1、第三节第三节 种群基因组成的变化与物种的形成种群基因组成的变化与物种的形成1 1、种群、种群生活在生活在一定区域一定区域的的同种同种生物的生物的全部个体全部个体叫做种群叫做种群.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.相关概念：相关概念：一、种群基因组成的变化：一、种群基因组成的变化：2 2、基因库、基因库 一个种群一个种群中全部个体所含有的中全部个体所含有的全部基因全部基因，叫，叫作这个种群的基因库作这个种群的基因库.3 3、基因频率、基因频率 在一个种群基因库中，某个基因占全部等位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
2、基因数的比值，叫作基因频率.相关概念：相关概念：种群和种群基因库：种群和种群基因库：A A的基因频率的基因频率 =A=A的个数的个数/A/A和和a a总个数总个数此种基因的个数此种基因的个数=纯合子个体数纯合子个体数 X 2X 2杂合子个体数杂合子个体数种群中该对等位基因的总数种群中该对等位基因的总数=个体总数个体总数 X 2X 2种群和种群基因库：种群和种群基因库：基因频率的计算：基因频率的计算：某昆虫种群中，绿色翅的基因为某昆虫种群中，绿色翅的基因为A,A,褐色翅的褐色翅的基因位基因位a a，调查发现，调查发现AAAA、AaAa、aaaa的个体分别占的个体分别占3030、6060、10,1
3、0,那么那么A A、a a的基因频率是多少？的基因频率是多少？A=A=30302+60 2+60 _ 200 200=60%60%200 200a=a=10102+60 2+60 _=40%40%A+a=1A+a=1 种群和种群基因库：种群和种群基因库：基因型频率基因型频率=某基因型的个体在种群中所占的比例某基因型的个体在种群中所占的比例 方法二：通过基因方法二：通过基因型型频率计算频率计算基因频率的计算：基因频率的计算：A A的基因频率的基因频率 =AA=AA的基因型频率的基因型频率+1/2Aa+1/2Aa基因型频率基因型频率 A A =30%+1/2=30%+1/260%=60%60%=6
4、0%PractisePractise：AAAA、AaAa、aaaa的个体分别占的个体分别占24%24%、72%72%、4%4%、那么、那么A A、a a的基因频率是多少？（的基因频率是多少？（）A.36%A.36%和和64%B.57%64%B.57%和和43%43%C.24%C.24%和和72%D.60%72%D.60%和和40%40%D D亲代基因型的频率亲代基因型的频率AA（30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比率配子的比率A（）A()a()a()子一代基因型频率子一代基因型频率AA（）Aa()aa()子一代基因频率子一代基因频率A（）a()子二代基因型频率子二代基因型频率AA（）A
5、a()aa()子二代基因频率子二代基因频率A（）a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%36%48%16%60%40%用数学方法讨论基因频率的变化：用数学方法讨论基因频率的变化：若种群中一对等位基因为若种群中一对等位基因为A A和和a a，设，设A A的基因的基因频率频率=p=p，a a的基因频率的基因频率=q=q，因为因为(p(pq)=A%+a%=1q)=A%+a%=1，则（则（p+qp+q）2 2=p=p2 2+2pq+q+2pq+q2 2=AA%+Aa%+aa%=1=AA%+Aa%+aa%=1。AAAA的基因型频率的基因型频率=p=p2 2；aaaa的基因型频率的基因
6、型频率=q=q2 2；AaAa的基因型频率的基因型频率=2pq=2pq。用数学方法讨论基因频率的变化：用数学方法讨论基因频率的变化：遗传平衡定律是由英国数学家哈代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和德国医生温伯格分别于19081908年和年和19091909年独立证明的，这一定律又称哈迪年独立证明的，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。可以世代相传不发生变化，保
7、持平衡。哈代哈代温伯格平衡定律温伯格平衡定律五个条件是：五个条件是：1.1.种群很大种群很大 2.2.随机交配随机交配 3.3.没有突变和重组没有突变和重组 4.4.没有个体迁入迁出没有个体迁入迁出 5.5.个体繁殖和生存的机会相等个体繁殖和生存的机会相等哈代哈代温伯格平衡定律温伯格平衡定律 现代遗传学研究表明，可遗传的变异来源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。其中于基因突变、基因重组和染色体变异。其中基基因突变和染色体变异统称为突变因突变和染色体变异统称为突变。基因突变在自然界是普遍存在的，因此基因突变在自然界是普遍存在的，因此基基因突变产生新的等位基因因
8、突变产生新的等位基因,这就可能使种群的这就可能使种群的基因频率发生变化基因频率发生变化.种群基因频率的变化：种群基因频率的变化：自然界中生物的自然突变频率很低，而且一般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？因频率呢？突变为生物进化提供原材料：突变为生物进化提供原材料：例如：果蝇一组染色体上约有例如：果蝇一组染色体上约有1.31.310104 4个基因，假个基因，假定每个基因的突变率都是定每个基因的突变率都是1010-5-5，若有一个中等数量，若有一个中等数量的果蝇种群（约有的果蝇种群（约有101
