1、第二节第二节 现代生物进化理论的现代生物进化理论的主要内容主要内容探究活动（一）探究活动（一）情景：假设生活在绿色树丛中的某种褐色翅（基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅（基因型为Aa)的变异个体。思考：（1）该变异对于昆虫的存活有什么影响？（2）该绿色个体能一直生存下去吗？有利于昆虫躲避天敌，增加生存并繁殖后代的机会。生物个体总会因为各种各样的原因死亡，例如天敌的捕食，疾病，衰老等。探究活动（一）探究活动（一）情景：假设生活在绿色树丛中的某种褐色翅（基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅（基因型为Aa)的变异个体。思考：（3）该绿色个体怎样才能把它体内的A基因传递下去？（4）该
2、个体的后代还是绿色吗？生物只有通过繁殖后代才能把自己的基因传递下去。如果该绿色个体（Aa）已经很好的生活下来，它体内的A基因怎样才能遗传给后代？请写出遗传图解。出现有利变异个体内的有利基因只有在群体中,通过有性生殖才能世代延续。aa褐褐翅翅XAaAa绿翅绿翅AA绿翅绿翅（2）Aa配子配子A aA aAa绿翅绿翅P:F1:绿翅绿翅绿翅绿翅aa褐褐翅翅XAaAa绿翅绿翅（1）aa配子配子A aaP:F1:绿翅绿翅褐褐翅翅XAAAa绿翅绿翅AA绿翅绿翅（3）P:Aa绿翅绿翅配子配子A aAF1:绿翅绿翅个体的生命周期是有限的，个体的生命周期是有限的，没有哪个个体可以长生不老，没有哪个个体可以长生不老
3、，但有利于变异的基因只有在但有利于变异的基因只有在群体中通过生殖延续。群体中通过生殖延续。(一一)种群是生物进化的基本单位种群是生物进化的基本单位这个群体就是这个群体就是种群种群！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，还必须研究群体的基因组成变化。探究活动（二）探究活动（二）1.什么叫做种群？什么叫做种群？生活在生活在一定区域一定区域的的同种同种生物的生物的全部全部个体叫做种群个体叫做种群.种群的特点：种群中的个体之间具有年龄和性别的差异，并不是机械地集合在一起。个体之间彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传递给后代。2 2、种群的特点：、种群的特点：种群中个体间种群中个体
4、间彼此彼此可以交配实行基因可以交配实行基因交流交流，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。种群种群是是生物繁殖生物繁殖的基本单位。的基本单位。种群种群是是生物进化生物进化的基本单位。的基本单位。探究活动（二）探究活动（二）2.阅读阅读114页的第三自然段，探究并回答问题。页的第三自然段，探究并回答问题。种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。这句话表明种群在进化过程中处于什么地位？在自然界中，种群是生物繁殖、进化的基本单位。下列属于种群的是下列属于种群的是 （）A.一块水田里的全部水稻一块水田里的全部水稻、水草、水草 B 一块稻田里的全部幼蚜、有翅、无翅的成
5、蚜一块稻田里的全部幼蚜、有翅、无翅的成蚜 C 一块朽木上的全部真菌一块朽木上的全部真菌 D.一个池塘中全部鱼一个池塘中全部鱼下列关于种群的说法不正确的是下列关于种群的说法不正确的是 （）A.种群是生物进化的基本单位种群是生物进化的基本单位B.种群是生物繁殖的基本单位种群是生物繁殖的基本单位C.中国大陆上所有老虎是一个种群中国大陆上所有老虎是一个种群 D.同一种群的个体可以自由交配同一种群的个体可以自由交配BC 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。1.什么是种群的基因库？什么是种群的基因库？一个种群
6、中全部个体所含有的全部基因。探究活动（探究活动（三三）2.什么是种群的基因频率？什么是种群的基因频率？在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因的 比率。基因频率基因频率基因型频率基因型频率A%a%AA%Aa%aa%2.基因频率的计算基因频率的计算 抽样统计抽样统计 某昆虫种群中，绿色翅的基因为某昆虫种群中，绿色翅的基因为A,A,褐色翅的基因褐色翅的基因为为a a，调查发现，调查发现AAAA、AaAa、aaaa的个体分别占的个体分别占3030、6060、10,10,那么那么A A、a a的基因频率是多少？的基因频率是多少？A=302+60 _ 200=60%200a=102+60 _=40%A
