資源簡介 (共45張PPT)第六章 生物的進化第3節 種群基因組成的變化與物種的形成AAAAAaAaaaaaaaAAAAAAaa新人教版 必修二 遺傳和進化先有雞還是先有蛋?甲同學說:當然是先有雞蛋了,因為只有生殖細胞產生的基因突變才能遺傳給后代,體細胞即使發生了基因突變,也不能影響后代的性狀。乙同學說:不對,人們在養雞過程中,是根據雞的性狀來選擇的,只讓符合人類需求的雞繁殖后代,因此是先有雞后有蛋。討論你同意哪位同學的觀點?你的答案和理由是什么?這兩種觀點都有一定的道理,但都不全面。因為他們忽視了雞和蛋在基因組成上的一致性,也忽視了生物的進化是以種群為單位而不是以個體為單位這一重要觀點。生物進化的過程是種群基因庫在環境的選擇作用下定向改變的過程,以新種群與祖先種群形成生殖隔離為標志,并不是在某一時刻突然有一個個體或一個生殖細胞成為一個新物種。問題探討P110aa自然選擇直接作用于生物的個體,而且是個體的表型自然選擇的直接作用對象是基因型還是表型?A一、種群基因組成的變化生物進化的基本單位個體種群表型基因自然選擇直接作用的對象能世代延續的能在群體中擴散可見,研究生物的進化,僅研究個體的表型是不夠的,還必須研究_______________________________群體基因組成的變化一、種群基因組成的變化果蠅X染色體上的部分基因示意圖1.種群:生活在______________的______________________的集合叫做種群。蒲公英種群是可進行基因交流的群體,是生物_______與_______的基本單位。一定區域同種生物全部個體繁殖進化一定區域:*相同時間和空間同種生物:*注意“魚”這種包含的不止一種全部個體:*包括各種年齡階段的說出下列描述是不是一個種群:一個池塘中全部的浮游生物 ( )一個池塘中全部的蝌蚪 ( )甲池塘中的鯉魚和乙池塘中的鯉魚 ( )一個森林中全部的毒蛇 ( )××××一、種群基因組成的變化2.基因庫:一個種群中全部個體所含有的全部基因,叫做這個種群的基因庫。包括基因的種類和數目注意范圍是種群不是物種。基因庫包含了種群中全部個體的全部基因,無論“優劣”。下列有關種群基因庫的敘述中,不正確的是( )A.一個種群的基因庫包括這個種群所含有的全部基因B.生物的個體總是要死亡的,但基因庫卻因種群個體的繁殖而代代相傳C.種群中每個個體都含有種群基因庫的全部基因D.基因突變可以改變種群基因庫的組成C一、種群基因組成的變化在某昆蟲種群中,決定翅色為綠色的基因是A,褐色的基因是a,從這個種群中隨機抽取100個個體,測得基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個。基因型頻率=________________該基因型個體數該種群個體總數×100%一、種群基因組成的變化AA基因型的頻率:30÷100=30%Aa基因型的頻率:60÷100=60%aa基因的頻率:10÷100=10%在某昆蟲種群中,決定翅色為綠色的基因是A,褐色的基因是a,從這個種群中隨機抽取100個個體,測得基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個。基因頻率=___________________________某種基因的數目控制同種性狀的等位基因的總數×100%一、種群基因組成的變化A基因的數量:2×30+60=120個a基因的數量:2×10+60=80個A基因的頻率:120÷200=60%a基因的頻率:80÷200=40%3、基因頻率:在一個種群基因庫中,某個基因占全部等位基因數的比值,叫做基因頻率。