1、 生物学生物学 必修二必修二遗传和进化遗传和进化 第6章 第3节种群基因组成的变化与物种的形成 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。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。因为它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。新物种形成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
2、群与祖先种群形成生殖隔离为标志，并不是在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。讨论：生物进化的基本单位个体种群表型基因自然选择直接作用的对象能世代延续的能在群体中扩散 可见，研究生物的进化，仅研究个体的表型是不够的，还必须研究_；群体基因组成的变化连线(一)种群和种群基因库 生活在一定区域的同种生物 全部个体的集合叫作种群。1.种群的概念：（1）一个池塘中的全部鱼 （2）一个池塘中的全部鲤鱼（3）两个池塘内的全部鲤鱼（4）一片草地上的成年梅花鹿否是否否 种群内的雌雄个体可以通过繁殖将 各自的基因遗传给后代。2.种群的特点：种群是生物繁殖的基本单位。种群是生物进化的基本单位。一、种
3、群基因组成的变化3.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。A.一个种群的基因库包括这个种群所含的全部基因B.生物的个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传C.种群中每个个体含有种群基因库的全部基因D.基因突变可改变基因库的组成练习：下列有关种群基因库的叙述中，不正确的是()Cl基因频率 该基因的总数该等位基因的总数100%l基因型频率 该基因型个体数该种群个体总数100%4.基因频率和基因型频率基因频率：某个基因占全部等位基因数的比值基因型频率：某个基因型的个体占个体总数的比值。例：某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，
4、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？A基因频率为:a基因频率为：=40%A%=100%2AAAa2(AAAaaa)a%=60%2aaAa2(AAAaaa)100%例：某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，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AA、Aa及aa的基因型频率是多少？AA基因频率为:Aa基因频率为：=60%AA%=100%AAAAAaaaAa%=30%AaAAAaaa)100%Aa基因频率为：=60%Aa%=AaAAAaa
5、a)100%基因频率计算方法方法一：定义法A基因频率=AA+aX100%a基因频率=aA+aX100%方法二：通过基因型频率计算A基因频率=AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率a基因频率=aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率 在调查红绿色盲时，随机抽查了200人，其中男女各100人。女性患者1人，携带者3人，男性患者4 人。色盲基因的频率为多少？Xb=12+3+4 1002+100 100%=3%Xb基因频率=Xb基因的数目2女性个体+男性个体 100%X染色体上基因频率的基本计算式：1.假设上述昆虫种群数量非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，没有迁入和迁出，不同翅色的个体生
6、存和繁殖的机会是均等的，基因A和a都不产突变，根据孟德尔的分离定律计算。(1)该种群产生的A配子和a配子的比值各是多少？(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)将计算结果填入下表，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？用数学方法讨论基因频率的改变亲代基因型的频率 AA（30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比率A（）A()a()a()子一代基因型频率 AA（）Aa()aa()子一代基因频率A（）a()子二代基因型频率 AA（）Aa()aa()子二代基因频率A（）a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%36%
7、48%16%60%40%如果上述5个假设都成立，种群基因频率在世代繁衍过程中_发生变化，称为遗传平衡。由此可见：不会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，种群的基因频率会发生变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？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。突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。2.上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。对自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？你能举出哪些实例？自然界中实际种群的基因频率是在不断发生变化的基因A2的频率是上升还是下降，要看这一突变对生