7、+a=1 此种基因的个数此种基因的个数=纯合子个体数纯合子个体数 X 2 X 2杂合子个体数杂合子个体数种群中该对等位基因的总数种群中该对等位基因的总数=个体总数个体总数 X 2 X 2=例例:如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A A，决定翅，决定翅色为褐色的基因为色为褐色的基因为a a，从种群中随机抽出从种群中随机抽出100100个个体，测个个体，测知基因型为知基因型为AAAA、AaAa和和aaaa的个体分别是的个体分别是3030、6060和和1010个。个。那么那么A A和和a a的基因频率是多少的基因频率是多少?解解:A A基因的基因频率为基因的基因
8、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=纯合子频率纯合子频率+1/2+1/2杂合子频率杂合子频率=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%=100%100%2AAAa2(AAAaaa)a%=100%100%=60%=60%2aaAa2(AAAaaa)100%100%【例P118】某一瓢虫种群
9、中有黑色和红色两种体色的个体，这一性状由一对等位基因控制，黑色（B）对红色（b）为显性。如果基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%，基因型为bb的个体占4%。基因B和b的频率分别是：A.18%，82%；B.36%、64%;C.57%、43%;D.92%，8%基因基因频率频率=纯合子纯合子基因型频率基因型频率(杂合子杂合子基因型频率基因型频率X X 1/1/2 2)思考：同前一代的蝗虫种群相比，新形思考：同前一代的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？根据前面所学遗传、变异和自然化吗？根据前面所学遗传、变异和自然选择的知识，尝
10、试做出自己的推测。选择的知识，尝试做出自己的推测。探究影响种群基因频率的因素探究影响种群基因频率的因素用数学方法讨论基因频率的变化用数学方法讨论基因频率的变化 遗传平衡定律遗传平衡定律探究活动（探究活动（四四）基因可以通过繁殖实现前后代基因的传递，那么在繁殖传递过程中，基因频率会不会发生改变呢？有哪些因素能引起基因频率和基因型频率的改变呢？例例:假设从某个昆虫群体中随机抽取假设从某个昆虫群体中随机抽取100100个个体，测得基个个体，测得基因型为因型为AAAA、Aa Aa、aaaa的个体分别是的个体分别是3030、6060、1010个，计个，计算基因频率。算基因频率。A%=60%a%=40%A
11、%=60%a%=40%探究活动（探究活动（四四）基因可以通过繁殖实现前后代基因的传递，那么在繁殖传递过程中，基因频率会不会发生改变呢？有哪些因素能引起基因频率和基因型频率的改变呢？例例:假设从某个昆虫群体中随机抽取假设从某个昆虫群体中随机抽取100100个个体，测得基个个体，测得基因型为因型为AAAA、Aa Aa、aaaa的个体分别是的个体分别是3030、6060、1010个，计个，计算基因频率。算基因频率。A%=60%a%=40%A%=60%a%=40%为探讨群体遗传结构变化规律，我们先考察一个，在一为探讨群体遗传结构变化规律，我们先考察一个，在一个假设的排除了任何干扰因素的理想群体中，单凭
12、随机个假设的排除了任何干扰因素的理想群体中，单凭随机的有性生殖过程能不能使群体遗传结构发生变化。的有性生殖过程能不能使群体遗传结构发生变化。遗传平衡状态遗传平衡状态3.用数学方法讨论基因频率的改变用数学方法讨论基因频率的改变 假设群体满足以下五个条件：昆虫群体数量足够大，全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，没有迁入与迁出，AA、Aa、aa三种基因型昆虫的生存能力完全相同（也就是说自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用）也没有基因突变和染色体变异。探究活动（探究活动（四四）例例:假设从某个昆虫群体中随机抽取假设从某个昆虫群体中随机抽取100100个个体，测得基个个体，测得基因型为因型为AA
13、AA、Aa Aa、aaaa的个体分别是的个体分别是3030、6060、1010个，在个，在遗传平衡状态下遗传平衡状态下计算基因频率的相关问题。计算基因频率的相关问题。基因频率基因频率 A%=60%a%=40%A%=60%a%=40%（1 1）该种群产生）该种群产生A A配子和配子和a a 配子的比例各是多少？配子的比例各是多少？基因型频率基因型频率 AA%=30%Aa%=60%aa%=10%AA%=30%Aa%=60%aa%=10%亲本亲本AaAa减数分裂产生的配子减数分裂产生的配子 A A：a=1 a=1：1 1亲本亲本AAAA和和aaaa减数分裂分别只产生一种配子减数分裂分别只产生一种配子