基因頻率 =該基因的總數該等位基因的總數×100%AAaaAaAAAAAAAaaaAAaaaaAaAaAaAAAAAAAAAAAA基因型頻率 =特定基因型個體數該種群個體總數×100%某昆蟲種群中,綠色翅的基因為A, 褐色翅的基因位a,調查發現AA、Aa、aa的個體分別占30、60、10,那么A、a的基因頻率是多少?A基因的基因頻率為:=30/100×100% +1/2×60/100×100% = 60%A=×100%AA(AA+Aa+aa)×100%2×AA+Aa2(AA+Aa+aa)=+×100%Aa(AA+Aa+aa)2×13、基因頻率:P(A)=P(AA)+1/2P(Aa)P(A)+P(a)=1P(aa)+P(Aa)+P(AA)=1a基因的基因頻率為:=10/100×100% +1/2×60/100×100% = 40%a=×100%aa(AA+Aa+aa)×100%2×aa+Aa2(AA+Aa+aa)=+×100%Aa(AA+Aa+aa)2×13、基因頻率:某昆蟲種群中,綠色翅的基因為A, 褐色翅的基因位a,調查發現AA、Aa、aa的個體分別占30、60、10,那么A、a的基因頻率是多少?P(a)=P(aa)+1/2P(Aa)種群基因頻率基因型頻率的相關計算1、通過基因型頻率計算基因頻率① 在種群中,一對等位基因的基因頻率之和等于1,基因型頻率之和也等于1。② 一個基因的頻率=該基因純合子的基因型頻率+1/2雜合子的基因型頻率。種群基因頻率基因型頻率的相關計算2、運用遺傳平衡定律(哈代-溫伯格平衡定律)計算基因頻率和基因型頻率當群體滿足以下五個條件:①種群數量足夠大;②全部的雌雄個體間都能自由交配并能產生后代;③沒有遷入與遷出;④自然選擇對體色性狀沒有作用;⑤基因A和a都不產生突變時,種群的基因頻率將不會改變。因為(p+q)=A%+a%=1,則(p+q)2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1 。滿足5個前提條件情況下:子一代配子 A=p a=qA=pa=qAA=p2aa=q2Aa=pqAa=pq在一個有性生殖的自然種群中,當等位基因只有一對(Aa)時,設 A 的基因頻率為 p , a 的基因頻率為 q ;則 p + q = 1 ,且:( p + q )2 = p2 + 2pq + q2 = 1AA 基因型的頻率Aa 基因型的頻率aa 基因型的頻率例、一種蛾中控制淺顏色的等位基因是隱性的,控制深顏色的等位基因是顯性的。假設一個種群中有640只淺色的蛾和360只深色的蛾,群體呈遺傳平衡,那么有多少只雜合子的蛾?∵P(aa)=640/(640+360)=0.64P(a)=解:∴0.8P(A)=1-0.8=0.2則:Aa=2pq=2×0.8×0.2=0.32Aa的個體數=0.32×(640+360)=320只習題鞏固用數學方法討論基因頻率的變化科學思維訓練親代基因型的比值 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)配子的比率 A( ) A( ) a( ) a( )子一代基因型頻率 AA( ) Aa( ) aa( )子一代基因頻率 A( ) a( ) 子二代基因型頻率 AA( ) Aa( ) aa( )子二代基因頻率 A( ) a( ) 30%30%30%10%36%48%16%60%在滿足上述5個前提條件下,原假設某昆蟲種群隨機抽取100個個體中,AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個。則它們自由交配后,根據孟德爾的分離定律計算。40%36%48%16%60%40%從中分析可以發現:自由交配前種群產生的A(a)配子的比例恰好等于種群自由交配前A(a)的基因頻率。科學思維訓練♀ ♂ A(60%) a(40%)A(60%) 36% 24%a(40%) 24% 16%小結:只要知道某種群基因頻率即可求得該種群自由交配后代基因型頻率。親代 子一代 子二代 子三代基因型頻率 AA 30%Aa 60%aa 10%基因頻率 A 60%a 40%36%36%36%48%48%48%16%16%16%60%40%60%40%60%40%由遺傳平衡定律可知,一個種群符合遺傳平衡的五個條件時,從F1開始往后,基因頻率和基因型頻率都不變;若將其中的自由交配改成連續自交,那后代的基因頻率和基因型頻率依然不變嗎?