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1、第2节 现代生物进化理论的主要内容,本节聚焦： 1、为什么说种群是生物进化的基本单位？ 2、种群的基因频率为什么会发生变化？ 3、自然选择与种群基因频率的变化有什么关系？,一、种群基因频率的改变与生物进化,如果在褐色翅(基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅(基因型为Aa)的变异个体，且绿色比灰色更不易被捕食。那么： 1、昆虫的翅色将怎样变化？ 2、该绿色个体一定能被选择下来吗？为什么？ 3、如果该绿色个体能很好生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给子代呢？ 4、如果Aa与其他个体交配生殖，后代还会是绿色的吗？,问题探讨：,出现有利变异个体内的有利基因只有在群体中，通过有性生殖才能世代延
2、续，另外有利变异的个体的后代不一定能真实遗传。因此，研究生物的进化，仅仅研究个体的表现形式是否与环境相适应是不够的，还需要研究群体的基因组成的变化，这个群体就是种群。,（一）种群是生物进化的基本单位：,1、种群概念：,生活在一定区域的同种生物的全部个体。,卧龙自然保护区 猕猴,一个生物“种群”或“物种”于种群有何区别？,物种可以是分布在不同的自然界的不同区域，发生随机交配、繁衍，种群是基因能够世代相传的一定区域内的同种全部个体的集合才是一个种群。,2、种群的特点：,种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配实行基因交流，并通过繁殖将各自的基因传给后代。,例：判断下列是否属于种群,（1
3、）一个池塘中的全部鲤鱼 （2）一个池塘中的全部鱼 （3）一片草地上的全部植物 （4）一片草地上的全部蒲公英,人们为什么要提出“种群”这个概念呢？,自然界的物种实际上是以一个个种群存在的，种群是物种繁衍、进化的基本单位。它为研究生物与环境的关系和物种的变化带来了方便。,3、基因库：,一个种群中全部个体所含有的全部基因。,4、基因频率：,在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。,概念：,例:从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少?,解:,A基因的基因频率为:,a基因的基因频率为：,基因频率=,=纯合子频率+1
4、/2杂合子频率,= 40%,=30/100100% +1/260/100100% = 60%,=10/100100% +1/260/100100% = 40%,A%=,a%=, 100%,= 60%,假设115页题目中的种群满足以下五个条件： 昆虫群体数量足够大， 没有迁入与迁出， 全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代， AA、Aa、aa三种基因型昆虫的生存能力完全相同 （也就是说自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用） A和a都不产生突变,即没有基因突变和染色体变异。,在有性生殖过程中，如果符合以上的理想条件， (1)该种群产生的A 配子和a 配子的比率各是多少?,A 60%,a 40%
5、,A 60%,a 40%,36%,24%,16%,AA,Aa,Aa,24%,aa,(2)子代基因型的频率各是多少? (3)子代种群的基因频率各是多少?,30%,30%,30%,10%,36%,48%,60%,40%,16%,36%,48%,16%,60%,40%,(4)在讨论题2中的群体满足五个条件的情况下,计算子二代、子三代的基因频率与基因型频率 ; 分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗？,用数学方法讨论基因频率的变化 遗传平衡定律 此定律是由英国数学家哈代和德国医生温伯格分别于1908年和1909年独立证明的，故又称哈代温伯格定律。在一个极大的随机交配的种群中，在没有突变、选择和迁移的条
6、件下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡。,若种群中一等位基因为A和a，设A的基因频率=p，a的基因频率=q ， 因为(pq)=A%+a%=1， 则（p+q）2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1 。 AA的基因型频率=p2； aa的基因型频率=q2； Aa的基因型频率=2pq。,满足五个假设条件的种群是理想的种群,在自然条件下,这样的种群是不存在的.这也从反面说明了在自然界中,种群的基因频率迟早要发生变化,也就是说种群的进化是必然的.,（5）上述计算结果是在满足五个假设条件的基础上计算的，对自然界的种群来说，这五个条件都能成立吗？特别是如果第点假设（基因A
7、和a都不产生突变,即没有基因突变和染色体变异。）成立这与前面我们所学的基因突变的哪个特性相违背？,与基因突变的普遍性相违背。,(6)、如果该种群出现新的突变型，也就是产生新的等位基因（A2），种群的基因频率会变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？,突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。 基因A2的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有益还是有害的，这往往取决于生物生存的环境。,变异的类型有那些？,不能遗传的变异,可遗传的变异,基因突变 基因重组 染色体变异,基因突变在自然界是普遍存在的，因此基因突变产生新的等位基因,这就可能使种群的基因频率发生变化.,什么是突变？,现代遗传学研究表
