資源簡介

6.3.1 種群基因組成的變化
教案
一、教學目標
1.簡述種群、種群基因庫、基因頻率等概念的內涵。
2.運用數學方法討論種群基因頻率的變化。
3.闡述自然選擇對種群基因頻率變化的影響。
4.說明隔離在物種形成中的作用。
二、教學重難點
1.教學重點
（1）種群、物種、基因頻率、隔離等概念。
（2）變異、選擇和隔離在生物進化中的作用。
2.教學難點
（1）自然選擇對種群基因頻率變化的影響。
（2）隔離在物種形成中的作用。
教學過程
【導入】：問題探討：假定獼猴群體中有一只雄性個體發生了變異（超猴），變異使其在生存斗爭中獲得了優勢。
討論：
超猴使其所在的群體強大起來，但它卻沒有合適伴侶孤獨一生，其死后獼猴群體又恢復到原來的樣子，這能不能說獼猴群體進化了？
假如超猴降低一點擇偶標準，與普通雌性交配生小猴子。當超猴死去，多年之后，超猴的表型（基因）能不能在群體中擴散開來？
【過渡】自然選擇直接作用的是生物的個體，而且是個體的表型。但是，在自然界，沒有哪個個體是長生不死的，個體的表型會隨著個體的死亡而消失，決定表型的基因卻可以隨著生殖而世代延續，并且在群體中擴散。
研究生物的進化，僅研究個體和表型是不夠的，還必須研究群體基因組成的變化。
一、種群和種群基因庫
1. 種群的概念
生活在一定區域的同種生物全部個體的集合叫做種群。
舉例：一片樹林中的全部獼猴
一片草地上的所有蒲公英
一間屋中的全部蟑螂（不是一個種群）
2. 種群的特點
種群的個體并不是機械地結合在一起。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。
種群在繁衍過程中，個體有新老交替，基因卻代代相傳。
總結：種群是生物繁殖的基本單位。
種群是生物進化的基本單位。
3. 種群基因庫
一個種群中全部個體所含有的全部基因叫這個種群的基因庫。
4. 基因頻率
在基因庫中，某基因占全部等位基因數的比率叫做基因頻率。
5. 基因型頻率
在一個種群中，某基因型個體占全部個體的比率。
例：某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因為A，決定翅色為褐色的基因為a，從種群中
隨機抽出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。那么A和a的基因頻率是多少？
已知：基因型AA的個體為30，Aa個體為60，aa個體為10，那么控制此性狀的等位基因總數共200個。
解析：A基因數=2×30﹢60=120個
a基因數=60﹢2×10=80個
總結：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。
6. 遺傳平衡定律（哈代－溫伯格定律）
用數學方法討論基因頻率的變化
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（無選擇），基因A和a都不產生突變，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？
總結：
當群體滿足以下五個條件：
①群體數量足夠大； ②全部的雌雄個體間都能自由交配并能產生后代； ③沒有遷入與遷出； ④不同個體生存能力相同（無選擇）； ⑤不產生突變
遺傳平衡定律：
遺傳平衡群體自由/隨機交配一次后，種群的基因頻率和基因型頻率均保持不變。
設A的基因頻率為p，a的基因頻率為q；則有p+q=1，那么
(p+q)2 = p2 + 2pq + q2 ＝ 1
AA=p2 Aa=2pq aa=q2
二、種群基因頻率的變化
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：生物自發突變的頻率很低，而且大多數突變對生物體是有害的，那么，它為何還能夠作為生物進化的原材料呢？
由于種群是由許多個體組成，每個個體的細胞中都有成千上萬個基因，這樣，每一代就會產生大量的突變。
【例如】果蠅1組染色體上約有1.3×104個基因，假定每個基因的突變頻率都為10-5，對一個約有108個個體的果蠅種群來說，每一代出現的基因突變數是： 2×1.3× 104 × 10－5× 108 =2 .6×107（個）
突變的有害和有利也不是絕對的，這往往取決于生物的生存環境。
【例如】有翅的昆蟲中有時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，這類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。
總結：突變和基因重組是隨機的、不定向的
思考：種群基因頻率的改變是否也是不定向的呢？
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）。它們夜間活動，白天棲息在樹干上。雜交實驗表明，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。在19世紀中葉以前，樺尺蛾幾乎都是淺色型的，該種群中S基因的頻率很低，在5%以下。到了20世紀中葉，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。19世紀時，曼徹斯特地區的樹干上長滿了淺色的地衣。后來，隨著工業的發展，工廠排出的煤煙使地衣不能生存，結果樹皮裸露并被熏成黑褐色。
假設1870年，樺尺蛾種群的基因型頻率為SS10%,Ss 20%,ss 70%,S基因的頻率為20%。在樹干變黑這一環境條件下，假如樹干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得種群中淺色個體每年減少10%,黑色個體每年增加10%。第2~10年間，該種群每年的基因型頻率各是多少？每年的基因頻率是多少？（計算結果填入下表）（詳見課本）
總結歸納：自然選擇定向改變種群的基因頻率
自然選擇直接選擇表型而不是基因型。
在自然選擇的作用下，種群基因頻率發生定向改變，導致生物朝著一定的方向不斷進化
在自然選擇的作用下，具有有利變異的個體更有機會產生后代，種群中控制有利變異表型的基因的頻率也會不斷提高；相反，具有不利變異的個體留下后代的機會少，種群中控制不利變異表型的基因的頻率會下降。
【課堂小結】
【隨堂練習】略

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