種群基因組成的變化與物種的形成高一下學(xué)期生物人教版必修2

第3節(jié)種群基因組成的變化與物種的形成先有雞還是先有蛋？甲同學(xué)說(shuō)：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(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，只讓符合人類需求的雞繁殖后代，因此是先有雞后有蛋。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)。1.你的答案和理由是什么？一、種群基因組成的變化自然選擇的直接作用對(duì)象是基因型還是表現(xiàn)型？表現(xiàn)型一、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)體的集合叫作種群一片樹(shù)林中的全部獼猴是一個(gè)種群一片草地上的所有蒲公英種群是繁殖的單位①一片樹(shù)林中的全部猴子()②臥龍自然保護(hù)區(qū)中的全部大熊貓()③一個(gè)池塘中的全部魚()④一個(gè)池塘中的全部鯉魚()⑤一片草地上的成年梅花鹿()⑥兩個(gè)池塘中的全部鯉魚()⑦農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)上售賣的雞群()判斷下列是否屬于種群：×√×√×××一定區(qū)域同種生物全部個(gè)體種群中的個(gè)體并不是機(jī)械地集合在一起。一個(gè)種群其實(shí)就是一個(gè)繁殖的單位，雌雄個(gè)體可以通過(guò)繁殖將各自的基因遺傳給后代。一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因。2.基因庫(kù):3.基因頻率：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，叫作基因頻率。A基因頻率＝A的總數(shù)A+a的總數(shù)a基因頻率＝a的總數(shù)A+a的總數(shù)方法一(通過(guò)概念計(jì)算)A%=AA+aa%=aA+aA%+a%=1某昆蟲種群中，綠色翅的基因?yàn)锳,褐色翅的基因?yàn)閍，從這個(gè)種群中隨機(jī)抽取100個(gè)個(gè)體，測(cè)得AA、Aa、aa的個(gè)體分別有30、60、10個(gè)，每個(gè)個(gè)體可以看作含有2個(gè)基因，那么，這100個(gè)個(gè)體共有200個(gè)基因。30個(gè)AA=60個(gè)A基因60個(gè)Aa=60個(gè)A基因+60個(gè)a基因10個(gè)aa=20個(gè)a基因A基因頻率＝A的總數(shù)A+a的總數(shù)a基因頻率＝a的總數(shù)A+a的總數(shù)60+60200==60+20200=60%=40%方法二（通過(guò)基因型頻率計(jì)算）A基因頻率＝AA基因型頻率＋Aa基因型頻率12—a基因頻率＝aa基因型頻率＋Aa基因型頻率12—某昆蟲種群中，綠色翅的基因?yàn)锳,褐色翅的基因?yàn)閍，從這個(gè)種群中隨機(jī)抽取100個(gè)個(gè)體，測(cè)得AA、Aa、aa的個(gè)體分別有30、60、10個(gè)。AA、Aa、aa的基因型頻率是多少？Aa%=60%aa%=10%AA%=30%方法三（位于X染色體基因頻率計(jì)算）XB基因頻率＝XB的總數(shù)XB+Xb的總數(shù)Xb基因頻率＝Xb的總數(shù)XB+Xb的總數(shù)【例】某生物興趣小組抽樣調(diào)查的200人中，各種基因型和人數(shù)情況如下表所示，則這200人中，Xb的基因頻率為()

