第六章生物的進(jìn)化第3節(jié)

種群基因組成的變化與物種的形成問題探討

如果在灰色翅（基因型為aa)昆蟲的群體中，偶然出現(xiàn)一只綠色翅（基因型為Aa）的變異個(gè)體，且綠色比灰色更不容易被敵害發(fā)現(xiàn)。討論題目：1.根據(jù)達(dá)爾文“適者生存、不適者淘汰”的觀點(diǎn)，該綠色個(gè)體一定能被選擇下來嗎？——不一定，達(dá)爾文“適者生存，不適者被淘汰”針對(duì)的是個(gè)體，個(gè)體會(huì)死亡2.如果該綠色個(gè)體（Aa）能很好的生活下來，它體內(nèi)的A基因怎樣才能傳遞給后代？請(qǐng)寫出遺傳圖解出現(xiàn)有利變異個(gè)體內(nèi)的有利基因，只有在群體中，通過有性生殖才能世代延續(xù)。另外有利變異個(gè)體的后代不一定能真實(shí)遺傳。XAAAa綠翅AA綠翅（3）P:Aa綠翅配子AaAF1:綠翅aa灰翅XAaAa綠翅AA綠翅（2）Aa配子AaAaAa綠翅P:F1:綠翅綠翅（1）aa灰翅Aa綠翅配子AaaF1:×AaaaP:綠翅綠翅研究生物的進(jìn)化，僅僅研究個(gè)體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境適應(yīng)是不夠的，還必須研究群體的基因組成變化。這個(gè)群體就是種群！一、種群和種群基因庫(kù)生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個(gè)體的集合叫做種群。1.種群一個(gè)非洲象種群（部分個(gè)體）一片樹林中的全部獼猴一片草地上的所有蒲公英一、種群和種群基因庫(kù)同一區(qū)域（區(qū)域可大可小，大到地球，小的可以是一個(gè)池塘）同一物種的生物全部個(gè)體種群的三個(gè)要素判斷下列是否屬于種群：（1）一個(gè)池塘中的全部魚（2）一個(gè)池塘中的全部鯉魚（3）兩個(gè)池塘內(nèi)的全部青蛙（4）一片草地上的全部植物（5）一片草地上的成年梅花鹿否是否否否思考？一、種群和種群基因庫(kù)【思考】同前一年的蝗蟲種群相比，新形成的蝗蟲種群在基因組成上會(huì)有什么變化嗎？①種群中的個(gè)體具有年齡和性別的差異，種群中的個(gè)體并不是機(jī)械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通過

將各自的

傳遞給后代繁殖基因②種群不僅是生物

的基本單位,也是生物

的基本單位進(jìn)化繁殖一、種群和種群基因庫(kù)3.種群基因庫(kù)一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因叫這個(gè)種群的基因庫(kù)。判斷：1.一只小狗的全部基因是一個(gè)基因庫(kù)()2.種群中每個(gè)個(gè)體含有種群基因庫(kù)的全部基因()××一、種群和種群基因庫(kù)4.基因頻率5.基因型頻率在一個(gè)種群中，某基因型個(gè)體占全部個(gè)體的比率。在基因庫(kù)中，某基因占控制此性狀全部等位基因數(shù)的比率叫做基因頻率。A+aA×100%A%＝AA+Aa+aaAA×100%AA%＝例1：某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因?yàn)锳，決定翅色為褐色的基因?yàn)閍，從種群中隨機(jī)抽出100個(gè)個(gè)體，測(cè)知基因型為AA、Aa和aa的個(gè)體分別是30、60和10個(gè)。那么A和a的基因頻率是多少？A基因頻率為:a基因頻率為：=40%A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%==60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%方法一：概念法：常染色體：每個(gè)個(gè)體含決定一對(duì)相對(duì)性狀的基因有兩個(gè)思考:如何計(jì)算種群A、a的數(shù)目?A+a=2×AA+2×Aa+2×aa=200A=2×AA+2×Aa×1/2=120A=120/200×100%=60%伴X遺傳：女性每個(gè)個(gè)體兩個(gè)基因，男性只含一個(gè)基因例:某工廠有男女職工各200人，對(duì)他們進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn),女性色盲基因的攜帶者(XBXb)有15人,患者(XbXb)5人,男性患者(XbY)11人。那么，這個(gè)群體中色盲基因的基因頻率是()A.6%B.5.8%C.12%D.3%A方法二：通過基因型頻率計(jì)算A基因頻率=AA的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率A基因頻率=30%+1/2×60%=60%a基因頻率=10%+1/2×60%=40%AA基因型頻率為:

30%Aa基因型頻率為:60%aa基因型頻率為:

10%a基因頻率=aa的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率例1：某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因?yàn)锳，決定翅色為褐色的基因?yàn)閍，從種群中隨機(jī)抽出100個(gè)個(gè)體，測(cè)知基因型為AA、Aa和aa的個(gè)體分別是30、60和10個(gè)。那么A和a的基因頻率是多少？例2:AA、Aa、aa三種基因型個(gè)體分別占24%、72%、4%，那么A的基因頻率是(

)

A.36%B.57%C.24%D.60%D基因頻率=純合子基因型頻率+1∕2雜合子基因型頻率練習(xí)：1.德國(guó)小蠊(二倍體)是常見的室內(nèi)昆蟲。隨機(jī)取樣的德國(guó)小蠊個(gè)體中，ss個(gè)體數(shù)為6，SS個(gè)體數(shù)為26，Ss個(gè)體數(shù)為18。則s的基因頻率為()A.0.26

B.0.3C.0.46 D.0.582.基因型為BB的個(gè)體占18%、Bb的個(gè)體占78%，基因B和b的基因頻率分別是()A.18%82%B.36%64%C.57%43%D.92%8%BC一、種群和種群基因庫(kù)

假設(shè)上述昆蟲種群數(shù)量非常大，所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，沒有遷入和遷出，不同翅色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的，基因A和a都不產(chǎn)突變，根據(jù)孟德爾的分離定律計(jì)算。(1)該種群產(chǎn)生的A配子和a配子的比值各是多少？(2)子代基因型的頻率各是多少？(3)子代種群的基因頻率各是多少？(4)將計(jì)算結(jié)果填入下表，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會(huì)同子一代一樣嗎？用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化親代基因型比值A(chǔ)A(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A(chǔ)()A()a()a()子代基因型頻率AA()Aa()aa()子代基因頻率A()a()1、假設(shè)上述昆蟲種群數(shù)量非常大，所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，沒有遷入和遷出，不同翅色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的，基因A和a都不產(chǎn)突變，根據(jù)孟德爾的分離定律計(jì)算。親代基因型的頻率AA（30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比率A（）A()a()a()子一代基因型頻率AA（）Aa()aa()子一代基因頻率A（）a()子二代基因型頻率AA（）Aa()aa()子二代基因頻率A（）a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%36%48%16%60%40%

親代子一代

子二代

子三代基因型頻率AA30%Aa60%aa10%基因頻率A60%a40%36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%一、種群和種群基因庫(kù)各代基因頻率相同嗎？基因型頻率相同嗎？這有什么前提條件嗎？

各代基因頻率相同?；蛐皖l率從子一代開始保持不變。需要滿足上述5個(gè)前提條件。6、

遺傳平衡定律（哈代-溫伯格定律）當(dāng)群體滿足以下五個(gè)條件：①昆蟲群體數(shù)量足夠大；②全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代；③沒有遷入與遷出；④自然選擇對(duì)翅型性狀沒有作用；⑤基因A和a都不產(chǎn)生突變，種群的基因頻率和基因型頻率可以世代相傳不發(fā)生變化，保持平衡。一、種群基因組成的變化若種群中一對(duì)等位基因?yàn)锳和a，設(shè)A的基因頻率=p，a的基因頻率=q。(p＋q)=1，則（p+q2)=p2+2pq+q2=1。AA基因型頻率=p2；aa基因型頻率=q2；Aa基因型頻率=2pq。A（p）a(q)A（p）AA（p2）Aa(pq)a(q)Aa（pq）aa(q2)雌配子雄配子F1基因型頻率6、