9、08 8个个体），那么每一代出现个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？基因突变数是多少呢？2 21.31.3 10 104 4 10 10-5-5 10 108 8=2.6=2.6 10107 7某海岛上的昆虫出某海岛上的昆虫出现残翅和无翅类型现残翅和无翅类型有利与有害是有利与有害是相对的而不是绝对的相对的而不是绝对的这往往取决于生物的这往往取决于生物的生存环境。生存环境。突变产生的变异有利或有害是绝对的吗？突变产生的变异有利或有害是绝对的吗？突变为生物进化提供原材料：突变为生物进化提供原材料：由于突变和基因重组都是由于突变和基因重组都是随机的、不随机的、不定向的定向的，因此它们只是提供
10、了生物进化的，因此它们只是提供了生物进化的原材料，原材料，不能决定生物进化的方向！不能决定生物进化的方向！种群基因频率的变化：种群基因频率的变化：（1 1）根据前面所学的知识你能做出假设吗？）根据前面所学的知识你能做出假设吗？探究活动探究活动 “探究自然选择对种群基因频率的影响探究自然选择对种群基因频率的影响”自然选择可以使种群的基因频率定向改变自然选择可以使种群的基因频率定向改变自然选择对种群基因频率变化的影响：自然选择对种群基因频率变化的影响：（2）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
11、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SS10%10%11.5%11.5%Ss20%20%22.9%22.9%ss70%70%65.6%65.6%基因频率S20%20%23%23%s80%80%77%77%70.7%26%29.3%14.6%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低自然选择对种群基因频率变化的影响：自然选择对种群基因频率变化的影响：桦尺蠖桦尺蠖深色深色浅色浅色栖息环境浅色栖息环境浅色（个体多）（个体多）（个体少）（个体少）栖息环境深色栖息环境深色浅
12、色浅色深色深色s s基因频率降低基因频率降低S S基因频率升高基因频率升高s s基因频率基因频率95%95%S S基因频率基因频率95%95%（个体减少）（个体减少）（个体增多）（个体增多）自然选择对种群基因频率变化的影响：自然选择对种群基因频率变化的影响：生物进化的实质是基因频率的改变生物进化的实质是基因频率的改变种群基因频率的改变，标志着生物的进化。种群基因频率的改变，标志着生物的进化。自然选择对种群基因频率变化的影响：自然选择对种群基因频率变化的影响：二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用 曼彻斯特地区的桦尺蛾，虽然曼彻斯特地区的桦尺蛾，虽然基因频率发生了变化，但是并没有基
13、因频率发生了变化，但是并没有形成新的物种。形成新的物种。为什么说它们没有形成新的物种？为什么说它们没有形成新的物种？怎样判断两个种群是否属于同一怎样判断两个种群是否属于同一个物种？个物种？二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用物种的概念：物种的概念：能够在自然状态下能够在自然状态下相互交配相互交配并且产生并且产生可育后可育后代代的一群生物称为一个物种，简称的一群生物称为一个物种，简称“种种”。马 马和驴是不是同一个物种呢？驴 骡二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用 不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产
14、生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。骡是不育的，因此，马和驴之间存在生殖隔离，骡是不育的，因此，马和驴之间存在生殖隔离，它们属于两个物种。它们属于两个物种。生殖隔离生殖隔离种群间个体不能自由交配种群间个体不能自由交配有些能交配，但胚胎期致死有些能交配，但胚胎期致死能交配并成功繁殖出子代，但其后代无生育能力能交配并成功繁殖出子代，但其后代无生育能力二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用在自然界，是不是同一物种的个体都生活在一起呢？在自然界，是不是同一物种的个体都生活在一起呢？不是，由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障不是，由于高山、河
15、流、沙漠或其他地理上的障碍，每一个物种总是被分成一个一个或大或小的群体，碍，每一个物种总是被分成一个一个或大或小的群体，这些群体就是不同的种群。例如，两个池塘里的鲤鱼。这些群体就是不同的种群。例如，两个池塘里的鲤鱼。二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用同一种生物由于地理上的障碍而分同一种生物由于地理上的障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫做地理隔离。生基因交流的现象，叫做地理隔离。东北虎华南虎由于长期地理隔离而没有相互交配，由于长期地理隔离而没有相互交配，没有基因交流，形成了地理隔离，它没有基因交流，形成了地理隔离，它们形成两
