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第6章 生物的进化
第3节 种群基因组成的变化与物种形成
第1课时
先有鸡还是先有蛋？
甲同学说：当然是先有鸡了，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。
讨论
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，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。
生物进化的过程是种群基因库在环境的选择作用下定向改变的过程，以新种群与祖先种群形成生殖隔离为标志，并不是在某一时刻突然有一个个体或一个生殖细胞成为一个新物种。
问题探讨
生物进化的基本单位
个体
种群
表型
基因
自然选择直接作用的对象
能世代延续的
能在群体中扩散
可见，研究生物的进化，仅研究个体的表型是不够的，还必须研究_______________________________；
群体基因组成的变化
连一连
在自然界中，没有哪一个体是长生不死的，个体的表现型也会随着个体的死亡而消失，
但决定表现型的基因却可以通过有性生殖才传给后代，
因此研究生物的进化仅仅研究个体的表现型是否与环境适应是不够的，还需要研究群体的基因组成变化。
种群是“生物繁殖的基本单位”
种群是“生物进化的基本单位”
一、种群基因组成的变化与生物进化
性状是由基因控制的，因此研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。
如何分析种群的基因组成和变化？由此人们提出基因库和基因频率的概念。
（一）种群和种群基因库
1.种群：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。
①两个要素：“同种”和“全部”
②两个条件：“时间”和“空间”
两个基本单位：“生物繁殖的基本单位”和“生物进化的基本单位”
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。
同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？
2.种群基因库(gene pool)
定义：一个种群中全部个体所含有的全部基因。
大小：种群中基因总数越多，基因库越大，与基因种类无关。
A. 一个种群的基因库包括这个种群所含的全部基因
B. 生物的个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传
C. 种群中每个个体含有种群基因库的全部基因
D. 基因突变可改变基因库的组成
练习：下列有关种群基因库的叙述中，不正确的是
C
3、基因频率→描述种群的基因库
定义：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫做基因频率。
基因频率=
某基因的数目
该基因的等位基因的总数
×100%
A基因频率=
A
A+a
X
100%
如：
a基因频率=
a
A+a
X
100%
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.
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
方法一：利用定义
A=
30×2+60
__________
200
=
60%
200
a=
10×2+60
___________
=
40%
方法二：通过基因型频率计算
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。
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，测得基因型为AA的个体占30%、Aa的个体占60% 、aa的个体占10%
A = 30%+1/2×60% = 60%
a = 10%+1/2×60% = 40%
基因频率=纯合子基因型频率+1/2杂合子基因型频率
这个昆虫种群一代代自由繁衍下去，A、a的基因频率会不会发生变化呢？
提示：根据孟德尔的分离定律计算
亲代基因型的频率 AA（30%） Aa（60%） aa（10%）
配子的比率 A （ ） A( ) a( ) a ( )
子一代基因型频率 AA（ ） Aa( ) aa( )
子一代基因频率 A （ ） a( ) 子二代基因型频率 AA（ ） Aa( ) aa( )
子二代基因频率 A （ ） a( ) 30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
种群的基因频率会相同
思考：（1）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？
5、哈迪——温伯格定律（遗传平衡定律）
是由英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别于1908年和1909年独立证明的，这一定律又称哈迪——温伯格定律。
他们指出，一个有性生殖的自然种群中，在符合以下五个条件的情况下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡。
用数学方法讨论基因频率的变化——遗传平衡定律
在符合遗传平衡的某种群中一对等位基因为A和a，
设A的基因频率=p，a的基因频率=q，
因为(p＋q)=A%+a%=1，
则（p+q2)=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1。
Aa=
AA=
A=p
a =q
p2
pq
q2
Aa=
pq
aa=
卵子
精子
A=p
a =q
AA的基因型频率=p2；
aa的基因型频率=q2；
Aa的基因型频率=2pq。
已知苯丙酮尿症是位于常染色体上的隐性遗传病。据调查，该病的发病率大约为1/10000。请问在人群当中，该病致病基因的基因频率以及携带此隐性基因的杂合基因型频率各是多少？
在某人群中，约每10000个人中有1个人患囊性纤维原癌，该病属于常染色体遗传。一对正常夫妇生有一患病的孩子。此后，该妇女与另一健康男性再婚，他们所生的孩子患此病的概率是（ ）
A.1/25 B.1/50 C.1/100 D.1/202
D
1/100
99/5000
在实际中，这样的平衡是不存在的。
第一：足够大的种群是不存在，而根据概率原理，当个体数不是充足大时，实际得到的数值与理论上的数值就存在误差，实际中子代和亲代的基因频率就会有差异。
第二：种群中充分的随机交配也是不现实的，也就是说不同基因型的卵细胞和精子结合的机会不会是均等的。
第三：基因突变每时每刻都有可能发生。虽然每一个基因突变的频率很低很低，但一个种群中有很多很多的基因，所以基因的实际突变数是较大的，而且经过代代的遗传基因突变必然对种群的基因频率产生影响，使基因的频率发生改变。如由a突变成A的数或a突变成其它复等位基因的数相对较大，则a的基因频率将越来越小。
第四：由于各种原因，种群中有的个体会离开该群体，相反的可能，有的同种的外来个体会迁入该种群，使种群中各种基因型的比例发生变化，而导致种群基因频率的改变 。
第五：在自然界中，自然选择是不可抗拒的，始终对种群发挥作用。如基因型为aa的个体由于本身基因的原因，在特定的环境条件下，而导致性状缺陷，不能适应变化了的环境，在自然选择中处于不利地位，则a的基因频率也会越来越小。
由于上述五方面的因素，种群基因频率的改变是客观的。
亲代和子代之间基因频率的差异可能是微妙的，但经过代代的遗传，当这一差异由量变的积累而达到质的差异时，该种群就渐变成另外一个不同的种群了。
所以从理论上分析，种群基因频率的改变是不可避免的，生物的进化是必然的。
6、用数学方法讨论基因频率的改变
前提：假设群体满足以下五个条件：
①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，
④AA、Aa、aa三种基因型的生存能力完全相同
⑤没有基因突变和染色体变异。
7、自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律
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
不处于遗传平衡
改变
纯合子增多杂合子减少
不改变
改变
不改变
不改变
不改变
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？
突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A2的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有益还是有害的，这取决于生物生存的环境。

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