SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
TRƯỜNG THPT TRIỆU SƠN 2

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

HƯỚNG DẪN HỌC SINH TÌM HIỂU
SỰ THAY ĐỔI VỐN GEN CỦA QUẦN THỂ
DƯỚI ÁP LỰC CỦA CÁC NHÂN TỐ TIẾN HÓA

Người thực hiện: Đặng Văn Sáu
Chức vụ: Giáo viên
SKKN thuộc lĩnh vực: Sinh học.

THANH HÓA NĂM 2013
1


PHẦN MỘT : ĐẶT VẤN ĐỀ
I. LỜI MỞ ĐẦU
Chương trình Sinh học cấp THPT gồm 7 phần :
- Phần một : Giới thiệu chung về thế giới sống
- Phần hai : Sinh học tế bào
- Phần ba : Sinh học vi sinh vật
- Phần bốn : Sinh học cơ thể
- Phần năm : Di truyền học
- Phần sáu : Tiến hóa
- Phần bảy : Sinh thái học.
Theo ý kiến phản hồi của học sinh ở nhiều khóa học cho thấy: trong các
phần trên thì Tiến hóa được học sinh cho là khó nhất. Học sinh "sợ" phần này
không phải là do bài tập khó, cũng không phải là do khó tiếp thu, mà là do đây
là phần có ít bài tập và nhiều lí thuyết, lại khó nhớ. Có nhiều vấn đề lí thuyết

Sơn 2 - Thanh Hoá.
Đề tài được nghiên cứu trong thời gian hai năm học. Cụ thể :
- Lớp 12B1 năm học 2011 - 2012
- Lớp 12C5 năm học 2012 - 2013.
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỦ YẾU
- Phương pháp thực nghiệm trong quá trình dạy học trên lớp và hướng dẫn
học sinh học, làm bài tập ở nhà.
- Phương pháp thống kê toán học dựa trên số lượng học sinh thực hiện
được các yêu cầu của đề tài.

3


PHẦN HAI : GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
1. SỰ THAY ĐỔI VỐN GEN CỦA QUẦN THỂ
DƯỚI ÁP LỰC CỦA ĐỘT BIẾN
1.1. Cơ sở lí luận
Giả sử trong quần thể, xét 1 gen gồm 2 alen A và a với tần số tương đối
ban đầu là p0 và q0 (0 ≤ p0,q0 ≤ 1 ; p0 + q0 = 1 ). Gọi u là tần số đột biến thuận, v
u
v
→
a ; a
→
A). Ngoài nhân tố đột biến thì quần
là tần số đột biến nghịch (A 
thể không chịu thêm áp lực của các nhân tố tiến hóa khác.
Ta có thường gặp những trường hợp sau:

Trường hợp 1 : u > 0; v = 0 → đột biến xảy ra theo một chiều.


1.2. Một số ví dụ
Ví dụ 1. Quần thể ban đầu có tần số tương đối của alen A là p0. Để tần số này
giảm đi

1
chỉ do áp lực của quá trình đột biến diễn ra theo một chiều thì phải
2

cần khoảng bao nhiêu thế hệ? Cho biết tần số đột biến u bằng 10-5.

4


Giải:
Áp dụng công thức : pn = p0.(1 - u)n, ta có :
0,5p0 = p0.(1 - 10-5)n <=> (1 - 10-5)n = 0,5 <=> n.ln(1 - 10-5) = ln 0,5
ln0,5
==> n =
≈ 69314 (thế hệ)
ln(1 − 10 −5 )
Ví dụ 2. Quần thể ban đầu có tần số tương đối của alen A = 0,96. Nếu chỉ do áp
lực của đột biến theo một chiều làm giảm tần số của alen A qua 346570 thế hệ
thì tần số tương đối của alen A còn bao nhiêu? Biết tần số đột biến là 10-5.
Giải:
Tần số alen A ở thế hệ n được tính bởi công thức
pn = p0(1 - u)n
=> p346570 = 0,96.(1 - 10-5)346570 ≈ 0,03
Ví dụ 3. Quần thể ban đầu có tần số tương đối của alen A là 0,85 và sau 350000
thế hệ, tần số tương đối của alen A chỉ còn 0,25. Cho biết quá trình giảm tần số

Vậy số lượng từng alen trong quần thể là :
A = 0,25 . 106 = 25.104 ; a = 0,75.106 = 75.104.

