第六章

生物的進化第3節(jié)

種群基因組成的變化與物種的形成問題探討甲同學說：當然是先有雞蛋了，因為只有生殖細胞產生的基因突變才能遺傳給后代，體細胞即使發(fā)生了基因突變，也不能影響后代的性狀。乙同學說：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單位這一重要觀點。先有雞還是先有蛋一、種群生物進化的基本單位是個體還是種群？自然選擇的直接作用對象是基因型還是表型？aaA__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，沒有哪個個體是長生不死的，個體的表型會隨著個體的死亡而消失，決定表型的基因卻可以隨著生殖而世代延續(xù)，并且在群體中擴散。研究生物的進化，僅研究個體和表型是不夠的，還必須研究群體基因組成的變化。1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。一片沼澤地中的全部麋鹿一片草地上的所有蒲公英一個朱鹮種群一、種群2實例3核心要素一定區(qū)域同種生物全部個體一、種群4特點種群中的個體并不是機械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通過繁殖將各自的基因傳給后代。種群是物種繁衍、進化的基本單位。特點2.為什么稱“一個種群就是一個繁殖的單位”？思考Thinking具有有利變異表型的個體通過繁殖，使控制有利變異的基因在群體擴散有生之年不相見的同種生物繁殖后代嗎？

不同種的生物之間可以繁殖后代嗎？一定空間一定時間時常相遇才有機會繁殖一般同種生物才能繁殖后代生活在一定區(qū)域的同種生物全部個體的集合——種群種群是生物繁殖的單位，而不是同種生物個體簡單、機械或偶然的集合一、種群判斷下列是否屬于種群：（1）一個池塘中的全部魚（2）一個池塘中的全部鯉魚（3）兩個池塘內的全部青蛙（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一、種群問題:

種群在繁衍過程中，個體有新老交替，基因卻代代相傳。

如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有什么變化嗎？一、種群和種群基因庫1基因庫一個種群中全部個體所含有的全部基因。AAAaaaaaaaAaaAaa某昆蟲決定翅色的基因頻率種群中基因總數(shù)越多，基因庫越大，與基因種類無關。二、種群基因庫和基因頻率2基因頻率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。(1)基因庫：(2)基因頻率：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。公式：=某基因的數(shù)目該基因的等位基因的總數(shù)×100%(3)基因型頻率：在一個種群基因庫中，某個基因型的個體占個體總數(shù)的比值。=純合子頻率+1/2雜合子頻率公式：=特定基因型的個體數(shù)該種群個體總數(shù)×100%基因頻率——計算例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：=40%A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%==60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%方法一：概念法二、種群基因庫和基因頻率基因頻率——計算方法一：概念法例2.某工廠有男女職工各200人，對他們進行調查時發(fā)現(xiàn)，女色盲5人，女性攜帶15人。男性色盲11人，求XB,Xb的頻率？(XB=94%,Xb=6%)【解析】由于男性個體中的Y染色體上沒有與色盲有關的基因，所以應該將Y染色體所占的比例去除。Xb=×100%=6%15+5*2+11200*2+200二、種群基因庫和基因頻率2基因頻率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?；蝾l率=某基因的總數(shù)該對等位基因的總數(shù)×100%注意：等位基因的位置①常染色體或X、Y染色體的同源區(qū)段上②X染色體的非同源區(qū)段上基因頻率=某基因的總數(shù)雌性個體數(shù)×2+雄性個體數(shù)×100%(3)基因型頻率：在一個種群基因庫中，某個基因型的個體占個體總數(shù)的比值。二、種群基因庫和基因頻率基因頻率——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①在種群中一對等位基因的基因頻率之和等于1，基因型頻率之和也等于1②一個基因的頻率=該基因純合子的基因型頻率+1/2雜合子的基因型頻率二、種群基因庫和基因頻率假設：①昆蟲種群數(shù)量非常大；②所有的雌雄個體間都能自由交配并能產生后代；③沒有遷入和遷出；④不同翅色的個體生存和繁殖的機會是均等的；⑤基因A和a都不產生突變。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%根據(jù)計算結果，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？子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率與子一代一樣。任務一：用數(shù)學方法討論基因頻率的變化(P111)二、種群基因庫和基因頻率（哈代-溫伯格定律）二、種群基因庫和基因頻率3遺傳平衡

