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1、第五章第五章 生物的进化生物的进化第二节第二节 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问题：如果在灰色翅（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捕食。那么，昆虫的翅色将怎样变化？需要研究种群种群种群种群的基因组成的变化。一、种群的基因频率的改变与生物进化一、种群的基因频率的改变与生物进化一个生物“物种”与种群有何区别？（一）相关概念：一）相关概念：1.1.种群种群种群种群是生物进化的是生物进化的基本单位基本单位；指生活在同一地点的同；指生活在同一地点的同种生物个体的总和。种生物个体的总和。种群是物种繁衍、进化的基本单位。物种可以分布在自然界
2、的不同区域，自然界的物种实际上是以一个个种群的形式存在的。一个果园中的全部昆虫一个果园中的全部昆虫 地球上全部的郁金香地球上全部的郁金香 一片草地的所有蒲公英一片草地的所有蒲公英一个池塘中的所有鱼一个池塘中的所有鱼2.种群基因库种群基因库种群基因库种群基因库：一个种群中全部等位基因的总和一个种群中全部等位基因的总和3.基因频率基因频率基因频率基因频率 一个基因的数目一个基因的数目种群全部等位基因数种群全部等位基因数 例如：例如：A=60%a=40%A=60%a=40%4.基因型频率基因型频率基因型频率基因型频率 特定基因型的个体特定基因型的个体种群总个体数种群总个体数 例如：例如：AA=40%
3、AA=40%AaAa=40%=40%aaaa=20%=20%（二）基因频率的计算（二）基因频率的计算 1.已知一个种群中A、a的基因频率分别是60%、40%,则理论上AA、Aa、aa的个体在种群中分别占多大比例？3.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？2.已知人眼的褐色（A）对蓝色（a）是显性。在一个有30000人的人群中，蓝眼的人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的基因频率分别为 A 0.64和0.36 B 0.36和0.64 C 0.50和0
4、.50 D 0.82和0.18（A）60%40%60%40%讨论：讨论：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 假设上述昆虫假设上述昆虫种群非常大种群非常大，所有的雌雄个体间都能，所有的雌雄个体间都能自由交配自由交配并产生后代，并产生后代，没有迁入和迁出没有迁入和迁出，自然选择自然选择对对翅色这一相对性状翅色这一相对性状没有作用没有作用，基因，基因A A和和a a都都不产生突变不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算：根据孟德尔的分离定律计算：亲代基因型的频率亲代基因型的频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率配子的比率A()A()a()a()子代基因型频率子代基
5、因型频率AA()Aa()AA()子代基因频率子代基因频率A()a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%子二代、子三代，种群的基因频率分别是多少？子二代、子三代，种群的基因频率分别是多少？子二代子二代子一代基因型频率子一代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)配子的比率配子的比率A()A()a()a()子二代基因型频率子二代基因型频率 AA()Aa()AA()子二代基因频率子二代基因频率A()a()36%24%24%16%36%48%16%60%40%子三代子三代子二代基因型频率子二代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)配子的比率配子的比率A()
6、A()a()a()子三代基因型频率子三代基因型频率 AA()Aa()AA()子三代基因频率子三代基因频率A()a()36%24%24%16%36%48%16%60%40%（三）（三）遗传平衡定律遗传平衡定律遗传平衡定律遗传平衡定律（哈迪哈迪哈迪哈迪-温伯格定律温伯格定律温伯格定律温伯格定律）种群有相对的稳定性，其基础是种群有相对的稳定性，其基础是遗传平衡遗传平衡。1.1.定律内容：定律内容：一个一个有性生殖有性生殖的自然种群，在符合下列条件时，各的自然种群，在符合下列条件时，各基因频率基因频率和和基因型频率基因型频率将在世代遗传中保持不变，并且将在世代遗传中保持不变，并且基因频率决定基因型频率
7、基因频率决定基因型频率。种群大；种群大；随机交配；随机交配；没有突变；没有突变；没有迁移；没有迁移；没有自然选择。没有自然选择。2.2.定律的数学表达式：定律的数学表达式：(p(pq)q)2 2 p p2 22pq2pqq q2 2 1 1p p：等位基因：等位基因A A的频率；的频率；q q：等位基因：等位基因a a的频率；的频率；p p2 2：基因型：基因型AAAA的频的频率；率；2pq2pq：基因型：基因型AaAa的频率；的频率；q q2 2：基因型：基因型aaaa的频率。的频率。1.1.人人的的白白化化病病取取决决于于隐隐性性基基因因a a，假假设设调调查查发发现现每每10000100
