Câu hỏi: Xác định xem quần thể có cân bằng hay không
Trả lời:
Cách 1: Quần thể dAA + hAa + raa cân bằng di truyền khi dr = [h/2]2
Ví dụ: Cho các quần thể có cấu trúc di truyền sau:
Quần thể 1: 0,64AA + 0,32Aa + 0,04aa
Quần thể 2: 0,5AA + 0,4Aa + 0,1aa
Các quần thể trên có đạt trạng thái cân bằng không?
Giải:
Xét quần thể 1: Ta có: 0,64x0,04 = [0,32/2]2 => Quần thể 1 cân bằng
Xét quần thể 2: Ta có: 0,5x0,1 ≠ [0,4/2]2 => QuẦN thể 2 không cân bằng.
Cách 2: Một quần thể cân bằng có cấu trúc di truyền
p2AA + 2pqAa + p2aa trong đó p là tần số alen A, q là tầng số alen a.
Ví dụ: Cho các quần thể có cấu trúc như sau:
Quần thể 1: 0,49AA + 0,42Aa + 0,09aa
Quần thể 2: 0,7AA + 0,2Aa + 0,1aa
Các quần thể trên có ở trạng thái cân bằng không?
Giải
Xét quần thể 1: Ta có: pA = 0,49 + 0,42/2 = 0,7; qa = 0,3
Quần thể 1 cân bằng khi có cấu trúc: 0,72AA + 2x0,7x0,3Aa + 0,32aa = 0,49AA + 0,42Aa + 0,09aa chính là cấu trúc di truyền của quần thể 1 => Quần thể 1 cân bằng.
Quần thể 2: Ta có: pA = 0,7 + 0,2/2 = 0,8; qa = 0,2 quần thể 2 cân bằng có cấu trúc:
0,82AA + 2x0,8x0,2Aa + 0,22aa hay 0,64AA + 0,32Aa + 0,04aa, khác cấu trúc di truyền quần thể 2 → Quần thể 2 không cân bằng.
Cùng Top lời giải tìm hiểu thêm về quần thể ngẫu phối nhé:
1. Khái niệm: Quần thể ngẫu phối
- Quần thể ngẫu phối là quần thể sinh vật mà các cá thể trong quần thể giao phối 1 cách hoàn toàn ngẫu nhiên với nhau.
- Quần thể giao phối là tập hợp các cá thể cùng loài, cùng chung sống trong 1 khoảng không gian xác định, tồn tại trong 1 thời gian nhất định, trong đó các cá thể giao phối với nhau để sinh ra thế hệ sau hữu thụ.
- Ở quần thể giao phối, các cá thể giao phối tự do với nhau [Các cá thể thuộc những quần thể khác trong cùng 1 loài thường không giao phối với nhau do cách li nhau bởi những điều kiện sống nhất định nhưng khi tiếp xúc với nhau, chúng vẫn có thể giao phối với nhau được]. Những cá thể thuộc 2 loài khác nhau không giao phối được với nhau hoặc nếu có giao phối thì không có kết quả.
2. Đặc điểm của quần thể ngẫu phối.
- Giao phối ngẫu nhiên là đặc trưng cơ bản của quần thể ngẫu phối [Các cá thể giao phối tự do với nhau].
- Quan hệ nổi bật giữa các cá thể trong quần thể là quan hệ về mặt sinh sản. Do đó, quần thể ngẫu phối là đơn vị sinh sản của loài trong tự nhiên.
- Đa dạng về kiểu gen, kiểu hình.
- Mỗi 1 quần thể ngẫu phối được phân biệt với các quần thể khác của cùng 1 loài ở tần số các alen, tần số kiểu gen và tần số các kiểu hình trong quần thể.
- Tần số tương đối của các alen về 1 hoặc vài gen điển hình nào đó là dấu hiệu đặc trưng cho sự phân bố về các kiểu gen, kiểu hình trong quần thể đó.
- Trong những điều kiện nhất định, tần số tương đối của các alen và thành phần kiểu gen của quần thể được duy trì ổn định qua các thế hệ.
3. Tính đa hình của quần thể ngẫu phối
- Khái niệm: Tính đa hình là sự đa dạng về kiểu gen và kiểu hình của các cá thể trong quần thể. Các cá thể trong quần thể chỉ giống nhau ở những nét cơ bản, chúng khác nhau về nhiều chi tiết.
- Nguyên nhân: Quần thể ngẫu phối có tính đa hình là do:
+ Quá trình đột biến: Tạo ra rất nhiều alen khác nhau của cùng một gen => tạo ra nhiều kiểu gen khác nhau trong quần thể.
