種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化

1、本節(jié)聚焦： 1 2、種群的基因頻率為什么會發(fā)生變化？ 3、自然選擇與種群基因頻率的變化有什么 關(guān)系？ 如果在褐色翅如果在褐色翅( (基因型為基因型為aa)aa)昆蟲的群體昆蟲的群體 中偶然出現(xiàn)一只綠色翅中偶然出現(xiàn)一只綠色翅( (基因型為基因型為Aa)Aa)的變異的變異 個體，且綠色比灰色更不易被捕食。那么：個體，且綠色比灰色更不易被捕食。那么： 1 1、昆蟲的翅色將怎樣變化？、昆蟲的翅色將怎樣變化？ 2 2、該綠色個體一定能被選擇下來嗎？為什么？、該綠色個體一定能被選擇下來嗎？為什么？ 3 3、如果該綠色個體能很好生活下來，它體內(nèi)的、如果該綠色個體能很好生活下來，它體內(nèi)的A A基基 因怎樣才能

2、傳遞給子代呢？因怎樣才能傳遞給子代呢？ 4 4、如果、如果AaAa與其他個體交配生殖，后代還會是綠色與其他個體交配生殖，后代還會是綠色 的嗎？的嗎？ （一）種群是生物進(jìn)化的基本單位：（一）種群是生物進(jìn)化的基本單位： 1 1、種群概念：、種群概念： 生活在生活在一定區(qū)域一定區(qū)域的的同種生物同種生物的的全部個體全部個體。 臥龍自然保護(hù)區(qū) 獼猴 例：判斷下列是否屬于種群例：判斷下列是否屬于種群 （1 1）一個池塘中的全部鯉魚）一個池塘中的全部鯉魚 （2 2）一個池塘中的全部魚）一個池塘中的全部魚 （3 3）一片草地上的全部植物）一片草地上的全部植物 （4 4）一片草地上的全部蒲公英）一片草地上的全部

3、蒲公英 一個生物一個生物“種種”或或“物種物種”于種群有何區(qū)于種群有何區(qū) 別？別？ 物種可以是分物種可以是分 布在不同的自然界的布在不同的自然界的 不同區(qū)域，不同區(qū)域，只有在發(fā)只有在發(fā) 生隨機(jī)交配、繁衍生隨機(jī)交配、繁衍， 是基因能夠世代相傳是基因能夠世代相傳 的一定區(qū)域內(nèi)的同種的一定區(qū)域內(nèi)的同種 全部個體的集合才是全部個體的集合才是 一個種群。一個種群。 2 2、種群的特點(diǎn)：、種群的特點(diǎn)： 種群中的個體并不是機(jī)械地集合在一起，種群中的個體并不是機(jī)械地集合在一起， 而是而是彼此彼此可以交配實(shí)行基因交流可以交配實(shí)行基因交流，并，并通過繁通過繁 殖將各自的基因傳給后代殖將各自的基因傳給后代。 同前一

4、年的蝗蟲種群相比，新形成的蝗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？蟲種群在基因組成上會有什么變化嗎？ 人們?yōu)槭裁匆岢鋈藗優(yōu)槭裁匆岢觥胺N群種群”這個概念呢？這個概念呢？ 自然界的物種實(shí)際上是以一個個種群存自然界的物種實(shí)際上是以一個個種群存 在的，種群是物種繁衍、進(jìn)化的基本單位。它在的，種群是物種繁衍、進(jìn)化的基本單位。它 為研究生物與環(huán)境的關(guān)系和物種的變化帶來了為研究生物與環(huán)境的關(guān)系和物種的變化帶來了 方便。方便。 3 3、基因庫：、基因庫： 一個種群一個種群中中全部個體全部個體所含有的所含有的全部基因全部基因。 4 4、基因頻率：、基因頻率： 在一個種群基因庫

5、中，某個基因占在一個種群基因庫中，某個基因占 全部等位基因數(shù)的比率。全部等位基因數(shù)的比率。 概念：概念： 例例: :從種群中隨機(jī)抽出從種群中隨機(jī)抽出100100個個體，測知基因型個個體，測知基因型 為為AAAA、AaAa和和aaaa的個體分別是的個體分別是3030、6060和和1010個。那個。那 么么A A和和a a的基因頻率是多少的基因頻率是多少? ? 解解: : A A基因的基因頻率為基因的基因頻率為: : a a基因的基因頻率為：基因的基因頻率為： 基因頻率基因頻率= = 某基因的數(shù)目某基因的數(shù)目 該基因的等位基因的總數(shù)該基因的等位基因的總數(shù) = =純合子頻率純合子頻率+1/2+1/2

