6-3-種群基因組成的變化與物種的形成(第1課時(shí))

第6章生物的進(jìn)化

第3節(jié)種群基因組成的變化與物種形成第1課時(shí)先有雞還是先有蛋？甲同學(xué)說(shuō)：當(dāng)然是先有雞了，因?yàn)橹挥猩臣?xì)胞產(chǎn)生的基因突變才能遺傳給后代，體細(xì)胞即使發(fā)生了基因突變，也不能影響后代的性狀。乙同學(xué)說(shuō)：不對(duì)，人們?cè)陴B(yǎng)雞過(guò)程中，是根據(jù)雞的性狀來(lái)選擇的，只讓符合人類(lèi)需求的雞繁殖后代，因此是先有雞后有蛋。討論你同意哪位同學(xué)的觀點(diǎn)？你的答案和理由是什么？這兩種觀點(diǎn)都有一定的道理，但都不全面。因?yàn)樗鼈兒鲆暳穗u和蛋在基因組成上的一致性，也忽視了生物的進(jìn)化是以種群為單位而不是以個(gè)體為單位這一重要觀點(diǎn)。生物進(jìn)化的過(guò)程是種群基因庫(kù)在環(huán)境的選擇作用下定向改變的過(guò)程，以新種群與祖先種群形成生殖隔離為標(biāo)志，并不是在某一時(shí)刻突然有一個(gè)個(gè)體或一個(gè)生殖細(xì)胞成為一個(gè)新物種。問(wèn)題探討生物進(jìn)化的基本單位個(gè)體種群表型基因自然選擇直接作用的對(duì)象能世代延續(xù)的能在群體中擴(kuò)散

可見(jiàn)，研究生物的進(jìn)化，僅研究個(gè)體的表型是不夠的，還必須研究_______________________________；群體基因組成的變化連一連在自然界中，沒(méi)有哪一個(gè)體是長(zhǎng)生不死的，個(gè)體的表現(xiàn)型也會(huì)隨著個(gè)體的死亡而消失，但決定表現(xiàn)型的基因卻可以通過(guò)有性生殖才傳給后代，因此研究生物的進(jìn)化僅僅研究個(gè)體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境適應(yīng)是不夠的，還需要研究群體的基因組成變化。種群是“生物繁殖的基本單位”種群是“生物進(jìn)化的基本單位”一、種群基因組成的變化與生物進(jìn)化

性狀是由基因控制的，因此研究生物的進(jìn)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(kù)和基因頻率的概念。（一）種群和種群基因庫(kù)

1.種群：生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)體的集合叫作種群。①兩個(gè)要素：“同種”和“全部”②兩個(gè)條件：“時(shí)間”和“空間”兩個(gè)基本單位：“生物繁殖的基本單位”和“生物進(jìn)化的基本單位”種群中的個(gè)體并不是機(jī)械地集合在一起，而是彼此可以交配實(shí)現(xiàn)基因交流，并通過(guò)繁殖將各自的基因遺傳給后代。同前一年的蝗蟲(chóng)種群相比，新形成的蝗蟲(chóng)種群在基因組成上會(huì)有什么變化嗎？2.種群基因庫(kù)(genepool)定義：一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因。大?。悍N群中基因總數(shù)越多，基因庫(kù)越大，與基因種類(lèi)無(wú)關(guān)。A.一個(gè)種群的基因庫(kù)包括這個(gè)種群所含的全部基因B.生物的個(gè)體總是要死亡的，但基因庫(kù)卻因種群個(gè)體的繁殖而代代相傳C.種群中每個(gè)個(gè)體含有種群基因庫(kù)的全部基因D.基因突變可改變基因庫(kù)的組成練習(xí)：下列有關(guān)種群基因庫(kù)的敘述中，不正確的是C3、基因頻率→描述種群的基因庫(kù)定義：在一個(gè)種群基因庫(kù)中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比值，叫做基因頻率。基因頻率=某基因的數(shù)目

該基因的等位基因的總數(shù)×100%A基因頻率=AA+aX100%如：a基因頻率=aA+aX100%例：在某昆蟲(chóng)種群中，決定翅色為綠色的基因是A，褐色的基因是a，從這個(gè)種群中隨機(jī)抽取100個(gè)個(gè)體，測(cè)得基因型為AA、Aa和aa的個(gè)體分別是30、60和10個(gè).AAAaaaaaaaAaaAaa某昆蟲(chóng)決定翅色的基因頻率方法一：利用定義A=30×2+60__________200=60%200a=10×2+60___________=40%方法二：通過(guò)基因型頻率計(jì)算4、基因型頻率：在一個(gè)種群基因庫(kù)中，某個(gè)基因型的個(gè)體占個(gè)體總數(shù)的比值。在某昆蟲(chóng)種群中，決定翅色為綠色的基因是A，褐色的基因是a，測(cè)得基因型為AA的個(gè)體占30%、Aa的個(gè)體占60%、aa的個(gè)體占10%A=30%+1/2×60%=60%a=10%+1/2×60%=40%基因頻率=純合子基因型頻率+1/2雜合子基因型頻率這個(gè)昆蟲(chóng)種群一代代自由繁衍下去，A、a的基因頻率會(huì)不會(huì)發(fā)生變化呢？提示：根據(jù)孟德?tīng)柕姆蛛x定律計(jì)算親代基因型的頻率AA（30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比率A（）A()a()a()子一代基因型頻率AA（）Aa()aa()子一代基因頻率A（）a()子二代基因型頻率AA（）Aa()aa()子二代基因頻率A（）a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%36%48%16%60%40%種群的基因頻率會(huì)相同思考：（1）子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會(huì)同子一代一樣嗎？

