5.2 适应是自然选择的结果（第二课时）-【爱上生物课】2022-2023学年高一生物优质精讲课件（浙科版2019必修2）

第 五 章 生物的进化 第二节 适应是自然选择的结果 活 动 · 用数学方法讨论自然选择使种群的基因频率发生变化 自然选择表面上是选择适应环境的性状，本质上是选择控制该性状的基因。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不断进化。 目的要求 1. 尝试用数学的方法讨论基因频率和基因型频率的变化。 2. 根据计算结果理解基因的独立性。 活 动 · 用数学方法讨论自然选择使种群的基因频率发生变化 方法步骤 1. 设某个种群中所有个体都是显性纯合子，也就是说，该种群所有个体的基因型都是 AA，则 D（AA）＝1，H（Aa）＝0，R（aa）＝0；该种群中所有的基因都是 A，即 p＝1，q＝0。假设该种群中基因 A 有一部分发生突变形成了基因 a， 突变的比例由你自己任意设定，假设有（ ）%的个体基因型由 AA 突变成Aa，则种群中基因频率 p0＝（ ），q0＝（ ），基因型频率 D0（AA）＝（ ）， H0（Aa）＝（ ），R0（aa）＝（ ）。 活 动 · 用数学方法讨论自然选择使种群的基因频率发生变化 方法步骤 2. 这个发生突变后的种群生殖过程中，雄性生殖细胞中A的频率为（ ），a的频率为（ ）；雌性生殖细胞中A的频率为（ ），a的频率为（ ）。 3. 假设该种群是随机交配，计算第一代的基因型频率和基因频率。D1（AA）＝（ ），H1（Aa）＝（ ），R1（aa）=（ ），p1＝（ ），q1＝（ ）。 4. 计算第二代的基因型频率和基因频率。D2（AA）＝（ ），H2（Aa）＝（ ）， R2（aa）＝（ ），p2＝（ ），q2＝（ ）。 5. 计算第三代的基因型频率和基因频率。D3（AA）＝（ ），H3（Aa）＝（ ）， R3（aa）＝（ ），p3＝（ ），q3＝（ ）。 活 动 · 用数学方法讨论自然选择使种群的基因频率发生变化 讨 论 1. 通过计算能否发现，种群中某个基因发生突变后，经过几代随机交配就可以保持基因型频率和基因频率的稳定？ 2. 如果有些个体 （例如基因型为aa的个体） 几乎得不到配偶，无法产生后代，这样非随机交配的种群中遗传平衡还存在吗？ 3. 如果 AA、Aa、aa三种基因型的个体在自然选择中有些基因型的个体存活和繁殖的机会小，这样存在自然选择的种群中遗传平衡还存在吗？ 4. 如果该种群中有很多个体迁出或者有一些个体迁入，这样的遗传平衡还存在吗？ 设 A 的基因频率为 p ， a 的基因频率为 q ；则 p + q = 1 ，且： aa 基因型的频率 AA 基因型的频率 Aa 基因型的频率 ( p + q )2 = p2 + 2pq + q2 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 英国剑桥大学数学家哈迪和德国医生温伯格分别在 1908 年和 1909 年发现了这样的规律：在一个大的随机交配的种群里，基因频率和基因型频率在没有迁移、突变、选择的情况下，世代相传不发生变化。这就是遗传平衡 （genetic equilibrium） 定律，也称哈迪-温伯格定律。 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 然而，有许多因素能够打破平衡使种群基因频率发生变动。 第一个因素是突变。假设基因 A 突变为基因 a，就会使基因 A 频率变小，基因 a频率增大。研究证明，大多数突变是有害的，突变基因不会在种群中扩增而会被删除。但也有少数突变基因是有利的，则可能被保留和扩增，从而引起基因库发生较大的变化。 第二个因素是基因迁移。随着某些个体单向地迁入或迁出，种群将会获得或丢失一些等位基因，于是种群的基因频率发生一些变动。种群之间的双向迁移，即种群间互有迁入和迁出，会引起种群间遗传差异的减少，种群内变异量增大。 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 第三个因素是遗传漂变 （genetic drift）。在一个比较小的种群中，一起偶然的事件往往可以引起种群基因频率发生较大的变化。假设在一个只有10个个体的种群里，等位基因a的频率为5%，在这个种群中，只有一个个体携带一个基因a。由于某种偶然的原因，携带基因a的个体死亡，或者没有获得交配的机会，基因a将在下一世代的种群中消失，它的基因频率就变成 0。而在一个大的种群中，当基因 a 的频率也为 5% 时， 一个携带基因a的个体死亡，不会使基因a的频率发生如此大的变化。 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 第四个因素是非随机交配 （nonrandom mating）。种群内雌、雄个体相互交配往往不是随机的，或者说，种群中所有雄性个体和所有雌性个体交配的机会并不是相等的。例如，在一个种群中，相邻的两个个体最有