第十四章 群体与进化遗传分析

第十四章群体遗传与物种进化第一节基因频率和基因型频率一.基本概念群体遗传学(population genetics)：研究群体的遗传结构及其变化规律的遗传学分支学科。

特点：①以群体为基本研究单位；②以基因频率和基因型频率描述群体遗传结构；③采用数学和统计方法进行研究；④研究群体遗传结构变化的规律、原因以及在生物进化与新物种形成中的作用。

二.群体的遗传结构①基因频率（gene frequency）—指在一个群体中，某一等位基因占该位点上等位基因总数的比率。

即该等位基因在群体内出现的概率。

②基因型频率（genotype frequency）：在一个群体内某一基因型的个体在总群体中所占的比率。

基因型频率与基因频率的意义:基因型频率与基因频率都是用来描述群体遗传结构的重要参数。

从群体水平看：生物群体进化就表现为基因频率的变化，也就是群体配子类型和比例变化，所以基因频率是群体性质的决定因素。

对任何一个群体样本，可检测各种基因型个体数、各种等位基因数，因此可以估计群体的基因型频率与基因频率。

一个已知基因型频率的群体中，配子种类与比例(基因频率)也就可以确定；已知基因频率却不一定能够估计其基因型频率。

第二节遗传平衡定律一、遗传平衡定律由Hardy 和Weinberg于1908年分别提出。

在一个无限大的可随机交配的群体中，如果没有任何形式的突变、自然选择、迁移、遗传漂变的干扰，则群体中各基因型的频率可以一代一代维持不变。

遗传平衡定律要点：①在随机交配的大群体中，若无其它因素的影响，群体的基因频率各代始终保持不变。

②在任何一个大群体内，无论其基因频率和基因型频率如何，只要经过一代随机交配，这个群体就达到平衡状态，若无其它因素的影响，每代都随机交配，这种平衡保持不变。

③在平衡状态下，基因频率：p显、q隐与基因型频率：D显、H杂、R隐之间的关系为：D=p2，H=2pq，R=q2，或者说p= D + ½H 、q= R + ½H例：有一群体：AA 30个，Aa 60个， aa 10个④基因频率与基因型频率的关系就一对等位基因（A、a）而言，若A的频率为p，a的频率为q；AA的频率为D，Aa的频率为H，aa的频率为R，则有：p=D+½H，q=R+½H。

第十四章群体遗传与进化一、填空题1、一个由可以相互交配的个体组成的群体叫，一个群体所有个体所有基因的总和构成该群体的。

2、理想群体是指，，，和的群体。

3、在随机交配的条件下，遗传不平衡的群体只要即可以达到遗传平衡。

4、遗传平衡群体是指和世代保持不变的群体。

5、某遗传病患者100人，育有子女25人；患者同胞420人，育有子女525人。

则患者的适合度为，选择系数是。

6、Hardy-Weinberg定律认为，在（）在大群体中，如果没有其他因素的干扰，各世代间的（）频率保持不变。

在任何一个大群体内，不论初始的基因型频率如何，只要经过（），群体就可以达到（）。

7、假设羊的毛色遗传由一对基因控制，黑色（B）完全显性于白色（b），现在一个羊群中白毛和黑毛的基因频率各占一半，如果对白色个体进行完全选择，当经过（）代选择才能使群体的b基因频率（%）下降到20%左右。

8、在一个遗传平衡的植物群体中，红花植株占51%，已知红花（R）对白花（r）为显性，该群体中红花基因的频率为（），白花基因的频率为（），群体中基因型RR的频率为（），基因型Rr的频率为（），基因型rr的频率为（）。

9、在一个随机交配的大群体中，隐性基因a的频率g=0.6。

在自交繁殖过程中，每一代都将隐性个体全部淘汰。

5代以后，群体中a的频率为（）。

经过（）代的连续选择才能将隐性基因a的频率降低到0.05左右。

10、人类的MN血型由LM和LN这一基因控制，共显性遗传。

在某城市随机抽样调查1820人的MN血型分布状况，结果如下：M型420人，MN型672人，N型708人。

在该人群中，LM基因的频率为（），LN基因的频率为（）。

11、在一个金鱼草随机交配的平衡群体中，有16%的植株是隐性白花个体，该群体中显性红花纯合体的比例为（），粉红色杂合体的比例为（）。

（红色对白色是不完全显性）12、对于显性不利基因的选择，要使某显性基因频率从0.5降至0需经（）代的选择。

第十四章群体遗传与进化习题参考答案第十四章群体遗传与进化1．解释下列名词：孟德尔群体、基因库、基因型频率、等位基因频率、遗传漂变、生殖隔离、地理隔离、进化树、进化速率、分子进化钟。

