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学习目标：
一、种群基因组成的变化
1.掌握种群、基因库、基因频率、基因型频率的概念
2.种群基因频率的变化原因
3.自然选择对种群基因频率变化的影响
6.3 种群基因组成的变化与物种的形成（第1课时）
阅读P110-111，思考：
1.什么是种群？举例。
2.什么是基因库？基因频率？基因型频率？
3.根据基因频率的概念，总结出一个基因库中某种基因（如A）的基因频率的计算公式。
4.生物进化的实质是什么？
一、种群基因组成的变化
1. 种群
（1）概念：
（2）特点：
一、种群基因组成的变化
注意：
种群中的个体并不是机械地集合在一起，雌雄个体彼此可以交配，可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。
一片树林中的全部猕猴 一片草地上的所有蒲公英
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合（包括幼年、成年和老年个体）
种群是繁殖的基本单位，也生物进化的基本单位。
判断下列是否属于一个种群
（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
（6）遵义四中校园内的所有人
否
是
否
否
否
否
2.基因库
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。
（1）同一物种的两个不同种群中，个体数量较多的种群，基因库较大。
（2）种群基因库中的基因不会因个体消亡而消失。
长颈的个体一定将这一性状传递给下一代吗？
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，个体的表型也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。
可见，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。
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，求A和a的基因频率。
200
2×30+60=120
2×10+60=80
120÷200x100%=60
80÷200x100%=40
某昆虫决定翅色的基因频率
4.基因频率计算方法
计算：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_____个基因，其中：
A基因的数量=___________________ 个
a基因的数量=____________________个
A基因的频率=____________________%
a基因的频率=____________________%
思考：基因频率与基因型频率之间存在什么数学上的规律吗？
基因型频率 =
某种基因型的个体数
种群个体总数
× 100%
Aa
AA + Aa + aa
Aa基因型频率 =
P（A）= P（AA）+ 1/2P（Aa）
P（a）= P（aa）+ 1/2P（Aa）
P（A）+ P（a）= 1 P（AA）+ P（Aa）+ P（aa）= 1
2.在一个种群中随机抽取一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占18%，基因型为Aa的个体占78%，基因型为aa的个体占4%，基因A和基因a的基因频率分别是
A.18%、82% B.36%、64%
C.57%、43% D.92%、8%
√
解析　根据题干信息分析，已知AA＝18%，Aa＝78%，aa＝4%，因此该种群的基因频率：A＝18%＋1/2×78%＝57%，a＝4%＋1/2×78%＝43%。
概念检测
假设：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（自然选择对翅色这一相对性状没有作用）；⑤基因A和a都不产生突变。
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%
根据计算结果，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？
一样。
思考·讨论：用数学方法讨论基因频率的变化
2.上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的。对自然界的种群来说，这五个条件都成立吗？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，种群的基因频率会变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？
对自然界的种群来说，这五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。
突变产生新的基因会使种群的基因频率发生变化。
基因A2的频率是升高还是降低，要看这一突变对生物体是有益的还是有害的。
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%
40%
在讨论题2中的群体满足五个条件的情况下,计算子二代、子三代的基因频率与基因型频率 ; 分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗？
16%
60%
36%
48%
40%
16%
60%
36%
48%
40%
16%
60%
由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代和子代每一种基因的频率都不会改变，到再下一代也是如此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就是哈代－温伯格平衡，也叫遗传平衡定律。
亲代基因型 的频率 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
配子的比率 A( ) A( ) a( ) a( )
子代基因型 频率 AA( ) Aa( ) aa( )
子代基因频率 A ( ) a( ) 30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
p+q = 1
(p+q ) 2
=p2+2pq+q2
= 1
AA= p2 Aa= 2pq aa=q2
p表示基因A的频率，q表示基因a的频率
假设一个种群，个体基因型为Aa，满足以下条件：
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；④自然选择不起作用；⑤没有基因突变和染色体变异。
哈代-温伯格遗传平衡定律：
种群基因频率在世代繁衍过程中不会发生变化，称为遗传平衡。
p表示基因A的频率，q表示基因a的频率
p+q = 1
(p+q ) 2
=p2+2pq+q2
= 1
AA= p2 Aa= 2pq aa=q2
满足五个假设条件的种群是理想的种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。
这也从反面说明了在自然界中，种群的基因频率迟早要发生变化，也就是说种群的进化是必然的。
生物进化的实质：
种群基因频率发生改变
例1：白化病是常染色体隐性遗传病，在中国，白化病发病率约为1/10000，则正常基因和白化病基因的基因频率分别为 。
aa = 1/10000 = q2 → q = 1/100 → p = 1 - q = 99/100
99%、1%
