第七章第二节第一课时 种群基因频率的改变与生物进化

(共38张PPT)
本节聚焦：
1、为什么说种群是生物进化的基本单位？
2、种群的基因频率为什么会发生变化？
3、自然选择与种群基因频率的变化有什么关系？
如果在褐色翅(基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅(基因型为Aa)的变异个体，且绿色比灰色更不易被捕食。那么：
1、昆虫的翅色将怎样变化？
2、该绿色个体一定能被选择下来吗？为什么？
3、如果该绿色个体能很好生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给子代呢？
4、如果Aa与其他个体交配生殖，后代还会是绿色的吗？
（一）种群是生物进化的基本单位：
1、种群概念：
生活在一定区域的同种生物的全部个体。
卧龙自然保护区 猕猴
例：判断下列是否属于种群
（1）一个池塘中的全部鲤鱼
（2）一个池塘中的全部雄鲤鱼
（3）一个池塘中的全部鱼
（4）一片草地上的全部植物
（5）一片草地上的全部蒲公英
种群概念的要点：
1、同种生物的全部个体，概念的外延不能扩大，也不能缩小。
2、个体之间必须可以相互交配，实现基因的交流和传递。
3、一个物种可以形成很多种群。
如果这两个鱼塘的鱼都是鲤鱼，它们属于一个种群还是两个种群？
属于两个种群。因为它们不能生活在一起，不能够发生基因交流。
2、种群的特点：
种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配实现基因交流，并通过繁殖将各自的基因传给后代。
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？
为什么要提出“种群”这个概念呢？
自然界的物种实际上是以种群为基本单位存在的。种群是物种繁衍、进化的基本单位。它为研究生物与环境的关系和物种的变化带来了方便。
生物的性状是受基因控制的。每个生物体都含有很多的基因。
那么，种群中的一个个体所含有的全部基因和种群中的全部个体所含有的全部基因相比，那个更多呢？
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。
基因频率=
某基因的数目
该基因的等位基因的总数
× 100%
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率。
例: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
解:
A基因的基因频率为:
a基因的基因频率为：
基因频率=
某基因的数目
该基因的等位基因的总数
= 40%
A%=
×100%
2×AA＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
a%=
× 100%
= 60%
2×aa＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
×100%
等位基因的基因频率之和，等于______
1
例: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AA、Aa和aa个体的基因型频率各是多少
解:
基因型频率=
某基因型的个体数
该种群的个体总数
× 100%
AA基因型频率为:
AA%=
×100%
AA
AA＋Aa＋aa
= 30%
Aa基因型频率为:
Aa%=
×100%
Aa
AA＋Aa＋aa
= 60%
aa基因型频率为:
aa%=
×100%
aa
AA＋Aa＋aa
= 10%
1、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？
用数学方法讨论基因频率的变化
新代基因型的频率 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( )
子代基因频率 A ( ) a( )
30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
2、上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的。对自然界的种群来说，这五个条件都成立吗？你能举出哪些实例？
3、如果该种群出现新的突变型，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？
这5个条件是：
①种群足够大；
②种群中个体间的交配是随机的；
③没有基因突变发生；
④没有迁入和迁出；
⑤没有自然选择。
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
如果上述基本前提不存在或者发生改变 ，种群的基因频率还会保持不变吗？
能使种群基因频率发生变化的因素有哪些？
①突变和基因重组；
②迁入和迁出；
③自然选择。
生物学上，把基因突变和染色体变异统称为突变。
突变和基因重组，在生物进化中到底起什么作用呢？
突变和基因重组属于可遗传变异，能使生物的后代产生极其多样的变异类型，从而为生物的进化提供原材料。
（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料
2．基因重组的结果：
产生更多变异(基因型)、不定向
1.基因突变的特点：
普遍性、随机性、低频率、有害性，不定向
突变和基因重组都有什么样的特点呢？
（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料
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）
（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料
突变的机率很小，而且大多数突变都是有害的，怎么还能为进化提供原材料呢？
