经典：种群基因频率的改变与生物进化解析

1、2021/8/612021/8/62幼幼 虎虎把自己想象成虎体内的一个基因。你不仅不愿意把自己想象成虎体内的一个基因。你不仅不愿意自己在虎的后代中消失，而且想让越来越多的虎自己在虎的后代中消失，而且想让越来越多的虎拥有自己的拷贝。你怎样才能达到这一目的呢？拥有自己的拷贝。你怎样才能达到这一目的呢？你将选择做什么样的基因？你将选择做什么样的基因？一个基因所控制的性状一个基因所控制的性状对个体生存和繁殖后代对个体生存和繁殖后代的贡献越大的贡献越大, ,拥有该基拥有该基因的个体的可能越多因的个体的可能越多! !当然就会使越来越多的当然就会使越来越多的虎拥有自己的拷贝虎拥有自己的拷贝! !问题探讨问题

2、探讨2021/8/63 在自然界中，没有哪一个体是长生不死的，在自然界中，没有哪一个体是长生不死的，个体的表现性型也会随着个体的死亡而消失，个体的表现性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有性生殖才传但决定表现型的基因却可以通过有性生殖才传给后代，给后代，因此研究生物的进化，仅仅研究个体因此研究生物的进化，仅仅研究个体的表现型是否与环境适应是不够的，还需要研的表现型是否与环境适应是不够的，还需要研究究群体群体的基因组成变化，这个群体就是种群。的基因组成变化，这个群体就是种群。种群是生物进化的基本单位种群是生物进化的基本单位2021/8/641 1、种群概念：、种群概念：生活

3、在生活在一定区域一定区域的的同种生物同种生物的的全部个体全部个体。卧龙自然保护区 猕猴2021/8/65判断下列是否属于种群判断下列是否属于种群（1）一个池塘中的全部鱼）一个池塘中的全部鱼 （2）一个池塘中的全部鲤鱼）一个池塘中的全部鲤鱼（3）两个池塘内的全部青蛙）两个池塘内的全部青蛙（4）一片草地上的全部植物）一片草地上的全部植物（5）一片草地上的成年梅花鹿）一片草地上的成年梅花鹿庙里的一群和尚也属于种群吗庙里的一群和尚也属于种群吗 ？否否是是否否否否否否2021/8/662 2、种群的特点：、种群的特点： 种群中的个体并不是机械地集合在一起，种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此而是

4、彼此可以交配可以交配，并，并通过繁殖将各自的通过繁殖将各自的基因传给后代基因传给后代。人们为什么要提出人们为什么要提出“种群种群”这个概念呢？这个概念呢？ 自然界的物种实际上是以一个个种群存在的，自然界的物种实际上是以一个个种群存在的，种群是物种繁衍、进化的基本单位。它为种群是物种繁衍、进化的基本单位。它为研究生物与环境的关系和物种的变化带来研究生物与环境的关系和物种的变化带来了方便。了方便。2021/8/67 思考：思考：同前一年的蝗虫种群相比，新形同前一年的蝗虫种群相比，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？化吗？2021/8/68性状是由基因控制的

5、，因此性状是由基因控制的，因此研究生物的进化必须研究种研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。如何群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和变化？分析种群的基因组成和变化？由此人们提出基因库和基因由此人们提出基因库和基因频率的概念。频率的概念。2021/8/693 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。这些金鱼各自有自己这些金鱼各自有自己的基因，共同构成了的基因，共同构成了种群的基因库。它们种群的基因库。它们各自的基因都是基因各自的基因都是基因库的一部分。个体数库的一部分。个体数目越多，个体间的差目越多，个体间的差异越大，基因库也就异

6、越大，基因库也就越大。越大。2021/8/6104 4、基因频率：、基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占全部在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。等位基因数的比率。基因频率基因频率该基因的总数该基因的总数该等位基因的总数该等位基因的总数2021/8/6115.5.基因频率的计算基因频率的计算A=302+60 _ 200=60% 200a=102+60 _=40%A+a=1 2021/8/612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的昆虫群体满足以下五个条件：假设的昆虫群体满足以下五个条件：昆虫群体数量足够大，昆虫群体数量足够大，全部的雌雄个体间都能自由交

