高中生物現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容課件人教版必修二.ppt

現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容 本節(jié)聚焦 1 為什么說種群是生物進化的基本單位 2 種群的基因頻率為什么會發(fā)生變化 3 自然選擇與種群基因頻率的變化有什么關(guān)系 一 種群基因頻率的改變與生物進化 如果在褐色翅 基因型為aa 昆蟲的群體中偶然出現(xiàn)一只綠色翅 基因型為aa 的變異個體 且綠色比灰色更不易被捕食 那么 1 昆蟲的翅色將怎樣變化 2 該綠色個體一定能被選擇下來嗎 為什么 3 如果該綠色個體能很好生活下來 它體內(nèi)的a基因怎樣才能傳遞給子代呢 4 如果aa與其他個體交配生殖 后代還會是綠色的嗎 問題探討 一 種群是生物進化的基本單位 1 種群概念 生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個體 臥龍自然保護區(qū)獼猴 例 判斷下列是否屬于種群 1 一個池塘中的全部鯉魚 2 一個池塘中的全部魚 3 一片草地上的全部植物 4 一片草地上的全部蒲公英 一個生物 種 或 物種 于種群有何區(qū)別 物種可以是分布在不同的自然界的不同區(qū)域 只有在發(fā)生隨機交配 繁衍 是基因能夠世代相傳的一定區(qū)域內(nèi)的同種全部個體的集合才是一個種群 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行基因交流 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 人們?yōu)槭裁匆岢?種群 這個概念呢 自然界的物種實際上是以一個個種群存在的 種群是物種繁衍 進化的基本單位 它為研究生物與環(huán)境的關(guān)系和物種的變化帶來了方便 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 概念 例 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 純合子頻率 1 2雜合子頻率 40 30 100 100 1 2 60 100 100 60 10 100 100 1 2 60 100 100 40 a a 100 60 思考與討論 有數(shù)學方法討論基因頻率的變化1 假設(shè)上述昆蟲種群非常大 所有的雌雄個體間都能自由交配并產(chǎn)生后代 沒有遷入和遷出 自然選擇對翅色這一相對性狀沒有作用 基因a和a都不產(chǎn)生突變 根據(jù)孟德爾的分離定律計算 1 該種群產(chǎn)生的a配子和a配子的比率是多少 2 子代基因型的頻率各是多少 3 子代種群的基因頻率各是多少 4 子二代 子三代以及若干代以后 種群的基因頻率會同子一代一樣嗎 30 30 30 10 36 48 16 60 40 2 上述計算結(jié)果是建立在五個假設(shè)條件基礎(chǔ)上的 對自然界的種群來說 這五個條件都成立嗎 你能舉出哪些實例 3 如果該種群出現(xiàn)新的突變型 也就是產(chǎn)生新的等位基因a2 種群的基因頻率會變化嗎 基因a2的頻率可能會怎樣變化 由此可見 如果滿足上述五個條件 則親代和子代每一種基因的頻率都不會改變 到再下一代也是如此 也就是說基因頻率可以代代保持穩(wěn)定不變 這就是哈代 溫伯格平衡 也叫遺傳平衡定律 但是 在實際中 這樣的平衡是不存在的 這是因為 第一 足夠大的種群是不存在 而根據(jù)概率原理 當個體數(shù)不是充足大時 實際得到的數(shù)值與理論上的數(shù)值就存在誤差 實際中子代和親代的基因頻率就會有差異 第二 種群中充分的隨機交配也是不現(xiàn)實的 也就是說不同基因型的卵細胞和精子結(jié)合的機會不會是均等的 例如 在生殖季節(jié) 為了爭奪異性配偶 雄性海象之間要進行激烈而又殘酷的競爭 爭斗的最后結(jié)果常常是強大的一方占有二三十個雌性海象 由于競爭失敗 有的雄性海象沒有任何的交配機會 假設(shè)其它條件不變 在生殖季節(jié)里 如果競爭力強的雄性海象個體基因型大多數(shù)是aa 而競爭失敗的雄性海象個體的基因型大多數(shù)是aa 可能是由于本身基因型的關(guān)系 而導致性狀上的差異 那么a的基因頻率將越來越大 第三 基因突變每時每刻都有可能發(fā)生 雖然每一個基因突變的頻率很低很低 但一個種群中有很多很多的基因 所以基因的實際突變數(shù)是較大的 而且經(jīng)過代代的遺傳基因突變必然對種群的基因頻率產(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)相對較大 則a的基因頻率將越來越小 第四 由于各種原因 種群中有的個體會離開該群體 相反的可能 有的同種的外來個體會遷入該種群 使種群中各種基因型的比例發(fā)生變化 而導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 