种群基因组成的变化与物种的形成课件高一下学期生物人教版（2019）必修2

问题探探讨先有鸡还是先有蛋？甲同学说：当然是先有鸡蛋了，因为只有生殖细胞产生的基因突变才能遗传给后代，体细胞即使发生了基因突变，也不能影响后代的性状。乙同学说：不对，人们在养鸡过程中，是根据鸡的性状来选择的，只让符合人类需求的鸡繁殖后代，因此是先有鸡后有蛋。讨论：讨论：你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？先有鸡还是先有蛋问题探探讨这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为它们忽视了鸡和蛋在基因组成上的一致性，也忽视了生物的进生物的进化是以种群为单位化是以种群为单位而不是以个体为单位这一重要观点。生物进化的过程是种群基因库在环境的选择作用下定向改变的过程，以新种群与祖先种群形成生殖隔离为标志，并不是在某一时刻突然有一个个体或一个生殖细胞成为一个新物种。讨论：讨论：你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？问题探探讨资料19世纪中叶以前的英国曼切斯特地区，山清水秀，绿树成阴。那里的森林中生活着一种桦尺蛾。它们夜间活动，白天栖息在长满地衣的树干上。杂交实验表明桦尺蛾的体色受一对等位基因S和s控制，黑色（S）对浅色(s）为显性。生物学家来这里考察，发现大多数桦尺娥成虫的体色足浅色的，只有少数是黑色的，这些黑色的桦尺蛾是浅色桦尺娥在自然条件下的变异类型。100年以后，也就足20世纪中叶，曼彻斯特已经变成了一个工业城市。这里工厂林立，烟雾弥漫，工厂排出的煤烟杀死了地衣，结果使树皮裸露并被熏成黑褐色。这时侯，又有一些生物学家到这里考察，使他们惊讶的是，这里的黑色桦尺蛾变成了常见类型，而浅色的桦尺蛾却成了少数。问题探探讨思考：导致桦尺蛾出现“黑化现象的原因是什么？自然选择直接作用的是生物的个体，还是群体？自然选择直接选择的是基因型还是表型？为什么？环境的变化起到了选择作用个体表型。因为天敌在捕食桦尺蛾时，看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因。问题探探讨研究进化，仅研究个体和表型是否就可以？为什么？不可以。在自然界，没有哪个个体是长生不死的，个体的表型会随着个体的死亡而消失，决定表型的基因却可以随着生殖而世代延续，并且在群体中扩散。可见，研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究群体基因组成的研究群体基因组成的变化。一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库1.1.种群种群生活在生活在一定区域一定区域的的同种生物同种生物的的全部个体全部个体，种群种群是生物繁殖和进化的基本单位是生物繁殖和进化的基本单位（1 1）概念：）概念：一片草地上的所有蒲公英一片树林中的全部猕猴一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库思考：思考：为什么说为什么说“个体个体”不是生物进化的基本单位不是生物进化的基本单位？如果一个个体不能与种群中的其他个体交配产生如果一个个体不能与种群中的其他个体交配产生后代，那么这个个体的存在在进化上没有意义。后代，那么这个个体的存在在进化上没有意义。（2 2）特点：）特点：组成种群的个体并不是机械地集合在一起，组成种群的个体并不是机械地集合在一起，而而是彼此之间可以交配产生可育后代，通过繁殖是彼此之间可以交配产生可育后代，通过繁殖将基因传给后代。将基因传给后代。【例】农贸市场上售卖的鸡群是一个种群（【例】农贸市场上售卖的鸡群是一个种群（）X X 一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库一个种群就是一个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。许多昆虫的寿命不足一年，所有的蝗虫都会在秋风中死去，其中有些个体成功的完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵，来年春夏之交部分受精卵成功的发育成蝗虫。一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库基因库：一个种群中基因库：一个种群中全部个体全部个体所含有的所含有的全部基因全部基因。基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。数的比率。基因型频率：在一个种群中，某基因型个体占基因型频率：在一个种群中，某基因型个体占种群内全部个体的比率。种群内全部个体的比率。基因型频率=某基因型个体总数种群全部个体数100%基因频率=某基因的总数控制同种性状的等位基因的总数100%一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库【例【例1 1】某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为A A，决定翅色为褐色的基，决定翅色为褐色的基因为因为a a，从种群中，从种群中随机抽出随机抽出100100个个体，测知基因型为个个体，测知基因型为AAAA、AaAa和和aaaa的个体分的个体分别是别是3030、6060和和1010个。个。那么那么A A和和a a的基因频率是多少？的基因频率是多少？AAAA、AaAa、aaaa的基因型频率是多少？的基因型频率是多少？在种群中，一对等位基因的基因频率之和等于1，基因型频率之和等于1。基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率。AAAA基因型频率为基因型频率为:3 30%0%AaAa基因型频率为基因型频率为:60%60%aaaa基因型频率为基因型频率为:1 10%0%A A基因频率基因频率=100%100%2AA2AAAaAa2(AA2(AAAaAaaa)aa)302+60302+602 2 1 10000=60%60%22 1 10000a a基因频率基因频率=102+60102+60=40%40%2aa2aaAaAa2(AA2(AAAaAaaa)aa)100%100%=一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库【例【例2 2】在调查红绿色盲时，随机抽查了在调查红绿色盲时，随机抽查了200200人，其中男女各人，其中男女各100100人。女性人。女性患者患者1 1人，携带者人，携带者3 3人，男性患者人，男性患者44人。色盲基因的频率为多少？人。色盲基因的频率为多少？