1、第6章 第3节 种群基因组成的变化与物种的形成问题探讨先有鸡还是先有蛋？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，也不能影响后代的性状。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？这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为他们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。生物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
2、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。一、种群基因组成的变化1.种群和种群基因库（1）种群：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。例如，一片树林中的全部猕猴；一片草地上的所有蒲公英。（2）种群的基因库：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。（3）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。例如，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。每个个体可以看作含有2个基因那么，这100个个
3、体共有200个基因。A基因的数量是230+60=120个a基因的数量是210+60=80个这一种群繁殖若干代以后，其基因频率会不会发生变化呢？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。（1）某地区红绿色盲患者在男性中约占8%，在女性中约占0.该种群产生的A配子比值为30%+30%=60%；第210年间，该种群每年的基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。从基因水平看，生物进化的过程就是种群基因频率发生定向改变的过程。则第2年SS个体数为11个，Ss个体数为22，ss个体数为63个。这是达尔文在环球考察中观察
4、到的现象。因此，不同种群的基因频率就会发生不同的变化。（1）某地区红绿色盲患者在男性中约占8%，在女性中约占0.这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生殖隔离。这两种观点都有一定的道理，但都不全面。（3）生物进化的实质是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。（1）假设该种群个体总数为100个，AA 、Aa和aa的亲代基因型分别为30%，60%和10%，由基因型频率=该基因型个体数/该种群个体总数，则基因型为AA、Aa和aa的个体数分别为30个，60个，10个。1个AA产生1个A配子，则30个AA产生30个A配子；同理60个Aa产生30个A和30个a配子，10个aa产生10个a配子。总配子数=3
5、0+30+30+10=100个30个AA产生的A配子比值为30/100=30%60个Aa产生的A和a配子比值分别为30%和30%10个aa产生a配子的比值为10%该种群产生的A配子比值为30%+30%=60%；a配子比值为30%+10%=40%（2）子代配子A（60%）a（40%）A（60%）AA（60%*60%） Aa（60%*40%）a（40%）Aa（60%*40%） aa（40%*40%）子代基因型的频率分别为AA基因型频率=60%*60%=36%Aa基因型频率=2*60%*40%=48%Aa基因型频率=40%*40%=16%（3）子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率同子一代一样
6、。基因频率的第2种计算方法设该种群的个体总数为N，AA基因型的个体数为N1，Aa基因型的个体数为N2，aa基因型的个体数为N3，则N=N1+N2+N3.2.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。3.突变产生的新基因会使种群的基因频率发生改变。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。2.种群基因频率的变化基因突变产生新的等位基因，这就可以使种群的基因频率发生变化。可遗传的变异基因突变基因重组染色体变异基因突变和染色体变异统称为突变。生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那么，它为什么还能够作为生
7、物进化的原材料呢？因为种群是由许多个体组成的，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。例如，果蝇1组染色体上约有1.3104个基因，假定每个基因的突变频率为10-5，对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将是：2 1.3104 10-5 108=2.6107（个）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。例如，有翅的昆虫有时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，这类昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死。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
8、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。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？3.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 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
9、。后来，随着工业的发展，工厂排放的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。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？作出假设根据前面所学知识作出假设：在树皮裸露并熏成黑褐色的环境下，黑色体色的桦尺蛾个体数量逐年增加，控制黑色的S基因频率逐年上升（增加），而浅色体色的桦尺蛾由于不适应树皮裸露并熏成黑褐色的环境，浅色体色的桦尺蛾个体数量逐年减少，控制浅色的s基因频率逐年下降（减少）。讨论探究思路你可以用创设数字化问题情境的方法来探究。以下问题情境供参考。创设情境示例（其中数字是假设的）：1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS 10%，Ss 20%，ss 70%，S
10、基因的频率为20%。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蛾的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。第210年间，该种群每年的基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？提示：不同年份该种群的个体总数可能有所变化。制订并实施研究方案1.创设数字化的问题情境。 2.计算，将计算结果填入表中（如下表所示）第1年第2年第3年第4年基因型频率SS10%11.5%12.9%14.3%Ss20%22.9%25.8%29.7%ss70%65.6%61.3%56.0%基因频率S20%23%26%29%s80%77%74%71%假设：第1年桦尺蛾种群个体总数为100个，则第
