闡述種群，種群基因庫，種群基因頻率等概念的內(nèi)含。運(yùn)用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的變化。闡明自然選擇對種群基因頻率變化的影響。說明隔離在物種形成中的作用。
甲同學(xué)說：當(dāng)然是先有雞蛋了，因?yàn)橹挥猩臣?xì)胞產(chǎn)生的基因突變才能遺傳給后代，體細(xì)胞即使發(fā)生了基因突變，也不能影響后代的性狀。乙同學(xué)說：人們在養(yǎng)雞過程中，是根據(jù)雞的性狀來選擇的，只讓符合人類需求的雞繁殖后代，因此是先有雞后有蛋。你同意哪位同學(xué)的觀點(diǎn)？你的答案和理由是什么？
這兩種觀點(diǎn)都有一定的道理，但都不全面。 因?yàn)樗鼈兒鲆暳穗u和蛋在基因組成上的一致性，也忽視了生物的進(jìn)化是以種群為單位而不是以個(gè)體為單位這一重要觀點(diǎn)。 生物進(jìn)化的過程是種群基因庫在環(huán)境的選擇作用下定向改變的過程，以新種群與祖先種群形成生殖隔離為標(biāo)志，并不是在某一時(shí)刻突然有一個(gè)個(gè)體或一個(gè)生殖細(xì)胞成為一個(gè)新物種。
定義：生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個(gè)體叫作種群。
①一個(gè)池塘中的全部魚 ②一個(gè)池塘中的全部鯉魚③兩個(gè)池塘內(nèi)的全部青蛙④一片草地上的全部植物⑤一片草地上的成年梅花鹿
一片樹林中的全部獼猴是一個(gè)種群
一片水田上的所有水稻是一個(gè)種群
判斷下面例子是不是一個(gè)種群：
一定區(qū)域同種生物全部個(gè)體
一個(gè)菜市場所有的白菜是不是一個(gè)種群？
種群中的個(gè)體并不是機(jī)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。種群是物種繁衍、進(jìn)化的基本單位。
一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因。
在一個(gè)種群基因庫中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比率。
在一個(gè)種群基因庫中，某個(gè)基因型的個(gè)體占個(gè)體總數(shù)的比值。
例：某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因?yàn)锳，決定翅色為褐色的基因?yàn)閍， 從種群中隨機(jī)抽出100個(gè)個(gè)體，測知基因型為AA、Aa和aa的個(gè)體分別是 30、60和10個(gè)。那么A和a的基因頻率是多少？
A基因數(shù)=2×30+60=120個(gè)
a基因數(shù)=60+2×10=80個(gè)
方法二：通過基因型頻率計(jì)算
A基因頻率 = AA的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率
= 30%+1/2×60% = 60%
= 10%+1/2×60% = 40%
AA基因型頻率為: 30%
Aa基因型頻率為: 60%
aa基因型頻率為: 10%
a基因頻率 = aa的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率
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。
=純合子頻率+1/2雜合子頻率
一個(gè)種群繁殖若干代后，其基因頻率會不會發(fā)生變化？
用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化
假設(shè)上述昆蟲種群數(shù)量非常大，所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，沒有遷入和遷出，不同翅色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會是均等的，基因A和a都不產(chǎn)突變，根據(jù)孟德爾的分離定律計(jì)算。
遺傳平衡定律(哈代－溫伯格定律)
當(dāng)群體滿足以下五個(gè)條件： ①昆蟲群體數(shù)量足夠大； ②全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代； ③沒有遷入與遷出； ④自然選擇對性狀沒有作用； ⑤基因A和a都不產(chǎn)生突變
設(shè)A的基因頻率為p，a的基因頻率為q；則有p+q=1，那么
種群的基因頻率將不會改變
( p + q )2 = p2 + 2pq + q2