7、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，AAAA、AaAa、aaaa三种基因型昆虫的生存能力完全相同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（也就是说自然选择对A A、a a控制的翅型性状没作用）控制的翅型性状没作用）也没有基因突变和染色体变异。也没有基因突变和染色体变异。遗传平遗传平衡状态衡状态2021/8/6132021/8/61430%30%30%10%36%48%16%60%40%2021/8/615在有性生殖过程中，如果符合遗传平衡，产生的雌雄在有性生殖过程中，如果符合遗传平衡，产生的雌雄配子：配子：36%36%24%24

8、%16%16%AAAAAaAaAaAa24%24%aaaaA 60%A 60%a 40%a 40%卵子卵子A 60%A 60%a 40%a 40%精子精子遗传平衡定律遗传平衡定律其中其中p p代表代表A A基因的频率，基因的频率，q q代表代表a a基因的频率。基因的频率。则则p+q=1p+q=1，(pq)2=p22pqq2=1并得出并得出p p2 2代表代表AAAA的频率，的频率， q q2 2代表代表aaaa的频率，的频率，2pq2pq代表杂合子代表杂合子AaAa的频率。的频率。2021/8/61636%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%2

9、021/8/617哈代哈代温伯格定律：温伯格定律：一个有性生殖的自然种群中，在符合一个有性生殖的自然种群中，在符合5 5个条件的情个条件的情况下，况下，各等位基因的频率和等位基因的基因型频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，率在一代一代的遗传中是稳定不变的，或者说，或者说，是保持着基因平衡的。是保持着基因平衡的。哈代哈代-温伯格定律可用数学方程式表示：温伯格定律可用数学方程式表示：(pq)2=p22pqq2=1 其中其中p代表代表A基因的频率，基因的频率，q代表代表a基因的基因的频率。频率。p+q永远为永远为1，p2代表代表AA的频率，的频率， q2代代表表a

10、a的频率，的频率，2pq代表杂合子代表杂合子Aa的频率的频率。 2021/8/618.基因频率基因频率=某基因总数某基因总数2X女性个体数女性个体数+男性个体数男性个体数例例2:某工厂有男女职工各某工厂有男女职工各200人，对他们进行调查人，对他们进行调查时发现，女色盲时发现，女色盲5人，女性携带人，女性携带15人。男性色盲人。男性色盲11人，求人，求XB,Xb的频率。的频率。解解: :100%100%52 15 11 2002 200Xb%= 6%= 6%XB%=16% = 94%= 94%2021/8/619练习、练习、在一个足够大的种群中，在一个足够大的种群中，A的频率是的频率是0.4，

11、a的的频率是频率是0.6，若各种条件稳定不变，则该种群中若各种条件稳定不变，则该种群中AA、Aa、 aa的基因型频率各是的基因型频率各是。该种群中所有成熟个体自由交配一次，产生的后代个该种群中所有成熟个体自由交配一次，产生的后代个体中体中A的频率是的频率是， a的频率是的频率是。0.16 0.48 0.360.4 0.62021/8/620影响种群基因频率变化的根本原因是什么？影响种群基因频率变化的根本原因是什么？变异变异 变异的类型有那些？变异的类型有那些？不能遗传的变异不能遗传的变异可遗传的变异可遗传的变异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2021/8/621 自然界，生

12、物自发突变的频率很低，而且自然界，生物自发突变的频率很低，而且突变大多数是有害的，为什么还能够作为生突变大多数是有害的，为什么还能够作为生物进化的原材料的呢？物进化的原材料的呢？ 果蝇约有果蝇约有104对基因，假定每个基因的突对基因，假定每个基因的突变率是变率是105，一个约有，一个约有109个果蝇的种群每个果蝇的种群每一代出现的基因突变率是？一代出现的基因突变率是？2 210104 410105 510109 92 210108 8（二）突变和基因重组产生进化的原材料（二）突变和基因重组产生进化的原材料2021/8/6222、突变的有害和有利并不是绝对的，、突变的有害和有利并不是绝对的， 它