8、00人中有一个白化病患者，问人中有一个白化病患者，问AaAa的人数是多少？的人数是多少？解：解：aaaa的频率：的频率：1/100001/10000，即，即q q2 2=0.0001=0.0001则：则：q=0.01q=0.01，p=0.99p=0.99；2pq=0.01982pq=0.0198即即AaAa的频率是的频率是0.01980.0198，人数有，人数有198198人人。2.2.某工厂有男女职工各某工厂有男女职工各200200名，对他们进行调查时发名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为现，女性色盲基因携带者为1515人，女性患者人，女性患者1 1人，男性人，男性患者患者1414
9、人，这个群体中色盲基因的频率应为多少？人，这个群体中色盲基因的频率应为多少？解：解：（15+2+1415+2+14）/600/6005.17%5.17%问题：问题：1、对自然界的种群来说，上述五个假设条件都成立吗？为什么？2、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？二、二、突变突变和和基因重组基因重组是进化的是进化的原材料原材料1 1、突变突变突变突变指指基因突变基因突变基因突变基因突变和和染色体变异染色体变异染色体变异染色体变异。2 2、突变的有害和有利是相对的，它取决于生物突变的有害和有利是相对的，它取决于生物的生存环境。
10、的生存环境。3 3、突变和基因重组只产生生物进化的原材料，、突变和基因重组只产生生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。不能决定生物进化的方向。三、三、自然选择对种群基因频率变化的影响自然选择对种群基因频率变化的影响95%5%95%（ss）5%Ss或SS1919世纪世纪 长满地衣的树干上的桦尺蠖长满地衣的树干上的桦尺蠖2020世纪世纪 黑褐色树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖问题：问题：s s基因的频率基因的频率为什么越来越低？为什么越来越低？过度繁殖过度繁殖过度繁殖过度繁殖遗传变异遗传变异遗传变异遗传变异生存斗争生存斗争生存斗争生存斗争适者生存适者生存适者生存适者生存资源有限资源有限逐代积
11、累有利变逐代积累有利变异的基因频率，异的基因频率，使生物进化使生物进化三、自然选择对种群基因频率变化的影响三、自然选择对种群基因频率变化的影响自然选择自然选择决定决定生物进化的生物进化的方向方向，使基因频率发，使基因频率发生定向改变。生定向改变。即生物进化的即生物进化的实质实质是是种群基因频率的定向改变种群基因频率的定向改变。讨论：讨论：下图是由于长期使用某种农药，害虫数量随时间下图是由于长期使用某种农药，害虫数量随时间变化的曲线图。请用现代进化理论的观点来解释。变化的曲线图。请用现代进化理论的观点来解释。时间时间数数量量过度繁殖过度繁殖过度繁殖过度繁殖遗传变异遗传变异遗传变异遗传变异生存斗争
12、生存斗争生存斗争生存斗争适者生存适者生存适者生存适者生存资源有限资源有限逐代积累有利变逐代积累有利变异的基因频率，异的基因频率，使生物进化使生物进化抗性菌株抗性菌株+青霉素青霉素问题：问题：突变发生在接触药之前还是之后？突变发生在接触药之前还是之后？金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌（影印法）（影印法）（影印法）（影印法）四、隔离导致物种的形成四、隔离导致物种的形成1.1.相关概念：相关概念：物种物种物种物种：在自然状态下能够相互交配和繁殖，并产生可：在自然状态下能够相互交配和繁殖，并产生可育后代的一群生物，简称育后代的一群生物，简称“种种”。隔离隔离隔离隔离：不同种群间的个体，在自然条件下基因不能
13、自：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。由交流的现象。地理隔离地理隔离地理隔离地理隔离：同一种生物由于地理障碍而分成不同的种：同一种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使种群间不能发生基因交流的现象。群，使种群间不能发生基因交流的现象。生殖隔离生殖隔离生殖隔离生殖隔离：不同物种之间一般不能相互交配，即使交：不同物种之间一般不能相互交配，即使交配成功，也不能产生可育后代的现象。配成功，也不能产生可育后代的现象。由地理隔离发展到生殖隔离是大多数物种形成的基本由地理隔离发展到生殖隔离是大多数物种形成的基本因素，生殖隔离一旦形成，原来属于一个物种的就形因素，生殖隔离一旦形成，原来属于一
14、个物种的就形成了不同的物种。成了不同的物种。隔离在物种形成中的作用隔离在物种形成中的作用1.1.设想从南美洲大陆迁移来的两个初始种群，它们的设想从南美洲大陆迁移来的两个初始种群，它们的基因频率一样吗？基因频率一样吗？2.2.不同岛屿的地雀种群，产生不同岛屿的地雀种群，产生突变突变的情况一样吗？的情况一样吗？3.3.对对不同岛屿的地雀不同岛屿的地雀种群来说，种群来说，环境作用环境作用有差别吗？这对种群有差别吗？这对种群基因频率的变化会产基因频率的变化会产生什么影响？生什么影响？4.4.如果这片海域只有如果这片海域只有一一个个小岛，还会形成这么小岛，还会形成这么多种地雀吗多种地雀吗？2.2.物种形成的物种形成的三个基本环节三个基本环节：突变和基因重组突变和基因重组提供进化的提供进化的原材料原材料；自然选择自然选择使基因频率定向改变，使基因频率定向改变，决定决定生物进化的生物进化的方向方向；隔离隔离物种形成的物种形成的必要条件必要条件