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新课标7.2种群基因频率的改变与生物进化


第二节 现代生物进化理论的 主要内容

一个基因所控制的性状对个体生 存和繁殖后代的贡献越大,拥有该基因 的个体的可能越多!当然就会使越来越 多的虎拥有自己的拷贝!

一、种群基因频率的
改变与生物进化

探究活动(一)
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。

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。

(1)P:

绿翅

Aa

X

绿翅

AA A

(2) P:

绿翅 配子 A a

Aa

X

绿翅

Aa

配子 A a

A a
Aa aa

F1: AA
绿翅 (3)P: 绿翅

Aa
绿翅 X

F1: AA Aa

绿翅 绿翅 绿翅 灰翅

Aa

aa
绿翅

配子 A a

a aa
灰翅

F1: Aa

绿翅

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。

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。

这个群体就是种群!

(一)种群是生物进化的基本单位

探究活动(二)
1.什么叫做种群?
生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群.

2. 种群基本特征:
(1)种群密度;(2)出生率和死亡率; (3)迁入率和迁出率;(4)年龄组成和 性别比例

种群中的个体并不是机械 地集合在一起,而是彼此可以 交配,并通过繁殖将各自的基 因传给后代.

探究活动(二)
2.阅读114页的第三自然段,探究并回答问题。
(1)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?

说明在自然界中,种群是生物繁殖、进化 的基本单位。
现在练练吧!

下列属于种群的是 A.一块水田里的全部水稻 、水草

( B)

B 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
A. 种群是生物进化的基本单位

D. 一个池塘中全部鱼 ( C )

下列关于种群的说法不正确的是

B. 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 D.同一种群的个体可以自由交配

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。

探究活动(三)
1.什么是种群的基因库?

一个种群中全部个体所含 有的全部基因叫这个种群 的基因库。

下列关于基因库的叙述正确的是 ( C )
A一个种群中一个个体所含有的全部基因叫做这个种群 的基因库 B一个种群中全部个体所含有的显性基因叫做这个种群 的基因库 C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 D一个种群的基因库会随着种群中一代一代的死亡而消 减和灭亡

2.什么是种群的基因频率? 在一个种群基因库中,某 基因占全部等位基因的 比 率叫做基因频率。

3.基因频率的计算
某昆虫种群中,绿色翅的基因为A, 褐色翅的基因位 a,调查发现AA、Aa、aa的个体分别占30、60、10,那 么A、a的基因频率是多少?(自读115页) A 10×2+60 30×2+60 a= A= = 60% = 40% + 200 200 a
________________________ ________________________

通过基因型个体数量计算基因频率
某种基因的 = 基因频率

= 1

此种基因的个数

种群中该对等位基因的总数

此种基因的个数=纯合子个体数 X 2+杂合子个体数 种群中该对等位基因的总数=个体总数 X 2

巩固练习:
已知人眼中的褐色(A)对蓝色(a)是显 性。在一个有30000人的人群中,蓝眼人 有3600人,褐眼的有26400人,其中纯合 体有12000人。那么,在这个人群中A和a 基因频率分布为( A )
(A)0.64和0.36
(C)0.50和0.50

(B)0.36和0.64
(D)0.82和0.18

3. 用数学方法讨论基因频率的改变

(1)

(2) (3) (4)
(5)

(6)

假设115页题目中的种群满足以下五个条件: ①昆虫群体数量足够大, ③没有迁入与迁出, ②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代, ④AA、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) ⑤A和a都不产生突变,即没有基因突变和染色体变异。

在有性生殖过程中,如果符合以上的理想条件,

(1)该种群产生的A 配子和a 配子的比率各是多少?

(2)子代基因型的频率各是多少? (3)子代种群的基因频率各是多少? 亲代基因型的 频率 AA (30%) Aa(60%) aa (10%)

配子的比率 A( 30% ) A(30% ) a(30%) a( 10%) 子代基因型的 AA( 36% ) Aa( 48% ) aa( 16%) 频率 子代种群的基 A ( 60% ) a( 40% ) 因频率

精子

卵细胞

A 60%

a 40%

A 60% a 40%

AA 36%
Aa 24%

Aa
aa

24%
16%

子一 代基 因型 频率

(4)在讨论题2中的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?

