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6.3 种群基因组成的变化与物种的形成
第1课时
学习目标
1.举例说明隔离与物种形成的关系。
2.举例说明协同进化和生物多样性形成的关系。
3.举例说明生物进化理论的发展。
4.生命观念：形成进化与环境相适应的观念。
5.科学思维：分析归纳隔离在物种形成中的作用。
曼彻斯特地区的桦尺蛾，虽然基因频率
发生了变化，但是并没有形成新的物种。
为什么说它们没有形成新的物种？
怎样判断两个种群是否属于同一个物种？
问题探讨
1．物种的概念
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称为一个物种。
二、隔离在物种形成中的作用
例：不同“人种”
世界各地的人虽然各有不同，但他们之间可以彼此通婚，并且产生可育的后代。因此，全世界的人在生物学上属于同一个物种——智人种。
1．物种的概念
马
马和驴是不是同一个物种呢？
驴
骡
1．物种的概念
不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。
骡是不育的，因此，马和驴之间存在生殖隔离，它们属于两个物种。
1．物种的概念
生殖隔离
种群间个体不能自由交配
有些能交配，但胚胎期致死
能交配并成功繁殖出子代，但其后代无生育能力
1．物种的概念
孔雀和巨嘴鸟是同一个物种吗？
不是，不能互相交配。
1．物种的概念
在自然界，是不是同一物种的个体都生活在一起呢？
不是，由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障碍，每一个物种总是被分成一个一个或大或小的群体，这些群体就是不同的种群。例如，两个池塘里的鲤鱼。
2．隔离及其在物种形成中的作用
同一种生物由于地理上的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，叫做地理隔离。
东北虎
华南虎
由于长期地理隔离而没有相互交配，没有基因交流，形成了地理隔离，它们形成两个不同的亚种。
2．隔离及其在物种形成中的作用
生殖隔离
地理隔离
隔离：不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。
隔离的实质：
阻止种群间的基因交流
2．隔离及其在物种形成中的作用
地理隔离和生殖隔离有没有什么联系呢？对生物的进化有何作用呢？
2．隔离及其在物种形成中的作用
2．隔离及其在物种形成中的作用
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？
　　由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。
问题1
2．隔离及其在物种形成中的作用
不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？
　　不一样。因为突变是随机发生的。
问题2
2．隔离及其在物种形成中的作用
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？
不同岛屿的自然环境条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。
问题3
2．隔离及其在物种形成中的作用
如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？
　　不会。因为个体间有基因的交流。
问题4
2．隔离及其在物种形成中的作用
隔离
阻断
突变、基因重组和
向不同方向发生改变
种群 出现差异
差异进一步加大
隔离
新种形成
地理
自然选择
基因频率
基因库
生殖
基因交流
加拉帕戈斯群岛的地雀的形成方式
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1
新物种2
生殖 隔离
物种形成的比较常见的方式：
隔离是物种形成的必要条件。
2．隔离及其在物种形成中的作用
通过长期地理隔离而实现生殖隔离，是否是新物种形成的唯一方式呢？
不是。多倍体的形成不需经地理隔离。
物种A
物种B
杂交
杂种植物
染色体加倍
异源多倍体
2．隔离及其在物种形成中的作用
理解巩固
1．19世纪70年代，10对原产于美国的灰松鼠被引入英国，结果在英国大量繁殖、泛滥成灾。对生活在两国的灰松鼠种群，可以作出的判断是（ ）
A．两者尚未形成两个物种
B．两者的外部形态有明显差别
C．两者之间已经出现生殖隔离
D．两者的基因库向不同方向改变
D
理解巩固
2．下列说法正确的是（ 　）
A. 一片森林中的全部蛇是一个种群
B. 在自然条件下，种群的基因频率可以保持永久稳定
C. 当生物体的体细胞出现基因突变时，这个生物体就成为了新物种的个体了
D. 生殖隔离一旦形成，新的物种也就产生了
D
理解巩固
3．下列关于种群与物种的叙述，正确的是（　 ）
①隔离是物种形成的必要条件　②物种是生活在一定自然区域内的同种
生物个体的总和　③一个种群中全部个体所含有的全部基因构成一个基
因库　④物种是进化的基本单位
A. ①③　B. ②④　C. ②③　D. ①④
A
小结
6.3 种群基因组成的变化与物种的形成
第2课时
学习目标
1.解释种群、基因库和基因频率的概念。
2.阐明生物进化的实质。
3.生命观念：利用遗传知识，认同生物进化的实质。
4.科学思维：运用数学方法讨论种群基因频率的变化。
如果在褐色翅(基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅(基因型为Aa)的变异个体，且绿色比灰色更不易被捕食。那么：
1、昆虫的翅色将怎样变化？
2、该绿色个体一定能被选择下来吗？为什么？
