种群基因频率的改变与生物进化

1、本节聚焦： 1 2、种群的基因频率为什么会发生变化？ 3、自然选择与种群基因频率的变化有什么 关系？ 如果在褐色翅如果在褐色翅( (基因型为基因型为aa)aa)昆虫的群体昆虫的群体 中偶然出现一只绿色翅中偶然出现一只绿色翅( (基因型为基因型为Aa)Aa)的变异的变异 个体，且绿色比灰色更不易被捕食。那么：个体，且绿色比灰色更不易被捕食。那么： 1 1、昆虫的翅色将怎样变化？、昆虫的翅色将怎样变化？ 2 2、该绿色个体一定能被选择下来吗？为什么？、该绿色个体一定能被选择下来吗？为什么？ 3 3、如果该绿色个体能很好生活下来，它体内的、如果该绿色个体能很好生活下来，它体内的A A基基 因怎样才能

2、传递给子代呢？因怎样才能传递给子代呢？ 4 4、如果、如果AaAa与其他个体交配生殖，后代还会是绿色与其他个体交配生殖，后代还会是绿色 的吗？的吗？ （一）种群是生物进化的基本单位：（一）种群是生物进化的基本单位： 1 1、种群概念：、种群概念： 生活在生活在一定区域一定区域的的同种生物同种生物的的全部个体全部个体。 卧龙自然保护区 猕猴 例：判断下列是否属于种群例：判断下列是否属于种群 （1 1）一个池塘中的全部鲤鱼）一个池塘中的全部鲤鱼 （2 2）一个池塘中的全部鱼）一个池塘中的全部鱼 （3 3）一片草地上的全部植物）一片草地上的全部植物 （4 4）一片草地上的全部蒲公英）一片草地上的全部

3、蒲公英 一个生物一个生物“种种”或或“物种物种”于种群有何区于种群有何区 别？别？ 物种可以是分物种可以是分 布在不同的自然界的布在不同的自然界的 不同区域，不同区域，只有在发只有在发 生随机交配、繁衍生随机交配、繁衍， 是基因能够世代相传是基因能够世代相传 的一定区域内的同种的一定区域内的同种 全部个体的集合才是全部个体的集合才是 一个种群。一个种群。 2 2、种群的特点：、种群的特点： 种群中的个体并不是机械地集合在一起，种群中的个体并不是机械地集合在一起， 而是而是彼此彼此可以交配实行基因交流可以交配实行基因交流，并，并通过繁通过繁 殖将各自的基因传给后代殖将各自的基因传给后代。 同前一

4、年的蝗虫种群相比，新形成的蝗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？虫种群在基因组成上会有什么变化吗？ 人们为什么要提出人们为什么要提出“种群种群”这个概念呢？这个概念呢？ 自然界的物种实际上是以一个个种群存自然界的物种实际上是以一个个种群存 在的，种群是物种繁衍、进化的基本单位。它在的，种群是物种繁衍、进化的基本单位。它 为研究生物与环境的关系和物种的变化带来了为研究生物与环境的关系和物种的变化带来了 方便。方便。 3 3、基因库：、基因库： 一个种群一个种群中中全部个体全部个体所含有的所含有的全部基因全部基因。 4 4、基因频率：、基因频率： 在一个种群基因库

5、中，某个基因占在一个种群基因库中，某个基因占 全部等位基因数的比率。全部等位基因数的比率。 概念：概念： 例例: :从种群中随机抽出从种群中随机抽出100100个个体，测知基因型个个体，测知基因型 为为AAAA、AaAa和和aaaa的个体分别是的个体分别是3030、6060和和1010个。那个。那 么么A A和和a a的基因频率是多少的基因频率是多少? ? 解解: : A A基因的基因频率为基因的基因频率为: : a a基因的基因频率为：基因的基因频率为： 基因频率基因频率= = 某基因的数目某基因的数目 该基因的等位基因的总数该基因的等位基因的总数 = =纯合子频率纯合子频率+1/2+1/2

6、杂合子频率杂合子频率 = 40%= 40% =30/100 =30/100100%100% +1/2+1/260/10060/100100% = 60%100% = 60% =10/100 =10/100100%100% +1/2+1/260/10060/100100% = 40%100% = 40% A%=100%100% 2AAAa 2(AAAaaa) a%= 100% 100% = 60%= 60% 2aaAa 2(AAAaaa) 100%100% 有数学方法讨论基因频率的变化有数学方法讨论基因频率的变化 1 1、假设上述、假设上述昆虫种群非常大昆虫种群非常大，所有的，所有的雌雄个体间都

7、雌雄个体间都 能自由交配能自由交配并产生后代，并产生后代，没有迁入和迁出没有迁入和迁出，自然选择自然选择 对翅色这一相对性状没有作用对翅色这一相对性状没有作用，基因基因A A和和a a都不产生突都不产生突 变变，根据孟德尔的分离定律计算：，根据孟德尔的分离定律计算： (1)(1)该种群产生的该种群产生的A A配子和配子和a a配子的比率是多少？配子的比率是多少？ (2)(2)子代基因型的频率各是多少？子代基因型的频率各是多少？ (3)(3)子代种群的基因频率各是多少？子代种群的基因频率各是多少？ (4)(4)子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频