13、取决于生物的生存环境。它取决于生物的生存环境。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。1、种群是由许多个体组成的，每个个体的每个、种群是由许多个体组成的，每个个体的每个细胞内都有成千上万个基因，这样，每一代就会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产生大量的突变（二）突变和基因重组产生进化的原材料（二）突变和基因重组产生进化的原材料2021/8/623 19世纪，桦尺蠖种群中黑色世纪，桦尺蠖种群中黑色基因（基因（S）频率为）频率为5%，浅灰色，浅灰色基因（基因（s）频率为）频率为95%

14、 20世纪，桦尺蠖种群中黑世纪，桦尺蠖种群中黑色基因（色基因（S）频率为）频率为95%，浅灰色基因（浅灰色基因（s）频率为）频率为5%（三）自然选择决定生物进化的方向。（三）自然选择决定生物进化的方向。2021/8/624(1)(1)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？有影响吗？(2)(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？ 变黑的环境使控制浅色的变

15、黑的环境使控制浅色的s s基因频率减少基因频率减少,S,S基因频率基因频率增加增加 许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食敌捕食 天敌看到的是桦尺蠖的体色（表现型）而不是控天敌看到的是桦尺蠖的体色（表现型）而不是控制体色的基因制体色的基因2021/8/625四、隔离导致物种形成四、隔离导致物种形成 能够在自然状态下能能够在自然状态下能互相交配互相交配，并且，并且产生出产生出可育后代可育后代的一群生物称为一个物种的一群生物称为一个物种（speciesspecies），简称），简称“种种”。1 1、物种的概念、物种的概念2021/8/626 人都

16、是一个物种，无论白人人都是一个物种，无论白人黑人黄种人结婚，都能产生具黑人黄种人结婚，都能产生具有生殖能力的后代。有生殖能力的后代。全世界的人都是一个物种吗全世界的人都是一个物种吗？骡是马跟驴交配产生的后代，骡是马跟驴交配产生的后代，那为什么他们不是同一物种那为什么他们不是同一物种呢？呢？2021/8/627隔离隔离：指：指不同种群间不同种群间的个体，在自然条的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。件下基因不能自由交流的现象。生殖隔离生殖隔离：不同物种不同物种之间一般是不能交配，之间一般是不能交配，即使交配成功，也即使交配成功，也不能产生可育后代。不能产生可育后代。地理隔离地理隔离：同一物

17、种同一物种由于高山、河流、沙漠由于高山、河流、沙漠等地理上的障碍，使彼此间等地理上的障碍，使彼此间不能相遇而不能交不能相遇而不能交配配，使种群间不能发生基因交流的现象。，使种群间不能发生基因交流的现象。2 2、隔离在物种形成中的作用、隔离在物种形成中的作用2021/8/628 如果只通过如果只通过地理隔离地理隔离，2 2个种群的基因库各自发展，个种群的基因库各自发展，互不影响，出现互不影响，出现一定差异一定差异，但，但不会形成新的物种不会形成新的物种，最多也，最多也就是形成不同的就是形成不同的亚种亚种量变。量变。如东北虎和华南虎就是两个亚种。如东北虎和华南虎就是两个亚种。 生殖隔离生殖隔离则是

18、由于则是由于2 2个种群之间的遗传物质基础个种群之间的遗传物质基础（基因库基因库）出现）出现较大的差异较大的差异使其个体之间使其个体之间不能交配不能交配或或杂交后代不育杂交后代不育。生殖隔离生殖隔离是是新物种形成的标志新物种形成的标志质变质变2021/8/629 它们之间还能自由交配吗？它们之间还能自由交配吗？2021/8/630分析：加拉帕戈斯群岛的地雀新物分析：加拉帕戈斯群岛的地雀新物种是如何形成的？种是如何形成的？2021/8/631经过长期的地理隔离而达成生殖隔离，从而形经过长期的地理隔离而达成生殖隔离，从而形 成新物种。成新物种。多倍体的形成不需经地理隔离。多倍体的形成不需经地理隔离。原种原种变变异异 1变变异异 2变异变异类型类型1变异变异类型类型2新种新种1新种新