种群基因组成的变化与物种的形成教学

1、6.3种群基因组成的变化与物种的形成高一生物备课组高一生物备课组 2021.4.14 2021.4.14种群基因组成的变化种群基因组成的变化自然选择直接作用的是生物体的表型还是基因？研究生物的进化，可否仅研究个体和表型？一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群1. 种群种群2. 种群是生物进化和繁殖的基本单位种群是生物进化和繁殖的基本单位l1.一片草地上的全部蛇。一片草地上的全部蛇。l2.我国长江流域的全部白鳍豚。我国长江流域的全部白鳍豚。一个非洲象种群的部分个体一个非洲象种群的部分个体一、种群和种群基因库一、

2、种群和种群基因库3. 种群基因库种群基因库一个一个种群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叫这个种群的基因库。叫这个种群的基因库。4. 基因频率基因频率在基因库中，某基因占控制此性状全部等位基因数的比率叫做基因频率。在基因库中，某基因占控制此性状全部等位基因数的比率叫做基因频率。基因频率基因频率= =某基因总数某基因总数全部等位基因的总数全部等位基因的总数100%100%一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库5. 基因型频率基因型频率在一个种群中，某基因型个体占全部个体的比率。在一个种群中，某基因型个体占全部个体的比率。基因型频率基因型频率= =某基因型个体总数某基因型个

3、体总数种群全部个体数种群全部个体数100%100%例：某昆虫种群中，绿色翅的基因为例：某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, 褐色翅的基因位褐色翅的基因位a，调查发现，调查发现AA、Aa、aa的个体分别占的个体分别占30%、60%、10%、那么、那么A、a的基因频率是多少？的基因频率是多少？ 假设该种群数量为假设该种群数量为100，基因型，基因型AA的个体为的个体为30，Aa个体为个体为60，aa个体个体为为10，那么控制此性状的等位基因总数，那么控制此性状的等位基因总数200个。个。一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库A基因数基因数=23060=120个个a基因数基因数=60210=80个个A

4、的频率的频率= 60%a的频率的频率=40%一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库 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，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的，基因入和迁出，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的，基因A和和a都不产突变，根据孟德尔都不产突变，根据孟德尔的分离定律计算。的分离定律计算。 (1)该种群产生的该种群产生的A配子和配子和a配子的比值各是多少？配子的比值各是多少？ (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)子代种群的基因

5、频率各是多少？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？同子一代一样吗？用数学方法讨论基因频率的改变用数学方法讨论基因频率的改变亲代基因型比值亲代基因型比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A( )A( )a( )a( )子代基因型频率AA( )Aa( )aa( )子代基因频率A( )a( )6. 遗传平衡定律（哈代遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）温伯格定律） 亲代子一代 子二代 子三代基因型频率AA30%Aa60%aa

6、10%基因频率A60%a40%36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库6. 遗传平衡定律（哈代遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）温伯格定律）一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库6. 遗传平衡定律（哈代遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）温伯格定律） 当群体满足以下当群体满足以下五个条件五个条件： 昆虫群体数量足够大；昆虫群体数量足够大； 全部的雌雄个全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；体间都能自由交配并能产生后代； 没有迁入与迁出；没有迁入与迁出； 自然选择对翅自然选择对翅型性状没有作用；型性状没有作

7、用； 基因基因A和和a都不产生突变，种群的基因频率将不会改变。都不产生突变，种群的基因频率将不会改变。 设设A的基因频率为的基因频率为p，a的基因频率为的基因频率为q；则有；则有p+q=1，那么，那么 (p+q)2 = p2 + 2pq + q2 ，其中，其中P2的值就是的值就是AA基因型的频率，基因型的频率， 2pq的的值就是值就是Aa基因型的频率，基因型的频率，q2的值就是的值就是aa基因型的频率。基因型的频率。 二、种群基因频率的变化二、种群基因频率的变化 2.上述计算结果是建立在上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。个假设条件基础上的。5个条件为：个条件为：昆虫群体数量足昆虫群体数

8、量足够大；够大； 全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；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；没有迁入与迁出； 说自然选择对翅型性状没有作用说自然选择对翅型性状没有作用 基因基因A和和a都不产生突变。都不产生突变。对自然界的种群来说，对自然界的种群来说，这这5个条件都成立吗？你能举出哪些实例？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（基因型为如果该种群出现新的突变型（基因型为A2a或或A2A2),也就是产生新的等位基因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？的频率可能

