现代生物进化理论

课件25张PPT。第2节 现代生物进化理论的主要内容本节聚焦：
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？一、种群基因频率的改变与生物进化 如果在灰色翅(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？问题探讨：自然选择学说
具有有利变异的个体生存并留下后代的机会多
生物进化
个体 表现型
基因 生殖 世代延续 群体中扩散
群体基因组成的变化
种群（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。例：判断下列是否属于种群（1）一个池塘中的全部鲤鱼
（2）一个池塘中的全部鱼
（3）一片草地上的全部植物
（4）一片草地上的全部蒲公英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，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？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。概念：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==纯合子频率+1/2杂合子频率= 40% =30/100×100% +1/2×60/100×100% = 60% =10/100×100% +1/2×60/100×100% = 40%A%=a%=× 100%= 60%思考与讨论：有数学方法讨论基因频率的变化
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？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？ 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（可能是由于本身基因型的关系，而导致性状上的差异），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，而且经过代代的遗传基因突变必然对种群的基因频率产生影响，使基因的频率发生改变。如由a突变成A的数或a突变成其它复等位基因的数相对较大，则a的基因频率将越来越小。
第四：由于各种原因，种群中有的个体会离开该群体，相反的可能，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，亲代和子代之间基因频率的差异可能是微妙的，但经过代代的遗传，当这一差异由量变的积累而达到质的差异时，该种群就渐变成另外一个不同的种群了。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。哈迪——温伯格定律：
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。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。
这就是哈迪-温伯格定律。 哈迪——温伯格定律：
举例来说，一个自然种群的一对等位基因A和a的频率或比例是1/2∶1/2。在满足上述5个条件下，这一种群中带有A和带有a的2种精子的比例是1/2∶1/2，带有A和带有a的2种卵子的比例也是1/2 ∶ 1/2。有性生殖的结果应产生3种基因型，即1/4AA、 1/2Aa和1/4aa，A和a的比例仍是1/2∶1/2。这一代随机交配产生的第三代，基因频率仍然是1/2∶1/2，基因型频率仍然是1/4AA、1/2Aa和1/4aa。如果继续繁殖下去，只要满足上述5个条件，A、a等位基因的频率就永远是1/2∶1/2，基因型永远是AA、Aa和aa，3者的比例也永远是1/4∶1/2∶1/4。这就是A、a等位基因在这一种群基因库中的平衡状态。哈迪-温伯格定律：种群的基因型AA：Aa：aa的比例为1：2：1，随机交配产生后代的基因型比率哈迪-温伯格定律可用数学方程式表示：
(p＋q)2=p2＋2pq＋q2=1
其中p代表一个等位基因，如上例中A的频率，q代表另一等位基因，如上例中a的频率。p+q永远为1，即A的频率加a的频率为1/2＋1/2=1。p2代表一个等位基因，即A的纯合子AA的频率， 即1/2×1/2=1/4，q2代表另一纯合子aa的频率，也是1/2×1/2=1/4。2pq代表杂合子Aa的频率，即2(1/2×1/2)。
如果等位基因不止2个，如前一章所述的身高、体色等涉及多个等位基因的性状，哈代-温伯格定律也同样适用，但公式就要相应调整。例如，有3个等位基因时，公式就应改为：
(p+q+r)2=p2+q2+r2+2pq+2pr+2qr=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＋14200×2＋200＝5.17％C课堂练习： × 100%（4）基因频率改变的原因：基因突变基因重组自然选择5、生物进化的实质： 种群的进化过程就是种群基因频率发生变化的过程。（二）突变和基因重组产生进化的原材料1、突变指基因突变和染色体变异。2、突变的有害和有利并不是绝对的，
它取决于生物的生存环境。3、突变和基因重组只产生生物进化的原材料，
不能决定生物进化的方向。 19世纪，桦尺蠖种群中黑色基
因（S）频率为5%，浅灰色基因
（s）频率为95% 20世纪，桦尺蠖种群中黑色
基因（S）频率为95%，浅灰色
基因（s）频率为5%
（三）自然选择决定生物进化的方向。95%5%（四）隔离导致物种形成1、物种的概念：指分布在一定自然区域，具有一定
的形态结构和生理功能，而且在自
然状态下能够相互交配和繁殖，并
能产生可育后代的一群个体。2、隔离：指不同种群间的个体，在自然条件下基因
不能自由交流的现象。分布在不同自然区域的种群，由于高山、河流、
沙漠等的障碍，使彼此间无法相遇而不能交配。地理隔离：生殖隔离：种群间的个体不能自由交配，或者交配后不能
产生出可育后代。东北虎华南虎3、物种的形成：①经过长期的地理隔离而达成生殖隔离，从而形
成新物种。②多倍体的形成不需经地理隔离。原种变
异
1变
异
2变异
类型1变异
类型2新种1新种2现代生物进化理论综述：种群是生物进化的基本单位。生物进化的实质在于种群基
因频率的改变。突变和基因重组、自然选择
及隔离是物种形成的过程。课堂练习：P113再见!