遺傳平衡：種群基因頻率和基因型頻率不發(fā)生變化
Ⅰ.種群數(shù)量足夠大Ⅱ.自由交配Ⅲ.沒有遷入與遷出Ⅳ.沒有自然選擇Ⅴ.沒有發(fā)生突變
Ⅰ.種群數(shù)量沒有足夠大Ⅱ.不能完全自由交配Ⅲ.存在遷入與遷出Ⅳ.自然選擇不可抗拒Ⅴ.基因突變具有普遍性、隨機(jī)性。
注意：遺傳平衡所指的種群是理想條件下的種群，在自然條件下，這樣的種群是不存在的。這也從反面說明，自然界中種群的基因頻率一定會發(fā)生變化，也就是說種群的進(jìn)化是必然的。
影響種群基因組成變化的因素
如果該種群出現(xiàn)新的突變型(基因型為A2a或A2A2)，也就是產(chǎn)生新的等位基因A2，種群的基因頻率會發(fā)生變化嗎？基因A2的頻率可能會怎樣變化？
突變產(chǎn)生的新基因會使種群的基因頻率發(fā)生變化?；駻2的頻率是增加還是減少，要看這一突變對生物體是有益還是有害的，這取決于生物生存的環(huán)境。
可遺傳變異提供了生物進(jìn)化的原材料。其來源分為突變和基因重組。
基因突變在自然界是普遍存在的?；蛲蛔儺a(chǎn)生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生變化。
例: 果蠅一組染色體上約有1.3×104基因，假定每個(gè)基因的突變率都是10-5，若有一個(gè)中等數(shù)量的果蠅種群（約有108個(gè)個(gè)體），那么每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)是多少呢？
2×1.3× 104
①突變和基因重組：生物自發(fā)突變的頻率很低，而且許多突變是有害的，但是由于種群是由許多個(gè)體組成，每個(gè)個(gè)體的細(xì)胞中都有成千上萬個(gè)基因，每一代就會產(chǎn)生大量的突變。
影響種群基因頻率變化的因素
②生物的生存環(huán)境：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(huán)境。
③有性生殖過程中的基因重組：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)多種多樣可遺傳的變異類型。
貓由于基因重組而產(chǎn)生的毛色變異
【探究·實(shí)踐】探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響
工業(yè)革命前：淺色個(gè)體多
工業(yè)革命后：黑色個(gè)體多
自然選擇對種群基因頻率變化的影響
工業(yè)革命后，環(huán)境被污染，黑色個(gè)體存活率增大。
自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變
樺尺蠖種群中的S基因?yàn)槭裁丛絹碓礁撸?br/>假設(shè)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(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(gè)體每年減少10%，黑色個(gè)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？
假設(shè)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(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(gè)體每年減少10%,黑色個(gè)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(jì)算結(jié)果填入下表）
思考1.樹干變黑會影響樺尺蠖種群中淺色個(gè)體的出生率嗎？為什么？
思考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？
會，因?yàn)闃涓勺兒诤?，淺色個(gè)體容易被發(fā)現(xiàn)，被捕食的概率增加，許多個(gè)體可能沒有交配、產(chǎn)卵前就被天敵捕食，導(dǎo)致其個(gè)體數(shù)減少，影響出生率。
表現(xiàn)型，基因型并不能在自然選擇中起直接作用，因?yàn)樘鞌吃诓妒硺宄唧稌r(shí)，看到的是樺尺蠖的體色而不是控制體色的基因。
自然選擇使基因頻率定向改變。
結(jié)論：自然選擇決定生物進(jìn)化的方向
種群基因頻率發(fā)生定向改變
不利變異被淘汰，有利變異逐漸積累
生物朝一定方向緩慢進(jìn)化
生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率在自然選擇作用下的定向改變。