5


Ví dụ 5. Quần thể ban đầu có tần số tương đối các alen là p(A) = 0,7 và q(a) = 0,3.
u
→
a và
Quần thể này chịu áp lực của quá trình đột biến theo 2 hướng (A 
-4
-5
v
a
→ A) với tần số đột biến là u = 10 và v = 10 . Giả sử quần thể không chịu
tác động của các nhân tố tiến hóa khác. Ở thời điểm cân bằng, thành phần kiểu
gen của quần thể là bao nhiêu?
Giải:
Tại thời điểm cân bằng, ta có : u.p = v.q
v
10 −5
Do q = 1 - p ===> p =
=
≈ 0,1 ; q = 1 - 0,1 = 0,9
u + v 10 − 4 + 10 −5
==> Theo công thức Hacdi - Vanbec thì thành phần kiểu gen của quần thể tại
thời điểm cân bằng là:
0,12AA : 2.0,1.0,9Aa : 0,92aa = 0,01AA : 0,18Aa : 0,81aa.
1.3. Nhận xét

+ Ở quần thể ban đầu (P) : p02AA + 2p0q0Aa + q02aa = 1
+ Trải qua 1 thế hệ chọn lọc, quần thể (F1) có dạng :
p02AA + 2p0q0AA ≠ 1
2
p0
p0 + p0q 0
1
==> p1 =
=
=
;
2
2
1+ q0
1− q0
1− q0
pq
q0
q 0 (1 − q 0 )
=
.
q1 = 0 0 2 =
(1 + q 0 )(1 − q 0 ) 1 + q 0
1− q0
Quá trình ngẫu phối xảy ra, quần thể đạt trạng thái cân bằng mới :
F1 = p12AA + 2p1q1Aa + q12aa = 1
+ Trải qua 2 thế hệ chọn lọc, quần thể (F2) có dạng :
p12AA + 2p1q1AA ≠ 1
2
p1

1 1 + q0
1
Ta có :
=
=1+
q1
q0
q0
1 1 + q1
1
1
1
=
=1+ =1 +
=2+
q2
q1
q1
q 0 /(1 + q 0 )
q0
1 1 + q2
1
=
= ... = 3 +
q3
q2
q0
...
1
1

==> Tần số các alen A và a của F2 lại được tính như sau :
p1q 1 + q 12 (1 − S) q 1 − q 12S
q2 =
=
; p2 = 1 - q2
1 − q 12S
1 - q 12S
Quá trình ngẫu phối lại xảy ra, quần thể lại đạt trạng thái cân bằng :
F2 = p22AA + 2p2q2Aa + q22aa = 1
+ Cứ như vậy, qua giao phối ngẫu nhiên, đến thế hệ thứ n (Fn), ta có tần
số tương đối của các alen A và a là :
q n -1 − q 2n −1S
qn =
; pn = 1 - qn
1 − q n2 -1S
Sử dụng máy tính bỏ túi, ta có thể tính được các giá trị pn và qn qua các
thế hệ chọn lọc. Nói cách khác, ta có thể tính được tần số tương đối của các alen
A và a ở thế hệ bất kì nào đó khi quần thể chịu áp lực của quá trình chọn lọc pha
lưỡng bội qua n thế hệ :
q i-1 − q i2−1S
qi =
(i = 1, 2, ..., n)
1 − q i2-1S
pi = 1 - qi
- Dạng 3 : SAA =1 ; 0 < SAa
gia thụ tinh, các giao tử a có khả năng sống sót và tham gia thụ tinh không đạt
100%)
Tần số tương đối của các alen qua các thế hệ được tính như sau:
q1 = q0(1 - Sa)
q2 = q1(1 - Sa) = q0(1 - Sa)2
q3 = q2(1 - Sa) = q0(1 - Sa)3
...
qn = q0(1 - Sa)n ==> pn = 1 - qn
- Dạng 2 : 0 < SA ≠ Sa Tần số tương đối của các alen :

9


pi =

p i −1 (1 − S A )
; qi = 1 - pi
p i −1 (1 − S A ) + q i −1 (1 − Sa )

2.2. Một số ví dụ
Ví dụ 1. Quần thể ban đầu có tần số alen a là 0,92. Giả thiết rằng tất cả các cá
thể aa đều không có khả năng sinh sản; tất cả các cá thể AA và Aa đều sống và
sinh sản bình thường; quần thể không chịu tác động của các nhân tố tiến hóa
khác. Hỏi để tần số alen a giảm xuống còn 0,24 thì cần bao nhiêu thế hệ?
Giải:

