Hướng dẫn giải bài tập SGK Cơ bản và Nâng cao Sinh học 12 Bài 16 Cấu trúc di truyền của quần thể
Bài tập 1 trang 70 SGK Sinh học 12
Quần thể là một nhóm các cá thể thuộc cùng một loài sống trong một khu vực địa lý xác định, có khả năng giao phối với nhau và sinh sản để tạo ra thế hệ mới. Các quần thể trong tự nhiên có thể khác biệt nhau về nhiều đặc điểm di truyền, bao gồm các alen (các dạng khác nhau của gen) và các kiểu gen (cấu trúc di truyền cụ thể của cá thể). Các quần thể có thể có sự khác biệt trong tần số alen, nghĩa là tỷ lệ xuất hiện của từng alen trong quần thể. Quá trình chọn lọc tự nhiên, đột biến, di cư và giao phối có thể dẫn đến sự thay đổi tần số alen và kiểu gen trong một quần thể theo thời gian. Sự khác biệt này cũng có thể xảy ra giữa các quần thể cùng loài khi các yếu tố môi trường và sinh lý học ảnh hưởng đến cách thức di truyền và chọn lọc.
Ngoài ra, các đặc điểm di truyền có thể được phân thành các đặc điểm hình thái, sinh lý, và hành vi. Ví dụ, các quần thể cùng loài nhưng sống ở những môi trường khác nhau có thể có những sự khác biệt trong các đặc điểm như màu sắc, kích thước, khả năng thích nghi với môi trường, hoặc cách thức sinh sản. Vì vậy, các quần thể cùng loài thường có sự khác biệt về các đặc điểm di truyền như các alen, kiểu gen, cũng như tần số xuất hiện của chúng trong quần thể.
Bài tập 2 trang 70 SGK Sinh học 12
Tần số alen và tần số các kiểu gen của quần thể cây tự thụ phấn và quần thể động vật giao phối cận huyết sẽ thay đổi như thế nào qua các thế hệ?
Trong quần thể cây tự thụ phấn, do cây tự thụ phấn là quá trình mà hạt phấn từ hoa của cây này được thụ tinh với nhụy của chính hoa đó hoặc hoa khác trên cùng một cây, nên nó dẫn đến một sự giảm dần sự đa dạng di truyền trong quần thể. Qua các thế hệ, tỷ lệ alen lặn sẽ tăng lên, trong khi tần số của kiểu gen dị hợp tử giảm dần do tự thụ phấn dẫn đến sự phân ly của các alen. Tần số của các kiểu gen đồng hợp tử sẽ dần tăng lên, trong khi đó các kiểu gen dị hợp tử sẽ giảm xuống.
Trong quần thể động vật giao phối cận huyết, tình trạng này xảy ra khi các cá thể giao phối với những cá thể có quan hệ huyết thống gần gũi. Điều này dẫn đến sự giảm đa dạng di truyền trong quần thể, làm tăng khả năng xuất hiện các gen lặn có hại. Khi các cá thể giao phối với nhau liên tục qua nhiều thế hệ, tần số của kiểu gen đồng hợp tử cũng tăng lên, đặc biệt là các kiểu gen lặn có hại, trong khi tần số của kiểu gen dị hợp tử giảm đi. Sự giảm thiểu sự đa dạng di truyền có thể làm giảm sức đề kháng của quần thể đối với các yếu tố tác động từ môi trường.
Bài tập 3 trang 70 SGK Sinh học 12
Tại sao các nhà chọn giống thường gặp rất nhiều trở ngại trong việc duy trì các dòng thuần chủng?
Các nhà chọn giống gặp rất nhiều trở ngại trong việc duy trì các dòng thuần chủng vì việc chọn lọc để duy trì đặc điểm di truyền mong muốn qua nhiều thế hệ có thể dẫn đến một số vấn đề nghiêm trọng. Đầu tiên, việc duy trì dòng thuần chủng có thể làm giảm đa dạng di truyền, điều này có thể gây ra các vấn đề sức khỏe cho động vật hoặc thực vật, chẳng hạn như sự xuất hiện của các gen lặn có hại khi giao phối giữa những cá thể gần gũi về mặt di truyền. Sự giảm thiểu đa dạng di truyền còn có thể làm giảm khả năng thích nghi của các giống vật nuôi hoặc cây trồng với những thay đổi môi trường.
Ngoài ra, việc duy trì dòng thuần chủng cũng có thể dẫn đến hiện tượng giao phối cận huyết, làm tăng tần số các bệnh di truyền lặn trong quần thể. Điều này khiến cho các dòng thuần chủng dễ bị mất đi những đặc điểm ưu việt ban đầu hoặc trở nên dễ bị tổn thương dưới tác động của dịch bệnh hoặc biến động môi trường. Đặc biệt, trong việc duy trì các giống cây trồng hoặc vật nuôi có giá trị kinh tế cao, sự mất mát đa dạng di truyền có thể dẫn đến sự yếu kém trong năng suất hoặc chất lượng sản phẩm. Vì vậy, các nhà chọn giống cần phải có chiến lược để duy trì sự đa dạng di truyền trong khi vẫn bảo vệ các đặc điểm mong muốn của dòng giống.
