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AA
AA
Aa
Aa
aa
aa
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AA
AA
AA
aa
第六章 第3节
种群基因组成的变化与物种的形成
第1课时 种群基因组成的变化
先有鸡还是先有蛋
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道理，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。
问题探讨
表型
思考1：
自然选择的直接作用对象是基因型还是表型？
思考2：
生物进化的基本单位是个体还是种群？
aa
A
表型
种群
一 种群和种群基因库
1.种群
生活在一定区域的同种生物的 全部个体的集合。
（1）定义
一个非洲象种群（部分个体）
一片树林中的全部猕猴
一片草地上的所有蒲公英
三个要素：“同种”、“全部个体”（所有年龄段个体都有），一定空间
说出下列描述是不是一个种群：
一个池塘中全部的浮游生物 （ ）
一个池塘中全部的蝌蚪 （ ）
甲池塘中的鲤鱼和乙池塘中的鲤鱼 （ ）
一个班级中全部的学生 （ ）
某农贸市场全部的鲤鱼 ( )
×
×
×
×
×
种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配实现基因交流，并通过繁殖将各自的基因遗传给后代。
一 种群和种群基因库
（1）基因库：2.基因库和基因频率一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库。（2）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。（3）基因型频率：在一个种群中，某种基因型个体数占该种群个体总数比值。基因型频率=该基因型个体数该种群个体总数× 100%一种群和种群基因库A基因频率=A基因的数目A基因的数目+a基因的数目× 100%a基因频率=a基因的数目A基因的数目+a基因的数目× 100%（1-A%)【例1】某昆虫种群中，绿色翅的基因为A,褐色翅的基因为a，从种群中随机抽出100个个体,调查发现AA、Aa、aa的个体分别占30、60、10,那么A、a的基因频率是多少？（4）基因频率的计算方法：方法一：概念法基因频率=某基因的数目控制该性状的等位基因总数× 100%①若某基因位于常染色体上一种群和种群基因库【例2】某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因的携带者为15人，患者5人，男性患者11人。那么这个群体中色盲基因的基因频率为多大？
6%
基因型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY
人数 180 15 5 189 11
②若某基因只位于X染色体上
某基因的数目
雌性个体数×2+雄性个体数X1
× 100%
基因频率=
一 种群和种群基因库
【例3】假如一个昆虫种群中有AA占30％，Aa60％，aa占10％。
那么A、a的 基因频率是多少？
A=AA%+1/2Aa%
a=aa%+1/2Aa%
=30%+30%=60%
=10%+30%=40%
基因频率=纯合子频率+1/2杂合子频率
方法二：通过基因型频率计算
只能用于位于常染色体上或X、Y同源区段上
AA+Aa+aa=
1
A+a=
1
假设上述昆虫种群数量非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，没有迁入和迁出，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的(无自然选择），基因A和a都不产突变（无基因突变），根据孟德尔的分离定律计算。
(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
亲代基因型比值 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
配子的比值 A( ) A( ) a( ) a( )
子代基因型频率 AA( ) Aa( ) aa( )
子代基因频率 A( ) a( ) (二）用数学方法讨论基因频率的变化
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%
1. 遗传平衡定律（哈代－温伯格定律）
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。
(二）用数学方法讨论基因频率的变化
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无迁入与迁出； ④无自然选择； ⑤无基因突变
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
(p+q)2 = p2 + 2pq + q2 ＝ 1
AA=p2 Aa=2pq aa=q2
1. 遗传平衡定律（哈代－温伯格定律）
(二）用数学方法讨论基因频率的变化
交配方式 基因频率 基因型频率
自交
自由交配（处于遗传平衡时）
改变(纯合子增多杂合子减少)
不改变（子一代）
不改变
不改变
方法三：通过遗传平衡定律计算
遗传平衡群体（理想种群）
无法进化
怎样进化
先打破平衡
种群较小
不自由交配
有突变
有自然选择
有迁入、迁出
基因频率发生改变
(三）种群基因频率的变化
思考：上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。 对自然界的种群，这5个条件都成立吗？
遗传平衡所指的种群是理想种群，自然条件下，这样的种群是不存在
种群的进化是必然的
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
种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内部都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。
思考：自然界中自发突变的频率很低，那么为什么突变还能够作为进化的原材料？
(三）种群基因频率的变化
突变产生的变异有利或有害是绝对的吗？
某海岛上残翅和无翅的昆虫
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 。
在正常情况下，残翅和无翅很难生存下去；
生存环境
在经常刮大风的海岛上，因不能飞行而避免了淹死。
思考：基因突变大都是有害的，为什么还能为生物进化提供原材料？
(三）种群基因频率的变化
突变（变异）
基因重组
新基因
新基因型
种群中出现大量可遗传的变异
形成了进化的原材料
突变和基因重组都是随机的、不定向的
影响种群基因频率变化的因素
（不能决定生物进化的方向）
可遗传变异的特点
思考：为什么突变和重组只是提供生物进化原材料？
突变和基因重组都是随机的、不定向的，因此它们只是提供了生物进化的原材料，不能决定种群基因频率的变化方向，即不能决定生物进化的方向。
那么，种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？
(三）种群基因频率的变化
由于突变，桦尺蠖出现不同体色
s
S
长满地衣的树干上的桦尺蠖
19世纪，桦尺蠖种群中
黑色基因（S）频率为5%，
浅灰色基因（s）频率为95%
95%
5%
黑褐色树干上的桦尺蠖
20世纪，桦尺蠖种群中
黑色基因（S）频率为95%，
浅灰色基因（s）频率为5%
S
s
95%
5%
提出问题
桦尺蠖种群中的S基因为什么越来越高？
自然选择可以使种群的基因频率定向改变
作出假设
(四）探究自然选择对种群基因频率变化的影响
1870年桦尺蛾的基因型频率为SS10%，Ss20%，ss70%，在树干变黑这一环境条件下，假如树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%，以后的几年内，桦尺蛾种群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？
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%
**计算过程注意重新计算单位一
假设该种群共有100个个体，则在第一年中
SS：10个 Ss：20个 ss: 70个
第二年时，由于浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%
SS：10x（1+10%）=11个
Ss：20x（1+10%）=22个
ss: 70x（1-10%）=63个
SS+Ss+ss=96个
SS：11/ 96=11.5%
Ss：22/ 96 =22.9%
ss: 63/96=65.6%
70.7%
26%
29.3%
14.6%
56.1%
60.9%
26.1%
73.9%
29.3%
13.1%
升高
降低
(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？
自然选择使基因频率定向改变
(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？为什么？
种群基因频率改变导致生物进化
结论：自然选择决定生物进化的方向
讨论：
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。
(四）探究自然选择对种群基因频率变化的影响
3.自然选择决定生物进化的方向
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
小结：在自然选择的作用下，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
决定生物进化的方向
生物进化的实质：
种群基因频率的改变
【注意：不是基因型频率】
(四）探究自然选择对种群基因频率变化的影响

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