11、1年SS的个体数为10个，Ss的个体数为20个，Ss个体数为70个。浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%，则第2年SS个体数为11个，Ss个体数为22，ss个体数为63个。第3年SS个体数为12个，Ss个体数为24个，ss个体数为57个。第4年SS个体数为13个，Ss个体数为27个，ss个体数为51个。3.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一些，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与步骤2中所得的数据进行比较。分析结果，得出结论分析计算结果是否支持你作出的假设，得出结论。讨论1.树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？
12、为什么？2.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？会。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。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。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；相反，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。因此，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。练习与应用 (
13、第114页)一、概念检测1.从基因水平看，生物进化的过程就是种群基因频率发生定向改变的过程。判断下列相关表述是否正确。判断下列相关表述是否正确。（1）某地区红绿色盲患者在男性中约占8%，在女性中约占0.64%，由此可知，红绿色盲基因Xb的基因频率约为8%。（ ）（2）基因频率变化是由基因突变和基因重组引起的，不受环境的影响。（ ）（3）生物进化的实质是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。（ ）2.种群是物种在自然界的存在形式，也是一个繁殖单位。下列生物群体中属于种群的是（ ）A.一个湖泊中的全部鱼 B.一片森林中的全部蛇C.一间屋中的全部蟑螂 D.卧龙自然保护区中的全部大熊猫A18%、82
14、% B.36%、64% C.57%、43% D.92%、8%4.一种果蝇的突变体在21的气温下，生存能力很差，但是，当气温上升到25.5时，突变体的生存能力大大提高。这说明 （ ）A.突变是不定向的 B.突变是随机发生的C.突变的有害或有利取决于环境条件 D.环境条件的变化对突变体都是有害的3.某一瓢虫种群中有黑色和红色两种体色的个体，这一性状由一对等位基因控制，黑色（B）对红色（b）为显性。如果基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%，基因型为bb的个体占4%。基因B和b的频率分别为（ ）二、隔离在物种形成中的作用同种生物的不同种群，由于突变和选择因素的不同，其基因组成可能会朝
15、不同的方向改变，导致种群间出现形态和生理上的差异。但是，它们并不一定分化为不同的物种。那么，怎样判断两个种群是不是同一个物种呢？1.物种的概念能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。不同物种之间一般不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。例如，马和驴产生的后代骡子是不育的，因此，马和驴之间存在生殖隔离，它们属于两个物种。2.隔离及其在物种形成中的作用地理隔离：同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫作地理隔离。隔离地理隔离生殖隔离地理隔离和生殖隔离之间有没有什么联系呢？生殖隔离一旦形成，原来属于一个物种
16、的地雀，就成了不同的物种。同种生物的不同种群，由于突变和选择因素的不同，其基因组成可能会朝不同的方向改变，自然选择对种群基因频率变化的影响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。第210年间，该种群每年的基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？（1）假设该种群个体总数为100个，AA 、Aa和aa的亲代基因型分别为30%，60%和10%，由基因型频率=该基因型个体数/该种群个体总数，则基因型为AA、Aa和aa的个体数分别为30个，60个，10个。一个湖泊中的全部鱼 B.它们夜间活动，白天栖息在树干上。但是，它们并不一定分化为不同的物种。不同物种之间一般不能相互交配的，即使交
17、配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。它们的基因频率一样吗？（2）加拉帕戈斯群岛不同岛屿上的地雀种群之间由于地理隔离而逐渐形成了生殖隔离。因为种群是由许多个体组成的，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。思考讨论隔离在物种形成中的作用 这是达尔文在环球考察中观察到的现象。在加拉帕戈斯群岛上生活着13种地雀。这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南美洲大陆上，却看不到这13种地雀的踪影。 加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太平洋中，由13个主要岛屿组成，这些岛屿与南美洲大陆的距离为160-950km。不同岛屿的环境有较大差别，比如岛的低洼
18、地带，布满棘刺状的灌丛；而在只有大岛上才有的高地，则生长着茂密的森林。 这些岛屿是500万年前由海底的火山喷发后形成的，比南美洲大陆的形成晚得多。因此，可以推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆，以后在各个岛屿上形成了不同的种群。讨论1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗？2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？3.对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率
19、可能是不一样的。不一样。因为突变是随机发生的。不同岛屿的地形和植被条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。不会。因为个体间有基因交流。加拉帕戈斯群岛的地雀说明通过地理隔离形成新物种。这些地雀的祖先属于同一个物种，从南美洲大陆迁来后，逐渐分布到不同的岛屿上。由于各个岛屿上的地雀种群可能会出现不同的突变和基因重组，而一个种群的突变和基因重组对另一个种群的基因频率没有影响。因此，不同种群的基因频率就会发生不同的变化。由于各个岛上的食物和栖息条件互不相同，自然选择对不同种群基因频率的改变所起的作用就有差别：在一个种群中，某些基因被保留下来，而在另一个种群中，被保留下来的可
20、能是另一些基因。久而久之，这些种群的基因库就会形成明显的差异，并逐渐出现生殖隔离。生殖隔离一旦形成，原来属于一个物种的地雀，就成了不同的物种。由此可见，隔离是物种形成的必要条件。一、概念检测1.判断下列与隔离有关的表述是否正确。（1）在曼彻斯特的桦尺蠖种群中，黑色个体与浅色个体之间未出现生殖隔离。（ ）（2）加拉帕戈斯群岛不同岛屿上的地雀种群之间由于地理隔离而逐渐形成了生殖隔离。（ ）2.19世纪70年代，10对原产于美国的灰松鼠被引入英国，结果在英国大量繁殖、泛滥成灾。对生活在两国的灰松鼠种群，可以作出的判断是（ ）A.两者尚未形成两个物种 B.两者的外部形态有明显差别C.两者之间已经出现生殖隔离 D.两者的基因库向不同方向改变练习与应用（第118页）
