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第2节现代生物进化理论的主要内容现代生物进化理论的主要内容•种群是生物进化的基本单位•突变和基因重组产生进化的原材料•自然选择决定生物进化的方向•隔离导致物种形成问题探讨情景：如果在灰色翅（基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅（Aa)的变异个体，且绿色比灰色更不容易被敌害发现。讨论题目：1.根据达尔文“适者生存、不适者淘汰”的观点该绿色个体一定能被选择下来吗？2.如果该绿色个体能很好的生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给后代？在自然界中，没有哪一个个体是长生不死的，个体的基因型也会随着个体的死亡而消失，但决定表现型的基因却可以通过生殖传给后代，因此研究生物的进化仅仅研究个体的表现型是否与环境适应是不够的，还需要研究群体的基因组成变化。（一）种群是生物进化的基本单位1、种群概念：生活在一定区域的同种生物的全部个体。卧龙自然保护区猕猴判断下列是否属于种群（1）一个池塘中的全部鱼（2）一个池塘中的全部鲤鱼（3）两个池塘内的全部青蛙（4）一片草地上的全部植物（5）一片草地上的成年梅花鹿否是否否否同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？性状是由基因控制的，因此研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和变化？由此人们提出基因库和基因频率的概念。２、基因库:一个种群中全部个体所含有的全部基因叫做这个种群的基因库。其中每个个体所含的基因只是基因库的一部分这些金鱼各自有自己的基因，共同构成了种群的基因库。它们各自的基因都是基因库的一部分。个体数目越多，个体间的差异越大，基因库也就越大。基因频率是指一个种群基因库中某个基因占全部等位基因数的比率。基因频率＝×100%基因型频率是指某种特定基因型的个体占群体内全部个体的比率。基因型频率＝×100%3.基因频率和基因型频率例1:如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。问每种基因型频率是多少？A、a基因频率是多少？解:基因频率=种群中该基因的数目全部等位基因的总数×100%基因型频率=该基因型个体数该种群个体总数×100%=纯合子基因型频率+1/2杂合子基因型频率例1.在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占18%，基因型Aa的个体占78%，aa的个体占4%。基因A和a的频率分别是，。57％43％练习：例2:某工厂有男女职工各200人，对他们进行调查时发现，女色盲5人，女性携带15人。男性色盲11人，求XB,Xb的频率。解:×100%5×2＋15＋11200×2＋200Xb%==6%XB%=1—6%=94%1、假设的昆虫群体满足以下五个条件：①昆虫群体数量足够大，②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，③没有迁入与迁出，④自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用⑤也没有基因突变和染色体变异。P115思考与讨论用数学方法讨论基因频率的变化亲代基因型的频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率A()A()a()a()子代基因型频率AA()Aa()aa()子代基因频率A()a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%如果F1个体再自由交配，产生F2呢？亲代子一代子二代子三代基因型频率AA30%Aa60%aa10%基因频率Aa36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%60%40%上述在群体满足五个条件的情况下,计算子二代、子三代的基因频率与基因型频率;分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗？子代的基因频率和基因型频率不改变假设的昆虫群体满足以下五个条件：①昆虫群体数量足够大，②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，③没有迁入与迁出，④自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用⑤也没有基因突变和染色体变异。在上述条件下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡，叫做哈代－温伯格定律，也叫遗传平衡定律。设A的基因频率=p，a的基因频率=q，p+q=1(p+q)2=p2+2pq+q2=1AA的基因型频率Aa的基因型频率aa的基因型频率利用遗传平衡定律求基因频率例：人类的苯丙酮尿症是代谢疾病，由隐性基因(a)控制。如果群体的发病率为1/100。随机婚配的群体中，后代AA、Aa、aa三种基因型出现的频率分别是多少？0.81、0.18、0.01例：人类的苯丙酮尿症是代谢疾病，由隐性基因（a）控制。如果群体的发病率为1/100。表现型正常的个体婚配，生出患病小孩的概率是多少？1/121遗传平衡是一种理想状态，而事实上在自然界中这种状态是不可能存在的。所以，种群的基因频率一定会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。生物进化的过程实质就是种群基因频率发生变化的过程。（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料基因突变和染色体变异统称为突变。基因突变在自然界是普遍存在的，因此基因突变产生新的等位基因，这就可能使种群的基因频率发生变化。不可遗传变异可遗传变异基因突变基因重组染色体变异变异自然界中生物的自然突变频率很低，而且一般对生物体是有害的。为什么还能够改变种群中的基因频率呢？种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。例如：一个果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是10－5，若有一个中等数量的果蝇种群（约有108个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？2×104×10－5个体×108种群=2×1071．种群中突变的特点：突变数很大、随机、不定向2．种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向突变的有害还是有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。