高中生物必修二課件14：7-2-1 種群基因頻率的改變與生物進化

種群基因頻率改變與生物進化（一）種群基因頻率的改變及生物進化種群是生物進化的基本單位突變和基因重組產(chǎn)生進化的一個原材料自然選擇決定生物進化的一個方向

進化的實質(zhì)是種群基因頻率的改變（二）隔離和物種的形成（三）共同進化和生物多樣性的形成現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容生物都會死亡，但它們在有生之年會努力地把自己的基因傳承下來。僅僅是一個個體可以完成傳承嗎？可見研究生物的進化僅僅研究個體是不夠的，必須以群體為單位進行研究。這個群體就是種群！這個群體需要滿足什么條件？1.種群的概念:

生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個體叫做種群。一、種群是生物進化的基本單位臥龍自然保護區(qū)獼猴1.下列屬于種群的是（）A.一塊水田里的全部水稻、水草B.一塊稻田里的全部幼蚜、有翅、無翅的成蚜C.一塊朽木上的全部真菌D.一個池塘中全部魚B2.下列關(guān)于種群的說法不正確的是（）A.種群是生物進化的基本單位B.種群是生物繁殖的基本單位C.中國大陸上所有老虎是一個種群D.同一種群的個體可以自由交配C種群概念的要點：1、同種生物的全部個體，概念的外延不能擴大，也不能縮小。2、個體之間必須可以相互交配，實現(xiàn)基因的交流和傳遞。3、一個物種可以形成很多種群。如果這兩個魚塘的魚都是鯉魚，它們屬于一個種群還是兩個種群？屬于兩個種群。因為它們不能生活在一起，不能夠發(fā)生基因交流。2、種群的特點：種群中的個體并不是機械地集合在一起，而是彼此可以交配實現(xiàn)基因交流，并通過繁殖將各自的基因傳給后代。同前一年的蝗蟲種群相比，新形成的蝗蟲種群在基因組成上會有什么變化嗎？閱讀114頁的第三自然段，探究并回答問題。種群在繁衍過程中，個體有新老交替，基因卻代代相傳。這句話是什么意思？(一)種群是生物進化的基本單位性狀是由基因控制的，因此研究生物的進化必須研究種群的基因組成和變化。如何分析種群的基因組成和變化？由此人們提出基因庫和基因頻率的概念。閱讀114頁的第三自然段，探究并回答問題。種群在繁衍過程中，個體有新老交替，基因卻代代相傳。這句話是什么意思？(一)種群是生物進化的基本單位性狀是由基因控制的，因此研究生物的進化必須研究種群的基因組成和變化。如何分析種群的基因組成和變化？由此人們提出基因庫和基因頻率的概念。3.基因庫：一個種群中全部個體所含有的全部基因。4.基因頻率：在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數(shù)的比率。(一)種群是生物進化的基本單位基因頻率＝該基因的總數(shù)該等位基因的總數(shù)5、基因型頻率：在一個種群中，某基因型個體占全部個體的比率。

此種基因的個數(shù)種群中該對等位基因的總數(shù)此種基因的個數(shù)=純合子個體數(shù)X2＋雜合子個體數(shù)種群中該對等位基因的總數(shù)=個體總數(shù)X2(1)通過基因型個體數(shù)量計算基因頻率某種基因的基因頻率=基因頻率和基因型頻率的計算：1、基因在常染色體上基因頻率的計算

此種基因的個數(shù)種群中該對等位基因的總數(shù)此種基因的個數(shù)=純合子個體數(shù)X2＋雜合子個體數(shù)種群中該對等位基因的總數(shù)=個體總數(shù)X2(1)通過基因型個體數(shù)量計算基因頻率某種基因的基因頻率=基因頻率和基因型頻率的計算：1、基因在常染色體上基因頻率的計算例:如某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因為A，決定翅色為褐色的基因為a，從種群中隨機抽出100個個體，測知基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個。那么A和a的基因頻率是多少?解:A基因的基因頻率為:a基因的基因頻率為：基因頻率=某基因的數(shù)目該基因的等位基因的總數(shù)=40%A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%=×100%=60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%某基因型的個體數(shù)個體總數(shù)基因型頻率=基因頻率=

