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课时1 种群基因组成的变化
第3节 种群基因组成的变化与物种的形成
说出种群和种群基因库的概念。
运用数学方法计算种群的基因频率和基因型频率，建构遗传平衡定律的数学模型。
探究自然选择对种群基因频率变化的影响。
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。
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。
甲同学
乙同学
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，也忽视了生物的进化是以种群为单位而不是以个体为单位这一重要观点。
阅读P110-111，思考：
1.什么是种群？举例。
2.什么是基因库？基因频率？基因型频率？
3.根据基因频率的概念，总结出一个基因库中某种基因（如A）的基因频率的计算公式。
4.生物进化的实质是什么？
一、种群和种群基因库
定义：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。
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。
1.种群的概念及特点
例1：判断下列是否属于种群：
⑴一个池塘中的所有的鱼
⑵一个池塘中的全部的鲤鱼
⑶两个池塘内的全部青蛙
⑷一片草地上的全部植物
⑸一片草原上的所有公斑马




⑹菜市场内所有的生菜


特点
①种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。
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。
特点
②一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。种群也是生物进化的基本单位
2.基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
基因库的定义：
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。
A
A
A
a
a
a
a
a
a
a
A
a
a
A
a
a
某昆虫决定翅色的基因频率
3.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。
4.基因型频率：
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。
基因频率=
某基因的数目
该基因的等位基因的总数
× 100%
基因型频率=
某基因型个体总数
种群全部个体数
× 100%
在某昆虫种群中，决定体色为黑色的基因是A，决定体色为褐色的基因是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。
A基因频率为:
a基因频率为：
= 40%
A% =
×100%
2×AA＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
a% =
= 60%
2×aa＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
×100%
类型1：概念法
b基因频率= ×100%
例：在调查红绿色盲时，随机抽查了200人，其中男女各100人。女性患者1人，携带者3人，男性患者4人。色盲基因的频率为多少？
Xb =
1×2+3+4
100×2+100
×100% =
3%
基因频率=
某基因的数目
控制该性状的等位基因总数
× 100%
A基因频率 = AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率
= 30%+1/2×60% = 60%
= 10%+1/2×60% = 40%
AA=30% Aa=60% aa=10%
a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率
类型2：已知基因型频率求基因频率
在某昆虫种群中，决定体色为黑色的基因是A，决定体色为褐色的基因是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。
基因型频率:
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%
假设上述昆虫种群数量非常大，所有雌雄个体都能自由交配并能产生后代，没有迁入和迁出，不同基因型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。
一个种群繁殖若干代后，其基因频率会不会发生变化？
亲代 子一代 子二代 子三代
基因型频率 AA 30% 36% 36% 36%
Aa 60% 48% 48% 48%
aa 10% 16% 16% 16%
基因频率 A 60% 60% 60% 60%
a 40% 40% 40% 40%
遗传平衡：种群基因频率和基因型频率不发生变化
假设上述昆虫种群数量非常大，所有雌雄个体都能自由交配并能产生后代，没有迁入和迁出，不同基因型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。
当群体满足以下五个条件：
①昆虫群体数量足够大； ②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代； ③没有迁入与迁出； ④自然选择对性状没有作用； ⑤基因A和a都不产生突变
设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1，那么
种群的基因频率将不会改变
A(p) a(q)
A(p) AA(p2) Aa(pq)
a (q) Aa(pq) aa(q2)
aa 频率
AA 频率
Aa 频率
(p + q)2 =p2 + 2pq + q2
类型3：利用遗传平衡定律（哈代 —— 温伯格定律）
例：某小岛上，白化病的发病率是1%，一个白化女性与一正常男子结婚，生出白化孩子的概率是多少？
aa =1% =
AA= ，Aa= ，aa=
a= ，A=
正常男子AA= = ，Aa= =
因为白化女性的基因型为aa，所以生出白化孩子的概率=
× =
1、上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。对于自然界的种群来说，这5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5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。
2、如果该种群出现新的突变型，也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率会变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？
突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A2的频率是上升还是下降，要看这一突变对生物体是有益的还是有害的。
结论：自然界中种群的基因频率一定会发生变化，也就是说进化是必然的。
