第3節

種群基因組成的變化與物種的形成一

種群基因組成的變化01說出種群和種群基因庫的概念。02學會運用數學方法計算種群的基因頻率和基因型頻率。03探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響。達爾文的自然選擇學說主要內容過度繁殖，生存斗爭，遺傳變異，適者生存溫故而知新

自然選擇的直接作用對象是基因型還是表型？是個體還是群體？進化基本單位是個體還是種群？在灰色翅（基因型aa）昆蟲的群體中偶然出現一只綠色翅（Aa）的變異個體，且綠色比灰色更不容易被敵害發現。

根據達爾文“適者生存、不適者淘汰”的觀點，該綠色個體能被選擇下來嗎？

如果綠色個體能很好的活下來，它要如何才能將綠色性狀傳給后代？不一定。綠色個體可能因為其它原因死亡。一個個體的適應能力無論多強，如果它的性狀不能遺傳給后代，它在進化中是沒有貢獻的。通過將綠色基因傳遞給子代，才能將綠色性狀一代一代的傳遞下去。性狀的遺傳要通過基因傳遞。【問題探討】aaA自然選擇直接對象：根本對象：個體的性狀（表現型）種群的基因研究生物進化，僅研究個體和表型是不夠的，還必須研究群體基因組成變化。生物進化的基本單位是種群1.概念：生活在一定區域的同種生物全部個體的集合叫作種群。三要素：②同種生物；①同一區域（可大可小）；③全部個體。一片樹林中的全部獼猴一片草地上的所有蒲公英一、種

群判斷下列是否屬于種群：（1）一個池塘中的全部魚（2）一個池塘中的全部鯉魚（3）兩個池塘內的全部青蛙（4）一片草地上的全部植物（5）一個菜市場中的全部鯉魚否是否否否思考？2.特

點

同前一年的蝗蟲種群相比，新形成的蝗蟲種群在基因組成上會有什么變化嗎？(1)種群的個體并不是機械地結合在一起。(2)一個種群其實就是一個繁殖的單位，雌雄個體可以通過繁殖將各自的基因

遺傳給后代。(3)種群在繁衍過程中，個體有新老交替，基因卻代代相傳。☆

種群是繁殖的基本單位，也是生物進化的基本單位。1.基因庫：一個種群中全部個體所含有的全部基因。二、種

群

基

因

庫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”。個體間的差異越大，基因庫也就越大。種群中基因總數越多，基因庫越大，與基因種類無關。2.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%基因型頻率＝特定基因型個體數該種群個體總數×100%3.基因型頻率：在一個種群基因庫中，某個基因型的個體占個體總數的比值。AA基因型頻率=30%，Aa基因型頻率=60%，aa基因型頻率=10%例1：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。求這個種群中AA、Aa、aa的基因型頻率。

例2：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，患者為5人，男性患者為11人。求這個種群中XBXB、XbY的基因型頻率。例3：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。分別求A、a的基因頻率。

基因頻率=某基因總數全部等位基因數×100%方法二：根據基因型頻率計算基因頻率基因常染色體或X、Y染色體的同源區段上方法一：根據定義計算基因頻率例4：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？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。A的基因頻率=30%+/2*60%=60%a的基因頻率=10%+/2*60%=40%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方法二：根據基因型頻率計算基因頻率例4：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，患者為5人，男性患者為11人。那么，這個群體中XB、Xb基因的頻率分別為多少？

XB基因的頻率=1－6%=94%基因僅在X染色體上方法：基因頻率=某基因總數雌性個體數×2+雄性個體數×1×100%

假設上述昆蟲種群數量非常大，所有的雌雄個體間都能自由交配并能產生后代，沒有遷入和遷出，不同翅色的個體生存和繁殖的機會是均等的，基因A和a都不產突變，根據孟德爾的分離定律計算。(1)該種群產生的A配子和a配子的比值各是多少？(2)子代基因型的頻率各是多少？(3)子代種群的基因頻率各是多少？(4)將計算結果填入下表，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會同子一代一樣嗎？親代基因型比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A()A()a()a()子代基因型頻率AA()Aa()aa()子代基因頻率A()a()用數學方法討論基因頻率的變化親代基因型比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A()A()a()a()A()a()子代基因型頻率AA()Aa()aa()子代基因頻率A()a()30%10%30%30%36%16%48%60%40%60%40%子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會同子一代一樣嗎？思考用數學方法討論基因頻率的變化【思考·討論】

假設上述昆蟲①種群數量非常大；②所有的雌雄個體間都能自由交配并能產生后代；③沒有遷入和遷出；④不同翅色的個體生存和繁殖的機會是均等的；⑤基因A和a都不產生突變。根據孟德爾的分離定律,計算并完成下表。親代子一代子二代子三代基因型頻率AA30%Aa60%aa10%基因頻率A60%a40%36%48%40%16%60%36%48%40%16%60%36%48%40%16%60%

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

發生變化，稱為遺傳平衡。不會歸納：已知基因頻率求基因型頻率AA%=

；Aa%=

；aa%=

.設A的基因頻率為p,a的基因頻率為q，自由交配時，求子代基因型情況。雌配子雄配子A(p)a(q)A(p)a(q)棋盤法AA(p2)Aa(pq)Aa(pq)aa(q2)p22pqq2適用條件（遺傳平衡狀態）：①種群非常大；②所有的雌雄個體間都能