CA.85% B．30%C．20% D．15%Xb基因頻率＝Xb的總數(shù)XB+Xb的總數(shù)=Xb基因頻率＝Xb的總數(shù)XB+Xb的總數(shù)某工廠有男女職工各200名，對(duì)他們進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因的攜帶者為15人，患者5人，男性患者11人。那么這個(gè)群體中色盲基因的基因頻率為多少？6%用數(shù)學(xué)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(gè)體間都能自由交配并產(chǎn)生后代，沒(méi)有遷入和遷出，不同翅色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的，基因A和a都不產(chǎn)生突變，根據(jù)孟德?tīng)柕姆蛛x定律計(jì)算填入下表。30%30%30%10%36%48%16%A%=AA%+1/2Aa%a%=aa%+1/2Aa%60%40%30%30%30%10%36%48%16%60%40%36%48%16%60%40%種群的基因頻率代代保持不變，這就是遺傳平衡。方法四（通過(guò)遺傳平衡定律計(jì)算）遺傳平衡定律（哈代－溫伯格定律）若種群中一對(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,則AA的基因型頻率=p2;aa的基因型頻率=q2;Aa的基因型頻率=2pq(p＋q)2=p2＋2pq＋q2=1可用數(shù)學(xué)方程式表示：A%+a%=1AA%+Aa%+aa%=1遺傳平衡需滿足的5個(gè)條件1.假設(shè)上述昆蟲種群非常大，所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并產(chǎn)生后代，沒(méi)有遷入和遷出，不同翅色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的，基因A和a都不產(chǎn)生突變，①種群非常大②所有雌雄個(gè)體之間自由交配③沒(méi)有遷入和遷出④沒(méi)有自然選擇⑤沒(méi)有基因突變方法四（通過(guò)遺傳平衡定律計(jì)算）遺傳平衡定律（哈代－溫伯格定律）若種群中一對(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,則AA的基因型頻率=p2;aa的基因型頻率=q2;Aa的基因型頻率=2pq(p＋q)2=p2＋2pq＋q2=1可用數(shù)學(xué)方程式表示：當(dāng)一個(gè)種群滿足五個(gè)條件，種群的基因頻率代代保持不變，這就是遺傳平衡?！纠吭谝粋€(gè)足夠大的種群中，A的頻率0.4，a的頻率是0.6，若各種條件穩(wěn)定不變，則該種群中AA、Aa、aa的基因型頻率各是 ______。該種群中雌雄個(gè)體自由交配一次，產(chǎn)生的后代個(gè)體中A的頻率是

，a的頻率是

。0.16、0.48、0.360.40.6種群的基因頻率代代保持不變，這就是遺傳平衡。A的基因頻率=p，a的基因頻率=qAA的基因型頻率=p2aa的基因型頻率=q2Aa的基因型頻率=2pq【例】某人群中每10000人中有1個(gè)白化病患者（aa）求a的基因頻率

，A的基因頻率Aa的基因型頻率

1/10099/1001.98%aa=1/10000a=1/100A=1-1/100=99/100Aa=2xx=1.98%記遺傳平衡打破平衡種群較小不自由交配基因頻率不變無(wú)法進(jìn)化有遷入和遷出有自然選擇有基因突變基因頻率發(fā)生改變二、種群基因頻率的變化突變3、可遺傳變異的來(lái)源基因重組基因突變?nèi)旧w變異2.可遺傳變異：提供了生物進(jìn)化的原材料。1、基因突變?cè)谧匀唤缙毡榇嬖?。基因突變產(chǎn)生

，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生改變。新的等位基因【思考】生物自發(fā)突變的頻率很低，且大多數(shù)突變對(duì)生物體是有害的，它為何還能作為生物進(jìn)化的原材料呢？【例如】果蠅1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(lái)說(shuō)，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)）1個(gè)果蠅的突變數(shù)果蠅種群的突變數(shù)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(wú)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。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突變和重組都是隨機(jī)的，不定向的，那么，種群基因頻率的改變是否也是不定向的呢？自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響19世紀(jì)中葉以前20世紀(jì)中葉S%在5%以下S%在95%以上提出問(wèn)題：樺尺蛾種群中s基因（決定淺色性狀）的頻率為什么越來(lái)越低呢？作出假設(shè)：

。1870年，樺尺蛾種群基因型頻率SS10％，Ss20％，ss70％。S基因的頻率為20%。在樹(shù)干變黑這一環(huán)境條件下，假如樹(shù)干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得淺色個(gè)體每年減少10％，黑色個(gè)體每年增加10％。自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變探究思路：

