现代进化理论.pptx
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1、现代生物进化理论的主要内容现代生物进化理论的主要内容第七章现代生物进化理论第七章现代生物进化理论种群是生物进化的基本单位种群是生物进化的基本单位1 1、种群概念:、种群概念: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 猕猴判断下列是否属于种群判断下列是否属于种群(1)一个池塘中的全部鱼)一个池塘中的全部鱼(2)一个池塘中的全部鲤鱼)一个池塘中的全部鲤鱼(3)两个池塘内的全部青蛙)两个池塘内的全部青蛙(4)一片草地上的全部植物)一片草地上的全部植物(5)一片草地上的成年梅花鹿)一片草地上的成年梅花鹿否否是是否否否否否否 种群中的个体种群中的个体并不是机械
2、地集合并不是机械地集合在一起在一起,而是彼此可而是彼此可以交配以交配,并通过繁殖并通过繁殖将各自的基因传给将各自的基因传给后代后代.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,而种群中的个体并不是机械地集合在一起,而是彼此是彼此可以交配可以交配,并,并通过繁殖将各自的基因传给通过繁殖将各自的基因传给后代后代。思考:思考:同前一年的蝗虫种群相比,新形成的同前一年的蝗虫种群相比,新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗?蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗?人们为什么要提出人们为什么要提出“种群种群”这个概念呢?这个概念呢?自然界的物种实际上是以一个个种群存自然界的物种实
3、际上是以一个个种群存在的,种群是物种繁衍、进化的基本单位。在的,种群是物种繁衍、进化的基本单位。它为研究生物与环境的关系和物种的变化带它为研究生物与环境的关系和物种的变化带来了方便。来了方便。性状是由基因控制的,性状是由基因控制的,因此研究生物的进化必须研因此研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和如何分析种群的基因组成和变化?由此人们提出基因库变化?由此人们提出基因库和基因频率的概念。和基因频率的概念。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。种群是生物进化的基本单位每一个种群都有它自己
4、的基因库,每一个种群都有它自己的基因库,种群中的个体一代一代地死亡,但种群中的个体一代一代地死亡,但基基因库因库却在却在代代相传代代相传的过程中保持和发的过程中保持和发展。所以,生物进化的展。所以,生物进化的单位单位不是个体,不是个体,而是而是种群。种群。4 4、基因频率:、基因频率:在一个种群基因库中,某个基因占全部在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因数的比率。等位基因数的比率。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基因频率的计算例例:如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为为A,决定翅色为褐色的基因为,决定翅色为褐色的基
5、因为a,从从种群中随机抽出种群中随机抽出100个个体,测知基因个个体,测知基因型为型为AA、Aa和和aa的个体分别是的个体分别是30、60和和10个。那么个。那么A和和a的基因频率是多少的基因频率是多少?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,决定翅色为褐色的基因为色为褐色的基因为a a,从种群中随机抽出从种群中随机抽出100100个个体,测个个体,测知基因型为知基因型为AAAA、AaAa和和aaaa的个体分别是的个体分别是3030、6060和和1010个。那个。那么么A A和和a a的基因频率是多少的基因频率是多少?解解:A A基因的基因
6、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=40%=40%A%=100%100%2AAAa2(AAAaaa)a%=100%100%=60%=60%2aaAa2(AAAaaa)100%100%w伴伴X遗传方面的基因频率计算遗传方面的基因频率计算w对某校学生进行色盲遗传病调查研对某校学生进行色盲遗传病调查研究后发现:究后发现:780名女生中有患者名女生中有患者23人、携带者人、携带者52人;人;820名男生中有名男生中有患者患者65人,那么该群体中色盲基因人,那么该群体中色盲基因的频率是的