8、物体是有益的还是有害的。当群体满足以下五个条件：种群数量足够大；全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；没有迁入与迁出；自然选择对体色性状没有作用；基因A和a都不产生突变时，种群的基因频率将不会改变。设 A 的基因频率为 p，a 的基因频率为 q；则 p+q=1，且：aa 基因型的频率AA 基因型的频率Aa 基因型的频率 (p+q)2 =p2 +2pq +q2 遗传平衡定律根据遗传平衡定律计算基因频率和基因型频率当等位基因只有两个(设为A、a)时，设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则：AA的频率p2Aa的频率2pqaa的频率q2(pq)2p22pqq21 例题：已知苯丙酮尿症是位于常
9、染色体上的隐性遗传病。据调查，该病的发病率大约为1/10 000。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 99/5 0001/100 99/5 000根据遗传平衡定律计算基因频率和基因型频率当等位基因只有两个(设为A、a)时，设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则：AA的频率p2Aa的频率2pqaa的频率q2(pq)2p22pqq21若XA=p Xa=q，则XAXA=XAXa=XaXa=XAY=XaY=p22pqq2pq归纳基因频率的计算方法：1.通过基因型个体数量计算基因频率（定义法）2.通过基因型频率计算基因频率3.X染色体上
10、基因频率的基本计算式(定义法+赋值法)规律：种群随机交配，基因频率和基因型频率均不变；种群自交，基因频率不变，基因型频率发生改变。4.根据遗传平衡定律计算基因频率和基因型频率在人群中，约每10000个人中有1个人患囊性纤维原癌，该病属于常染色体遗传。一对正常夫妇生有一患病的孩子。此后，该妇女与另一健康男性再婚，他们所生的孩子患此病的概率是（）A.1/25 B.1/50 C.1/100 D.1/202D种群基因频率的变化 基因突变在自然界中时普遍存在的。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。达尔文曾指出：可遗传的变异是生物进化的原材料。可遗传的变异基因突变染色体变异基因重组
11、突变突变和基因重组产生进化的原材料自然界，生物自发突变的频率很低，而且突变大多数是有害的，为什么还能够作为生物进化的原材料的呢？果蝇1组染色体上约有1.3104，假定每个基因的突变率是105，一个约有108个果蝇的种群每一代出现的基因突变率是？21.31041051082.6107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。基因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突变（基因突变和染色体变异）和基因重组产生进化的原材料。由于突变和基因重组都是 的、的，因此它们只是提供了生物进化的原材料，不能决定种群基因频率的变化的方向。随机
12、不定向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？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。后来，随着工业的发展，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。自然选择对种群基因频率
13、变化的影响 假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS10%,Ss 20%,ss 70%,S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？（计算结果填入下表）第1年第2年第3年第4年基因型频率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%s80%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低1.树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生
14、率吗？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。直接受选择的是表型（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。生物进化的实质是种群基因频率的改变。进化的方向由自然选择决定；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。在自然选择过程中，直
15、接受选择的是生物的表现型。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。变异是不定向的；自然选择、种群基因频率的变化和生物进化是定向的探究抗生素对细菌的选择作用 实验原理：一般情况下，一定浓度的抗生素能杀死细菌，但变异的细菌可能产生耐药性。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，耐药菌有可能存活下来。实验目的要求：通过观察细菌在含有抗生素的培养基上的生长状况，探究抗生素对细菌的选择作用。实验材料用具：经高温灭菌的牛肉膏蛋白胨液体培养基及固体培养基平板，细菌菌株（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等），含有抗生素（如青霉素、卡那霉素等）的圆形滤纸片（以下简称
