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§6-3 种群基因组成的变化与物种的形成（第一课时）
生物的进化
1.背景——问题探讨
这两种观点都有一定的道理，但都不全面。
因为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。
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。
　　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，也不能影响后者的性状。
　　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？
先有鸡还是先有蛋？
2.种群和种群基因库——种群的定义
定 义
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。
一片草地上的所有蒲公英是一个种群
一片树林中的全部猕猴是一个种群
特 点
一个种群就是一个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。
种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。
结论
1.为什么现代生物进化理论把研究对象由个体变成种群？
思考
Thinking
许多昆虫的寿命不足一年，所有的蝗虫都会在秋风中死去，其中有些个体成功的完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵，来年春夏之交部分受精卵成功的发育成蝗虫。
2.种群和种群基因库——种群的特点
特 点
2.为什么称“一个种群就是一个繁殖的单位”？
思考
Thinking
2.种群和种群基因库——种群的特点
具有有利变异表型的个体通过繁殖，使控制有利变异的基因在群体扩散
有生之年不相见的同种生物繁殖后代吗？
不同种的生物之间可以繁殖后代吗？
一定空间一定时间时常相遇才有机会繁殖
一般同种生物才能繁殖后代
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合——种群
种群是生物繁殖的单位，而不是同种生物个体简单、机械或偶然的集合
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。
2.种群和种群基因库——基因库和基因频率
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，叫作基因频率。
基因频率＝　　　　　　　　×100%
种群中该基因数
全部等位基因数
基因库
基因型频率
2.种群和种群基因库——基因频率和基因型频率
基因型频率＝　　　　　　　　 ×100%
特定基因型个体数
该种群中个体总数
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，叫作基因频率。
基因频率＝　　　　　　　　×100%
种群中该基因数
全部等位基因数
一个种群中，某一种基因型个体数在总群体中所占的比率，叫作基因型频率。
抽样的个体总数为 ____个。
AA基因型的数量= ____个；则AA基因型频率= ____________。
Aa基因型的数量= ____个；则Aa基因型频率= ____________。
aa基因型的数量= ____个；则aa基因型频率= ____________。
这100个个体共有____个基因，其中：
A基因的数量=_____________个；A基因的频率=______________。
a基因的数量=_____________个；a基因的频率=______________。
基因频率的计算
举例：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。
某昆虫决定翅色的基因频率
200
2×30+60=120
2×10+60=80
120÷200=60%
80÷200=40%
100
30
60
10
30÷100=30%
60÷100=60%
10÷100=10%
2.种群和种群基因库——基因频率和基因型频率
基因型频率
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，叫作基因频率。
基因频率＝　　　　　　　　×100%
种群中该基因数
全部等位基因数
2.种群和种群基因库——基因频率和基因型频率
基因型频率＝　　　　　　　　 ×100%
特定基因型个体数
该种群中个体总数
公式法（常染色体）：纯合子基因型频率+基因型频率
2.种群和种群基因库——基因频率和基因型频率
例1. 下列关于种群基因频率的叙述，错误的是( )。
A.基因频率是指某个基因在某个种群中出现的比例
B.基因频率越大，突变率越高
C.基因突变、基因重组和自然选择会导致基因频率的改变
D.自然选择会使原来同一种群的基因频率向着不同的方向发展
B
2.种群和种群基因库——基因频率和基因型频率
解：
例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％
XBY=378
XBXB=360
XBXb=30
XbXb=10
XbY=22
XB的基因频率=
30×1+360×2+378×1
400×2+ 400×1
Xb的基因频率=
30×1+10×2+22×1
400×2+ 400×1
汉水丑生侯伟作品
C
94%
6%
3.这一种群繁殖若干代以后，其基因频率会不会发生变化呢？
思考
Thinking
2.种群和种群基因库——基因频率
2.种群和种群基因库——【思考·讨论】用数学方法讨论基因频率的变化
假设：
①上述昆虫种群非常大；
②所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代；
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；
⑤基因A和a都不产生突变。
某昆虫决定翅色的基因频率
作出假设
2.种群和种群基因库——【思考·讨论】用数学方法讨论基因频率的变化
根据孟德尔的分离定律计算：
该种群产生的A配子和a配子的比值各是多少？
子代基因型的频率各是多少？
子代种群的基因频率各是多少？
将计算结果填入右表，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，总群的基因频率会同子一代一样吗？
亲代基因型频率 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 A( ) A( )
注：基因型频率＝　　　　　　　　×100%
该基因型个体数
