1、第2节 现代生物进化理论的主要内容 第1课时 种群基因频率的改变与生物进化 教师参考 新课导入 导入1:动物学家对生活在非洲大草原奥兰治河两岸的羚羊进行研究时发现,东岸的羚羊群的奔跑速度比西岸的羚羊每分钟竟快13米。为何差距如此之大?引出现代生物进化理论的主要内容。导入2:回顾刚学过的达尔文的自然选择学说的主要内容。提示:过度繁殖、生存斗争、遗传和变异以及适者生存。达尔文是否能从遗传变异的本质上解释生物进化的原因?提示:否。那现代生物进化理论能否做出科学的解释呢?其内容有哪些呢?引出课题。自主学习要点探究自主学习学习目标:1.解释种群、种群基因库、基因频率等概念。2.运用数学方法讨论种群基因频
2、率的变化。3.说明现代生物进化理论的主要内容。知识梳理 一、种群是生物进化的基本单位 1.种群生活在三要素 生物个体实例：一片草地的所有蒲公英一定区域 同种 全部 2.基因库与基因频率(1)基因库范围：一个种群中对象：全部个体全部基因所含有的(2)基因频率100%基因库某基因数范围：一个种群计算公式：全部等位基因数 思考 小麦有抗锈病(R)和不抗锈病(r)之分,在锈病病毒肆虐的季节中,基因频率会发生怎样的变化?提示:具有抗锈病(R)基因的小麦在病毒侵染中能适应环境,比例升高,所以R基因的频率会升高,r基因的频率会降低。二、突变和基因重组产生进化的原材料 1.可遗传的变异的来源 基因重组统称为突
3、基因突变染色体变异变 2.可遗传变异是生物进化原材料 等位基因有基因突变产生（1）可遗传变异的形成通过过程性生殖基因型中的基因重组，产生新(2)可遗传变异的特点 随机 不定向 的 的(3)可遗传变异的结果:只是提供了生物进化的原材料,不能决定 .。生物进化的 方向 选择 对于突变与进化的关系,以下说法正确的是()A.有利的突变太少,不足以作为生物进化的原始材料 B.突变可以增加等位基因的数量,但突变了的基因都是隐性基因 C.基因突变、基因重组和染色体变异统称为突变 D.突变的有利与否不是绝对的,往往因所处环境的不同而异 D 三、自然选择决定生物进化的方向 1.原因:不断淘汰发生 的个体,选择积
4、累发生 的个体。2.实质:种群的基因频率发生 。3.选择的结果(1)生物性状上:朝着 变异的方向不断进化。(2)基因上:种群 会发生 改变。不利变异 有利变异 定向改变 有利 基因频率 定向 判断(1)自然选择决定了生物变异和进化的方向。()(2)达尔文认为自然选择作用于种群,使种群发生进化。()(3)当没有自然选择存在时种群的基因频率就不会发生改变。()(4)自然选择直接选择的是基因型。()问题引领:1.生物进化的实质是什么?如何判断一个种群是否发生了进化?2.怎样计算基因频率和基因型频率?要点探究基因频率和基因型频率的改变 要点一 教师参考 1.相关概念的比较 比较项目含义变化后与进化的关
5、系基因频率(某个基因的个数/全部等位基因数)100%发生了定向的生物进化基因型频率(特定基因型的个体数/该种群个体总数)100%生物不一定进化基因库一个种群中全部个体所含有的全部基因可导致生物进化,它的变化是形成新物种的前提2.基因频率、基因型频率的相关计算(1)常染色体遗传方式。设有 N 个个体的种群,AA、Aa、aa 的个体数分别是 n1、n2、n3,A、a 的基因频率分别用 PA、Pa 表示,AA、Aa、aa 的基因型频率分别用 PAA、PAa、Paa 表示,则:PA=1222nnN=1nN+12 2nN=PAA+12 P Aa Pa=3222nnN=3nN+12 2nN=Paa+12
6、P Aa 由以上公式可得出下列结论:在种群中一对等位基因的频率之和等于 1,基因型频率之和也等于 1。一个等位基因的频率=该等位基因纯合子的频率+1/2 杂合子的频率。(2)伴 X 染色体遗传方式。若基因位于 X 染色体上,Y 染色体上没有其等位基因,计算基因频率时,只需考虑 X 染色体,不考虑 Y 染色体的数量,若 N 表示基因型频率,则计算公式如下:XA=AAAaAAAAaaaaAx xx xxx xx xx xx Yx Y22NNN YNNNNN Xa=aaAaaaaAAAaaAYx xx xxx xx xx xx Yx Y22NNNNNNNN(3)根据遗传平衡定律计算基因频率和基因型频
