12.3 种群基因组成的变化与物种形成-【大鹏生物】2024高考生物一轮复习讲义

第3节 种群基因组成的变化与物种形成 一．种群基因组成的变化 1.种群和种群基因库 （1）种群的概念：生活在一定区域的同种生物的全部个体叫作种群。如一片树林中的全部猕猴或一个湖泊中的所有鲤鱼都可以看作一个种群。种群既是生物进化的基本单位，也是生物繁殖的基本单位。 （2）种群的基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因叫作这个种群的基因库。 （3）基因频率 ①概念：在一个种群的基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，叫作基因频率。 ②公式：基因频率=某种基因的数目/控制同种性状的等位基因的总数×100% ③举例：在某昆虫种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa、aa的个体分别为30个、60个、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，100个个体含有200个基因，由此可知： A基因的数量是2×30+60=120个； a基因的数量是2×10+60=80个； A基因的频率为120÷200=60% a基因的频率为80÷200=40%。 （4）基因型频率 ①概念：某特定基因型个体数占种群的全部个体数的比率，叫作基因型频率。 ②公式：基因型频率=基特定基因型个体数/种群总个体数×100% 上述举例中AA、Aa、aa的基因型频率依次为30%、60%、10%。 2.种群基因频率的变化 （1）可遗传的变异来源：基因突变、基因重组、染色体变异，其中基因突变和染色体变异统称为突变。 （2）突变能为生物进化提供原材料 虽然自然情况下突变的频率很低，但一个种群中有很多个体，每个个体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。所以突变能为生物进化提供原材料。突变的有利还是有害不是绝对的，往往取决于生物的生存环境。 （3）基因重组产生生物进化的原材料 基因重组在进行有性生殖的生物中普遍存在，基因重组可形成多种多样的基因型，从而使种群出现大量的可遗传变异，为物进化提供原材料。 （4）突变和基因重组都是随机的、不定向的，不能决定生物进化的方向。进化是对变异进行自然选择的过程，使得有利变异的基因频率增大。 3.自然选择对种群基因频率变化的影响 以英国的曼彻斯特地区桦尺蠖体色变化为例进行分析桦尺蠖的体色受一对等位基因S和s控制，黑色（S）对浅色（s）是显性的。在19世纪中叶以前，桦尺蠖几乎都是浅色型的，该种群中S基因的频率很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色的桦尺蠖却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。 （1）提出问题：如何解释桦尺蠖种群中s基因的频率越来越低的现象? （2）作出假设：自然选择使桦尺蠖种群基因频率定向改变。 （3）讨论探究思路：创设数字化情境引导学生通过数学方法探究并验证假设。 （4）制订并实施探究方案 ①创设数字化的问题情境。1870年，桦尺蠖种群的基因型频率分别为10%（SS）、20%（Ss）、70%（ss），S基因的频率为20%。在树变黑这一环境条件下，由于树干变黑不利于浅色桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。第2~10年间，该种群每年的基因型频率是多少?每年S、s基因的基因频率是多少? ②计算，将计算结果填入表中（如下表）。 第1年 第2年 第3年 第4年 …… 基因型频率 SS 10% 11.5% 13% 14.6% Ss 20% 22.9% 26% 29.2% ss 70% 65.6% 61% 56.2% 基因频率 S 20% 23% 26% 29.2% s 80% 77% 74% 70.8% ③根据计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，如浅色个体每年减少50%，深色个体每年增加50%，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，并与前者数据比较。 ④分析结果得出结论：自然选择作用可以定向改变种群的基因频率，且环境选择作用越大，改变的幅度也越大。 二．隔离在物种形成中的作用 1.物种的概念 在遗传学和生物进化论的研究中，把能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种（species）。不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交亲配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离（reproductive isolation）。例如，马和驴虽然能够交配，但是产生的后代—骡是不育的，因此，马和驴之间存在生殖隔离，它们属于两个物种。 2.隔离及其在物种形成中的作用 （1）隔离的概念：不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象叫作隔离。 （2）隔离的类型 ①地理隔离：同一种生物由于地理上的障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫作地理隔离。 ②生殖隔离：不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交