一、種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化

1、本節(jié)聚焦：1、為什么說(shuō)種群是生物進(jìn)化的基本單位？2、種群的基因頻率為什么會(huì)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aaaa) )昆蟲(chóng)的群體昆蟲(chóng)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AaAa) )的變異的變異個(gè)體，且綠色比灰色更不易被捕食。那么：個(gè)體，且綠色比灰色更不易被捕食。那么：1 1、昆蟲(chóng)的翅色將怎樣變化？、昆蟲(chóng)的翅色將怎樣變化？2 2、該綠色個(gè)體一定能被選擇下來(lái)嗎？為什么？、該綠色個(gè)體一定能被選擇下來(lái)嗎？為什么？3 3、如果該綠色個(gè)體能很好生活下來(lái)，它體內(nèi)的、如果該綠色個(gè)體能很好生活下來(lái)，它體內(nèi)的

2、A A基基因怎樣才能傳遞給子代呢？因怎樣才能傳遞給子代呢？4 4、如果、如果AaAa與其他個(gè)體交配生殖，后代還會(huì)是綠色與其他個(gè)體交配生殖，后代還會(huì)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(gè)體全部個(gè)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(gè)池塘中的全部鯉魚(yú)）一個(gè)池塘中的全部鯉魚(yú)（2 2）一個(gè)池塘中的全部魚(yú)）一個(gè)池塘中的全部魚(yú)（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）一片草地上的全部蒲

3、公英一個(gè)生物一個(gè)生物“種種”或或“物種物種”于種群有何區(qū)別？于種群有何區(qū)別？ 物種可以是分布物種可以是分布在不同的自然界的不在不同的自然界的不同區(qū)域，同區(qū)域，只有在發(fā)生只有在發(fā)生隨機(jī)交配、繁衍隨機(jī)交配、繁衍，是，是基因能夠世代相傳的基因能夠世代相傳的一定區(qū)域內(nèi)的同種全一定區(qū)域內(nèi)的同種全部個(gè)體的集合才是一部個(gè)體的集合才是一個(gè)種群。個(gè)種群。2 2、種群的特點(diǎn)：、種群的特點(diǎn)： 種群中的個(gè)體并不是機(jī)械地集合在一起，種群中的個(gè)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(guò)繁通過(guò)繁殖將各自的基因傳給后代殖將各自的基因傳給后代。 同前一年的蝗蟲(chóng)種群相比，新形成

4、的蝗同前一年的蝗蟲(chóng)種群相比，新形成的蝗蟲(chóng)種群在基因組成上會(huì)有什么變化嗎？蟲(chóng)種群在基因組成上會(huì)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(gè)概念呢？這個(gè)概念呢？ 自然界的物種實(shí)際上是以一個(gè)個(gè)種群存在自然界的物種實(shí)際上是以一個(gè)個(gè)種群存在的，種群是物種繁衍、進(jìn)化的基本單位。它為的，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(lái)了方研究生物與環(huán)境的關(guān)系和物種的變化帶來(lái)了方便。便。3 3、基因庫(kù)：、基因庫(kù)：一個(gè)種群一個(gè)種群中中全部個(gè)體全部個(gè)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(gè)種群基因庫(kù)中，某個(gè)基因占在一個(gè)種群基因庫(kù)中，某個(gè)基因

5、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(gè)個(gè)體，測(cè)知基因型個(gè)個(gè)體，測(cè)知基因型為為AAAA、AaAa和和aaaa的個(gè)體分別是的個(gè)體分別是3030、6060和和1010個(gè)。那個(gè)。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雜合子頻率雜合子頻率= 40%= 40% =30/100=30/1

6、00100%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%2AAAa2(AAAaaa)a%= 100% 100%= 60%= 60%2aaAa2(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(chóng)種群非常大昆蟲(chóng)種群非常大，所有的，所有的雌雄個(gè)體間都雌雄個(gè)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(méi)有遷入和遷出沒(méi)有遷入和遷出，自然選

7、擇自然選擇對(duì)翅色這一相對(duì)性狀沒(méi)有作用對(duì)翅色這一相對(duì)性狀沒(méi)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?tīng)柕姆蛛x定律計(jì)算：，根據(jù)孟德?tīng)柕姆蛛x定律計(jì)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，種群的基因頻率會(huì)同子一代一樣嗎？率會(huì)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

8、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(jì)算結(jié)果是建立在五個(gè)假設(shè)條件基礎(chǔ)上的。、上述計(jì)算結(jié)果是建立在五個(gè)假設(shè)條件基礎(chǔ)上的。對(duì)自然界的種群來(lái)說(shuō)，這五個(gè)條件都成立嗎？你能舉對(duì)自然界的種群來(lái)說(shuō)，這五個(gè)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)生新的等位基因位基因A A2 2，種群的基因頻率會(huì)變化嗎？基因，種群的基因頻率會(huì)變化嗎？基因A A2 2的頻率的頻率可能會(huì)怎樣變化？可能會(huì)怎樣

9、變化？ 由此可見(jiàn)，如果滿(mǎn)足上述五個(gè)條件，則親代和子由此可見(jiàn)，如果滿(mǎn)足上述五個(gè)條件，則親代和子代每一種基因的頻率都不會(huì)改變，到再下一代也是如代每一種基因的頻率都不會(huì)改變，到再下一代也是如此，也就是說(shuō)基因頻率可以代代保持穩(wěn)定不變。這就此，也就是說(shuō)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)椋谝唬哼@是因?yàn)?，第一：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(gè)體數(shù)不是充足大時(shí)，實(shí)際得到的數(shù)據(jù)概率原理，當(dāng)個(gè)體數(shù)不是充足大時(shí)，實(shí)際得到