假設該起始群體全部為Aa,推測連續自交和連續自由交配形成的后代中,基因頻率和基因型頻率的變化趨勢親代 子一代 子二代 子三代自交基因型頻率 AA 0Aa 100%aa 0自由交配基因型頻率 AA 0Aa 100%aa 0自交基因頻率 A 50%a 50%自由交配基因頻率 A 50%a 50%25%50%25%25%50%25%50%50%50%50%37.5%25%37.5%25%50%25%50%50%50%50%43.75%12.5%43.75%25%50%25%50%50%50%50%①連續自交的時候,基因頻率不變,基因型頻率改變(雜合子為1/2n,純合子越來越多)②連續自由交配的時候,從F1開始基因頻率和基因型頻率都不變。(親代的基因型頻率可能不同,基因頻率與后代相同。基因頻率代代相同(包括親本))。自交和自由交配時基因頻率和基因型頻率的變化規律歸納總結交配方式 基因頻率 基因型頻率自交自 由 交 配 處于遺傳平衡不處于遺傳平衡改變純合子增多雜合子減少不改變改變不改變不改變不改變如果上述5個假設都成立,種群基因頻率在世代繁衍過程中不會發生變化,稱為遺傳平衡。④因此可得人群中a的基因頻率=_________;A的基因頻率=____________;AA的基因型頻率=_____________________Aa的基因型頻率=_________________aa的基因型頻率=_________________在非洲人群中,約每10000個人中有1個人患囊性纖維原癌,該病屬于常染色體遺傳。一對正常夫婦生有一患病的孩子。此后,該婦女與另一健康男性再婚,他們所生的孩子患此病的概率是 ( )A.1/25 B.1/50 C.1/100 D.1/202D①由題干可得該病為常染色體隱性遺傳病⑤因此正常男子是Aa的概率為Aa/(AA+Aa),算出來為_________則后代出現aa的概率是__________②在一個較大的人群中,可默認符合遺傳平衡定律③即aa的基因型頻率為1/100001/10099/10099 /100002×99×1/100001/100002/1011/202習題鞏固用數學方法討論基因頻率的變化2. 上述計算結果是建立在5個假設條件基礎上的。對自然界的種群來說,這個條件都成立嗎?你能舉出哪些實例?例:對自然界的種群來說,這5個條件不可能同時都成立。例如,翅色與環境色彩較一致的,被天敵發現的機會就少些。科學思維訓練(1)足夠大的種群是不存在,而根據概率原理,當個體數不是充足大時,實際得到的數值與理論上的數值就存在誤差,實際中子代和親代的基因頻率就會有差異。(2)所有雌雄個體間都能自由交配并產生后代也是不現實的,也就是說不同基因型的卵細胞和精子結合的機會不會是均等的(3)由于各種原因,種群中有的個體會離開該群體,有的個體會遷入該種群。(4)在自然界中,自然選擇是不可抗拒的,始終對種群發揮作用。(5)基因突變每時每刻都有可能發生。雖然基因突變具有低頻性,但考慮種群個體數目龐大,基因種類多,基因突變的數量也是很可觀的。自然界中實際種群的基因頻率是在不斷發生變化的3.如果該種群出現新的突變型(基因型為A2a或A2A2),也就是產生新的等位基因A2,種群的基因頻率會發生變化嗎?基因A2的頻率可能會怎樣變化?科學思維訓練突變產生的新基因會使種群的基因頻率發生變化?;駻2的頻率是上升還是下降,要看這一突變對生物體是有益的還是有害的。某種群中基因型XBXB有20個, XBY有5個, XBXb有20個, XbY有5個,計算下列基因頻率和基因型頻率:(1)基因型頻率: XBXB _______ XbY _______(2)基因頻率:XB______ Xb_______40%10%XBXB基因型頻率= XBXB個體數/所有個體=20/(20+5+20+5)=40%XbY基因型頻率= XbY個體數/所有個體=5/(20+5+20+5)=10%XB基因頻率= XB基因數/( XB基因數+ Xb基因數)1XBXB含有2個XB,1 XBY含有1XB, XBXb含有1XB和1Xb, XbY含有1XbXB基因頻率=(40+5+20)/(40+5+40+5=56/90=72.2%72.2%27.8%若基因只在X染色體上,而Y染色體沒有相應的等位基因,那基因頻率怎么計算?P(Xb)=1-P(B)=27.8%某工廠有男女職工各200名,對他們進行調查時發現,女性色盲基因的攜帶者為15人,患者5人,男性患者11人。