高中生物必修二課件1：7-2-1種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化【合作探究】

合作探究系列課件第7章現(xiàn)代生物進(jìn)化理論第2節(jié)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容（一）種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化探究一、種群是生物進(jìn)化的基本單位閱讀教材114頁和115頁相關(guān)內(nèi)容，思考下列問題：1.和達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說相比，現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的研究對(duì)象為什么由個(gè)體上升為群體？2.什么是種群？如何理解“種群”的概念?3.簡述基因庫和基因頻率的概念。4.舉例說明如何計(jì)算的基因頻率。5.怎樣用數(shù)學(xué)方法來探討種群基因頻率的變化？1.現(xiàn)代生物進(jìn)化理論研究群體基因組成變化的原因：達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說指出，自然選擇直接作用的是生物個(gè)體的表現(xiàn)型，但自然界中生物個(gè)體的表現(xiàn)型會(huì)隨著個(gè)體的死亡而消失，決定個(gè)體表現(xiàn)型的基因卻可以隨著生殖而時(shí)代延續(xù)，并在群體中擴(kuò)散?？梢?，研究生物的進(jìn)化，僅研究個(gè)體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境相適應(yīng)是不夠的，還必須研究群體基因組成的變化。這個(gè)群體就是種群！2.①什么是種群？概念：生活在一定區(qū)域的(即同一地點(diǎn)的)同種生物的

全部個(gè)體。種群是生物得以繁殖后代的基本單位，也是生物進(jìn)化的基本單位。a．對(duì)于種群的概念，首先要抓住兩個(gè)要素，一是“同種”，二是“全部”。如：樹、魚、鳥、蛇等都不是物種名，松樹、竹子等也都不是具體的物種，而各是一類生物。一類生物可有很多種，如松樹有馬尾松、紅松、白皮松等種。金環(huán)蛇、黑眉錦蛇、眼鏡蛇是種，而蛇不是種。b．種群具有時(shí)空限制，離開一定的空間和時(shí)間，種群是不存在的。如：徐州云龍湖冬季有野鴨種群，不能說什么季節(jié)都有野鴨種群。c．種群不是個(gè)體的簡單相加、機(jī)械地結(jié)合在一起，因?yàn)橐粋€(gè)種群內(nèi)的個(gè)體相互間不是孤立存在的，而是通過種內(nèi)關(guān)系組成了一個(gè)有機(jī)的整體。個(gè)體之間彼此可以交配，并通過繁殖將各自的基因傳遞給后代.②如何理解“種群”的概念？3.簡述基因庫、基因頻率和基因型頻率的概念?；驇欤阂粋€(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因。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。基因頻率＝該基因的總數(shù)該等位基因的總數(shù)在一個(gè)種群中,某基因型個(gè)體占全部個(gè)體的比率?；蛐皖l率：4.舉例說明如何計(jì)算的基因頻率。例:如某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因?yàn)锳，決定翅色為褐色的基因?yàn)閍，從種群中隨機(jī)抽出100個(gè)個(gè)體，測知基因型為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?解:A基因的基因頻率為:a基因的基因頻率為：基因頻率=某基因的數(shù)目該基因的等位基因的總數(shù)=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%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%=×100%=60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%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（1）A、a的基因頻率是多少？30×2+60

=A=_______________________20060%200a=10×2+60

________________________=40%此種基因的個(gè)數(shù)=純合子個(gè)體數(shù)×2＋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)×2小練習(xí)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（1）A、a的基因頻率是多少？30×2+60

=A=_______________________20060%200a=10×2+60

________________________=40%此種基因的個(gè)數(shù)=純合子個(gè)體數(shù)×2＋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)×2小練習(xí)5.用數(shù)學(xué)方法來探討種群基因頻率的變化(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(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()(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(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()

AA30%Aa60%aa10%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？

基因型頻率基因頻率親代子一代

子二代

子三代

由此可見，如果滿足上述五個(gè)條件，則親代和子代每一種基因的頻率都不會(huì)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。它是指在一個(gè)極大的隨機(jī)交配的種群中，在沒有突變、選擇和遷移的條件下，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。p+q=1(p+q)2=p2+2pq+q2=1AA=p2Aa=2pqaa=q2P表示基因A的頻率，q表示基因a的頻率

