第2节 现代生物进化理论的主要内容.ppt
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1、第2节现代生物进化理论的主要内容现在学习的是第1页,共75页幼幼 虎虎 把自己想象成虎体内的一个基因。你不仅不愿把自己想象成虎体内的一个基因。你不仅不愿意自己在虎的后代中消失,而且想让越来越多的虎意自己在虎的后代中消失,而且想让越来越多的虎拥有自己的拷贝。你怎样才能达到这一目的呢?你拥有自己的拷贝。你怎样才能达到这一目的呢?你将选择做哪一种基因?将选择做哪一种基因?一个基因所控制的性一个基因所控制的性状对个体生存和繁殖后代状对个体生存和繁殖后代的贡献越大的贡献越大,拥有该基因拥有该基因的个体的可能越多的个体的可能越多!当然当然就会使越来越多的虎拥有就会使越来越多的虎拥有自己的拷贝自己的拷贝!现
2、在学习的是第2页,共75页 达尔文的自然选择学说指出,在一达尔文的自然选择学说指出,在一种生物的群体中,出现有利变异的个体种生物的群体中,出现有利变异的个体能存活,并且有机会留下自己的后代。能存活,并且有机会留下自己的后代。但是,研究生物的进化,仅研究个体但是,研究生物的进化,仅研究个体的表现型是是否与环境相适应是不够的,的表现型是是否与环境相适应是不够的,还必须研究还必须研究群体群体基因组成的变化。基因组成的变化。这个群体就是这个群体就是种群种群!现在学习的是第3页,共75页现在学习的是第4页,共75页(一)种群是生物进化的基本单位(一)种群是生物进化的基本单位1 1、种群概念:、种群概念:
3、生活在生活在一定区域一定区域的的同种生物同种生物的的全部个体全部个体。卧龙自然保护区猕猴现在学习的是第5页,共75页判断下列是否属于种群判断下列是否属于种群(1 1)一个池塘中的全部鱼)一个池塘中的全部鱼 (2 2)一个池塘中的全部鲤鱼)一个池塘中的全部鲤鱼(3 3)两个池塘内的全部青蛙)两个池塘内的全部青蛙(4 4)一片草地上的全部植物)一片草地上的全部植物(5 5)一片草地上的成年梅花鹿)一片草地上的成年梅花鹿庙里的一群和尚也属于种群吗庙里的一群和尚也属于种群吗?否是否否否现在学习的是第6页,共75页2 2、种群的特点:、种群的特点:种群中的个体并不是机械地集合在一起,而是种群中的个体并不
4、是机械地集合在一起,而是彼此彼此可以交配可以交配,并,并通过繁殖将各自的基因传给后通过繁殖将各自的基因传给后代代。思考:思考:同前一年的蝗虫种群相比,新形成的蝗同前一年的蝗虫种群相比,新形成的蝗虫种群在虫种群在基因组成基因组成上会有什么变化吗?上会有什么变化吗?现在学习的是第7页,共75页3 3、基因库:、基因库:一个种群一个种群中中全部个体全部个体所含有的所含有的全部基因全部基因。4 4、基因频率:、基因频率:在一个种群基因库中,某个基因占全部等位在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因数的比率。基因数的比率。基因频率基因频率该基因的总数该基因的总数该等位基因的总数该等位基因的总数现在学习
5、的是第8页,共75页例例:如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A A,决定翅色为褐,决定翅色为褐色的基因为色的基因为a a,从种群中随机抽出从种群中随机抽出100100个个体,测知基因型为个个体,测知基因型为AAAA、AaAa和和aaaa的个体分别是的个体分别是3030、6060和和1010个。那么个。那么A A和和a a的基因频率是多的基因频率是多少少?解解:A A基因的基因频率为基因的基因频率为:a a基因的基因频率为:基因的基因频率为:基因频率基因频率=某基因的数目某基因的数目该基因的等位基因的总数该基因的等位基因的总数=纯合子频率纯合子频率+1/2+
6、1/2杂合子频率杂合子频率=40%=40%=30/100100%=30/100100%+1/260/100100%=60%+1/260/100100%=60%=10/100100%=10/100100%+1/260/100100%=40%+1/260/100100%=40%A%=100%100%2AAAa2(AAAaaa)a%=100%100%=60%=60%2aaAa2(AAAaaa)100%100%现在学习的是第9页,共75页练习 AA、Aa、aa的个体分别占24%、72%、4%、那么A、a的基因频率是多少?()A.36%和64%B.57%和43%C.24%和72%D.60%和40%D现在
