第6章生物的進化第3節種群基因組成的變化與物種的形成新課導入新課導入這一有利變異的個體能永遠生存下去嗎？情景：如果在灰色翅（aa）昆蟲的群體中偶然出現一只綠色翅（Aa）的變異個體，且綠色比灰色更適應環境。思考：該個體中的有利基因A，怎樣才能世代傳遞下去？若Aa的個體能夠繁殖，后代都是綠色個體嗎？新課導入某個體的有利變異的基因只有在群體中，通過有性生殖才能時代延續。有利變異綠色個體（Aa）的有性生殖的后代，還會有灰色（aa）個體出現。自然選擇直接作用的是個體，而且是個體的表現型。但是僅僅研究個體的表現型是否與環境相適應是不夠的，還需要研究群體的基因組成變化。這個群體就是種群。1.種群一、種群基因組成的變化生活在一定區域的同種生物全部個體的集合叫作種群。一片樹林中的全部獼猴是一個種群一片草地上的所有蒲公英也是一個種群(1)種群的概念1.種群一、種群基因組成的變化同一區域（區域可大可小，大到地球，小的可以是一汪池塘）同一物種的生物全部個體種群的三個要素1.種群一、種群基因組成的變化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1.種群一、種群基因組成的變化(2)種群的特點

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。種群是可進行基因交流的群體，是生物繁殖與進化的基本單位。1.種群一、種群基因組成的變化性狀是由基因控制的，因此研究生物的進化必須研究種群的基因組成和變化。如何分析種群的基因組成和變化？由此人們提出基因庫和基因頻率的概念。2.種群的基因庫和基因頻率一、種群基因組成的變化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的比值，叫作基因頻率。基因頻率＝該基因的總數全部等位基因的總數×100%一、種群基因組成的變化2.種群的基因庫和基因頻率例：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基因的基因頻率為：A%=×100%2×AA＋Aa2（AA＋Aa＋aa）=60%a基因的基因頻率為：=40%

a%=2×aa＋Aa2（AA＋Aa＋aa）×100%一、種群基因組成的變化3.用數學方法討論基因頻率的變化遺傳平衡狀態假設群體滿足以下五個條件：①昆蟲群體數量足夠大。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。④AA、Aa、aa三種基因型昆蟲的生存能力完全相同（也就是說自然選擇對A、a控制的翅型性狀沒有作用）。⑤沒有基因突變和染色體變異。一、種群基因組成的變化3.用數學方法討論基因頻率的變化在有性生殖過程中，如果符合遺傳平衡，產生的雌雄配子：

A60%A60%a40%a40%36%24%16%AAAaAa24%aa♀♂一、種群基因組成的變化3.用數學方法討論基因頻率的變化

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%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。基因型頻率從子一代開始保持不變。需要滿足上述5個前提條件。一、種群基因組成的變化4.遺傳平衡定律（哈代-溫伯格定律）在遺傳平衡狀態下（滿足上述五個條件）時：p+q=1（p+q）2=p2+2pq+q2=1AA=p2

Aa=2pq

aa=q2

若用p代表A基因的基因頻率，q代表基因a的頻率，則：這個種群的基因頻率（包括基因型頻率）就可以一代代穩定不變，保持平衡。一、種群基因組成的變化4.遺傳平衡定律（哈代-溫伯格定律）上述計算結果是在滿足五個假設條件的基礎上計算的，對自然界的種群來說，這五個條件都能成立嗎？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生變化，也就是說種群的進化是必然的。一、種群基因組成的變化4.遺傳平衡定律（哈代-溫伯格定律）如果該種群出現新的突變型（基因型為A2a或A2A2），也就是產生新的等位基因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？