那么這個群體中色盲基因的基因頻率為多大?基因的總數:XB+Xb=200×2+200×1=600色盲基因的總數:Xb=15×1+5×2+11×1=36,基因型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY人數 180 15 5 189 11某基因的數目雌性個體數×2+雄性個體數× 100%基因頻率=XB基因頻率= XB基因數/( XB基因數+ Xb基因數)Xb基因頻率= Xb基因數/( XB基因數+ Xb基因數)∴Xb%=5×2 +15 +11200×2 +200×100%∴P(b)=6%,P(B)=1-6%=94%1、據調查,某校學生中基因型的比例為XBXB:42.32%, XBXb:7.36%,XbXb:0.32%, XBY:46%, XbY:4%,則該地區XB的基因頻率________________,Xb的基因頻率是____________。XB%= 92%習題鞏固Xb%=8%2、B/b是僅位于果蠅X染色體上的一對等位基因?,F有一果蠅種群,雌雄各1 000只。其中,基因型為XBXB的果蠅200只,基因型為XbXb的果蠅300只,基因型為XBY的果蠅600只。該果蠅種群中b的基因頻率為( )A.40% B.60% C.50% D.70%C基因型個體數XBXBXBXbXbXbXBYXbY200500300600400b%=500+300×2+4001000×2+1000×100%=15003000×100%=50%伴X遺傳病在男性中的發病率等于該病致病基因在男性個體中的基因頻率。歸納總結伴X遺傳病中,男性中隱性致病基因的基因頻率,與隱性致病基因在人群中的基因頻率相等。但是男性中患病率與女性中患病率不同,即男性個體中患病基因型頻率與女性個體中患病基因型頻率不同。(基因型頻率要分男女討論)常染色體上的基因,不論基因頻率還是基因型頻率,男女之間和群體都是一樣的。無法進化先打破平衡種群較小不自由交配有突變有選擇有遷入、遷出遺傳平衡生物怎么進化?基因頻率發生改變二、種群基因頻率的變化二、種群基因頻率的變化(1)改變種群基因頻率的原因基因突變、自然選擇、遷入和遷出、遺傳漂變等(2)可遺傳變異的來源:可遺傳變異基因突變染色體變異基因重組突變普通個體有利變異個體某種自然選擇自然選擇之后的個體二、種群基因頻率的變化(3)可遺傳變異在進化中的作用:提供了生物進化的原材料。基因突變新的等位基因基因重組多種多樣的基因型種群中出現大量可遺傳的變異變異是不定向的形成了進化的原材料,不能決定生物進化的方向基因突變:產生新的等位基因,使種群的基因頻率發生變化。生物進化的實質普遍性 ,隨機性,低頻性,多害少利性,不定向性基因重組:產生更多基因型隨機性,不定向性染色體變異:改變基因的數目或者排列順序染色體變異可能改變基因的數目,因此可能直接改變基因頻率。**基因重組不能直接改變基因頻率,可以影響基因頻率的改變。1.下列選項中,不會導致種群基因頻率改變的是( )A.遺傳漂變 B.基因突變 C.自然選擇 D.基因重組2.下列能影響基因頻率改變的因素有 ( )①基因突變 ②過度繁殖 ③基因重組④染色體變異 ⑤自然選擇 ⑥遺傳漂變A、①②③④ B、 ①③④⑤⑥C、①③④ D、①②③④⑤DB習題鞏固思考:基因突變的頻率很低,而且大多數有害,為什么還能為生物進化提供原材料?