遺傳平衡定律（哈代-溫伯格定律）一、種群基因組成的變化例3：在某一足夠大可自由交配的種群中，已調(diào)查得知，隱性性狀者占16%(等位基因用A、a表示)，那么AA、Aa二種基因型個(gè)體的頻率分別為()A.0.36、0.48B.0.36、0.24C.0.16、0.48D.0.48、0.36A【思考】當(dāng)某種群交配方式為自交時(shí)，基因頻率和基因型頻率怎么變？3.某植物種群中，AA基因型個(gè)體占30%，aa基因型個(gè)體占20%。若該種群植物自交，后代中AA、aa基因型個(gè)體出現(xiàn)的頻率以及A、a基因頻率分別為()A.55%、45%、45%、55%B.55%、45%、55%、45%C.42.5%、32.5%、45%、55%D.42.5%、32.5%、55%、45%D總結(jié):若種群中個(gè)體間自由交配,則后代中的基因頻率和基因型頻率均不變;

若種群中個(gè)體自交,則后代中的基因頻率不變,而基因型頻率發(fā)生改變。二、種群基因頻率的變化2.上述計(jì)算結(jié)果是建立在5個(gè)假設(shè)條件基礎(chǔ)上的。5個(gè)條件為：①昆蟲群體數(shù)量足夠大；②全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代；③

沒有遷入與遷出；④

自然選擇對(duì)性狀沒有作用

⑤

基因A和a都不產(chǎn)生突變。

對(duì)自然界的種群來說，這5個(gè)條件都成立嗎？用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的改變

遺傳平衡所指的種群是理想種群，在自然條件下，這樣的種群是不存在的。這說明在自然界中，種群的基因頻率遲早要發(fā)生變化，也就是說種群的進(jìn)化是必然的。什么會(huì)引起種群基因頻率改變呢？二、種群基因頻率的變化3.如果該種群出現(xiàn)新的突變型（基因型為A2a或A2A2），也就是產(chǎn)生新的等位基因A2，種群的基因頻率會(huì)變化嗎？基因A2的頻率可能會(huì)怎樣變化？

突變產(chǎn)生的新基因會(huì)使種群的基因頻率發(fā)生變化?；駻2的頻率是增加還是減少，要看這一突變對(duì)生物體是有益還是有害的，這往往取決于生物生存的環(huán)境。二、種群基因頻率的變化

基因突變?cè)谧匀唤缡瞧毡榇嬖诘??；蛲蛔儺a(chǎn)生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生變化。可遺傳的變異變異不可遺傳的變異基因突變?nèi)旧w變異基因重組突變二、種群基因頻率的變化

由于種群是由許多個(gè)體組成，每個(gè)個(gè)體的細(xì)胞中都有成千上萬個(gè)基因，這樣，每一代就會(huì)產(chǎn)生大量的突變。思考：生物自發(fā)突變的頻率很低，而且大多數(shù)突變對(duì)生物體是有害的，那么，它為何還能夠作為生物進(jìn)化的原材料呢？影響種群基因頻率變化的因素①

突變二、種群基因頻率的變化影響種群基因頻率變化的因素影響種群基因頻率變化的因素

基因突變產(chǎn)生的等位基因，通過有性生殖過程中的基因重組，可以形成多種多樣的基因型，從而使種群中出現(xiàn)多種多樣可遺傳的變異類型。貓由于基因重組而產(chǎn)生的毛色變異

②

基因重組突變基因重組新的等位基因多種多樣的基因型種群中出現(xiàn)大量可遺傳的變異變異是不定向的形成了進(jìn)化的原材料,不能決定生物進(jìn)化的方向二、種群基因頻率的變化：2、突變（基因突變和染色體變異）和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料。二、種群基因頻率的變化影響種群基因頻率變化的因素