+ Quá trình giao phối: Các kiểu gen khác nhau trong quần thể tạo ra các giao tử khác nhau. Qua quá trình ngẫu phối, các giao tử được tổ hợp tự do, ngẫu nhiên => tạo ra lượng lớn các biến dị tổ hợp.
+ Hiện tượng hoán vị gen, tương tác gen: Làm tăng biến dị tổ hợp.
+ Hiện tượng di nhập gen: Làm tăng loại alen và tần số các alen.
4. Trạng thái cân bằng của quần thể ngẫu phối – Định luật Hacđi-Vanbec
- Năm 1908, Hacđi [người Anh] và Vanbec [người Đức] đã độc lập phát hiện ra quy luậtổn định về tỷ lệ phân bố các kiểu gen và kiểu hình trong quần thể ngẫu phối, sau này gọi là Định luật Hacđi- Vanbec.
Nội dung định luật: Trong một 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 sẽở trạng thái cân bằng và được duy trì không đổi từ thế hệ này sang thế hệ khác theo đẳng thức:
p2 + 2pq + q2 = 1
Trường hợp gen gồm 2 alen:
- Trong một quần thể ngẫu phối, xét một gen chỉ gồm 2 alen A và a: Tần số alen A là p[A], tần số alen a là q[a]. Ta có
p[A ]+ q[a] = 1
- Khi xảy ra ngẫu phối quần thể sẽ đạt trạng thái cân bằng theo đẳng thức: [p[A]+q[a]]2 = p2AA + 2pqAA + q2aa = 1
=> Lúc này, tần số kiểu gen
AA = p2; Aa = 2pq; aa = q2
Trường hợp gen gồm 3 alen:
- Trong một quần thể ngẫu phối, xét một gen có 3 alen A1, A2 và a nằm trên NST thường.
- Gọi p là tần số alen A1; q là tần số alen A2; r là tần số alen a. Khiđó: p + q + r = 1
Nhận xét:
- Trạng thái cân bằng Hacđi-Vanbec có thể mở rộng cho trường hợp 1 gen gồm nhiều alen trong quần thể ngẫu phối, công thức chung:
[p1[a1] + p2[a2] +....+ pn[an]]2 = 1
- Tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể ngẫu phối không thayđổi qua các thế hệ.
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 [quần thể ngẫu phối]
- Các cá thể có kiểu gen khác nhau phải có sức sống và khả năng sinh sản như nhau [không có CLTN].
- Không xảy ra đột biến, nếu có thì tần số đột biến thuận phải bằng tần số đột biến nghịch.
- Quần thể phải được cách li với các quần thể khác [không có sự di – nhập gen].
Điều kiện để quần thể đạt trạng thái cân bằng di truyền
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.
Mặt hạn chế củađịnh luật
Trên thực tế, một quần thể trong tự nhiên rất khó có thểđápứngđược tất cả cácđiều kiện nêu trên nên tần số alen và thành phần kiểu gen liên tục bị biếnđổi.
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.
Ý nghĩa của định luật Hacđi - Vanbec
* 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.
Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
Giải Bài Tập Sinh Học 12 – Bài 21: Trạng thái cân bằng của quần thể giao phối ngẫu nhiên [Nâng Cao] giúp HS giải bài tập, cung cấp cho học sinh những hiểu biết khoa học về đặc điểm cấu tạo, mọi hoạt động sống của con người và các loại sinh vật trong tự nhiên:
Trả lời câu hỏi Sinh 12 nâng cao Bài 21 trang 85: Hãy xác định tần số tương đối của các alen A và a ở thế hệ xuất phát và cấu trúc di truyền ở thế hệ tiếp theo qua ngẫu phối. Từ đó rút ra nhận xét gì?
Lời giải:
– Vận dụng công thức tính tần số tương đối các alen xác định được:
+ Tần số tương đối của alen A là: p = 0,36 + 0,48/2 = 0,6
+ Tần số tương đối của alen a là: q = 1 – 0,6 = 0,4
– Qua 2 thế hệ ngẫu phối tần số tương đối của các gen và alen không đổi.
– Cấu trúc di truyền của quần thế thế hệ tiếp theo:
0,36 AA : 0,48 Aa : 0,16 aa
Quần thể thế hệ tiếp theo có cấu trúc p2 + 2pq + q2 = 1 nghiệm đúng công thức Hacđi – Vanbec, phản ánh trạng thái cân bằng di truyền của quần thể.
Trả lời câu hỏi Sinh 12 nâng cao Bài 21 trang 85: Quần thể này có ở trạng thái cân bằng di truyền không? Có nhận xét gì về cấu trúc di truyền của quần thể ở thế hệ tiếp theo sau khi diễn ra sự ngẫu phối?