純合子頻率+1/2雜合子頻率(2)通過基因型頻率計算基因頻率某基因型的個體數(shù)個體總數(shù)基因型頻率=基因頻率=

純合子頻率+1/2雜合子頻率(2)通過基因型頻率計算基因頻率2.AA、Aa、aa的個體分別占24%、72%、4%那么A、a的基因頻率是多少？（）

A.36%和64%B.57%和43%C.24%和72%D.60%和40%通過基因型頻率計算基因頻率A=24%+1/2X72%=60%DA%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%=2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%1．已知人眼的褐色（A）對藍色（a）是顯性。在一個有3000人的人群中，藍眼的人360人，褐眼純合子的有1200人，其中雜合子有1440人。那么，在這一個人群中A和a的基因頻率分別為（）A.0.64和0.36B.0.36和0.64C.0.50和0.50D.0.82和0.18A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%=2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%A2、基因在性染色體上基因頻率的計算（1）基因頻率=某基因的數(shù)目2×女性個體數(shù)+男性個體數(shù)×100%例1.某工廠有男女職工各200名，對他們進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因攜帶者為15人，女性患者1人，男性患者14人，這個群體中色盲基因的頻率應(yīng)為（）。

A.15%B.3.88%C.5.17%D.10.3%C2、基因在性染色體上基因頻率的計算（1）基因頻率=某基因的數(shù)目2×女性個體數(shù)+男性個體數(shù)×100%例1.某工廠有男女職工各200名，對他們進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因攜帶者為15人，女性患者1人，男性患者14人，這個群體中色盲基因的頻率應(yīng)為（）。

A.15%B.3.88%C.5.17%D.10.3%C1.據(jù)調(diào)查,某小學(xué)的學(xué)生中,基因型的比例為XBXB(42.32%)、XBXb(7.36%)、XbXb(0.32%)、XBY(46%)、XbY(4%),則在該小學(xué)XB和Xb的基因頻率分別為()

A．6%、94%B．92%、8%C．78%、22%D．69%、6%B2.在某一地區(qū)的遺傳學(xué)調(diào)查中發(fā)現(xiàn),該地區(qū)男性色盲占該地區(qū)男性總?cè)丝诘?%,則該地區(qū)男性中,XB和Xb的基因頻率分別為______和_______,該地區(qū)的女性色盲占該地區(qū)女性總?cè)丝诘谋壤秊開_______。0.49%93%7%男性色盲XbY男性正常XBY女性色盲XbXb

女性正常XBXBXBXb不能把Y計算進去教材P115：思考與討論假設(shè)某種群滿足以下五個條件：①昆蟲群體數(shù)量足夠大②全部的雌雄個體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代③沒有遷入與遷出④AA、Aa、aa三種基因型昆蟲的生存能力完全相同（也就是說自然選擇對A、a控制的翅型性狀沒有作用）⑤A和a都不產(chǎn)生突變,即沒有基因突變和染色體變異。一個種群繁殖若干代后，其基因頻率會不會發(fā)生變化？親代基因型的頻率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率A()A()a()a()子代基因型的頻率AA()Aa()aa()子代種群的基因頻率A()a()30%30%30%10%36%48%60%40%16%

A60%a40%卵細胞精子A60%a40%36%24%16%AAAaAa24%aa子一代基因型頻率

親代子一代

子二代

子三代基因型頻率AA30%Aa60%aa10%基因頻率A60%a40%36%48%16%60%40%36%16%48%60%40%60%40%36%48%16%題中的群體滿足五個條件的情況下,計算子二代、子三代的基因頻率與基因型頻率

