quần thể [2]0,64+0,04=1,0

Quần thể [5]1+0=1,0

Chỉ có quần thể [2] , [5] là thỏa điều kiệnp2+q2=1

Đáp ánA

Câu 5: Một quần thể [P] 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

Giải thích

Tỉ lệ các kiểu gen là:

AA=60200=0,3
Aa=40200=0,2

aa=100200=0,5

Tần số kiểu gen P: 0,3 AA:0,2 Aa:0,5aa.

Nhận thấy0,3+0,5khác 1

Quần thể này chưa cân bằng di truyền. Sau khi ngẫu phối thì sẽ đạt trạng thái cân bằng di truyền.

Tần số alenA=0,3+0,22=0,4

Tần số alena=0,5+0,22=0,6

QT ngẫu phối

F1: 0,4²[AA]:2.0,4.0,6[Aa]:0,6²[aa]

=0,16AA:0,48Aa:0,36aa

Đáp án C

Câu 6:Một quần thể có 1050 cá thể AA, 150 cá thể Aa và 300 cá thể aa. Nếu lúc cân bằng, quần thể có 6000 cá thể thì số cá thể dị hợp trong đó là:

A. 3375 cá thể

B. 2880 cá thể

C. 2160 cá thể

D. 2250 cá thể

Giải thích

Tổng số cá thể trong quần thể: 1050 + 150 + 300 = 1500

Thành phần kiểu gen P: 0,7AA:0,1Aa:0,2aa

Nhận thấy0,7+0,2khác 1,0

Quần thể chưa cân bằng

Để quần thể đạt trạng thái cân bằng, các cá thể trong quần thể ngẫu phối.

Tần số tương đối củaA=0,7+0,12=0,75

Tần số tương đối củaa=0,2+0,12=0,25

Quần thể ngẫu phối sẽ đạt trạng thái cân bằng và thỏa đẳng thức:

p²[AA]+2pq[Aa]+q²[aa]=1,0

F1: 0,75²[AA]+2.0,75.0,25[Aa]+0,252[aa]=1

F1: 0,5625AA:0,375Aa:0,0625aa

Số cá thể dị hợp trong quần thể khi đạt trạng thái cân bằng và có 6000 cá thể:

0,375×6000=2250

Đáp án D

Câu 7: Một quần thể ở trạng thái cân bằng Hardy-Weinberg có 2 alen D, d ; trong đó số cá thể dd chiếm tỉ lệ 16%. Tần số tương đối của mỗi alen trong quần thể là bao nhiêu?

A. D = 0,16 ; d = 0,84

B. D = 0,4 ; d = 0,6

C. D = 0,84 ; d = 0,16

D. D = 0,6 ; d = 0,4

Giải thích

Quần thể cân bằng di truyền có cấu trúc thỏa đẳng thức:

p²[DD]+2pd[Dd]+q²[dd]=1,0

q2[dd]=0,16

qd=0,4

pD=1-0,4=0,6

D=0,6;d=0,4

Đáp án D

Câu 8: Một quần thể đang cân bằng về mặt di truyền, trong đó kiểu gen AA bằng 9 lần kiểu gen aa. Tỉ lệ kiểu gen dị hợp Aa của quần thể là:

A. 18%.

B. 37,5%.

C. 50%.

D. 75%.

Giải thích

Quần thể cân bằng di truyền có cấu trúc thỏa đẳng thức:

p²[AA]+2pq[Aa]+q²[aa]=1,0

p2[AA]=9q2[aa]

pA=3qa

Mà p + q = 1,0 p = 0,75 ; q = 0,25 2pq = 2 .0,75 .0,25 = 0,375

Tỉ lệ kiểu gen dị hợp Aa của quần thể = 37,5%

Đáp án B

-----------------------------

Hy vọng bài viết sẽ hỗ trợ các em trong quá trình tự học vàôn tập kiến thức di truyền quần thể ngẫu phối hiệu quả.

Người biên soạn:

Giáo viên: Trương Thị Hữu Nhơn

Trường THCS-THPT Nguyễn Khuyến