6.3

種群基因組成的變化與物種的形成甲同學(xué)說：當(dāng)然是先有雞蛋了，因為只有生殖細(xì)胞產(chǎn)生的基因突變才能遺傳給后代，體細(xì)胞即使發(fā)生了基因突變，也不能影響后代的性狀。乙同學(xué)說：不對，人們在養(yǎng)雞過程中，是根據(jù)雞的性狀來選擇的，只讓符合人類需求的雞繁殖后代，因此是先有雞后有蛋。你同意哪位同學(xué)的觀點？你的答案和理由是什么？這兩種觀點都有一定的道理，但都不全面。因為它們忽視了雞和蛋在基因組成上的一致性，也忽視了生物的進化是以種群為單位而不是以個體為單位這一重要觀點。新物種的形成是有一定標(biāo)志的，并不是在某一時刻突然有一個個體或一個生殖細(xì)胞成為一個新物種。自然選擇直接作用的是生物的個體，而且是個體的表型。但是，在自然界中，沒有哪一個個體是長生不死的，個體的基因型也會隨著個體的死亡而消失，但決定表現(xiàn)型的基因卻可以通過生殖傳給后代，因此研究生物的進化僅僅研究個體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境適應(yīng)是不夠的，還需要研究種群的基因組成變化。生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個體的集合叫做種群。種群：一片樹林中的全部獼猴一片草地上的所有蒲公英1、種群定義（1）一個池塘中的全部魚（2）一個池塘中的全部鯉魚（3）一片森林中全部的鳥（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種群中的個體并不是機械性地集合在一起，一個種群是一個繁殖的單位。雌雄個體可以通過繁殖將各自的基因遺傳給后代。2.種群的特點3、種群基因庫一個種群中全部個體所含有的全部基因。種群基因庫：基因頻率：在一個基因庫中，某個基因占全部等位基因數(shù)的比值。基因型頻率：在一個種群中，某基因型個體占全部個體的比值。例1：某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因為A，決定翅色為褐色的基因為a，從種群中隨機抽出100個個體，測知基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個。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：a%=1-A%=40%A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%==60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%方法一：概念法4、基因頻率的計算方法二：通過基因型頻率計算A基因頻率

=AA的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率A%=30%+1/2×60%=60%a%

=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為A，決定翅色為褐色的基因為a，從種群中隨機抽出100個個體，測知基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個。那么A和a的基因頻率是多少？

某一瓢蟲種群中有黑色和紅色兩種體色的個體，這一性狀由一對等位基因控制，黑色(B)對紅色(b)為顯性。如果基因型為BB的個體占18%，基因型為Bb的個體占78%，基因型為bb的個體占4%?；駼和b的頻率分別為（）A．18%、82%B．36%、64%C．57%、43%D．92%、8%C課堂訓(xùn)練b基因頻率=×100%例2、在調(diào)查紅綠色盲時，隨機抽查了200人，其中男女各100人。女性患者1人，攜帶者3人，男性患者4人。色盲基因的頻率為多少？Xb=1×2+3+4100×2+100

×100%=3%基因頻率=某基因的數(shù)目全部等位基因的總數(shù)×100%注意：基因在X染色體上時的特殊情況

假設(shè)上述昆蟲種群數(shù)量非常大，所有的雌雄個體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，沒有遷入和遷出，不同翅色的個體生存和繁殖的機會是均等的，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？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(

)思考討論30%30%30%10%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Aa36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%各代基因頻率相同。需要滿足上述5個前提條件。60%40%(4)想一想，子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會同子一代一樣嗎？這有什么前提條件嗎？遺傳平衡定律（哈代－溫伯格定律）當(dāng)群體滿足以下五個條件（理想種群）：

①昆蟲群體數(shù)量足夠大；②全部的雌雄個體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代；③沒有遷入與遷出；④自然選擇對性狀沒有作用；⑤基因A和a都不產(chǎn)生突變設(shè)A的基因頻率為p，a的基因頻率為q；則有p+q=1，那么：理想種群的基因頻率代代不變，即處于遺傳平衡

(p+q)2=p2+2pq+q2＝1

AA=p2

Aa=2pq

aa=q2

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，種群的基因頻率會變化嗎？基因A2的頻率可能會怎樣變化？