。創(chuàng)設(shè)數(shù)字化問(wèn)題情景的方法探究13.1%26%60.9%26.1%73.9%14.7%29.2%56.1%29.3%70.7%黑褐色環(huán)境，不利于淺色樺尺蛾的生存，有利于黑色樺尺蛾的生存，環(huán)境的選擇作用使s基因頻率越來(lái)越低，S基因的頻率越來(lái)越高。升高降低13.1%26%60.9%26.1%73.9%14.7%29.2%56.1%29.3%70.7%升高降低(1)樹(shù)干變黑會(huì)影響樺尺蛾種群中淺色個(gè)體的出生率嗎？為什么？影響，樹(shù)干變黑后，許多淺色個(gè)體可能在沒(méi)有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食，導(dǎo)致其個(gè)體數(shù)減少，影響出生率。13.1%26%60.9%26.1%73.9%14.7%29.2%56.1%29.3%70.7%升高降低(2)在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表型，為什么？表型。天敵看到的是樺尺蛾的體色（表型）而不是控制體色的基因。1、在對(duì)某植物的某一種群進(jìn)行的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，基因型為DD和dd的植株所占的比例分別為10%和70%(各種基因型個(gè)體生存能力相同)，第二年對(duì)同一種群進(jìn)行的調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)基因型為DD和dd的植株所占的比例分別為4%和64%，在這一年中，該植物種群是否發(fā)生了進(jìn)化？________，理由是__________。第一年：D的基因頻率為10%＋20%×1/2＝20%，d的基因頻率為80%；第二年：D的基因頻率為4%＋32%×1/2＝20%，d的基因頻率為80%。否該植物種群的基因頻率沒(méi)有發(fā)生變化，說(shuō)明該植物種群沒(méi)有進(jìn)化。[練一練]生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是：種群基因頻率的定向改變。1．從基因水平看，生物進(jìn)化的過(guò)程就是種群基因頻率發(fā)生定向改變的過(guò)程。判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）某地區(qū)紅綠色盲患者在男性中約占8%，在女性中約0.64%，由此可知，紅綠色盲基因Xb的基因頻率約為8%。（）√課后練習(xí)P114XB的基因頻率=p，Xb的基因頻率=q（2）基因頻率變化是由基因突變和基因重組引起的，不受環(huán)境的影響（）（3）生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率在自然選擇作用下的定向改變（）×√課后練習(xí)P1142．種群是物種在自然界的存在形式，也是一個(gè)繁殖單位。下列生物群體中屬于種群的是（）A．一個(gè)湖泊中的全部魚B．一片森林中的全部蛇C．一間屋中的全部蟑螂D．臥龍自然保護(hù)區(qū)中的全部大熊貓D3.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%?；駼和b的頻率分別是（）A.18%、82%;B.36%、64%;C.57%、43%;D.92%、8%。CP114課后練習(xí)B%=BB%+1/2Bb%習(xí)題鞏固4．一只果蠅的突變體在21℃的氣溫下，生存能力很差，但是，當(dāng)氣溫上升到25.5℃時(shí)，突變體的生存能力大大提高。這說(shuō)明（）A．突變是不定向的B．突變是隨機(jī)發(fā)生的C．突變的有害或有利取決于環(huán)境條件D．環(huán)境條件的變化對(duì)突變體都是有害的C二、隔離在物種形成中的作用怎么判斷兩個(gè)種群是不是同一個(gè)物種？一、物種1.概念：能夠在

下

并且________________的一群生物。自然狀態(tài)相互交配產(chǎn)生可育后代×不能交配馬驢騾子(不可育)×生殖隔離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)生可育后代的現(xiàn)象。獅子老虎獅虎獸（不育）1.馬和驢可以交配產(chǎn)生騾，所以它們是同一物種？2.騾是一個(gè)物種嗎？為什么？3.亞洲人和歐洲人都是一個(gè)物種嗎？4.二倍體西瓜和四倍體西瓜是不是一個(gè)物種？為什么？5.兩個(gè)池塘的鯉魚是一個(gè)物種嗎？它們是屬于一個(gè)種群還是兩個(gè)種群？

是。結(jié)婚能產(chǎn)生可育的后代。不是，因?yàn)樗荒芊敝澈蟠Ｊ且粋€(gè)物種，屬于兩個(gè)種群。不是因?yàn)楹蟠扼w西瓜不可育。不是1.如果有兩個(gè)小種群的動(dòng)物，在形態(tài)結(jié)構(gòu)上相近，它們必須具備下列哪一特征，才能歸為一個(gè)物種(）A.它們必須分布在同一地理區(qū)域B.它們的基因一定要相同C.它們的毛色一定要相同D.能相互交配繁殖并產(chǎn)生可育后代D2.鑒定牧場(chǎng)的本地馬和由國(guó)外贈(zèng)送返回原產(chǎn)地放養(yǎng)的野馬是兩個(gè)物種的主要依據(jù)是（）A.野馬比牧馬更善于奔跑B.野馬比牧馬更高大C.野馬和牧馬存在生殖隔離D.野馬比牧馬更適應(yīng)野生環(huán)境C1、隔離：不同群體間的個(gè)體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象。二、隔離及其在物種形成中的作用2、隔離②地理隔離：同種生物由于地理障礙而分成不同的種群，使得種群間不能發(fā)生基因交流的現(xiàn)象。①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)生可育后代的現(xiàn)象。兩個(gè)池塘里的鯉魚、華南虎和東北虎馬和驢、獅和虎

