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AA
AA
Aa
Aa
aa
aa
aa
AA
AA
AA
aa
第六章 生物的进化
第3节
种群基因组成的变化与物种的形成
CONTENTS
本
节
聚
焦
科学探究 用数学方法分析种群基因频率的变化与进化关系
社会责任
认同生物进化观点对人类思想观念影响，确立进化论观点。
生命观念
能说明物种、种群概念；能区分基因库、基因频率概念；能阐明以达尔文自然选择学说为中心的现代生物进化理论主要观点。
科学思维 用数学方式说明基因频率的变化
在灰色翅（基因型aa）昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅（Aa）的变异个体，且绿色比灰色更不容易被敌害发现。
【问题探讨】
根据达尔文“适者生存、不适者淘汰”的观点，该绿色个体能被选择下来吗？
如果绿色个体能很好的活下来，它要如何才能将绿色性状传给后代？
不一定。绿色个体可能因为其它原因死亡。一个个体的适应能力无论多强，如果它的性状不能遗传给后代，它在进化中是没有贡献的。
通过将绿色基因传递给子代，才能将绿色性状一代一代的传递下去。性状的遗传要通过基因传递。
种群和种群基因库
aa
A
自然选择
直接对象：
根本对象：
个体的性状（表现型）
种群的基因
研究生物进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究群体基因组成变化。
种群和种群基因库
种群和种群基因库
种群是物种繁衍、进化的基本单位。
1 种群：生活在一定区域的同种生物的全部个体的集合叫做种群。
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。
种群和种群基因库
判断下列是否属于种群：
（1）一个池塘中的全部鱼
（2）一个池塘中的全部鲤鱼
（3）两个池塘内的全部青蛙
（4）一片草地上的全部植物
（5）一片草地上的成年梅花鹿
否
是
否
否
否
种群的三个要素
同一区域
同一物种的生物
全部个体
种群和种群基因库
基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因
基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值
2 基因库和基因频率
如何计算基因频率和基因型频率？
种群和种群基因库
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%
类型一：概念法：
种群和种群基因库
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。
若：基因位于X染色体的非同源区段上（注意Y上没有等位基因）
基因频率=
某基因的总数
雌性个体数×2 +雄性个体数
× 100%
某工厂有男女职工各200人，对他们进行调查时发现，女色盲5人，女性携带15人。男性色盲11人，求XB,Xb的频率？
即：XBXb 15人 XbXb 5人 XbY 11人
b% =
×100%
15+5x2+11
400x2-200(Y)
=6%
B% =94%
种群和种群基因库
类型二：已知基因型频率求基因频率
亲代基因型频率 AA（30％） Aa（60％） aa（10％）
配子的比率 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％
A基因频率 = AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率
a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率
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？
种群和种群基因库
类型三：利用遗传平衡定律（哈代 —— 温伯格定律）
当群体满足以下五个条件：①种群数量足够大；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自然选择对体色性状没有作用；⑤基因A和a都不产生突变时，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 p + q = 1 ，且：
aa 基因型的频率
AA 基因型的频率
Aa 基因型的频率
( p + q )2 = p2 + 2pq + q2
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。
可遗传的变异
变异
不可遗传的变异
基因突变
染色体变异
基因重组
突变
普通个体
变异个体
进化的原材料
某种自然选择
自然选择之后的个体
种群基因频率的变化
某海岛上残翅和无翅的昆虫
突变产生的变异有利或有害是绝对的吗？
种群基因频率的变化
突变和基因重组产生生物进化原材料，
环境决定生物进化的方向（自然选择是定向的）。
突变
新的等位基因
多种多样的基因型
基因重组
种群中出现大量随机的、不定向的可遗传变异
形成生物进化丰富的材料
自然选择对种群基因频率变化的影响
桦尺蠖种群中的s基因为什么越来越低？
提出问题
(参见教材112-113页)
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？
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？
自然选择对种群基因频率变化的影响
第一年 第二年 第三年 第四年 …….
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%
12.9%
25.8%
61.3%
26%
74%
14.3%
29.7%
56.0%
29%
71%
分析结果，得出结论:
升高
升高
降低
升高
降低
环境的选择作用使s基因频率越来越低。
在自然选择过程中，直接受选择的是生物的表现型。在自然选择作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。
自然选择对种群基因频率变化的影响
不定向的变异
不利变异
（基因）
有利变异
（基因）
淘汰
种群的基因频率定向改变
生物定向进化
多次选择和积累，通过遗传
自然选择
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。
(参见教材115页)
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。
抗生素对细菌的选择作用
用记号笔在培养皿的底部画线，将培养基分为四个区，标号
将细菌涂布在培养基平板上
①号区域中央放置不含抗生素纸片②③④号区域的中央分别放置含有抗生素的纸片
将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h
观察并测量抑菌圈直径,并取平均值
从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤
抗生素对细菌的选择作用
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。
抑菌圈直径/cm 第一代 第二代 第三代
1 2.26 1.89 1.62
2 2.41 1.91 1.67
3 2.42 1.87 1.69
平均值 2.36 1.89 1.66
抗生素对细菌的选择作用
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。
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。
滥用抗生素有什么后果？
促进耐药菌的产生。
变异在前，选择再后
隔离在物种形成中的作用
物种：能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物。
马（2n=64）
驴（2n=62）
骡（2n=63）
+
隔离在物种形成中的作用
种群 物种
概念
生活 地域
相互关系 同一区域
同一区域或不同区域
一个物种可以包括多个种群，种群是物种繁殖、生物进化的基本单位。
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。是生物繁殖的基本单位。
能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物。
隔离在物种形成中的作用
杂交
马（2n=64）
驴（2n=62）
骡（2n=63）
生殖隔离
不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育后代的现象。
东北虎
华南虎
地理隔离
同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象。
隔离：不同群体间个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。
隔离在物种形成中的作用
地理隔离和生殖隔离之间有什么联系呢
隔离在物种形成中的作用
两个鼠种群间可能不能自由交配，也可能能自由交配。
如果不能自由交配或交配后不能产生可育后代，说明长期的地理隔离导致生殖隔离，形成了两个新物种；如果能自由交配并产生了可育后代，说明还是同一物种。
两个鼠种群还能自由交配吗？
物种形成的常见的方式：
生殖隔离
地理隔离
长期
隔离在物种形成中的作用
在加拉帕戈斯群岛上生活着13种地雀。这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南美洲大陆上，却看不到这13种地雀的踪影。
不同岛屿的环境有较大差别，比如岛的低洼地带，布满棘刺状的灌丛；而在只有大岛上才有的高地，则生长着茂密的森林。
达尔文在环球考察中观察到一个奇怪的现象。加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太平洋中，由13个主要岛屿组成，这些岛屿与南美洲大陆的距离为160~950km。
加拉帕戈斯群岛的地雀
隔离在物种形成中的作用
自然选择2
自然选择1
地理隔离
原种
变异1
变异2
变异类型1
变异类型2
新物种
新物种
生殖 隔离
基因频率的定向改变
基因库差异
导致
物种形成的三个环节：
突变和基因重组、自然选择、隔离。
渐变式：
隔离在物种形成中的作用
骤变式：
新物种的形成是否必须经过地理隔离？
二倍体
四倍体
不需要地理隔离就在很短的时间内出现生殖隔离，从而形成新的物种。主要是通过异源多倍体的染色体变异等方式形成新物种，一出现可以很快形成生殖隔离。

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