1、第第3 3节节 种群基因组成的变化与物种的形成种群基因组成的变化与物种的形成 举例说明什么是种群，种群基因库基因频率。阐明种群是生物繁殖和进化的基本单位。用数学方法计算种群的基因频率和基因型频率，建构遗传平衡定律的数学模型。阐述突变和基因重组是生物进化的原材料。本节聚焦本节聚焦种群基因组成的变化种群基因组成的变化这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为它们忽视了鸡和蛋在基因组成上的一致性，也忽视了生物的进化是以种群为单位而不是以个体为单位这一重要观点。生物进化的过程是种群基因库在环境的选择作用下定向改变的过程，以新种群与祖先种群形成生殖隔离为标志，并不是在某一时刻突然有一个个体或一个生殖细胞
2、成为一个新物种。种群基因组成的变化种群基因组成的变化自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。但自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。但是，在自然界中，没有哪一个个体是长生不死的，个体的基因型是，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殖传给后代，因此研究生物的进化仅仅研究是否与是否与环境适应是不够的，还需要研究环境适应是不够的，还需要研究变化。变化。一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库1.1.种群的含义种群的
3、含义生活在生活在的的的的。一片树林中的全部猕猴一片草地上的所有蒲公英一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库2.2.种群的特点种群的特点种群种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是一个中的个体并不是机械地集合在一起，而是一个彼彼此此可以交配实行基因交流可以交配实行基因交流，并，并通过繁殖将各自的基因传给后代通过繁殖将各自的基因传给后代。3 3.基因库：基因库：一个种群一个种群中中全部个体全部个体所含有的所含有的全部基因全部基因。4 4.基因频率：基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。一、种群和种群基因库一、种群和种群基
4、因库5 5.基因型频率基因型频率在一个种群基因库中，在一个种群基因库中，某个基因型某个基因型的个体占的个体占个体总数个体总数的比的比值值。解解:A A基因的基因频率为基因的基因频率为:a a基因的基因频率为：基因的基因频率为：基因频率基因频率=某基因的数目某基因的数目该基因的等位基因的总数该基因的等位基因的总数=40%=40%=30/100=30/100100%100%+1/2+1/260/10060/100100%=60%100%=60%=10/100=10/100100%100%+1/2+1/260/10060/100100%=40%100%=40%A%=A%=100%100%2 2AAA
5、AAaAa2(AA2(AAAaAaaa)aa)a%=a%=60%=60%2 2aaaaAaAa2(AA2(AAAaAaaa)aa)100%100%一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库 某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A A，决定翅色为褐色的基，决定翅色为褐色的基因为因为a a，从种群中随机抽出，从种群中随机抽出100100个个体，测知基因型为个个体，测知基因型为AAAA、AaAa和和aaaa的的个体分别是个体分别是3030、6060和和1010个。那么个。那么A A和和a a的基因频率是多少？的基因频率是多少？纯合子个体数纯合子个体数X2+X2+杂合子个
6、体数杂合子个体数个体总数个体总数X2X2解解:A A基因的基因频率为基因的基因频率为:a a基因的基因频率为：基因的基因频率为：A%=A%=30/10030/100100%100%+1/2+1/260/10060/100100%=60%100%=60%a%=a%=10/10010/100100%100%+1/2+1/260/10060/100100%=40%100%=40%一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库 某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A A，决定翅色为褐色的基，决定翅色为褐色的基因为因为a a，从种群中随机抽出，从种群中随机抽出100100个个体
7、，测知基因型为个个体，测知基因型为AAAA、AaAa和和aaaa的的个体分别是个体分别是3030、6060和和1010个。那么个。那么A A和和a a的基因频率是多少？的基因频率是多少？AAAA基因型频率基因型频率=30=30100100100%=30%100%=30%AaAa基因型频率基因型频率=60=60100100100%=60%100%=60%aaaa基因型频率基因型频率=10=10100100100%=10%100%=10%A A的基因频率的基因频率=AA=AA的基因型频率的基因型频率+1/2+1/2 AaAa的基因型频率的基因型频率a a的基因频率的基因频率=aaaa的基因型频率的
8、基因型频率+1/2+1/2 AaAa的基因型频率的基因型频率用用数学数学方法讨论基因频率的变化方法讨论基因频率的变化1.1.假设上述假设上述，所有的，所有的并并产生后代，产生后代，根据孟德尔的分离定律计算：，根据孟德尔的分离定律计算：(1)(1)该种群产生的该种群产生的A A配子和配子和a a配子的比率是多少？配子的比率是多少？(2)(2)子代基因型的频率各是多少？子代基因型的频率各是多少？(3)(3)子代种群的基因频率各是多少？子代种群的基因频率各是多少？(4)(4)子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率会同子一代一样吗子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率会同子一代一样吗？思考