突变基因重组新的等位基因多种多样的基因型种群中出现大量可遗传的变异变异是不定向的形成了进化的原材料,不能决定生物进化的方向（二）突变和基因重组产生进化的原材料长满地衣的树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖自然选择对种群基因频率的影响英19世纪曼彻斯特英20世纪曼彻斯特探究19世纪，桦尺蠖种群中黑色基因（S）频率为5%，浅灰色基因（s）频率为95%20世纪，桦尺蠖种群中黑色基因（S）频率为95%，浅灰色基因（s）频率为5%长满地衣的树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖自然选择对种群基因频率的影响英19世纪曼彻斯特英20世纪曼彻斯特自然选择可以使种群的基因频率定向改变问题：桦尺蠖种群中s基因的频率为什么越来越低？假设：探究现在我们用数学方法来讨论一下桦尺蠖基因频率变化的原因。1870年桦尺蠖的基因型频率为SS10%；Ss20%；ss70%，在树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不利于浅色桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%，以后的几年内，桦尺蠖种群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？第1年第2年第3年第4年……基因型频率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率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%降低得出结论：环境的选择作用使s基因频率越来越低提示：假设第1年种群个体数为100个，当黑色（表现型）个体每年增加10%时，基因型为SS（黑色）个体第2年将会增加到11个，基因型为Ss（黑色）个体第2年将增加到22个，基因型为ss（浅色）个体第2年将减少到63个。第2年种群个体总数为96个，基因型SS的频率是11÷96=11.5%；基因型Ss的频率是22÷96=22.9%；基因型ss的频率是63÷96=65.6%(1)在这个探究实验中根据上面的数据分析，变黑的环境对桦尺蠖产生了什么样的影响？变黑的环境对桦尺蠖浅色个体的出生率有影响吗？(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少,S基因频率增加。有影响。许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食。天敌看到的是桦尺蠖的体色（表现型）而不是控制体色的基因。结论：自然选择决定生物进化的方向自然选择使基因频率定向改变。（三）自然选择决定了生物进化的方向突变和基因重组为生物进化提供了原材料，自然选择可以使基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。原因：淘汰不利变异基因，积累有利变异基因。结果：使基因频率定向改变。变异是不定向的自然选择不利变异被淘汰,有利变异逐渐积累种群的基因频率发生定向改变生物朝一定方向缓慢进化自然选择决定生物进化的方向•总结：•1、生物进化的基本单位是种群（也是繁殖的基本单位）•2、种群的概念和特点•3、基因库、基因频率，基因频率与基因型频率的换算关系•4、生物进化的实质是种群基因频率的改变•5、突变和基因重组产生生物进化的原材料(突变的有害还是有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境）•6、自然选择决定生物进化的方向（使基因频率定向改变）1.一个种群由400只鸟组成，其中基因型AA的个体有40只、Aa的个体有160只、aa的个体有200只。该种群中基因a的频率是多少？A40%B50%C60%D70%；2.如果有40只基因型为aa的鸟迁出，40只基因型为AA的鸟迁入，请问新群体中基因a的频率将是多少？A40%B50%C60%D70%；DC练习AA、Aa、aa的个体分别占24%、72%、4%那么A、a的基因频率是多少？（）A.36%和64%B.57%和43%C.24%和72%D.60%和40%DA=24%+1/2X72%=60%据调查得知，某学校的学生中各血型的比率如下：IAIA20%IAi30%IBIB10%IBi20%IAIB10%ii10%计算IB的基因频率。10%+1/2（10%+20%）=25%某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为15人，女性患者1人，男性患者14人，这个群体中色盲基因的频率应为（）。A、15%B、3.88%C、5.17%D、10.3%色盲（b）基因频率＝15＋2＋14200×2＋200＝5.17％C×100%4.在某一种群中，已调查得知，隐性性状者（等位基因用A、a表示）占16%，那么该性状的AA、Aa基因型个体出现的频率分别为（）A.0.36、0.48B.0.36、0.24C.0.16、0.48D.0.48、0.36A现代生物进化理论的主要内容三、隔离与物种的形成（一）物种物种：指能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物，称为一个物种，简称“种”。全世界的人都是一个物种吗？人都是一个物种，无论白人黑人黄种人结婚，都能产生具有生殖能力的后代。马跟驴是一个物种吗？同一物种满足的两个条件：1、可以相互交配2、产生的后代可育物种与种群有何关系？一个物种可以包括生活在不同地理区域的多个种群。只要各个种群相互交配仍能产生可育的后代，则是同一物种。是不是不同物种的生物在自然状态下一定不能交配呢？无生育能力，没有后代。自然状态下不能进行基因交流！×不同物种之间一般是不能交配的，即使交配成功也不能产生可育后代，这种现象叫做生殖隔离。生殖隔离哪些情况会导致生殖隔离呢？荇菜与梅花因花期不同而出现生殖隔离孔雀与巨嘴鸟因求偶方式不同二出现生殖隔离曼陀罗的花粉在其他植物的花的柱头上不能完全萌发成为花粉管，使得两性生殖细胞不能融合而形成生殖隔离狮子与老虎杂交产生狮虎兽是没有生育能力的，狮子与老虎因杂种不育而形成生殖隔离不同物种个体间因生殖隔离而不能进行基因交流。生活在不同区域的同种生物，在自然条件下能不能进行基因交流呢？地理隔离如果把东北虎和华南虎放在同一片草原上，它们仍然可以自发交配并产生可育后代，说明东北虎和华南虎仍然属于同一物种。同一种生物因为地理上的障碍而分成不同的种群使得物种间不能发生基因交流的现象。如东北虎(左)和华南虎(右)都是亚洲虎的后代，由于长期地理隔离而没有相互交配，没有基因交流，形成了地理隔离，它们形成两个不同的亚种。地理隔离:不同物种之间一般是不能够相互交配的，即使交配成功，也不能够产生可育