16、“抗生素纸片”），不含抗生素的纸片，镊子，涂布器，无菌棉签，酒精灯，记号笔，直尺等。1、用记号笔在培养皿的底部画线，将培养基分为四个区，标号实验步骤2、将细菌涂布在培养基平板上 实验过程：3、号区域的中央放置不含抗生素纸片和号区域的中央分别放置含有抗生素的纸片4、将培养皿倒置于37的恒温箱中培养1216h实验过程：5、观察并测量抑菌圈直径,并取平均值6、从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤1.在培养基上是否有细菌生长？在放有抗生素纸片的区域呢？结果和结论:2.在连续培养几代后，抑菌圈的直径发生了什么变化？这说明抗生素对细菌产生了什么作用？有没有细菌生长，形成了抑菌圈 抑菌圈的直径随
17、着培养代数的增加而逐渐缩小;抗生素对细菌有选择作用。第1代第2代第3代(1)细菌耐药性变异的产生与抗生素有关吗？为什么？无关。因为抗生素并非诱变因子，抗生素起到选择作用。(2)细菌产生耐药性变异的过程是定向的吗？为什么？不是。因为细菌产生耐药性变异的过程属于基因突变，而基因突变具有不定向性。(3)为什么培养基中抗生素滤纸片周围会出现抑菌圈？因为滤纸片上的抗生素杀死了其周围的细菌，使其不能形成菌落而出现抑菌圈。长期使用抗生素治病，会出现一些抗药性强的细菌，使抗生素的药效降低。原因是()A.长期使用使细菌不得不适应抗生素B.抗生素的使用导致细菌发生了基因突变C.抗生素对细菌的不定向变异进行了定向选
18、择D.细菌为了适应抗生素而产生了定向变异二、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着不同的方向改变，导致种群间出现形态和生理的差异。但是他们并不一定分化为不同的物种。那么，怎么判断两个种群是不是同一个物种呢？物种的概念概念：指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。物种与种群的区别：同一物种可以分布在自然界的不同区域，而种群是指一定区域内的同种全部个体的集合。一个物种可以包含多个种群。都是一个物种，无论白人黑人、黄种人结婚，都能产生可育的后代。马和驴不是一个物种，因为马与驴交配产生的后代骡没有生殖能力。全世界的人是一个物
19、种吗？为什么？马跟驴是一个物种吗？为什么？思考：(4)二倍体和四倍体一个物种吗？三倍体属于物种吗？不是一个物种不属于物种(3)骡子属于物种吗？不属于物种地理隔离:不同物种之间一般是不能够相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代。生殖隔离：由于地理上的障碍使得同种生物的不同种群间不能够发生基因交流的现象。隔离及其在物种形成中的作用如季节隔离；不亲合性；杂种不育等东北虎华南虎 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，它们形成两个不同的亚种。生活在中国中南部生活在东北东部山区隔离隔离的实质:阻止种群间的基因交流隔离: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。生
20、殖隔离地理隔离不同物种之间一般是不能够相互交配的，即使交配成功，也不能够产生可育的后代，这种现象叫生殖隔离。由于地理上的障碍使得同种生物的不同种群间不能够发生基因交流的现象。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？可能是不一样的。思考讨论2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？不一样。因为突变是随机发生的。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？有差别；导致种群基因频率朝不同的方向改变。4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？不会
21、。因为个体间有基因的交流。加拉帕戈斯群岛的地雀的形成方式同一物种地理隔离，阻隔基因交流突变、基因重组种群基因库出现明显差异新物种自然选择，种群基因频率发生改变生殖隔离，新物种形成的标志物种形成的三个环节突变和基因重组产生进化的原材料自然选择导致种群基因频率的定向改变隔离是物种形成的必要条件新物种的形成是否必须经过地理隔离？如:二倍体西瓜 四倍体西瓜不是物种形成和生物进化的比较物种形成生物进化标志变化后生物与原生物的关系二者联系生殖隔离出现基因频率改变属于不同物种可能属于同一物种，也可能属于不同物种只有不同种群的基因库产生了明显的差异，出现生殖隔离才形成新物种；进化不一定产生新物种，但新物种产生
22、的过程中一定存在进化 B 1、下列关于隔离的叙述，不正确的是()A阻止了种群间的基因交流B物种的形成都必定先经过长期的地理隔离C遗传组成上的差异是产生生殖隔离的根本原因D多倍体植物的产生不需要经过地理隔离2.下列关于生物进化理论的叙述，错误的是 （）A.形成新物种不一定要经过地理隔离，例如，二倍体西瓜和四倍体西瓜就不是同一个物种B.自然选择作用于个体，从而影响种群的进化C.变异是不定向的，基因频率的改变方向是定向的D.物种形成的三个基本环节是突变、基因重组和自然选择 D 3.下图表示某小岛上蜥蜴进化的基本过程，X、Y、Z表示生物进化的基本环节。下列相关叙述正确的是()BA.图中X、Y、Z分别表示基因突变、自然选择、隔离B.自然选择的直接对象是个体的表现型而非基因型C.蜥蜴进化说明形成了生殖隔离D.自然选择是导致蜥蜴变异的根本原因