7、频率是()wA.4.4%B.5.1%wC.6.8%D.10.2%w根据题意,根据题意,780名女生中有患者名女生中有患者XbXb 23人、携带者人、携带者XBXb 52人,因人,因此女性中此女性中Xb占:占:23252=98;820名男生中有患者名男生中有患者Xb Y 65人,因此男人,因此男性中性中Xb占:占:65wXb基因总数:基因总数:9865163w这样,该校学生中色盲基因和它的这样,该校学生中色盲基因和它的等位基因总数是:等位基因总数是:78028202380,这样该群体中色盲基因的频,这样该群体中色盲基因的频率就是:率就是:163/2380=6.8%。1.在一个种群中随机抽出一定数
8、量的在一个种群中随机抽出一定数量的个体,其中,基因型为个体,其中,基因型为AA的个体占的个体占18%,基因型为,基因型为Aa的个体占的个体占78%,aa的个体占的个体占4%,基因,基因A和和a的频率分别是:的频率分别是:()()A18%,82%B36%,64%C57%,43%D92%,8%2已知人眼的褐色(已知人眼的褐色(A)对蓝色()对蓝色(a)是显性。在一个有是显性。在一个有30000人的人群中,人的人群中,蓝眼的有蓝眼的有3600人;褐眼的有人;褐眼的有26400人,人,其中纯合子有其中纯合子有12000人。那么,在这一人。那么,在这一个人群中个人群中A和和a基因频率分别为基因频率分别为
9、()A064和和036B036和和064C050和和050D082和和0185.据调查,某小学的学生中,基因据调查,某小学的学生中,基因型为型为XBXB的比例为的比例为42.32%、XBXb为为736%、XbXb为为032%、XBY为为46%、XbY为为4%,则在该地区,则在该地区XB和和Xb的基因频率分别为:的基因频率分别为:A6%、8%B8%、92%C78%、92%D92%、8%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,决定翅色为褐色的基因为色为褐色的基因为a a,从种群中随机抽出从种群中随机抽出100100个个体,测个个体,测知基因型为
10、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。那个。那么么A A和和a a的基因频率是多少的基因频率是多少?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+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%=4
11、0%+1/260/100100%=40%A%=100%100%2AAAa2(AAAaaa)a%=100%100%=60%=60%2aaAa2(AAAaaa)100%100%AAAA、AaAa、aaaa的个体分别占的个体分别占24%24%、72%72%、4%4%那么那么 A A、a a的基因频率是多少?的基因频率是多少?()A.36%A.36%和和64%B.57%64%B.57%和和43%43%C.24%C.24%和和72%D.60%72%D.60%和和40%40%D某种基因的基因频率某种基因的基因频率=某种基因的纯合子频率某种基因的纯合子频率+1/2杂合子频率杂合子频率通过基因型频率计算基因频
12、率通过基因型频率计算基因频率A=24%+1/2 X+1/2 X 72%=60%据调查得知,某学校的学生中各血型的据调查得知,某学校的学生中各血型的比率如下:比率如下:IAIA 20%IAi 30%IBIB 10%IBi 20%IAIB 10%ii 10%计算计算IB的基因频率。的基因频率。10%+1/2+1/2(10%+20%)=25%假设假设115115页题目中的种群满足以下五个条件:页题目中的种群满足以下五个条件:昆虫群体数量足够大昆虫群体数量足够大,没有迁入与迁出,没有迁入与迁出,全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代,全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代,AAAA、AaAa、aa
13、aa三三种种基基因因型型昆昆虫虫的的生生存存能能力力完完全全相相同同 (也就是说自然选择对(也就是说自然选择对A A、a a控制的翅型性状没有作用)控制的翅型性状没有作用)A A和和a a都不产生突变都不产生突变,即没有基因突变和染色体变异。即没有基因突变和染色体变异。在有性生殖过程中,如果符合以上的理想条件,在有性生殖过程中,如果符合以上的理想条件,(1)该该种群种群产生的产生的A 配子和配子和a 配子的比率各是多少配子的比率各是多少?A 60%a 40%卵细胞卵细胞精子精子A 60%a 40%36%24%16%AAAaAa24%aa子一子一代基代基因型因型频率频率(2)子代基因型的频率各是