當群體滿足以下五個條件：

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都不產生突變設A的基因頻率為p，a的基因頻率為q；則有p+q=1，那么種群的基因頻率將不會改變A(p)a(q)A(p)AA(p2)Aa(pq)a(q)Aa(pq)aa(q2)aa基因型的頻率AA基因型的頻率Aa基因型的頻率

(p+q)2=p2+2pq+q2

用數(shù)學方法討論基因頻率的變化例：對自然界的種群來說，這5個條件不可能同時都成立。例如，翅色與環(huán)境色彩較一致的，被天敵發(fā)現(xiàn)的機會就少些。（1）足夠大的種群是不存在。而根據(jù)概率原理，當個體數(shù)不是充足大時，實際得到的數(shù)

值與理論上的數(shù)值就存在誤差，實際中子代和親代的基因頻率就會有差異。（2）隨機交配的不現(xiàn)實性。如領地爭奪、配偶選擇等，也就是說不同基因型的卵細胞和

精子結合的機會不會是均等的。（3）個體的遷入和遷出。（4）自然選擇的作用。（5）基因突變每時每刻都有可能發(fā)生。雖然基因突變具有低頻性，但考慮種群個體數(shù)

目龐大，因種類多，基因突變的數(shù)量也是很可觀的。二、種群基因庫和基因頻率二、種群基因庫和基因頻率題型三利用遺傳平衡定律計算基因頻率1.已知苯丙酮尿癥是位于常染色體上的隱性遺傳病。據(jù)調查，該病的發(fā)病率為1/10000。請問，在人群中苯丙酮尿癥致病基因的基因頻率和攜帶此隱性基因的雜合基因型頻率各是多少？由題意可知基因型aa的頻率為1/10000，計算得基因a的頻率為1%，所以基因A的頻率＝1－1%＝99%，基因型Aa的頻率為2×99%×1%＝1.98%答案1%、1.98%二、種群基因庫和基因頻率2.某植物種群中，AA個體占16%，aa個體占36%，該種群隨機交配產生的后代中AA個體百分比、A基因頻率和自交產生的后代中AA個體百分比、A基因頻率的變化依次為(

)A.增大，不變；不變，不變 B.不變，增大；增大，不變C.不變，不變；增大，不變 D.不變，不變；不變，增大題型四自交與隨機交配條件下基因頻率和基因型頻率的計算種群中，A基因頻率＝16%＋1/2×(1－16%－36%)＝40%，a基因頻率為60%根據(jù)遺傳平衡定律可知，隨機交配后，基因頻率不變，基因型頻率不變C16%AA――→16%AA；48%Aa――→48%(1/4AA∶1/2Aa∶1/4aa)，即12%AA∶24%Aa∶12%aa；因此自交產生的后代中AA頻率＝16%＋12%＝28%，A基因頻率＝28%＋1/2×24%＝40%??遺傳平衡群體無法進化怎樣進化?先打破平衡種群較小不自由交配有突變有選擇有遷入、遷出基因頻率發(fā)生改變對自然界的種群來說，不能滿足遺傳平衡狀態(tài)的五個條件種群基因頻率會發(fā)生變化嗎？生物該如何進化呢？二、種群基因庫和基因頻率三、種群基因頻率的變化問題:

導致基因頻率變化的原因可能有哪些？

基因突變在自然界是普遍存在的?；蛲蛔儺a生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生變化。基因突變染色體變異基因重組變異可遺傳變異不可遺傳變異突變生物進化的原材料可遺傳變異提供了生物進化的原材料。其來源分為突變和基因重組。生物自發(fā)突變的頻率很低，且大多數(shù)突變對生物體是有害的，它為何還能作為生物進化的原材料呢？三、種群基因頻率的變化生物自發(fā)突變的頻率很低，且大多數(shù)突變對生物體是有害的，它為何還能作為生物進化的原材料呢？如：果蠅約有104對基因，假定每個基因的突變率都是10-5，若有一個中等數(shù)量的果蠅種群（約有108個個體），那么每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)是多少呢？2×104×10-5個體×108種群=2×107由此可見，雖然基因突變頻率很低，但放到種群中每一代都會有可觀的變異量，雖然大多數(shù)都是有害的，但是總會出現(xiàn)一些更適應環(huán)境的變異，在自然選擇過程中被保留下來并逐代積累。突變的多害少利是絕對的嗎？三、種群基因頻率的變化突變的多害少利是絕對的嗎？長翅殘翅更適應風小環(huán)境更適應大風環(huán)境不是絕對的，“利”和“害”都是相對于環(huán)境而言的。某海島上殘翅和無翅的昆蟲在正常情況下很難生存，在刮大風的海島上卻因為不能飛行而避免了被海風吹到海里淹死。三、種群基因頻率的變化1可遺傳的變異（2）特點：隨機性和__________。（3）結果：只提供了生物進化的________,不能決定生物進化的方向。（4）利害性：變異的有利和有害是________,是由______決定的。不定向性原材料相對的環(huán)境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的呢？提供了生物進化的原材料。突變（1）來源基因重組基因突變染色體變異三、種群基因頻率的變化

19世紀時，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，結果樹皮裸露并被熏成黑褐色。長滿地衣的樹干上的樺尺蠖黑色樹干上的樺尺蠖基因類型黑色（S）淺色（s）

工業(yè)革命前（19世紀中葉）5%95%

工業(yè)革命后（20世紀中葉）95%5%①現(xiàn)象自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變樺尺蠖種群中的S基因為什么越來越高？②提出問題③作出假設假設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④創(chuàng)設情境示例631122三、種群基因頻率的變化59.0412.6525.1954.8114.4128.6任務二：探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響根據(jù)教材P112～113“探究·實踐”提供的資料，回答下列問題：(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？會影響。因為樹干變黑后，許多淺色個體可能在沒有交配、產卵前就已被天敵捕食，導致其個體數(shù)減少，影響出生率。(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？直接受選擇的是表型。因為天敵看到的是樺尺蛾的體色(表型)，而不是基因(3)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)分析，樺尺蛾種群發(fā)生進化了嗎？判斷的依據(jù)是什么？發(fā)生了進化。依據(jù)是樺尺蛾種群的基因頻率發(fā)生了改變。(4)根據(jù)資料分析，決定樺尺蛾進化方向的是什么？為什么？自然選擇決定生物進化的方向三、種群基因頻率的變化種群基因頻率發(fā)生定向改變不利變異被淘汰，有利變異逐漸積累變異自然選擇生物朝一定方向緩慢進化生物進化的實質是種群基因頻率在自然選擇作用下的定向改變。（不定向）（定向）在自然選擇的作用下，有利變異的基因頻率不斷增大，有害變異的基因頻率逐漸減小。三、種群基因頻率的變化2自然選擇對種群基因頻率變化的影響(1)原因:不斷淘汰具有__________的個體,選擇保留具有__________的個體。(2)選擇的對象:直接作用對象是個體的______,最終選擇的對象是決定表型的______。(3)選擇的結果:①生物性狀方面:朝著一定的______不斷進化。②基因方面:種群基因頻率會發(fā)生______改變。不利變異有利變異表型基因方向定向原種群不同性狀突變和基因重組自然選擇不利變異不斷淘汰有利變異積累加強種群基因頻率定向改變生物定向進化變異不定向(4)進化模型三、種群基因頻率的變化小結生物進化的基本單位生物進化的原材料決定生物進化的方向生物進化的實質種群突變和基因重組自然選擇種群基因頻率的定向改變則該校學生中XB和Xb的基因頻率分別是(