基因 AA 型频 Aa 率 aa 基因 A 频率 a

亲代 30% 60% 10% 60% 40%

子一代 36%

子二代

子三代

48% 16% 60% 40%

36% 48% 16% 60% 40%

36% 48% 16% 60% 40%

(5)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? 特别是如果第⑤点假设(⑤基因A和a都不产生突变,即没有基 因突变和染色体变异。) 成立,这与前面我们所学的基因 突变的哪个特性相违背?

满足五个假设条件的种群是理想的种群, 在自然条件下,这样的种群是不存在的.这也从 反面说明了在自然界中,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.
与基因突变的普遍性相违背。

(6)、如果该种群出现新的突变型,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。

知识拓展:用数学方法讨论基因频率的变 化——遗传平衡定律 遗传平衡定律是由英国数学家哈代和德 国医生温伯格分别于1908年和1909年独立 证明的,这一定律又称哈代——温伯格定 律,它是指在一个极大的随机交配的种群 中,在没有突变、选择和迁移的条件下, 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。

? 若种群中一等位基因为A和a,设A的基因频

率=p,a的基因频率=q , 因为(p+q)=A%+a%=1, 2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1 。 则(p+q) 2; ? AA的基因型频率=p 2; ? aa的基因型频率=q ? Aa的基因型频率=2pq。

?

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

?
?

A.0.36、0.48 C.0.16、0.48

B.0.36、0.24 D.0.480.36

总 结
? 种群基因频率的改变与生物进化

(一)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
2、用数学方法讨论基因频率的变化

现在练练吧!

AA、Aa、aa的个体分别占24%、72%、4%那么 A、 a的基因频率是多少? ( ) D
A. 36%和64% C. 24%和72% B. 57%和43% D. 60%和40%

A=24% +1/2 X 72% = 60%

通过基因型频率计算基因频率

某种基因的基因频率=
某种基因的纯合子频率+1/2杂合子频率

(二)突变和基因重组产生进化的原材料

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。
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.

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。为什么还能够作为生 物进化的原材料呢?

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 也不是绝对的,这往往取决 于生物的生存环境。

例如: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?



4 10

×

-5 10

×

8 10

=2 ×10

7

个体 种群

1.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

结论:突变和基因重组产生进化的原材料

小结: 种群是生物进化的单位,也是生物 ( 繁殖 )的单位。
影响基因频率的因素:

突变、基因重组和自然选择 生物进化的实质就是:
种群基因频率发生变化的过程。 生物进化=种群基因频率变化

(三)自然选择决定生物进化的方向

探究活动(四)
“探究自然选择对种群基因频率的影响”

长满地衣的树干上的桦尺蠖

黑褐色树干上的桦尺蠖

(1)根据前面所学的知识你能做出假设吗? 自然选择可以使种群的基因频率定向改变

探究活动(三)
2)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SS 10% ; Ss 20%; ss 70%,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 11.5% 22.9% 65.6% 23% 77%

第3年
13.1%

第4年
14.6% 29.3% 56.1% 29.3% 70.7%

……

基因 型频 率 基因 频率

SS Ss ss S s

10% 20% 70% 20% 80%

26%
60.9% 26.1%

升高
降低

73.9%

(3)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?

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

许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌 捕食。
(4)在自然选择中,直接受选择的是基因型还是表现型? 天敌看到的是桦尺蠖得体色(表现型)而不是控制体 色的基因

栖息环境浅色 s基因频率95% 桦尺蠖

栖息环境深色 S基因频率95%
s基因频率降低 S基因频率升高

(个体多) 浅色 深色 (个体少) 浅色 深色

s基因频率又降低 S基因频率又升高

自然选择使种群的基因频率定向改 变并决定生物进化的方向

?原因是:
淘汰不利变异基因、积累有利变异基因 结果是: 使基因频率定向改变。 结论:自然选择决定生物进化的方向
再来练练兵!

小结(自然选择决定生物进化的方向):
种群中产生的变异是( 不定向 )的,经过长 期的自然选择,其中不利变异被不断淘汰,有利 变异逐渐( 积累 ),从而使种群的基因频率发 生( 定向 )改变,导致生物朝向一定方向进化。 可见,生物进化的方向是由( )决定 自然选择 的。 种群中产生的变异( 不定向)

自然选择方向(

定向)

曼彻斯特地区的桦尺蠖,虽然基因频率发生了很大变化,但 是并没有形成新的物种。为什么说它们没有形成新的物种? 怎样判断两个种群是否属于同一个物种?

1.物种的概念:
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”。 斑马的种群个体间或鹿的种群 个体间能相互交配产生可育后 代吗?