孟德尔群体：通过个体间的相互交配的结果，孟德尔遗传因子可以各种方式从一代传递给另一代的群体称为孟德尔群体。

该群体不是一些个体的简单集合体，而是在各个体间有相互交配关系的集合体。

基因库：是指一个群体中全部个体所共有的全部基因称为基因库。

基因型频率：任何一个遗传群体都是由它所包含的各种基因型所组成的，在一个群体内某特定基因型所占的比例就是基因型频率。

等位基因频率：是指一群体内特定基因座中某一等位基因占该基因座等位基因总数的比率，或称基因频率。

遗传漂变：在一个小群体内，每代从基因库抽样形成下一代个体的配子时，会产生较大的抽样误差，由这种误差引起群体等位基因频率的偶然变化，叫做随机遗传漂变，或简称遗传漂变。

生殖隔离：是指防止不同物种的个体相互杂交的环境、行为、机械和生理的障碍。

生殖隔离可以分为两大类：①.合子前生殖隔离，能阻止不同群体的成员间交配或产生合子；②.合子后生殖隔离，是降低杂种生活力或生殖力的一种生殖隔离。

这两种生殖隔离最终达到阻止群体间基因交换的目的。

地理隔离：是由于某些地理的阻碍而发生的，例如海洋、大片陆地、高山和沙漠等，使许多生物不能自由迁移，相互之间不能自由交配，不同基因间不能彼此交流。

进化树：采用物种之间的最小突变距离构建而成的一种树状结构，可以表示不同物种的进化关系和程度，也称为种系发生树。

一般是当不同物种蛋白质的氨基酸差异进一步以核苷酸的改变来度量时可用最小突变距离表示。

进化速率：进化速率是指在某一段绝对时间内的遗传改变量，一般可用不同物种的蛋白质、DNA和mtRNA等大分子的差异来估算进化速率。

分子进化钟：利用不同物种的蛋白质、DNA和mtRNA等大分子的差异估算出的分子进化速率，进而可以推断不同物种进化分歧的时间。

《遗传学（第三版）》朱军主编课后习题与答案目录第一章绪论 (1)第二章遗传的细胞学基础 (2)第三章遗传物质的分子基础 (6)第四章孟德尔遗传 (9)第五章连锁遗传和性连锁 (12)第六章染色体变异 (15)第七章细菌和病毒的遗传 (21)第八章基因表达与调控 (27)第九章基因工程和基因组学 (31)第十章基因突变 (34)第十一章细胞质遗传 (35)第十二章遗传与发育 (38)第十三章数量性状的遗传 (39)第十四章群体遗传与进化 (44)第一章绪论1.解释下列名词：遗传学、遗传、变异。

答：遗传学：是研究生物遗传和变异的科学，是生物学中一门十分重要的理论科学，直接探索生命起源和进化的机理。

同时它又是一门紧密联系生产实际的基础科学，是指导植物、动物和微生物育种工作的理论基础；并与医学和人民保健等方面有着密切的关系。

遗传：是指亲代与子代相似的现象。

如种瓜得瓜、种豆得豆。

变异：是指亲代与子代之间、子代个体之间存在着不同程度差异的现象。

如高秆植物品种可能产生矮杆植株：一卵双生的兄弟也不可能完全一模一样。

2.简述遗传学研究的对象和研究的任务。

答：遗传学研究的对象主要是微生物、植物、动物和人类等，是研究它们的遗传和变异。

遗传学研究的任务是阐明生物遗传变异的现象及表现的规律；深入探索遗传和变异的原因及物质基础，揭示其内在规律；从而进一步指导动物、植物和微生物的育种实践，提高医学水平，保障人民身体健康。

