【教學目標】
1、理解種群、種群基因庫、基因頻率等概念的內涵，闡明種群是生物繁殖和進化的基本單位。
2、運用數(shù)學方法討論種群基因頻率的變化。
3、結合教材闡明突變和基因重組是生物進化的原材料，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。
【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】
種群基因組成的變化
自然選擇直接作用的是生物的個體，而且是個體的表性。表型隨個體死亡而消失，決定表型的基因隨著生殖而世代延續(xù)，所以研究生物的進化，必須研究種群的基因組成。
一、種群和種群基因庫
1、種群
（1）概念：生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個體叫做種群
（2）特點：種群是生物進化和繁殖的基本單位。
注意：種群中的個體并不是機械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通過繁殖將各自的基因傳給后代.
2、基因庫
一個種群中全部個體所含有的全部基因，叫作這個種群的基因庫。
3、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(shù)的比值，叫作基因頻率。
（1）基因頻率和基因型頻率的計算
以一對等位基因（A、a）和其組成的基因型（AA、Aa、aa）為例
①某基因頻率＝eq \f(該基因總數(shù),該基因及其等位基因總數(shù))×100%
A＝eq \f(2AA＋Aa,2（AA＋Aa＋aa）)×100%
a＝eq \f(Aa＋2aa,2（AA＋Aa＋aa）)×100%
A、a為基因，AA、Aa、aa為三種基因型個體數(shù)。
②常染色體上一個等位基因的頻率＝該等位基因純合子的頻率＋1/2×雜合子的頻率
A＝AA＋1/2Aa；a＝aa＋1/2Aa。
③X染色體上基因的基因頻率的計算
XY型性別決定的生物，基因在X染色體上，Y染色體上無等位基因，計算時只計算X染色體上的基因數(shù)，不考慮Y染色體。ZW型性別決定也是這樣。例如：N表示個體數(shù)。
Xb＝eq \f(Xb,XB＋Xb)＝eq \f(2NXbXb＋NXBXb＋NXbY,2NXX＋NXY)
不涉及Y染色體，XB＋Xb＝1。
④利用哈代—溫伯格定律，由基因頻率計算基因型頻率
①成立前提
a.昆蟲群體數(shù)量足夠大。b.全部的雌雄個體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代。
c.沒有遷入與遷出，d.AA、Aa、aa三種基因型昆蟲的生存能力完全相同（也就是說自然選擇對A、a控制的翅型性狀沒作用）e.沒有突變的發(fā)生。
②計算公式
當?shù)任换蛑挥袃蓚€時（A、a），設p表示A的基因頻率，q表示a的基因頻率，則基因型AA的頻率為p2，Aa的頻率為2pq，aa的頻率為q2。如果一個種群達到遺傳平衡，其基因型頻率應符合：p2＋2pq＋q2＝1。
二、種群基因頻率的變化
1870年樺尺蛾的基因型頻率為SS 10% ； Ss 20%； ss 70%，在樹干變黑這一環(huán)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%，以后的幾年內，樺尺蛾種群每年的基因型頻率與基因頻率是多少呢？
1、可遺傳的變異的來源：基因突變、基因重組和染色體變異。其中，基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變。
2、基因突變在自然界是普遍存在的，因此基因突變產(chǎn)生新的等位基因，這就可能使種群的基因頻率發(fā)生變化。
自然界中生物的自然突變頻率很低，而且一般對生物體是有害的。突變產(chǎn)生的變異有利或有害是絕對，是由生存環(huán)境決定的。雖然突變的頻率很低，但一個種群往往由許多個體組成，而每一個個體的每一個細胞內都有成千上萬個基因，所以在種群中每一代都會產(chǎn)生大量突變。雖然突變具有多害少利性，但微小有利的變異不斷積累也能導致生物進化。
3、基因突變產(chǎn)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(xiàn)多種多樣的可遺傳的變異類型。
由于突變和基因重組都是隨機的、不定向的，因此它們只是提供了生物進化的原材料，不能決定生物進化的方向！
三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響
1、在自然選擇的作用下，選擇具有有利變異的個體，種群中相應基因的頻率會不斷下降。不斷淘汰具有不利變異的個體，種群中相應基因的頻率會不斷下降；
2、自然選擇作用于生物的表型，定向的選擇了有利變異，實質是定向的選擇了有利變異的基因。
所以進化的實質是種群基因頻率的改變。（種群是否進化的判斷依據(jù)）
3、在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會發(fā)生定向改變，導致生物朝著一定的方向不斷進化。
4、變異與選擇之間的關系
（1）變異是不定向的，在自然選擇的作用下，基因頻率發(fā)生定向改變，導致自然選擇是定向的。
（2）自然選擇的過程十分緩慢，其結果符合優(yōu)勝劣汰、適者生存的原則。
隔離在物種形成中的作用
一、隔離與物種的形成
同種生物的不同種群，由于突變和選擇因素的不同，其基因組成可能會朝著不同的方向改變，導致種群間出現(xiàn)形態(tài)和生理上的差異。
1、隔離與物種
（1）物種
（2）隔離
①概念：不同群體間的個體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象。
②常見類型：生殖隔離和地理隔離
地理隔離：同種生物由于地理障礙而分成不同的種群，使得種群間不能發(fā)生基因交流的現(xiàn)象，叫做地理隔離。
生殖隔離：不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產(chǎn)生可育的后代，這種現(xiàn)象叫做生殖隔離。
2、隔離及其在物種形成中的作用
（1）新物種的形成過程
地理隔離（地理障礙導致不同種群間不發(fā)生基因交流）
不同種群會出現(xiàn)不同的突變和基因重組。
不同區(qū)域食物和棲息條件不同，自然選擇對不同種群的基因頻率的改變有所不同。
久而久之，不同種群基因庫就會形成明顯差異
↓
自然選擇
↓
生殖隔離（新物種的形成的標志）
（2）結論：隔離是物種形成的必要條件。
3、物種形成的兩種方式
（1）漸變式：經(jīng)過長期的地理隔離達到生殖隔離，形成新物種。
物種形成的三個環(huán)節(jié)：
①突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料。
②自然選擇決定生物進化的方向。
③隔離導致物種形成。
（2）爆發(fā)式：特定的自然條件下，異源多倍體的形成。
此方式通過異源多倍體的染色體變異方式形成新物種，一旦出現(xiàn)，在很短時間內即可形成生殖隔離（基因頻率改變）。
親代基因型的頻率
AA（30%）
Aa（60%）
aa（10%）
配子的比率
A（30%）
A（30%）
a（30%）
a（10%）
親代產(chǎn)生配子總數(shù)
A（60%）
a（40%）
子一代基因型頻率
AA（36%）
Aa（48%）
aa（16%）
子一代基因頻率
A （60%）
a（40%）
子二代基因型頻率
AA（36%）
Aa（48%）
aa（16%）
子二代基因頻率
A （60%）
a（40%）
子三代基因型頻率
AA（36%）
Aa（48%）
aa（16%）
子三代基因頻率
A （60%）
a（40%）
第1年
第2年
第3年
第4年
……
基因型頻率
SS
10%
11.5%
13.1%
14.6%
Ss
20%
22.9%
26%
29.3%
ss
70%
65.6%
60.9%
56.1%
基因頻率
S
20%
23%
26.1%
29.3%
升高
s
80%
77%
73.9%
70.7%
降低

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一 種群基因組成的變化

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修2《遺傳與進化》

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