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(共32张PPT)
种群基因组成的变化与物种的形成
种群基因组成的变化
你支持那种观点？你的理由是什么？
种群和种群基因库
Population and population gene pool
种群：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。（教材P110）
一片树林中的全部猕猴是一个种群
一片水田上的所有水稻是一个种群
种群是生物进化的基本单位
种群和种群基因库
Population and population gene pool
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率
基因型频率：某基因型个体数占群体内全部个体数的比率
Q：繁殖时，新老种群在基因组成上有变化吗？
例：在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，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。（教材P111）
种群和种群基因库
Population and population gene pool
A基因的数量：2×30+60=120个
a基因的数量：2×10+60=80个
A基因的频率：120÷200=60%
a基因的频率：80÷200=40%
基因型频率=
________________
该基因型个体数
该种群个体总数
×100%
基因频率=
________________________
某种基因的数目
控制同种性状的等位基因的总数
×100%
种群和种群基因库
Population and population gene pool
1.假设上述昆虫种群非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，自然选择对翅色这一相对性状没有作用，基因A和a都不产生突变,根据孟德尔的分离定律计算：
(1)该种群产生的A配子和a配子的比率是多少
(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)将计算结果填入右表，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，种群基因频率是否不变
用数学方法讨论基因频率的变化
思考·讨论
亲代基因型的比值 AA Aa aa
配子的比值 A（ ） A（ ） a（ ） a（ ）
子代基因型频率 AA（ ） Aa（ ） aa（ ）
子代基因型频率 A（ ） a（ ） 30%
36%
60%
30%
30%
10%
48%
16%
40%
说明：
种群足够大也称“无遗传漂变”，满足5 个条件的种群称为遗传平衡群体/ 种群
种群和种群基因库
Population and population gene pool
2、上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。对自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？你能举出哪些实例？
3、如果该种群出现新的突变型（基因型为A2a或A2A2），也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率会发生变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？
用数学方法讨论基因频率的变化
思考·讨论
答案：这5个条件不可能同时成立，例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。
答案：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。
种群和种群基因库
Population and population gene pool
种群基因频率基因型频率的相关计算
1、通过基因型频率计算基因频率
① 在种群中,一对等位基因的基因频率之和等于1,基因型频率之和也等于1。
② 一个基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率
2、运用哈代-温伯格平衡定律计算基因频率和基因型频率
在一个有性生殖的自然种群中，当等位基因只有一对（Aa）时，设p代表A基因的频率，q代表a基因的频率，则：
(p+q)2=p2+2pq+q2=1
适用条件：种群大；种群中个体间的交配是随机的；没有突变的发生；种群之间不存在个体的迁移或基因交流；没有自然选择。
X染色体是否符合？
种群和种群基因库
Population and population gene pool
种群基因频率基因型频率的相关计算
3.自交和自由交配与基因频率核基因型频率的关系
①自交：纯合子增多，杂合子减少，不改变基因频率
②自由交配：在无基因突变的理想状态下，处于遗传平衡的种群自由交配，基因频率和基因型频率都不会改变！如果一个种群没有遗传平衡，自由交配不改变，但改变基因型频率。
提示：X染色体上基因频率计算(XBXb)
XBXb基因型=
XBXb的总数
个体总数
×100%
XB基因型=
Xb基因型=
种群基因频率的变化
Variations in gene frequency in populations
非洲古猿
如何进化？
种群基因频率的变化
Variations in gene frequency in populations
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
不可遗传的变异
基因突变
染色体变异
基因重组
突变
暗色草雀 地雀祖先
大喙地雀
小喙地雀
A岛：主产大种子
B岛：主产小种子
迁徙到海岛
大地雀占优势
小地雀占优势
适应环境
遗传变异
变异
种群基因频率的变化
Variations in gene frequency in populations
影响种群基因频率变化的因素
【例如】果蝇1组染色体上约有1.3×104个基因，假定每个基因的突变频率都为10-5，对一个约有108个个体的果蝇种群来说，每一代出现的基因突变数是：
生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那么，它为什么
能够作为生物进化的原材料呢？（教材P112）
①突变和基因重组：生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，但是由于种群是由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，每一代就会产生大量的突变。
2×1.3×104×10-5×108=2.6×107（个）
种群基因频率的变化
Variations in gene frequency in populations
影响种群基因频率变化的因素
②生物的生存环境：突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。
某海岛上残翅和无翅的昆虫
超级细菌的产生
种群基因频率的变化
Variations in gene frequency in populations
影响种群基因频率变化的因素
③有性生殖过程中的基因重组：基因突变产生的等位基因，通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。
猫由于基因重组而产生的毛色变异
自然选择对种群基因频率变化的影响
Effects of natural selection on gene frequency variation in population
探究·实践---探究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，白天休息在树干上。杂交实验表明，其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。