7、学习的是第10页,共75页现在学习的是第11页,共75页新代基因型的频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率A()A()a()a()子代基因型频率AA()Aa()aa()子代基因频率A()a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%p+q=1(p+q)2=p2+2pq+q2=1AA=p2 Aa=2pq aa=q2p表示基因A的频率,q表示基因a的频率哈代哈代-温伯格公式温伯格公式(遗传平衡定律)(遗传平衡定律)(1)现在学习的是第12页,共75页 如果一个种群能保证下列五个条件:如果一个种群能保证下列五个条件:该种群非常大;该种群非常大;所有的雌雄个体都能自由交
8、配;所有的雌雄个体都能自由交配;没有迁入和迁出;没有迁入和迁出;自然选择对不同表现型的个体没有作用;自然选择对不同表现型的个体没有作用;每对基因每对基因不发生突变,并且携带每对基因的染色体不发生变异。不发生突变,并且携带每对基因的染色体不发生变异。这个种群的基因频率(包括基因型频率)就可以一代代这个种群的基因频率(包括基因型频率)就可以一代代稳定不变,保持平衡。这就是遗传平衡定律,也称哈代稳定不变,保持平衡。这就是遗传平衡定律,也称哈代温伯格平衡。温伯格平衡。遗传平衡定律遗传平衡定律(2)对自然界的种群来说,这五个条件都能成立对自然界的种群来说,这五个条件都能成立吗?吗?现在学习的是第13页,
9、共75页 这是因为,第一:这是因为,第一:足够大的种群是不存在足够大的种群是不存在,而根据概率原理,当个体数不是充足大,而根据概率原理,当个体数不是充足大时,实际得到的数值与理论上的数值就存时,实际得到的数值与理论上的数值就存在误差,实际中子代和亲代的基因频率就在误差,实际中子代和亲代的基因频率就会有差异。会有差异。不能不能现在学习的是第14页,共75页第二:第二:种群中充分的随机交配也是不现种群中充分的随机交配也是不现实的,也就是说不同基因型的卵细胞和精子实的,也就是说不同基因型的卵细胞和精子结合的机会不会是均等的结合的机会不会是均等的。例如,在生殖季节,为了争夺异性配偶,雄性海象之间要进行
10、激烈而又例如,在生殖季节,为了争夺异性配偶,雄性海象之间要进行激烈而又残酷的竞争,争斗的最后结果常常是强大的一方占有二三十个雌性海象,由残酷的竞争,争斗的最后结果常常是强大的一方占有二三十个雌性海象,由于竞争失败,有的雄性海象没有任何的交配机会。假设其它条件不变,在生于竞争失败,有的雄性海象没有任何的交配机会。假设其它条件不变,在生殖季节里,如果竞争力强的雄性海象个体基因型大多数是殖季节里,如果竞争力强的雄性海象个体基因型大多数是AAAA,而竞争失败的,而竞争失败的雄性海象个体的基因型大多数是雄性海象个体的基因型大多数是aaaa(可能是由于本身基因型的关系,而导致(可能是由于本身基因型的关系,
11、而导致性状上的差异),那么性状上的差异),那么A A的基因频率将越来越大。的基因频率将越来越大。现在学习的是第15页,共75页第三:第三:基因突变每时每刻都有可能发生基因突变每时每刻都有可能发生。虽。虽然每一个基因突变的频率很低很低,但一个种群然每一个基因突变的频率很低很低,但一个种群中有很多很多的基因,所以基因的实际突变数是中有很多很多的基因,所以基因的实际突变数是较大的,而且经过代代的遗传基因突变必然对种较大的,而且经过代代的遗传基因突变必然对种群的基因频率产生影响,使基因的频率发生改变。群的基因频率产生影响,使基因的频率发生改变。如由如由a突变成突变成A的数或的数或a突变成其它复等位基因
12、的突变成其它复等位基因的数相对较大,则数相对较大,则a的基因频率将越来越小。的基因频率将越来越小。第四:第四:由于各种原因,种群中有的个体会离由于各种原因,种群中有的个体会离开该群体,相反的可能,有的同种的外来个体会开该群体,相反的可能,有的同种的外来个体会迁入该种群迁入该种群,使种群中各种基因型的比例发生变,使种群中各种基因型的比例发生变化,而导致种群基因频率的改变化,而导致种群基因频率的改变。现在学习的是第16页,共75页第五:第五:在自然界中,自然选择是不可抗在自然界中,自然选择是不可抗拒的,始终对种群发挥作用拒的,始终对种群发挥作用。如基因型为。如基因型为aaaa的个体由于本身基因的原
13、因,在特定的环境条的个体由于本身基因的原因,在特定的环境条件下,而导致性状缺陷,不能适应变化了的环件下,而导致性状缺陷,不能适应变化了的环境,在自然选择中处于不利地位,则境,在自然选择中处于不利地位,则a a的基因的基因频率也会越来越小。频率也会越来越小。现在学习的是第17页,共75页 (3 3)如果该种群出现新的突变型,也就是产生如果该种群出现新的突变型,也就是产生新的等位基因(新的等位基因(A A2 2),种群的基因频率会变化),种群的基因频率会变化吗?基因吗?基因A A2 2的频率可能会怎样变化?的频率可能会怎样变化?突变产生的新基因会使种群的基因频率发生突变产生的新基因会使种群的基因频