如果把東北虎和華南虎放在同一片森林中，它們?nèi)匀豢梢韵嗷ソ慌洳a(chǎn)生可育的后代，這說(shuō)明東北虎和華南虎仍然屬于同一個(gè)物種。在自然狀態(tài)下，東北虎和華南虎之間能否發(fā)生基因交流呢?東北虎華南虎3、地理隔離和生殖隔離之間的聯(lián)系在一個(gè)山谷中，有一個(gè)鼠種群“快樂(lè)”地生活著。雌鼠和雄鼠之間可以自由交配，繁衍后代。后來(lái)由于地質(zhì)和氣候的變化，山谷中形成一條洶涌的大河。鼠種群的個(gè)體，一半在河這邊，一半在河那邊。這樣過(guò)了幾千年。后來(lái)，河流干涸了，兩個(gè)鼠種群又相遇了。它們發(fā)現(xiàn)彼此大不相同，它們之間還能繁殖后代嗎？（1）當(dāng)這群鼠被大河分開(kāi)后它們是一個(gè)種群還是兩個(gè)種群呢？?jī)蓚€(gè)種群（2）如果大河很快干涸，兩群老鼠還能交配嗎？可以（3）幾千年后，這兩個(gè)鼠種群還是不是一個(gè)物種？

由于長(zhǎng)期地理隔離而沒(méi)有相互交配，沒(méi)有基因交流，最終形成生殖隔離。如果不能自由交配或交配后不能產(chǎn)生可育后代，說(shuō)明形成了兩個(gè)新物種。如果能自由交配并產(chǎn)生了可育后代，說(shuō)明還是同一物種。（4）地理隔離和生殖隔離有什么聯(lián)系？【思考·討論】隔離在物種形成中的作用這是達(dá)爾文在環(huán)球考察中觀察到的現(xiàn)象。在加拉帕戈斯群島上生活著13種地雀。這些地雀的喙差別很大，不同種之間存在生殖隔離。而在遼闊的南美洲大陸上，卻看不到這13種地雀的蹤影。加拉帕戈斯群島位于南美洲附近的太平洋中，由13個(gè)主要島嶼組成，這些島嶼與南美洲大陸的距離為160~950km。不同島嶼的環(huán)境有較大差別，比如島的低洼地帶，布滿棘刺狀的灌叢；而在只有大島上才有的高地，則生長(zhǎng)著茂密的森林。

這些島嶼是500萬(wàn)年前由海底的火山噴發(fā)后形成的，比南美洲大陸的形成晚得多。因此，可以推測(cè)這些地雀的共同祖先來(lái)自南美洲大陸，以后在各個(gè)島嶼上形成了不同的種群。2．不同島嶼上的地雀種群，產(chǎn)生突變的情況一樣嗎？不一樣。因?yàn)橥蛔兪请S機(jī)發(fā)生的。3．對(duì)不同島嶼上的地雀種群來(lái)說(shuō)，環(huán)境的作用有沒(méi)有差別？這對(duì)種群基因頻率的變化會(huì)產(chǎn)生什么影響？不同島嶼的地形和植被條件不一樣，因此環(huán)境的作用會(huì)有差別，導(dǎo)致種群基因頻率朝不同的方向改變。4．如果這片海域只有一個(gè)小島，還會(huì)形成這么多種地雀嗎？不會(huì)。因?yàn)閭€(gè)體間有基因的交流。1．設(shè)想美洲大陸的一種地雀來(lái)到加拉帕戈斯群島后，先在兩個(gè)島嶼上形成兩個(gè)初始種群。這兩個(gè)初始種群的個(gè)體數(shù)量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？由于這兩個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量都不夠的多，基因頻率可能不一樣。閱讀課本118頁(yè)，總結(jié)：加拉帕戈斯群島上13種地雀形成的過(guò)程。地雀祖先甲島地雀乙島地雀丙島地雀丁島地雀……（地理隔離）甲島地雀1乙島地雀2丙島地雀3丁島地雀4……不同物種久而久之出現(xiàn)生殖隔離突變和基因重組不同自然選擇不同

種群基因庫(kù)有差異

是新物種形成的標(biāo)志。