Giáo án Bài 18. Di truyền quần thể

Gợi nhớ kiến thức về allele, kiểu gene và quy luật phân li; xác định vấn đề: để mô tả di truyền ở mức quần thể cần đại lượng nào thay cho việc đếm từng cá thể.

GV đưa ra tình huống: một quần thể có 100 cá thể gồm 40 cá thể AA, 40 cá thể Aa và 20 cá thể aa. HS trả lời nhanh các câu hỏi: (1) Có bao nhiêu cá thể mang allele A? (2) Có bao nhiêu bản allele A trong quần thể? (3) Nếu chỉ dùng số cá thể để mô tả thì có đủ thông tin về tỉ lệ allele không? Vì sao?

HS nêu được: (1) Cá thể mang allele A là 80 (40 AA và 40 Aa). (2) Số bản allele A là 120 (AA có 2 bản, mỗi Aa có 1 bản: $2 \times 40 + 40 = 120$). (3) Không đủ, vì số cá thể không phản ánh đúng số bản allele; cần đếm theo bản allele. GV chốt: để mô tả di truyền quần thể, cần đại lượng tần số allele, tính trên tổng số bản allele ở locus.

Nêu được khái niệm tần số allele; tính được p, q từ thành phần kiểu gene của quần thể lưỡng bội có locus hai allele; nhận biết lỗi thường gặp là chia cho số cá thể.

HS làm việc theo nhóm 4 người (kĩ thuật khăn trải bàn). Mỗi nhóm đọc khái niệm tần số allele trong SGK và trang bài học số, sau đó hoàn thành Phiếu học tập số 1. Nội dung phiếu gồm: (a) định nghĩa tần số allele; (b) công thức tính $p$ và $q$; (c) giải ví dụ 40 AA, 40 Aa, 20 aa; (d) nhận xét vì sao không chia 120 cho 100.

Kiến thức HS rút ra:

• Tần số allele là tỉ lệ bản sao một allele trong tổng số bản allele ở locus.
• Với locus hai allele A, a ở quần thể lưỡng bội: $p = f(AA) + \dfrac{f(Aa)}{2}$, $q = 1 - p$.
• Ví dụ: quần thể có 40 AA, 40 Aa, 20 aa. Số bản A là $2 \times 40 + 40 = 120$; tổng số bản allele là $2 \times 100 = 200$. Vậy $p = \dfrac{120}{200} = 0{,}6$ và $q = 0{,}4$.
• Không chia 120 cho 100 vì mỗi cá thể lưỡng bội mang hai bản allele, mẫu số phải là số bản allele (200).

Nêu được mô hình Hardy–Weinberg $p^2 : 2pq : q^2$; nêu được các điều kiện cân bằng; dự đoán được thành phần kiểu gene khi các điều kiện thỏa mãn.

HS làm việc theo nhóm 4 người, nghiên cứu mô hình Hardy–Weinberg trong SGK và trang bài học số. Nhóm hoàn thành Phiếu học tập số 2: (a) viết tỉ lệ kiểu gene theo $p$, $q$; (b) liệt kê các điều kiện cân bằng; (c) tính thành phần kiểu gene của quần thể có $p = 0{,}6$, $q = 0{,}4$; (d) nêu giới hạn khi áp dụng mô hình.

Kiến thức HS rút ra:

• Khi quần thể cân bằng, tỉ lệ kiểu gene là $p^2 : 2pq : q^2$ (tức $p^2$ AA, $2pq$ Aa, $q^2$ aa).
• Các điều kiện cân bằng: ngẫu phối; quần thể đủ lớn; không có chọn lọc; không có đột biến làm đổi allele; không có di nhập làm đổi allele.
• Với $p = 0{,}6$, $q = 0{,}4$: $f(AA) = 0{,}36$; $f(Aa) = 0{,}48$; $f(aa) = 0{,}16$; tổng bằng 1.
• Giới hạn: chỉ dự đoán khi các điều kiện thỏa mãn; không thể suy ra mọi quần thể có cùng $p$, $q$ đều đang ở tỉ lệ này.
• Với trội hoàn toàn, chưa có cân bằng thì không được lấy căn tỉ lệ kiểu hình lặn để tính $q$.

Giải thích được tự phối làm giảm dị hợp qua các thế hệ nhưng không làm thay đổi tần số allele; nhận biết quan niệm sai "dị hợp giảm nghĩa là tần số allele đổi".

HS làm việc theo cặp đôi: xét quần thể gồm toàn cá thể Aa tự phối hoàn toàn, không chọn lọc. HS tính tỉ lệ Aa qua 1 và 2 thế hệ, tính tỉ lệ 1/4 AA : 1/2 Aa : 1/4 aa của một thế hệ tự phối từ Aa, và trả lời: tần số allele A có đổi không?

Kiến thức HS rút ra:

• Aa tự phối cho 1/4 AA : 1/2 Aa : 1/4 aa.
• Khi tự phối hoàn toàn, tỉ lệ dị hợp giảm một nửa mỗi thế hệ: từ 100% Aa, sau 1 thế hệ còn 50% Aa, sau 2 thế hệ còn 25% Aa.
• Tự phối không chọn lọc không tự làm đổi tần số allele; tổng tần số A và a vẫn giữ nguyên.
• Quan niệm sai: "tần số dị hợp giảm luôn chứng minh tần số allele đổi" là không đúng.