6、雜合子頻率雜合子頻率 = 40%= 40% =30/100 =30/100100%100% +1/2+1/260/10060/100100% = 60%100% = 60% =10/100 =10/100100%100% +1/2+1/260/10060/100100% = 40%100% = 40% A%=100%100% 2AAAa 2(AAAaaa) a%= 100% 100% = 60%= 60% 2aaAa 2(AAAaaa) 100%100% 有數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化有數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化 1 1、假設(shè)上述、假設(shè)上述昆蟲種群非常大昆蟲種群非常大，所有的，所有的雌雄個體間都

7、雌雄個體間都 能自由交配能自由交配并產(chǎn)生后代，并產(chǎn)生后代，沒有遷入和遷出沒有遷入和遷出，自然選擇自然選擇 對翅色這一相對性狀沒有作用對翅色這一相對性狀沒有作用，基因基因A A和和a a都不產(chǎn)生突都不產(chǎn)生突 變變，根據(jù)孟德爾的分離定律計算：，根據(jù)孟德爾的分離定律計算： (1)(1)該種群產(chǎn)生的該種群產(chǎn)生的A A配子和配子和a a配子的比率是多少？配子的比率是多少？ (2)(2)子代基因型的頻率各是多少？子代基因型的頻率各是多少？ (3)(3)子代種群的基因頻率各是多少？子代種群的基因頻率各是多少？ (4)(4)子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻

8、率會同子一代一樣嗎？率會同子一代一樣嗎？ 新代基因型的頻率AA(30%)Aa(60%)aa(10%) 配子的比率A( )A( ) a( )a( ) 子代基因型頻率AA( )Aa( )AA( ) 子代基因頻率A ( )a( ) 30%30%30%10% 36%48%16% 60%40% 2 2、上述計算結(jié)果是建立在五個假設(shè)條件基礎(chǔ)上的。、上述計算結(jié)果是建立在五個假設(shè)條件基礎(chǔ)上的。 對自然界的種群來說，這五個條件都成立嗎？你能舉對自然界的種群來說，這五個條件都成立嗎？你能舉 出哪些實(shí)例？出哪些實(shí)例？ 3 3、如果該種群出現(xiàn)新的突變型，也就是產(chǎn)生新的等、如果該種群出現(xiàn)新的突變型，也就是產(chǎn)生新的等 位

9、基因位基因A A2 2，種群的基因頻率會變化嗎？基因，種群的基因頻率會變化嗎？基因A A2 2的頻率的頻率 可能會怎樣變化？可能會怎樣變化？ 由此可見，如果滿足上述五個條件，則親代和子由此可見，如果滿足上述五個條件，則親代和子 代每一種基因的頻率都不會改變，到再下一代也是如代每一種基因的頻率都不會改變，到再下一代也是如 此，也就是說基因頻率可以代代保持穩(wěn)定不變。這就此，也就是說基因頻率可以代代保持穩(wěn)定不變。這就 是是哈代溫伯格平衡哈代溫伯格平衡，也叫遺傳平衡定律。，也叫遺傳平衡定律。 但是，在實(shí)際中，這樣的平衡是不存在的。但是，在實(shí)際中，這樣的平衡是不存在的。 這是因?yàn)?，第一：這是因?yàn)?，第一?/p>

10、足夠大的種群是不存在足夠大的種群是不存在，而根，而根 據(jù)概率原理，當(dāng)個體數(shù)不是充足大時，實(shí)際得到的數(shù)據(jù)概率原理，當(dāng)個體數(shù)不是充足大時，實(shí)際得到的數(shù) 值與理論上的數(shù)值就存在誤差，實(shí)際中子代和親代的值與理論上的數(shù)值就存在誤差，實(shí)際中子代和親代的 基因頻率就會有差異。基因頻率就會有差異。 第二：第二：種群中充分的隨機(jī)交配也是不現(xiàn)實(shí)的，也就種群中充分的隨機(jī)交配也是不現(xiàn)實(shí)的，也就 是說不同基因型的卵細(xì)胞和精子結(jié)合的機(jī)會不會是均等是說不同基因型的卵細(xì)胞和精子結(jié)合的機(jī)會不會是均等 的的。 例如，在生殖季節(jié)，為了爭奪異性配偶，雄性海象之間要進(jìn)行激烈而又殘例如，在生殖季節(jié)，為了爭奪異性配偶，雄性海象之間要進(jìn)行激