14、多少子代基因型的频率各是多少?(3)子代种群的基因频率各是多少子代种群的基因频率各是多少?30%30%30%10%36%48%60%40%16%亲代基因型的亲代基因型的频率频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率配子的比率A()A()a()a()子代基因型的子代基因型的频率频率AA()Aa()aa()子代种群的基子代种群的基因频率因频率A()a()亲代亲代子一代子一代 子二代子二代 子三代子三代基因基因型频型频率率AA30%Aa60%aa10%基因基因频率频率A60%a40%36%48%16%60%40%36%16%48%60%40%60%40%36%48%16%(4)在讨论题
15、在讨论题2中的群体中的群体满足五个条件满足五个条件的情况下的情况下,计算子二代、子三代的基因频率与基因型频率计算子二代、子三代的基因频率与基因型频率;分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗?分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗?满足五个假设条件满足五个假设条件的种群是理想的种的种群是理想的种群群,在自然条件下在自然条件下,这样的种群是不存在的这样的种群是不存在的.这这也从反面说明了在自然界中也从反面说明了在自然界中,种群的基因频种群的基因频率率迟早要迟早要发生变化发生变化,也就是说种群的也就是说种群的进化进化是是必然的必然的.(5 5)上上述述计计算算结结果果是是在在满满足足五五个个假假设设
16、条条件件的的基基础础上上计计算算的的,对对自自然然界界的的种种群群来来说说,这这五五个个条条件件都都能能成成立立吗吗?特特别别是是如如果果第第点点假假设设(基基因因A和和a都都不不产产生生突突变变,即即没没有有基基因因突突变变和和染染色色体体变变异异。)成成立立这这与与前前面面我我们们所所学学的基因突变的哪个特性相违背?的基因突变的哪个特性相违背?与基因突变的普遍性相违背。与基因突变的普遍性相违背。(6)、如果该种群出现新的突变型,也就、如果该种群出现新的突变型,也就是产生新的等位基因(是产生新的等位基因(A2),种群的基),种群的基因频率会变化吗?基因因频率会变化吗?基因A2的频率可能会的频
17、率可能会怎样变化?怎样变化?突变产生的新基因会使种群的基因频率突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。发生变化。基因基因A A2 2的频率是增加还是减少,要看这的频率是增加还是减少,要看这一突变对生物体是有益还是有害的,这一突变对生物体是有益还是有害的,这往往取决于生物生存的环境。往往取决于生物生存的环境。哈迪-温伯格定律1908年,英国数学家哈迪和德国医生温伯格年,英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别提出关于基因稳定性的见解。他们指出,一分别提出关于基因稳定性的见解。他们指出,一个有性生殖的自然种群中,在符合以下五个条件个有性生殖的自然种群中,在符合以下五个条件的情况下,各等位基因的频率和
18、等位基因的基因的情况下,各等位基因的频率和等位基因的基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的。或者型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的。或者说是保持着基因平衡的。说是保持着基因平衡的。这五个条件是:这五个条件是:1 1、种群很大、种群很大 2 2、随机交配、随机交配 3 3、没有突变和重组、没有突变和重组 4 4、没有个体迁入迁出、没有个体迁入迁出 5 5、没有选择、没有选择哈迪-温伯格定律 处于平衡状态的种群,一对等位基因处于平衡状态的种群,一对等位基因Aa,A的频率为的频率为p,a的频率为的频率为q,则:,则:AA的机率为的机率为p2;Aa的机率为的机率为2pq;aa的机率为的机率为q2哈