;分析一下各代基因頻率與基因型頻率相同嗎？

基因頻率和基因型頻率的關(guān)系轉(zhuǎn)換設(shè)一對等位基因為A和a，其頻率分別為p與q（p+q=1）。種群中親代（AA和aa）個體的交配是隨機的，而且又沒有自然選擇，每個個體都為下代提供了同樣數(shù)目的配子，所以兩性個體之間的隨機交配可以歸結(jié)為兩性配子的隨機結(jié)合，而且各種配子的頻率就是基因頻率。雄性個體產(chǎn)生的配子A頻率為p、a配子頻率為q，雌性個體產(chǎn)生的配子頻率A頻率為p、a配子頻率為q。根據(jù)基因的隨機結(jié)合，用下列式子可求出子代的基因型頻率：♂(pA+qa)×♀(pA+qa)=(p(A)+q(a))2=p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)即AA的基因型頻率為：p2，

Aa的基因型頻率為：2pq，

aa的基因型頻率為：q2，（3）遺傳平衡公式：哈迪-溫伯格定律但要符合那5個條件一對等位基因的頻率之和等于1即AA%+Aa%+aa%=1即A%+a%=1各基因型頻率之和等于1：p+q=1(p+q)2=p2+2pq+q2=1AA=p2Aa=2pqaa=q2P表示基因A的頻率，q表示基因a的頻率一種蛾中控制淺顏色的等位基因是隱性的，控制深顏色的等位基因是顯性的。假設(shè)有640只淺色的蛾和360只深色的蛾，群體是哈迪-溫伯格平衡，那么雜合子蛾的頻率為多少？0.32設(shè)顯性基因頻率為P,隱性基因頻率為q。根據(jù)哈迪-溫伯格定律（p+q)2=P2+2pq+q2=1

因為

q2=640/(640+369)=0.64所以

q=0.8又因為P+q=1所以

p=1—q=1—0.8=0.2根據(jù)定律，雜合子在群體的頻率應(yīng)為2pq=2*0.8*0.2=0.32某植物種群中，AA個體占16%，aa個體占36%，該種群隨機交配產(chǎn)生的后代中AA個體百分比、A基因頻率和自交產(chǎn)生的后代中AA個體AA百分比、A基因頻率的變化依次為A．不變，不變；增大，不變B．增大，不變；不變，不變C．不變，增大；增大，不變D．不變，不變；不變，增大A1.在某一種群中，已調(diào)查得知，隱性性狀者（等位基因用A、a表示）占16%，那么該性狀的AA、Aa基因型個體出現(xiàn)的頻率分別為（

）

A.0.36、0.48B.0.36、0.24C.0.16、0.48D.0.48、0.36A2.在一個種群中，基因型AA、Aa、aa的個體分別占25%、50%、25%。若基因型aa的個體失去繁殖能力，則隨機交配一代后，子代中基因型為aa的個體所占的比例為

A.1/6

B.1/9

C.1/8

D.1/3B

哈迪-溫伯格定律是在滿足五個假設(shè)條件的基礎(chǔ)上計算的，對自然界的種群來說，這五個條件都能成立嗎？特別是如果第⑤點假設(shè)（⑤基因A和a都不產(chǎn)生突變,即沒有基因突變和染色體變異。）成立，這與前面我們所學(xué)的基因突變的哪個特性相違背？與基因突變的普遍性相違背。滿足五個假設(shè)條件的種群是理想的種群,在自然條件下,這樣的種群是不存在的.這也從反面說明了在自然界中,種群的基因頻率遲早要發(fā)生變化,也就是說種群的進化是必然的.影響種群基因頻率變化的原因有哪些？突變、自然選擇、遷入和遷出、遺傳漂變等不能遺傳的變異可遺傳的變異基因突變?nèi)旧w變異基因重組突變二、突變和基因重組產(chǎn)生生物進化的原材料變異1.基因突變在自然界是普遍存在的，因此基因突變產(chǎn)生新的等位基因，這就可能使種群的基因頻率發(fā)生變化。