11、烈而又殘 酷的競爭，爭斗的最后結(jié)果常常是強(qiáng)大的一方占有二三十個雌性海象，由于競酷的競爭，爭斗的最后結(jié)果常常是強(qiáng)大的一方占有二三十個雌性海象，由于競 爭失敗，有的雄性海象沒有任何的交配機(jī)會。假設(shè)其它條件不變，在生殖季節(jié)爭失敗，有的雄性海象沒有任何的交配機(jī)會。假設(shè)其它條件不變，在生殖季節(jié) 里，如果競爭力強(qiáng)的雄性海象個體基因型大多數(shù)是里，如果競爭力強(qiáng)的雄性海象個體基因型大多數(shù)是AA，而競爭失敗的雄性海，而競爭失敗的雄性海 象個體的基因型大多數(shù)是象個體的基因型大多數(shù)是aa（可能是由于本身基因型的關(guān)系，而導(dǎo)致性狀上的（可能是由于本身基因型的關(guān)系，而導(dǎo)致性狀上的 差異），那么差異），那么A的基因頻率將越來

12、越大。的基因頻率將越來越大。 第三：第三：基因突變每時每刻都有可能發(fā)生基因突變每時每刻都有可能發(fā)生。雖然每。雖然每 一個基因突變的頻率很低很低，但一個種群中有很多一個基因突變的頻率很低很低，但一個種群中有很多 很多的基因，所以基因的實(shí)際突變數(shù)是較大的，而且很多的基因，所以基因的實(shí)際突變數(shù)是較大的，而且 經(jīng)過代代的遺傳基因突變必然對種群的基因頻率產(chǎn)生經(jīng)過代代的遺傳基因突變必然對種群的基因頻率產(chǎn)生 影響，使基因的頻率發(fā)生改變。如由影響，使基因的頻率發(fā)生改變。如由a突變成突變成A的數(shù)的數(shù) 或或a突變成其它復(fù)等位基因的數(shù)相對較大，則突變成其它復(fù)等位基因的數(shù)相對較大，則a的基因的基因 頻率將越來越小。頻

13、率將越來越小。 第四：第四：由于各種原因，種群中有的個體會離開該由于各種原因，種群中有的個體會離開該 群體，相反的可能，有的同種的外來個體會遷入該種群體，相反的可能，有的同種的外來個體會遷入該種 群群，使種群中各種基因型的比例發(fā)生變化，而導(dǎo)致種，使種群中各種基因型的比例發(fā)生變化，而導(dǎo)致種 群基因頻率的改變?nèi)夯蝾l率的改變 。 第五：第五：在自然界中，自然選擇是不可抗拒的，在自然界中，自然選擇是不可抗拒的， 始終對種群發(fā)揮作用始終對種群發(fā)揮作用。如基因型為。如基因型為aa的個體由于本的個體由于本 身基因的原因，在特定的環(huán)境條件下，而導(dǎo)致性狀身基因的原因，在特定的環(huán)境條件下，而導(dǎo)致性狀 缺陷，不能

14、適應(yīng)變化了的環(huán)境，在自然選擇中處于缺陷，不能適應(yīng)變化了的環(huán)境，在自然選擇中處于 不利地位，則不利地位，則a的基因頻率也會越來越小。的基因頻率也會越來越小。 由于上述五方面的因素，種群基因頻率的改變由于上述五方面的因素，種群基因頻率的改變 是客觀的，親代和子代之間基因頻率的差異可能是是客觀的，親代和子代之間基因頻率的差異可能是 微妙的，但經(jīng)過代代的遺傳，當(dāng)這一差異由量變的微妙的，但經(jīng)過代代的遺傳，當(dāng)這一差異由量變的 積累而達(dá)到質(zhì)的差異時，該種群就漸變成另外一個積累而達(dá)到質(zhì)的差異時，該種群就漸變成另外一個 不同的種群了。所以從理論上分析，種群基因頻率不同的種群了。所以從理論上分析，種群基因頻率 的

15、改變是不可避免的，生物的進(jìn)化是必然的。的改變是不可避免的，生物的進(jìn)化是必然的。 影響種群基因頻率變化的根本原因是什么？影響種群基因頻率變化的根本原因是什么？ 是變異是變異 變異的類型有那些？變異的類型有那些？ 影響種群基因頻率變化的根本原因是什么？影響種群基因頻率變化的根本原因是什么？ 不能遺傳的變異不能遺傳的變異 可遺傳的變異可遺傳的變異 基因突變基因突變 基因重組基因重組 染色體變異染色體變異 人類把鯽魚的后代培育人類把鯽魚的后代培育 成金魚，實(shí)質(zhì)就是通過成金魚，實(shí)質(zhì)就是通過 選擇改變基因頻率。從選擇改變基因頻率。從 圖中看，顯然紅色基因圖中看，顯然紅色基因 的頻率顯著提高了。的頻率顯著提

