67现代生物进化理论的主要内容(第1课时)

第2节现代生物进化理论的主要内容一、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。讨论题目：1.根据达尔文“适者生存、不适者淘汰”的观点该绿色个体一定能被选择下来吗？2.如果该绿色个体能很好的生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给后代？3、如果Aa与其他个体交配生殖，后代还会是绿色吗？自然界中，没有哪一个体是长生不死的个体的基因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来传给后代.后代会发生性状分离，出现aa的个体。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，还需要研究群体的基因组成的变化。思维梳理：研究个体×-----群体---什么样的群体？种群？群落？生态系统？探究活动（二）1.怎样的一群个体可以称为种群呢？实际上，在自然界中，每个物种总是分成一个一个或大或小的群体，这些群体就是不同的种群2.一个生物的“种”或“物种”与种群又有什么区别呢？生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群现在练练吧！以下描述是种群吗？1.一片草地上的全部蛇。2.我国长江流域的全部白暨豚。3.海南岛上四季常有的红树林。4.此时此刻我们所在教室内的全部学生和老师。一个种群中的个体是机械地集合在一起吗？一个种群中的个体是能自由交配、繁殖的，因此种群是生物繁殖的基本单位教材P118的第1题探究活动（三）1.什么是基因库？基因频率的含义是什么？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。2.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？在一个种群基因库中，某基因占全部等位基因数的比率叫做基因频率。在一个种群中，某基因型个体占全部个体的比率。基因型频率：完成教材P118的第2题导学案P76的第9题探究活动（三）遗传平衡状态3.用数学方法讨论基因频率的改变假设讨论题2中的群体满足以下五个条件：①昆虫群体数量足够大，②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，③没有迁入与迁出，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）⑤也没有基因突变和染色体变异。计算：(1)子一代、子二代、子三代的基因频率与基因型频率完成教材P115的表格在有性生殖过程中，如果符合遗传平衡，产生的雌雄配子：A60%A60%a40%a40%36%24%16%AAAaAa24%aa卵子精子亲代子一代子二代子三代基因型频率AA30%Aa60%aa10%基因频率A60%a40%36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%（2）分析各代基因频率与基因型频率相同吗？36%48%16%遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）如果一个种群符合下列条件：⒈种群是极大的；⒉种群个体间的交配是随机的，也就是说种群中每一个个体与种群中其他个体的交配机会是相等的；⒊没有突变产生⒋种群之间不存在个体的迁移或基因交流⒌没有自然选择；那么，这个种群的基因频率（包括基因型）就可以一代代稳定不变，保持平衡。（遗传平衡的种群是理想的种群）。如果用p代表Y基因的基因频率，q代表基因y的频率，那么（p+q）2=p2+2pq+q2=1；p+q=1；YY=p2；Yy=2pq；yy=q2；完成导学案P65的第9题（3）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点假设成立这与前面我们所学的基因突变的哪个特点相违背？基因突变与基因频率的改变有什么关系？普遍存在随机发生突变频率很低多数对生物体是有害的不定向的基因突变可产生新基因(等位基因)，基因突变是可遗传变异的根本来源；是基因频率改变的基础。遗传平衡所指的种群是理想种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。所以种群基因频率迟早要发生变化，所以种群的进化是必然的。思考：生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？例果蝇约有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？2×104×10－5个体×108种群=2×107不可以遗传的变异可遗传的变异基因突变染色体变异基因重组突变突变和基因重组产生生物进化的原材料突变产生等位基因基因重组多种多样的基因型种群出现大量的可遗传变异变异是不定向的形成了进化的原材料（1）根据前面所学的你能做出假设吗？