9、讨论思考讨论一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库新代基因型的频率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%30%30%30%10%10%36%36%48%48%16%16%60%60%40%40%一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库 由此可见由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代和子代每一种基，如果满足上述五个条件，则亲代和子代每一种基因的频率都不会改变，到再下一代也是如此，也就是说基因频率因的频率都不会改变，到再下一代也是如此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就是
10、可以代代保持稳定不变。这就是哈代温伯格平衡哈代温伯格平衡，也叫遗传平，也叫遗传平衡定律。衡定律。一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库 遗传平衡定律（遗传平衡定律（哈代温伯格定律哈代温伯格定律）当种群满足以下五个条件：当种群满足以下五个条件：昆虫群体数量足够大；全部的雌雄个体间都能昆虫群体数量足够大；全部的雌雄个体间都能自由交配自由交配并能产生后代；并能产生后代；没有迁入与迁出；没有迁入与迁出；自然选择自然选择对性状没有作用；基因对性状没有作用；基因A A和和a a都不产生都不产生突变突变设设A A的基因频率为的基因频率为p p，a a的基因频率为的基因频率为q q；则有；则有p+q=1p+
11、q=1，那么，那么种群的基因频率将不会改变种群的基因频率将不会改变 (p+q)(p+q)2 2 =p=p2 2 +2pq+q+2pq+q2 2 1 1 AA=p AA=p2 2 Aa=2pq Aa=2pq aa=qaa=q2 2 2.上述计算结果是建立在上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。个假设条件基础上的。5个条件为：个条件为：昆虫群体数量足昆虫群体数量足够大；够大；全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；没有迁入与迁出；没有迁入与迁出；自然选择对性状没有作用自然选择对性状没有作用 基因基因A和和a都不产生突变。都不产生突变。对自然界的种群来
12、说，这对自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？个条件都成立吗？遗传平衡所指的种群是，在下，这样的种群是的。这说明在自然界中，种群的基因频率迟早要发生变化，也就是说种群的进化是必然的。一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库3.如果该种群出现新的突变型（基因型为A2a或A2A2），也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率会变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A2的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有益还是有害的，这往往取决于生物生存的环境。一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库基因突变在自然界是普遍存在的。基因突变产生新的等位基因，这
13、就可以使种群的。二、种群基因频率的变化二、种群基因频率的变化可遗传的变异可遗传的变异变异变异不可遗传的变异不可遗传的变异基因突变基因突变染色体变异染色体变异基因重组基因重组突变突变（提供生物进化的原材料）思考：思考：生物自发突变的频率很低，而且大多数突变对生物体是有害的，那么，生物自发突变的频率很低，而且大多数突变对生物体是有害的，那么，它为何还能够作为它为何还能够作为生物进化的原材料生物进化的原材料呢？呢？【例】果蝇1组染色体上约有1.3104个基因，假定每个基因的突变频率都为10-5，对一个约有108个个体的果蝇种群来说，每一代出现的基因突变数是：2 21.31.3 10 104 4 10
14、 105 5个体（个体（1.31.31010-1）10108 8种群种群=2.62.610107 7（个）（个）突变突变 由于种群是由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，这样,每一代就会产生大量的突变。基因突变产生的等位基因，通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。猫由于基因重组而产生的毛色变异 基因重组基因重组 突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。【例如】有翅的昆虫中有时会出现残翅和无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去。但是在经常刮大风的海岛上，这类昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海
15、里淹死。某海岛上残翅和无翅的昆虫 生物的生存环境生物的生存环境2.2.突变和基因重组产生进化的原材料突变和基因重组产生进化的原材料。思考思考:现代遗传学是否支持现代遗传学是否支持“可遗传变异为生物进化提供原材料可遗传变异为生物进化提供原材料”这一观点呢这一观点呢?可产生新的基因，新基因可通过有性生殖过程中的 ，形成多种多样的基因型，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。也可改变种群的基因频率。可见，和 ，为生物进化提供了原材料，即 为生物进化提供了原材料。基因突变基因突变基因重组基因重组染色体变异染色体变异突变突变(基因突变和染色体变异基因突变和染色体变异)基因重组基因重组可遗传变异可遗传变异三个概念三个概念1.生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。2.一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。3.在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫作基因频率。三个观点三个观点1.自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。但关于生物进化的研究，必须研究种群基因组成的变化。种群是生物进化的基本单位。2.对自然界的种群而言，随种群繁殖若干代后，种群的基因频率会发生变化。3.突变和基因重组为生物进化提供了原材料。