7、率。遗传平衡定律。在一个有性生殖的自然种群中,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:a.种群足够大;b.种群中个体间的交配是随机的;c.没有突变发生;d.没有新基因加入;e.没有自然选择。基因频率与基因型频率的计算公式。设 A 频率为 p,a 频率为 q,则 p+q=1。雄配子 雌配子 A(p)a(q)A(p)AA(p2)Aa(pq)a(q)Aa(pq)aa(q2)即:AA=p2,Aa=2pq,aa=q2。实例:若已知 AA 的基因型频率为 m,则 A 的基因频率为m。解析:据题意该种群隐性性状aa的基因
8、型频率是0.64,故a基因频率为0.8,A基因频率为0.2;则子一代Aa的频率是0.32,A正确,B错误。生物进化的标志是种群基因频率的改变,因此种群基因库中的基因频率发生变化,说明一定发生了进化,C错误。若该种群中A基因频率为0.4,则a基因频率为0.6,aa型个体占36%,A所控制性状个体占64%,D错误。【典例1】(2015四川泸州护国中学期中)一个随机交配的足够大的种群中,某一相对性状中显性性状表现型的基因型频率是0.36,则()A.该种群繁殖一代后杂合子Aa的频率是0.32 B.显性基因的基因频率大于隐性基因的基因频率 C.若该种群基因库中的基因型频率发生变化,说明该种群一定进化 D
9、.若该种群中A基因频率为0.4,A所控制性状的个体在种群中占到40%答案:A 备选例题(2015广东东莞三校期中)某植物种群中,AA占16%,aa占36%,该种群随机交配产生的后代中AA个体百分比、A基因频率依次是()A.增大,不变 B.不变,增大 C.增大,增大 D.不变,不变 D 解析:依题意可知,某植物种群中AA=16%、aa=36%,故Aa=1-16%-36%=48%,所以该种群中,A基因频率=它的纯合子的频率+1/2杂合子的频率=16%+1/248%=40%;相关的生物产生的雌雄配子均是A=40%、a=60%。该种群随机交配,雌雄配子随机结合,其后代中,AA=40%40%=16%、A
10、a=240%60%=48%、aa=60%60%=36%;A基因频率=16%+1/248%=40%。综上所述,D项正确。方法透析 基因频率与基因型频率的变化分析(1)杂合子连续自交时,尽管基因频率不变,但后代的基因型频率会发生改变,表现为纯合子所占比例不断增大,杂合子所占比例不断减小。(2)在无基因突变、无迁入和迁出、各种基因型的个体生命活力相同时,自由交配遵循遗传平衡定律,上下代之间种群的基因频率及基因型频率不变。(3)基因频率相同的两个种群,它们的基因型频率不一定相同;当基因型频率发生改变时,基因频率不一定发生改变。【题组演练】1.(2015湖北汉川期末)对某校学生进行红绿色盲遗传病调查研究
11、后发现:780名女生中有患者23人、携带者52人;820名男生中有患者69人,那么该群体中色盲基因的频率是()A.4.4%B.7.0%C.6.8%D.10.2%解析:色盲基因的频率是:(232+52+69)/(7802+820)100%=7.0%,B正确。B 2.某动物种群中AA、Aa和aa的基因型频率分别为30%、40%和30%,请回答:(1)该种群中a基因的频率为 。(2)如果该种群满足五个基本条件,即种群 、不发生 、不发生 、没有迁入迁出,且种群中个体间随机交配,则理论上该种群的子一代中aa的基因型频率为 ;如果该种群的子一代再随机交配,其后代中aa的基因型频率 (填“会”或“不会”)
12、发生改变。(3)假定该动物种群满足上述五个基本条件,但不发生随机交配,只在相同基因型之间进行交配,则理论上该种群的子一代中AA、Aa和aa的基因型频率分别为 、和 ;如果子一代也同样只发生相同基因型之间的交配,其后代中AA、Aa和aa的基因型频率 (填“会”或“不会”)发生改变。解析:(1)AA=30%、Aa=40%、aa=30%,所以a=40%1/2+30%=50%。(2)由a=50%,可以计算出后代中aa的基因型频率是(50%)2=25%,且该基因型的频率不会发生改变,但是该结论的前提条件是种群足够大、不发生基因突变、不发生选择、没有迁入迁出,且种群中个体间随机交配;(3)AA=30%,A