14、A A和和a a。在有性生殖过程中，在遗传平衡状态下，产生的雌雄配子：在有性生殖过程中，在遗传平衡状态下，产生的雌雄配子：（1）由于所有个体获得生殖成功的机会是相等的，配子中）由于所有个体获得生殖成功的机会是相等的，配子中两个等位基因的频率和亲本中的频率是一样的。两个等位基因的频率和亲本中的频率是一样的。（2）雌雄配子结合产生受精卵时，交配时随机的，在子代）雌雄配子结合产生受精卵时，交配时随机的，在子代中，产生基因型中，产生基因型AA个体，即从雌雄配子中各取一个等位基因个体，即从雌雄配子中各取一个等位基因A的频率即：的频率即：AA%=60%60%=36%。aa%=40%40%=16%。Aa有两
15、个途径：有两个途径：A的雌配子和的雌配子和a的雄配子结合，或的雄配子结合，或A的雄配子的雄配子和和a的雌配子结合，即的雌配子结合，即Aa%=2 60%40%=48%40%=48%A 60%A 60%a 40%a 40%36%24%16%AAAaAa24%aa配子配子 配子配子 30%30%30%10%36%48%60%40%16%亲代基因型亲代基因型的频率的频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率配子的比率A()A()a()a()子代基因型子代基因型的频率的频率AA()Aa()aa()子代种群的子代种群的基因频率基因频率A()a()子代种群的基因频率子代种群的基因频率 A%=3
16、6%+1/2 48%=60%a%=16%+1/2 48%=40%亲代亲代子一代子一代 子二代子二代 子三代子三代基因基因型频型频率率AA30%Aa60%aa10%基因基因频率频率A60%a40%36%48%16%36%16%48%40%36%48%16%在群体在群体满足五个条件满足五个条件的情况下的情况下,计算子二代、子三计算子二代、子三代的基因频率与基因型频率代的基因频率与基因型频率;分析一下各代基因频分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗？率与基因型频率相同吗？哈迪哈迪温伯格定律：温伯格定律：1908年，英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别提出关于基因频率稳定性的见解。他们指出，一个有性生殖
17、的自然种群中，在符合以下5个条件的情况下，各等位基因的频率和等位基因的基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的，或者说，是保持着基因平衡的。这5个条件是：种群大；种群中个体间的交配是随机的；没有突变发生；没有新基因加入；没有自然选择。这就是哈迪-温伯格定律。哈迪-温伯格定律可用数学方程式表示：(pq)2=p22pqq2=1 其中p代表一个等位基因，如上例中A的频率，q代表另一等位基因，如上例中a的频率。p+q永远为1，即A的频率加a的频率为1/21/2=1。p2代表一个等位基因，即A的纯合子AA的频率，即1/21/2=1/4，q2代表另一纯合子aa的频率，也是1/21/2=1/4。2pq代表杂
18、合子Aa的频率，即2(1/21/2)。如果等位基因不止2个，如前一章所述的身高、体色等涉及多个等位基因的性状，哈代-温伯格定律也同样适用，但公式就要相应调整。例如，有3个等位基因时，公式就应改为：(p+q+r)2=p2+q2+r2+2pq+2pr+2qr=1哈迪-温伯格定律可用数学方程式表示：(pq)2=p22pqq2=1 A%=p，a%=q p+q=1 A的纯合子AA的频率=p2 a的纯合子aa的频率=q2 杂合子Aa的频率=2pq 如果一个种群能满足上述方程的要求，即基因型频率为A的纯合子AA的频率=p2 a的纯合子aa的频率=q2 杂合子Aa的频率=2pq 则第二代的基因频率和第一代相同
19、，设第二代等位基因频率为p 和q ,则 p=p2+pq=p2+p（1-p）=p2+p-p2=p 满足五个假设条件满足五个假设条件的种群是理想的种的种群是理想的种群群,在自然条件下在自然条件下,这样的种群是不存在的这样的种群是不存在的.这也从反面说明了在自然界中这也从反面说明了在自然界中,种群的基因种群的基因频率频率迟早要迟早要发生变化发生变化,也就是说种群的也就是说种群的进化进化是必然的是必然的.上述计算结果是在满足五个假设条件的基础上计算的，上述计算结果是在满足五个假设条件的基础上计算的，对自然界的种群来说，这五个条件都能成立吗？特别对自然界的种群来说，这五个条件都能成立吗？特别是如果第点假
20、设是如果第点假设（基因基因A和和a都不产生突变都不产生突变,即没有基因即没有基因突变和染色体变异。突变和染色体变异。）成立这与前面我们所学的基因突成立这与前面我们所学的基因突变的哪个特性相违背？变的哪个特性相违背？与基因突变的普遍性相违背。与基因突变的普遍性相违背。如果该种群出现新的突变型，也就是产如果该种群出现新的突变型，也就是产生新的等位基因（生新的等位基因（A2），种群的基因频），种群的基因频率会变化吗？基因率会变化吗？基因A2的频率可能会怎样的频率可能会怎样变化？变化？突变产生的新基因会使种群的基因频率突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。发生变化。基因基因A A2 2的频率是增