3.为什么说遗传、变异和选择是生物进化和新品种选育的三大因素？答：生物的遗传是相对的、保守的，而变异是绝对的、发展的。

没有遗传，不可能保持性状和物种的相对稳定性；没有变异就不会产生新的性状，也不可能有物种的进化和新品种的选育。

遗传和变异这对矛盾不断地运动，经过自然选择，才形成形形色色的物种。

同时经过人工选择，才育成适合人类需要的不同品种。

因此，遗传、变异和选择是生物进化和新品种选育的三大因素。

4. 为什么研究生物的遗传和变异必须联系环境？答：因为任何生物都必须从环境中摄取营养，通过新陈代谢进行生长、发育和繁殖，从而表现出性状的遗传和变异。

群体遗传与进化任何一种生物，能够在自然界存在，必然具有一定的群体，群体数量过少，就会发生群体的生存危机，我们称之为“濒临灭绝”。

第一节群体的遗传平衡遗传学上定义的群体，强调了两方面含义，一是大群体，甚至大到从理论上说是无限大的群体；一个是交配的随机性，任何个体间都有交配的可能。

孟德尔群体所包含的基因的总数称为基因库。

物种内的个体享有共同的基因库。

而在物种间则存在着生殖隔离，也就是说一般情况下物种之间是不能交配的，或者即使交配产生了后代，这个后代也是不育的。

一、群体的遗传组成群体中各种基因及基因型的频率，在数量上的分布特征称为群体的遗传组成。

反映群体遗传组成的指标是基因频率和基因型频率。

基因频率和基因型频率一般都是无法直接计算的。

需要通过表现型推知基因型，然后通过对表现型的度量测算，得到表现型频率，求得基因型频率，进而推知基因频率。

例如由N个个体构成的某二倍体生物群体中，有一对等位基因A和a，基因型有3种：AA、Aa、aa，对应的个体数分别是N D、N H、N R，相应的基因型频率为D、H、R，则3种基因型的频率为：AA：D=N D/N Aa：H=N H/N aa：R=N R/N显然，N D+N H+N R=N，D+H+R=1。

由于每个个体含有一对等位基因，群体在这一位点的基因总数为2N。

由此，根据基因频率的定义可知基因A的频率为：p=(2N D+N H)/2N=D+1/2H同样，等位基因a的频率为：q=(2N R+N H)/2N=R+1/2H并且，p+q=1，基因频率和基因型频率的变动范围是0~1之间。

二、群体遗传平衡定律（哈迪-魏伯格定律）基因频率和基因型频率是群体遗传组成的基本特征。

在一定条件下，基因频率和基因型频率在世代间可以保持不变，当各基因频率和基因型频率在上下代之间保持不变或相对稳定时，群体的性状表现就会保持遗传上的稳定，这是群体遗传的重要机制和现象之一。

这就是群体的遗传平衡定律，即Hardy-Weinberg定律。

第十四章群体与进化遗传分析教学目的和要求：掌握生物进化的遗传基础，群体遗传平衡及其影响因素，新基因的来源和物种形成机制。

教学重点和难点：群体遗传平衡及其影响因素。

教学内容：第一节群体的遗传结构一．孟德尔群体和基因库二．群体的基因频率与基因型频率第二节Hardy-Weinberg 定律一．Hardy-Weinberg 定律的内容二．平衡群体的基本特征及其应用三．χ2检验抽样群体中基因型频率的平衡四．复等位基因的遗传平衡五．伴性基因的遗传平衡第二节影响群体遗传平衡的因素一．基因突变与选择二．迁移三．遗传漂变四．非随机交配第三节生物进化和新基因的起源途径一．分子进化现象二．生物进化理论三．新基因起源的途径第四节物种形成的机制一．物种二．物种形成的生殖隔离机制三．物种形成的遗传机制四．人工促进生物进化的途径第一节群体的遗传结构一．孟德尔群体和基因库1. 孟德尔群体(population)：特定的地区内一群能相互交配繁殖后代的个体所组成的群体称为一个孟德尔群体，简称群体。

群体可能是一个品系、一个品种、一个变种、一个亚种、甚至一个物种所有个体的总和。

2. 基因库(gene pool)：一个孟德尔群体所包含的基因总数称为一个基因库。

3. 随机交配（random mating）：是指在一个有性繁殖的生物群中，一种性别的任何一个个体与其相反性别的个体交配的机会均等（或概率相同），即任何一对雌雄个体的结合是随机的，不受任何其它因素的影响。

二．群体的基因频率与基因型频率1. 群体遗传结构：指孟德尔群体中的基因及基因型的种类和频率。

2. 基因频率（gene frequency）：又叫等位基因频率（alleles frequency），是指一个群体内特定基因座上某一等位基因占该座位全部等位基因总数的比率，即该等位基因在群体内出现的概率。

3. 基因频率是决定一个群体性质的基本因素，当环境条件和遗传结构不变时，一个群体某一基因座的基因频率是相对恒定的。