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第六章 生物的进化
第3节 种群基因组成的变化与物种的形成
AA
AA
Aa
Aa
aa
aa
aa
AA
AA
AA
aa
新人教版 必修二 遗传和进化
先有鸡还是先有蛋？
甲同学说：当然是先有鸡蛋了，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。
因为他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P110
aa
自然选择直接作用于生物的个体，而且是个体的表型
自然选择的直接作用对象是基因型还是表型？
A
一、种群基因组成的变化
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
一、种群基因组成的变化
果蝇X染色体上的部分基因示意图
1.种群：
生活在______________的______________________的集合叫做种群。
蒲公英
种群是可进行基因交流的群体，是生物_______与_______的基本单位。
一定区域
同种生物全部个体
繁殖
进化
一定区域:
*相同时间和空间
同种生物:
*注意“鱼”这种包含的不止一种
全部个体:
*包括各种年龄阶段的
说出下列描述是不是一个种群：
一个池塘中全部的浮游生物 （ ）
一个池塘中全部的蝌蚪 （ ）
甲池塘中的鲤鱼和乙池塘中的鲤鱼 （ ）
一个森林中全部的毒蛇 （ ）
×
×
×
×
一、种群基因组成的变化
2.基因库：
一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库。
包括基因的种类和数目
注意范围是种群不是物种。
基因库包含了种群中全部个体的全部基因，无论“优劣”。
下列有关种群基因库的叙述中，不正确的是(　 　)
A．一个种群的基因库包括这个种群所含有的全部基因
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．种群中每个个体都含有种群基因库的全部基因
D．基因突变可以改变种群基因库的组成
C
一、种群基因组成的变化
在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，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。
基因型频率=
________________
该基因型个体数
该种群个体总数
×100%
一、种群基因组成的变化
AA基因型的频率：30÷100=30%
Aa基因型的频率：60÷100=60%
aa基因的频率：10÷100=10%
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。
基因频率=
___________________________
某种基因的数目
控制同种性状的等位基因的总数
×100%
一、种群基因组成的变化
A基因的数量：2×30+60=120个
a基因的数量：2×10+60=80个
A基因的频率：120÷200=60%
a基因的频率：80÷200=40%
3、基因频率：
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 ＝
该基因的总数
该等位基因的总数
×100%
A
A
a
a
A
a
A
A
A
A
A
A
A
a
a
a
A
A
aa
aa
Aa
Aa
Aa
AA
AA
AA
AA
AA
A
A
基因型频率 ＝
特定基因型个体数
该种群个体总数
×100%
某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, 褐色翅的基因位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？
A基因的基因频率为:
=30/100×100% +1/2×60/100×100% = 60%
A=
×100%
AA
(AA＋Aa＋aa)
×100%
2×AA＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
=
＋
×100%
Aa
(AA＋Aa＋aa)
2
×
1
3、基因频率：
P(A)=P(AA)+1/2P(Aa)
P(A）+P（a）=1
P(aa)+P(Aa)+P(AA)=1
a基因的基因频率为:
=10/100×100% +1/2×60/100×100% = 40%
a=
×100%
aa
(AA＋Aa＋aa)
×100%
2×aa＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
=
＋
×100%
Aa
(AA＋Aa＋aa)
2
×
1
3、基因频率：
某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, 褐色翅的基因位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？
P(a)=P(aa)+1/2P(Aa)
种群基因频率基因型频率的相关计算
1、通过基因型频率计算基因频率
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。
种群基因频率基因型频率的相关计算
2、运用遗传平衡定律（哈代-温伯格平衡定律）计算基因频率和基因型频率
当群体满足以下五个条件：
①种群数量足够大；
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自然选择对体色性状没有作用；
⑤基因A和a都不产生突变时，种群的基因频率将不会改变。
因为(p＋q)=A%+a%=1，
则（p+q）2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1 。
满足5个前提条件情况下：
子一代配子 A=p a=q
A=p
a=q
AA=p2
aa=q2
Aa=pq
Aa=pq
