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第3节第1课时
种群基因组成的变化
第6章 生物的进化
成功是一种态度， 信心比天才更重要!
情景·思考
个体的生命周期是有限的，决定表型的基因只有在群体中通过生殖才能延续。研究生物的进化，仅仅研究个体和表型是不够的，还需要从种群的角度研究整个群体基因组成的变化。
1．白色大熊猫出现的原因是什么？
2．白色大熊猫怎样才能将自己突变后的基因传递下去？
基因突变
有性生殖
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。
1．种群
(1)概念：三要素
(2)特点：种群是生物进化和_______的基本单位。
全部
一定区域
同种
繁殖
生活在_________
_________生物
_________个体
一片草地上所有的蒲公英
生活在南极的一群帝企鹅
一片森林中全部的猕猴
判断下列是否属于种群：
（1）一片森林中的所有的蜘蛛。（ ）
（2）一片森林中的所有啄木鸟。（ ）
（3）两个池塘中所有的鲫鱼。（ ）
（4）一片草地上的全部植物。 （ ）
（5）一片草地上的全部幼小蒲公英。 （ ）
×
√
×
×
×
2．基因库和基因频率
2．基因库和基因频率
一个种群所有个体各自有自己的基因，共同构成了种群的基因库。它们各自的基因都是基因库的一部分。个体间的差异越大，基因库也就越大。
基因库：
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
基因频率：
基因型频率：
在一个种群基因库中，某个基因型的个体占个体总数的比值。
基因频率=
某基因的数目
该基因的等位基因的总数
=纯合子频率+1/2杂合子频率
× 100%
基因型频率=
某基因型个体总数
种群全部个体数
× 100%
A. 一个种群的基因库包括这个种群所含的全部基因
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. 种群中每个个体含有种群基因库的全部基因
D. 基因突变可改变基因库的组成
练习：下列有关种群基因库的叙述中，不正确的是
C
1.某种群中基因型BB有10个，基因型Bb有40个，计算下列基因频率和基因型频率：
（1）基因型频率：BB_______ Bb_______ bb_______
（2）基因频率：B______ b_______
20%
80%
0%
BB基因型频率=BB个体数/所有个体=10/（10+40）=20%
Bb基因型频率=Bb个体数/所有个体=40/（10+40）=80%
B基因频率=B基因数/（B基因数+b基因数）
1BB含有2个B，1Bb含有1B和1b
10个BB含有20B，40个Bb含有40B和40b
=（20+40）/（20+40+40）=60%
60%
40%
1.某昆虫种群中，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，计算下列基因频率和基因型频率：
（1）基因型频率：AA_______ Aa_______ aa_______
（2）基因频率：B______ b_______
30%
60%
10%
AA基因型频率=AA个体数/所有个体=30/（30+60+10）=30%
Aa基因型频率=Aa个体数/所有个体=40/（30+60+10）=60%
A基因频率=A基因数/（A基因数+a基因数）
1AA含有2个A，1Aa含有1A和1a
30个AA含有20A，60个Aa含有60A和60a
=（60+30）/（60+120+20）=60%
60%
40%
aa基因型频率=aa个体数/所有个体=10/（30+60+10）=10%
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？
方法一：概念法
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%
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？
方法二：通过基因型频率计算
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%
AA基因型频率为: 30%
Aa基因型频率为: 60%
aa基因型频率为: 10%
a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率
2.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%
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基因频率= 30%+1/2×60% = 60%
a基因频率 = 10%+1/2×60% = 40%
AA基因型频率为: 30%
Aa基因型频率为: 60%
aa基因型频率为: 10%