例2：某工厂有男、女职工各100人，对他们进行调查时发现，女性色盲基因的携带者（XBXb）15人，女性患者（XbXb)5人，男性患者(XbY)11人。请问该工厂中，红绿色盲基因频率是多少？
b
B + b
b的基因频率 = =
15 + 5 × 2 + 11
200 + 100
= 12%
× 100%
基因频率 =
某种基因的数目
雌性个体数×2+雄性个体数
× 100%
拓展：X染色体非同源区段上基因频率的计算(一对等位基因用B、b表示)
阅读P112-113，思考：
1.变异是定向还是不定向？有利还是有害取决于什么？能不能决定进化的方向？
2.可遗传的变异来源、特点和作用？
3.自然选择对种群基因频率的变化有何影响？
4.如何理解自然选择决定生物进化的方向？
5.种群基因频率的变化
可遗传变异
(1)来源：
(2)特点：
(3)作用：
突变(基因突变和染色体变异)
基因重组
随机的、不定向的
为生物进化提供原材料
举例：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，对一个中等大小的种群（约有108个个体）来说，每一代出现的基因突变数将是：
2×1.3×104×10－5×108＝2.6×107（个）
生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那么，它为什么还能够作为生物进化的原材料呢？
因为种群是由许多个体组成的，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。
突变
基因重组
新的等位基因
多种多样的基因型
突变（基因突变和染色体变异）和基因重组产生进化的原材料
（4）形成
形成了进化的原材料,
不能决定生物进化的方向
作用
种群中出现大量可遗传的变异
形成
变异是随机的、不定向的
特点
突变的有利和有害也不是绝对的，往往取决于生物的生存环境。
某海岛上残翅和无翅的昆虫
例如，有翅的昆虫，有时候会出现残翅和无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去。但是在经常刮大风的海岛上，这里昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死
无翅/残翅
正常环境下：
不利变异
大风环境下：
有利变异
19世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。后来，随着工业的发展，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。
长满地衣的树干上的桦尺蛾
黑色树干上的桦尺蛾
基因类型 黑色（S） 浅色（s）
工业革命前 （19世纪中叶） 5% 95%
工业革命后 （20世纪中叶） 95% 5%
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究·实践
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
提出问题
作出假设
讨论探究思路
黑褐色的生活环境，不利于浅色桦尺蛾的生存，对黑色桦尺蛾生存有利，这种环境的选择作用使该种群的s基因的频率越来越低，即自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变。
假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为：SS10%，Ss20%，ss70%，S基因的频率为20%。假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体增加10%。在第2～10年间，该种群的基因型频率是多少？每年的基因频率是多少？
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
提示：假设第1年种群个体数为100个，当黑色 （表现型） 个体每年增加10%时，基因型为SS （黑色）个体第2年将会增加到11个，基因型为Ss （黑色） 个体第2年将增加到22个，基因型为ss （浅色） 个体第2年将减少到63个。第2年种群个体总数为96个
基因型SS的频率：
基因型Ss的频率：
基因型ss的频率：
11÷96X100%=11.5%
22÷96X100%=22.9%
63÷96X100%=65.6%
1. 创设数字化的问题情境。
2. 计算，将计算结果填入表中。
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%
26.0%
29.3%
14.6%
56.1%
61.0%
26%
74%
29.3%
13.0%
升高
降低
假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。
制定并实施研究方案
P113讨论：
1.树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？
会影响。因为树干变黑后，许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率。
2.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？
直接受选择的是表型。因为天敌看到的是桦尺蛾的体色(表型)而不是控制体色的基因。
(3)根据表格中的数据分析，桦尺蛾种群发生进化了吗？判断的依据是什么？
发生了进化。依据：桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。
(4)根据资料分析，决定桦尺蛾进化方向的是什么？为什么？
自然选择。因为在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多机会产生后代，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保留下来的机会少，相应基因的频率会下降。
S（黑色）基因的频率逐渐上升，s（浅色）基因的频率逐渐下降；在黑色背景下，浅色桦尺蛾被天敌发现和捕食的几率大于黑色的桦尺蛾，但不影响桦尺蛾的生存和繁殖，直接受选择的是表型。
分析结果
得出结论
在自然选择的作用下，可以使基因频率发生定向改变，
决定生物进化的方向。
1.原因：在自然选择的作用下，有利变异的个体有更多机会产生后代，相应基因的频率提髙；不利变异的个体留下后代的机会少，相应基因的频率下降。
2.结果：
变异
（不定向的）
自然选择
（定向）
有利变异积累
不利变异淘汰
基因频率
定向改变
生物朝一定方向不断进化
变异发生在自然选择之前，自然选择直接作用的是个体的表现型
6.自然选择对种群基因频率变化的影响
自然选择作用下，种群的基因频率会发生定向改变
【练习与应用】
一、概念检测 1.（1）√ （2）× （3）√ 2.D 3.C 4.C
二、拓展应用 1. 如选择育种和杂交育种。
2. 如果气候等其他条件也合适，并且这个种群具有一定的繁殖能力，该种群的个体总数会迅速增加。否则，也可能仍然处于濒危状态甚至灭绝。
3. （1）二者存在正相关的关系。依据是调查数据。
（2）随着抗生素人均使用量的增大，不耐药的细菌生存和繁殖的机会减少，耐药菌生存和繁殖的机会增大，耐药基因在细菌种群中的基因频率逐年上升。
（3）由于细菌繁殖很快，耐药率的上升速度也较快，因此需要加强监控。
我国卫生部门建立了相关监测机制，说明党和政府关注民生。医疗机构及时通报预警信息，有利于全国各医院机构共同及时采取措施，如更换新的抗生素类药物，将细菌耐药率控制在低水平。
（4）合理使用抗生素，防止滥用抗生素。

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