突變產(chǎn)生的新基因會使種群的基因頻率發(fā)生變化。

基因A2的頻率是增加還是減少，要看這一突變對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。基因突變產(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變異基因重組突變種群基因頻率的變化

由于種群是由許多個體組成，每個個體的細(xì)胞中都有成千上萬個基因，這樣，每一代就會產(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)突變對生物體是有害的，那么，它為何還能夠作為生物進化的原材料呢？【例如】果蠅1組染色體上約有1.3×104個基因，假定每個基因的突變頻率都為10-5，對一個約有108個個體的果蠅種群來說，每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是：2×1.3×104×10－5個體×108種群=2.6×107（個）

突變的有害和有利也不是絕對的，這往往取決于生物的生存環(huán)境?！纠纭坑谐岬睦ハx中有時會出現(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，這類昆蟲卻因為不能飛行而避免了被海風(fēng)吹到海里淹死。某海島上殘翅和無翅的昆蟲突變也可為生物進化提供原材料

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)生的毛色變異基因重組也可為生物進化提供原材料突變和重組都是隨機的、不定向的，那么種群基因頻率的改變是否也是不定向呢？種群基因頻率變化的影響因素有:突變和自然選擇

英國的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾（其幼蟲叫樺尺蠖）。它們夜間活動，白天棲息在樹干上。雜交實驗表明，樺尺蛾的體色受一對等位基因S和s控制，黑色(S)對淺色(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，曼徹斯特地區(qū)的樹干上長滿了淺色的地衣。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。探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響探究實踐

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，使得種群中淺色個體每年減少10%,黑色個體每年增加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？（計算結(jié)果填入下表）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%升高降低探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響探究實踐1.樹干變黑會影響樺尺蛾種群中淺色個體的出生率嗎？為什么？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？會。因為樹干變黑后，淺色個體容易被發(fā)現(xiàn)，被捕食的概率增加直接受選擇的是表型（體色），而不是基因型，基因型并不能在自然選擇中起直接作用，因為天敵在捕食樺尺蛾時，看到的是樺尺蛾的體色而不是控制體色的基因。探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響探究實踐自然選擇使樺尺蛾種群的基因頻率發(fā)生定向改變，導(dǎo)致樺尺蛾朝著一定的方向不斷進化。變異(突變和重組)是不定向的（為進化提供原材料）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)生定向的改變生物定向緩慢進化生物進化的實質(zhì)是種群基因頻率的定向改變。變異和自然選擇與基因頻率變化的關(guān)系標(biāo)志著導(dǎo)致探究?實踐探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用實驗原理一般情況下，一定濃度的抗生素會殺死細(xì)菌，但變異的細(xì)菌可能產(chǎn)生耐藥性。在實驗室連續(xù)培養(yǎng)細(xì)菌時，如果向培養(yǎng)基中添加抗生素，耐藥菌有可能存活下來。通過觀察大腸桿菌在含有卡那霉素的培養(yǎng)基上的生長狀況，探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用。實驗?zāi)康?、用記號筆在培養(yǎng)皿的底部畫線，將培養(yǎng)基分為四個區(qū)，標(biāo)號實驗步驟2、將細(xì)菌涂布在培養(yǎng)基平板上探究?實踐探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用3、①號區(qū)域的中央放置不含抗生素紙片和②③④號區(qū)域的中央分別放置含有抗生素的紙片4、將培養(yǎng)皿倒置于37℃的恒溫箱中培養(yǎng)12~16h實驗步驟探究?實踐探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用5、觀察并測量抑菌圈直徑,并取平均值6、從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌培養(yǎng)，并重復(fù)以上步驟實驗步驟探究?實踐探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用實驗過程：實驗結(jié)果和結(jié)論：抗生素對細(xì)菌有選擇作用，抗生素對細(xì)菌抑制作用越來越弱。抑菌圈直徑/cm第一代第二代第三代12.261.891.6222.411.911.6732.421.871.69平均值2.361.891.66組別探究?實踐探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用1、為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌？