自由交配并能產生后代；③沒有遷入和遷出；④沒有自然選擇；⑤沒有基因突變。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5個條件都成立嗎？思考對自然界的種群來說，這5個條件不可能同時都成立。所以，自然界中實際種群的基因頻率是在不斷發生變化的。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？思考突變產生的新基因會使種群的基因頻率發生變化。基因A2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。歸納基因頻率的計算方法：1.根據定義計算A%=a%=×100%aA+a×100%AA+a2.通過基因型頻率計算：基因頻率=純合子基因型頻率+1/2雜合子基因型頻率3.基因和基因型頻率互算：在符合遺傳平衡的某種群中，若A的基因頻率為P，a的基因頻率為q=p2+2pq+q2=1Aa

AAAaaa(p+q)2A基因頻率

=AA的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率a基因頻率=aa的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率（適用位于常染色體上的基因）在種群中，一對等位基因基因頻率之和等于1，基因型頻率之和也等于1

基因突變在自然界是普遍存在的。基因突變產生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發生變化。思考：導致基因頻率變化的原因可能有哪些？基因突變染色體變異基因重組變異可遺傳變異不可遺傳變異突變生物進化的原材料

可遺傳變異提供了生物進化的原材料。其來源分為突變和基因重組。

生物自發突變的頻率很低，且大多數突變對生物體是有害的，它為何還能作為生物進化的原材料呢？三、種群基因頻率的變化2×1.3×104

×108種群=2.6×107（個）個體×10-5例果蠅一組染色體上約有1.3×104基因，假定每個基因的突變率都是10-5，若有一個中等數量的果蠅種群（約有108個個體），那么每一代出現基因突變數是多少呢？

由此可見，雖然基因突變頻率很低，但放到種群中每一代都會有可觀的變異量，雖然大多數都是有害的，但是總會出現一些更適應環境的變異，在自然選擇過程中被保留下來并逐代積累。突變的有利和有害也不是絕對的，往往取決于生物的生存環境。某海島上殘翅和無翅的昆蟲例如，有翅的昆蟲，有時候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，這里昆蟲卻因為不能飛行而避免了被海風吹到海里淹死

基因突變產生的等位基因，通過有性生殖過程中的基因重組，可以形成多種多樣的基因型，從而使種群中出現多種多樣可遺傳的變異類型。特點：結果：突變和基因重組都是隨機的、不定向的只提供了生物進化的原材料，不能決定生物進化的方向。種群基因頻率的改變(生物進化）是否也是不定向的呢?基因重組突變

探究?實踐

探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響英國的曼徹斯特地區有一種樺尺蛾(其幼蟲叫樺尺蠖)。樺尺蛾的體色受一對等位基因S和s控制，黑色(S)對淺色(s)是顯性的。19世紀中葉以前，樹干上長滿了淺色的地衣，樺尺蛾幾乎都是淺色的，該種群中S基因的頻率很低，在5%以下。20世紀中葉，工廠排放的煤煙使地衣不能生存，結果樹皮裸露并被熏成黑褐色。黑色型的樺尺蛾卻成了常見的類型，S基因的頻率上升到95%以上。現象提出問題樺尺蛾種群中s基因（決定淺色性狀）的頻率為什么越來越低呢?

黑褐色的生活環境，不利于淺色樺尺蛾的生存，對黑色樺尺蛾生存有利，這種環境的選擇作用使該種群的s基因的頻率越來越低，即自然選擇可以使種群的基因頻率發生定向改變。

假設1870年，樺尺蛾種群的基因型頻率為：SS10%，Ss20%，ss70%，S基因的頻率為20%。假如樹干變黑使得淺色型個體每年減少10%，黑色個體增加10%。在第2～10年間，該種群的基因型頻率是多少？每年的基因頻率是多少？作出假設討論探究思路

探究?實踐

探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響制訂并實施研究方案第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%(10)Ss20%(20)ss70%(70)個體總數100只基因頻率S20%s80%(11)(22)(63)11.5%23%65.6%22.9%77%(12.1)(24.2)(56.7)13.0%26%61.0%26.0%74%14.6%29.25%56.1%29.3%70.75%(13.3)(26.6)(51.0)升高降低96只93只90.9只

探究?實踐

探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響分析結果得出結論

在自然環境的選擇作用下，該種群的S(深色)基因的頻率逐漸上升，s(淺色)基因的頻率逐漸下降。在自然選擇的作用下，可以使基因頻率發生定向改變，決定生物進化的方向。

探究?實踐

探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響思考?討論1.樹干變黑會影響樺尺蛾種群中淺色個體的出生率嗎？為什么？會影響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。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？表型（體色）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。變異不定向原種群不同性狀不利變異（基因）有利變異（基因）被淘汰種群的基因頻率定向改變生物定向進化⑴原因：不斷淘汰具有

的個體，選擇保留具有

的個體。不利變異有利變異⑵選擇的對象：直接作用對象是個體的

，最終選擇的對象是決定表型的

。表型基因⑶選擇的結果：①基因方面：②生物性狀方面：生物朝著一定的方向不斷進化種群基因頻率發生定向改變自然選擇進化的實質決定生物進化的方向四、自然選擇對種群基因頻率變化的影響

探究實踐：探究抗生素對細菌的選擇作用實驗原理一般情況下，一定濃度的抗生素會殺死細菌，但變異的細菌可能產生耐藥性。在實驗室連續培養細菌時，如果向培養基中添加抗生素，耐藥菌有可能存活下來。通過觀察細菌在含有抗生素的培養基上的生長狀況，探究抗生素對細菌的選擇作用。目的要求1.記號筆將培養基分為四個區并標號2.將