3、如果该绿色个体能很好生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给子代呢？
4、如果Aa与其他个体交配生殖，后代还会是绿色的吗？
问题探讨
某个体的有利变异的基因只有在群体中，通过有性生殖才能时代延续。有利变异绿色个体（Aa）的有性生殖的后代，还会有灰色（aa）个体出现。
因此，研究生物的进化，仅仅研究个体的表现型是否与环境相适应是不够的，还需要研究群体的基因组成变化。这个群体就是种群。
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。
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也是一个种群
一、种群基因组成的变化
√
√
√
√
√
判断下列是否属于种群：
√
1．种群
种群的特点
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。
思考：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？
一、种群基因组成的变化
1．种群
一个生物“种”或“物种”与种群有何区别？
物种可以分布在自然界的不同区域。
只有在可以发生随机交配、繁殖，使基因能够世代传递的一定区域内的同种全部个体的集合才是一个种群。自然界的物种实际上是以一个个种群存在的，种群是生物繁殖、进化的基本单位。
一、种群基因组成的变化
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，叫作这个种群的基因库。
在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫作基因频率。
基因频率＝
该基因的总数
全部等位基因的总数
× 100%
2．基因库和基因频率
例：某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少？
A基因的基因频率为：
A%=
×100%
2×AA＋Aa
2（AA＋Aa＋aa）
= 60%
a基因的基因频率为：
=40%
a%=
2×aa＋Aa
2（AA＋Aa＋aa）
×100%
3．用数学方法讨论基因频率的变化
假设以上昆虫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。
④AA、Aa、aa三种基因型昆虫的生存能力完全相同（也就是说自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用）。
⑤没有基因突变和染色体变异。
遗传平衡状态
3．用数学方法讨论基因频率的变化
在有性生殖过程中，如果符合遗传平衡，产生的雌雄配子：
A 60%
A 60%
a 40%
a 40%
36%
24%
16%
AA
Aa
Aa
24%
aa
♀
♂
3．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%
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。
3．用数学方法讨论基因频率的变化
在遗传平衡状态下（满足上述五个条件）时：
p+q=1 （p+q）2=p2+2pq+q2=1
AA=p2 Aa=2pq aa=q2
若用p代表A基因的基因频率，q代表基因a的频率，则：这个种群的基因频率（包括基因型频率）就可以一代代稳定不变，保持平衡。
遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）
影响种群基因频率变化的根本原因是什么？
变异
变异的类型有那些？
不能遗传的变异
可遗传的变异
基因突变
基因重组
染色体变异
4．种群基因频率的变化
思考：生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？
4．种群基因频率的变化
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 × 10－5
个体
× 108
种群
=2.6 ×107
（个）
4．种群基因频率的变化
基因突变一定是有利或有害的吗？
取决于生物的生存环境。
某海岛上残翅和无翅的昆虫
4．种群基因频率的变化
基因重组
突变
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
4．种群基因频率的变化
突变和重组都是随机的、不定向的，那么，种群基因
频率的改变是否也是不定向的呢？
5．自然选择对种群基因频率变化的影响
自然选择可以使种群的基因频率定向改变。
问题：桦尺蠖种群中s基因的频率为什么越来越低？
假设：根据前面所学知识的你能做出假设吗？
长满地衣的树干上的桦尺蛾
黑色树干上的桦尺蛾
由于突变和基因重组，桦尺蠖形成了不同的体色（黑色S、浅色s）
英19世纪曼彻斯特
英20世纪曼彻斯特
S(黑色)基因频率：
桦尺蠖
桦尺蠖
5%以下 95%以上
未形成生殖隔离，还有基因交流
原因是：
淘汰不利变异基因、积累有利变异基因。
结果是：
使基因频率定向改变。
自然选择决定生物进化的方向
影响基因频率的因素：
基因突变、基因重组和自然选择
生物进化的实质就是：
种群是生物进化的单位，也是生物（ ）的单位。
繁殖
生物进化=种群基因频率变化
种群基因频率发生变化的过程。
小结
自然选择决定生物进化的方向：
种群中产生的变异是（ ）的，经过长期的自然选择，其中不利变异被不断淘汰，有利变异逐渐（ ），从而使种群的基因频率发生（ ）改变，导致生物朝向一定方向进化。可见，生物进化的方向是由（ ） 决定的。
不定向
积累
定向
自然选择
种群中产生的变异（ ）
自然选择方向( )
不定向
定向
再 见

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