21、加还是减少，要看这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。往往取决于生物生存的环境。v种群基因频率的改变与生物进化种群基因频率的改变与生物进化(一一)种群是生物进化的基本单位种群是生物进化的基本单位1、种群、基因库、基因频率等概念、种群、基因库、基因频率等概念2、用数学方法讨论基因频率的变化、用数学方法讨论基因频率的变化某工厂有男女职工各某工厂有男女职工各200200名，对他们进行调查时名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为发现，女性色盲基因携带者为1515人，女性患者人，女性患者1 1人，男性患者人，男
22、性患者1414人，这个群体中人，这个群体中色盲基因色盲基因的频的频率应为（率应为（）。）。A A、15%B15%B、3.88%C3.88%C、5.17%D5.17%D、10.3%10.3%色盲（色盲（b b）基因频率）基因频率1521420022005.17C C 100%100%普遍性普遍性:随机性随机性:低频性低频性:有害性：有害性：不定向性：不定向性：A Aa a1 1或或A Aa a2 2基因突变的的特点和意义分别是什么基因突变的的特点和意义分别是什么?意义意义:基因突变基因突变尽管是随机的、不定向的，尽管是随机的、不定向的，在自然状态下，突变频率很低，但却是普遍存在在自然状态下，突变
23、频率很低，但却是普遍存在的，它的，它是新基因产生的途径；是生物变异的根本是新基因产生的途径；是生物变异的根本来源；是生物进化的原始资料。来源；是生物进化的原始资料。自然界中生物的自然突变频率很低，而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？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。此外，突变的有害还是有利此外，突变的有害还是有利也不是绝对的，这往往取决也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。于生物的生存环境。1种群中突变的特点
24、：种群中突变的特点：突变数很大、随机、不定向突变数很大、随机、不定向2种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向 例如：果蝇约有例如：果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变对基因，假定每个基因的突变率都是率都是105，若有一个中等数量的果蝇种群（约有，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？个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？2 104 105个体个体 108种群种群=2 107结论：突变和基因重组产生进化的原材料结论：突变和基因重组产生进化的原材料(二二)突变和基因重组产生进化的原材料突变和
25、基因重组产生进化的原材料 基因突变在自然界是普遍存在的，因此基因突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变产生新的等位基因,这就可能使种群的基因频率这就可能使种群的基因频率发生变化发生变化.什么是突变？什么是突变？现代遗传学研究表明，可遗传的变异来源于基因现代遗传学研究表明，可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。其中基因突变和突变、基因重组和染色体变异。其中基因突变和染色体变异统称为突变。染色体变异统称为突变。基因基因突变突变染色染色体异体异变变 基基 因因重重 组组突变突变可遗传的变异可遗传的变异基因频率改变的因素基因频率改变的因素有关基因频率的计算有关基因频
26、率的计算1 1常染色体遗传方面的基因频率计算常染色体遗传方面的基因频率计算通过通过基因型基因型计算基因频率计算基因频率基因频率基因频率=种群中该基因的总数种群中该等位基因的总种群中该基因的总数种群中该等位基因的总数。数。例例3 3：从某个种群中随机抽出：从某个种群中随机抽出100100个个体，测知基因型为个个体，测知基因型为AAAA、AaAa和和aaaa的个体分别是的个体分别是3030、6060和和1010个。个。就这对等位基因来说，每个个体可以看做含有就这对等位基因来说，每个个体可以看做含有2 2个基因。个基因。那么，这那么，这100100个个体共有个个体共有200200个基因，其中，个基因