8、率会同子一代一样吗？率会同子一代一样吗？ 新代基因型的频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%) 配子的比率A( )A( ) a( )a( ) 子代基因型频率AA( )Aa( )AA( ) 子代基因频率A ( )a( ) 30%30%30%10% 36%48%16% 60%40% 2 2、上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的。、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？出哪些实例？ 3 3、如果该种群出现新的突变型，也就是产生新的等、如果该种群出现新的突变型，也就是产生新的等 位

9、基因位基因A A2 2，种群的基因频率会变化吗？基因，种群的基因频率会变化吗？基因A A2 2的频率的频率 可能会怎样变化？可能会怎样变化？ 由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代和子由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代和子 代每一种基因的频率都不会改变，到再下一代也是如代每一种基因的频率都不会改变，到再下一代也是如 此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就 是是哈代温伯格平衡哈代温伯格平衡，也叫遗传平衡定律。，也叫遗传平衡定律。 但是，在实际中，这样的平衡是不存在的。但是，在实际中，这样的平衡是不存在的。 这是因为，第一：这是因为，第一：

10、足够大的种群是不存在足够大的种群是不存在，而根，而根 据概率原理，当个体数不是充足大时，实际得到的数据概率原理，当个体数不是充足大时，实际得到的数 值与理论上的数值就存在误差，实际中子代和亲代的值与理论上的数值就存在误差，实际中子代和亲代的 基因频率就会有差异。基因频率就会有差异。 第二：第二：种群中充分的随机交配也是不现实的，也就种群中充分的随机交配也是不现实的，也就 是说不同基因型的卵细胞和精子结合的机会不会是均等是说不同基因型的卵细胞和精子结合的机会不会是均等 的的。 例如，在生殖季节，为了争夺异性配偶，雄性海象之间要进行激烈而又残例如，在生殖季节，为了争夺异性配偶，雄性海象之间要进行激

11、烈而又残 酷的竞争，争斗的最后结果常常是强大的一方占有二三十个雌性海象，由于竞酷的竞争，争斗的最后结果常常是强大的一方占有二三十个雌性海象，由于竞 争失败，有的雄性海象没有任何的交配机会。假设其它条件不变，在生殖季节争失败，有的雄性海象没有任何的交配机会。假设其它条件不变，在生殖季节 里，如果竞争力强的雄性海象个体基因型大多数是里，如果竞争力强的雄性海象个体基因型大多数是AA，而竞争失败的雄性海，而竞争失败的雄性海 象个体的基因型大多数是象个体的基因型大多数是aa（可能是由于本身基因型的关系，而导致性状上的（可能是由于本身基因型的关系，而导致性状上的 差异），那么差异），那么A的基因频率将越来

12、越大。的基因频率将越来越大。 第三：第三：基因突变每时每刻都有可能发生基因突变每时每刻都有可能发生。虽然每。虽然每 一个基因突变的频率很低很低，但一个种群中有很多一个基因突变的频率很低很低，但一个种群中有很多 很多的基因，所以基因的实际突变数是较大的，而且很多的基因，所以基因的实际突变数是较大的，而且 经过代代的遗传基因突变必然对种群的基因频率产生经过代代的遗传基因突变必然对种群的基因频率产生 影响，使基因的频率发生改变。如由影响，使基因的频率发生改变。如由a突变成突变成A的数的数 或或a突变成其它复等位基因的数相对较大，则突变成其它复等位基因的数相对较大，则a的基因的基因 频率将越来越小。频

13、率将越来越小。 第四：第四：由于各种原因，种群中有的个体会离开该由于各种原因，种群中有的个体会离开该 群体，相反的可能，有的同种的外来个体会迁入该种群体，相反的可能，有的同种的外来个体会迁入该种 群群，使种群中各种基因型的比例发生变化，而导致种，使种群中各种基因型的比例发生变化，而导致种 群基因频率的改变群基因频率的改变 。 第五：第五：在自然界中，自然选择是不可抗拒的，在自然界中，自然选择是不可抗拒的， 始终对种群发挥作用始终对种群发挥作用。如基因型为。如基因型为aa的个体由于本的个体由于本 身基因的原因，在特定的环境条件下，而导致性状身基因的原因，在特定的环境条件下，而导致性状 缺陷，不能

14、适应变化了的环境，在自然选择中处于缺陷，不能适应变化了的环境，在自然选择中处于 不利地位，则不利地位，则a的基因频率也会越来越小。的基因频率也会越来越小。 由于上述五方面的因素，种群基因频率的改变由于上述五方面的因素，种群基因频率的改变 是客观的，亲代和子代之间基因频率的差异可能是是客观的，亲代和子代之间基因频率的差异可能是 微妙的，但经过代代的遗传，当这一差异由量变的微妙的，但经过代代的遗传，当这一差异由量变的 积累而达到质的差异时，该种群就渐变成另外一个积累而达到质的差异时，该种群就渐变成另外一个 不同的种群了。所以从理论上分析，种群基因频率不同的种群了。所以从理论上分析，种群基因频率 的