)A.6%、8%B.92%、8%C.78%、92% D.8%、92%調查某校學生中關于某種性狀的各種基因型及比例為：基因型XBXBXBXbXbXbXBYXbY比例(%)42.327.360.32464男性中的XB和Xb基因頻率與女性相同嗎？男色盲和女色盲的基因頻率相同嗎？B92%b8%基因型XBXBXBXbXbXbXBYXbY比例(%)42.327.360.32464男性中的XB和Xb基因頻率與女性相同嗎？男色盲和女色盲的基因頻率相同嗎？男性中色盲的比例=色盲基因頻率男色盲在人群中的比例=1/2色盲基因頻率女性中色盲的比例=色盲基因頻率2女色盲在人群中的比例=1/2色盲基因頻率2在遺傳平衡體系中人群中的色盲基因頻率=男性色盲基因頻率=女性色盲基因頻率四、探究抗生素對細菌的選擇作用探究?實踐實驗原理一般情況下，一定濃度的抗生素會殺死細菌，但變異的細菌可能產生耐藥性。在實驗室連續(xù)培養(yǎng)細菌時，如果向培養(yǎng)基中添加抗生素，耐藥菌有可能存活下來。目的要求通過觀察細菌在含有抗生素的培養(yǎng)基上的生長狀況，探究抗生素對細菌的選擇作用。材料用具經高溫滅菌的牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基及固體培養(yǎng)基平板，細菌菌株（如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等），含有抗生素（如青霉素、卡那霉素等）的圓形濾紙片（以下簡稱“抗生素紙片”），不含抗生素的紙片，鑷子，涂布器，無菌棉簽，酒精燈，記號筆，直尺等。四、探究抗生素對細菌的選擇作用1.分區(qū):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)，標號實驗步驟2.接種：將細菌涂布在培養(yǎng)基平板上四、探究抗生素對細菌的選擇作用實驗步驟3.設置變量：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.培養(yǎng)：將培養(yǎng)皿倒置于37℃的恒溫箱中培養(yǎng)12~16h~四、探究抗生素對細菌的選擇作用實驗步驟5.觀察：觀察并測量抑菌圈直徑，并取平均值6.重復實驗：從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌培養(yǎng)，并重復以上步驟注意：實驗結束后，應將耐藥菌、培養(yǎng)基、紙片等進行高溫滅菌處理。四、探究抗生素對細菌的選擇作用抗生素對細菌有選擇作用，抗生素對細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組別實驗結果和結論：四、探究抗生素對細菌的選擇作用結果和結論1．在培養(yǎng)基上是否有細菌生長？在放有抗生素紙片的區(qū)域呢？2．在連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑發(fā)生了什么變化？這說明抗生素對細菌產生了什么作用？實驗結果：抗生素紙片周圍出現(xiàn)抑菌圈，在連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑____________。實驗結論：這說明抗生素對細菌產生了選擇作用。越來越小有無四、探究抗生素對細菌的選擇作用①你的數(shù)據(jù)結果是否支持“耐藥菌是普遍存在的”這一說法？支持。抑菌圈邊緣生長的可能是耐藥菌。②在本實驗條件下，耐藥菌所產生的變異是有利的還是有害的？在本實驗條件下，一般來說是有利的，有利于生物在特定環(huán)境中生存和繁殖的變異在此環(huán)境中就是有利變異。③濫用抗生素有什么后果？促進耐藥菌的產生。結果分析四、探究抗生素對細菌的選擇作用√1．為探究兩種抗生素對某細菌的抑菌效果，設計如下圖所示實驗方案，在無菌固體培養(yǎng)基表面上涂布被檢測細菌，放置甲、乙和丙三個圓形濾