在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中S基因的频率很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。
自然选择对种群基因频率变化的影响
Effects of natural selection on gene frequency variation in population
探究·实践---探究自然选择对种群基因频率变化的影响
提出问题：桦尺蛾种群中s基因（决定浅色性状）的频率为什么越来越低呢？
作出假设： 。
探究思路：
创设数字化问题情景的方法探究
1870年，桦尺蛾种群基因型频率为SS10％，Ss20％，ss70％。S基因的频率为20%。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， 使得浅色个体每年减少10％，黑色个体每年增加10％。
自然选择对种群基因频率变化的影响
Effects of natural selection on gene frequency variation in population
探究·实践---探究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%
根据计算结果，对环境的选择作用大小进行适当调整(10%调整20%)，与原表格对比。
自然选择对种群基因频率变化的影响
Effects of natural selection on gene frequency variation in population
在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，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留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。（教材P114）
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。
种群基因组成的变化与物种的形成
隔离在物种形成中的作用
湖北 扫地生生物
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。
方法步骤：
1.用记号笔将培养皿分区。
2.将大肠杆菌均匀涂布在培养基上。
3.将含抗生素的制片和不含抗生素的纸片置于不同的分区， 盖上皿盖。
4.培养皿倒置， 37 ℃ 培养12h 。观察培养基上大肠杆菌生长情况。
物种
Species
探究·实践---探究抗生素对细菌的选择作用
物种
Species
物种
Species
同种生物的不同种群，由于突变和选择因素的不同，其基因组成可能会朝不同的方向改变，导致种群间出现形态和生理上的差异。
它们是同一个物种吗？
物种
Species
不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能生育不能产生可育的后代，这种现象叫做生殖隔离。
马
驴
骡子
物种：能给自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物（教材P116）
物种与种群的区别：
① 同一物种可以分布在不同区域；种群是同一区域内的同一物种的全部个体
② 种群是物种繁殖和进化的基本单位。
隔离在物种形成中的作用
The role of isolation in speciation
①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。
②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。
隔离：不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。
物种
Species
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。
隔离在物种形成过程中的作用
思考·讨论
物种
Species
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。
隔离在物种形成过程中的作用
思考·讨论
加拉帕戈斯群岛的地雀
物种
Species
1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗？
2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？
3.对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？
4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？
隔离在物种形成过程中的作用
思考·讨论
总结：
① 地理隔离是物种形成的量变阶段，生殖隔离是物种形成的质变时期。隔离是物种形成的必要条件。
② 生殖隔离是物种形成的关键，是物种形成的最后阶段，是物种间的真正界限。
自然选择2
自然选择1
地理隔离
原种
变异1
变异2
基因频率的定向改变
变异类型1
变异类型2
新物种
新物种
生殖隔离
物种
Species
物种形成的方式
物种形成 生物进化
标志 生殖隔离出现 基因频率改变
变化后生物与原生物的关系 属于不同物种 可能属于同一物种；
也可能属于不同物种
二者联系 只有不同种群的基因库产生了明显的差异，出现生殖隔离才形成新物种； 进化不一定产生新物种，但新物种产生的过程中一定存在进化
随堂练习
In-class practice
1．桦尺蛾的体色有黑色、灰色两种，黑色对灰色为显性，分别由D、d基因控制。如图为三个地区内黑色表现型频率以及D基因的频率。下列分析错误的是（ ）
A．在工业区中，环境可通过影响灰色个体的死亡率而影响灰色个体的数量
B．在非工业区中，表现为黑色的个体中纯合子所占的比例为1/19
C．若工业区1的污染继续加重，当D基因频率升为100%后即产生新的物种
D．自然选择是导致工业区2桦尺蛾种群基因频率发生变化的主要因素
C
随堂练习
In-class practice
2．BtPMAT1为植物中特有的基因，其编码的蛋白质可对植物产生的一种防御性化合物进行化学修饰，从而消除这种化合物的毒性。研究发现烟粉虱基因组中也存在高度类似BtPMAT1基因的序列，使植物防御性化合物对烟粉虱失效。通过转基因技术使番茄产生能特异性抑制烟粉虱中BtPMAT1表达的RNA分子，烟粉虱食用该转基因番茄后会死亡。下列叙述不正确的是（ ）
A．烟粉虱基因组中存在BtPMAT1基因是自然选择的结果
B．转基因番茄自身产生的该防御性化合物显著增多
C．转基因番茄可有效抵御烟粉虱侵害
D．大量种植转基因番茄可使烟粉虱的基因频率发生定向改变
B
随堂练习
In-class practice
3．长期滥用抗生素的病人体内可能会产生具有超级抗药性的细菌，即“超级细菌”，例如在美国发现的抗药性金黄色葡萄球菌可以抵抗最强力的抗生素，并引发各种感染。下列有关“超级细菌”及其抗药性形成的叙述，正确的是（　　）
A．“超级细菌”通过无丝分裂的方式增殖时，也要进行DNA的复制
B．金黄色葡萄球菌通过基因突变、基因重组或染色体变异产生抗药性
C．滥用的各种抗生素促使金黄色葡萄球菌产生了抗药性变异
D．抗药性的形成的实质是菌群中抗药性基因频率的增加
D
随堂练习
In-class practice
4．下列关于隔离的叙述，正确的是（　　）
A．不同的物种之间必然存在着地理隔离
B．对所有的物种来说，地理隔离必然导致生殖隔离
C．生殖隔离就是指种群间的个体不能自由交配
D．种群基因库之间的差异是产生生殖隔离的根本原因
5．从一个种群中随机抽出100个个体，其中基因型为DD、Dd和dd的个体数分别是50、30和20，则该种群中D和d基因频率分别为（ ）
A．65%、35% B．35%、65%
C．80%、20% D．20%、80%
D
A

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