例如：一個果蠅約有104對基因，假定每個基因的突變率都是10－5，若有一個中等數(shù)量的果蠅種群（約有108個個體），那么每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)是多少呢？2×104×10－5個體×108種群=2×1072.個體的突變率很低，但種群的突變率高3.突變有害有利取決于生存的環(huán)境條件4.基因突變產(chǎn)生新的等位基因，通過有性生殖過程中的基因重組，可以形成多種多樣的基因型，從而使種群出現(xiàn)大量可遺傳變異。結(jié)論：突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料變異是不定向的突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料,不能決定生物進化的方向（1）根據(jù)前面所學(xué)的你能做出假設(shè)嗎？“探究自然選擇對種群基因頻率的影響”長滿地衣的樹干上的樺尺蠖

黑褐色樹干上的樺尺蠖

自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變（2）現(xiàn)在我們用數(shù)學(xué)方法來討論一下樺尺蠖基因頻率變化的原因。1870年樺尺蠖的基因型頻率為SS10%；Ss20%；ss70%，在樹干變黑這一環(huán)境條件下假如樹干變黑不利于樺尺蠖的生存，使得種群中淺色個體每年減少10%，黑色個體每年增加10%，以后的幾年內(nèi)，樺尺蠖種群每年的基因型頻率與基因頻率是多少呢？第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因頻率S20%23%s80%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低自然選擇使種群的基因頻率定向改變即自然選擇決定生物進化的方向(3)在這個探究實驗中根據(jù)上面的數(shù)據(jù)分析，變黑的環(huán)境對樺尺蠖產(chǎn)生了什么樣的影響？變黑的環(huán)境對樺尺蠖淺色個體的出生率有影響嗎？(4)在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表現(xiàn)型？變黑的環(huán)境使控制淺色的s基因頻率減少，S基因頻率增加。許多淺色個體可能在沒有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食。天敵看到的是樺尺蠖得體色（表現(xiàn)型）而不是控制體色的基因。（三）自然選擇決定生物進化的方向變異是不定向的自然選擇不利變異不斷淘汰有利變異積累加強基因頻率定向改變生物定向進化導(dǎo)致1.某島嶼上存在著尺蛾的兩個變種，該地區(qū)原為森林，后建設(shè)成工業(yè)區(qū)。下表為該地區(qū)不同時期的兩個變種尺蛾的數(shù)量比。這些突變產(chǎn)生的原因是()A．灰尺蛾遷離，黑尺蛾遷入B．工業(yè)煤煙使灰尺蛾變成黑尺蛾C．自然選擇作用D．人工選擇的作用森林時期工業(yè)時期灰蛾黑蛾灰蛾黑蛾99%1%1%99%C2.用現(xiàn)代生物進化理論分析解釋狼的進化過程。(1)狼群中存在不同類型的個體，如有跑得快的，有跑得慢的。它說明生物具有______的特性，而這種特性是生物進化的

。(2)隨著環(huán)境的改變，食物稀少，跑得快、兇猛的狼才能獲得食物生存下去。這樣，食物、環(huán)境對狼起了______作用，而這種作用是______的，它決定著生物進化的______。變異原材料選擇方向定向（三）自然選擇決定生物進化的方向變異是不定向的自然選擇不利變異不斷淘汰有利變異積累加強基因頻率定向改變生物定向進化導(dǎo)致（2）現(xiàn)在我們用數(shù)學(xué)方法來討論一下樺尺蠖基因頻率變化的原因。1870年樺尺蠖的基因型頻率為SS10%；Ss20%；ss70%，在樹干變黑這一環(huán)境條件下假如樹干變黑不利于樺尺蠖的生存，使得種群中淺色個體每年減少10%，黑色個體每年增加10%，以后的幾年內(nèi)，樺尺蠖種群每年的基因型頻率與基因頻率是多少呢？第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因頻率S20%23%s80%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低自然選擇使種群的基因頻率定向改變即自然選擇決定生物進化的方向2、種群的特點：種群中的個體并不是機械地集合在一起，而是彼此可以交配實現(xiàn)基因交流，并通過繁殖將各自的基因傳給后代