15、改变是不可避免的，生物的进化是必然的。的改变是不可避免的，生物的进化是必然的。 影响种群基因频率变化的根本原因是什么？影响种群基因频率变化的根本原因是什么？ 是变异是变异 变异的类型有那些？变异的类型有那些？ 影响种群基因频率变化的根本原因是什么？影响种群基因频率变化的根本原因是什么？ 不能遗传的变异不能遗传的变异 可遗传的变异可遗传的变异 基因突变基因突变 基因重组基因重组 染色体变异染色体变异 人类把鲫鱼的后代培育人类把鲫鱼的后代培育 成金鱼，实质就是通过成金鱼，实质就是通过 选择改变基因频率。从选择改变基因频率。从 图中看，显然红色基因图中看，显然红色基因 的频率显著提高了。的频率显著提

16、高了。 某海岛上的昆虫出现残翅和无翅类型某海岛上的昆虫出现残翅和无翅类型 在自然情况下，突变的频率是很低的，且多数在自然情况下，突变的频率是很低的，且多数 是有害的，对生物的进化有重要意义吗？是有害的，对生物的进化有重要意义吗？ 如果蝇约有如果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变频率是对基因，假定每个基因的突变频率是10 5，对于一个中等大小的果蝇种群（约有 ，对于一个中等大小的果蝇种群（约有108个个体）来说个个体）来说 每一代出现的基因突变数是：每一代出现的基因突变数是： 210410 5 1082107（个）（个） （二）突变和基因重组产生进化的原材料（二）突变和基因重组产生进化的原材

17、料 突变突变 基因基因 重组重组 新的等位基因新的等位基因 多种多样多种多样 的基因型的基因型 种群中出现大量种群中出现大量 可遗传的变异可遗传的变异 变异是变异是不定向不定向的的 形成了形成了进化的原材料进化的原材料,不能决定生物进化的方向不能决定生物进化的方向 由于突变和基因重组，桦尺蠖形成了不同由于突变和基因重组，桦尺蠖形成了不同 的体色（黑色的体色（黑色S S、浅色、浅色s s） 英英19世纪曼彻斯特世纪曼彻斯特英英20世纪曼彻斯特世纪曼彻斯特 S(黑色黑色) )基因频率：基因频率： 桦桦 尺尺 蠖蠖 桦桦 尺尺 蠖蠖 5%5%以下以下 95%95%以上以上 未形成生殖隔离，还有基因交

18、流未形成生殖隔离，还有基因交流 影响基因频率的因素：影响基因频率的因素： 基因突变基因突变、基因重组和、基因重组和自然选择自然选择 生物进化的实质就是：生物进化的实质就是： 种群是生物进化的单位，也是生物种群是生物进化的单位，也是生物 （ ）的单位。）的单位。繁殖繁殖 生物进化生物进化=种群基因频率变化种群基因频率变化 种群基因频率发生变化的过程。种群基因频率发生变化的过程。 小结：小结： 小结（小结（自然选择决定生物进化的方向自然选择决定生物进化的方向）： 种群中产生的变异是（种群中产生的变异是（ ）的，经过长）的，经过长 期的自然选择，其中不利变异被不断淘汰，有期的自然选择，其中不利变异被

19、不断淘汰，有 利变异逐渐（利变异逐渐（ ），从而使种群的基因频），从而使种群的基因频 率发生（率发生（ ）改变，导致生物朝向一定）改变，导致生物朝向一定 方向进化。可见，生物进化的方向是由方向进化。可见，生物进化的方向是由 （ ） 决定的。决定的。 不定向不定向 积累积累 定向定向 自然选择自然选择 种群中产生的变异种群中产生的变异（ ） 自然选择方向自然选择方向( ) 不定向不定向 定向定向 某工厂有男女职工各某工厂有男女职工各200200名，对他们进行调查时名，对他们进行调查时 发现，女性色盲基因携带者为发现，女性色盲基因携带者为1515人，女性患者人，女性患者1 1 人，男性患者人，男性

20、患者1414人，这个群体中人，这个群体中色盲基因色盲基因的频的频 率应为（率应为（ ）。）。 A A、15% B15% B、3.88% C3.88% C、5.17% D5.17% D、10.3%10.3% 色盲（色盲（b b）基因频率）基因频率 15214 2002200 5.17 C C 100% 100% 1、已知人眼中的褐色（、已知人眼中的褐色（A）对蓝色）对蓝色(a)是显性。在一个是显性。在一个 有有30000人的人群中，蓝眼人有人的人群中，蓝眼人有3600人，褐眼的有人，褐眼的有 26400人，其中纯合体有人，其中纯合体有12000人。那么，在这个人群人。那么，在这个人群 中中A和和a基因频率分布为（基因频率分布为（ ） （A A）0.640.64和和0.36 0.36 （B B）0.360.36和和0.640.64 （C C）0.500.50和和0.50 0.50 （D D）0.820.82和和0.180.18 2