种群基因组成的变化 【高效课堂+精研精讲】 高一下学期生物人教版必修2

6.3.1种群基因组成的变化情境导入甲同学说：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证据，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。一、种群和种群基因库1.种群一片树林中的全部成年猕猴是一个种群吗？一片草地上的所有蒲公英是一个种群吗？生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫做种群。定义：是是判断下面例子是不是一个种群？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青蛙（）4.一片草地上的成年梅花鹿（）××√×种群的三要素：一定区域同种生物全部个体判断：一个菜市场所有的白菜是不是一个种群？不是！它们在自然条件下不能进行基因交流。一、种群和种群基因库2.种群的特点1.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。2.种群是物种繁衍、进化的基本单位，雌雄个体可通过繁殖将各自的基因遗传给后代。3.种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。同前一年的蝗虫种群在基因组成上相比，会有什么变化吗？许多昆虫的寿命都不足一年（蝗虫），所有的蝗虫都会在秋风中死去，其中有些个体成功地完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵。来年春夏之交，部分受精卵成功地发育成蝗虫。蝗虫产卵一、种群基因组成的变化3.种群基因库:一个种群中全部个体所含有的全部基因。4.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率。基因频率=某基因的总数全部等位基因数×100%5.基因型频率:在一个种群基因库中，某个基因型的个体占个体总数的比值。基因型频率=某基因型个体总数种群全部个体数×100%一、种群基因组成的变化资料：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。那么A和a的基因频率是多少？方法一：概念法A基因频率为：A%=AA+a×100%=60%a基因频率为：a%=aA+a×100%=40%一、种群基因组成的变化资料：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。那么A和a的基因频率是多少？方法二：通过基因型频率计算AA基因型频率为：30%Aa基因型频率为：60%aa基因型频率为：10%A基因频率=AA的基因型频率+½Aa基因型频率a基因频率=aa的基因型频率+½Aa基因型频率A基因频率=30%+½60%=60%a基因频率=10%+½60%=40%在种群中，一对等位基因的基因频率之和等于1，基因型频率之和也等于1。一、种群基因组成的变化若基因只在X染色体上，而Y染色体没有，那么基因频率怎么计算？例：某种群中基因型XBXB有20个，XBY有5个，XBXb有20个，XbY有5个，计算下列基因频率和基因型频率：（1）基因频率：XB：Xb:（2）基因型频率：XBXB：XbY:XB基因频率:P(XB)=（40+5+20）/（20+5+20+5）=72.2%XbY基因频率=XbY个体数/全部个体数=5/（20+5+20+5）=10%XBXB基因型频率=XBXB个体数/全部个体数=20/（20+5+20+5）=40%Xb基因频率:P(Xb)=（20+5）/（20+5+20+5）=1-P(XB)=27.8%XB基因频率=XB基因数/（XB基因数+Xb基因数）1XBXB含2个XB，1XBY含1XB，1XBXb含1XB和1Xb，1XbY含有1Xb72.2%27.8%40%10%一、种群和种群基因库总结：基因频率（1）常染色体或X、Y染色体的同源区段上基因频率=某基因的总数全部等位基因数×100%（2）X染色体的非同源区段上基因频率=某基因的总数雌性个体数×2+雄性个体数×100%课堂练习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（）A．18%、82%B．36%、64%C．57%、43%D．92%、8%C一、种群基因组成的变化思考：繁殖时，新老种群在基因组成上有变化吗？1.假设昆虫群体满足以下条件：①群体数量足够大；②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；③没有迁入和迁出；④没有自然选择；⑤没有基因突变和染色体变异根据孟德尔的分离定律计算：（1）该种群产生的A配子和a配子的比例各是多少？（2）子代基因型的频率各是多少？（3）子代种群的基因型频率各是多少？（4）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？一、种群基因组成的变化亲代基因型的比值AA()Aa()aa()配子的比值A()A()a()a()亲代基因频率A()a()F1基因型频率AA()Aa()aa()F1基因频率A()a()F2基因型频率AA()Aa()aa()F2基因频率A()a()30%60%10%30%30%30%10%36%48%16%60%40%36%48%16%60%40%60%40%A=36%+24%a=16%+24%A=36%+24%a=16%+24%一、种群基因组成的变化（5）以上的计算结果是建立在个假设条件基础上的。