7.2.1一、基因频率的改变和生物进化

第2节现代生物进化理论的主要内容

一种群基因频率的改变与生物进化

【教学目标】

1.解释种群，种群基因库、基因频率的概念。

2.运用数学方法讨论基因频率的变化。

3.说明突变和基因重组为生物进化提供原材料的原因。

4．举例说明自然选择作用可以使种群基因频率发生定向改变【教学重点】

1．基因频率的概念。

2．突变和基因重组、自然选择在生物进化过程中的作用。

【教学难点】

1．基因频率的概念和计算方法。

2．自然选择对种群基因频率的影响。

【学情分析】

根据教学目标要求，本节课的教学目标是让学生理解并应用基因频率的计算及运用数学方法讨论种群基因频率的改变。学生已经知道了孟德尔遗传定律的主要内容，只是认知水平还有所欠缺，所以在教学中教师只要引导学生理解新的基因型是由不同的雌雄配子结合后而形成的就可以了。所以本节课的重点是种群、基因频率概念；突变和基因重组、自然选择在进化中的作用。关于种群的概念在生命系统的结构中已经有所介绍了，因此难点部分只是基因频率概念；突变和基因重组、自然选择在进化中的作用。

【教学过程】

导入：上节课我们学习了达尔文自然选择学说的主要观点，下面请同学们依据该学说的基本观点，分析下面的情境：“如果在灰色翅（基因型为aa）昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅（基因型为Aa）的变异个体，且绿色比灰色更不易被捕食。那么，昆虫的翅色将怎样变化？”

师结合学生的讨论进一步提出问题：

1.该变异对于昆虫的存活有什么影响？

2.该绿色个体能一直生存下去吗？

3.该绿色个体怎样才能把它体内的基因A传递下去？

4.如果该个体与其他个体交配生殖，后代还是绿色翅吗？

生讨论回答：

1.该变异有利于昆虫躲避天敌，增加生存并繁殖后代的机会；

2.生物个体总会因为各种各样的原因死亡，例如天敌的捕食、疾

病、衰老等等；

3.生物只有通过生殖繁殖后代才能将自己的基因传递下来；

概括：个体的生命周期是有限的，没有哪个个体可以长生不老，但有利于变异的基因只有在群体中通过生殖才能延续。因此研究生物的进化，仅仅研究个体的表现型是否与环境相适应是不够的，还需要研究整个群体基因组成的变化，这个群体就是种群。

一、种群是生物进化的基本单位

（一）种群

1、种群概念：生活在一定区域的同种生物的全部个体。

强调对该概念的理解：

（1）两个要素：“同种”和“全部”

（2）一个条件：“一定区域”

（3）两个方面：种群是生物繁殖的基本单位；

种群是生物进化的基本单位。

（4）种群的特点：种群的个体之间具有年龄和性别的差别，并不是机械地结合在一起。个体之间彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传递给后代。

2、举例判断

（1）一个池塘中的全部鲤鱼；是（2）一个池塘中的全部鱼；不是（3）一片草地上的全部植物；不是（4）一片草地上的全部蒲公英。是过渡：种群个体间具有年龄和性别的差异，并不是机械的结合在一起。

彼此可以交配实现基因交流，并通过繁殖将各自的基因传递给后代。研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和变化呢？由此人们提出基因库和基因频率的概念。什么是基因库？基因频率的含义是什么？

（二）种群基因频率的变化

1、基本概念

（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：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比

率，叫做基因频率。

（3）基因型频率：在一个种群中，某种基因型个体在某种群中出现的频

率。

提问：对于一个种群如何得以知道某个基因频率的大小呢？

2、基因频率的有关计算

基因频率的计算往往采用抽样统计的方法。师提供例题，引导学生计算。（1）已知调查的各种基因型的个数计算基因频率

例1：假设从某个昆虫种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa、aa的个体分别是30、60、10，计算基因的频率。

A基因的数量=2×30+60=120个；a基因的数量=2×10+60=80个

A基因的频率=（60+60）/200=60%；a基因的频率=（20+60）/200=40%。某种基因的频率=该种群中此基因的数量/该种群中此基因和等位基因数的总和

（2）已知基因型频率求基因频率

抽样统计结果的呈现方式有两种。一种以基因型个数的方式呈现，还有一种以基因型的频率出现（说明基因型频率的概念）。师提出问题：如何根据基因型频率计算基因频率？

例2假设某个昆虫种群中有30%的AA、60%的Aa、10%的aa，计算基因的频率。

A基因频率=30％+(1/2)×60％=60％

a基因频率=10％+(1/2)×60％=40％

师对学生计算结果进行评价，并引导学生归纳计算的方法和公式：

某种基因频率=该基因纯合体基因型的频率+该基因杂合体基因型的频率×1/2。种群中一对等位基因的频率之和为1

3、用数学方法讨论基因频率的变化——遗传平衡定理

基因可以通过繁殖实现前后代基因的传递，那么，在繁殖传递过程中，基因频率会不会发生变化呢？有哪些因素能引起基因频率和基因型频率的改变呢？（引入教材思考与讨论）

例1：假设从某个昆虫种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa、aa的个体分别是30、60、10，计算基因的频率。

A基因频率=；a基因频率=

（1）假设上述昆虫的种群满足以下几点:

①该种群非常大；

②所有的雌雄个体都能进行自由交配并产生后代；

③没有迁人和迁出；

④自然选择对不同表现型的个体作用等效；

⑤这对基因不发生突变，并且携带这对基因的染色体不发生变异。（2）根据孟德尔的分离规律计算：

①从亲本到所产生的配子

在有性生殖过程中，在满足上述条件的情况下，这个种群产生的A、a的雄配子的比例是0.6:0.4；这个种群产生的A、

a的雌配子的比例是0.6:0.4；

2从配子的结合到子一代的基因型

0.6A0.4a

雄配子

雌配子

0.6A0.36AA0.24Aa

0.4a0.24Aa0.16aa

③从子一代的基因型到子一代的基因频率

A=36％+(1/2)×48％=60％；a=16％+(1/2)×48％=40％

根据解析完成下列表格：

亲代基因型的频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)

配子的比率A(30%)A(30%)a(30%)a(10%)子一代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子一代基因频率A(60%)a(40％)

子二代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)

子二代基因频率A(60%)a(40％)

因此，通过计算子一代中的基因频率没有改变，如果继续满足这五个条件，那么这个种群的基因A和基因a的频率将永远保持不变，基因型的频率也会一直保持不变。这就是著名的遗传平衡定理——也称哈代—温伯格定理

由英国科学家哈代和德国科学家温伯格分别单独提出，在一个极大的随机交配的种群中，在无突变、无自然选择、无迁入迁出的条件下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传，不发生变化，保持平衡。