始終對種群發(fā)揮作用 如基因型為aa的個體由于本身基因的原因 在特定的環(huán)境條件下 而導致性狀缺陷 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的基因頻率也會越來越小 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)過代代的遺傳 當這一差異由量變的積累而達到質(zhì)的差異時 該種群就漸變成另外一個不同的種群了 所以從理論上分析 種群基因頻率的改變是不可避免的 生物的進化是必然的 影響種群基因頻率變化的根本原因是什么 是變異 變異的類型有那些 影響種群基因頻率變化的根本原因是什么 不能遺傳的變異 可遺傳的變異 基因突變基因重組染色體變異 2 種群基因重組的結(jié)果 產(chǎn)生更多變異 基因型 不定向 二 突變和基因重組產(chǎn)生生物進化的原材料 1 基因突變的特點 普遍存在 隨機發(fā)生 突變頻率很低 多數(shù)對生物體是有害的 不定向的 基因突變與基因頻率改變有什么關(guān)系 為什么 3 基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變 人類把鯽魚的后代培育成金魚 實質(zhì)就是通過選擇改變基因頻率 從圖中看 顯然紅色基因的頻率顯著提高了 某海島上的昆蟲出現(xiàn)殘翅和無翅類型 基因突變與基因頻率改變有什么關(guān)系 為什么 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 在自然情況下 突變的頻率是很低的 且多數(shù)是有害的 對生物的進化有重要意義嗎 種群是由許多個體組成的 每個個體的每一個細胞內(nèi)都有成千上萬個基因 這樣每一代就會產(chǎn)生大量的突變 如果蠅約有104對基因 假定每個基因的突變頻率是10 5 對于一個中等大小的果蠅種群 約有108個個體 來說每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是 2 104 10 5 108 2 107 個 二 突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料 突變 基因重組 新的等位基因 多種多樣的基因型 種群中出現(xiàn)大量可遺傳的變異 變異是不定向的 形成了進化的原材料 不能決定生物進化的方向 由于突變和基因重組 樺尺蠖形成了不同的體色 黑色s 淺色s 英19世紀曼徹斯特 英20世紀曼徹斯特 s 黑色 基因頻率 樺尺蠖 樺尺蠖 5 以下95 以上 未形成生殖隔離 還有基因交流 原因是 淘汰不利變異基因 積累有利變異基因結(jié)果是 使基因頻率定向改變 三 自然選擇決定生物進化的方向 影響基因頻率的因素 基因突變 基因重組和自然選擇 生物進化的實質(zhì)就是 種群是生物進化的單位 也是生物 的單位 繁殖 生物進化 種群基因頻率變化 種群基因頻率發(fā)生變化的過程 小結(jié) 小結(jié) 自然選擇決定生物進化的方向 種群中產(chǎn)生的變異是 的 經(jīng)過長期的自然選擇 其中不利變異被不斷淘汰 有利變異逐漸 從而使種群的基因頻率發(fā)生 改變 導致生物朝向一定方向進化 可見 生物進化的方向是由 決定的 不定向 積累 定向 自然選擇 種群中產(chǎn)生的變異 自然選擇方向 不定向 定向 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 色盲 b 基因頻率 15 2 14 200 2 200 5 17 c 課堂練習 100 a a 3 據(jù)調(diào)查 某校學生中基因型的比例為xbxb 42 32 xbxb 7 36 xbxb 0 32 xby 46 xby 4 則該地區(qū)xb和xb的基因頻率分別是 a 6 8 b 8 92 c 78 92 d 92 8 d 基因突變與基因頻率改變的有什么關(guān)系 為什么 基因突變的特點 普遍存在隨機發(fā)生突變頻率很低多數(shù)對生物體是有害的不定向的 哈迪 溫伯格定律 1908年 英國數(shù)學家哈迪和德國醫(yī)生溫伯格分別提出關(guān)于基因頻率穩(wěn)定性的見解 他們指出 一個有性生殖的自然種群中 在符合以下5個條件的情況下 各等位基因的頻率和等位基因的基因型頻率在一代一代的遺傳中是穩(wěn)定不變的 或者說 是保持著基因平衡的 這5個條件是 種群大 種群中個體間的交配是隨機的 沒有突變發(fā)生 沒有新基因加入 沒有自然選擇 這就是哈迪 溫伯格定律 哈迪 溫伯格定律 舉例來說 一個自然種群的一對等位基因a和a的頻率或比例是1 2 1 2 在滿足上述5個條件下 這一種群中帶有a和帶有a的2種精子的比例是1 2 1 2 帶有a和帶有a的2種卵子的比例也是1 2 1 2 有性生殖的結(jié)果應(yīng)產(chǎn)生3種基因型 即1 4aa 1 2aa和1 4aa a和a的比例仍是1 2 1 2 這一代隨機交配產(chǎn)生的第三代 基因頻率仍然是1 2