生物7 2 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容 2人教版必修

生物72現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容2人教版必修第1頁/共49頁“如果在一個(gè)煙霧彌漫的工業(yè)區(qū)灰色翅（基因型為aa）昆蟲的群體中偶然出現(xiàn)一只黑褐色翅（基因型為Aa）的變異個(gè)體，且黑褐色比灰色更適宜環(huán)境生存。那么，昆蟲的翅色將怎樣變化？”

一、種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化第2頁/共49頁

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，還必須研究群體的基因組成變化。這個(gè)群體就是種群！第3頁/共49頁(一)種群是生物進(jìn)化的基本單位第4頁/共49頁1.種群的概念

生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個(gè)體叫做種群.

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,并通過繁殖將各自的基因傳給后代.第5頁/共49頁閱讀114頁的第三自然段，并回答問題。（1）種群在繁衍過程中，個(gè)體有新老交替，基因卻代代相傳。這句話表明種群在進(jìn)化過程中處于什么地位？說明在自然界中，種群是生物繁殖、進(jìn)化的基本單位。第6頁/共49頁

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和基因頻率的概念。第7頁/共49頁

2.基因庫的概念

一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，叫做這個(gè)種群的基因庫3.基因頻率的概念

在一個(gè)種群基因庫中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比率，叫做基因頻率第8頁/共49頁4.基因頻率的計(jì)算

某昆蟲種群中，綠色翅的基因?yàn)锳,褐色翅的基因位a，調(diào)查發(fā)現(xiàn)AA、Aa、aa的個(gè)體分別占30、60、10,那么A、a的基因頻率是多少？（自讀115頁）A=30×2+60

________________________200=60%200a=10×2+60

________________________=40%A+a=1

此種基因的個(gè)數(shù)種群中該對(duì)等位基因的總數(shù)此種基因的個(gè)數(shù)=純合子個(gè)體數(shù)X2＋雜合子個(gè)體數(shù)種群中該對(duì)等位基因的總數(shù)=個(gè)體總數(shù)X2通過基因型個(gè)體數(shù)量計(jì)算基因頻率某種基因的基因頻率=第9頁/共49頁3.用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的改變(5)(6)(1)(2)(3)(4)第10頁/共49頁假設(shè)115頁題目中的種群滿足以下五個(gè)條件：①昆蟲群體數(shù)量足夠大，③沒有遷入與遷出，②全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，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(duì)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。在有性生殖過程中，如果符合以上的理想條件，(1)該種群產(chǎn)生的A配子和a配子的比率各是多少?

A60%a40%卵細(xì)胞精子A60%a40%36%24%16%AAAaAa24%aa子一代基因型頻率第11頁/共49頁(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?30%30%30%10%36%48%60%40%16%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()第12頁/共49頁

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%(4)在討論題2中的群體滿足五個(gè)條件的情況下,計(jì)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？

第13頁/共49頁

滿足五個(gè)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(jìn)化是必然的.（5）上述計(jì)算結(jié)果是在滿足五個(gè)假設(shè)條件的基礎(chǔ)上計(jì)算的，對(duì)自然界的種群來說，這五個(gè)條件都能成立嗎？特別是如果第⑤點(diǎn)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(gè)特性相違背？與基因突變的普遍性相違背。第14頁/共49頁(6)、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(huì)變化嗎？基因A2的頻率可能會(huì)怎樣變化？突變產(chǎn)生的新基因會(huì)使種群的基因頻率發(fā)生變化?；駻2的頻率是增加還是減少，要看這一突變對(duì)生物體是有益還是有害的，這往往取決于生物生存的環(huán)境。第15頁/共49頁

用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化—

遺傳平衡定律

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。第16頁/共49頁五個(gè)條件是：1、種群很大

2、隨機(jī)交配

3、沒有突變和重組

4、沒有個(gè)體遷入遷出

5、沒有選擇第17頁/共49頁若種群中一等位基因?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+q）2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1。AA的基因型頻率=p2；aa的基因型頻率=q2；Aa的基因型頻率=2pq。第18頁/共49頁影響基因頻率的因素

在自然條件下，哈迪-溫伯格定律所需的五個(gè)條件是難以滿足的，因而基因頻率總是要發(fā)生改變，也就是說進(jìn)化在任何種群中都是必然要發(fā)生的。第19頁/共49頁生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是基因頻率的改變

表面看，自然選擇是對(duì)一個(gè)個(gè)生物個(gè)體的選擇，實(shí)質(zhì)上是對(duì)個(gè)體所包含的變異進(jìn)行選擇。從現(xiàn)代分子遺傳水平看，自然選擇實(shí)質(zhì)上是對(duì)變異所對(duì)應(yīng)的基因的選擇，從而改變著群體中不同基因的基因頻率。

所以，生物進(jìn)化的過程的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率發(fā)生變化的過程。第20頁/共49頁小結(jié)種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化(一)種群是生物進(jìn)化的基本單位1、種群、基因庫、基因頻率等概念2、用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化第21頁/共49頁1、什么是突變？現(xiàn)代遺傳學(xué)研究表明，可遺傳的變異來源于基因突變、基因重組和染色體變異。其中基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變。(二)突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料第22頁/共49頁