=
≈ 0,31
2
2p 0 q 0 (1 − S) + q 0 2.0,8.0,2(1 − 0,8) + 0,2 2
==> Số lượng alen HbS trong quần thể là : 0,31 x (3000 x 2) = 1860.
Ví dụ 3. Một quần thể ban đầu có tần số tương đối của các alen A và a lần lượt
là 0,4 và 0,6. Biết rằng hệ số chọn lọc của giao tử a là S = 0,34 (có 34% số giao
tử a bị chết hoặc không có khả năng thụ tinh), còn hệ số chọn lọc của giao tử A
là S = 0. Hỏi sau chọn lọc thì tần số tương đối của alen A biến đổi như thế nào
so với ban đầu?
Giải:
Sau quá trình chọn lọc, ta có : + Lượng giao tử A là : 0,4
+ Lượng giao tử a là : 0,6.(1 - 0,34) = 0,396
10


0,4
= 0,502
0,4 + 0,96
Vậy tần số tương đối của alen A tăng thêm là : 0,502 - 0,4 = 0,102.

==> Tần số alen A sau chọn lọc là :

Ví dụ 4. Tần số của giao tử mang alen A và a trong quần thể ban đầu đều là 0,5.
Biết rằng các giao tử mang A đều có khả năng thụ tinh, còn các giao tử mang a
thì chỉ có 80% số giao tử là sống sót và tham gia thụ tinh. Ở thế hệ F4, nếu quần
thể ngẫu phối đạt trạng thái cân bằng di truyền thì tỉ lệ kiểu gen dị hợp là bao
nhiêu?
Giải:
Qua 4 thế hệ chọn lọc giao tử a với hệ số chọn lọc Sa = 0,8, tần số alen a là:

;q=1-p
m+n
mq 1 + nq 2
Hoặc : q =
; p = 1 - q.
m+n
3.2. Một số ví dụ
Ví dụ 1. Quần thể I có tần số alen a là 0,6; quần thể II có tần số alen a là 0,1.
Tính tần số alen a của quần thể sau di nhập trong các trường hợp sau:
- Trường hợp 1 : Có 30 cá thể có khả năng sinh sản từ quần thể I di nhập
vào quần thể II.
- Trường hợp 2 : Có 15000 cá thể có khả năng sinh sản từ quần thể I di
nhập vào quần thể II.
Biết quần thể II có 30000 cá thể.
Giải
Tần số alen của quần thể sau di nhập :
30x0,6 + 30000x0,1
- Trường hợp 1 : q =
≈ 0,1005 ;
30000 + 30
p = 1- 0,1005 = 0,8995.
15000x0,6 + 30000x0,1
- Trường hợp 2 : q =
≈ 0,27;
30000 + 15000
p = 1 - 0,27 = 0,73.
Ví dụ 2. Tần số tương đối của alen A ở quần thể I là 0,8; ở quần thể II là 0,3. Số
cá thể của quần thể I là 1600, số cá thể nhập cư từ quần thể II vào quần thể I là
400. Sau di nhập, quần thể tiếp tục ngẫu phối và đạt được 10000 cá thể thì số cá
thể có kiểu gen dị hợp (Aa) là bao nhiêu? Biết quần thể không chịu tác động của

phía trên và quần thể nhỏ nằm ở cuối dòng trên một hòn đảo (quần thể đảo). Do
nước chảy xuôi nên ốc chỉ di chuyển được từ quần thể chính đến quần thể đảo
mà không di chuyển ngược lại.
Xét một gen gồm 2 alen A và a. Ở quần thể chính có pA = 1, quần thể đảo
có pA = 0,6. Do di cư, quần thể đảo trở thành quần thể mới, có 12% số cá thể là
của quần thể chính.
a) Tính tần số tương đối của các alen trong quần thể mới sau di cư.
b) Quần thể mới sinh sản, trong quá trình đó đã xảy ra đột biến A ---> a
với tốc độ là 0,3%. Tính tần số tương đối của các alen ở thế hệ tiếp theo của
quần thể mới.
Giải:
a) Quần thể chính di cư đến quần thể đảo chiếm 12% quần thể mới. Vậy quần
thể đảo chiếm 88% trong quần thể mới.
Vậy ở quần thể mới (sau di nhập) có tần số tương đối của các alen là:
pA = 0,12 x 1 + 0,88 x 0,6 = 0,648
qa = 1 - pA = 1 - 0,648 = 0,352.
b) Tần số các alen sau đột biến là :
pA = 0,648 - (0,003 x 0,648) = 0,646
qa = 1 - 0,646 = 0,354.
3.3. Nhận xét
Sự thay đổi vốn gen của quần thể sau di nhập phụ thuộc vào :
- Độ lớn của dòng gen
- Tương quan về kích thước của quần thể cho và quần thể nhận
- Tần số alen của quần thể nhận và tần số alen của dòng gen.

