種群基因組成的變化 【高效課堂+精研精講】 高一下學(xué)期生物人教版必修2

6.3.1種群基因組成的變化情境導(dǎo)入甲同學(xué)說：當(dāng)然是先有雞蛋了，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：不對(duì)，人們?cè)陴B(yǎng)雞過程中，是根據(jù)雞的性狀來選擇的，只讓符合人類需求的雞繁殖后代，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)都有一定的證據(jù)，但都不全面。因?yàn)樗麄兒鲆暳穗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)。一、種群和種群基因庫1.種群一片樹林中的全部成年獼猴是一個(gè)種群?jiǎn)幔恳黄莸厣系乃衅压⑹且粋€(gè)種群?jiǎn)?？生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)體的集合叫做種群。定義：是是判斷下面例子是不是一個(gè)種群？1.一個(gè)池塘中的全部魚（）2.一個(gè)池塘中的全部鯉魚（）3.兩個(gè)池塘內(nèi)的全部青蛙（）4.一片草地上的成年梅花鹿（）××√×種群的三要素：一定區(qū)域同種生物全部個(gè)體判斷：一個(gè)菜市場(chǎng)所有的白菜是不是一個(gè)種群？不是！它們?cè)谧匀粭l件下不能進(jìn)行基因交流。一、種群和種群基因庫2.種群的特點(diǎn)1.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。2.種群是物種繁衍、進(jìn)化的基本單位，雌雄個(gè)體可通過繁殖將各自的基因遺傳給后代。3.種群在繁衍過程中，個(gè)體有新老交替，基因卻代代相傳。同前一年的蝗蟲種群在基因組成上相比，會(huì)有什么變化嗎？許多昆蟲的壽命都不足一年（蝗蟲），所有的蝗蟲都會(huì)在秋風(fēng)中死去，其中有些個(gè)體成功地完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵。來年春夏之交，部分受精卵成功地發(fā)育成蝗蟲?；认x產(chǎn)卵一、種群基因組成的變化3.種群基因庫:一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因。4.基因頻率: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?；蝾l率=某基因的總數(shù)全部等位基因數(shù)×100%5.基因型頻率:在一個(gè)種群基因庫中，某個(gè)基因型的個(gè)體占個(gè)體總數(shù)的比值?；蛐皖l率=某基因型個(gè)體總數(shù)種群全部個(gè)體數(shù)×100%一、種群基因組成的變化資料：某昆蟲種群中，決定翅色為綠色的基因是A，決定翅色為褐色的基因是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)。那么A和a的基因頻率是多少？方法一：概念法A基因頻率為：A%=AA+a×100%=60%a基因頻率為：a%=aA+a×100%=40%一、種群基因組成的變化資料：某昆蟲種群中，決定翅色為綠色的基因是A，決定翅色為褐色的基因是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)。那么A和a的基因頻率是多少？方法二：通過基因型頻率計(jì)算AA基因型頻率為：30%Aa基因型頻率為：60%aa基因型頻率為：10%A基因頻率=AA的基因型頻率+?Aa基因型頻率a基因頻率=aa的基因型頻率+?Aa基因型頻率A基因頻率=30%+?60%=60%a基因頻率=10%+?60%=40%在種群中，一對(duì)等位基因的基因頻率之和等于1，基因型頻率之和也等于1。一、種群基因組成的變化若基因只在X染色體上，而Y染色體沒有，那么基因頻率怎么計(jì)算？例：某種群中基因型XBXB有20個(gè)，XBY有5個(gè)，XBXb有20個(gè)，XbY有5個(gè)，計(jì)算下列基因頻率和基因型頻率：（1）基因頻率：XB：Xb:（2）基因型頻率：XBXB：XbY:XB基因頻率:P(XB)=（40+5+20）/（20+5+20+5）=72.2%XbY基因頻率=XbY個(gè)體數(shù)/全部個(gè)體數(shù)=5/（20+5+20+5）=10%XBXB基因型頻率=XBXB個(gè)體數(shù)/全部個(gè)體數(shù)=20/（20+5+20+5）=40%Xb基因頻率:P(Xb)=（20+5）/（20+5+20+5）=1-P(XB)=27.8%XB基因頻率=XB基因數(shù)/（XB基因數(shù)+Xb基因數(shù)）1XBXB含2個(gè)XB，1XBY含1XB，1XBXb含1XB和1Xb，1XbY含有1Xb72.2%27.8%40%10%一、種群和種群基因庫總結(jié)：基因頻率（1）常染色體或X、Y染色體的同源區(qū)段上基因頻率=某基因的總數(shù)全部等位基因數(shù)×100%（2）X染色體的非同源區(qū)段上基因頻率=某基因的總數(shù)雌性個(gè)體數(shù)×2+雄性個(gè)體數(shù)×100%課堂練習(xí)某一瓢蟲種群中有黑色和紅色兩種體色的個(gè)體，這一性狀由一對(duì)等位基因控制，黑色(B)對(duì)紅色(b)為顯性。