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。
A+a=1
AA+Aa+aa=1
Q：繁殖时，新老种群在基因组成上有变化吗？
用数学方法讨论基因频率的变化
　 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？
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( ) 30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
A 60%
a 40%
卵子
A 60%
a 40%
精子
36%
AA
24%
Aa
24%
Aa
16%
aa
种群中所有个体自由交配时，运用棋盘法解答：
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%
40%
60%
40%
36%
48%
16%
题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？
亲代基因型的比值 AA（30%） Aa（60%） aa（10%） 配子的比值 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（ ） 子三代基因型频率 AA（ ） Aa （ ） aa（ ）
子三代基因频率 A（ ） a（ ） 30%
30%
16%
36%
48%
10%
60%
40%
30%
16%
36%
48%
16%
36%
48%
60%
40%
60%
40%
基因频率和基因型频率的关系转换
设一对等位基因为A和a，其频率分别为p与q（p+q=1）。亲代AA和aa自然交配后F1代具有AA、Aa、aa三种基因型，其频率如下列公式：
(p(A)+q(a))2=p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)，
即AA的基因型频率为：p2，
Aa的基因型频率为：2pq，
aa的基因型频率为：q2，
产生A配子频率为：A=p2+1/2×2pq=p2+pq=p(p+q)=p
产生a配子频率为：a=q2+1/2×2pq=q2+pq=q(q+p)=q
可知F1的基因型频率没有改变
这5个条件是：
通过计算,我们可以得到如下结论:
在满足5个基本前提的情况下：种群中，亲子代之间的_________ 频率会发生变化,但是_________频率保持固定不变。
基因型
基因
种群足够大;
1
种群中个体间的交配是随机的；
2
没有基因突变发生；
3
没有迁入和迁出；
4
没有自然选择。
5
在满足以上五个条件下：
若种群中一等位基因为A和a，设A的基因频率=p，a的基因频率=q ，因为p＋q=A%+a%=1，则
（p+q）2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1 。
AA的基因型频率=p2；
aa的基因型频率=q2；
Aa的基因型频率=2pq。
用数学方法讨论基因频率的变化——遗传平衡定律
15＋2＋14
200×2＋200
1. 某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为15人，女性患者1人，男性患者14人，这个群体中色盲基因的频率应为（　 ）
　　A. 15% 　　B. 3.88% 　　C. 5.17% 　　 D. 10.3%
C
色盲（b）基因频率＝
＝5.17％
× 100%
2. 已知人眼中的褐色（A）对蓝色（a）是显性。在一个有30000人的人群中，蓝眼人有3600人，褐眼的有26400人，其中纯合体有12000人。那么，在这个人群中A和a基因频率分布为（ 　）
　　A. 0.64和0.36 B. 0.36和0.64
　　C. 0.50和0.50 　D. 0.82和0.18
A
课堂小测
课堂小测
已知苯丙酮尿症是位于常染色体上的隐性遗传病。据调查，该病的发病率大约为1/10000。请问在人群当中，该病致病基因的基因频率以及携带此隐性基因的杂合基因型频率各是多少？
在某人群中，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
1/100
99/5000
某人群中某常染色体显性遗传病的发病率为 19 % ，一对夫妇中妻子患病，丈夫正常，他们所生的子女患该病的概率是（ ）
A. 9/19 B. 10/19 C. 1/19 D. 1/2
2.
在对某工厂职工进行遗传学调查时发现，在男女各400名职工中，女性色盲基因的携带者为30人，患者为10人，男性患者为22人。那么这个群体中色盲基因的频率为 ( )
A. 4.5％ B. 5.9％ C. 6％ D. 9％
3.
B
C
蜗牛的有条纹 ( A ) 对无条纹 ( a ) 为显性。在一个地区的蜗牛种群内，有条纹 ( AA ) 个体占 55％ ，无条纹个体占 15％ ，若蜗牛间进行自由交配得到 Fl ，则A基因的频率和 F1 中 Aa 基因型的频率分别是多少？
1.
