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第6章 第3节
人教版 高中生物必修2
甲：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：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。
问题探讨
甲：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：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。
问题探讨
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。
aa灰色
A 白色
aa
aa
aa
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.种群和种群基因库
1.种群
定义：生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。
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
×
√
×
×
×
一片树林中的全部猕猴是一个种群
一片水田上的所有水稻是一个种群
判断下面例子是不是一个种群：
一定区域
同种生物
全部个体
种群的三个要素
一.种群和种群基因库
判断：
一个菜市场所有的白菜是不是一个种群？
不是！
2.种群的特点：
①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。
②种群是物种繁衍、进化的基本单位。
3.基因库：
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
4.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率。
5.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%
一.种群和种群基因库
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
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。
Q：繁殖时，新老种群在基因组成上有变化吗？
例：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）=65/90=72.2%
72.2%
27.8%
若基因只在X染色体上，而Y染色体没有，那基因频率怎么计算？
P(Xb)=1-P(B)=27.8%
基因频率=
某基因的总数
该对等位基因的总数
× 100%
(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%
总结：基因频率
一.种群和种群基因库
思考·讨论
亲代基因型的比值 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
配子的 比值 A( ) A( ) a( ) a( )
F1基因型频率 AA( ) Aa( ) aa( )
F1基因 频率 A( ) a( ) 30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
A=36%+24% a=16%+24%
A=60% a=40%
F2基因型 频率 AA( 36%) Aa(48%) aa(16%)
想一想：后续子代的种群基因频率会同子一代一样吗？
如果一个种群符合下列条件：
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没有自然选择
⑤也没有基因突变和染色体变异。
一个基因的频率=它的纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率
F2基因 频率 A( ) a( )
60%
40%
A=36%+24% a=16%+24%
如果符合这5个，这个种群的基因频率（包括基因型）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）：
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。
设 A 的基因频率为 p ， a 的基因频率为 q ；则 p + q = 1 ，且：
aa 基因型的频率
AA 基因型的频率
Aa 基因型的频率
( p + q )2 = p2 + 2pq + q2
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) 。
遗传平衡：种群基因频率和基因型频率不发生变化
Ⅰ.种群数量足够大
Ⅱ.自由交配
Ⅲ.没有迁入与迁出
Ⅳ.没有自然选择
Ⅴ.没有发生突变
Ⅰ.种群数量比较小（出现遗传漂变）
Ⅱ.不能自由交配
Ⅲ.迁入与迁出（出现基因流）
Ⅳ.自然选择
Ⅴ.发生突变
遗传平衡
X
注意：遗传平衡所指的种群是理想条件下的种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这也从反面说明，自然界中种群的基因频率一定会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。
影响种群基因组成变化的因素
二.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。
1.
可遗传变异：
☆突变包括基因突变和染色体变异。
可遗传变异的来源
突变
基因重组
基因突变
染色体变异
普通个体
变异个体
进化的原材料
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
【例如】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，对一个约有108个个体的果蝇种群来说，每一代出现的基因突变数是：
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
能够作为生物进化的原材料呢？（教材P112）
①突变和基因重组：生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，但是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，每一代就会产生大量的突变。
2×1.3×104×10-5×108=2.6×107（个）
影响种群基因频率变化的因素
影响种群基因频率变化的因素
②生物的生存环境：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。
某海岛上残翅和无翅的昆虫
二.种群基因频率的变化
【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。
③有性生殖过程中的基因重组：基因突变产生的等位基因，通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。
猫由于基因重组而产生的毛色变异
影响种群基因频率变化的因素
二.种群基因频率的变化
二.种群基因频率的变化
一般长颈鹿
长腿长颈鹿
（突变）
长脖子长颈鹿
（突变）
基因重组
长脖子长腿
二.种群基因频率的变化
突变和基因重组为生物进化提供原材料
自然选择
二.种群基因频率的变化
自然选择
适者生存，
不适者被淘汰
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
形成了进化的原材料
（不能决定生物进化的方向）
突变和基因重组都是随机的、不定向的
自然选择
（决定生物进化的方向）
三.自然选择对种群基因频率变化的影响
英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天休息在树干上。杂交实验表明，其体色受一对等位基因S和s控制，黑色(S)对浅色(s)是显性的。
在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中S基因的频率很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。
探究·实践---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
桦尺蠖种群中的S基因为什么越来越高？
②提出问题
③作出假设
三.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
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
三.自然选择对种群基因频率变化的影响
讨论1.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？
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？
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
三.自然选择对种群基因频率变化的影响
小结
不定向的变异
不利变异（基因）
有利变异（基因）
淘汰
种群的基因频率定向改变
生物定向进化
多次选择和积累，通过遗传
自然选择
进化的实质：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
决定生物进化的方向
生物进化的实质：
种群基因频率的改变
【注意：不是基因型频率】
三.自然选择对种群基因频率变化的影响
四.探究抗生素对细菌的选择作用
1.记号笔将培养基分为四个区并标号
2.将细菌涂布在培养基平板上
①
②
③
④
3.将含抗生素的制片和不含抗生素的纸片置于不同的分区， 盖上皿盖。
四.探究抗生素对细菌的选择作用
4.将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h
5.观察并测量抑菌圈直径,并取平均值
四.探究抗生素对细菌的选择作用
实验过程：
6.从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤，记录每一代抑菌圈的直径。
思考1：在连续培养几代后，抑菌圈的直径发生了什么变化？这说明抗生素对细菌产生了什么作用？
抑菌圈的直径随着培养代数的增加而逐渐缩小;说明在细菌在抗生素的选择作用下，细菌的抗药性逐渐增强。
思考2：为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
因为抑菌圈边缘的菌落接触一定量的抗生素，并能够在这样的环境下生存，说明这些菌落中的细菌具有一定的抗药性。
思考3：在本实验的培养条件下，耐药菌所产生的变异是有利还是有害的？你怎么理解变异是有利还是有害？
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。
四.探究抗生素对细菌的选择作用
思考4：滥用抗生素的现象十分普遍。你认为这些做法会有什么后果？
四.探究抗生素对细菌的选择作用

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