突變的有害和有利也不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境?！纠纭坑谐岬睦ハx中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)殘翅和無翅的突變類型，這類昆蟲在正常情況下很難生存下去。但是在經(jīng)常刮大風(fēng)的海島上，這類昆蟲卻因?yàn)椴荒茱w行而避免了被海風(fēng)吹到海里淹死。某海島上殘翅和無翅的昆蟲③

生物的生存環(huán)境三、自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響

英國(guó)的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾（其幼蟲叫樺尺蠖）。它們夜間活動(dòng)，白天棲息在樹干上。雜交實(shí)驗(yàn)表明，樺尺蛾的體色受一對(duì)等位基因S和s控制，黑色(S)對(duì)淺色(s)是顯性的。在19世紀(jì)中葉以前，樺尺蛾幾乎都是淺色型的，該種群中S基因的頻率很低，在5%以下。到了20世紀(jì)中葉，黑色型的樺尺蛾卻成了常見的類型，S基因的頻率上升到95%以上。19世紀(jì)時(shí)，曼徹斯特地區(qū)的樹干上長(zhǎng)滿了淺色的地衣。后來，隨著工業(yè)的發(fā)展，工廠排出的煤煙使地衣不能生存，結(jié)果樹皮裸露并被熏成黑褐色。探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響三、自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響假設(shè)1870年，樺尺蛾種群的基因型頻率為SS10%,Ss20%,ss70%,S基因的頻率為20%。在樹干變黑這一環(huán)境條件下，假如樹干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得種群中淺色個(gè)體每年減少10%,黑色個(gè)體每年增加10%。第2~10年間，該種群每年的基因型頻率各是多少？每年的基因頻率是多少？（計(jì)算結(jié)果填入下表）探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因頻率S20%23%s80%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低三、自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，對(duì)環(huán)境的選擇作用的大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，比如，把淺色個(gè)體每年減少的數(shù)量百分比定高些，重新計(jì)算種群基因型頻率和基因頻率的變化，與步驟2中所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

討論1.樹干變黑會(huì)影響樺尺蛾種群中淺色個(gè)體的出生率嗎？為什么？

探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響

會(huì)。因?yàn)闃涓勺兒诤?，淺色個(gè)體容易被發(fā)現(xiàn)，被捕食的概率增加，許多淺色個(gè)體可能在沒有交配，產(chǎn)卵前就已被天敵捕食，導(dǎo)致其個(gè)體數(shù)減少，影響出生率。三、自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，對(duì)環(huán)境的選擇作用的大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，比如，把淺色個(gè)體每年減少的數(shù)量百分比定高些，重新計(jì)算種群基因型頻率和基因頻率的變化，與步驟2中所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

討論2.在自然選擇過程中，直接受選擇的是基因型還是表型？為什么？探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響

在自然選擇過程中，直接受選擇的是生物的表現(xiàn)型；

基因型并不能在自然選擇中起直接作用，因?yàn)樘鞌吃诓妒硺宄叨陼r(shí)，看到的是樺尺蛾的體色而不是控制體色的基因。變異是不定向的自然選擇是定向的不利變異被淘汰,有利變異逐漸積累種群的基因頻率發(fā)生定向的改變生物朝著一定方向緩慢進(jìn)化生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的定向改變。三、自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響種群基因頻率的改變，標(biāo)志著生物的進(jìn)化。3.碳青霉烯類抗生素是治療重度感染的一類藥物。右表為2005—2008年，該類抗生素在某醫(yī)院住院患者中的人均使用量，以及從患者體內(nèi)分離得到的某種細(xì)菌對(duì)該類抗生素的耐藥率變化。據(jù)表回答下列問題。（1）試從進(jìn)化的角度解釋耐藥率升高的原因。

隨著抗生素人均使用量的增加，不耐藥的細(xì)菌生存和繁殖的機(jī)會(huì)減少，耐藥菌生存和繁殖的機(jī)會(huì)增加，耐藥性基因在細(xì)菌種群中的基因頻率逐年上升。探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用實(shí)驗(yàn)原理一般情況下，