基因频率=某基因的总数控制同种性状的等位基因的总数100%X Xb b基因频率基因频率=12+3+41002+100100%=3%X Xb b基因频率基因频率=X Xb b基因总数基因总数2 2 女性个体数女性个体数男性个体数男性个体数100%100%基因只位于基因只位于X X染色体上基因频率的计算染色体上基因频率的计算一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库思考与讨论：思考与讨论：用数学方法讨论基因频率的变化用数学方法讨论基因频率的变化1.1.假设上述昆虫种群数量非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，没有迁入和迁出，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的，基因A和a都不产突变，根据孟德尔的分离定律计算。该种群产生的该种群产生的A A配子和配子和a a配子的比值各是多少？配子的比值各是多少？子代基因型的频率各是多少？子代基因型的频率各是多少？子代种群的基因频率各是多少？子代种群的基因频率各是多少？亲代基因型的比值亲代基因型的比值AA（30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比值A（）A()a()a()子代基因型频率AA（）Aa()aa()子代基因频率 A（）a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库想一想想一想，子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率，子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率会同子一代一样吗？会同子一代一样吗？亲代亲代子一代子一代 子二代子二代 子三代子三代基因型频基因型频率率AAAA30%30%AaAa60%60%aaaa10%10%基因频率基因频率A A60%60%a a40%40%36%36%48%48%16%16%60%60%40%40%36%36%16%16%48%48%60%60%60%60%40%40%40%40%36%36%48%48%16%16%在满足上述在满足上述5 5个个前提条件下前提条件下各代基因频率各代基因频率相同相同。基因型频率从。基因型频率从子一代子一代开始开始保持不变。保持不变。一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库遗传平衡定律（遗传平衡定律（哈代哈代 温伯格定律温伯格定律）：）：当当群体满足以下群体满足以下五个条件：五个条件：种群种群数量足够大；数量足够大；全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；没有迁入没有迁入与迁出；与迁出；自然选择对体色性状没有作用；自然选择对体色性状没有作用；基因基因A A和和a a都都不产生突变不产生突变时，种群的基因频率将不会改变。时，种群的基因频率将不会改变。设设 AA的基因频率为的基因频率为 p p，aa的基因频率为的基因频率为 q q；则则 p+qp+q=1=1，且：且：aaaa基因基因型的频率型的频率AAAA基因型的频率基因型的频率AaAa基因基因型的频率型的频率(p+q)(p+q)22=p=p22+2pq+q+2pq+q22一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库上述计算结果是建立在上述计算结果是建立在5 5个假设条件基础上的。对自然界的种个假设条件基础上的。对自然界的种群来说，这群来说，这5 5个条件都成立吗？你能举出哪些实例？个条件都成立吗？你能举出哪些实例？对自然界的种群来说，这对自然界的种群来说，这5 5个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。足够大的种群是不存在。而根据概率原理，当个体数不是充足大时，实足够大的种群是不存在。而根据概率原理，当个体数不是充足大时，实际得到的数值与理论上的数值就存在误差，实际中子代和亲代的基因频率就际得到的数值与理论上的数值就存在误差，实际中子代和亲代的基因频率就会有差异；会有差异；所有雌雄个体间都能自由交配并产生后代也是不现实的。也就是说不同所有雌雄个体间都能自由交配并产生后代也是不现实的。也就是说不同基因型个体产生的卵细胞和精子结合的机会并不是均等的；基因型个体产生的卵细胞和精子结合的机会并不是均等的；由于各种原因，种群中有的个体会离开该群体，有的个体会迁入该种群；由于各种原因，种群中有的个体会离开该群体，有的个体会迁入该种群；在自然界中，自然选择是不可抗拒的，始终对种群发挥作用；在自然界中，自然选择是不可抗拒的，始终对种群发挥作用；基因突变具有普遍性、随机性（基因突变具有普遍性、随机性（P83P83）。）。二、种群基因频率的变化二、种群基因频率的变化基因突变在自然界是普遍存在的。基因突变产生新的等位基因，这就可以使种群的基因频率发生变化。基因突变基因突变染色体变异染色体变异基因重组基因重组变异变异可遗传变异可遗传变异不可遗传变异不可遗传变异3种可遗传变异都能改变基因频率吗？突变突变生物进化的原生物进化的原材料材料二、种群基因频率的变化二、种群基因频率的变化基因突变基因突变染色体变异染色体变异基因重组基因重组可遗传变异可遗传变异主要因素主要因素3 3种可遗传变异都能改变基因频率吗？种可遗传变异都能改变基因频率吗？不一定影响不一定影响不直接改变不直接改变突变突变影响种群基因频率变化的因素影响种群基因频率变化的因素是是突变和基因重组突变和基因重组二、种群基因频率的变化二、种群基因频率的变化【突变】生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那么，它为什么能够作为生物进化的原材料呢？（教材P112）如：果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是10-5，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 10-5个体个体 108种群种群=2 107由此可见，虽然基因突变频率很低，但放到种群中每一代都会有可观的变异量，虽然大多数都是有害的，但是总会出现一些更适应环境的变异，在自然选择过程中被保留下来并逐代积累。二、种群基因频率的变化二、种群基因频率的变化生物的生存环境：突变的有害和有利也不是绝对的，生物的生存环境：突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。这往往取决于生物的生存环境。突变的多害少利是绝对的吗？某