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人教版（2019）必修二
第6章 生物的进化
第3节 （一）种群基因组成的变化
认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程，认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的作用（科学思维、社会责任）
能够阐述种群、种群基因库、基因频率等概念，说明种群是生物繁殖和进化的基本单位
01
能计算种群的基因频率和基因型频率，得出遗传平衡定律的数学模型
02
学习目标
03
能阐明自然选择对种群基因频率变化的影响
男
男
情境导入
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。
你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？
这两种观点都有一定的证据，但都不全面。因为他们忽视了鸡和蛋在基因组成上的一致性，也忽视了生物的进化是以种群为单位而不是以个体为单位这一重要观点。
种群和种群基因库
01
种群基因频率的变化
02
目录
自然选择对种群基因频率变化的影响
03
种群和种群基因库
1
一、种群
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫做种群。
1.定义：
2.特点：种群是繁殖的基本单位，也生物进化的基本单位。
举例：一片树林中的全部猕猴是一个种群
一片草地上的所有蒲公英是一个种群
种群和种群基因库
二、基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。
1.定义：
注意范围是种群不是物种。
基因库包含了种群中全部个体的全部基因，无论“优劣”。
一个种群所有个体各自有自己的基因，共同构成了种群的基因库。它们各自的基因都是基因库的一部分。个体间的差异越大，基因库也就越大。
种群和种群基因库
三、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值
基因频率=
某基因的数目
该基因的等位基因的总数
× 100%
在一个种群基因库中，某个基因型的个体占个体总数的比值。
影响因素：
突变、选择、迁移等。
基因型频率=
某基因型个体总数
种群全部个体数
×100%
基因型频率：
种群和种群基因库
基因频率的一般计算方法
在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是a，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，求A和a的基因频率。
某昆虫决定翅色的基因频率
计算：就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因，那么：
这100个个体共有_____个基因，其中：
A基因的数量=___________________ 个
a基因的数量=____________________个
A基因的频率=____________________%
a基因的频率=____________________%
200
2×30+60=120
120÷200=60
2×10+60=80
80÷200=40
三、基因频率：
用数学方法讨论基因频率的变化
任务一
假设：①昆虫种群数量非常大；②所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；③没有迁入和迁出；④不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的；⑤基因A和a都不产生突变。
(1)该种群产生的A配子和a配子的比值各是多少？
(2)子代基因型的频率各是多少？
(3)子代种群的基因频率各是多少？
(4)将计算结果填入下表，想一想，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？
用数学方法讨论基因频率的变化
任务一
亲代 子一代 子二代 子三代
基因型频率 AA 30%
Aa 60%
aa 10%
基因频率 A 60%
a 40%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
16%
48%
60%
60%
40%
40%
36%
48%
16%
各代基因频率相同吗？基因型频率相同吗？这有什么前提条件吗？
各代基因频率相同。基因型频率从子一代开始保持不变。需要满足上述5个前提条件。
用数学方法讨论基因频率的变化
任务一
当群体满足以下五个条件：①昆虫种群数量非常大；②所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；③没有迁入和迁出；④不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的；⑤基因A和a都不产生突变。
种群的基因频率将不会改变
设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1，那么
(p+q)2 = p2 + 2pq + q2 ＝ 1
AA=p2 Aa=2pq aa=q2
种群和种群基因库
导致基因频率改变的原因
种群规模小
基因频率随机变化
出现基因交流
迁入和迁出
基因频率不定向改变
突变和基因重组
非自由交配
有偏好的基因频率改变
自然选择
基因频率定向改变
最终导致基因频率改变
三、基因频率：
种群和种群基因库
01
种群基因频率的变化
02
目录
自然选择对种群基因频率变化的影响
03
种群基因频率的变化
一、种群基因频率的变化
基因突变在自然界普遍存在。基因突变产生新等位基因，就可使种群基因频率发生变化。
变异
不可遗传的变异
可遗传的变异
突变
基因突变
染色体变异
基因重组
种群基因频率的变化
例
果蝇一组染色体上约有1.3×104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？
一、种群基因频率的变化
2×1.3× 104
× 108
种群
= 2.6 ×107（个）
个体
× 10-5
种群基因频率的变化
二、可遗传变异的形成、特点和作用
例如，有翅的昆虫，有时候会出现残翅和无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去。但是在经常刮大风的海岛上，这里昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死
突变的有利和有害也不是绝对的，往往取决于生物的生存环境。
长翅
残翅
更适应风小环境
更适应大风环境
种群基因频率的变化
二、可遗传变异的形成、特点和作用
突变（基因突变和染色体变异）和基因重组产生进化的原材料
基因突变
基因重组
新的等位基因
多种多样的基因型
形成了进化的原材料,
不能决定生物进化的方向
作用
种群中出现大量可遗传的变异
形成
变异是随机的、不定向的
特点
那么种群基因频率的改变是否也是不定向的？
种群和种群基因库
01
种群基因频率的变化
02
目录
自然选择对种群基因频率变化的影响
03
自然选择对种群基因频率变化的影响
