Cấu trúc di truyền của quần thể ngẫu phối: Lý thuyết và bài tập quần thể ngẫu phối

Bên cạnh di truyền tự phối, quần thể có thể thực hiện ngẫu phối và được gọi là di truyền của quần thể ngẫu phối. Đây là quá trình di truyền diễn ra trong quần thể với sự kết hợp ngẫu nhiên của gen từ các cá thể. Điều này tạo nên sự đa dạng và thay đổi gen trong quần thể, góp phần vào tiến hóa và thích nghi của các loài sinh vật. Vậy cấu trúc di truyền quần thể ngẫu phối có đặc điểm gì cần lưu ý? Công thức tính như thế nào? Mời các em tham khảo qua bài viết sau:

1. Di truyền 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. 

2. Đặc điểm cấu trúc 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.

3. Trạng thái cân bằng di truyền quần thể ngẫu phối

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  

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

: tần số của alen trội; : tần số của alen lặn và 

: tần số kiểu gen AA; : tần số kiểu gen Aa và  là 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.

3.4.1. 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.

3.4.2. 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.

4. Công thức di truyền quần thể ngẫu phối

Quần thể cân bằng thỏa hằng đẳng thức:

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

: tần số của alen trội; : tần số của alen lặn và

 là tần số kiểu gen AA ;  là tần số kiểu gen Aa và  là tần số kiểu gen aa

Với P:d(AA):h(Aa):r(aa)

Tính tần số alen 

Tính tần số alen 

Kiểm tra sự cân bằng của quần thể 

Nếu quần thể đạt trạng thái cân bằng thì ; ; 

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.

5. Bài tập vận dụng cấu trúc di truyền ngẫu phối

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: 

1. 0,3 ; 0,7 
2. 0,8 ; 0,2    
3. 0,7 ; 0,3    
4. 0,2 ; 0,8

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:

1. A = 0,30 ; a = 0,70         
2. A = 0,50 ; a = 0,50 
3. A = 0,25 ; a = 0,75         
4. A = 0,35 ; a = 0,65 

Câu 3: 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?

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. 

1. 5,0%.    
2. 6,9%.    
3. 13,3%.    
4. 7,41%.

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.

1. 2.                                        
2. 3.                              
3. 4.                                  
4. 5.

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:

1. 0,36 AA : 0,48 Aa : 0,16 aa    
2. 0,16 AA : 0,36 Aa : 0,48 aa
3. 0,16 AA : 0,48 Aa : 0,36 aa    
4. 0,48 AA : 0,16 Aa : 0,36 aa

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:

1. 3375 cá thể     
2. 2880 cá thể     
3. 2160 cá thể     
4. 2250 cá thể 

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?

1. D = 0,16 ; d = 0,84     
2. D = 0,4 ; d = 0,6     
3. D = 0,84 ; d = 0,16     
4. D = 0,6 ; d = 0,4 

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:

1. 18%.    
2. 37,5%.    
3. 50%.    
4. 75%.

Trên đây là lý thuyết và bài tập chuyên đề cấu trúc di truyền của quần thể ngẫu phối. VOH Giáo dục hy vọng rằng sẽ giúp các em hiểu về sự kết hợp ngẫu nhiên của gen trong quần thể và cách di truyền diễn ra. Cũng như có nguồn tài liệu hữu ích phục vụ các em trong quá trình ôn tập và giải bài tập liên quan đến chuyên đề. 

Giáo viên biên soạn: Trương Thị Hữu Nhơn 

Đơn vị: Trường THCS-THPT Nguyễn Khuyến