27、，其中，A A基因有基因有2 230+60=12030+60=120个，个，a a基因有基因有2 210+60=8010+60=80个。于是，在这个种群中，个。于是，在这个种群中，A A基因的频率为：基因的频率为：120120200=60%200=60%a a基因的频率为：基因的频率为：8080200=40%200=40%通过通过基因型频率基因型频率计算基因频率计算基因频率一个等位基因频率一个等位基因频率=该等位基因纯合子的频率该等位基因纯合子的频率+1/2+1/2杂合子杂合子的频率的频率v例例4 4：从某种生物种群中随机抽出一定数量的个体，其：从某种生物种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因
28、型为中基因型为AAAA的个体占的个体占24%24%，基因型为，基因型为AaAa的个体占的个体占72%72%，基因型为，基因型为aaaa的个体占的个体占4%4%，基因，基因A A和基因和基因a a的频率的频率分别是分别是()()vA.24%72%B.36%64%C.57%43%D.60%A.24%72%B.36%64%C.57%43%D.60%40%40%v【解析解析】根据题意，按方法一计算：在根据题意，按方法一计算：在100100个个体中，个个体中，AAAA占占2424个，个，AaAa占占7272个，个，aaaa占占4 4个，即在个，即在200200个基因中，个基因中，A A的基因有的基因有2
29、 2242472=12072=120个，基因频率为个，基因频率为120120200=60%200=60%，a a的基因频率为的基因频率为40%40%。v按基因型频率计算：按基因型频率计算：A=AAA=AA1/2Aa=24%1/2Aa=24%1/2 1/2 72%=60%72%=60%a=aa a=aa 1/2Aa=4%1/2Aa=4%1/2 1/2 72%=40%72%=40%有关基因频率的计算有关基因频率的计算Dv运用遗传平衡公式：运用遗传平衡公式：v例例5 5：在某一个种群中，已调查得知，隐性性状者：在某一个种群中，已调查得知，隐性性状者（等位基因用（等位基因用A A、a a表示）占表示）
30、占16%16%，那么该种群的，那么该种群的AAAA、AaAa基因型个体出现的概率分别为：基因型个体出现的概率分别为：vA.0.36A.0.36、0.48 B.0.360.48 B.0.36、0.24 0.24 vC.0.16C.0.16、0.48 D.0.480.48 D.0.48、0.360.36v【解析解析】v第一步已知隐性性状者即第一步已知隐性性状者即aaaa的基因型频率为的基因型频率为16%16%，那，那么么a a基因的频率为基因的频率为0.40.4、A A的基因频率为的基因频率为1-0.4=0.61-0.4=0.6。v第二步将其看作在理想的状态下，运用遗传平衡公式第二步将其看作在理想
31、的状态下，运用遗传平衡公式进行计算：进行计算：AA%=A%AA%=A%A%=0.6A%=0.60.6=0.360.6=0.36；Aa%=2Aa%=2A%A%a%=2a%=20.60.60.4=0.480.4=0.48v答案为答案为A有关基因频率的计算有关基因频率的计算v2.伴伴X遗传方面的基因频率计算遗传方面的基因频率计算v这类题目的特殊点是：这类题目的特殊点是：X染色体总数的正确计算，染色体总数的正确计算，因为男性中只有一个因为男性中只有一个X染色体，所以计算男性染色体，所以计算男性X染色体总数时染色体总数时不需要乘以不需要乘以2，这样就能够得出正，这样就能够得出正确的结果。确的结果。有关基
32、因频率的计算有关基因频率的计算v例例7：对某校学生进行色盲遗传病调查研究后发现：对某校学生进行色盲遗传病调查研究后发现：780名女生名女生中有患者中有患者23人、携带者人、携带者52人；人；820名男生中有患者名男生中有患者65人，那么人，那么该群体中色盲基因的频率是该群体中色盲基因的频率是()vA.4.4%B.5.1%C.6.8%D.10.2%v【解析解析】v色盲是伴色盲是伴X染色体隐性遗传，女性色盲患者的基因型是：染色体隐性遗传，女性色盲患者的基因型是：XbXb，女性携带者的基因型是：女性携带者的基因型是：XBXb，男性色盲患者的基因型是：，男性色盲患者的基因型是：Xb Y。(男性无携带者
33、男性无携带者)v根据题意，根据题意，780名女生中有患者名女生中有患者23人、携带者人、携带者52人，因此女性人，因此女性中中Xb占：占：23252=98；820名男生中有患者名男生中有患者65人，因此男性人，因此男性中中Xb占：占：65vXb基因总数：基因总数：9865163v这样，该校学生中的这样，该校学生中的X染色体总数是：染色体总数是：78028202380，这样该群体中色盲基因的频率就是：这样该群体中色盲基因的频率就是：163/2380=6.8%。v答案选答案选C(容易会误算成容易会误算成(780820)23200，结果得出，结果得出5.1%这一错误结论，而选这一错误结论，而选B)有关基因频率的计算有关基因频率的计算