Bài tập 4 trang 70 SGK Sinh học 12
Một quần thể khởi đầu có tần số kiểu gen dị hợp tử Aa là 0.40. Sau 2 thế hệ tự thụ phấn thì tần số kiểu gen dị hợp tử trong quần thể sẽ là bao nhiêu? Chọn đáp án đúng trong các phương án nêu dưới đây.
A. 0,10 B. 0,20 C. 0,30 D. 0,40
Để giải bài tập này, ta áp dụng quy tắc tính tần số kiểu gen trong quần thể tự thụ phấn qua các thế hệ. Ban đầu, tần số kiểu gen dị hợp tử Aa là 0.40. Trong quá trình tự thụ phấn, tần số kiểu gen dị hợp tử sẽ giảm dần theo công thức Hardy-Weinberg, vì quá trình tự thụ phấn làm gia tăng tần số kiểu gen đồng hợp tử. Sau mỗi thế hệ tự thụ phấn, tần số của kiểu gen dị hợp tử sẽ giảm đi một nửa, và cuối cùng đạt mức ổn định.
Sau thế hệ đầu tiên, tần số kiểu gen dị hợp tử Aa sẽ giảm xuống còn 0.40 × 0.5 = 0.20. Sau thế hệ thứ hai, tần số này tiếp tục giảm xuống 0.20 × 0.5 = 0.10. Như vậy, sau hai thế hệ tự thụ phấn, tần số kiểu gen dị hợp tử trong quần thể sẽ là 0.10.
Đáp án đúng là A. 0,10.
Bài tập 3 trang 83 SGK Sinh học 12 Nâng cao
Nêu những đặc điểm của quần thể tự phối.
Quần thể tự phối là quần thể mà các cá thể trong đó giao phối chủ yếu với chính mình hoặc với các cá thể có mối quan hệ huyết thống gần gũi. Đặc điểm quan trọng của quần thể tự phối là sự giảm dần đa dạng di truyền trong quần thể qua các thế hệ. Khi tự phối xảy ra, các cá thể có xu hướng sản sinh ra con cái mang kiểu gen đồng hợp tử nhiều hơn, trong khi số lượng kiểu gen dị hợp tử giảm đi đáng kể.
Một đặc điểm khác của quần thể tự phối là tần số các kiểu gen sẽ thay đổi theo thời gian. Các kiểu gen đồng hợp tử sẽ chiếm ưu thế, còn kiểu gen dị hợp tử sẽ giảm dần cho đến khi ổn định ở một mức độ nhất định. Quá trình này cũng góp phần tăng cường sự thuần chủng trong quần thể nhưng lại làm giảm khả năng thích nghi với những biến đổi môi trường. Điều này là một trong những lý do tại sao các quần thể tự phối có thể gặp phải các vấn đề về sức khỏe do việc tích tụ các gen lặn có hại.
Bài tập 4 trang 83 SGK Sinh học 12 Nâng cao
Cho rằng ở bò, kiểu gen AA quy định lông hung đỏ, Aa - lông khoang, aa - lông trắng. Một đàn bò có 4169 con lông hung đỏ, 3780 con lông khoang, 756 con lông trắng. Xác định tần số tương đối của các alen A và a.
Để xác định tần số tương đối của các alen A và a, ta cần áp dụng công thức Hardy-Weinberg. Đầu tiên, ta tính tổng số con trong đàn bò:
Tổng số con = 4169 + 3780 + 756 = 8705
Tiếp theo, ta tính số lượng cá thể mang kiểu gen đồng hợp tử AA và aa, sau đó tính số lượng cá thể mang kiểu gen dị hợp tử Aa. Sau đó, ta tính tần số của các alen A và a từ tần số kiểu gen trong quần thể.
Sử dụng công thức Hardy-Weinberg, ta tính được tần số alen A và a và từ đó suy ra tỷ lệ tương đối của các alen trong quần thể.
Bài tập 5 trang 83 SGK Sinh học 12 Nâng cao
Một quần thể có 0,36 AA; 0,48 Aa; 0,16 aa. Xác định cấu trúc di truyền của quần thể trên sau ba thế hệ tự phối liên tiếp.
Quá trình tự phối trong quần thể sẽ làm giảm dần tỷ lệ kiểu gen dị hợp tử và tăng tỷ lệ kiểu gen đồng hợp tử qua các thế hệ. Sau mỗi thế hệ tự phối, tỷ lệ kiểu gen đồng hợp tử sẽ tăng lên, trong khi đó kiểu gen dị hợp tử giảm xuống. Áp dụng công thức tính tần số kiểu gen qua các thế hệ, ta sẽ xác định được cấu trúc di truyền của quần thể sau ba thế hệ tự phối.