斑马和鹿之间能自发进行交配吗?
也就是说相同种的个体能交配产 生可育后代,不同种的个体不能 交配。

不同种的生物都不能交配吗?

马和驴是不是一个物种?

因为马与驴交配产生的后代骡没有生殖 能力

我们把不能相互交配的,即使交配成功,不能产 生可育后代的,这种现象叫做——生殖隔离。

问题:两个鱼塘的鱼都是鲤鱼,它们是属于
一个种群还是两个种群?两个鱼塘的鱼能够发 生基因交流吗?为什么? 属于两个种群。不能够发生基因交流,因为它 们不能生活在一起。

我们把同一种生物由于地理上的障碍而分成不 同的种群,使得种群间不能发生基因交流的现 象叫做——地理隔离。
隔离:不同种群间的个体,在自然条件下基

因不能自由交流的现象叫做隔离。
生殖隔离

2.隔离
地理隔离

阅读课本119页“快乐”地鼠种群这个资料。回答 问题:
是什么原因造成同一物种分化成不同类型的新种?

?

一个新的物种要在什么样的情况下产生呢?

隔离在物种形成中的作用 东 北 虎 两者 区别 华 南 虎

地理隔离 生殖隔离

两个不同虎亚种

(马和驴杂交产骡) 注:不同种群之间一旦产生生殖隔离,就不会有基 因交流了。

物种的形成: 加拉帕戈斯群岛一的几种地雀

因地理隔 离导致生 殖隔离比 较常见

新物种形
成的标志: 生殖隔离
南美洲地雀

隔离是物种形成 的必要条件
地理隔离

突变、基因重 组、自然选择

生殖隔离

新物种

总结:

自然选择学说 以( )为核心的现代生物进化理论, 种群 其基本观点是( )是生物进化的基本单位,生 物进化的实质在于种群( )的改变。 基因频率 突变和基因重组 ( )( )及 自然选择 ( 隔离 )是物种形成过程的三个基本环节,通过它 们的综合作用,种群产生分化,最终导致新物种的形 成。在这个过中,( 突变和基因重组 )产生生物进化 的原材料,( 自然选择 )使种群的基因频率定向 改变并决定生物进化的方向,( 隔离 )是新物种形 成的必要条件。

1、突变和基因重组产生进化的原材料 2、自然选择决定生物进化的方向(定向)

3、隔离导致物种的形成
物种形成的三个基本环节:

练习
1、马(2N=64)和驴(2N=62)杂交能产生 后代称骡子,能够正常发育,但不能生育,这种 情况称之为 ( D ) A、杂交育种 B、人工诱变 C、基因重组 D、生殖隔离 2、产生上述情况的原因主要是 ( D ) A、染色体结构发生了变化 B、马和驴的遗传物质有本质区别 C、发生突变 D、减数分裂过程中联会紊乱

三 共同进化与生物多样性的形成
1、共同进化

含义

不同物种间的共同进化、 生物与无机环境之间的相互影响和共同演变 基因多样性 三者之间 物种多样性 的关系 生态系统多样性

2、生物多样性的形成

(1)生物多样性的内容

(2)生物多样性形成的进化历程

生物的进化历程可概括为:从原核生物到真核生物, 从无性生殖到有性生殖,由简单到复杂,由水生到陆生, 由低等到高等。

生物 与 无机环境 1、共同进化指的是:在 不同物种 之间、 间在相互影响中不断进化和发展。
2、生物多样性主要包括 基因多样性 、 和 生态系统多样性 三个层次的内容。 物种多样性



3、下列能提高生物多样性的是( D ) A、把生物进行分类 B、来自共同祖先的的遗传 C、用进废退 D、不同环境的自然选择

4、地球上最早的陆生生物类型主要是( A、蕨类植物 B、动物 C、裸子植物

A

) D、动物和植物

B ) 5、生命诞生的场所是( A、陆地 B、海洋 C、空中 D、ABC都是
6、地球上最早出现的生物代谢类型是( D ) A、自养型,需氧型 B、自养型,厌氧型 C、异养型,需氧型 D、异养型,厌氧型 7、三极生态系统的形成在( C ) A、中生代 B、新生代 C、寒武纪

D、前寒武纪

8、捕食者在生物进化中的作用是( AB ) A、促进种群的发展 B、有利于增加物种多样性 C、减少种群数量 D、减少物种的多样性

课外作业:课后练习


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