16、高了。 某海島上的昆蟲出現(xiàn)殘翅和無翅類型某海島上的昆蟲出現(xiàn)殘翅和無翅類型 在自然情況下，突變的頻率是很低的，且多數(shù)在自然情況下，突變的頻率是很低的，且多數(shù) 是有害的，對生物的進(jìn)化有重要意義嗎？是有害的，對生物的進(jìn)化有重要意義嗎？ 如果蠅約有如果蠅約有104對基因，假定每個基因的突變頻率是對基因，假定每個基因的突變頻率是10 5，對于一個中等大小的果蠅種群（約有 ，對于一個中等大小的果蠅種群（約有108個個體）來說個個體）來說 每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是：每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是： 210410 5 1082107（個）（個） （二）突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料（二）突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材

17、料 突變突變 基因基因 重組重組 新的等位基因新的等位基因 多種多樣多種多樣 的基因型的基因型 種群中出現(xiàn)大量種群中出現(xiàn)大量 可遺傳的變異可遺傳的變異 變異是變異是不定向不定向的的 形成了形成了進(jìn)化的原材料進(jìn)化的原材料,不能決定生物進(jìn)化的方向不能決定生物進(jìn)化的方向 由于突變和基因重組，樺尺蠖形成了不同由于突變和基因重組，樺尺蠖形成了不同 的體色（黑色的體色（黑色S S、淺色、淺色s s） 英英19世紀(jì)曼徹斯特世紀(jì)曼徹斯特英英20世紀(jì)曼徹斯特世紀(jì)曼徹斯特 S(黑色黑色) )基因頻率：基因頻率： 樺樺 尺尺 蠖蠖 樺樺 尺尺 蠖蠖 5%5%以下以下 95%95%以上以上 未形成生殖隔離，還有基因交

18、流未形成生殖隔離，還有基因交流 影響基因頻率的因素：影響基因頻率的因素： 基因突變基因突變、基因重組和、基因重組和自然選擇自然選擇 生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)就是：生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)就是： 種群是生物進(jìn)化的單位，也是生物種群是生物進(jìn)化的單位，也是生物 （ ）的單位。）的單位。繁殖繁殖 生物進(jìn)化生物進(jìn)化=種群基因頻率變化種群基因頻率變化 種群基因頻率發(fā)生變化的過程。種群基因頻率發(fā)生變化的過程。 小結(jié)：小結(jié)： 小結(jié)（小結(jié)（自然選擇決定生物進(jìn)化的方向自然選擇決定生物進(jìn)化的方向）： 種群中產(chǎn)生的變異是（種群中產(chǎn)生的變異是（ ）的，經(jīng)過長）的，經(jīng)過長 期的自然選擇，其中不利變異被不斷淘汰，有期的自然選擇，其中不利變異被

19、不斷淘汰，有 利變異逐漸（利變異逐漸（ ），從而使種群的基因頻），從而使種群的基因頻 率發(fā)生（率發(fā)生（ ）改變，導(dǎo)致生物朝向一定）改變，導(dǎo)致生物朝向一定 方向進(jìn)化。可見，生物進(jìn)化的方向是由方向進(jìn)化?？梢?，生物進(jìn)化的方向是由 （ ） 決定的。決定的。 不定向不定向 積累積累 定向定向 自然選擇自然選擇 種群中產(chǎn)生的變異種群中產(chǎn)生的變異（ ） 自然選擇方向自然選擇方向( ) 不定向不定向 定向定向 某工廠有男女職工各某工廠有男女職工各200200名，對他們進(jìn)行調(diào)查時名，對他們進(jìn)行調(diào)查時 發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因攜帶者為發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因攜帶者為1515人，女性患者人，女性患者1 1 人，男性患者人，男性

20、患者1414人，這個群體中人，這個群體中色盲基因色盲基因的頻的頻 率應(yīng)為（率應(yīng)為（ ）。）。 A A、15% B15% B、3.88% C3.88% C、5.17% D5.17% D、10.3%10.3% 色盲（色盲（b b）基因頻率）基因頻率 15214 2002200 5.17 C C 100% 100% 1、已知人眼中的褐色（、已知人眼中的褐色（A）對藍(lán)色）對藍(lán)色(a)是顯性。在一個是顯性。在一個 有有30000人的人群中，藍(lán)眼人有人的人群中，藍(lán)眼人有3600人，褐眼的有人，褐眼的有 26400人，其中純合體有人，其中純合體有12000人。那么，在這個人群人。那么，在這個人群 中中A和和a基因頻率分布為（基因頻率分布為（ ） （A A）0.640.64和和0.36 0.36 （B B）0.360.36和和0.640.64 （C C）0.500.50和和0.50 0.50 （D D）0.820.82和和0.180.18 2