13、a=40%,aa=30%,题目中叙述的情况即为自交,结果如下:30%AAAA得到30%AA,40%AaAa得到10%AA、20%Aa、10%aa,30%aaaa得到30%aa,所以相同基因型之间进行交配,后代中AA=30%+10%=40%、Aa=20%、aa=30%+10%=40%,同理可以计算该代相同基因型个体之间的交配后代中AA=45%、Aa=10%、aa=45%,所以基因型频率会发生改变。答案:(1)50%(2)足够大 基因突变(或突变)选择 25%不会(3)40%20%40%会 问题引领:1.怎样以桦尺蠖体色为例分析生物进化的实质?2.可遗传变异与自然选择哪个决定生物进化方向?生物进化
14、的实质与可遗传变异和自然选择的关系 要点二 教师参考 1.生物进化的实质 实例分析:以桦尺蠖的体色进化为例 由以上可以看出,生物进化实质上是种群基因频率发生改变,即在生物进化过程中某基因的频率如果逐渐增大,反映了该基因控制的性状对环境的适应能力较强。3.自然选择决定生物进化的方向 自然选择使种群基因频率发生定向改变,使生物朝着适应环境的方向进化。如图所示:变异(不定向)有利变异积累,不利变异淘汰种群基因频率定向改变生物朝一定(适应环境)方向发展 2.可遗传变异不能决定进化的方向 由于突变和基因重组都是随机的、不定向的,因此它们只是提供了生物进化的原材料,不能决定生物进化的方向。【典例2】有翅昆
15、虫有时会出现残翅或无翅的突变类型,这类昆虫在正常情况下很难生存下去,但在经常刮大风的海岛上,这种突变类型因不能飞行,从而避免被风吹到海里淹死。这个事例说明()A.突变多数是有害的 B.突变多数是有利的 C.突变的有害和有利并不是绝对的 D.突变的有害和有利是绝对的 解析:有翅昆虫突变成无翅或残翅昆虫,正常情况下这些变异类型因不能飞行,活动范围小,在生存斗争中占劣势,逐渐被淘汰,但在经常刮大风的海岛上这一特定环境中,残翅或无翅这种变异类型因不能飞行,避免了被风吹到海里,在海岛上存活下来。这个事例说明突变的有害和有利并不是绝对的,它取决于生物生存的环境。答案:C 备选例题 B 有一个随机交配的种群
16、,在没有迁移等条件下,两年内该种群的基因型频率的变化如表:时间(年)AA(%)Aa(%)aa(%)1 30 40 30 2 25 50 25 根据现代生物进化理论,在这两年中,与这对基因有关的判断,正确的是()A.该种群将朝着Aa增多方向进化 B.该种群没有表现出生物的进化 C.该种群的生活环境有较大变化 D.该种群将较容易发生基因突变 解析:根据所学知识可知,生物进化的实质是种群基因频率的改变,根据题中的基因型可以算出第一年和第二年的A和a的基因频率都是50%,即种群基因频率没有改变,因此该种群没有表现出生物的进化。D 解析:基因型频率改变,生物未必进化,A错误;色盲是伴X染色体隐性遗传病,
17、由于男性个体只有一条X染色体,只要有色盲基因就是患者,而女性个体有两条X染色体,只有两条X染色体都含有色盲基因时才是患者,所以人群中色盲患者男性多于女性,又因为女性中有携带者,所以B错误;Aa自交后代基因频率不变,基因型频率改变,所以C错误。【题组演练】1.下列关于基因频率、基因型频率与生物进化的叙述正确的是()A.一个种群中,控制一对相对性状的基因型频率的改变说明物种在不断进化 B.色盲患者中男性多于女性,所以男性群体中色盲的基因频率大于女性群体 C.Aa自交后代所形成的群体中,A基因的频率大于a基因的频率 D.一个种群中,控制一对相对性状的各种基因型频率之和为1 2.(2015安徽马鞍山二
18、中期中)下列不能体现生物正在进化的是()A.在黑褐色环境背景下,黑色桦尺蠖被保留,浅色桦尺蠖被淘汰 B.杂合高茎豌豆通过连续自交导致后代纯合子频率越来越高 C.杂交育种通过不断地自交、筛选和淘汰使得纯合矮秆抗病小麦比例越来越高 D.青霉菌经过辐射诱变、筛选获得了青霉素产量很高的菌株 解析:生物进化的实质是种群的基因频率发生改变。在黑褐色环境背景下,黑色桦尺蠖被保留,浅色桦尺蠖被淘汰,改变了种群的基因频率;杂合高茎豌豆通过连续自交导致后代纯合子频率越来越高,但种群基因频率不变;杂交育种通过不断地自交、筛选和淘汰使得纯合矮秆抗病小麦比例越来越高,改变了种群的基因频率。青霉菌经过辐射诱变、筛选获得了青霉素产量很高的菌株,也改变了种群的基因频率。B 点击进入课时训练 谢谢观赏Thanks!