5、哈迪——溫伯格定律（遺傳平衡定律）

是由英國(guó)數(shù)學(xué)家哈迪和德國(guó)醫(yī)生溫伯格分別于1908年和1909年獨(dú)立證明的，這一定律又稱(chēng)哈迪——溫伯格定律。他們指出，一個(gè)有性生殖的自然種群中，在符合以下五個(gè)條件的情況下，種群的基因頻率和基因型頻率可以世代相傳不發(fā)生變化，保持平衡。用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化——遺傳平衡定律在符合遺傳平衡的某種群中一對(duì)等位基因?yàn)锳和a，

設(shè)A的基因頻率=p，a的基因頻率=q，

因?yàn)?p＋q)=A%+a%=1，

則（p+q2)=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1。

Aa=AA=

A=pa=qp2pqq2Aa=pqaa=卵子精子A=pa=qAA的基因型頻率=p2；aa的基因型頻率=q2；Aa的基因型頻率=2pq。已知苯丙酮尿癥是位于常染色體上的隱性遺傳病。據(jù)調(diào)查，該病的發(fā)病率大約為1/10000。請(qǐng)問(wèn)在人群當(dāng)中，該病致病基因的基因頻率以及攜帶此隱性基因的雜合基因型頻率各是多少？在某人群中，約每10000個(gè)人中有1個(gè)人患囊性纖維原癌，該病屬于常染色體遺傳。一對(duì)正常夫婦生有一患病的孩子。此后，該婦女與另一健康男性再婚，他們所生的孩子患此病的概率是（）A.1/25B.1/50C.1/100D.1/202D1/10099/5000在實(shí)際中，這樣的平衡是不存在的。第一：足夠大的種群是不存在，而根據(jù)概率原理，當(dāng)個(gè)體數(shù)不是充足大時(shí)，實(shí)際得到的數(shù)值與理論上的數(shù)值就存在誤差，實(shí)際中子代和親代的基因頻率就會(huì)有差異。第二：種群中充分的隨機(jī)交配也是不現(xiàn)實(shí)的，也就是說(shuō)不同基因型的卵細(xì)胞和精子結(jié)合的機(jī)會(huì)不會(huì)是均等的。

第三：基因突變每時(shí)每刻都有可能發(fā)生。雖然每一個(gè)基因突變的頻率很低很低，但一個(gè)種群中有很多很多的基因，所以基因的實(shí)際突變數(shù)是較大的，而且經(jīng)過(guò)代代的遺傳基因突變必然對(duì)種群的基因頻率產(chǎn)生影響，使基因的頻率發(fā)生改變。如由a突變成A的數(shù)或a突變成其它復(fù)等位基因的數(shù)相對(duì)較大，則a的基因頻率將越來(lái)越小。第四：由于各種原因，種群中有的個(gè)體會(huì)離開(kāi)該群體，相反的可能，有的同種的外來(lái)個(gè)體會(huì)遷入該種群，使種群中各種基因型的比例發(fā)生變化，而導(dǎo)致種群基因頻率的改變。第五：在自然界中，自然選擇是不可抗拒的，始終對(duì)種群發(fā)揮作用。如基因型為aa的個(gè)體由于本身基因的原因，在特定的環(huán)境條件下，而導(dǎo)致性狀缺陷，不能適應(yīng)變化了的環(huán)境，在自然選擇中處于不利地位，則a的基因頻率也會(huì)越來(lái)越小。由于上述五方面的因素，種群基因頻率的改變是客觀的。親代和子代之間基因頻率的差異可能是微妙的，但經(jīng)過(guò)代代的遺傳，當(dāng)這一差異由量變的積累而達(dá)到質(zhì)的差異時(shí)，該種群就漸變成另外一個(gè)不同的種群了。所以從理論上分析，種群基因頻率的改變是不可避免的，生物的進(jìn)化是必然的。6、用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的改變前提：假設(shè)群體滿(mǎn)足以下五個(gè)條件：①群體數(shù)量足夠大，②全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，③沒(méi)有遷入與遷出，④AA、Aa、aa三種基因型的生存能力完全相同⑤沒(méi)有基因突變和染色體變異。7、自交和自由交配時(shí)基因頻率和基因型頻率的變化規(guī)律交配方式基因頻率基因型頻率自交自由交配處于遺傳平衡不處于遺傳平