1、第2节 现代生物进化理论的主要内容 一 种群基因频率的改变与生物进化,“中弱不胜触，外坚聊自郛 ”，这是苏东坡对蜗牛的描述。如果在蜗牛壳为黄色（aa）的群体中 偶然出现一只棕色 （Aa）蜗牛壳的变 异个体，则棕色比 黄色更容易被敌害 发现。,思考： 1.蜗牛的这种变 异有利于生物进 化吗？ 2.若棕色个体能 很好地生存下来， 它体内的A基因如何才能传递给子代呢？,1.解释种群、基因库、基因频率等概念。（重点） 2.运用数学方法讨论种群基因频率的改变。（难点）,一、种群是生物进化的基本单位,1.种群：生活在一定区域的同种生物的全部个体。,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
2、过繁殖将各自的基因传给后代。,生活在这里的每一种动物、植物和微生物都构成一个种群。生物个体通过繁殖将自己的基因传递给后代。,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。,阅读教材P114的第三自然段，探究并回答问题。,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？,提示：
3、说明在自然界中，种群是生物繁殖、进化的基本单位。,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？,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呢？由此人们提出基因库和基因频率的概念。,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=, 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。,一个
4、种群所有个体各自有自己的基因，共同构成了种群的基因库。它们各自的基因都是基因库的一部分。个体间的差异越大，基因库也就越大。,生物进化其实就是种群基因频率改变的过程。,A的基因频率=,=,60%,a的基因频率=,=,40%,A基因数=23060=120个,a基因数=60210=80个,思考与讨论：,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)子二
5、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,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(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？,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，这取决于生物生存的环境。,这5个条件是： 种群足够大； 种群中个体间的交配
6、是随机的； 没有基因突变发生； 没有迁入和迁出； 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？,突变和基因重组； 迁入和迁出； 自然选择。,生物学上，把基因突变和染色体变异统称为突变。,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代和德国医生温伯格分别于1908年和1909年独立证明的，这一定律又称哈代温伯格定律，它是指在一个极大的随机交配的种群中
7、，在没有突变、选择和迁移的条件下，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。,在满足以上五个条件下：,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pq=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。,基因频率的计算： （1）通过基因型计算基因频率： （2） 通过基因型频率来计算基因频率：计算时需用遗传平衡公式:(p+q)2=p2+2pq+q2 =1。若种群中一对等位基因为A和a，设p为A的基因频率，q为a的基因频率，则p2为AA的基因
8、型频率，q2为aa的基因型频率，2pq为Aa的基因型频率。这一公式反映的是在遗传平衡时，基因频率和基因型频率的关系。种群中一对等位基因的频率之和等于1，基因型频率之和也等于1。,【例1】玉米的高秆(H)对矮秆(h)为显性。现有若干H 基因频率不同的玉米群体,在群体足够大且没有其他因 素干扰时,每个群体内随机交配一代后获得F1。各F1中 基因型频率与H基因频率(p)的关系如图。下列分析错 误的是 ( ),D,A.0p1时,亲代群体都可能只含有纯合体(子) B.只有p=b时,亲代群体才可能只含有杂合体(子) C.p=a时,显性纯合体(子)在F1中所占的比例为1/9 D.p=c时,F1自交一代,子代
9、中纯合体(子)比例为5/9,在有性生殖过程中，如果符合遗传定律，产生的雌雄配子：,A 60%,A 60%,a 40%,a 40%,36%,24%,16%,AA,Aa,Aa,24%,aa,卵子,精子,p+q = 1,(p+q )2,=p2+2pq+q2,= 1,AA= p2 Aa= 2pq aa=q2,二、突变和基因重组产生进化的原材料,基因突变产生新的等位基因，这就可能使种群的基因频率发生变化。,现代遗传学表明：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。,思考：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
10、率呢？,例如：果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是10-5，若有一个中等大小的果蝇种群（约有108个个体），那么每一代出现的基因突变数是多少呢？,2 104 10-5,个体,108,种群,=2 107,实例：在经常刮大风的海岛上，无翅或残翅的昆虫特别多,突变的有利和有害并不是绝对的，它取决于生物的生存环境,某海岛上的无翅和残翅昆虫,1.种群中突变的特点：突变数很大、不定向。 2.种群基因重组的结果：产生更多变异、不定向。 结论：突变和基因重组产生进化的原材料。,基因突变,染色体变异,基因重组,突变,可遗传的变异基因频率改变的因素,【例2】关于生物变异与生物进化的叙述，正确的 是( )
11、 A.变异能为生物进化提供原材料 B.太空射线能使种子发生定向变异 C.一个碱基对的缺失引起的变异属于染色体变异 D.自然选择会使种群基因频率发生定向改变,D,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,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？,探究：自然选择对种群基因频率的影响,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年桦尺蠖种群的基因型频率为SS 10%，Ss 20%，ss 70%
12、，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？,（1）根据前面所学的你能作出假设吗？,假设自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变。,70.7%,26%,29.2%,14.7%,56.1%,60.9%,26.1%,73.9%,29.3%,13.1%,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
13、s基因频率减小，控制黑色的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的体色（表现型）而不是控制体色的基因（基因型）。,原因是：淘汰不利变异基因、积累有利变异基因 结果是：使基因频率定向改变,结论：自然选择决定生物进化的方向,生物进化中，自然选择是定向的，它使基因频率的改变也是定向的，而变异是不定向的。,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。,影响基因频率的因素：,基因突变
14、、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，也是生物繁殖的单位。,(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,1.下列哪项属于种群（ ） A.一个池塘中所有鱼类 B.一块稻田里的所有昆虫 C.一片草地的所有蒲公英 D.分散在各湖泊、河流的鲤鱼,C,2果蝇约有104对基因，每个基因的突变率是10-5，对 于一个中等大小的种群（约有108个个体）来说，出现 的突变数是210410-5108=2107个。这一数据说 明了( ) A突变都是有害的 B突变为生物进化提供了原材料 C每个基因的突变频率很高 D突变的有害、有利不是绝对的,B,3.据调查，某校学生中基因型的比例为XBXB(42.32%)、 XBXb(7.36%)、XbXb(0.32%)、XBY (46%)、XbY(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.某医院对新生儿感染的细菌进行了耐药性实验, 结果显示70%的致病菌具有耐药性。下列有关叙述 正确的是 ( ) A.孕妇食用了残留抗生素的食品,导致其体内大多数 细菌突变 B.即使孕妇和新生儿未接触过抗生素,感染的细菌也 有可能是耐药菌 C.新生儿体内缺少免疫球蛋白,增加了致病菌的耐药 性 D.新生儿出生时没有及时接种疫苗,导致耐药菌形成,B,
