種群基因頻率的改變與生物進化

問題探討情景：如果在灰色翅（基因型為aa昆蟲的群體中偶然出現(xiàn)一只綠色翅（Aa的變異個體，且綠色比灰色更不容易被敵害發(fā)現(xiàn)。

討論：

1根據達爾文“適者生存、不適者淘汰”的觀點,該綠色個體一定能被選擇下來嗎？為什么？2如果該綠色個體能很好的生活下來，它體內的A基因怎樣才能保留下來呢？

與其他個體交配繁殖，后代都會是綠色的嗎？

在自然界中，沒有哪一個個體是長生不死的，個體的表現(xiàn)型也會隨著個體的死亡而消失，但決定表現(xiàn)型的基因卻可以通過有性生殖傳給后代，并且在群體中擴散。因此研究生物的進化僅僅研究個體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境相適應是不夠的，還需要研究群體的基因組成的變化。一、種群基因頻率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，并通過繁殖將各自的基因傳給后代。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。

在一個種群中，某種基因型個體數(shù)占該種群個體總數(shù)的比率。5基因型頻率：基因型頻率=該基因型個體數(shù)該種群個體總數(shù)×100%該基因的總數(shù)基因頻率=該等位基因的總數(shù)×100%

基因頻率=純合體基因型頻率雜合體基因型頻率的一半Aa=1AAAaaa=1例：某昆蟲種群中，綠色翅的基因為A,褐色翅的基因位a，調查發(fā)現(xiàn)AA、Aa、aa的個體分別占30%、60%、10%、那么A、a的基因頻率是多少？該基因的總數(shù)基因頻率=該等位基因的總數(shù)×100%用數(shù)學方法討論基因頻率的變化思考與討論親代基因型頻率AA（30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比率A（）A（）a（）a（）子代基因型頻率AA（）Aa（）aa（）子代基因頻率A（）a（）30%30%30%10%36%48%16%60%40%

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%60%40%40%36%48%16%（2）從后代的基因型頻率和基因頻率的計算結果中，發(fā)現(xiàn)了什么現(xiàn)象？自然界中種群的基因頻率要穩(wěn)定不變不進化,必須滿足以下幾點：①該種群非常大；②所有的雌雄個體都能自由交配且產生后代;③沒有遷入和遷出；④自然選擇對不同表現(xiàn)型的個體沒有作用；⑤這對基因不發(fā)生突變。哈代——溫伯格定律：一個有性生殖的自然種群中，在理想情況下，各等位基因的頻率和等位基因的基因型頻率在遺傳中是穩(wěn)定不變的，或者說是保持著基因平衡的。哈代-溫伯格定律可用數(shù)學方程式表示：p＋q2=p2＋2pq＋q2=1

其中p代表A基因的頻率，q代表a基因的頻率。pq永遠為1，p2代表AA的頻率，q2代表aa的頻率，2pq代表雜合子Aa的頻率。

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%60%40%40%（3）上述計算結果是在滿足五個假設條件的基礎上計算的，對自然界的種群來說，這五個條件都能成立嗎？36%48%16%

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=2×107基因突變許多等位基因基因重組許多基因型大量可遺傳的變異形成了進化的原材料不能!因為變異是隨機的、不定向的突變和基因重組能夠決定進化的方向嗎？那么進化的方向是由什么決定的？

突變和基因重組產生進化的原材料（二）突變和基因重組產生進化的原材料1、突變指基因突變和染色體變異。2、突變的有害和有利并不是絕對的，它取決于生物的生存環(huán)境。3、突變和基因重組只產生生物進化的原材料，不能決定生物進化的方向。探究自然選擇對種群基因頻率的影響s長滿地衣的樹干上的樺尺蠖

黑褐色樹干上的樺尺蠖

探究

現(xiàn)在我們用數(shù)學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，使得種群中淺色個體每年減少10%，黑色個體每年增加10%，以后的幾年內，樺尺蠖種群每年的基因型頻率與基因頻率是多少呢？探究第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%707%26%292%147%561%609%261%739%293%131%1在這個探究實驗中根據上面的數(shù)據分析，變黑的環(huán)境對樺尺蠖產生了什么樣的影響？變黑的環(huán)境對樺尺蠖淺色個體的出生率有影響嗎？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、產卵前就已被天敵捕食自然選擇使基因頻率定向改變。升高降低第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%707%26%292%147%561%609%261%739%293%131%2在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表現(xiàn)型？天敵看到的是樺尺蠖的體色（表現(xiàn)型）而不是控制體色的基因結論：自然選擇決定生物進化的方向

在自然選擇的作用下,種群的基因頻率會發(fā)生定向改變,導致生物朝著一定的方向不斷進化（三）自然選擇決定生物進化的方向鐮刀型貧血癥相關基因型及具體表現(xiàn)資料1患者基因型對應缺氧時患者個體表現(xiàn)AA紅細胞全部保持正常的雙面凹圓餅形Aa紅細胞有一半會變?yōu)楫惓５溺牭缎?，生活基本正常aa全部紅細胞會變?yōu)殓牭缎挝吹缴挲g前就已夭亡假說：在正常人群中，a基因的頻率會保持在較低水平上探究：理論上，正常人群中鐮刀型紅細胞基因（即a基因）的基因頻率會保持在怎樣的水平上？世代生活在非洲的黑人鐮刀型貧血癥等位基因的頻率資料2基因型非洲黑人AA基因型56%Aa基因型40%aa基因型4%A基因a基因24%76%基因型非洲黑人美洲黑人AA基因型56%Aa基因型40%aa基因型4%A基因99%a基因1%世代生活在美洲的黑人中鐮刀型貧血癥等位基因的頻率資料324%76%同一個祖先起源理論上本應該趨近于消失的鐮刀型紅細胞的基因（a基因）為什么會在中非地區(qū)的黑人人群中保持如此高的基因頻率？

自然界中存在某種機制，阻止a基因基因頻率下降神秘的瘧疾狂魔資料4中非地區(qū)北美地區(qū)瘧疾流行地區(qū)分布圖神秘的瘧疾狂魔資料5瘧疾的病理分析瘧疾是瘧原蟲引起的惡性疾病瘧原蟲寄生在紅細胞中瘧原蟲的代謝類型為需氧異養(yǎng)型基因型鐮刀型貧血癥瘧疾aa型個體AA型個體Aa型個體患，且死亡不患不患患，易死亡有抵抗能力，不死亡不會死亡鐮刀型紅細胞基因在非洲的分布和瘧疾在非洲的分布圖資料6鐮刀型紅細胞基因在非洲分布瘧疾在非洲分布1%-5%5%-10%15%-20%10%-15%瘧疾分布由于瘧疾的選擇作用，使得a基因保持一個較高的基因頻率例：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1AA、Aa、aa的個體分別占24%、72%、4%，那么A、a的基因頻率是多少？

A36%和64%B57%和