该种群个体总数
计 算
30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
种群的基因频率会同子一代一样。
遗传平衡定律（常染色体上的基因）：
2.种群和种群基因库——【思考·讨论】用数学方法讨论基因频率的变化
亲代基因型频率 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 A( ) A( )
种群的基因频率会同子一代一样。
计 算
30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
遗传平衡定律：遗传平衡群体自由/随机交配一次后，种群的基因频率和基因型频率均保持不变。
（pA＋qa）2＝p2AA＋2pqAa＋q2aa
遗传平衡定律（X染色体上的基因）：
)×( + Y)
)×()
2.种群和种群基因库——【思考·讨论】用数学方法讨论基因频率的变化
上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。对于自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？你能举出哪些实例？
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？基因大A2的频率可能会怎样变化？
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。
讨 论
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。
结 论
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。
2.种群和种群基因库
例3. 人血友病是伴X隐性遗传病。现有一对非血友病的夫妇生出了两个非双胞胎女儿。大女儿与一个非血友病的男子结婚并生出了一个患血友病的男孩。小女儿与一个非血友病的男子结婚，并已怀孕。回答下列问题：
（3）已知一个群体中，血友病的基因频率和基因型频率保持不变，且男性群体和女性群体的该致病基因频率相等。假如男性群体中血友病患者的比例为1%，则该男性群体中血友病致病基因频率为 ；在女性群体中携带者的比例为 。
XbY = 1% =
= Xb的基因频率
Xb
XB+Xb
= 0.01
XBXB=（0.99）2
XBXb=2ⅹ0.99ⅹ0.01
XbXb=（0.01）2
0.01
1.98%
XbY
XBY+XbY
=
2.种群和种群基因库
例4. 某地区每10000人中有一个白化病患者，求该地区一对正常夫妇生下一个白化病小孩的几率。
解析：
aa=q2=0.0001，得q=0.01，则p=0.99
AA的基因型频率p2 = 0.992 = 0.9801
Aa的基因型频率2pq = 2×0.99×0.01 = 0.0198
正常夫妇中是携带者概率为：2pq/( p2+2pq)=2/101
则后代为aa的概率为：2/101×2/101×1/4=1/10201。
3.种群基因频率的变化
原因
可遗传的变异提供了生物进化的原材料
基因突变产生新的等位基因，可以使种群的基因频率发生变化。
可遗传变异的来源：突变（基因突变、染色体变异）和基因重组。
原因：
种群由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，每一代会产生大量的突变。
3.种群基因频率的变化
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）
计 算
果蝇
3.种群基因频率的变化
原因
可遗传的变异提供了生物进化的原材料
基因突变产生新的等位基因，可以使种群的基因频率发生变化。
可遗传变异的来源：突变（基因突变、染色体变异）和基因重组。
原因：
种群由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，每一代会产生大量的突变。
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。
3.种群基因频率的变化
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。
突变的有利和有害
某海岛上残翅和无翅的昆虫
3.种群基因频率的变化
原因
可遗传的变异提供了生物进化的原材料
基因突变产生新的等位基因，可以使种群的基因频率发生变化。
可遗传变异的来源：突变（基因突变、染色体变异）和基因重组。
原因：
种群由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，每一代会产生大量的突变。
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。
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。
可遗传变异的特点：突变和重组都是随机的、不定向的。
3.种群基因频率的变化
4.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？
思考
Thinking
4.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
现象
　　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，白天栖息在树干上。杂交实验表明，桦尺蛾的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。
　　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蠖
黑色树干上的桦尺蠖
提出问题
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
作出假设
　　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。
讨论探究思路
　　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？
　　提示：不同年份该种群个体总数可能有所变化。
4.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
制定并实施研究方案
创设数字化的问题情境。
计算，将计算结果填入表中。
根据计算结果，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中所得数据进行比较。
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%