13


4. SỰ THAY ĐỔI VỐN GEN CỦA QUẦN THỂ
DƯỚI ÁP LỰC CỦA GIAO PHỐI KHÔNG NGẪU NHIÊN

Ví dụ 1. Một quần thể ban đầu có 1000 cá thể gồm các kiểu gen như sau :
P = 400AA + 400Aa + 200aa
Nếu quần thể tự thụ phấn liên tiếp thì đến thế hệ F4, nếu kích thước quần thể
tăng lên 2000 cá thể thì số cá thể thuộc mỗi kiểu gen là bao nhiêu?
Giải:
- Thành phần kiểu gen : P = 0,4AA + 0,4Aa + 0,2aa
- Khi tự thụ phấn liên tiếp đến F4, ta có :
1
Aa = 0,4. ( ) 4 = 0,025 ;
2
14


0,4 − 0,025
= 0,5875
2
0,4 − 0,025
aa = 0,2 +
= 0,3875
2
- Vậy số cá thể thuộc mỗi kiểu gen là :
AA = 0,5875 x 2000 = 1175
Aa = 0,025 x 2000 = 50
aa = 0,3875 x 2000 = 775

AA = 0,4 +

Ví dụ 2. Ở một quần thể cá, khi đạt trạng thái cân bằng di truyền có tỉ lệ cá màu
xám : cá màu đỏ = 1 : 24. Nếu xảy ra hiện tượng giao phối có lựa chọn (chỉ
những con cùng màu mới giao phối với nhau) qua 2 thế hệ. Xác định thành phần

5.1. Cơ sở lí luận
Các yếu tố ngẫu nhiên (còn gọi là biến động di truyền hay phiêu bạt di
truyền) là các yếu tố bất thường của thời tiết (hạn hán, lũ lụt, ...) hoặc các yếu tố
ngẫu nhiên làm giảm kích thước của quần thể một cách đáng kể.
Các yếu tố ngẫu nhiên gây nên sự biến đổi tần số alen và thành phần kiểu
gen của quần thể không theo một hướng xác định. Sự thay đổi vốn gen của quần
thể do các yếu tố ngẫu nhiên thường là đột ngột, thậm chí có thể loại bỏ hoàn
toàn một alen nào đó trong quần thể, cho dù alen đó có lợi hay có hại.
Quần thể có kích thước lớn, phân bố rộng, tính đa hình cao thì tác động
của các yếu tố ngẫu nhiên càng nhỏ. Ngược lại, quần thể càng có kích thước nhỏ
thì càng dễ bị thay đổi tần số alen và thành phần kiểu gen do các yếu tố ngẫu
nhiên.
5.2. Một số ví dụ
Ví dụ 1. Quần thể ban đầu có tần số alen A = 0,6 và a = 0,4. Biêt quần thể đang
cân bằng di truyền và có 1000 cá thể. Nếu do một yếu tố ngẫu nhiên mà số cá
thể sống sót và sinh sản thuộc các kiểu gen chiếm tỉ lệ là : AA = 1/10 ; Aa =
1/20 ; aa = 3/4. Tính tần số tương đối của các alen A và a sau biến cố ngẫu
nhiên.
Giải:
Do quần thể đang cân bằng di truyền nên thành phần kiểu gen là:
0,36AA + 0,48Aa + 0,16aa
==> Số cá thể tương ứng với các kiểu gen là :
360AA + 480Aa + 160aa
Sau biến cố ngẫu nhiên, số cá thể còn sống sót và sinh sản thuộc mỗi kiểu
gen là :
36AA + 24Aa + 120aa ==> 1/5AA + 2/15Aa + 2/3aa
==> Tần số tương đối của các alen : A ≈ 0,27 ; a ≈ 0,73.
Ví dụ 2. Quần thể ban đầu đang ở trạng thái cân bằng có 2000 cá thể. Tần số
alen A = 0,85. Khu sinh sống của quần thể bị một trận bão tràn qua làm cho
100% số cá thể AA và 50% số cá thể Aa bị chết. Sau đó quần thể lại giao phối

Sự thay đổi vốn gen của quần thể do các yếu tố ngẫu nhiên thường là đột
ngột, không theo một hướng xác định.

