课程内容

《种群基因频率的改变与进化》（必修2）
考纲要求：
现代生物进化理论的主要内容
现代生物进化理论的由来
一、拉马克的进化学说
（一）内容：1.物种是可变的
2.生物是由低等向高等进化的
3.环境的变化可以引起物种的变化
4.用进废退和获得性遗传
（二）拉马克认为生物进化的原因：
①是“用进废退”；②是“获得性遗传”
用进废退：用进废退是指一种动物由于若干时代中经常使用某器官，就会使该器官得到发展；或者历代少用甚至不用某器官，就会使该器官退化以致完全丧失。
获得性遗传：由于环境影响或用进废退所获得的变异性状，可以通过繁殖遗传给后代。
思考：请利用拉马克的观点解释长颈鹿为什么脖子长？
拉马克认为长颈鹿的进化是因为草地退化后要吃树叶，当然颈长的有优势，它们想要长颈，于是天天使劲地将颈伸长，终于形成了现在的长颈鹿。
（三）历史意义：
1.历史上第一个系统地提出进化理论的学者。
2.反对神创论和物种不变论
（四）不足：
1.拉马克提出的用进废退和获得性遗传的观点缺少科学证据的支持，大多来自主观臆测。
2.拉马克过于强调环境的变化直接导致物种的改变。
下列说法符合拉马克进化观点的是（C)
①食蚁兽的舌头变得细长，是由于食蚁兽长期舔食蚂蚁的结果
②比目鱼的双眼并列于向光的一面，是由于长期卧伏雨海底的缘故
③长颈鹿经常努力伸长颈和前肢去吃树上的叶子，因此颈和前肢都变得很长
④鼹鼠由于长期生活与地下，眼睛萎缩、退化
⑤病菌抗药性的不断增强是由于抗生素对病菌的抗药性变异定向选择并逐渐积累的结果
A ①②③      B ④    C ①②③④   D  ①②③④⑤
达尔文的自然选择学说
事实1：生物都有过渡繁殖的倾向
事实2：物种内的个数能保持稳定
事实3：资源是有限的
推论1：个体间存在着生存斗争
生存斗争
生物个体之间进行的相互斗争，以及生物与无机自然环境之间的斗争，赖以维持个体共存并繁衍种族的自然想象。
产生共存斗争的原因  生物为争夺有限的生活条件（食物、水、空间、配偶、阳光等）
生存斗争产生的结果   生物大量死亡，少量存活。对生物个体往往有害，但对生物物种是有利的。
生存斗争范畴  ①种内斗争   ②种间斗争   ③生物与非生物之间的斗争
达尔文的自然选择学说
事实4：个体间普遍存在差异（变异）
事实5：许多变异是可以遗传的
推论2：具有有利变异的个体，生存并留下后代的机会多
推论3：有利变异逐代积累，生物不断进化出新类型
达尔文把适者生存，不适者被淘汰的过程叫做自然选择。
模型解读
（1）自然选择的对象
①直接对象是生物的变异性状（表现型）
②间接对象是相关的基因型
③根本对象是与变异性状相对应的基因。
即自然选择的实质是环境对变异所对应的基因的选择，因而可以改变物种的基因频率。
（2）自然选择的因素：对生物的变异起选择作用的是个体所处的自然环境。
（3）自然选择的动力：生存斗争。
①类型：包括种内斗争、种间斗争（竞争）、生物与无机环境之间的斗争。
②意义：生存斗争对生物的某些个体的生存不利，但对物种的生存是有利的，并能推动生物的进化。
③原因：过度繁殖+有限的生活资源
（4）自然选择的结果：适者生存，不适者被淘汰
（5）两个方向--变异不定向，自然选择方向。
自然选择学说的主要内容
①过度繁殖----现象和基础
②生存斗争---动力
③遗传和变异---内因
④适者生存----结果
决定生物进化的方向----自然选择
贡献：
（1）相对系统地解释了生物进化的原因
（2）较好地解释了生物的多样性和适应性
（3）反对神创论和物种不变论，为辩证唯物主义世界观提供了有力的武器
局限性：
（1）对于遗传和变异的本质，未能作出科学的解释
（2）对生物进化的解释也局限与个体水平
（3）强调物种的形成是渐变的结果，不能解释物种大爆发现象
三、达尔文以后进化理论的发展
性状水平→ →（深入）基因（分子）水平
认识到了遗传和变异的本质
获得性遗传的观点，已经被多数人摒弃。
以生物个体为单位→ 以种群为基本单位
形成以自然选择学说为基础的现代生物进化理论
人工选择
选择者：人
选择对象：众多变异类型
选择手段：人工筛选
选择结果：符合人类需要的类型
随堂练习
当“601”药问世时，可治疗病毒性感冒，疗效很好，几年后疗效渐低，其根本原因可能是（C）
A 病毒接触了药物后，慢慢地产生了抗药性
B 病毒为了适应环境，产生了抗药性变异
C 药物的定向选择使病毒的抗药性积累、增强
D 后来的药量用得过少，产生了抗药性变异
答案：C
【探规寻律】
①环境的作用是对变异了的生物进行定向的选择，而不是因某种环境才产生了某种变异。
②生物的变异时不定向的，而生物进化（自然选择的方向是定向的，这个方向指的是适应环境。）
现代生物进化理论的主要内容
种群基因频率的改变与生物进化
一、主要内容
（一）种群是生物进化的基本单位
种群定义：生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群；种群是繁殖和进化的基本单位；延伸：无生殖隔离：同一区域
基因库定义：一个种群中全都个体所含有的全部基因；外延：种群内所有个体、所有细胞的所有基因
排雷：（1）比较
基因频率定义：一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因的比率；外延：进化的实质是种群基因频率的改变
基因型频率定义：指群体中具有某一基因型的个体多占的比例，某计算公式为（该基因型个体数/该种群个体总数）X100%；外延：基因型频率改变，基因频率不一定改变
基因频率的计算方法
1.常染色体遗传方式
设有N个个体的种群，AA、Aa、aa的个体数分别是n1、n2、n3，A、a的基因频率分别用PA、Pa表示，AA、Aa、aa的基因型频率分别用PAA、PAa、Paa表示，则：
PA=（2n1+n2）/2N=n1/N+1/2Xn2/N=PAA+1/2PAa
Pa=（2n3+n2）/2N=n3/N+1/2Xn2/N=Paa+1/2PAa
由以上公式可得出下列结论：
（1）在种群中一对等位基因的频率之和等于1，基因型频率之和也等于1.