在一个有性生殖的自然种群中，当等位基因只有一对（Aa）时，设 A 的基因频率为 p ， a 的基因频率为 q ；则 p + q = 1 ，且：
( p + q )2 = p2 + 2pq + q2 = 1
AA 基因型的频率
Aa 基因型的频率
aa 基因型的频率
例、一种蛾中控制浅颜色的等位基因是隐性的，控制深颜色的等位基因是显性的。假设一个种群中有640只浅色的蛾和360只深色的蛾，群体呈遗传平衡，那么有多少只杂合子的蛾？
∵P（aa）=
640/（640+360）
=0.64
P（a）=
解：
∴
0.8
P（A）=1-0.8=0.2
则:
Aa=2pq=2×0.8×0.2=0.32
Aa的个体数=0.32×(640+360)=320只
习题巩固
用数学方法讨论基因频率的变化
科学思维训练
亲代基因型的比值 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%
在满足上述5个前提条件下，原假设某昆虫种群随机抽取100个个体中，AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。则它们自由交配后，根据孟德尔的分离定律计算。
40%
36%
48%
16%
60%
40%
从中分析可以发现：自由交配前种群产生的A(a)配子的比例恰好等于种群自由交配前A(a)的基因频率。
科学思维训练
♀ ♂ A(60%) a(40%)
A(60%) 36% 24%
a(40%) 24% 16%
小结：只要知道某种群基因频率即可求得该种群自由交配后代基因型频率。
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%
36%
36%
48%
48%
48%
16%
16%
16%
60%
40%
60%
40%
60%
40%
由遗传平衡定律可知，一个种群符合遗传平衡的五个条件时，从F1开始往后，基因频率和基因型频率都不变；若将其中的自由交配改成连续自交，那后代的基因频率和基因型频率依然不变吗？假设该起始群体全部为Aa，推测连续自交和连续自由交配形成的后代中，基因频率和基因型频率的变化趋势
亲代 子一代 子二代 子三代
自交基因型频率 AA 0
Aa 100%
aa 0
自由交配基因型频率 AA 0
Aa 100%
aa 0
自交基因频率 A 50%
a 50%
自由交配基因频率 A 50%
a 50%
25%
50%
25%
25%
50%
25%
50%
50%
50%
50%
37.5%
25%
37.5%
25%
50%
25%
50%
50%
50%
50%
43.75%
12.5%
43.75%
25%
50%
25%
50%
50%
50%
50%
①连续自交的时候，基因频率不变，基因型频率改变（杂合子为1/2n，纯合子越来越多）
②连续自由交配的时候，从F1开始基因频率和基因型频率都不变。（亲代的基因型频率可能不同，基因频率与后代相同。基因频率代代相同（包括亲本)）。
自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律
归纳总结
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
如果上述5个假设都成立，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。
④因此可得人群中
a的基因频率=_________；A的基因频率=____________；
AA的基因型频率=_____________________
Aa的基因型频率=_________________
aa的基因型频率=_________________
在非洲人群中，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由题干可得该病为常染色体隐性遗传病
⑤因此正常男子是Aa的概率为Aa/（AA+Aa),算出来为_________则后代出现aa的概率是__________
②在一个较大的人群中，可默认符合遗传平衡定律
③即aa的基因型频率为1/10000
1/100
99/100
99 /10000
2×99×1/10000
1/10000
2/101
1/202
习题巩固
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5个假设条件基础上的。对自然界的种群来说，这个条件都成立吗？你能举出哪些实例？
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。
科学思维训练
（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，基因种类多，基因突变的数量也是很可观的。
自然界中实际种群的基因频率是在不断发生变化的
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？
科学思维训练
突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A2的频率是上升还是下降，要看这一突变对生物体是有益的还是有害的。
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%
XBXB基因型频率= XBXB个体数/所有个体=20/（20+5+20+5）=40%
XbY基因型频率= XbY个体数/所有个体=5/（20+5+20+5）=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=56/90=72.2%
72.2%
27.8%
若基因只在X染色体上，而Y染色体没有相应的等位基因，那基因频率怎么计算？
P(Xb)=1-P(B)=27.8%
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基因频率为多大？
基因的总数：XB+Xb=200×2+200×1=600
色盲基因的总数：Xb=15×1+5×2+11×1=36，
基因型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY
人数 180 15 5 189 11
某基因的数目
雌性个体数×2+雄性个体数
× 100%
基因频率=
XB基因频率= XB基因数/（ XB基因数+ Xb基因数）
Xb基因频率= Xb基因数/（ XB基因数+ Xb基因数）
∴Xb%=
5×2 ＋15 ＋11
200×2 ＋200
×100%
∴P(b)=6%,P(B)=1-6%=94%
1、据调查，某校学生中基因型的比例为XBXB：42.32%, XBXb：7.36%,XbXb：0.32%, XBY：46%, XbY：4%,则该地区XB的基因频率________________，Xb的基因频率是____________。
XB%= 92%
习题巩固
Xb%=8%
2、B/b是仅位于果蝇X染色体上的一对等位基因。现有一果蝇种群，雌雄各1 000只。其中，基因型为XBXB的果蝇200只，基因型为XbXb的果蝇300只，基因型为XBY的果蝇600只。该果蝇种群中b的基因频率为(　 　)
A.40% B.60% C.50% D.70%
C
基因型
个体数
XBXB
XBXb
XbXb
XBY
XbY
200
500
300
600
400
b%=
500+300×2+400
1000×2+1000
×100%
=
1500
3000
×100%
=
50%
伴X遗传病在男性中的发病率等于该病致病基因在男性个体中的基因频率。
归纳总结
伴X遗传病中，男性中隐性致病基因的基因频率，与隐性致病基因在人群中的基因频率相等。
但是男性中患病率与女性中患病率不同，即男性个体中患病基因型频率
与女性个体中患病基因型频率不同。（基因型频率要分男女讨论）
常染色体上的基因，不论基因频率还是基因型频率，男女之间和群体都是一样的。
无法进化
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
遗传平衡
生物怎么进化？
基因频率发生改变
二、种群基因频率的变化
二、种群基因频率的变化
（1）改变种群基因频率的原因
基因突变、自然选择、迁入和迁出、遗传漂变等
（2）可遗传变异的来源：
可遗传变异
基因突变
染色体变异
基因重组
突变
普通个体
有利变异个体
某种自然选择
自然选择之后的个体
二、种群基因频率的变化
（3）可遗传变异在进化中的作用：
提供了生物进化的原材料。
基因突变
新的等位基因
基因重组
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
形成了进化的原材料,
不能决定生物进化的方向
基因突变：
产生新的等位基因，使种群的基因频率发生变化。
生物进化的实质
普遍性 ，随机性，低频性，多害少利性，不定向性
基因重组：
产生更多基因型
随机性，不定向性
染色体变异：
改变基因的数目或者排列顺序
染色体变异可能改变基因的数目，因此可能直接改变基因频率。
**基因重组不能直接改变基因频率，可以影响基因频率的改变。
1.下列选项中，不会导致种群基因频率改变的是（ ）
A.遗传漂变 B.基因突变 C.自然选择 D.基因重组
2.下列能影响基因频率改变的因素有 （ ）
①基因突变 ②过度繁殖 ③基因重组
④染色体变异 ⑤自然选择 ⑥遗传漂变
A、①②③④ B、 ①③④⑤⑥
C、①③④ D、①②③④⑤
D
B
习题巩固
思考：基因突变的频率很低，而且大多数有害，为什么还能为生物进化提供原材料？
每个果蝇的基因数：___________________
实析例分：果蝇1组染色体上约有1.3x104个基因，假定每个基因的突变率都为10-5，对于一个中等大小的果蝇种群(约有108个个体)来说，每一代出现的基因突变数将是多少？
2x1.3x104x10-5x108
2x1.3x104
每个果蝇的突变基因数：_____________________________
2x1.3x104x10-5
1个果蝇种群的突变基因数：_______________________________________
=2.6x107（个）
生物进化以种群为单位，每一代会产生大量的突变。
由于种群是由许多个体组成，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。
甲种自然选择
甲种自然选择
乙种自然选择
长翅
残翅
更适应风小环境
更适应大风环境
各种类型的变异
（原材料）
（第一次选择）
（第二次选择）
（第三次选择）
环境改变
突变的多害少利是绝对的吗？
【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。
突变的有害与否取决于生物生存的环境。
某海岛上生活着一种昆虫，经调查翅的长度和个体数的关系（纵坐标为个体数量，横坐标为翅的长度）。后来该小岛上经常刮大风，若干年后再进行调查，你认为最能代表此时情况的曲线是( )
A
B
C
D
D
习题巩固
为什么突变和重组只是提供生物进化原材料？
由于突变和基因重组都是 的、 的，因此它们只是提供了生物进化的原材料，不能决定种群基因频率的变化 。
随机
不定向
方向
那么种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
英国曼彻斯特地区的桦尺蛾，体色受一对等位基因S和s控制，黑色(S),浅色(s)。
19世纪中叶以前
20世纪中叶
桦尺蛾种群中s基因的频率为什么越来越低？
自然选择可以使种群的基因频率定向改变。
提出问题：
作出假设：
s>95%
s<5%
工业污染
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
制定并实施研究方案
1、创设数字化的问题情境
2、计算，将计算结果填入下表中
第1年 第2年 第3年 第4年 ……
基因型频率 SS 10%
Ss 20%
ss 70%
基因频率 S 20%
s 80%
【探究思路】1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS10%，Ss20%，ss70%。在树干变黑这一环境条件下，假如树干变黑不利于纯色桦尺蛾的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。