Lời giải:
– Cấu trúc của quần thể ban đầu:
0,68 AA : 0,24 Aa : 0,08 aa
Quần thể không ở trạng thái cân bằng di truyền vì tỉ lệ kiểu gen không tương ứng với công thức Hacđi – Vanbec: p2 + 2pq + q2 = 1.
– Tần số tương đối của alen A: p = 0,68 + 0,24 : 2 = 0,8
Tần số tương đối của alen a: q = 1 – 0,8 = 0,2
+ Cấu trúc di truyền của quần thể tiếp theo:
| 0,8 A | 0,2 a | |
| 0,8 A | 0,64 AA | 0,16 Aa |
| 0,2 a | 0,16 Aa | 0,04 aa |
→ 0,64 AA : 0,32 Aa : 0,04 aa = 1
+ Cấu trúc của quần thể di truyền nghiệm đúng với công thức Hacđi – Vanbec nên quần thể cân bằng di truyền.
→ Như vậy, một quần thể chưa đạt trạng thái cân bằng, nếu ngẫu phối một lần thì đạt trạng thái cân bằng, sau đó nếu tiếp tục ngẫu phối thì cấu trúc di truyền của quần thể không đổi qua các thế hệ [nếu không có áp lực tiến hóa].
Lời giải:
– Quần thể giao phối được xem là đơn vị sinh sản, đơn vị tồn tại của loài trong. 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.
– Trong quần thể giao phối thì số gen trong cá thể rất lớn, số alen không phải là ít, vì thể 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.
– Giao phối ngẫu nhiên là nét đặc trưng giữa các cá thể trong quần thể.
Lời giải:
– Nội dung: 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:
| 0,6 A | 0,4 a | |
| 0,6 A | 0,36 AA | 0,24 Aa |
| 0,4 a | 0,24 Aa | 0,16 aa |
→ 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.
Lời giải:
– Ý nghĩa: 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 dài.
+ Giá trị của thực tiễn: xác định tần số tương đối của các kiểu gen và các alen từ tỉ lệ các kiểu hình. Từ đó, khi biết được tần số xuất hiện đột biến nào đó thì có thể dự tính xác suất bắt gặp thể đột biến đó trong quần thể, hoặc dự đoán các gen hay các đột biến có hại trong quần thể. Điều đó rất quan trọng trong y học và chọn giống.
– Điều kiện nghiệm đúng:
+ Số lượng cá thể lớn.
+ Có 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, chọn lọc, di nhập gen…
Lời giải:
Cây bạch tạng aa: 0,0025 → Tần số tương đối của alen a: q = √0,0025 = 0,05
→ Tần số tương đối của alen A: p = 1 – 0,05 = 0,95
Quần thể ở trạng thái cân bằng, nên: Cấu trúc di truyền của quần thể là:
[0,95]2 AA : 2×0,95×0,05 Aa : [0.05]2 aa
0.9025 AA : 0.095 Aa : 0,0025aa
a. 0,42 AA ; 0,48 Aa ; 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.
Lời giải:
a. Cấu trúc di truyền của quần thể:
0,42 AA ; 0,48 Aa ; 0,10 aa
→ Quần thể chưa ở trạng thái cân bằng di truyền vì không nghiệm đúng với công thức Hacđi – Vanbec: p2 + 2pq + q2 = 1.
Tần số tương đối của alen A: p = 0,42 + 0,48/2 = 0,66
Tần số tương đối của alen a: q = 1 – 0,66 = 0,34
b. Cấu trúc di truyền của quần thể:
0,25 AA ; 0,50 Aa ; 0,25 aa
→ Quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền vì nghiệm đúng với công thức Hacđi – Vanbec: p2 + 2pq + q2 = 1.
Tần số tương đối của alen A: p = 0,25 + 0,5/2 = 0,5
Tần số tương đối của alen a: q = 1 – 0,5 = 0,5
c. Cấu trúc di truyền của quần thể:
0,34 AA ; 0,42 Aa ; 0,24 aa
→ Quần thể chưa ở trạng thái cân bằng di truyền vì không nghiệm đúng với công thức Hacđi – Vanbec: p2 + 2pq + q2 = 1.
Tần số tương đối của alen A: p = 0,34 + 0,42/2 = 0,55
Tần số tương đối của alen a: q = 1 – 0,55 = 0,45
d. Cấu trúc di truyền của quần thể:
0,01 AA ; 0,18 Aa ; 0,81 aa
→ Quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền vì nghiệm đúng với công thức Hacđi – Vanbec: p2 + 2pq + q2 = 1.
Tần số tương đối của alen A: p = 0,01 + 0,18/2 = 0,1
Tần số tương đối của alen a: q = 1 – 0,1 = 0,9
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.
Lời giải:
Đáp án A