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种群基因组成的变化
材料二
你听说过遗传漂变吗？
一、种群
思考：
自然选择的直接作用对象是基因型还是表型？生物进化的基本单位是个体还是种群？
aa
A__
思考：自然选择的直接作用对象是基因型还是表型？生物进化的基本单位是个体还是种群？
自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。但是，在自然界，没有哪个个体是长生不死的，个体的表型会随着个体的死亡而消失，决定表型的基因却可以随着生殖而世代延续，并且在群体中扩散。 研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究群体基因组成的变化。
一、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。
种群是生物进化和繁殖的基本单位
（2）实例：
（1）概念：
一、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。
同一区域（区域可大可小，大到地球，小的可以是一个池塘）
同一物种的生物
全部个体
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
（3）种群的三个要素
一、种群
二、种群的基因库及基因频率
A.定义：一个种群中全部个体所含有的全部基因。
B.大小：种群中基因总数越多，基因库越大，与基因种类无关。
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
1.种群基因库
基因频率=
某基因的总数
该对等位基因的总数
× 100%
注意：等位基因的位置
(1）常染色体或X、Y染色体的同源区段上
(2）X染色体的非同源区段上
基因频率=
某基因的总数
雌性个体数×2 +雄性个体数
× 100%
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.基因频率
二、种群的基因库及基因频率
例1：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%
方法一：概念法：
二、种群的基因库及基因频率
方法一：概念法：
例2.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？
(XB=94% , Xb=6%)
【解析】由于男性个体中的Y染色体上没有与色盲有关的基因，所以应该将Y染色体所占的比例去除。
Xb= ×100% =6%
15 + 5*2 +11
200*2 + 200
二、种群的基因库及基因频率
若：AA基因型频率为: 30%，Aa基因型频率为: 60%，aa基因型频率为: 10%
方法二：通过基因型频率计算
则：A基因频率 = AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率
A基因频率= 30%+1/2×60% = 60%
a基因频率 = 10%+1/2×60% = 40%
a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率
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
二、种群的基因库及基因频率
AA基因型频率=
aa基因型频率=
Aa基因型频率=
3.遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）
若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。(p＋q)=1，则（p+q)2=p2+2pq+q2=1。
p2
q2
2pq
二、种群的基因库及基因频率
A=p a=q
A=p
a=q
AA=p2
aa=q2
Aa=pq
Aa=pq
雌配子
雄配子
假设上述①昆虫种群数量非常大，②所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，③没有迁入和迁出， ④不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的，⑤基因A和a都不产突变，根据孟德尔的分离定律计算。
4.用数学方法讨论基因频率的改变
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%
种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡。
二、种群的基因库及基因频率
三、种群基因频率的变化
用数学方法讨论基因频率的变化
例：对自然界的种群来说，这5个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。
（1）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。
（2）所有雌雄个体间都能自由交配并产生后代也是不现实的。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
（3）由于各种原因，种群中有的个体会离开该群体，有的个体会迁入该种群。
（4）在自然界中，自然选择是不可抗拒的，始终对种群发挥作用。
（5）基因突变每时每刻都有可能发生。虽然基因突变具有低频性，但考虑种群个体数
目庞大，因种类多，基因突变的数量也是很可观的。
遗传平衡群体
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
有选择
有迁入、迁出
基因频率发生改变
对自然界的种群来说，不能满足遗传平衡状态的五个条件种群基因频率会发生变化吗？生物该如何进化呢？
三、种群基因频率的变化
三、种群基因频率的变化
可遗传变异提供了生物进化的原材料。其来源分为突变和基因重组。
可遗传变异：
可遗传变异的来源
突变
基因重组
基因突变
染色体变异
基因突变产生新的等位基因，这就可能使种群的基因频率发生变化。
如：果蝇约有104对基因，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 × 104 × 10-5
个体
× 108
种群
= 2 × 107
由此可见，虽然基因突变频率很低，但放到种群中每一代都会有可观的变异量，虽然大多数都是有害的，但是总会出现一些更适应环境的变异，在自然选择过程中被保留下来并逐代积累。
三、种群基因频率的变化
四、自然选择对种群基因频率变化的影响
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
①现象
长满地衣的灰色树干
工业革命前
灰色(ss)桦尺蛾多
黑色
桦尺蛾
浅色桦尺蛾
工业革命后
环境污染的黑色树干
黑色(S_)桦尺蛾多
黑色
桦尺蛾
浅色桦尺蛾
S频率低，s频率高
S频率高，s频率低
自然选择可以使种群的基因频率定向改变
桦尺蛾种群中的S基因为什么越来越高？
②提出问题
③作出假设
假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS10%,Ss 20%,ss 70%,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，使得种群中浅色个体每年减少10%,黑色个体每年增加10%。第2~10年间，该种群每年的基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？（计算结果填入下表）
