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授课人：XXXX 时间：XX.XX
种群基因组成的变化与物种的形成(一)
第6章 生物的进化
第三节
目 录
CONTENTS
一、种群基因的组成的变化
新课导学
01
NEW COURSE GUIDANCE
课堂总结
04
CLASSROOM SUMMARY
新课教学
02
NEW COURSE TEACHING
课堂反馈
03
CLASSROOM FEEDBACK
01
新课导学
NEW COURSE GUIDANCE
Part 01
4
利用种群基因组途径揭示褐家鼠入侵新疆的过程
研究结论
入侵的褐家鼠种群来源分析：
入侵新疆的褐家鼠种群来自临近的西北褐家鼠种群。
新疆褐家鼠种群和原产地的褐家鼠种群之间存在显著的遗传分化；
新疆种群在入侵新疆之前就已经开始出现与西北种群分离的现象；
研究人员通过对新疆褐家鼠种群选择性清除区间的筛选发现，新疆褐家鼠中与脂代谢和免疫有关的基因可能受到了显著的自然选择。
入侵的褐家鼠迁徙途径：
新疆种群与其他群体间无明显基因流存在，说明其可能是单源单次入侵。
交通工具（火车，轮船等）是一些生物扩散的有效途径，火车道和高速公路两侧形成一些动植物扩散入的廊道。
兰新铁路的修通形成了西北褐家鼠种群进入新疆地区的廊道，褐家鼠可从地面逐渐进入新疆沿途的居民点，不一定只搭乘火车。
5
20世纪70年代末，科研人员首次在吐鲁番发现褐家鼠。
70年代中期，在北京到新疆的火车上首次发现了褐家鼠。
到本世纪初期，褐家鼠几乎已遍布新疆全境的160万平方公里。
02
新课教学
NEW COURSE TEACHING
Part 02
种群基因组成的变化
种群概念
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。
种群和种群基因库
黎坪猕猴种群
蒲公英种群
01
数量特征
种群是由多个个体所组成的，其数量大小受四个种群参数(出生率、死亡率、迁入率和迁出率)的影响，这些参数继而又受种群的年龄结构、性别比率、内分布格局和遗传组成的影响，从而形成种群动态。
02
空间特征
种群均占据一定的空间，其个体在空间上分布可分为聚群分布、随机分布和均匀分布，此外，在地理范围内分布还形成地理分布。
03
系统特征
种群是一个自组织、自调节的系统。它以一个特定的生物种群为中心，也以作用于该种群的全部环境因子为空间边界所组成的系统。
种群
个特征
4
种群和种群基因库
遗传特征
种群具有一定的遗传组成，是一个基因库，但不同的地理种群存在着基因差异。不同种群的基因库不同，种群的基因频率世代传递，在进化过程中通过改变基因频率以适应环境的不断改变。 　
04
种群和种群基因库
种群三要素
同一物种的生物
同一区域（可大可小）
全部个体
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。
种群的特点
种群和种群基因库
蝗虫产卵的土壤最佳含水量是10%~20%，而且土壤结实且植被稀松更有利于蝗虫繁殖，蝗虫将卵产在土块中，每平方米的土地上能产4000~5000个卵块，每个卵块中一般会有50~80颗卵，意味着每平方米土地可藏匿20万~40万颗卵。
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？
物种指所有同种生物、但由不同的种群组成的群体，是最大范围内所有的同种生物。
种群指生活在同一地点的同种生物形成的群体，是在一个小范围的同种生物。
种群和种群基因库
物种和种群的意思不同
物种和种群的包含关系不同
物种和种群的范围不同
物种和种群的区别
物种指的是不存在生殖隔离(即能够交配并且产生可育后代)的全部生物。这些生物可以是不同地域的，之间可以没有任何联系。
种群指的是一定地域范围内同一物种个体的总和，这些个体不能仅仅是机械地聚集在一起，个体之间应该存在联系(如互相交配，有一定的社会组织关系)。
物种是互交繁殖的相同生物形成的自然群体，与其他相似群体在生殖上相互隔离，并在自然界占据一定的生态位。
种群是在一定的自然区域内，相互之间具有直接或间接关系的各种生物的总和，种群形成物种，各种物种之间又形成了群落。
种群基因库概念
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(gene pool)。
基因频率（gene frequency）是指在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。群体中某一特定基因的频率可以从基因型频率（genotype frequency）来推算。
种群和种群基因库
基因频率概念
基因频率＝
该基因的总数
全部等位基因的总数
× 100%
基因频率计算
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。由此可知:
A基因的数量是2×30+60=120个；
a基因的数量是2×10+60=80个；
A基因的频率为120÷200=60%；
a基因的频率为80÷ 200=40%。
种群和种群基因库
这一种群繁殖若干代以后，其基因频率会不会发生变化呢
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和繁殖机会均等（即自然选择对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。
种群和种群基因库
这就是由英国数学家G.H.哈迪和德国医生W.魏因贝格提出的遗传平衡状态
在有性生殖过程中，如果符合遗传平衡，产生的雌雄配子：
用数学方法讨论基因频率的变化
种群和种群基因库
亲代基因型的比值 AA（30%） Aa（60%） aa（10%）
配子的比值 A（30%） A（30%） a（30%） a（10%）
子代基因型频率 AA（36%） Aa（48%） aa（16%）
子代基因频率 A（60%） a（40%）
在有性生殖过程中，如果符合遗传平衡，产生的雌雄配子：
用数学方法讨论基因频率的变化
种群和种群基因库
亲代 子一代 子二代 子三代
基因型频率 AA 30% 36% 36% 36%
Aa 60% 48% 48% 48%
aa 10% 16% 16% 16%
基因频率 A 60% 60% 60% 60%
a 40% 40% 40% 40%
结论：
遗传平衡状态下，各代基因频率相同，基因型频率从子一代开始保持不变。
在遗传平衡状态下（满足上述五个条件）时：
若用x代表A基因的基因频率，y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）
种群和种群基因库
+ y = 1， = + 2y =1
AA = ， Aa = 2y
基因型频率数学方法推导：
上述计算结果和推导是在满足五个假设条件的基础上计算的，对自然界的种群来说，这五个条件都能成立吗？
遗传平衡定律是否存在
种群和种群基因库
遗传平衡所指的种群是理想种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。
在一个足够大的种群中，如果个体间是自由交配，且没有明显的自然选择，可以近似地看作符合遗传平衡
这说明在自然界中，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。
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？
基因突变对种群基因的影响
种群和种群基因库
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，这往往取决于生物生存的环境。(需要经过自然选择）
种群的进化过程就是种群基因频率发生变化的过程。
种群是生物进化的基本单位。
基因频率的改变实质
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。达尔文曾明确指出，可遗传的变异提供了生物进化的原材料。
基因突变和染色体变异统称为突变。
种群基因频率的变化
突变
不可遗传变异
基因重组
可遗传变异
基因突变
染色体变异
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？
个体基因突变对种群的影响
种群基因频率的变化
例如，果蝇1组染色体上约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？
2×1.3×104×10-5×108=2.6×107（个）
个体基因突变数
种群基因突变数
计算过程如下：
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。
例如，有翅的昆虫中有时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，这类昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死。
基因突变利弊取决于生存环境
种群基因频率的变化
平静时的海岛
狂风中的海岛
桦尺蛾种群进化案例
自然选择对种群基因频率变化的影响
长满地衣的树干上的桦尺蛾
黑色树干上的桦尺蛾
桦尺蛾是一种夜间活动的蛾子，白天栖息在树干上，它有淡色（隐性）和黑色（显性）两种。淡色的和树干颜色相似，不易被鸟类发现。在未受到工业污染的地区，桦尺蛾是淡色的；工业污染严重的地区，树干变成黑色，此处见到的桦尺蛾多是黑色的。
（1）桦尺蛾的体色在遗传学上叫做 性状。
（2）工业污染之后，桦尺蛾较深的体色对其本身来说是一种保护；在工业污染区深色桦尺蛾所占比例大，这说明生物对环境具有 适应性。
（3）根据达尔文的观点，深色桦尺蛾和浅色桦尺蛾数量变化是 自然选择 的结果。