14、率发生变化变化。基因基因A2A2的频率是增加还是减少,要看这一突的频率是增加还是减少,要看这一突变变对生物体是有益还是有害的对生物体是有益还是有害的,这往往取决于,这往往取决于生物生存的环境生物生存的环境。现在学习的是第18页,共75页生物进化的实质:生物进化的实质:种群的进化过程就是种群基因频率种群的进化过程就是种群基因频率发生变化的过程。发生变化的过程。通过讨论基因频率的变化可以认通过讨论基因频率的变化可以认识到,自然界中种群的基因频率一定识到,自然界中种群的基因频率一定会发生变化,也就是说种群的进化是会发生变化,也就是说种群的进化是必然的。必然的。现在学习的是第19页,共75页2 2、一
15、种蛾中控制浅颜色的等位基因是隐性的,控制深颜色的、一种蛾中控制浅颜色的等位基因是隐性的,控制深颜色的等位基因是显性的。假设一个种群中有等位基因是显性的。假设一个种群中有640640只浅色的蛾和只浅色的蛾和360360只深色的蛾,群体呈遗传平衡,那么有多少只杂合子的蛾?只深色的蛾,群体呈遗传平衡,那么有多少只杂合子的蛾?1 1、某工厂有男女职工各、某工厂有男女职工各200200名,对他们进行调查时发现,女名,对他们进行调查时发现,女性色盲基因的携带者为性色盲基因的携带者为1515人,患者人,患者5 5人,男性患者人,男性患者1111人,那么人,那么这个群体中色盲基因的频率是多少?这个群体中色盲基
16、因的频率是多少?6%320只只(15+52+11)/(200女女2+200男男1)因,因,aa=q2=640/(640+360)=0.64a=q=0.8又因又因q+p=1,则,则A=p=1-q=1-0.8=0.2Aa=2pq=20.80.2=0.32Aa的个体数的个体数=0.32(640只只+360只只)=320只只小试牛刀小试牛刀现在学习的是第20页,共75页解析解析:都是自交,不能用遗传平衡定律!都是自交,不能用遗传平衡定律!由由于于AA=25%,aa=39%,可知,可知Aa=1-25%-39%=36%。该种群的个体自交一代后,。该种群的个体自交一代后,基因型基因型AA=25%1+36%=
17、34%,答案答案:B3 3、已知某种群中,已知某种群中,AAAA基因型频率为基因型频率为25%25%,aaaa基因型频率为基因型频率为39%39%,则该种群的个体自交一代后,基因型,则该种群的个体自交一代后,基因型AAAA的频率为的频率为()A.50%A.50%B.34%B.34%C.25%C.25%D.61%D.61%现在学习的是第21页,共75页归纳总结:归纳总结:l在一个在一个随机交配随机交配的群体里,在没有迁移、突变和选择的条件下,的群体里,在没有迁移、突变和选择的条件下,世代相传不发生变化,计算基因频率时,就可以采用世代相传不发生变化,计算基因频率时,就可以采用遗传平衡遗传平衡定律定
18、律计算,即计算,即(P+Q)(P+Q)=P=P+2PQ+Q+2PQ+Q=1=1,P P代表代表A?QA?Q代表代表a a,P P代表代表AAAA,2PQ2PQ代表代表AaAa,Q2Q2代表代表aaaa。l常染色体上的基因,已知各基因型的比例,求该种群常染色体上的基因,已知各基因型的比例,求该种群自交自交一一代后,某基因型或某基因的频率时,代后,某基因型或某基因的频率时,不能用遗传平衡定律不能用遗传平衡定律,要先计算出当代各种基因型的频率,再在自交后代中统计要先计算出当代各种基因型的频率,再在自交后代中统计出各种基因型的频率。出各种基因型的频率。现在学习的是第22页,共75页影响种群基因频率变化
19、的根本原因是什么?影响种群基因频率变化的根本原因是什么?变异变异变异的类型有那些?变异的类型有那些?不能遗传的变异不能遗传的变异可遗传的变异可遗传的变异基因突变基因突变基因重组基因重组染色体变异染色体变异现在学习的是第23页,共75页 1.1.基因突变的特点:基因突变的特点:普遍性普遍性 ,随机性,低频性,随机性,低频性,多害少利性,不定向多害少利性,不定向性性。(二)突变和基因重组(二)突变和基因重组产生生物进化的原材料产生生物进化的原材料 思考:思考:自然界中生物的自然突变频率很低,而且自然界中生物的自然突变频率很低,而且一般对生物体是有害的。为什么还能够一般对生物体是有害的。为什么还能够