在自然選擇的作用下，有利變異的基因頻率不斷增大，有害變異的基因頻率逐漸減小。
[典例]兔脂肪白色(F)對淡黃色(f)為顯性，由常染色體上一對等位基因控制。某兔群由500只純合白色脂肪兔和1500只淡黃色脂肪兔組成，F(xiàn)、f的基因頻率分別是(??? ?) A.?15%、85% B.?25%、75% C.?35%、65% D.?45%、55%
[典例]某工廠有男女職工各200名，對他們進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因的攜帶者為15人，患者5人，男性患者11人。那么這個(gè)群體中色盲基因的基因頻率為多大？
[典例]調(diào)查某校學(xué)生中關(guān)于某種性狀的各種基因型及比例為：
則該校學(xué)生中XB和Xb的基因頻率分別是(　　) A.6%、8% B.92%、8% C.78%、92% D.8%、92%
[典例]色盲基因出現(xiàn)的頻率為7%。一個(gè)正常男性與一個(gè)無親緣關(guān)系的女性結(jié)婚，子代患色盲的可能性是（ ）A. 7/400B. 8/400C. 13/400或1/400D. 14/400
[變式]一個(gè)正常男性與一個(gè)無親緣關(guān)系的正常女性結(jié)婚，子代患色盲的可能性是（ ）
[典例]在歐洲人群中，每2500人中就有一人患囊性纖維性變性，這是一種常染色體上的隱性遺病。一對健康的夫婦有一個(gè)患此病的孩子。以后該婦女又與一健康的男子再婚，問這對再婚夫婦生一個(gè)孩子，孩子患病的幾率是 A．1/25 B．1/5 C．1/102 D．1/625
[典例]一只果蠅的突變體在21℃的氣溫下，生存能力很差，但是，當(dāng)氣溫上升到25.5℃時(shí)，突變體的生存能力大大提高。這說明（ ）A．突變是不定向的B．突變是隨機(jī)發(fā)生的C．突變的有害或有利取決于環(huán)境條件D．環(huán)境條件的變化對突變體都是有害的
[典例]使用某種農(nóng)藥防治某種農(nóng)業(yè)害蟲，開始效果很顯著，長期使用后，效果越來越差，原因是（ ）
A.害蟲對農(nóng)藥進(jìn)行了定向選擇B.害蟲對農(nóng)藥逐漸適應(yīng)C.農(nóng)藥刺激害蟲產(chǎn)生了變異D.農(nóng)藥對害蟲的變異進(jìn)行了定向選擇
一般情況下，一定濃度的抗生素會殺死細(xì)菌，但變異的細(xì)菌可能產(chǎn)生耐藥性。在實(shí)驗(yàn)室連續(xù)培養(yǎng)細(xì)菌時(shí)，如果向培養(yǎng)基中添加抗生素，耐藥菌有可能存活下來。
通過觀察細(xì)菌在含有抗生素的培養(yǎng)基上的生長狀況，探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用。
探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用
1.記號筆將培養(yǎng)基分為四個(gè)區(qū)并標(biāo)號
2.將細(xì)菌涂布在培養(yǎng)基平板上
3.將含抗生素的制片和不含抗生素的紙片置于不同的分區(qū)， 蓋上皿蓋。
4.將培養(yǎng)皿倒置于37℃的恒溫箱中培養(yǎng)12~16h
5.觀察并測量抑菌圈直徑,并取平均值
思考1：在連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑發(fā)生了什么變化？這說明抗生素對細(xì)菌產(chǎn)生了什么作用？
抑菌圈的直徑隨著培養(yǎng)代數(shù)的增加而逐漸縮小;說明在細(xì)菌在抗生素的選擇作用下，細(xì)菌的抗藥性逐漸增強(qiáng)。
思考：為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌？
抗生素能夠殺死細(xì)菌，在抑菌圈邊緣抗生素濃度較低，可能存在具有耐藥性的細(xì)菌，因此要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌。
思考：你的數(shù)據(jù)是否支持“耐藥菌是普遍”存在的”這一說法？說說你的理由。
支持。因?yàn)橐志吘壣L的細(xì)菌可能是耐藥菌。
思考：在本實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)條件下，耐藥菌所產(chǎn)生的變異是有利還是有害的？你怎么理解變異是有利還是有害的？
在本實(shí)驗(yàn)條件下，耐藥菌產(chǎn)生的變異一般來說是有利的，有利于生物在特定環(huán)境中生存和繁殖的變異，在此環(huán)境中就是有利變異。
生物進(jìn)化一定會出現(xiàn)新物種嗎？新物種是如何出現(xiàn)的？