假设：第1年桦尺蛾种群个体数为100只，则第1年SS有10只，Ss有20，ss有70只。浅色每年减少10%，黑色每年增加10%。
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
第2年（假设种群为100，则SS 10,Ss 20,ss 70）
当黑色（表现型）个体每年增加10%,浅色个体每年减少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(11+22+63)
基因型SS的频率是11÷96=11.5%
基因型Ss的频率是22÷96=22.9%
基因型ss的频率是63÷96=65.6%
P(S)=P(SS)+1/2P(Ss)=23% P(s)=1-P(S)=77%
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
2、计算，将计算结果填入下表中
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%
13.1%
26%
60.9%
26.1%
73.9%
14.7%
29.2%
56.1%
29.3%
70.7%
升高
升高
降低
升高
降低
根据上述计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，比如，把浅色个体每年减少的数量百分比定高些，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与步骤 2 中所得的数据进行比较。
分析结果，得出结论
环境的选择作用使s基因频率越来越低。即自然选择使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。
种群基因频率发生定向改变
（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。
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
讨论1：树干变黑色会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？
讨论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？
树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率，这是因为树干变黑后，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。
自然选择使基因频率定向改变。
是表现型（体色）。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蛾时，看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因。
结论：自然选择决定生物进化的方向
总结
1、种群是生物进化和繁殖的基本单位。
2、“自然选择”中的自然是指环境。
3、突变和基因重组产生生物进化的原材料 (突变的有害还是有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境）
4、生物进化的实质是种群基因频率在自然选择的作用下会发生定向改变。
5、种群基因频率的改变，标志着生物的进化。
6、突变是不定向的，自然选择是定向的。导致生物朝着一定的方向不断进化，自然选择决定生物进化的方向。生物进化的方向是指适应环境的方向。
基因突变
染色体变异
基因重组
突变
生物多样性
自然选择
种群基因频率定向改变
生物进化
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
如何理解进化的实质是种群基因频率的改变？
某植物种群，AA基因型个体占30%，aa基因型个体占20%，据此回答下面的问题．
（1）该植物的A、a基因频率分别是___________、____________。
（2）若该植物自交一代，
F1中AA、aa基因型个体分别占__________、____________。
这时，A和a的基因频率分别是___________、____________。
（3）依现代生物进化理论，这种植物在两年中是否发生了进化？为什么？
55%
45%
42.5%
32.5%
55%
45%
种群基因频率没有发生改变，没有发生进化。
变式训练
在一个海岛上的一种海龟中有的脚趾是连趾(ww)，有的脚趾是分趾(Ww、WW)。连趾海龟便于划水，游泳能力强，分趾海龟游泳能力较弱。开始时，连趾和分趾的基因频率各为0.5，当岛上食物不足时，连趾的海龟更容易从海中得到食物。若干万年后，W的基因频率变为0.2，w的基因频率变为0.8，该种群是否发生了进化？为什么？
发生了进化，种群的基因频率发生了改变
课堂练习
1．从基因水平看，生物进化的过程就是种群基因频率发生定向改变的过程。判断下列相关表述是否正确。
（1）某地区红绿色盲患者在男性中约占8%，在女性中约占0.64%，由此可知，红绿色盲基因Xb的基因频率约为8%。（ ）
（2）基因频率变化是由基因突变和基因重组引起的，不受环境的影响。（ ）
（3）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。（ ）
√
X
√
课堂练习
2．种群是物种在自然界的存在形式，也是一个繁殖单位。下列生物群体中属于种群的是（ ）
A．一个湖泊中的全部鱼
B．一片森林中的全部蛇
C．一间屋中的全部蟑螂
D．卧龙自然保护区中的全部大熊猫
D
课堂练习
3．某一瓢虫种群中有黑色和红色两种体色的个体，这一性状由一对等位基因控制，黑色(B)对红色(b)为显性。如果基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%，基因型为bb的个体占4%。基因B和b的频率分别为（ ）
A．18%、82% B．36%、64%
C．57%、43% D．92%、8%
C

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