A基因的频率为70％ F1 中 Aa 基因型的频率42％
课堂练习
2．某植物种群中，AA个体占16%，aa个体占36%，该种群随机交配产生的后代中AA个体百分比、A基因频率和自交产生的后代中AA个体百分比、A基因频率的变化依次为（ ）
A．不变，不变；增大，不变
B．增大，不变；不变，不变
C．不变，增大；增大，不变
D．不变，不变；不变，增大
A
课堂练习
1. 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。假设有640只浅色的蛾和360只深色的蛾，群体是哈代-温伯格平衡，那么杂合子蛾的频率为多少？
设显性基因频率为p,隐性基因频率为q。
根据 哈迪-温伯格定律 （p+q)2=P2+2pq+q2=1
因为 q2=640/(640+360)=0.64
所以 q=0.8
又因为 P+q=1
所以 p=1—q=1—0.8=0.2
根据定律，杂合子在群体的频率应为2pq=2*0.8*0.2=0.32
课堂小测
某一瓢虫种群中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bb的个体占4%，基因B和b的频率分别为 （ ）
C
B%=
= 57%
18%+39%
b %=
4%+39%
= 43%
A．18%、82% B．36%、64%
C．57%、43% D．92%、8%
某小岛上，白化病的发病率是1%,一个白化女性与一正常男子结婚，生出白化孩子的概率是多少？
设白化病基因a的概率为q ，正常基因A的概率为p，则
aa=q2=1%
AA=p2=81% ， Aa=2pq=18%
aa
AA=
81%
81%+18%
= 9/11
Aa=
18%
81%+18%
= 2/11
生出白化孩子的概率=
q=1/10，p=9/10
2/11×1/2=1/11
课堂练习
种群足够大;
1
种群中个体间的交配是随机的；
2
没有基因突变发生；
3
没有迁入和迁出；
4
没有自然选择。
5
假设某种群满足以下五个条件：
对自然界的种群来说，这五个条件都能成立吗？
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
阅读教材P112-114,完成下面的问题：
1、导致基因频率变化的原因可能有哪些？
2、甲海岛海风很大，乙海岛基本无风，都可以生活某昆虫，已知控制昆虫的有翅的基因B，无翅的基因b。现将纯合有翅和无翅按1:1比例分别放养在两个海岛上，一段时间后推测两个海岛上的B和b基因的频率如何变化？
基因突变、基因重组、染色体变异、自然选择
甲海岛：B基因频率降低，b基因频率上升
乙海岛：B基因频率上升，b基因频率降低
变异
不可遗传的变异
可遗传的变异
基因突变
染色体变异
基因重组
突变
可以增加基因型的类型，但不能产生新基因
突变和基因重组为进化提供原材料。
能够产生新的等位基因
基因突变的特点：
普遍性、随机性、不定向性、低频性、多害少利性。
　　种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，这样每一代就会产生大量的突变。
　　如果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变频率是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是：
　　2×104×10－5×108＝2×107（个）
在自然情况下，突变的频率是很低的，且多数是有害的，对生物的进化有重要意义吗？
1．种群突变：每一代就会有大量的变异
2．种群基因重组：产生更多可遗传变异
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。
突变
基因重组
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
形成了进化的原材料,
不能决定生物进化的方向
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？
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。
探究 实践
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
长满地衣的灰色树干
工业革命前
灰色(ss)桦尺蛾多
S频率低，s频率高
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
S频率高，s频率低
黑色
桦尺蛾
浅色桦尺蛾
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究 实践
长满地衣的树干上的桦尺蛾
黑色树干上的桦尺蛾
为什么桦尺蛾种群中s基因的频率越来越低了呢？
自然选择使桦尺蛾种群的基因频率发生了定向改变。
提出问题
作出假设
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究 实践
制定并实施方案
假如1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS 10%，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？
创设数字化问题情境并进行计算。
依题意知：S对s为显性。假设该种群中SS为10个，Ss为20个，ss为70个。
当SS、Ss分别增加10%，ss减少10%时，
基因型频率：
SS：10×（1+10%）＝11
Ss：20 ×（1+10%）＝22
ss：70×（1－10%）＝63
SS：11/（11+22+63）＝11/95＝11.5%
Ss：22/96＝22.9%
ss：63/96＝65.6%
第二年个体数：
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