每個果蠅的基因數:___________________實析例分:果蠅1組染色體上約有1.3x104個基因,假定每個基因的突變率都為10-5,對于一個中等大小的果蠅種群(約有108個個體)來說,每一代出現的基因突變數將是多少?2x1.3x104x10-5x1082x1.3x104每個果蠅的突變基因數:_____________________________2x1.3x104x10-51個果蠅種群的突變基因數:_______________________________________=2.6x107(個)生物進化以種群為單位,每一代會產生大量的突變。由于種群是由許多個體組成,每個個體的細胞中都有成千上萬個基因,這樣,每一代就會產生大量的突變。甲種自然選擇甲種自然選擇乙種自然選擇長翅殘翅更適應風小環境更適應大風環境各種類型的變異(原材料)(第一次選擇)(第二次選擇)(第三次選擇)環境改變突變的多害少利是絕對的嗎?【例如】有翅的昆蟲中有時會出現殘翅和無翅的突變類型,這類昆蟲在正常情況下很難生存下去。但是在經常刮大風的海島上,這類昆蟲卻因為不能飛行而避免了被海風吹到海里淹死。突變的有害與否取決于生物生存的環境。某海島上生活著一種昆蟲,經調查翅的長度和個體數的關系(縱坐標為個體數量,橫坐標為翅的長度)。后來該小島上經常刮大風,若干年后再進行調查,你認為最能代表此時情況的曲線是( )ABCDD習題鞏固為什么突變和重組只是提供生物進化原材料?由于突變和基因重組都是 的、 的,因此它們只是提供了生物進化的原材料,不能決定種群基因頻率的變化 。隨機不定向方向那么種群基因頻率的改變是否也是不定向的呢?探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響英國曼徹斯特地區的樺尺蛾,體色受一對等位基因S和s控制,黑色(S),淺色(s)。19世紀中葉以前20世紀中葉樺尺蛾種群中s基因的頻率為什么越來越低?自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變。提出問題:作出假設:s>95%s<5%工業污染探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響制定并實施研究方案1、創設數字化的問題情境2、計算,將計算結果填入下表中第1年 第2年 第3年 第4年 ……基因型頻率 SS 10%Ss 20%ss 70%基因頻率 S 20%s 80%【探究思路】1870年,樺尺蛾種群的基因型頻率為SS10%,Ss20%,ss70%。在樹干變黑這一環境條件下,假如樹干變黑不利于純色樺尺蛾的生存,使得種群中淺色個體每年減少10%,黑色個體每年增加10%。假設:第1年樺尺蛾種群個體數為100只,則第1年SS有10只,Ss有20,ss有70只。淺色每年減少10%,黑色每年增加10%。探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響第2年(假設種群為100,則SS 10,Ss 20,ss 70)當黑色(表現型)個體每年增加10%,淺色個體每年減少10%時基因型為SS(黑色)個體第2年將會增加到11個基因型為Ss (黑色) 個體第2年將增加到22個基因型為ss (淺色) 個體第2年將減少到63個第2年種群個體總數為96個(11+22+63)基因型SS的頻率是11÷96=11.5%基因型Ss的頻率是22÷96=22.9%基因型ss的頻率是63÷96=65.6%P(S)=P(SS)+1/2P(Ss)=23% P(s)=1-P(S)=77%探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響2、計算,將計算結果填入下表中第1年 第2年 第3年 第4年 ……基因型頻率 SS 10% 11.5%Ss 20% 22.9%ss 70% 65.6%基因頻率 S 20% 23%s 80% 77%13.1%26%60.9%26.1%73.9%14.7%29.2%56.1%29.3%70.7%升高升高降低升高降低根據上述計算結果,對環境的選擇作用的大小進行適當調整,比如,把淺色個體每年減少的數量百分比定高些,重新計算種群基因型頻率和基因頻率的變化,與步驟 2 中所得的數據進行比較。