10、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(huì)有差異。基因頻率就會(huì)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(shuō)不同基因型的卵細(xì)胞和精子結(jié)合的機(jī)會(huì)不會(huì)是均等是說(shuō)不同基因型的卵細(xì)胞和精子結(jié)合的機(jī)會(huì)不會(huì)是均等的的。 例如，在生殖季節(jié)，為了爭(zhēng)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(zhēng)奪異性配偶，雄性海象之間要進(jìn)行激烈而又殘酷的競(jìng)爭(zhēng)，爭(zhēng)斗的最后結(jié)果常常是強(qiáng)大的一方占有二三十個(gè)雌性海象，由于競(jìng)酷的競(jìng)爭(zhēng)，爭(zhēng)斗的最后結(jié)果常常是強(qiáng)大的一方占有二三十個(gè)雌性海象，由于競(jìng)爭(zhēng)失敗

11、，有的雄性海象沒(méi)有任何的交配機(jī)會(huì)。假設(shè)其它條件不變，在生殖季節(jié)爭(zhēng)失敗，有的雄性海象沒(méi)有任何的交配機(jī)會(huì)。假設(shè)其它條件不變，在生殖季節(jié)里，如果競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的雄性海象個(gè)體基因型大多數(shù)是里，如果競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的雄性海象個(gè)體基因型大多數(shù)是AA，而競(jìng)爭(zhēng)失敗的雄性海，而競(jìng)爭(zhēng)失敗的雄性海象個(gè)體的基因型大多數(shù)是象個(gè)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(lái)越大。的基因頻率將越來(lái)越大。 第三：第三：基因突變每時(shí)每刻都有可能發(fā)生基因突變每時(shí)每刻都有可能發(fā)生。雖然每。雖然每一個(gè)基因突變的頻率很低很低，但一個(gè)種群中有很多

12、一個(gè)基因突變的頻率很低很低，但一個(gè)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(guò)代代的遺傳基因突變必然對(duì)種群的基因頻率產(chǎn)生經(jīng)過(guò)代代的遺傳基因突變必然對(duì)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(duì)較大，則突變成其它復(fù)等位基因的數(shù)相對(duì)較大，則a的基因的基因頻率將越來(lái)越小。頻率將越來(lái)越小。 第四：第四：由于各種原因，種群中有的個(gè)體會(huì)離開(kāi)該由于各種原因，種群中有的個(gè)體會(huì)離開(kāi)該群體，相反的可能，有的同種的外來(lái)個(gè)體會(huì)遷入該種群體，相反的可能，有的同種

13、的外來(lái)個(gè)體會(huì)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(duì)種群發(fā)揮作用始終對(duì)種群發(fā)揮作用。如基因型為。如基因型為aa的個(gè)體由于本的個(gè)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(huì)越來(lái)越小。的基因頻率也會(huì)越來(lái)越小。 由于上述五方面的因素，種群基因

14、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(guò)代代的遺傳，當(dāng)這一差異由量變的微妙的，但經(jīng)過(guò)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(shí)，該種群就漸變成另外一個(gè)積累而達(dá)到質(zhì)的差異時(shí)，該種群就漸變成另外一個(gè)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(lèi)型有那些？變異的類(lèi)型

15、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(lèi)把鯽魚(yú)的后代培育人類(lèi)把鯽魚(yú)的后代培育成金魚(yú)，實(shí)質(zhì)就是通過(guò)成金魚(yú)，實(shí)質(zhì)就是通過(guò)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。的頻率顯著提高了。某海島上的昆蟲(chóng)出現(xiàn)殘翅和無(wú)翅類(lèi)型某海島上的昆蟲(chóng)出現(xiàn)殘翅和無(wú)翅類(lèi)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(duì)生物的進(jìn)化有重要意義嗎？是有害的，對(duì)生物的進(jìn)化有重要意義嗎

16、？如果蠅約有如果蠅約有104對(duì)基因，假定每個(gè)基因的突變頻率是對(duì)基因，假定每個(gè)基因的突變頻率是105，對(duì)于一個(gè)中等大小的果蠅種群（約有，對(duì)于一個(gè)中等大小的果蠅種群（約有108個(gè)個(gè)體）來(lái)說(shuō)個(gè)個(gè)體）來(lái)說(shuō) 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： 21041051082107（個(gè)）（個(gè)）（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)

17、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（的體色（黑色黑色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=

18、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(guò)程。種群基因頻率發(fā)生變化的過(guò)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(guò)長(zhǎng)）的，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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?？梢?jiàn)，生物進(jìn)化的方向是由方向進(jìn)化。可見(jiàn)，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

19、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(duì)他們進(jìn)行調(diào)查時(shí)名，對(duì)他們進(jìn)行調(diào)查時(shí)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，男性患者1414人，這個(gè)群體中人，這個(gè)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1521420022005.17C C 100% 100%1、已知人眼中的褐色（、已知人

20、眼中的褐色（A）對(duì)藍(lán)色）對(duì)藍(lán)色(a)是顯性。在一個(gè)是顯性。在一個(gè)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(gè)人群人。那么，在這個(gè)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0.180.182 2、在某一種群中，已調(diào)查得知，隱性性狀者（等位基、在某一種群中，已調(diào)查得知，隱性性狀者（等位基因用因用A A、a a表示）表示） 占占16%，那么該性狀的，那么該性狀的AA、Aa基因基因型個(gè)體出現(xiàn)的頻率分別為（型個(gè)體出現(xiàn)的頻率分別為（ ）A.0.36、0.48 B.0.36、0.24 C.0.16、0.48 D.0.480.36AA3、據(jù)調(diào)查，某校學(xué)生中基因型的比例為、據(jù)調(diào)查，某校學(xué)生中基因型的比例為XB XB（42.32%） XB Xb （7.36%） XbX