如果基因型為BB的個(gè)體占18%，基因型為Bb的個(gè)體占78%，基因型為bb的個(gè)體占4%。基因B和b的頻率分別為（）A．18%、82%B．36%、64%C．57%、43%D．92%、8%C一、種群基因組成的變化思考：繁殖時(shí)，新老種群在基因組成上有變化嗎？1.假設(shè)昆蟲群體滿足以下條件：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沒有遷入和遷出；④沒有自然選擇；⑤沒有基因突變和染色體變異根據(jù)孟德爾的分離定律計(jì)算：（1）該種群產(chǎn)生的A配子和a配子的比例各是多少？（2）子代基因型的頻率各是多少？（3）子代種群的基因型頻率各是多少？（4）想一想，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？一、種群基因組成的變化親代基因型的比值A(chǔ)A()Aa()aa()配子的比值A(chǔ)()A()a()a()親代基因頻率A()a()F1基因型頻率AA()Aa()aa()F1基因頻率A()a()F2基因型頻率AA()Aa()aa()F2基因頻率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、種群基因組成的變化（5）以上的計(jì)算結(jié)果是建立在個(gè)假設(shè)條件基礎(chǔ)上的。對(duì)自然界的種群來說，這個(gè)條件都成立嗎？你能舉出哪些實(shí)例？（6）如果該種群出現(xiàn)新的突變型（基因型為A2a或A2A2），也就是產(chǎn)生新的等位基因A2，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生變化嗎？基因A2的頻率可能會(huì)怎樣變化？這5個(gè)條件是理想狀態(tài)，實(shí)際是不存在的，如種群數(shù)量不可能無限大；由于受地理隔離的作用，雌雄個(gè)體間會(huì)失去自由交配的機(jī)會(huì)；有個(gè)體的遷入、遷出；自然選擇會(huì)對(duì)翅色遺傳起選擇作用；基因突變頻率雖低，但卻是普遍存在的。以上事實(shí)說明，上述計(jì)算結(jié)果是在假設(shè)的理想條件下得到的。若種群產(chǎn)生新基因A2，會(huì)使種群的基因頻率發(fā)生變化?；駻2的頻率增大還是減少，要看這一突變對(duì)生物體有利還是有害。遺傳平衡定律（哈代——溫伯格定律）當(dāng)群體滿足下列條件：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沒有遷入和遷出；④沒有自然選擇；⑤沒有基因突變和染色體變異設(shè)A的基因頻率為p，a的基因頻率為q;則p+q=1,且：（p+q)2=p2+2pq+q2AA基因型頻率Aa基因型頻率aa基因型頻率一、種群基因組成的變化由遺傳平衡定律可知，一個(gè)種群符合遺傳平衡的五個(gè)條件時(shí)，從F1開始往后，基因頻率和基因型頻率都不變；若將其中的自由交配改成連續(xù)自交，那后代的基因頻率和基因型頻率依然不變嗎？假設(shè)該起始群體全部為Aa，推測(cè)連續(xù)自交和連續(xù)自由交配形成的后代中，基因頻率和基因型頻率的變化趨勢(shì)：①連續(xù)自交時(shí)，基因頻率和基因型頻率改變（雜合子為1/2n,純合子越來越多）。②連續(xù)自由交配時(shí)，從F1開始基因頻率和基因型頻率都不變。（親代的基因型頻率可能不同，基因頻率與后代相同。基因頻率代代相同（包括親本））。影響種群基因頻率變化的因素遺傳平衡：種群基因頻率和基因型頻率不發(fā)生變化。①種群數(shù)量足夠大②自由交配③沒有遷入和遷出④沒有自然選擇⑤沒有發(fā)生突變①種群數(shù)量比較?。ǔ霈F(xiàn)遺傳漂變）②不能自由交配③遷入和遷出（出現(xiàn)基因交流）④自然選擇⑤發(fā)生突變遺傳平衡注意：遺傳平衡所指的種群是理想條件下的種群，在自然條件下，這樣的種群是不存在的。這也從反面說明，自然界中種群的基因頻率一定會(huì)發(fā)生變化，也就是說種群的進(jìn)化是必然的。影響種群基因頻率變化的因素基因突變?cè)谧匀唤缡瞧毡榇嬖诘??；蛲蛔儺a(chǎn)生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生變化?？蛇z傳變異提供了生物進(jìn)化的原材料?？蛇z傳的變異變異不可遺傳的變異基因突變?nèi)旧w變異基因重組突變影響種群基因頻率變化的因素①突變生物自發(fā)突變的頻率很低，而且許多突變是有害的，但是由于種群是由許多個(gè)體組成，每個(gè)個(gè)體的細(xì)胞中都有成千上萬個(gè)基因，每一代就會(huì)產(chǎn)生大量的突變?！纠纭抗?