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%
70.7%
26%
29.2%
14.7%
56.1%
60.9%
26.1%
73.9%
29.3%
13.1%
升高
降低
④创设情境示例
四、自然选择对种群基因频率变化的影响
a、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？
b、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？
⑤问题
四、自然选择对种群基因频率变化的影响
a、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？
b、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？
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。
自然选择使基因频率定向改变。
结论：自然选择决定生物进化的方向
⑤问题
四、自然选择对种群基因频率变化的影响
种群基因频率发生定向改变
不利变异被淘汰，有利变异逐渐积累
变异
自然选择
生物朝一定方向缓慢进化
生物进化的实质是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。
（不定向）
（定向）
在自然选择的作用下，有利变异的基因频率不断增大，有害变异的基因频率逐渐减小。
四、自然选择对种群基因频率变化的影响
四、自然选择对种群基因频率变化的影响
在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变
环境变化
性状水平
分子水平
19世纪中叶以前，环境无污染
20世纪中叶，环境污染使树干变黑
桦尺蛾多为浅色，与环境相适应
桦尺蛾多为黑色，表现为适者生存
s基因的频率为95%以上，S基因的频率为5%以下
S基因的频率为95%以上，s基因的频率为5%以下
五、探究抗生素对细菌的选择作用
1.用记号笔在培养皿的底部画线，将培养基分为四个区，标号
实验步骤
2.将细菌涂布在培养基平板上
五、探究抗生素对细菌的选择作用
实验过程：
3.①号区域的中央放置不含抗生素纸片和②③④号区域的中央分别放置含有抗生素的纸片
4.将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h
~
实验步骤
五、探究抗生素对细菌的选择作用
实验过程：
5.观察并测量抑菌圈直径,并取平均值
6.从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤
实验步骤
五、探究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
组别
实验结果和结论：
五、探究抗生素对细菌的选择作用
①你的数据结果是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？
②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？
③滥用抗生素有什么后果？
结果分析
五、探究抗生素对细菌的选择作用
①你的数据结果是否支持“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。
②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。
③滥用抗生素有什么后果？
促进耐药菌的产生。
结果分析
五、探究抗生素对细菌的选择作用
小结
生物进化的基本单位
生物进化的原材料
决定生物进化的方向
生物进化的实质
种群
突变和基因重组
自然选择
种群基因频率的定向改变
AA的基因型频率为：30÷100=30%
基因型频率=
该基因型个体数
该种群个体总数
×100%
Aa的基因型频率为：60÷100=60%
aa的基因型频率为：10÷100=10%
（1）计算基因型频率
资料：在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是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，就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因，那么，这100个个体共有200个基因。
基因频率与基因型频率
（2）计算基因频率
①常染色体上基因频率的计算
已知各基因型个体的数量，求基因频率。
某基因的频率＝[(该基因纯合子个体数×2＋杂合子个体数)÷(总个体数×2)]×100%。
A基因的频率为：（2×30+60）÷200=60%
a基因的频率为：（2×10+60）÷200=40%
资料：在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是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，就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因，那么，这100个个体共有200个基因。
基因频率与基因型频率
某种群中基因型XBXB有20个， XBY有5个， XBXb有20个， XbY有5个，计算下列基因频率和基因型频率：
（1）基因型频率： XBXB _______ XbY _______
（2）基因频率：XB______ Xb_______
40%
10%
XB基因频率= XB基因数/（ XB基因数+ Xb基因数）
1XBXB含有2个XB，1 XBY含有1XB， XBXb含有1XB和1Xb， XbY含有1Xb
XB基因频率=（40+5+20）/（40+5+40+5）=65/90=72.2%
72.2%
27.8%
②伴性遗传基因型频率和基因频率计算
基因频率与基因型频率
（3）已知基因型频率，求基因频率
已知基因型频率，求基因频率。
按定义公式计算或直接用“某基因的基因频率＝该基因纯合子的百分比＋杂合子百分比的1/2”来代替。如基因A的频率＝AA的频率＋1/2Aa的频率，基因a的频率＝1－基因A的频率。
A基因的频率= AA基因型频率+1/2Aa基因型频率
= 30%+1/2×60%=60%
= 10%+1/2×60%=40%
a基因的频率= aa基因型频率+1/2Aa基因型频率
例：某昆虫种群中，绿色翅的基因为A， 褐色翅的基因为a，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？
基因频率与基因型频率
用数学方法讨论基因频率的变化
　 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）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？
基因频率与基因型频率

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