第2节现代生物进化理论的主要内容第1课时种群基因频率的改变与生物进化[学习导航] 1.举例说明种群、基因库、基因频率的概念，学会用数学方法讨论基因频率的变化。
2.结合教材阐明突变和基因重组是生物进化的原材料。
3.通过探究自然选择对种群基因频率的影响，理解自然选择决定生物进化的方向。
[重难点击] 1.用数学方法讨论基因频率的变化。
2.自然选择对生物进化的作用。
【课堂导入】人们在达尔文自然选择理论的基础之上，逐步完善和发展进化论，最终建立了现代生物进化理论。
一、种群是生物进化的基本单位1.以种群作为生物进化单位的理由(1)达尔文认为自然选择直接作用的是生物个体，并且是个体的表现型，而个体表现型会随着个体的死亡而消失。
(2)决定生物性状的基因可以通过生殖而世代延续，并且在群体中扩散，因此生物进化应该研究群体的基因组成的变化。
2.种群的概念：生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。
它是生物进化的基本单位，彼此之间可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。
3.基因库与基因频率(1)基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库。
(2)基因频率：一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，叫做基因频率。
合作探究1.基因库会不会伴随着个体的死亡而消失？答案个体所携带的基因随着个体的死亡而从基因库中消失，但是个体会通过繁殖把自身的基因传给后代，所以基因库不会伴随着个体的死亡而消失，而是在代代相传中得到保持和发展。
2.在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因。
假设该昆虫种群非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，自然选择对翅色这一相对性状没有作用，基因A和a都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算：(1)该种群产生的A配子和a配子的比率各是多少？答案A配子占60%，a配子占40%。
(2)子一代基因型的频率各是多少？答案子一代基因型的频率：AA占36%，Aa占48%，aa占16%。
(3)子一代种群的基因频率各是多少？答案子一代种群的基因频率：A占60%，a占40%。
(4)子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率会同子一代一样吗？答案(5)若上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的。
对自然界种群来说，这五个条件都成立吗？你能举出哪些实例？答案对自然界的种群来说，这五个条件不可能同时都成立。
例如，翅色与环境色彩较一致，被天敌发现的机会就少些。
1.某动物种群中AA、Aa和aa的基因型频率分别为0.3、0.4和0.3，请回答：(1)该种群中a基因的频率为________。
(2)如果该种群满足五个基本条件，即种群________、不发生__________________、不发生________、没有迁入和迁出，且种群中个体间随机交配，则理论上该种群的子一代中aa的基因型频率为________；如果该种群的子一代再随机交配，其后代中aa的基因型频率________(会、不会)发生改变。
(3)假定该动物种群满足上述四个基本条件，但不发生随机交配，只在相同基因型之间进行交配，则理论上该种群的子一代中AA、Aa和aa的基因型频率分别为____________、________和_________；如果子一代也同样只发生相同基因型之间的交配，其后代中AA、Aa和aa的基因型频率________(会、不会)发生改变。
答案(1)0.5(2)足够大基因突变(或突变)自然选择0.25不会(3)0.40.20.4会解析 隐性基因的基因频率＝隐性纯合子的基因型频率＋12杂合子的基因型频率。
在理想条件下，种群达到遗传平衡，种群的基因频率和基因型频率都不变。
1.已知基因型频率计算基因频率设有某种群， AA 、Aa 、aa 的基因型频率分别用P AA 、P Aa 、P aa 表示，A 、a 的基因频率分别用P A 、P a 表示，则：P A ＝P AA ＋12P Aa ；P a ＝P aa ＋12P Aa 。
2.理想条件下的基因频率和基因型频率的计算在一个有性生殖的自然种群中，在符合以下5个条件的情况下，各等位基因的频率和基因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。
这5个条件是：该种群非常大；种群中个体间的交配是随机的；没有突变发生；没有迁入和迁出；自然选择对不同表现型的个体没有作用。
若种群中，一对等位基因为A 和a ，设A 的基因频率为p ，a 的基因频率为q ，则p ＋q ＝A%＋a%＝1。
如果这个种群达到了遗传平衡，那么遗传平衡定律可以表示为：(p ＋q)2＝p 2＋2pq ＋q 2＝1。
(1)p 2代表纯合子AA 的基因型频率；(2)2pq 代表杂合子Aa 的基因型频率；(3)q 2代表纯合子aa 的基因型频率。
即：AA%＝p 2，Aa%＝2pq ，aa%＝q 2。
二、突变和基因重组、自然选择1.突变和基因重组产生进化的原材料(2)可遗传变异的形成、特点和作用①形成：a.基因突变产生等位基因；b.通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型。
②特点：随机的、不定向的。
③作用：只是提供生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