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究 实践
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究 实践
制定并实施方案
创设数字化问题情境并进行计算。
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%
13.0%
26.1%
60.9%
26.1%
73.9%
16.4%
32.7%
50.9%
32.7%
67.3%
19.7%
39.4%
40.9%
39.4%
60.6%
如果对环境的作用大小进行调整：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20%，黑色个体每年增加20%。
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？
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究 实践
浅色个体每年减少10%；
黑色个体每年增加10%。
浅色个体每年减少20%；
黑色个体每年增加20%。
分析结果，得出结论
自然选择使桦尺蛾种群的基因频率发生了定向改变。
改变幅度增大
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？
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？
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。
直接受选择的是表型（体色），而不是基因型，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蛾时，看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因。
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究 实践
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究 实践
环境
个体
种群
基因频率
栖息环境浅色
栖息环境深色
浅色出生率降低，深色出生率上升
浅色多，黑色少
浅色少，黑色多
s基因频率下降，S基因频率上升
尝试从环境、个体和种群三个方面解释桦尺蛾s基因频率下降，S基因频率上升的原因。
(不利于浅色个体生存)
变异是不定向的
自然选择
不利变异
不断淘汰
有利变异
积累加强
种群基因频率定向改变
生物进化
导致
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。
自然选择决定生物的进化方向
实质
2、影响基因频率的因素：
基因突变、基因重组和自然选择
3、生物进化的实质就是：
1、种群是生物进化的单位，也是生物繁殖的单位。
种群基因频率发生变化的过程。种群基因频率的改变，标志着生物的进化。
课堂小结
3.某地区有一种桦尺蠖，其体色受一对等位基因控制，其中黑色(S)对浅色(s)为显性。有关说法正确的是(　　)
A．黑色基因和浅色基因哪种更能被淘汰或被保留取决于环境条件的选择
B．显性基因的基因频率总是越来越高
C．环境直接选择的是生物的基因型
D．深色环境下浅色基因将逐渐消失
A
课堂小测
4.农业生产中长期使用某种杀虫剂后，害虫的抗药性增强，杀虫效果下降，原因是(　　)
A．杀虫剂诱发了害虫抗药性基因的产生
B．杀虫剂对害虫具有选择作用，使抗药性害虫的数量增加
C．杀虫剂能诱导害虫分解药物的基因大量表达
D．抗药性强的害虫所产生的后代都具有很强的抗药性
B
课堂小测
5.某昆虫的a基因是抗药性基因,研究人员从农场的某昆虫群体中随机捕捉100只,aa、Aa和AA的个体数分别为16、48、36。在使用农药杀虫的若干年后,再从该农场中随机捕捉100只该昆虫,aa、Aa和AA的个体数分别为64、20、16。下列叙述正确的是(　　)
A.Aa个体的子代出现AA、Aa和aa是基因重组的结果
B.A基因频率从60%降至26%,说明昆虫发生了进化
C.三种基因型频率均发生了变化,说明选择直接作用于昆虫的基因型
D.抗药性昆虫数量逐渐增多是人工选择的结果
B
课堂小测
实验原理
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。
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。
实验步骤
①培养皿分区、标号。
③将不含抗生素的纸片和含抗生素纸片分别放在平板的不同位置。
②涂布平板。
①
②
③
④
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？测量并记录。
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。
②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
①为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
抑菌圈边缘生长的可能是耐药菌。
结果分析
③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。
④滥用抗生素的现象十分普遍。例如，有人生病时觉得去医院很麻烦，就直接吃抗生素；有的禽畜养殖者将抗生素添加到动物饲料中。你认为这些做法有什么后果？
促进耐药菌的产生。
结论：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。
总结
生物进化的基本单位
生物进化的实质
生物进化的原材料
决定生物进化的方向
种群
基因频率的改变
突变和基因重组
自然选择

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