（2）一个等位基因的频率=该等位基因纯合子的频率+1/2杂合子的频率
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？（D)
A 36%和64%     B 57%和43%     C 24%和72%     D 60%和40%
A=24%+1/2X72%=60%
通过基因型频率计算基因频率
某种基因的基因频率=某种基因的纯合子频率+1/2杂合子频率
2.伴X染色体遗传方式
（1）在一个工厂中，男女职工各100名，女性中，色盲基因（Xb）携带者为5人，色盲患者为1人；男性中色盲患者为8人，则Xb的基因频率为（5+1*2+8）/（100*2+100）*100%=5%
提醒
①XY型性别决定生物，基因在X染色体上，Y染色体上无等位基因，计算时只计X染色体上的基因数不考虑Y 染色体。ZW型性别决定也是这样。
②伴X遗传病中，男性中患者的表现型概率（色盲）=相关基因型概率（XbY）=相关基因频率（b）
（2）已知人群中，伴X隐性男性患者的比例为p，则可认为这个人群中此基因频率为p，由此可计算女性中患病的频率为p²。例色盲男性中发病率7%，女性中发病率为（7%）²≈0.5%
据调查，某校学生中基因的比例为XBXB（42.32%） XBXb（7.36%） XbXb（0.32%） XBY（46%） XbY（4%），则该地区XB和Xb的基因频率分别是（D)
A 6%、8%   B 8%、92%     C 78% 92%   D 92% 8%
3.哈代--温伯格定律
（1）成立前提
①种群非常大；②所有雌雄个体之间自由交配 ③没有迁入和前处于  ④ 没有自然选择  ⑤ 没有基因突变
（2）计算公式
①当等位基因只有两个时（A、a），设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则基因型AA的频率为p²，Aa的频率为2pq，aa的频率为q²。
②当高速基因型aa的频率为X%时，则a的基因频率为√x%，A的基因频率为1-√x%。AA的基因型频率为（1-√x%）²；Aa基因型频率为2.√x%.1-√x%）
在一个足够大的种群中，A的频率0.4，a的频率是0.6，若各种条件稳定不变，则该种群中AA、Aa、aa的基因型频率各是0.16、0.48、0.36.该种群中所有成熟个体自由交配一次，产生的后代个体中A的频率是0.4，a的频率是0.6.
（2）基因突变和染色体变异、自然选择、遗传漂变、基因迁移均可引起基因频率的改变。
（3）自交与自由交配(随机交配）
①自交是指基因型相同的个体交配，雌雄同株植物是自花传粉。结果是杂合基因型频率降低，纯合基因型频率增大，在无选择条件下，基因频率不变。
②自由交配是指种群内不同基因型的个体间相互交配。在无选择的条件下，基因频率、基因型频率均保持不变，相关计算可按哈代-温伯格定律进行。
③只要种群的基因频率不变，即使基因型频率改变，种群也未发生进化。
一个种群中基因型为AA的个体占24%，基因型为Aa的个体占72%，自由交配一代之后，种群中基因A和基因a的频率分别是（A)
A 60% 40%     B 36%  64%    C 57%  43%   D 24%  76%
答案 A
解析  该种群中基因型为AA的个体占24%，基因型为Aa的个体占72%,则基因型为aa的个体占4%。基因型A的频率为24%+1/2*72%=60%，基因a的频率为4%+1/2*72%=40%。随即交配，基因频率保持不变，故选A
（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料
可遗传变异的三个来源：基因突变、基因重组和染色体变异（基因突变和染色体变异合称突变）。由于突变和基因重组都是随机的、不定向的，因此他们只是提供了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
（三）自然选择决定生物进化的方向
变异时不定向的→ （经自然选择）不利变异被淘汰，有利变异逐渐积累→ 种群的基因频率发生定向改变→ （导致）生物朝一定方向慢慢进化。
提醒：
①自然选择的实质：定向改变基因频率。
②变异与环境的关系：变异在环境变化之前已经产生，环境只是起选择作用，不是影响变异的因素，不要夸大其作用，通过环境的选择将生物个体中产生的不定向的有利变异选择出来，其余变异遭到淘汰。例如喷洒杀虫剂只是将抗药性强的个体选择出来，而不是使害虫产生抗药性。
关于在自然条件下，某随机交配种群中等位基因A、a频率的叙述，错误的是（B）
A 在某种条件下两种基因的频率可以相等
B 该种群基因频率的变化只与环境的选择作用有关
C 一般来说，频率高的基因所控制的性状更适应环境
D 持续选择条件下，一种基因的频率可以将为零