17


PHẦN BA : KẾT LUẬN
1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Năm học 2011 - 2012, tôi được nhà trường phân công dạy các lớp khối 12
là lớp 12B1 và 12B3 (đều là các lớp thuộc Ban KHTN). Tôi đã triển khai đề tài
này ở lớp 12B1, còn ở lớp 12B3 không triển khai đề tài, vẫn dạy học dựa trên
Chuẩn kiến thức kĩ năng và sách giáo khoa thuộc Chương trình Nâng cao.
Năm học 2012 - 2013, tôi được nhà trường phân công dạy các lớp khối 12
là lớp 12C5, 12C6 và 12C8 (lớp 12C5 thuộc Ban KHTN, lớp 12C6 và 12C8 là
các lớp thuộc Ban Cơ bản). Tôi đã triển khai đề tài này ở lớp 12C5, còn ở lớp
12C6 và 12C8 không triển khai đề tài, vẫn dạy học dựa trên Chuẩn kiến thức kĩ
năng và sách giáo khoa thuộc Chương trình Chuẩn.
Kết quả thu được như sau:
1.1. Các kĩ năng, thái độ được hình thành ở học sinh
1.1.1. Năm học 2011 - 2012
Các kĩ năng, thái độ được hình thành
ở học sinh
Hiểu tường tận nhân tố tiến hóa nào làm thay đổi
tần số alen, nhân tố tiến hóa nào làm thay đổi
thành phần kiểu gen của quần thể
Biết được nhân tố nào làm giàu vốn gen của
quần thể, nhân tố nào làm nghèo vốn gen của
quần thể; nhân tố nào làm thay đổi tần số alen
của quần thể nhanh chóng, nhân tố nào làm thay
đổi tần số alen của quần thể rất chậm.

46

100

40

83,3

43

93,5

35

72,9

44

95,7

02

4,2

43

93,5

15


%

Lớp 12C6
(không triển
khai đề tài)
Sĩ số : 49HS
SL
%

45

97,8

25

51,0

43

93,5

17

34,7

43

93,5

18

đạt 5,97 điểm.
Trong khi đó kết quả ở lớp 12B3 năm học 2011 - 2012 và lớp 12C6 năm
học 2012 - 2013 đều kém xa : không có học sinh giỏi cấp tỉnh, số học sinh dự thi
Đại học khối B ít (4 - 8 học sinh dự thi), điểm trung bình môn Sinh học rất thấp
(trung bình 3 - 4 điểm).
19


2. NHỮNG THUẬN LỢI, KHÓ KHĂN TRONG QUÁ TRÌNH TRIỂN
KHAI ĐỀ TÀI
2.1. Những thuận lợi
- Sự quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện của Ban giám hiệu nhà trường
- Sự ủng hộ nhiệt tình của Giáo viên chủ nhiệm và học sinh ở các lớp có
triển khai đề tài
- Bản thân tràn đầy nhiệt huyết trong việc giảng dạy bộ môn, muốn truyền
cảm hứng học tập bộ môn Sinh học cho các em học sinh, nhất là phần Tiến hóa.
2.2. Những khó khăn
- Nội dung đề cập đến trong đề tài này là khó với đa số học sinh. Do đó,
nếu triển khai không tốt thì có thể không có tác dụng, thậm chí tác dụng ngược
lại.
- Phân phối chương trình dành cho phần này quỹ thời gian không nhiều
(Chương trình Chuẩn khoảng 0,5 tiết ; Chương trình Nâng cao là 2 tiết). Vì vậy
đề tài này chỉ có thể được triển khai ở những lớp học sinh có nhu cầu học bồi
dưỡng ngoài giờ chính khóa và hướng dẫn học, làm bài tập ở nhà.
3. KIẾN NGHỊ, ĐỀ XUẤT
Trong quá trình triển khai đề tài và từ những kết quả bước đầu thu được,
tôi có một vài kiến nghị và đề xuất như sau :
- Các cấp quản lí giáo dục khi ban hành Phân phối chương trình các môn
học, không nên rập khuôn, cứng nhắc ấn định số tiết cho từng bài mà nên để cho
giáo viên bộ môn có một hành lang đủ rộng để vận dụng, điều chỉnh trong giảng


21


MỤC LỤC
Trang
PHẦN MỘT : ĐẶT VẤN ĐỀ
I. Lời mở đầu

1

II. Thực trạng của vấn đề nghiên cứu

1

III. Đối tượng và thời gian nghiên cứu

2

IV. Phương pháp nghiên cứu chủ yếu

2

PHẦN HAI : GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
1. Sự thay đổi vốn gen của quần thể dưới áp lực của đột
biến

3

2. Sự thay đổi vốn gen của quần thể dưới áp lực của chọn


TÀI LIỆU THAM KHẢO

22