有利的，基因突變具有隨機性和不定向性，有利或有害取決于所處的環(huán)境條件，在本實驗的環(huán)境條件下，耐藥性細(xì)菌的存活率高，故為有利變異。有利于細(xì)菌的變異對人類是有害的，面對不同的主體，應(yīng)辯證地看待變異的有利有害性。抑菌圈邊緣生長的細(xì)菌可能是具有耐藥菌。3、在本實驗的培養(yǎng)條件下，耐藥菌所產(chǎn)生的變異是有利還是有害的？你怎么理解變異是有利還是有害的？三個概念生活在一定區(qū)域的同種生物全部個體的集合叫作種群。一個種群中全部個體所含有的全部基因，叫作這個種群的基因庫。在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數(shù)的比值，叫作基因頻率。三個觀點自然選擇直接作用的是個體的表型。但關(guān)于生物進化的研究，必須研究種群基因組成的變化。種群是生物進化和繁殖的基本單位。導(dǎo)致種群的基因頻率發(fā)生變化的因素有突變和自然選擇。突變和基因重組是不定向的，為生物進化提供了原材料。自然選擇定向選擇有利變異，進化的實質(zhì)是種群基因頻率的定向改變課堂小結(jié)二、隔離在物種形成中的作用能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物。它們是同一個物種嗎？物種：1、物種的概念生殖隔離：不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產(chǎn)生可育的后代，這種現(xiàn)象叫作生殖隔離。生殖隔離標(biāo)志著新物種的形成在自然界，是不是同一物種的個體都生活在一起呢？

不是，由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障礙，每一個物種總是被分成一個一個或大或小的群體，這些群體就是不同的種群。例如，兩個池塘里的鯉魚就是兩個種群。隔離：

不同群體間的個體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象。那么，地理隔離和生殖隔離有沒有什么聯(lián)系呢？地理隔離同種生物由于地理障礙而分成不同的種群，使得種群間不能發(fā)生基因交流的現(xiàn)象。生殖隔離不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產(chǎn)生可育后代的現(xiàn)象。隔離長期地理隔離導(dǎo)致生殖隔離。

這是達(dá)爾文在環(huán)球考察中觀察到的現(xiàn)象。在加拉帕戈斯群島上生活著13種地雀。這些地雀的喙差別很大，不同種之間存在生殖隔離。而在遼闊的南美洲大陸上，卻看不到這13種地雀的蹤影。

加拉帕戈斯群島位于南美洲附近的太平洋中，由13個主要島嶼組成，這些島嶼與南美洲大陸的距離為160~950km。不同島嶼的環(huán)境有較大差別，比如島的低洼地帶，布滿棘刺狀的灌叢；而在只有大島上才有的高地，則生長著茂密的森林。

這些島嶼是500萬年前由海底的火山噴發(fā)后形成的，比南美洲大陸的形成晚得多。因此，可以推測這些地雀的共同祖先來自南美洲大陸，以后在各個島嶼上形成了不同的種群。隔離在物種形成中的作用思考討論1.設(shè)想南美洲大陸的一種地雀來到加拉帕戈斯群島后，先在兩個島嶼上形成兩個初始種群。這兩個種群的個體數(shù)量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？2.不同島嶼上的地雀種群，產(chǎn)生突變的情況一樣嗎？3.對不同島嶼上的地雀種群來說，環(huán)境的作用有沒有差別？這對種群基因頻率的變化會產(chǎn)生什么影響？4.如果這片海域只有一個小島，還會形成這么多種地雀嗎？

隔離在物種形成中的作用思考討論可能是不一樣的不一樣（隨機的，不定向的）自然選擇的作用不同，可能導(dǎo)致朝著不同方向改變不會。因為沒有隔離。加拉帕戈斯群島的地雀的形成方式同一物種地理隔離，阻隔基因交流突變、基因重組各種群基因庫出現(xiàn)明顯差異新物種自然選擇，基因頻率發(fā)生改變生殖隔離，新物種形成的標(biāo)志總結(jié)歸納物種形成的三個環(huán)節(jié)

①突變和基因重組提供了生物進化的原材料

②自然選擇導(dǎo)致種群基因頻率的定向改變

③隔離是物種形成的必要條件（關(guān)鍵；最后環(huán)節(jié)）總結(jié)歸納（1）漸變式（主要方式）:長期地理隔離導(dǎo)致生殖隔離物種形成的方式:（2）驟變式：二倍體西瓜與四倍體西瓜新物種的形成必須要經(jīng)過生殖隔離，但不一定經(jīng)過地理隔離。短時間內(nèi)即可形成，如多倍體育種。比較物種形成和生物進化物種形成生物進化標(biāo)志變化后生物與原生物的關(guān)系二者聯(lián)系生殖隔離出現(xiàn)基因頻率