分析結果,得出結論環境的選擇作用使s基因頻率越來越低。即自然選擇使種群基因頻率發生定向改變。不利變異被淘汰,有利變異逐漸積累變異自然選擇生物朝一定方向緩慢進化生物進化的實質是種群基因頻率在自然選擇作用下的定向改變。種群基因頻率發生定向改變(不定向)(定向)在自然選擇的作用下,有利變異的基因頻率不斷增大,有害變異的基因頻率逐漸減小。探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響討論1:樹干變黑色會影響樺尺蛾種群中淺色個體的出生率嗎?為什么?討論2:在自然選擇過程中,直接受選擇的是基因型還是表型?為什么?樹干變黑會影響樺尺蛾種群中淺色個體的出生率,這是因為樹干變黑后,淺色個體容易被發現,被捕食的概率增加,許多淺色個體可能在沒有交配、產卵前就已被天敵捕食,導致其個體數減少,影響出生率。自然選擇使基因頻率定向改變。是表現型(體色)。基因型并不能在自然選擇中起直接作用,因為天敵在捕食樺尺蛾時,看到的是樺尺蛾的體色而不是控制體色的基因。結論:自然選擇決定生物進化的方向總結1、種群是生物進化和繁殖的基本單位。2、“自然選擇”中的自然是指環境。3、突變和基因重組產生生物進化的原材料 (突變的有害還是有利也不是絕對的,這往往取決于生物的生存環境)4、生物進化的實質是種群基因頻率在自然選擇的作用下會發生定向改變。5、種群基因頻率的改變,標志著生物的進化。6、突變是不定向的,自然選擇是定向的。導致生物朝著一定的方向不斷進化,自然選擇決定生物進化的方向。生物進化的方向是指適應環境的方向。基因突變染色體變異基因重組突變生物多樣性自然選擇種群基因頻率定向改變生物進化探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響如何理解進化的實質是種群基因頻率的改變?某植物種群,AA基因型個體占30%,aa基因型個體占20%,據此回答下面的問題.(1)該植物的A、a基因頻率分別是___________、____________。(2)若該植物自交一代,F1中AA、aa基因型個體分別占__________、____________。這時,A和a的基因頻率分別是___________、____________。(3)依現代生物進化理論,這種植物在兩年中是否發生了進化?為什么?55%45%42.5%32.5%55%45%種群基因頻率沒有發生改變,沒有發生進化。變式訓練在一個海島上的一種海龜中有的腳趾是連趾(ww),有的腳趾是分趾(Ww、WW)。連趾海龜便于劃水,游泳能力強,分趾海龜游泳能力較弱。開始時,連趾和分趾的基因頻率各為0.5,當島上食物不足時,連趾的海龜更容易從海中得到食物。若干萬年后,W的基因頻率變為0.2,w的基因頻率變為0.8,該種群是否發生了進化?為什么?發生了進化,種群的基因頻率發生了改變課堂練習1.從基因水平看,生物進化的過程就是種群基因頻率發生定向改變的過程。判斷下列相關表述是否正確。(1)某地區紅綠色盲患者在男性中約占8%,在女性中約占0.64%,由此可知,紅綠色盲基因Xb的基因頻率約為8%。( )(2)基因頻率變化是由基因突變和基因重組引起的,不受環境的影響。( )(3)生物進化的實質是種群基因頻率在自然選擇作用下的定向改變。( )√X√課堂練習2.種群是物種在自然界的存在形式,也是一個繁殖單位。下列生物群體中屬于種群的是( )A.一個湖泊中的全部魚B.一片森林中的全部蛇C.一間屋中的全部蟑螂D.臥龍自然保護區中的全部大熊貓D課堂練習3.某一瓢蟲種群中有黑色和紅色兩種體色的個體,這一性狀由一對等位基因控制,黑色(B)對紅色(b)為顯性。如果基因型為BB的個體占18%,基因型為Bb的個體占78%,基因型為bb的個體占4%。基因B和b的頻率分別為( )A.18%、82% B.36%、64%C.57%、43% D.92%、8%C 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