（4）如果严格禁止污染，工厂的排烟量大大减少．请你预测桦尺蛾的类型将产生怎样的变化？ 增加。
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？
种群基因频率的变化
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，导致生物朝着一定的方向不断进化。
变异是不定向的
不利变异被淘汰，有利变异逐渐积累
种群的基因频率发生定向改变
生物朝一定方向缓慢进化
自然选择
定向
原因：淘汰不利变异基因、积累有利变异基因。
结果：使基因频率定向改变。
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。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，耐药菌有可能存活下来。
探究抗生素对细菌的选择作用
实验步骤
目的要求
通过观察细菌在含有抗生素的培养基上的生长状况，探究抗生素对细菌的选择作用。
①培养皿分区、标号。
②涂布平板。
③将不含抗生素的纸片和抗生素纸片分别放在平板的不同位置。
④将培养皿倒置于37 ℃的恒温箱中培养12~16 h。
⑤观察细菌的生长状况。是否有抑菌圈？测量、记录。
⑥从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌，接种到已灭菌的液体培养基中培养。重复步骤②~⑤。
探究抗生素对细菌的选择作用
实验原理
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。
探究抗生素对细菌的选择作用
结果分析
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。
滥用抗生素导致超级细菌出现
03
课堂反馈
CLASSROOM FEEDBACK
Part 03
1、现有两个非常大的某昆虫种群，个体间随机交配，没有迁入和迁出，无突变,自然选择对A和 a基因控制的性状没有作用。种群1的A基因频率为80%，a 基因频率为20%;种群2的A基因频率为60%，a 基因频率为40%。假设这两个种群大小相等，地理隔离不再存在，两个种群完全合并为一个可随机交配的种群，则下一代中Aa的基因型频率是（ ）
A. 75%
B. 50%
C. 42%
D. 21%
C
课堂练习
2、下列有关种群和物种的叙述，错误的是( )
A. 种群是生物进化的基本单位，也是生物繁殖的基本单位
B. 种群的范围大于物种，一个种群可包含几个不同的物种
C. 物种的形成不一定经过地理隔离，但一定形成生殖隔离
D. 种群之间不存在生殖隔离，一旦种群间存在生殖隔离，就成了不同的物种
B
课堂练习
3、果蝇的长翅（V)对残翅(v)为显性。在一个由600只长翅果蝇和400只残翅果蝇组成的种群中，若杂合子占所有个体的40%,那么隐性基因v在该种群内的基因频率为( )
A. 20% B. 40%
C. 60% D. 80%
C
4、如图是某昆虫基因pen突变产生抗药性示意图。下列相关叙述正确的是( )
A. 杀虫剂与靶位点结合形成抗药靶位点
B. 基因 pen的自然突变是定向的
C. 基因pen的突变为昆虫进化提供了原材料
D. 野生型昆虫和 pen基因突变型昆虫之间存在生殖隔离
C
课堂练习
5、某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现﹐女性色盲基因的携带者为15人,患者5人，男性患者11人。那么这个群体中色盲基因的频率为( )
A. 8% B. 10%
C. 6% D. 11.7%
C
课堂练习
6、下列关于基因库的描述中﹐错误的是（ )
A. 基因库是一个种群的全部个体所含的全部基因
B. 生物个体总是要死亡的，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中的全部基因
D. 基因突变可改变基因库的组成
C
04
课堂总结
CLASSROOM SUMMARY
Part 04
课堂总结
种群基因组成的变化
影响因素
自然选择导致种群基因频率定向改变
种群基因频率改变
实质
种群基因频率的变化
种群和种群基因库
基因重组
基因突变
染色体变异
提供了进化的原材料
原因
种群是生物进化的基本单位
种群的概念：
基因库的概念：
基因频率
概念：
计算方法：
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合
一个种群中全部个体所含有的全部基因
在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值
基因频率＝
该基因的总数
全部等位基因的总数
×100%

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