組染色體上約有1.3×104個(gè)基因，假定每個(gè)基因的突變頻率都為10-5，對(duì)一個(gè)約有108個(gè)個(gè)體的果蠅種群來說，每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是：2×1.3×104×10-5×108=2.6×107（個(gè)）②有性生殖過程中的基因重組基因突變產(chǎn)生的等位基因，通過有性生殖過程中的基因重組，可以形成多種多樣的基因型，從而使種群中出現(xiàn)多種多樣可遺傳的變異類型。貓由于基因重組而產(chǎn)生的毛色變異③生物的生存環(huán)境突變的有害和有利也不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境?！纠纭坑谐岬睦ハx中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)殘翅和無翅的突變類型，這類昆蟲在正常情況下很難生存下去。但是在經(jīng)常刮大風(fēng)的海島上，這類昆蟲卻因?yàn)椴荒茱w行而避免了被海風(fēng)吹到海里淹死。某海島上殘翅和無翅的昆蟲影響種群基因頻率變化的因素長滿地衣的樹干上的樺尺蛾黑色樹干上的樺尺蛾③生物的生存環(huán)境英國的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾（其幼蟲叫樺尺蠖）。它們夜間活動(dòng)，白天休息在樹干上。雜交實(shí)驗(yàn)表明，樺尺蛾的體色受一對(duì)等位基因S和s控制，黑色(S)對(duì)淺色(s)是顯性的。在19世紀(jì)中葉以前，樺尺蛾幾乎都是淺色型的，該種群中S基因的頻率很低，在5%以下。到了20世紀(jì)中葉，黑色型的樺尺蛾卻成了常見的類型，S基因的頻率上升到95%以上。影響種群基因頻率變化的因素一、種群基因組成的變化5.自然選擇決定生物進(jìn)化的方向在自然選擇的作用下，具有有利變異的個(gè)體有更多的機(jī)會(huì)產(chǎn)生后代，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)不斷提高；相反，具有不利變異的個(gè)體留下后代的機(jī)會(huì)少，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)下降。在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。三、自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響探究·實(shí)踐---探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響

英國的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾（其幼蟲叫樺尺蠖）。它們夜間活動(dòng)，白天休息在樹干上。雜交實(shí)驗(yàn)表明，其體色受一對(duì)等位基因S和s控制，黑色(S)對(duì)淺色(s)是顯性的。在19世紀(jì)中葉以前，樺尺蛾幾乎都是淺色型的，該種群中S基因的頻率很低，在5%以下。到了20世紀(jì)中葉，黑色型的樺尺蛾卻成了常見的類型，S基因的頻率上升到95%以上。三、自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響探究·實(shí)踐---探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響①現(xiàn)象工業(yè)革命前黑色樺尺蛾淺色樺尺蛾長滿地衣的灰色樹干灰色(ss)樺尺蛾多S頻率低，s頻率高工業(yè)革命后淺色樺尺蛾黑色樺尺蛾環(huán)境污染的黑色樹干黑色(S_)樺尺蛾多S頻率高，s頻率低三、自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響②提出問題：樺尺蠖種群中的S基因?yàn)槭裁磿?huì)越來越高？③作出假設(shè)：自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變④創(chuàng)設(shè)情景示例：第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%11.5%13.1%14.7%Ss20%22.9%26%29.2%ss70%65.6%60.9%56.1%基因頻率S20%23%26.1%29.3%s80%77%73.9%70.7%升高降低三、自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響⑤問題：討論1.樹干變黑會(huì)影響樺尺蠖種群中淺色個(gè)體的出生率嗎？為什么？討論2.在自然選擇過程中，直接受選擇的是基因型還是表型？為什么？會(huì)，因?yàn)闃涓勺兒诤螅瑴\色個(gè)體容易被發(fā)現(xiàn)，被捕食的概率增加，許多個(gè)體可能沒有交配、產(chǎn)卵前就被天敵捕食，導(dǎo)