突變產生的新基因會使種群的基因頻率發生變化。

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境。一、種群基因組成的變化4.遺傳平衡定律（哈代-溫伯格定律）種群的進化過程就是種群基因頻率發生變化的過程。種群是生物進化的基本單位。一、種群基因組成的變化基因突變產生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發生變化。達爾文曾明確指出，可遺傳的變異提供了生物進化的原材料。可遺傳變異是怎么產生的呢？一、種群基因組成的變化變異不可遺傳變異可遺傳變異基因突變基因重組染色體變異基因突變和染色體變異統稱為突變。一、種群基因組成的變化5.種群基因頻率的變化思考：生物自發突變的頻率很低，且大多數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？一、種群基因組成的變化5.種群基因頻率的變化例如，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率都是10－5，若有一個中等數量的果蠅種群（約有108個個體），那么每一代出現基因突變數是多少呢？2×1.3×104×10－5個體×108種群=2.6×107（個）一、種群基因組成的變化5.種群基因頻率的變化基因突變一定是有利或有害的嗎？取決于生物的生存環境。某海島上殘翅和無翅的昆蟲一、種群基因組成的變化5.種群基因頻率的變化基因重組突變新的等位基因多種多樣的基因型種群中出現大量可遺傳的變異變異是不定向的一、種群基因組成的變化5.種群基因頻率的變化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？一、種群基因組成的變化6.自然選擇對種群基因頻率變化的影響自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變。問題：樺尺蠖種群中s基因的頻率為什么越來越低？假設：根據前面所學知識的你能做出假設嗎？長滿地衣的樹干上的樺尺蛾黑色樹干上的樺尺蛾一、種群基因組成的變化6.自然選擇對種群基因頻率變化的影響

1870年樺尺蠖的基因型頻率為SS10%；Ss20%；ss70%，在樹干變黑這一環境條件下，假如樹干變黑不利于淺色樺尺蠖的生存，使得種群中淺色個體每年減少10%，黑色個體每年增加10%，以后的幾年內，樺尺蠖種群每年的基因型頻率與基因頻率是多少呢？一、種群基因組成的變化6.自然選擇對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%29.3%14.6%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低按照種群中淺色（ss）個體每年減少10%，黑色個體（S_）每年增加10%計算：一、種群基因組成的變化6.自然選擇對種群基因頻率變化的影響

在這個探究實驗中根據上面的數據分析，變黑的環境對樺尺蠖產生了什么樣的影響？變黑的環境對樺尺蠖淺色個體的出生率有影響嗎？變黑的環境使控制淺色的s基因頻率減少，S基因頻率增加。許多淺色個體可能在沒有交配、產卵前就已被天敵捕食。自然選擇使基因頻率定向改變。思考一、種群基因組成的變化6.自然選擇對種群基因頻率變化的影響在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表現型？天敵看到的是樺尺蠖的體色（表現型）而不是控制體色的基因。思考自然選擇直接作用的是個體，而且是個體的表現型。一、種群基因組成的變化6.自然選擇對種群基因頻率變化的影響變異是不定向的自然選擇定向不利變異被淘汰，有利變異逐漸積累種群的基因頻率發生定向改變生物朝一定方向緩慢進化在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會發生定向改變，導致生物朝著一定的方向不斷進化。一、種群基因組成的變化6.自然選擇對種群基因頻率變化的影響原因：淘汰不利變異基因、積累有利變異基因。結果：使基因頻率定向改變。自然選擇使種群的基因頻率定向改變并決定生物進化的方向。一、種群基因組成的變化6.自然選擇對種群基因頻率變化的影響(1)可遺傳的變異的來源突變基因突變染色體變異基因重組(2)可遺傳變異的形成、特點和作用①形成：②特點：③作用：(3)變異的有利和有害是相對的，是由生存環境決定的。a.基因突變產生新的等位基因；b.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。隨機的、不定向的。只是提供生物進化的原材料，不能決定生物進化的方向。一、種群基因組成的變化6.自然選擇對種群基因頻率變化的影響(1)原因：在自然選擇的作用下，具有有利變異的個體有更多的機會產生后代，種群中相應基因的頻率會不斷提高；相反，具有不利變異的個體留下后代的機會少，種群中相應基因的頻率會下降。(2)結果：在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會發生定向改變，導致生物朝著一定的方向不斷進化。一、種群基因組成的變化6.自然選擇對種群基因頻率變化的影響一、種群基因組成的變化7.探究抗生素對細菌的選擇作用（1）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。在實驗室連續培養細菌時，如果向培養基中添加抗生素，耐藥菌有可能存活下來。（2）目的要求通過觀察細菌在含有抗生素的培養基上的生長狀況，探究抗生素對細菌的選擇作用。一、種群基因組成的變化7.探究抗生素對細菌的選擇作用（3）實驗步驟①培養皿分區、標號。③將不含抗生素的紙片和抗生素紙片分別放在平板的不同位置。②涂布平板。①②③④④將培養皿倒置于37℃的恒溫箱中培養12~16h。⑥從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌，接種到已滅菌的液體培養基中培養。重復步驟②~⑤。⑤觀察細菌的生長狀況。是否有抑菌圈？測量、記錄。一、種群基因組成的變化7.探究抗生素對細菌的選擇作用（4）結果分析①你的數據結果是否支持“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境中生存和繁殖的變異在此環境中就是有利變異。③濫用抗生素有什么后果？促進耐藥菌的產生。二、隔離在物種形成中的作用曼徹斯特地區的樺尺蛾，雖然基因頻率發生了變化，但是并沒有形成新的物種。為什么說它們沒有形成新的物種？怎樣判斷兩個種群是否屬于同一個物種？1.物種的概念二、隔離在物種形成中的作用能夠在自然狀態下相互交配并且產生可育后代的一群生物稱為一個物種。例：不同“人種”世界各地的人雖然各有不同，但他們之間可以彼此通婚，并且產生可育的后代。因此，全世界的人在生物學上屬于同一個物種——智人種。1.物種的概念二、隔離在物種形成中的作用

