7.2 .1种群基因频率的改变与生物进化（共31张PPT）

第2节 现代生物进化理论的主要内容
第1课时 种群基因频率的改变与生物进化
第7章 现代生物进化理论
“如果在一个烟雾弥漫的工业区灰色翅（基因型为aa）昆虫的群体中偶然出现一只黑褐色翅（基因型为Aa）的变异个体，且黑褐色比灰色更适宜环境生存。那么，昆虫的翅色将怎样变化？”
尺蠖的一生
研究生物的进化仅仅研究个体
的表现型是否与环境适应是不
够的，还必须研究群体的基因
组成变化。
这个群体就是种群！
1.种群的概念
生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。
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。
一、种群是生物进化的基本单位
一个猕猴种群的部分个体
种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。这句话表明种群在进化过程中处于什么地位？
说明在自然界中，种群是生物繁殖、进化的基本单位。
性状是由基因控制的，因此研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和变化？由此人们提出基因库和基因频率的概念。
2.基因库的概念
一个种群中全部个体所含有的全部基因，
叫做这个种群的基因库。
3.基因频率的概念
在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，叫做基因频率。
4.基因频率的计算
某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, 褐色翅的基因为a，从这个种群中随机抽取100个个体，调查发现基因型为AA、Aa、aa的个体分别是30、60和10个,那么A、a的基因频率是多少？
A+a=1
此种基因的个数
种群中该对等位基因的总数
此种基因的个数=纯合子个体数 X 2＋杂合子个体数
种群中该对等位基因的总数=个体总数 X 2
（1）通过基因型个体数量计算基因频率
某种基因的
基因频率
=
A=
30×2+60
________________________
200
=
60%
200
a=
10×2+60
________________________
=
40%
1、已知人眼的褐色（A）对蓝色（a）是显性。在一个有30000人的人群中，蓝眼的人3600人，褐眼的有26400人，其中纯合体有12000人。那么，在这一个人群中A和a的基因频率分别为（ ）
A. 0.64和0.36 B.0.36和0.64
C.0.50和0.50 D.0.82和0.18
2、某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因的携带者为15人，患者为5人；男性患者为11人，那么这个群体中色盲基因的频率为多少？
A
6%
练习
①该种群产生的A配子和a配子的比率各是多少？
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想一想，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？
⑥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，种群的基因频率会变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？
⑤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？
用数学方法讨论基因频率的改变
（2）用分离定律计算基因频率
假设上述昆虫种群非常大，所有的雌雄性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率计算：
亲代基因型的频率
AA
(30%)
Aa(60%)
aa
(10%)
配子的比率
A( )
A( )
a( )
a( )
子代基因型的频率
AA( )
Aa( )
aa( )
子代种群的基因频率
A ( )
a( )
假设115页题目中的种群满足以下五个条件：
Ⅰ昆虫群体数量足够大，Ⅱ全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，Ⅲ没有迁入与迁出，ⅣAA、Aa、aa三种基因型昆虫的生存能力完全相同（也就是说自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用），ⅤA和a都不产生突变，即没有基因突变和染色体变异。
在有性生殖过程中，如果符合以上的理想条件，
①该种群产生的A 配子和a 配子的比率各是多少?

A 60%
a 40%
卵细胞
精子
A 60%
a 40%
36%
24%
16%
AA
Aa
Aa
24%
aa
子一代基因型频率
亲代基因型的频率
AA
(30%)
Aa(60%)
aa
(10%)
配子的比率
A( )
A( )
a( )
a( )
子代基因型的频率
AA( )
Aa( )
aa( )
子代种群的基因频率
A ( )
a( )
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?
30%
30%
30%
10%
36%
48%
60%
40%
16%
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%
④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？
满足五个假设条件的种群是理想的种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这也从反面说明了在自然界中，种群的基因频率迟早要发生变化，也就是说种群的进化是必然的。
⑤上述计算结果是在满足五个假设条件的基础上计算的，对自然界的种群来说，这五个条件都能成立吗？特别是如果第Ⅴ点假设（Ⅴ基因A和a都不产生突变,即没有基因突变和染色体变异。）成立这与前面我们所学的基因突变的哪个特性相违背？
与基因突变的普遍性相违背。
⑥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？
突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。
基因A2的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有益还是有害的，这往往取决于生物生存的环境。
（3）用数学方法讨论基因频率的变化—遗传平衡定律
遗传平衡定律是由英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别于1908年和1909年独立证明的，这一定律又称哈迪——温伯格定律。他们指出，一个有性生殖的自然种群中，在符合以下五个条件的情况下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡。
五个条件是：1、种群很大
2、随机交配
3、没有突变和重组
4、没有个体迁入迁出
5、没有选择
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。
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，在人群中苯丙酮尿症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？
1/100，99/5000
练习
影响基因频率的因素
在自然条件下，哈迪-温伯格定律所需的五个条件是难以满足的，因而基因频率总是要发生改变，也就是说进化在任何种群中都是必然要发生的。
生物进化的实质是基因频率的改变
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。
1、什么是突变？
现代遗传学研究表明，可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。其中基因突变和染色体变异统称为突变。
二、突变和基因重组产生进化的原材料
自然界中生物的自然突变频率很低，而且一般对生物体是有害的。为什么还能够改变种群中的基因频率呢？
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。
2、种群中每一代都会产生大量的突变
结论1、种群中突变的特点： 突变数很大、随机、不定向。
例如：果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是10－5，若有一个中等数量的果蝇种群（约有108个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？
2× 104 × 10－5
个体
× 108
种群
=2 ×107
此外，突变的有害还是有利也不是绝对的，这往往取决于 。例如：
生物的生存环境
某海岛上残翅和无翅的昆虫
3、种群基因重组形成大量变异
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而形成多种多样有基因型。使种群出现大量可遗传的变异，为生物进化提供了原材料。
结论2、种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向
总结论：突变和基因重组产生进化的原材料。
1、根据前面所学的知识你能做出假设吗？
探究：“自然选择对种群基因频率的影响”
长满地衣的树干上的桦尺蠖
黑褐色树干上的桦尺蠖
自然选择可以使种群的基因频率定向改变。
三、自然选择决定生物进化的方向
2、现在我们用数学方法来讨论一下桦尺蠖基因频率变化的原因。1870年桦尺蠖的基因型频率为SS 10% ； Ss 20%； ss 70%，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蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%，以后的几年内，桦尺蠖种群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？
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%
29.3%
14.6%
56.1%
60.9%
26.1%
73.9%
29.3%
13.1%
升高
降低
升高
升高
降低
3、在这个探究实验中根据上面的数据分析，变黑的环境对桦尺蠖产生了什么样的影响？变黑的环境对桦尺蠖浅色个体的出生率有影响吗？
4、在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？
变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少，S基因频率增加。
许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食。
天敌看到的是桦尺蠖得体色（表现型）而不是控制体色的基因，所以直接受选择的是表现型。
因此： 自然选择使种群的基因频率定向改变，决定了生物进化的方向。