探究活动（四）“探究自然选择对种群基因频率的影响”ss长满地衣的树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖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SS10%；Ss20%；ss70%，在树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不利于桦尺蠖的生存，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年第3年第4年……基因型频率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%s80%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低(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？(4)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•原因：淘汰不利变异基因、积累有利变异基因•结果：使基因频率定向改变。结论：自然选择决定生物进化的方向自然选择对种群基因频率的影响6.某岛屿上存在着尺蛾的两个变种，该地区原为森林，后建设成工业区。下表为该地区不同时期的两个变种尺蛾的数量比。这些变产生的原因是A．灰尺蛾迁离，黑尺蛾迁入B．工业煤烟使灰尺蛾变成黑尺蛾C．自然选择作用D．人工选择的作用7.用现代生物进化理论分析解释狼的进化过程。(1)狼群中存在不同类型的个体，如有跑得快的，有跑得慢的。它说明生物具有______的特性，而这种特性是生物进化的。(2)随着环境的改变，食物稀少，跑得快、凶猛的狼才能获得食物生存下去。这样，食物、环境对狼起了______作用，而这种作用是______的，它决定着生物进化的______。森林时期工业时期灰蛾黑蛾灰蛾黑蛾99%1%1%99%变异原材料选择方向定向的C有关基因频率的计算1．常染色体遗传方面的基因频率计算①通过基因型计算基因频率基因频率=种群中该基因的总数／种群中该等位基因的总数。例3：从某个种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。就这对等位基因来说，每个个体可以看做含有2个基因。那么，这100个个体共有200个基因，其中，A基因有2×30+60=120个，a基因有2×10+60=80个。于是，在这个种群中，A基因的频率为：120÷200=60%a基因的频率为：80÷200=40%②通过基因型频率计算基因频率一个等位基因频率=该等位基因纯合子的频率+1/2杂合子的频率例4：从某种生物种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占24%，基因型为Aa的个体占72%，基因型为aa的个体占4%，基因A和基因a的频率分别是()A.24%72%B.36%64%C.57%43%D.60%40%【解析】根据题意，按方法一计算：在100个个体中，AA占24个，Aa占72个，aa占4个，即在200个基因中，A的基因有2×24＋72=120个，基因频率为120÷200=60%，a的基因频率为40%。（答案为D）按基因型频率计算：A=AA＋1/2Aa=24%＋1/2×72%=60%a=aa＋1/2Aa=4%＋1/2×72%=40%有关基因频率的计算运用遗传平衡公式：例5：在某一个种群中，已调查得知，隐性性状者（等位基因用A、a表示）占16%，那么该种群的AA、Aa基因型个体出现的概率分别为：A.0.36、0.48B.0.36、0.24C.0.16、0.48D.0.48、0.36【解析】第一步已知隐性性状者即aa的基因型频率为16%，那么a基因的频率为0.4、A的基因频率为1-0.4=0.6。第二步将其看作在理想的状态下，运用遗传平衡公式进行计算：AA%=A%×A%=0.6×0.6=0.36；Aa%=2×A%×a%=2×0.6×0.4=0.48答案为A有关基因频率的计算2.伴X遗传方面的基因频率计算这类题目的特殊点是：X染色体总数的正确计算，因为男性中只有一个X染色体，所以计算男性X染色体总数时不需要乘以2，这样就能够得出正确的结果。有关基因频率的计算例7：(2003年2月南京调研卷)对某校学生进行色盲遗传病调查研究后发现：780名女生中有患者23人、携带者52人；820名男生中有患者65人，那么该群体中色盲基因的频率是()A.4.4%B.5.1%C.6.8%D.10.2%【解析】色盲是伴X染色体隐性遗传，女性色盲患者的基因型是：XbXb，女性携带者的基因型是：XBXb，男性色盲患者的基因型是：XbY。(男性无携带者)根据题意，780名女生中有患者23人、携带者52人，因此女性中Xb占：23×2＋52=98；820名男生中有患者65人，因此男性中Xb占：65Xb基因总数：98＋65＝163这样，该校学生中的X染色体总数是：780×2＋820＝2380，这样该群体中色盲基因的频率就是：163/2380=6.8%。答案选C(容易会误算成(780＋820)×2＝3200，结果得出5.1%这一错误结论，而选B)有关基因频率的计算