对自然界的种群来说，这个条件都成立吗？你能举出哪些实例？（6）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？这5个条件是理想状态，实际是不存在的，如种群数量不可能无限大；由于受地理隔离的作用，雌雄个体间会失去自由交配的机会；有个体的迁入、迁出；自然选择会对翅色遗传起选择作用；基因突变频率虽低，但却是普遍存在的。以上事实说明，上述计算结果是在假设的理想条件下得到的。若种群产生新基因A2，会使种群的基因频率发生变化。基因A2的频率增大还是减少，要看这一突变对生物体有利还是有害。遗传平衡定律（哈代——温伯格定律）当群体满足下列条件：①群体数量足够大；②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；③没有迁入和迁出；④没有自然选择；⑤没有基因突变和染色体变异设A的基因频率为p，a的基因频率为q;则p+q=1,且：（p+q)2=p2+2pq+q2AA基因型频率Aa基因型频率aa基因型频率一、种群基因组成的变化由遗传平衡定律可知，一个种群符合遗传平衡的五个条件时，从F1开始往后，基因频率和基因型频率都不变；若将其中的自由交配改成连续自交，那后代的基因频率和基因型频率依然不变吗？假设该起始群体全部为Aa，推测连续自交和连续自由交配形成的后代中，基因频率和基因型频率的变化趋势：①连续自交时，基因频率和基因型频率改变（杂合子为1/2n,纯合子越来越多）。②连续自由交配时，从F1开始基因频率和基因型频率都不变。（亲代的基因型频率可能不同，基因频率与后代相同。基因频率代代相同（包括亲本））。影响种群基因频率变化的因素遗传平衡：种群基因频率和基因型频率不发生变化。①种群数量足够大②自由交配③没有迁入和迁出④没有自然选择⑤没有发生突变①种群数量比较小（出现遗传漂变）②不能自由交配③迁入和迁出（出现基因交流）④自然选择⑤发生突变遗传平衡注意：遗传平衡所指的种群是理想条件下的种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这也从反面说明，自然界中种群的基因频率一定会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。影响种群基因频率变化的因素基因突变在自然界是普遍存在的。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。可遗传变异提供了生物进化的原材料。可遗传的变异变异不可遗传的变异基因突变染色体变异基因重组突变影响种群基因频率变化的因素①突变生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，但是由于种群是由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，每一代就会产生大量的突变。【例如】果蝇1组染色体上约有1.3×104个基因，假定每个基因的突变频率都为10-5，对一个约有108个个体的果蝇种群来说，每一代出现的基因突变数是：2×1.3×104×10-5×108=2.6×107（个）②有性生殖过程中的基因重组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。猫由于基因重组而产生的毛色变异③生物的生存环境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】有翅的昆虫中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。某海岛上残翅和无翅的昆虫影响种群基因频率变化的因素长满地衣的树干上的桦尺蛾黑色树干上的桦尺蛾③生物的生存环境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，白天休息在树干上。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。影响种群基因频率变化的因素一、种群基因组成的变化5.自然选择决定生物进化的方向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。三、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，白天休息在树干上。杂交实验表明，其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。三、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①现象工业革命前黑色桦尺蛾浅色桦尺蛾长满地衣的灰色树干灰色(ss)桦尺蛾多S频率低，s频率高工业革命后浅色桦尺蛾黑色桦尺蛾环境污染的黑色树干黑色(S_)桦尺蛾多S频率高，s频率低三、自然选择对种群基因频率变化的影响②提出问题：桦尺蠖种群中的S基因为什么会越来越高？③作出假设：自然选择可以使种群的基因频率定向改变④创设情景示例：第1年第2年第3年第4年……基因型频率SS10%11.5%13.1%14.7%Ss20%22.9%26%29.2%ss70%65.6%60.9%56.1%基因频率S20%23%26.1%29.3%s80%77%73.9%70.7%升高降低三、自然选择对种群基因频率变化的影响⑤问题：讨论1.树干变黑会影响桦尺蠖种群中浅色个体的出生率吗？为什么？讨论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，许多个体可能没有交配、产卵前就被天敌捕食，导