9、会怎样变化？用数学方法讨论基因频率的改变用数学方法讨论基因频率的改变1. 原因：基因突变产生新的等位基因；染色体变异；种群中个体的迁入和迁出；原因：基因突变产生新的等位基因；染色体变异；种群中个体的迁入和迁出；自然对种群中生物个体的选择；种群中雌雄个体之间不能自由交配或交配后不自然对种群中生物个体的选择；种群中雌雄个体之间不能自由交配或交配后不能产生后代等。能产生后代等。2. 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。二、种群基因频率的变化二、种群基因频率的变化思考：生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，思考：

10、生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？它为何还能作为生物进化的原材料呢？ 例例 果蝇约有果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是对基因，假定每个基因的突变率都是105，若有一，若有一个中等数量的果蝇种群（约有个中等数量的果蝇种群（约有108个个体），那么每一代出现基因突变个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？数是多少呢？ 2 104 105个体个体 108种群种群=2 107二、种群基因频率的变化二、种群基因频率的变化三三、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 英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦

11、尺蠖）。它们夜间活动，白天栖息在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，桦尺蛾树干上。杂交实验表明，桦尺蛾的体色受一对等位基因的体色受一对等位基因S和和s控制，控制，黑色黑色(S)对浅色对浅色(s)是显性的。在是显性的。在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中浅色型的，该种群中S基因的频率基因的频率很低，在很低，在5%以下。到了以下。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S基因的频率上基因的频率上升到升到95%以上。以上。19世纪时，曼彻斯特地区

12、的树干上长满了浅色的地衣。后来，随着工业的世纪时，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。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。探究自然选择对种群基因频率变化的影响探究自然选择对种群基因频率变化的影响三三、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 假设假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为年，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

13、个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体每年减少10%,黑色个体每年增加黑色个体每年增加10%。第。第210年间，该种群每年的基因型频率各是多少？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）每年的基因频率是多少？（计算结果填入下表）探究自然选择对种群基因频率变化的影响探究自然选择对种群基因频率变化的影响第第1年年第第2年年第第3年年第第4年年基因型频率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.

14、1%73.9%29.3%13.1%升高升高降低降低三三、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 根据上述计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，比如，把浅色个体每年根据上述计算结果，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些，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与步骤减少的数量百分比定高些，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与步骤2中所得中所得的数据进行比较。的数据进行比较。 讨论讨论1.树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？ 2.在自然选择过程

15、中，直接受选择的是基因型还是表型？为什么？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？探究自然选择对种群基因频率变化的影响探究自然选择对种群基因频率变化的影响 在自然选择过程中，直接受选择的是生物的表现型；在自然选择过程中，直接受选择的是生物的表现型； 在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。生物朝着一定的方向不断进化。变异是不定向的自然选择定向不利变异被淘汰,有利变异逐渐积累种群的基因频率发生定向改变生物朝一定方向缓慢进化生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。三三、自然选择对种群基因

16、频率变化的影响、自然选择对种群基因频率变化的影响三三、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1.1.变异是不定向的，自然选择是定向的（自然选择决定生物进化的方向）。变异是不定向的，自然选择是定向的（自然选择决定生物进化的方向）。3. 3. 生物进化的实质是基因频率的定向改变。生物进化的实质是基因频率的定向改变。2.2. 自然选择导致基因频率发生改变。自然选择导致基因频率发生改变。第3节 种群基因组成的变化与物种的形成隔离在物种形成中的作用隔离在物种形成中的作用一、物种的概念一、物种的概念1. 物种是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。物种是指能够在

17、自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物。2. 生殖隔离：不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，生殖隔离：不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。+二、隔离及其在物种形成中的作用二、隔离及其在物种形成中的作用1. 隔离包括地理隔离和生殖隔离。隔离包括地理隔离和生殖隔离。 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

18、不到这地雀的喙差别很大，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，这些个主要岛屿组成，这些岛屿与南美洲大陆的距离为岛屿与南美洲大陆的距离为160950km。不同岛屿的环境有较大差别，比如岛的低洼地带，。不同岛屿的环境有较大差别，比如岛的低洼地带，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。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。隔离在物种形成中的作用隔离在物种形成中的作用二、隔离及其在物种形成中的作用二、隔离及其在物种形成中的作用分析讨论分析讨论 1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉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。初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基