8、明，可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。其中基因突变和染色体变异统称为突变。,例如：果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是105，若有一个中等数量的果蝇种群（约有108个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？,2 104 105,个体, 108,种群,=2 107,自然界中生物的自然突变频率很低，而且一般对生物体是有害的。为什么还能够改变种群中的基因频率呢？,种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。,此外，突变的有害还是有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。,结论：突变和基因重组产生进化的原材料,1种群
9、中突变的特点： 突变数很大、随机、不定向 2种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向,突变,基因 重组,新的等位基因,多种多样的基因型,种群中出现大量可遗传的变异,变异是不定向的,形成了进化的原材料,不能决定生物进化的方向,(三)自然选择决定生物进化的方向,（1）根据前面所学的知识你能做出假设吗？,探究活动:“探究自然选择对种群基因频率的影响”,自然选择可以使种群的基因频率定向改变,探究活动,2）现在我们用数学方法来讨论一下桦尺蠖基因频率变化的原因。1870年桦尺蠖的基因型频率为SS 10% ； Ss 20%； ss 70%，在树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不利于浅色桦尺蠖的生存，使
10、得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%，以后的几年内，桦尺蠖种群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？,70.7%,26%,29.3%,14.6%,56.1%,60.9%,26.1%,73.9%,29.3%,13.1%,升高,降低,(3)在这个探究实验中根据上面的数据分析，变黑的环境对桦尺蠖产生了什么样的影响？变黑的环境对桦尺蠖浅色个体的出生率有影响吗？,(4)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？,变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少，S基因频率增加,许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食,天敌看到的是桦尺蠖得体色（表现型）而不是控制体色的基因。,自然选择使种
11、群的基因频率定向改变并决定生物进化的方向,桦尺蠖,深色,浅色,栖息环境浅色,（个体多） （个体少）,栖息环境深色,s基因频率降低 S基因频率升高,浅色,深色,s基因频率又降低 S基因频率又升高,s基因频率95%,S基因频率95%,原因是： 淘汰不利变异基因、积累有利变异基因,结论：自然选择决定生物进化的方向,结果是：使基因频率定向改变。,影响基因频率的因素：,基因突变、基因重组和自然选择,生物进化的实质就是：,种群是生物进化的单位，也是生物（ ）的单位。,繁殖,生物进化=种群基因频率变化,种群基因频率发生变化的过程。,小结：,小结（自然选择决定生物进化的方向）：,种群中产生的变异是（ ）的，经
12、过长期的自然选择，其中不利变异被不断淘汰，有利变异逐渐（ ），从而使种群的基因频率发生（ ）改变，导致生物朝向一定方向进化。可见，生物进化的方向是由（ ） 决定的。,不定向,积累,定向,自然选择,种群中产生的变异（ ） 自然选择方向( ),不定向,定向,某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为15人，女性患者1人，男性患者14人，这个群体中色盲基因的频率应为（ ）。 A、15% B、3.88% C、5.17% D、10.3%,色盲（b）基因频率,15214,2002200,5.17,C,课堂练习：, 100%,A,A,3、据调查，某校学生中基因型的比例为XB XB
13、（42.32%） XB Xb （7.36%） XbXb （0.32%） XBY （46%） Xb Y（4%），则该地区 XB和 Xb 的基因频率分别是（ ） A.6%、8% B.8%、92% C.78%、92% D.92%、8%,D,基因突变与基因频率改变的有什么关系？为什么,基因突变的特点： 普遍存在 随机发生 突变频率很低 多数对生物体是有害的 不定向的,哈迪温伯格定律： 1908年，英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别提出关于基因频率稳定性的见解。他们指出，一个有性生殖的自然种群中，在符合以下5个条件的情况下，各等位基因的频率和等位基因的基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的，或者说，是
14、保持着基因平衡的。这5个条件是： 种群大； 种群中个体间的交配是随机的； 没有突变发生； 没有新基因加入； 没有自然选择。 这就是哈迪-温伯格定律。,哈迪温伯格定律： 举例来说，一个自然种群的一对等位基因A和a的频率或比例是1/21/2。在满足上述5个条件下，这一种群中带有A和带有a的2种精子的比例是1/21/2，带有A和带有a的2种卵子的比例也是1/2 1/2。有性生殖的结果应产生3种基因型，即1/4AA、 1/2Aa和1/4aa，A和a的比例仍是1/21/2。这一代随机交配产生的第三代，基因频率仍然是1/21/2，基因型频率仍然是1/4AA、1/2Aa和1/4aa。如果继续繁殖下去，只要满足上述5个条件，A、a等位基因的频率就永远是1/21/2，基因型永远是AA、Aa和aa，3者的比例也永远是1/41/21/4。这就是A、a等位基因在这一种群基因库中的平衡状态。,