英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天栖息在树干上。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)是显性的。
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
自然选择对种群基因频率变化的影响
假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS10%,Ss 20%,ss 70%,S基因的频率为20%。在树干变黑这一环境条件下，假如浅色桦尺蛾更容易被天敌发现并被捕食，使得种群中浅色个体每年减少10%,黑色个体每年增加10%。第2～10年间，该种群每年的基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？（计算结果填入下表）
第1年 第2年 第3年 第4年 ……
基因型频率 SS 10% 11.5%
Ss 20% 22.9%
ss 70% 65.6%
基因频率 S 20% 23%
s 80% 77%
70.7%
26%
29.2%
14.7%
56.1%
60.9%
26.1%
73.9%
29.3%
13.1%
升高
降低
自然选择对种群基因频率变化的影响
根据教材P112～113“探究·实践”提供的资料，回答下列问题：
（1）树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？
会影响。因为树干变黑后，许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率。
（2）在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表型？为什么？
直接受选择的是表型。因为天敌看到的是桦尺蛾的体色(表型)而不是控制体色的基因。
自然选择对种群基因频率变化的影响
（3）根据表格中的数据分析，桦尺蛾种群发生进化了吗？判断的依据是什么？
发生了进化。依据是桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。
（4）根据资料分析，决定桦尺蛾进化方向的是什么？为什么？
自然选择。因为在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断提高；相反，具有不利变异的个体保留下来的机会少，相应基因的频率会下降。
自然选择对种群基因频率变化的影响
变异是不定向的
自然选择是定向的
不利变异被淘汰,有利变异逐渐积累
种群的基因频率发生定向的改变
生物朝着一定方向缓慢进化
生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。
种群基因频率的改变，标志着生物的进化。
探究·实践 探究抗生素对细菌的选择作用
一般情况下，一定浓度的抗生素会杀死细菌，但变异的细菌可能产生耐药性。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，耐药菌有可能存活下来。
实验原理
目的要求
通过观察细菌在含有抗生素的培养基上的生长状况，探究抗生素对细菌的选择作用。
自变量：
因变量：
有无抗生素
细菌是否被杀死
探究·实践 探究抗生素对细菌的选择作用
实验步骤
1
2
3
4
5
6
分区
接种
设置变量
培养
观察
重复实验：
第二代、第三代
①
②
③
④
①区放置不含抗生素（对照组）
②③④区放含有抗生素的纸片（实验组）
观察有无抑菌圈
测量抑菌圈直径
→判断是否抑菌
→判断抑菌强弱
抑菌圈
探究·实践 探究抗生素对细菌的选择作用
结果分析
在培养基上有细菌生长，在放有抗生素纸片的区域无细菌生长。连续培养几代后，抑菌圈的直径会变小。
抗生素对细菌有选择作用，抗生素对细菌抑制作用越来越弱。
探究·实践 探究抗生素对细菌的选择作用
结果分析
①你的数据结果是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？
支持。抑菌圈边缘生长的可能是耐药菌。
②在本实验条件下，耐药菌所产生的变异是有利的还是有害的？
在本实验条件下，一般来说是有利的，有利于生物在特定环境中生存和繁殖的变异在此环境中就是有利变异。
③滥用抗生素有什么后果？
滥用抗生素会使病菌的抗药基因不断积累，抗药性不断增强，导致抗生素药物失效
课堂小测
1.某玉米种群中，基因型为AA、Aa、aa的个体所占比例分别为36%、48%、16%，若各种基因型植株生活和繁殖能力均相同，则该种群自由交配n代后AA的比例和A的基因频率，以及自交n代后AA的比例和A的基因频率分别发生的变化是（不发生自然选择）( )
A.增大、不变、增大、不变 B.不变、不变、不变、不变
C.不变、不变、增大、不变 D.不变、不变、减小、不变
解析：根据“某玉米种群中，基因型为AA、Aa、aa的个体所占比例分别为36%、48%、16%”，可推知该种群中A基因频率为60%，a基因频率为40%。若个体之间自由交配，应用配子法分析后代基因型频率，该种群产生的配子基因型及比例即为基因频率（A为60%、a为40%），经计算可知无论自由交配多少代，后代中基因型频率始终保持（AA为36%、Aa为48%、aa为16%）不变，同时种群的基因频率也不变；若种群内个体自交，则纯合子自交后代始终是纯合子，而杂合子自交后代有纯合子也有杂合子，故随着自交代数增加，纯合子比例逐渐提高而杂合子比例逐渐降低，同时由于不发生自然选择，基因频率不变，C正确。
C
课堂小测
2.某自由交配的飞蛾种群中，基因A的频率多年保持在80%后来迁入新的捕食者，一年后基因型为AA的个体减少10%,基因型为Aa的个体数不变，基因型为aa的个体减少90％，此时AA的基因型频率和a的基因频率分别为( )
A.64%、18% B.64%、16.4% C.57.6%、18% D.57.6%.16.4%
解析：设迁入新的捕食者前该飞蛾种群数量为1000只，基因A的频率为80%，则基因a的频率为20%，所以基因型频率AA=64%，Aa=32%，aa=4%，基因型为AA的个体数为640只、Aa的个体数为320只、aa的个体数为40只。迁入新的捕食者，一年后基因型为AA的个体减少10%，则AA的个体数为576只。基因型为Aa的个体数不变，为320只。基因型为aa的个体减少90%，则aa的个体数为4只，则迁入新的捕食者后该飞蛾种群数量为900只。所以此时AA的基因型频率=（576/900）×100%=64%，a的基因频率=【（320十2×4）/（900×2）】×100%≈18%，A正确。
A
课堂小测
3.桦尺蛾的体色受到常染色体上一对等位基因S和s的控制，黑色（S）对浅色（s）为显性。在某个自由交配且数量足够多的桦尺蛾种群中，浅色个体长期维持在16%左右。下列有关分析正确的是( )
A.纯合黑色个体大约占84%
B.杂合黑色个体大约占48%
C.S基因的频率为96%，s基因的频率为4%
D.亲代S基因的频率大于子代S基因的频率
解析：浅色个体ss长期维持在16%左右，则s的基因频率=40%，S的基因频率=60%，纯合黑色个体SS=60%×60%=36%，杂合黑色个体=2×60%×40%=48%，AC错误，B正确；该种群中自由交配且数量足够多，没有淘汰某类个体，则亲子代的S基因频率不变，D错误。
B
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