由此可見，如果滿足上述五個(gè)條件，則親代和子代每一種基因的頻率都不會(huì)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。它是指在一個(gè)極大的隨機(jī)交配的種群中，在沒有突變、選擇和遷移的條件下，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。p+q=1(p+q)2=p2+2pq+q2=1AA=p2Aa=2pqaa=q2P表示基因A的頻率，q表示基因a的頻率滿足五個(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。與基因突變的普遍性相違背。探究二、突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料閱讀教材116頁和117頁相關(guān)內(nèi)容，思考下列問題：1.生物的變異有哪些種類？是不是每種變異都能影響種群的基因頻率？2.基因突變有哪些特點(diǎn)？4.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？5.可遺傳變異能否決定生物進(jìn)化的方向，為什么？6.【探究】自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響。3.突變和基因重組對(duì)種群的基因頻率分別有什么影響？1.生物變異的種類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變異在三種可遺傳的變異來源中，基因突變和染色體變異可以統(tǒng)稱為突變。可遺傳變異可以影響種群的基因頻率，不可遺傳變異不會(huì)影響種群的基因頻率。1.生物變異的種類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變異在三種可遺傳的變異來源中，基因突變和染色體變異可以統(tǒng)稱為突變?？蛇z傳變異可以影響種群的基因頻率，不可遺傳變異不會(huì)影響種群的基因頻率。2.基因突變的特點(diǎn)普遍性，隨機(jī)性，低頻性，多害少利性，不定向性3.突變和基因重組的結(jié)果

基因突變能產(chǎn)生新的等位基因，可使種群的基因頻率發(fā)生改變；基因重組不能產(chǎn)生新的基因，可產(chǎn)生新的基因型，從而使種群出現(xiàn)大量的可遺傳變異，出現(xiàn)新的性狀組合，但基因重組一般情況下不會(huì)影響種群的基因頻率。

4.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。

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。5.可遺傳變異能否決定生物進(jìn)化的方向，為什么？可遺傳變異不能決定進(jìn)化的方向①突變和基因重組使種群的基因頻率發(fā)生不定向的改變。由于基因突變是不定向的，突變的結(jié)果可產(chǎn)生相應(yīng)的等位基因。如前所述，假如人的23對(duì)同源染色體上都有一對(duì)等位基因，通過減數(shù)分裂和受精作用，在后代中則可產(chǎn)生6×107個(gè)以上基因重組類型，使種群中出現(xiàn)大量的可遺傳變異，從而使突變基因頻率擴(kuò)增。由于這些變異的產(chǎn)生是不定向的，故無法定向改變基因頻率。②由于突變和基因重組都是隨機(jī)的、不定向的，因此它們只是提供了生物進(jìn)化的原材料，不能決定生物進(jìn)化的方向。6.【探究】自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響。長滿地衣的樹干上的樺尺蠖黑褐色樹干上的樺尺蠖英19世紀(jì)曼徹斯特英20世紀(jì)曼徹斯特自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變問題：樺尺蠖種群中s基因的頻率為什么越來越低？假設(shè)：根據(jù)前面所學(xué)的你能做出假設(shè)嗎？

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%13.1%升高26%60.9%26.1%73.9%14.6%29.3%56.1%29.3%70.7%降低(1)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？(2)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的體色（表現(xiàn)型）而不是控制體色的基因結(jié)論：自然選擇決定生物進(jìn)化的方向自然選擇使基因頻率定向改變。探究三、自然選擇決定生物進(jìn)化的方向

由于突變和基因重組，樺尺蠖出現(xiàn)不同的體色。(黑)S基因頻率從5%→95%95%5%討論：請從宏觀（性狀）和微觀（基因）兩方面分析華尺蠖進(jìn)化的原因。A．宏觀（性狀）B．微觀（基因）適者生存，不適者被淘汰淘汰了不利變異的基因，保留了有利變異的基因，通過遺傳逐代積累。變異是不定向的自然選擇不利變異被淘汰,有利變異逐漸積累種群的基因頻率發(fā)生定向改變生物朝一定方向緩慢進(jìn)化自然選擇決定生物進(jìn)化的方向隨堂訓(xùn)練1．下列關(guān)于基因頻率、基因型頻率與生物進(jìn)化的敘述正確(

)A．一個(gè)種群中，控制一對(duì)相對(duì)性狀的各種基因型頻率的改變說明物種在不斷進(jìn)化B．一個(gè)種群中，控制一對(duì)相對(duì)性狀的基因頻率之和為1C．基因型為Aa的個(gè)體自交后代所形成的種群中，A基因的頻率大于a基因的頻率D．因色盲患者中男性數(shù)量多于女性，所以男性群體中色盲的基因頻率大于女性群體B隨堂訓(xùn)練2．在一個(gè)種群中隨機(jī)抽取一定數(shù)量的個(gè)體，其中基因型為AA的個(gè)體占26%，基因型為Aa的個(gè)體占68%，aa的個(gè)體占6%，基因A和a的頻率分別是(

)

A.