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
（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料
突变和基因重组在提供进化原材料的同时，能否决定生物进化的方向呢？
决定生物进化方向的因素又是什么呢？
由于突变和基因重组，桦尺蠖形成了不同的体色（黑色S、浅色s）
英19世纪曼彻斯特
英20世纪曼彻斯特
S(黑色)基因频率：
桦尺蠖
桦尺蠖
5%以下 95%以上
未形成生殖隔离，还有基因交流
从图中看，显然红色基因的频率显著提高了。什么因素导致的呢？
人类把鲫鱼的后代培育成金鱼，实质就是通过选择定向改变基因频率。
（三）自然选择决定生物进化的方向
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。
生物进化的实质，就是种群基因频率的改变
表面看，自然选择是对一个个生物个体的选择，实质上是对个体所包含的变异进行选择。从现代分子遗传水平看，自然选择实质上是对变异所对应的基因的选择，从而改变着群体中不同基因的基因频率。
所以，生物进化的过程的实质是种群基因频率发生变化的过程。
种群中产生的变异是（ ）的，经过长期的自然选择，其中不利变异被不断淘汰，有利变异逐渐（ ），从而使种群的基因频率发生（ ）改变，导致生物朝向一定方向进化。可见，生物进化的方向是由（ ） 决定的。
不定向
积累
定向
自然选择
（三）自然选择决定生物进化的方向
影响基因频率的因素：
基因突变、基因重组和自然选择
生物进化的实质就是：
____________________________
种群是生物进化的单位，也是生物（ ）的单位。
繁殖
(生物进化=种群基因频率变化)
种群基因频率发生变化的过程
小结：
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%
色盲（b）基因频率＝
15＋2＋14
200×2＋200
＝5.17％
C
× 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
A
3、在某一种群中，已调查得知，隐性性状者（等位基因用A、a表示） 占16%，那么该性状的AA、Aa基因型个体出现的频率分别为（ ）
A. 0.36、0.48 B. 0.36、0.24
C. 0.16、0.48 D. 0.48、0.36
4、据调查，某校学生中基因型的比例为XB XB（42.32%）、 XB Xb （7.36%）、 XbXb （0.32%）、 XBY （46%）、 Xb Y（4%），则该地区 XB和 Xb 的基因频率分别是（ ）
A.6%、8% B.8%、92%
C.78%、92% D.92%、8%
D
4、在一个种群中，基因型AA、Aa、aa的个体分别占25%、50%、25%。若基因型aa的个体失去繁殖能力，则随机交配一代后，子代中基因型为aa的个体所占的比例为（ ）
A.1/6 B.1/9 C.1/8 D.1/3
B
自然选择学说现代生物进化理论的区别与联系
项目 自然选择学说 现代生物进化理论
区别 1
2
3
联系
未阐明遗传和变异的本质
对自然选择如何起作用未作出科学的解释
对生物进化的解释局限于个体水平
突变和基因重组产生生物进化的原材料
自然选择使种群基因频率发生定向改变，导致生物朝一定方向进化。
种群是生物进化的单位
自然选择学说是现代生物进化理论的基础与核心
结束！
1908年，英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别提出关于基因频率稳定性的见解。
他们指出，一个有性生殖的自然种群中，在符合以下5个条件的情况下，各等位基因的频率和等位基因的基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的，或者说，是保持着基因平衡的。
哈迪——温伯格定律：
这5个条件是：
①种群大；
②种群中个体间的交配是随机的；
③没有突变发生；
④没有新基因加入；
⑤没有自然选择。
由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代和子代每一种基因的频率都不会改变，到再下一代也是如此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就是哈代－温伯格平衡，也叫遗传平衡定律。
但是，在实际中，这样的平衡是不存在的。这是因为：
第一，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。
第二：种群中充分的随机交配也是不现实的，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。
例如，在生殖季节，为了争夺异性配偶，雄性海象之间要进行激烈而又残酷的竞争，争斗的最后结果常常是强大的一方占有二三十个雌性海象，由于竞争失败，有的雄性海象没有任何的交配机会。假设其它条件不变，在生殖季节里，如果竞争力强的雄性海象个体基因型大多数是AA，而竞争失败的雄性海象个体的基因型大多数是aa，那么A的基因频率将越来越大。
第三：基因突变每时每刻都有可能发生。虽然每一个基因突变的频率很低很低，但一个种群中有很多很多的基因，所以基因的实际突变数是较大的。
第四：由于各种原因，种群中有的个体会离开该群体，有的同种的外来个体会迁入该种群，使种群中各种基因型的比例发生变化，而导致种群基因频率的改变 。
第五：在自然界中，自然选择是不可抗拒的，始终对种群发挥作用。如基因型为aa的个体由于本身基因的原因，在特定的环境条件下，而导致性状缺陷，不能适应变化了的环境，在自然选择中处于不利地位，则a的基因频率也会越来越小。
由于上述五方面的因素，种群基因频率的改变是客观的。所以从理论上分析，种群基因频率的改变是不可避免的，生物的进化是必然的。