【思考·讨论】
种群规模小
非自由交配
自然选择
最终导致基因频率改变
基因频率随机变化
出现基因交流
基因频率不定向改变
迁入和迁出
突变和基因重组
有偏好的基因频率改变
基因频率定向改变
生物进化的实质：种群基因频率发生变化。
变异
可遗传的变异
不可遗传的变异
基因突变
染色体变异
基因重组
突变
（提供生物进化的原材料）
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。
二、种群基因频率的变化
思考：在自然情况下，突变的频率是很低的，且多数是有害的，对生物的进化有重要意义吗？
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？
2×1.3× 104
× 108
种群
= 2.6 ×107（个）
个体
× 10-5
每一代就会产生大量的突变个体，且大多数突变对生物体是有害的。突变的有利与有害是相对的而不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。
1.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。
某海岛上残翅和无翅的昆虫
突变
基因重组
新的等位基因
多种多样的基因型
种群中出现大量可遗传的变异
变异是
不定向的
形成了进化的原材料,
不能决定生物进化的方向
2.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。
黑色(S基因)和浅色(s基因)桦尺蛾的数量变化
工业发展后
灰色树干
S
s
黑色树干
S
s
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
假设桦尺蛾种群个体总数为100个。
SS基因型频率=11/96=11.5%
Ss基因型频率=22/96=22.9%
ss基因型频率=63/96=65.6%
个体总数96个
SS=10个
Ss=20个
Ss=70个
第一年
SS= 10×1.1=11个
Ss= 20×1.1=22个
ss= 70×0.9=63个
第二年
S频率=11.5%+1/2×22.9%=23%
s频率=65.6%+1/2×22.9%=77%
根据课本P113数字化情境的内容，计算第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？
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
结论：在自然选择的作用下,可以使基因频率发生定向改变。
思考1.树干变黑会影响桦尺蠖种群中浅色个体的出生率吗？为什么？
思考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？
会，因为树干变黑后，浅色个体容易被发现，被捕食的概率增加，许多个体可能没有交配、产卵前就被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率。
表现型，基因型并不能在自然选择中起直接作用，因为天敌在捕食桦尺蠖时，看到的是桦尺蠖的体色而不是控制体色的基因。
变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少,S基因频率增加。
自然选择使基因频率定向改变→自然选择决定生物进化的方向
生物进化的基本单位
生物进化的实质
生物进化的原材料
决定生物进化的方向
种群
基因频率的改变
突变和基因重组
自然选择
现代进化理论：
探究实践：探究抗生素对细菌的选择作用
实验原理
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。
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。
目的要求
1.记号笔将培养基分为四个区并标号
2.将细菌涂布在培养基平板上
①
②
③
④
3.将含抗生素的纸片和不含抗生素的纸片置于不同的分区， 盖上皿盖。
方法步骤
4.将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h
5.观察并测量抑菌圈直径,并取平均值
6.从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤
思考1：在连续培养几代后，抑菌圈的直径发生了什么变化？这说明抗生素对细菌产生了什么作用？
抑菌圈的直径随着培养代数的增加而逐渐缩小;说明在细菌在抗生素的选择作用下，细菌的抗药性逐渐增强。
思考2：为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
抗生素能够杀死细菌，在抑菌圈边缘抗生素浓度较低，可能存在具有耐药性的细菌，因此要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌。
思考3：你的数据是否支持“耐药菌是普遍”存在的”这一说法？说说你的理由。
支持。因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。
思考4：在本实验的培养条件下，耐药菌所产生的变异是有利还是有害的？你怎么理解变异是有利还是有害的？
在本实验条件下，耐药菌产生的变异一般来说是有利的，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。
生物多样性
自然选择
基因突变
染色体变异
基因重组
突变
种群基因频率定向改变
生物进化
生物进化的实质是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。
种群基因频率的改变，标志着生物的进化
1、某一瓢虫种群中有黑色和红色两种体色的个体，这一性状由一对等位基因控制，黑色(B)对红色(b)为显性。如果基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%，基因型为bb的个体占4%。基因B和b的频率分别为（ ）
A.18%、82% B.36%、64%
C.57%、43% D.92%、8%
C
2、B/b是仅位于果蝇X染色体上的一对等位基因。现有一果蝇种群，雌雄各1 000只。其中，基因型为XBXB的果蝇200只，基因型为XbXb的果蝇300只，基因型为XBY的果蝇600只。该果蝇种群中b的基因频率为（ ）
A．40% B．60% C．50% D．70%
C
3、在一个随机交配的种群中，调查发现AA占20%，Aa占40%，aa占40%，在某种条件发生变化的情况下，显性个体每年递增10%，隐性个体每年递减10%，则一年后A基因的频率约为（ ）
A．43.1% B．40% C．36.7% D．44%
A
4、遗传学上的平衡种群是指在理想状态下，基因频率和基因型频率都不再改变的大种群。某哺乳动物的平衡种群中，栗色毛和黑色毛由常染色体上的一对等位基因控制。下列叙述正确的是（ ）
A．遗传平衡的“理想状态”是指种群间的雌雄个体可以自由交配
B．观察该种群，若新生的栗色个体多于黑色个体，则说明栗色为显性
C．该种群中，若隐性基因频率为20%，则显隐性个体比例为24∶1
D．若该种群栗色与黑色的基因频率相等，则栗色个体数等于黑色个体数
C

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