19、迪哈迪-温伯格定律可用数学方程式表示为:温伯格定律可用数学方程式表示为:(p p+q q)2 2=p p2 2+2+2pqpq+q q2 23.在某一个人群中,经调查得知,隐性在某一个人群中,经调查得知,隐性性状者为性状者为16,问该性状不同类型的基,问该性状不同类型的基因型频率是多少因型频率是多少?(按按AA、Aa、aa顺序顺序排列排列)()A0.36,0.48,0.16B0.48,0.36,0.16C0.16,0.48,0.36D0.16,0.36,0.384、在欧洲人中有一种罕见的遗传病,、在欧洲人中有一种罕见的遗传病,在人群中的发病率约为在人群中的发病率约为25万分之一,万分之一,患者
20、无生育能力,现有一对表现型正常患者无生育能力,现有一对表现型正常的夫妇,生了一个患病的女儿和正常的的夫妇,生了一个患病的女儿和正常的儿子。后因丈夫车祸死亡,该妇女又与儿子。后因丈夫车祸死亡,该妇女又与一个没任何血缘关系的男子婚配,则这一个没任何血缘关系的男子婚配,则这位妇女再婚后再生一患病孩子的概率是:位妇女再婚后再生一患病孩子的概率是:A.1/4 B.1/250000 C.1/1000 D.1/50000 影响基因频率的因素 在自然条在自然条件下,哈迪件下,哈迪-温伯格定律所温伯格定律所需的五个条件需的五个条件是难以满足的,是难以满足的,因而基因频率因而基因频率总是要发生改总是要发生改变,也
21、就是说变,也就是说进化在任何种进化在任何种群中都是必然群中都是必然要发生的。要发生的。生物进化的实质是基因频率的改变 表面看,自然选择是对一个个生物个体的表面看,自然选择是对一个个生物个体的选择,实质上是对个体所包含的变异进行选择。选择,实质上是对个体所包含的变异进行选择。从现代分子遗传水平看,自然选择实质上是对从现代分子遗传水平看,自然选择实质上是对变异所对应的基因的选择,从而改变着群体中变异所对应的基因的选择,从而改变着群体中不同基因的基因频率。不同基因的基因频率。所以,生所以,生物进化的过物进化的过程的实质是程的实质是种群基因频种群基因频率发生变化率发生变化的过程。的过程。影响种群基因频
22、率变化的根本原因是什么?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2.2.种群基因重组的结果:种群基因重组的结果:产生更多变异产生更多变异(基因型基因型)、不定向、不定向(二)突变和基因重组产生生物进化的原材料(二)突变和基因重组产生生物进化的原材料 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,不定向性多害少利性,不定向性3.3.基因突变和染色体变异统称为突变。基因突变和染色体变异统称为突变。基因
23、突变在自然界是普遍存在的,因此基因突变在自然界是普遍存在的,因此基因突变产生新的等位基因,这就可能使种基因突变产生新的等位基因,这就可能使种群的基因频率发生变化。群的基因频率发生变化。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。为什么还能够改变种一般对生物体是有害的。为什么还能够改变种群中的基因频率呢?群中的基因频率呢?种群是由许多个体组成的,每个个体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。样,每一代就会产生大量的突变。此外,突变的有此外,突变的有害还
24、是有利也不是绝害还是有利也不是绝对的,这往往取决于对的,这往往取决于生物的生存环境。生物的生存环境。例如:一个果蝇约有例如:一个果蝇约有10104 4对基因,假定每个基对基因,假定每个基因的突变率都是因的突变率都是10105 5,若有一个中等数量的果蝇种,若有一个中等数量的果蝇种群(约有群(约有10108 8个个体),那么每一代出现基因突变个个体),那么每一代出现基因突变数是多少呢?数是多少呢?2104105个体个体108种群种群=21071 1种群中突变的特点:种群中突变的特点:突变数很大、随机、不定向突变数很大、随机、不定向2 2种群基因重组的结果:产生更多可遗传变异、不定向种群基因重组的
25、结果:产生更多可遗传变异、不定向结论: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 某海岛上生活着一种昆虫,经调查翅的长度和某海岛上生活着一种昆虫,经调查翅的长度和个体数的关系(纵坐标为个体数量,横坐标为翅的个体数的关系(纵坐标为个体数量,横坐标为翅的长度)。后来该小岛上经常刮大风,若干年后再进长度)。后来该小岛上经常刮大风,若干年后再进行调查,你认为最能代表此时情况的曲线是行调查,你认为最能代表此时情况的曲线是()选择并解释选择并解释ABCDD基因基因 重组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
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