4.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
12.98%
93.2
26.18%
96
60.84%
91.18
11.46%
22.92%
65.62%
22.92%
77.08%
26.07%
73.93%
14.60%
29.44%
55.96%
29.32%
70.68%
13.31
26.84
51.03
11
22
63
12.1
24.4
56.7
10
20
70
100
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？
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。
讨论
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。
4.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
分析结果
　　S（深色）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，直接受选择的是表现型。
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。
4.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
内 容
　　在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断提高；具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。
结 果
　　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。
4.自然选择对种群基因频率变化的影响
4.自然选择对种群基因频率变化的影响——【探究·实践】探究抗生素对细菌的选择作用
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。
材料用具
经高温灭菌的牛肉膏蛋白胨液体培养基及固体培养基平板，细菌菌株（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等），含有抗生素（如青霉素、卡那霉素等）的圆形滤纸片（以下简称“抗生素纸片”），不含抗生素的纸片，镊子，涂布器，无菌棉签，酒精灯，记号笔，直尺等。
方法步骤
分区：用记号笔在培养皿的底部画2条相互垂直的直线，将培养皿
分为4个区域，分别标记为①~④。
接种：取少量细菌培养液，用无菌涂布器(或无菌棉签)均匀地涂抹
在培养基平板上。
设置变量：用无菌的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在①号区
域的中央，再分别夹取1张抗生素纸片放在②~④号区域的中央，盖上皿盖。
培养：将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。
观察：观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近是否出现了抑菌圈 如果有，测量和记录每
个实验组中抑菌圈的直径，并取平均值。
重复实验：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，然后重
复步骤2~5。如此重复几代，记录每一代培养物抑菌圈的直径。
注意：实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理。
4.自然选择对种群基因频率变化的影响——【探究·实践】探究抗生素对细菌的选择作用
结果和结论
1．在培养基上是否有细菌生长？在放有抗生素纸片的区域呢？
2．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？
实验结果：抗生素纸片周围出现抑菌圈，在连续培养几代后，抑菌圈的直径____________。
实验结论：这说明抗生素对细菌产生了选择作用。
越来越小
4.自然选择对种群基因频率变化的影响——【探究·实践】探究抗生素对细菌的选择作用
有
无
为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
你的数据是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？说说你的理由。
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的？
因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。
讨论
支持，因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。
在本实验条件下，耐药菌产生的变异一般来说是有利的，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.自然选择对种群基因频率变化的影响——【探究·实践】探究抗生素对细菌的选择作用
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。你认为这些做法会有什么后果？请你查阅资料，举出更多滥用抗生素的实例。
这些做法都会促进耐药菌的产生。
讨论
你认为你的数据和结论是有效的吗？(提示：将你的数据和结论与其他同学的进行比较。）
4.自然选择对种群基因频率变化的影响——【探究·实践】探究抗生素对细菌的选择作用
4.自然选择对种群基因频率变化的影响——【探究·实践】探究抗生素对细菌的选择作用
例5. 超级细菌是指对多数抗生素具有耐药性的细菌，它能让抗生素失效，造成人体严重感染。下列关于超级细菌的叙述，不符合达尔文进化观点的是( )。
A.超级细菌对多数抗生素具有耐药性，是抗生素不断选择的结果
B.细菌中原来就存在对抗生素具有耐药性的个体
C.抗生素的选择和细菌的变异都是定向的
D.新品种抗生素的使用会影响超级细菌的进化
C
4.自然选择对种群基因频率变化的影响——【探究·实践】探究抗生素对细菌的选择作用
例6. 某种药物问世时，可治疗病毒性感冒，并且治疗效果很好，但几年后疗效降低。其根本原因可能是( )。
A.病毒接触药物后，慢慢地产生了抗药性
B.病毒为了适应环境，产生了抗药性变异
C.经药物的选择,抗药性个体逐渐增多，抗药性不断增强
D.药量用得过少，病毒产生了抗药性变异
C

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