馬

馬和驢是不是同一個物種呢？

驢

騾不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產生可育的后代，這種現象叫作生殖隔離。騾是不育的，因此，馬和驢之間存在生殖隔離，它們屬于兩個物種。2.生殖隔離二、隔離在物種形成中的作用不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產生可育的后代，這種現象叫作生殖隔離。生殖隔離種群間個體不能自由交配有些能交配，但胚胎期致死能交配并成功繁殖出子代，但其后代無生育能力二、隔離在物種形成中的作用2.生殖隔離孔雀和巨嘴鳥是同一個物種嗎？不是，不能互相交配。3.隔離及其在物種形成中的作用二、隔離在物種形成中的作用在自然界，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。3.隔離及其在物種形成中的作用二、隔離在物種形成中的作用同一種生物由于地理上的障礙而分成不同的種群，使得種群間不能發生基因交流的現象，叫做地理隔離。東北虎華南虎由于長期地理隔離而沒有相互交配，沒有基因交流，形成了地理隔離，它們形成兩個不同的亞種。3.隔離及其在物種形成中的作用二、隔離在物種形成中的作用生殖隔離地理隔離隔離：不同種群間的個體，在自然條件下基因不能自由交流的現象。隔離的實質：阻止種群間的基因交流3.隔離及其在物種形成中的作用二、隔離在物種形成中的作用地理隔離和生殖隔離有沒有什么聯系呢？對生物的進化有何作用呢？3.隔離及其在物種形成中的作用二、隔離在物種形成中的作用

設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量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？由于這兩個種群的個體數量都不夠多，基因頻率可能是不一樣的。問題1

不同島嶼上的地雀種群，產生突變的情況一樣嗎？不一樣。因為突變是隨機發生的。問題23.隔離及其在物種形成中的作用二、隔離在物種形成中的作用問題3問題4對不同島嶼上的地雀種群來說，環境的作用有沒有差別？這對種群基因頻率的變化會產生什么影響？不同島嶼的自然環境條件不一樣，因此環境的作用會有差別，導致種群基因頻率朝不同的方向改變。如果這片海域只有一個小島，還會形成這么多種地雀嗎？

不會。因為個體間有基因的交流。3.隔離及其在物種形成中的作用二、隔離在物種形成中的作用

隔離阻斷突變、基因重組和

向不同方向發生改變種群出現差異差異進一步加大隔離新種形成地理自然選擇基因頻率基因庫生殖基因交流加拉帕戈斯群島的地雀的形成方式4.新物種形成的常見方式二、隔離在物種形成中的作用自然選擇2自然選擇1地理隔離原種變異1變異2基因頻率的定向改變變異類型1變異類型2新物種1新物種2生殖隔離隔離是物種形成的必要條件。3.隔離及其在物種形成中的作用二、隔離在物種形成中的作用通過長期地理隔離而實現生殖隔離，是否是新物種形成的唯一方式呢？不是。多倍體的形成不需經地理隔離。物種A物種B雜交雜種植物染色體加倍異源多倍體1.物種的概念二、隔離在物種形成中的作用課堂小結課堂反饋1.下列關于種群的敘述中，錯誤的是

（）A．種群是生物進化和繁殖的基本單位B．一個池塘中的全部魚是一個種群C．一個種群中的全部基因構成該種群的基因庫D．種群內的個體會死亡，但基因庫卻可在代代相傳的過程中得到保持和發展B課堂反饋2．在一次大風暴后，有人搜集了100只受傷的麻雀，并把它們飼養起來