(3)变异的有利和有害是相对的，是由生存环境决定的。
2.自然选择决定生物进化的方向(1)原因：在自然选择的作用下，具有有利变异的个体更易产生后代，相应的基因频率会不断提高，具有不利变异的个体很难产生后代，相应的基因频率会不断下降。
(2)结果：在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向合作探究1.基因突变和基因重组对种群遗传组成的影响一样吗？试分析原因。
答案不一样。
只有基因突变才能出现新基因，改变基因频率，从而影响种群的遗传组成；基因重组不能产生新基因，只能增加基因型的种类，以此来影响种群的遗传组成。
2.突变和基因重组能决定生物进化的方向吗？为什么？答案不能。
突变和基因重组都是随机的、不定向的，因此它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。
3.在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型AA的个体占24%，基因型Aa的个体占72%，基因型aa的个体占4%。
(1)该种群中基因A和基因a的频率分别是多少？分析A%＝AA%＋1/2Aa%＝60%；a%＝aa%＋1/2Aa%＝40%。
答案60%；40%。
(2)一年后，种群中基因型AA的个体占48%，基因型Aa的个体占24%，基因型aa的个体占28%，此时种群中基因A和基因a的频率分别是多少？分析A%＝AA%＋1/2Aa%＝60%; a%＝aa%＋1/2Aa%＝40%。
答案60%；40%。
(3)这一年间种群是否进化了？答案种群的基因频率没有变化，生物没有进化。
2.根据现代生物进化理论，下列说法正确的是()A.自然选择决定了生物变异和进化的方向B.生物进化的实质是种群基因型频率的改变C.种群内基因频率的改变在世代间具有连续性D.种群内基因频率改变的偶然性随种群数量下降而减小答案C解析自然选择使种群的基因频率发生定向改变，从而使生物定向进化，所以自然选择决定了生物进化的方向，生物进化的实质是种群基因频率的改变。
种群中基因频率的改变在世代间具有连续性，导致生物不断进化。
种群中基因频率改变的偶然性随种群数量下降而增大。
一题多变“基因突变对绝大多数个体是不利的，但却是生物进化的重要因素之一”。
你认为这一说法()A.正确，基因突变虽对多数个体是不利的，但它为定向的自然选择提供了材料，为物种的进B.正确，基因突变对多数个体不利，但突变的方向与生物进化的方向是一致的C.不正确，因为基因突变不利于个体繁殖，会导致物种灭绝D.不正确，因为基因突变会导致个体死亡，不利于生物进化答案A1.对种群概念的正确叙述是()A.不同空间中同种生物个体的总和B.生活在一定区域的同种生物的一群个体C.一片水田中的所有鱼的总和D.一个生态环境中有相互关系的动植物的总和答案B解析种群是指生活在一定区域的同种生物的全部个体。
其中的“种”是生物分类的基本单位。
例如：一个池塘中全部的鲤鱼是一个种群，包括所有的大鲤鱼、小鲤鱼和鲤鱼苗。
这里必须具体到“鲤鱼”，而不能是“鱼”，因为后者还包括其他种类的鱼。
2.下列哪项不是生物进化的原材料()A.基因突变B.基因重组C.不遗传的变异D.染色体变异答案C解析突变和基因重组为生物进化提供了原材料，其中突变又包括基因突变和染色体变异。
3.在一个种群中随机抽取一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占18%，基因型为Aa 的个体占78%，基因型为aa的个体占4%，基因A和基因a的基因频率分别是()A.18%、82%B.36%、64%C.57%、43%D.92%、8%答案C解析A基因频率＝AA基因型频率＋1/2Aa基因型频率＝18%＋1/2×78%＝57%，a基因频率＝aa基因型频率＋1/2Aa基因型频率＝4%＋1/2×78%＝43%。
4.下列有关基因频率与生物进化的描述，正确的是()A.生物在进化的过程中不一定有基因频率的改变B.生物只要发生进化，基因频率就会改变C.变异使基因频率定向改变D.只有基因突变，才导致基因频率发生改变答案B解析生物进化的实质是种群基因频率的改变，只要生物进化了，基因频率一定发生了改变；变异是不定向的，自然选择可使基因频率发生定向改变；基因频率的改变与基因突变、迁入和迁出、自然选择等多种因素有关。
5.1万年前，科罗拉多大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成两个种群。
两个种群现在已经发生了明显的分化。
研究人员指出，经过长期演化可能形成两个物种，如图所示。
请分析回答下列问题：(1)结合现代生物进化理论分析可知，b的实质变化是___________________________。
(2)①～⑥的存在说明了____________________________________________________。
(3)原松鼠种群中黑毛基因A的基因频率为50%。
环境变化后，峡谷北侧山高林密，生活于其中的松鼠种群中基因型为AA、Aa的个体数量在一年后各增加20%，基因型为aa的个体数量减少20%。
则一年后a的基因频率为_______，基因型为aa的个体比例为_______。
答案(1)种群基因频率的改变(2)变异是不定向的(3)45.455%18.18%解析松鼠种群在不同的环境选择下进化，产生各种特异性变异，导致种群基因频率发生差异性变化，直至成为不同物种。
由题意可知，A的基因频率为50%，则原来种群中AA、Aa、aa的基因型频率分别为25%、50%、25%，可设其分别为25只、50只、25只，则一年后种群中基因型为AA、Aa、aa的个体数量分别为30只、60只、20只，其基因型频率分别为27.27%、54.55%、18.18%，所以此时a的基因频率为45.455%。