Vận dụng công thức tính tần số allele, mô hình Hardy–Weinberg và tự phối để giải các bài tập; kiểm tra lại kết quả trong nhóm.

Các nhóm luyện tập theo ba trạm (kĩ thuật trạm). Trạm 1: Bài 1, 2, 3, 4 (khái niệm). Trạm 2: Bài 5, 6 (tính tần số allele). Trạm 3: Bài 7, 8 (Hardy–Weinberg và tự phối). Có thể dùng bài tương tác trên trang NeoEdu để kiểm tra đáp án. Đề bài:

1. Tần số allele được hiểu đúng như thế nào? A. tỉ lệ cá thể mang allele đó, không đếm số bản; B. tỉ lệ bản sao một allele trong tổng allele ở locus; C. tần số kiểu gene dị hợp ở mọi quần thể.
2. Hardy–Weinberg được hiểu đúng như thế nào? A. tỉ lệ kiểu gene của mọi quần thể dù có chọn lọc; B. mô hình chỉ dựa vào số cá thể trội, không cần giả định; C. mô hình $p^2 : 2pq : q^2$ khi các điều kiện cân bằng thỏa mãn.
3. Ghép thuật ngữ với nội dung: tần số allele, Hardy–Weinberg, tự phối.
4. Tự phối có thể giảm dị hợp mà vẫn giữ tần số allele khi không có yếu tố khác. Đúng hay sai?
5. Quần thể 0,5 AA : 0,5 aa, không có Aa. Tần số allele A là? A. 0,5; B. 0; C. 1.
6. Có 40 AA, 40 Aa, 20 aa trong 100 cá thể. Tính $p(A)$, $q(a)$.
7. Quần thể có $p = 0{,}6$, $q = 0{,}4$, ngẫu phối cân bằng. Dự đoán kiểu gene và nêu giới hạn.
8. Ban đầu dị hợp 80%, tự phối hoàn toàn 2 thế hệ, không chọn lọc. Dị hợp còn bao nhiêu %?

Đáp án:

1. B. Tỉ lệ bản sao một allele trong tổng allele ở locus.
2. C. Mô hình $p^2 : 2pq : q^2$ khi các điều kiện cân bằng thỏa mãn.
3. Tần số allele – tỉ lệ bản sao một allele trong tổng allele ở locus; Hardy–Weinberg – mô hình $p^2 : 2pq : q^2$ khi các điều kiện cân bằng thỏa mãn; Tự phối – giao phối làm giảm dị hợp qua các thế hệ trong mô hình.
4. Đúng. Aa tự phối cho $\dfrac{1}{4}$ AA : $\dfrac{1}{2}$ Aa : $\dfrac{1}{4}$ aa, giảm dị hợp nhưng giữ tổng tần số A/a.
5. A. $p = f(AA) + \dfrac{f(Aa)}{2} = 0{,}5$. Quần thể này không ở cân bằng Hardy–Weinberg dù $p = q = 0{,}5$, vì $p^2 = 0{,}25$, $2pq = 0$, $q^2 = 0{,}25$ không khớp với 0,5 AA : 0,5 aa.
6. Có 200 bản allele; số bản A là $2 \times 40 + 40 = 120$, nên $p(A) = 0{,}6$; $q(a) = 0{,}4$. Không chia 120 cho 100 vì mỗi cá thể có hai bản allele.
7. $AA = 0{,}36$; $Aa = 0{,}48$; $aa = 0{,}16$; tổng bằng 1. Chỉ dự đoán khi giả định thỏa mãn; không suy ra mọi quần thể có cùng $p$, $q$ đều ở tỉ lệ này.
8. $80 \times \left(\dfrac{1}{2}\right)^2 = 20$, tức còn 20% dị hợp.

Vận dụng công thức để phân tích số liệu thực tế của một quần thể, dự đoán thành phần kiểu gene và nêu giả định, giới hạn của kết luận.

GV đưa số liệu: quần thể đậu gồm 600 cây, trong đó 150 cây AA, 300 cây Aa, 150 cây aa; quần thể được xem là ngẫu phối, đủ lớn, không chọn lọc (giả định). Yêu cầu HS: (1) tính $p$, $q$; (2) dự đoán số cây AA, Aa, aa ở thế hệ sau nếu giả định thỏa mãn; (3) nêu hai giới hạn của kết luận. Nhiệm vụ này có thể giao về nhà để HS hoàn thành đầy đủ.

Kết quả dự kiến:

• Số bản allele: $2 \times 600 = 1200$; số bản A: $2 \times 150 + 300 = 600$. Vậy $p = \dfrac{600}{1200} = 0{,}5$; $q = 0{,}5$.
• Dự đoán với mô hình: $f(AA) = 0{,}25$, tương ứng 150 cây; $f(Aa) = 0{,}5$, tương ứng 300 cây; $f(aa) = 0{,}25$, tương ứng 150 cây. Quần thể đang ở trạng thái cân bằng nếu giả định đúng.
• Giới hạn: số liệu chỉ là một thế hệ, cần kiểm tra thêm thế hệ sau; giả định ngẫu phối, không chọn lọc, đột biến và di nhập không làm đổi allele cần được xác nhận; không suy ra mọi quần thể đậu đều có cùng tỉ lệ.