26%,74%

B．52%,48%

C．60%,40%

D．88%,12%C3.在一個(gè)種群中隨機(jī)抽出一定數(shù)量的個(gè)體，其中基因型AA的個(gè)體占24%，基因型Aa的個(gè)體占72%，基因型aa的個(gè)體占4%，那么基因A和a的頻率分別為()A.24%72%B.36%64%C.57%43%D.60%40%D隨堂訓(xùn)練3．果蠅有104對(duì)基因，每個(gè)基因的突變率是10-5，對(duì)于一個(gè)等數(shù)量的種群（108）來說，出現(xiàn)的突變數(shù)是2×104×105×108=2×107個(gè)。這一數(shù)據(jù)說明了()

A．突變都是有害的B．突變?yōu)樯镞M(jìn)化提供了原材料C．每個(gè)基因的突變頻率很高 D．突變的有害有利不是絕對(duì)的B4.下列關(guān)于基因庫的敘述正確的是()A.一個(gè)種群中一個(gè)個(gè)體所含有的全部基因叫這個(gè)種群的基因庫B.一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的顯性基因叫這個(gè)種群的基因庫C.一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因叫這個(gè)種群的基因庫D.一個(gè)種群的基因庫會(huì)隨著種群中一代代的死亡而消減和滅亡C5.果蠅是常用的遺傳學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)材料，據(jù)資料顯示，果蠅約有104對(duì)基因，現(xiàn)有一黑腹果蠅的野生種群，約有107個(gè)個(gè)體，請分析回答以下問題：(1)該種群的全部個(gè)體所含有的全部基因統(tǒng)稱為種群的_____，經(jīng)分析，該種群中果蠅有多種多樣的基因型，分析其產(chǎn)生原因，是在突變過程中產(chǎn)生的______，通過有性生殖過程中的______而產(chǎn)生的，這使種群中產(chǎn)生了大量的可遺傳的變異，其產(chǎn)生的方向是______，它們都能為生物進(jìn)化提供______。(2)假定該種群中每個(gè)基因的突變率都是10-5，那么在該種群中每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)約是______。(3)通過對(duì)果蠅及其他生物的群體遺傳學(xué)的研究，可得出生物進(jìn)化的基本單位是______；生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是______。答案：(1)基因庫等位基因基因重組不定向的原材料(2)2×106個(gè)(3)種群種群基因頻率的改變隨堂訓(xùn)練2．在一個(gè)種群中隨機(jī)抽取一定數(shù)量的個(gè)體，其中基因型為AA的個(gè)體占26%，基因型為Aa的個(gè)體占68%，aa的個(gè)體占6%，基因A和a的頻率分別是(

)

A.

26%,74%

B．52%,48%

C．60%,40%

D．88%,12%C3.在一個(gè)種群中隨機(jī)抽出一定數(shù)量的個(gè)體，其中基因型AA的個(gè)體占24%，基因型Aa的個(gè)體占72%，基因型aa的個(gè)體占4%，那么基因A和a的頻率分別為()A.24%72%B.36%64%C.57%43%D.60%40%D變異是不定向的自然選擇不利變異被淘汰,有利變異逐漸積累種群的基因頻率發(fā)生定向改變生物朝一定方向緩慢進(jìn)化自然選擇決定生物進(jìn)化的方向4.舉例說明如何計(jì)算的基因頻率。例:如某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因?yàn)锳，決定翅色為褐色的基因?yàn)閍，從種群中隨機(jī)抽出100個(gè)個(gè)體，測知基因型為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?解:A基因的基因頻率為:a基因的基因頻率為：基因頻率=某基因的數(shù)目該基因的等位基因的總數(shù)=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%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%=×100%=60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%a．對(duì)于種群的概念，首先要抓住兩個(gè)要素，一是“同種”，二是“全部”。如：樹、魚、鳥、蛇等都不是物種名，松樹、竹子等也都不是具體的物種，而各是一類生物。一類生物可有很多種，如松樹有馬尾松、紅松、白皮松等種。金環(huán)蛇、黑眉錦蛇、眼鏡蛇是種，而蛇不是種。b．種群具有時(shí)空限制，離開一定的空間和時(shí)間，種群是不存在的。如：徐州云龍湖冬季有野鴨種群，不能說什么季節(jié)都有野鴨種群。c．種群不是個(gè)體的簡單相加、機(jī)械地結(jié)合在一起，因?yàn)橐粋€(gè)種群內(nèi)的個(gè)體相互間不是孤立存在的，而是通過種內(nèi)關(guān)系組成了一個(gè)有機(jī)的整體。個(gè)體之間彼此可以交配，并通過繁殖將各自的基因傳遞給后代.②如何理解“種群”的概念？第2節(jié)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容（一）種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化2.①什么是種群？概念：生活在一定區(qū)域的(即同一地點(diǎn)的)同種生物的

全部個(gè)體。種群是生物得以繁殖后代的基本單位，也是生物進(jìn)化的基本單位。4.舉例說明如何計(jì)算的基因頻率。例:如某昆蟲種群中決定翅