16、个不同的亚种。们形成两个不同的亚种。二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用生殖隔离生殖隔离地理隔离地理隔离隔离：隔离：不同种群间的个体，在自然条件下基因不不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。能自由交流的现象。隔离的实质：隔离的实质：阻止种群间的基因交流阻止种群间的基因交流二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用地理隔离和生殖隔离有没有什么联系呢？地理隔离和生殖隔离有没有什么联系呢？对生物的进化有何作用呢？对生物的进化有何作用呢？二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用人教版高一必修二6.
17、3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用 设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕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。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。它们的基因频率一这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗？样吗？由于这两个种群的个体数量都不够多，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。基因频率可能是不一样的。问题问题1 1人教版高一必修二6.3种群基因组
18、成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用 不同岛屿上的地雀种群，产生突不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？变的情况一样吗？不一样。因为突变是随机发生的。不一样。因为突变是随机发生的。问题问题2 2人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用对不同对不同 岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有岛屿上的地雀种群来说
19、，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没有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？影响？不同岛屿的自然环境条件不一样，因此环境的作不同岛屿的自然环境条件不一样，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。用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。问题问题3 3人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用 如果这片海域只有一个小岛，还如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？会形成这么多种地雀吗
20、？不会。因为个体间有基因的交流。不会。因为个体间有基因的交流。问题问题4 4人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用 隔离阻断突变、基因重组和 向不同方向发生改变种群 出现差异差异进一步加大隔离地理自然选择基因频率基因库生殖基因交流加拉帕戈斯群岛的地雀的形成方式人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)二、隔离在物种形成中的作用二、
21、隔离在物种形成中的作用自然选择自然选择2 2自然选择自然选择1 1地理隔离地理隔离原原种种变异变异1 1变异变异2 2基因频率的定向改变基因频率的定向改变变异类型变异类型1 1变异类型变异类型2 2新物种新物种1 1新物种新物种2 2生殖生殖 隔离隔离物种形成的比较常见的方式：物种形成的比较常见的方式：隔离是物种形成的必要条件隔离是物种形成的必要条件人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)二、隔离在物种形成中的作用二、隔离在物种形成中的作用通过长期地理隔离而实现生殖隔离，是否是新物种形通过长期地理隔离而实现生殖隔离，是否是新物种形成的唯一方式呢？成的唯一方式呢？不是。多倍体的形成不需经地理隔离。不是。多倍体的形成不需经地理隔离。物种物种A A物种物种B B杂交杂交 杂种杂种植物植物染色体加倍染色体加倍异源多倍体异源多倍体人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)人教版高一必修二6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共34张PPT)