20、作为生物进作为生物进化的原材料化的原材料呢?呢?种群是由许多个体组成的,每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因,这样,每一代就会产生大量的突变。现在学习的是第24页,共75页 例如:一个果蝇约有例如:一个果蝇约有10104 4对基因,假定每个基因的突对基因,假定每个基因的突变率都是变率都是10105 5,若有一个中等数量的果蝇种群(约有,若有一个中等数量的果蝇种群(约有10108 8个个体),那么每一代出现基因突变数是多少呢?个个体),那么每一代出现基因突变数是多少呢?2104105个体个体108种群种群=21072 2种群中突变的特点:种群中突变的特点:突变数很大、随机、不定突变数很大、随
21、机、不定向向3 3突变的有害和有利也不是绝对的,取决于生物的生存环境。突变的有害和有利也不是绝对的,取决于生物的生存环境。结论:突变和基因重组产生进化的原材料结论:突变和基因重组产生进化的原材料现在学习的是第25页,共75页基因重组基因重组突变突变新的等位基因新的等位基因多种多样多种多样的基因型的基因型种群中出现大量种群中出现大量可遗传的变异可遗传的变异变异是变异是不定向不定向的的形成了形成了进化的原材料进化的原材料,不能不能决定生物进决定生物进化的方向化的方向现在学习的是第26页,共75页 人类把鲫人类把鲫鱼的后代培鱼的后代培育成金鱼,育成金鱼,实质就是通实质就是通过过选择选择改变改变基因频
22、率。基因频率。从图中看显从图中看显然红色基因然红色基因的频率显著的频率显著提高了提高了。现在学习的是第27页,共75页长满地衣的树干上的桦尺蠖长满地衣的树干上的桦尺蠖长满地衣的树干上的桦尺蠖长满地衣的树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖探究自然选择对种群基因频率的影响探究自然选择对种群基因频率的影响英英19世纪曼彻斯特世纪曼彻斯特英英20世纪曼彻斯特世纪曼彻斯特自然选择可以使种群的基因频率定向改变自然选择可以使种群的基因频率定向改变问题:问题:桦尺蠖种群中桦尺蠖种群中s s基因的频率为什么越来越低?基因的频率为什么越来越低?假设:假设:
23、根据前面所学的你能做出假设吗?根据前面所学的你能做出假设吗?现在学习的是第28页,共75页 现在我们用数学方法来讨论一下桦尺蠖基因频率变化的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。原因。18701870年桦尺蠖的基因型频率为年桦尺蠖的基因型频率为SS 10%SS 10%;Ss 20%Ss 20%;ss 70%ss 70%,在树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不利于浅,在树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不利于浅色桦尺蠖的生存,使得种群中浅色个体每年减少色桦尺蠖的生存,使得种群中浅色个体每年减少10%10%,黑色,黑色个体每年增加个体每年增加10%10%,以后的几年内,桦尺蠖种群每
24、年的基因,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?型频率与基因频率是多少呢?第第1年年第第2年年第第3年年第第4年年基因基因型频型频率率SS10%10%11.5%11.5%Ss20%20%22.9%22.9%ss70%70%65.6%65.6%基因基因频率频率S20%20%23%23%s80%80%77%77%13.1%升高升高26%60.9%26.1%73.9%14.6%29.3%56.1%29.3%70.7%降低降低现在学习的是第29页,共75页(1)(1)在这个探究实验中根据上面的数据分析,变黑的环境对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
25、的影响?变黑的环境对桦尺蠖浅色个体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?的出生率有影响吗?(2)(2)在自然选择中,直接受选择的是基因型还是表现型?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变黑的环境使控制浅色的s s基因频率减少基因频率减少,S,S基因频率增基因频率增加加。许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食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体色的基因。结论:自然选择决定生物进化的方向结论:自然选择决定生物进化
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