自然界中生物的自然突變頻率很低，而且一般對(duì)生物體是有害的。為什么還能夠改變種群中的基因頻率呢？種群是由許多個(gè)體組成的，每個(gè)個(gè)體的每一個(gè)細(xì)胞內(nèi)都有成千上萬個(gè)基因，這樣，每一代就會(huì)產(chǎn)生大量的突變。2、種群中每一代都會(huì)產(chǎn)生大量的突變第23頁/共49頁1．種群中突變的特點(diǎn)：突變數(shù)很大、隨機(jī)、不定向2．種群基因重組的結(jié)果：產(chǎn)生更多可遺傳變異、不定向

例如：果蠅約有104對(duì)基因，假定每個(gè)基因的突變率都是10－5，若有一個(gè)中等數(shù)量的果蠅種群（約有108個(gè)個(gè)體），那么每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)是多少呢？

2×104×10－5個(gè)體×108種群=2×107結(jié)論：突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料第24頁/共49頁此外，突變的有害還是有利也不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境。例如：第25頁/共49頁3、突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料

基因突變產(chǎn)生的等位基因，通過有性生殖過程中的基因重組而形成多種多樣有基因型。使種群出現(xiàn)大量可遺傳的變異，為生物進(jìn)化提供了原材料。第26頁/共49頁(三)自然選擇決定生物進(jìn)化的方向第27頁/共49頁（1）根據(jù)前面所學(xué)的知識(shí)你能做出假設(shè)嗎？探究：“自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響”長(zhǎng)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第28頁/共49頁(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淺色樺尺蠖的生存，使得種群中淺色個(gè)體每年減少10%，黑色個(gè)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%29.3%14.6%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低第29頁/共49頁(3)在這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)中根據(jù)上面的數(shù)據(jù)分析，變黑的環(huán)境對(duì)樺尺蠖產(chǎn)生了什么樣的影響？變黑的環(huán)境對(duì)樺尺蠖淺色個(gè)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(gè)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第30頁/共49頁

因此：

自然選擇使種群的基因頻率定向改變，決定了生物進(jìn)化的方向。第31頁/共49頁二、隔離與物種的形成

能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物稱為一個(gè)物種，簡(jiǎn)稱“種”。1：物種的概念第32頁/共49頁概念:指同一物種不同種群間的個(gè)體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象。（1）地理隔離：2、隔離的概念和類型在自然界，同一種生物由于地理上的障礙而形成不同的種群，使得種群間不能發(fā)生基因交流的現(xiàn)象，叫做地理隔離。第33頁/共49頁東北虎華南虎

分布在不同自然區(qū)域的種群，由于高山、河流和沙漠等地理上的障礙，使彼此間無法相遇而不能交配例：東北虎與華南虎第34頁/共49頁（2）生殖隔離

不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產(chǎn)生可育的后代，這種現(xiàn)象叫生殖隔離。（原因是：動(dòng)物求偶方式不同、繁殖期不同，植物開花季節(jié)、花的形態(tài)不同，而造成的不能交配等。）第35頁/共49頁馬驢騾例：馬和驢不是一個(gè)物種因馬與驢交配產(chǎn)生的后代騾沒有生殖能力第36頁/共49頁例：虎與獅交配的后代——虎獅獸第37頁/共49頁自然選擇1例：加拉帕戈斯群島上幾種地雀地理隔離生殖隔離原種變異1變異2變異類型1新種1自然選擇2變異類型2新種2基因頻率的定向改變3、隔離在物種形成中的作用：新物種形成。第38頁/共49頁如麻鴨(左)和孚鴨(右)都是大雁的后代，由于長(zhǎng)期地理隔離而沒有相互交配，沒有基因交流，形成了生殖隔離，現(xiàn)在即使人為讓它們交配，也不能產(chǎn)生可育的后代了。也就是說，它們形成兩個(gè)不同的物種了。第39頁/共49頁物種的形成長(zhǎng)期的地理隔離而達(dá)到生殖隔離。生殖隔離一旦形成，原來屬于同一物種的生物就成了不同的物種。第40頁/共49頁隔離形成新物種的原因：（1）、不同的的種群出現(xiàn)不同的突變和基因重組，使不同種群基因頻率的變化不同。（2）、生存的環(huán)境不同，選擇的基因不同，使不同種群的基因頻率的變化不同。因此，隔離是物種形成的必要條件。第41頁/共49頁物種形成的意義：（1）、增加了生物的類型。（2）、能適應(yīng)改變的環(huán)境。第42頁/共49頁注意：有時(shí)無需地理隔離也能形成

新物種

在自然界里還存在另一種物種形成方式，它往往只需要幾代甚至一代就完成了，而且不需經(jīng)過地理隔離。例如，多倍體植物的形成就是如此。自然界里幾平將近一半的被子植物和某些栽培作物就是這樣形成的。AABBCC（普通小麥）DD（黑麥）×ABC配子D配子ABCD（不育）AABBCCDD（八倍體小黑麥）（可育）秋水仙素處理例：八倍體小黑麥的培育第43頁/共49頁現(xiàn)代進(jìn)化論解釋物種形成的基本環(huán)節(jié)1、突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料2、自然選擇決定生物進(jìn)化的方向(定向)3、隔離導(dǎo)致物種的形成第44頁/共49頁三、共同進(jìn)化與生物多樣性的形成1、共同進(jìn)化含義不同物種間的共同進(jìn)化生物與無機(jī)環(huán)境之間的相互影響和共同演變2、生物多樣性的形成基因多樣性（1）生物多樣性的內(nèi)容物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性（2）生物多樣性形成的進(jìn)化歷程生物的進(jìn)化歷程可概括為：從原核生物到真核生物，從無性生殖到有性生殖，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由水生到陸生，由低等到高等。3、