能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物
全世界的人都是一個(gè)物種嗎？
獅子和老虎是一個(gè)物種嗎？
所有的騾子是一個(gè)物種嗎？
二倍體西瓜和四倍體西瓜是不是一個(gè)物種？
在加拉帕戈斯群島上生活著13種地雀。這些地雀的喙差別很大，不同種之間存在生殖隔離。而在遼闊的南美洲大陸上，卻看不到這13種地雀的蹤影。不同島嶼的環(huán)境有較大差別，比如島的低洼地帶，布滿棘刺狀的灌叢；而在只有大島上才有的高地，則生長著茂密的森林。
達(dá)爾文在環(huán)球考察中觀察到一個(gè)奇怪的現(xiàn)象。加拉帕戈斯群島位于南美洲附近的太平洋中，由13個(gè)主要島嶼組成，這些島嶼與南美洲大陸的距離為160~950km。
不同群體間的個(gè)體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象。
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。
隔離及其在物種形成中的作用
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)生可育后代的現(xiàn)象。
2．對不同島嶼上的地雀種群來說，環(huán)境的作用有沒有差別？這對種群基因頻率的變化會產(chǎn)生什么影響？
不同島嶼的地形和植被條件不一樣，因此環(huán)境的作用會有差別，導(dǎo)致種群基因頻率朝不同的方向改變。
3．如果這片海域只有一個(gè)小島，還會形成這么多種地雀嗎？
不會。因?yàn)閭€(gè)體間有基因的交流。
1．設(shè)想美洲大陸的一種地雀來到加拉帕戈斯群島后，先在兩個(gè)島嶼上形成兩個(gè)初始種群。這兩個(gè)初始種群的個(gè)體數(shù)量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？
由于這兩個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量都不夠的多，基因頻率可能不一樣。
思考，下列描述錯(cuò)誤的有：1、地雀為了適應(yīng)環(huán)境，喙產(chǎn)生了變異；2、地雀喙產(chǎn)生的變異能遺傳給下一代；3、地雀的進(jìn)化是自然選擇的結(jié)果；4、這13種地雀繁殖能力較強(qiáng)，在生存斗爭中獲勝；5、環(huán)境的差異使地雀發(fā)生了不定向的變異；6、不同小島上的種群由于基因庫改變逐漸出現(xiàn)生殖隔離；7、不同小島在地理上的隔離直接導(dǎo)致了新物種的產(chǎn)生。
加拉帕戈斯群島不同種地雀形成
1.物種形成的必要條件是什么？
2.地理隔離在物種形成過程中起到什么作用？
3、地理隔離必然產(chǎn)生出新的物種嗎？
4、新物種形成的標(biāo)志是什么？
5、產(chǎn)生生殖隔離的根本原因是什么？
6、新物種形成的過程是怎樣的？
種群基因庫間形成明顯的差異。
加拉帕戈斯群島的地雀是通過長期地理隔離形成新物種，產(chǎn)生生殖隔離的著名實(shí)例。
地理隔離，阻隔基因交流
自然選擇，基因頻率發(fā)生改變
生殖隔離，新物種形成的標(biāo)志
物種形成的三個(gè)環(huán)節(jié)①突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料②自然選擇導(dǎo)致種群基因頻率的定向改變③隔離是物種形成的必要條件
① 漸變式（絕大多數(shù)）
隔離是物種形成的必要條件。
新物種形成一定需要經(jīng)過地理隔離嗎？
主要通過染色體變異的方式形成新物種，一旦出現(xiàn)就可以很快形成生殖隔離，不需要地理隔離。此種方式多見于植物
物種形成和生物進(jìn)化的比較
種群的基因頻率定向改變
多次選擇和積累，通過遺傳
小結(jié)（自然選擇決定進(jìn)化的方向）
根據(jù)上述所學(xué)內(nèi)容，歸納：現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容：
⑴種群是生物進(jìn)化的基本單位
⑵突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料
⑶進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的改變
⑷自然選擇決定生物進(jìn)化的方向

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一 種群基因組成的變化

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