6.3 种群基因组成的变化和物种的形成（第1课时）- 2023-2024学年高一生物同步教学优质课件（人教版2019必修2）

第3节 种群基因组成的变化与物种的形成（第1课时） 第6章 生物的进化 性状水平 基因（分子）水平 以个体为单位 以种群为单位 达尔文 自然选择学说 现代生物 进化理论 核心 【思考】桦尺蛾的翅色浅色（a）与黑色(A)为一对相对性状，在一个只有浅色桦尺蛾的地区，偶然出现一黑色（基因型为Aa）的变异个体，若黑色翅比浅色翅更适应环境: （1）这一有利变异的个体能永远生存下去吗？ （2）该个体中的有利基因A能保留下来吗，如何保留？ 种群繁衍 不能 种群是生物进化和繁殖的基本单位！ 一、种群及种群基因库、基因频率 生活在一定区域的同种生物的全部个体。 1. 种 群： 一片树林中的全部猕猴 是一个种群 一片草地上的所有蒲公英 是一个种群 一、种群及种群基因库、基因频率 生活在一定区域的同种生物的全部个体。 1. 种 群： 1.判断下列生物是否为一个种群,并说明判断理由。 (1)一块池塘中所有的鱼。 (2)两块池塘的草鱼。 (3)一块池塘中所有成年的草鱼。 （4）菜市场中的所有白菜。 越辨越明 提示:不是，不止一个物种。 提示:不是，不在同一区域。 提示:不是，不是同种生物的所有个体。 提示:不是，课本110：种群中的个体不是。。。 庙里的一群和尚是不是一个种群？ 2.种群中个体的特点： 种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。 蝗虫产卵 蝗虫产卵 蝗虫产卵 同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？ 种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。 ※种群是生物繁殖的基本单位。 为什么称“一个种群就是一个繁殖的单位”？ 具有有利变异表型的个体通过繁殖，使控制有利变异的基因 在群体扩散 有生之年不相见的同种生物繁殖后代吗？ 不同种的生物之间可以 繁殖后代吗？ 一定空间一定时间时常 相遇才有机会繁殖 一般同种生物才能繁殖后代 生活在一定区域的同种生物全部个体的集合——种群 种群是生物繁殖的单位，而不是同种生物个体简单、机械或 偶然的集合 3、种群的基因库： 一个种群中全部个体所含有的全部基因 其中每个个体所含的基因只是基因库的一部分 这些金鱼各自有自己的基因，共同构成了种群的基因库。它们各自的基因都是基因库的一部分。个体数目越多， 个体间的差异越大，基因库也就越大。 一、种群及种群基因库、基因频率 8 基因频率= 某基因的总数 全部等位基因的总数 × 100% 4、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值 A的基因频率 = A A+a × 100% ①常染色体 ②伴X染色体遗传(Y染色体上无等位基因） Xb % = × 100% Xb XB + Xb 记 新坐标P136 抽样调查：A+a=1，和为1 9 在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，褐色的基因是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。 1、100个体数的全部等位基因总数为_______ 200 2、A基因为____________ 个，a基因为 __________个 2×30+60=120 2×10+60=80 A频率= 120 200 = 60% a频率= 80 200 = 40% 2 4、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值 A的基因频率 = A A+a × 100% 抽样调查：A+a=1，和为1 10 【例】某校随机抽取了200名学生（男女学生各半）作为首批调查对象，结果发现有女性色盲患者3人，男性色盲患者6人，女性色盲基因携带者15人。那么在该校全校学生中色盲基因的频率约为多少？ 【思考】若基因只在X染色体上，而Y染色体没有其等位 基因，基因频率怎么计算？ Xb% = Xb XB+Xb × 100% 9% 分母：男（X)+女(XX)×2 在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，褐色的基因是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。 基因型频率= 该基因型个体数 该种群个体总数 ×100% AA基因型频率= 30 100 = 30% Aa基因型频率= 60 100 = 60% aa基因型频率= 10 100 = 10% 5、基因型频率： 在一个种群基因库中，某个基因型的个体占个体总数的比值。 12 【例1】某桦尺蠖种群中，黑色翅的基因为A， 浅色翅的基因位a，抽样调查100个个体，测得基因型为AA、Aa、aa的个体分别为10、20、70个、问A、a的基因频率以及 AA、 Aa、 aa的基因型频率是多少？ 【思考】 尝试总结基因频率与基因型频率之间的关系？ 基因频率=纯合子频率+1/2杂合子频率 A%=AA%+1/2Aa% a%=aa%+1/2Aa% 新坐标P136 快捷计算：常染色体 基因频率=纯合子基因型频率+1/2杂合子基因型频率 A频率=AA% + 1/2Aa% a频率= aa% + 1/2 Aa% 例1．某一瓢虫种群中有黑色和红色两种体色的个体，这一性状由一对等位基因控制，黑色(B)对红色(b)为显性。如果基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%，基因型为bb的个体占4%。基因B和b的频率分别为（ ） A．18%、82% B．36%、64% C．57%、43% D．92%、8% C P114 14 （1）在某种群中，AA的个体有30个，Aa有60个，aa有10个，求A、a的基因频率。 （2）在一个种群中，AA的个体有25%，aa的个体有15%，求A、a的基因频率。 （3）已知某种群中，AA基因型频率为25%，aa基因型频率为39%，则该种群的个体自交一代后，基因型AA的频率为（ ） A. 50% B. 34% C. 25% D. 61% A=60% a=40% A=55% a=45% B 抽样调查 2.基因库、基因频率以及基因型频率 (3)基因型频率= × 该基因型的总数 该种群个体总数 100% 种群中每个个体所含有的基因只是基因库的一部分 性状是由基因控制的，因此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？由此人们提出基因库和基因频率的概念。 【例2】假设某桦尺蛾种群足够大，黑色翅的基因为A， 浅色翅的基因位a，抽样调查100个个体，测得基因型为AA、Aa、aa的个体分别为30、60、10个、让该种群随机交配，没有迁入和迁出，无自然选择，无突变,根据孟德尔分离定律计算： （1）该种群产生的A、a配子的比率各是多少？ （2）F1代的基因型频率各是多少？ （3）F1代种群的基因频率各是多少？ （4）将计算结果填入表格，想一想， F2代、 F3代以及若干代以后，种群的基因频率会改变吗？ 【思考.讨论】用数学方法讨论基因频率的变化 这一种群繁殖若干代以后，其基因频率会不会发生变化呢？ 亲代 基因型频率 AA（30%） Aa（60%） aa（10%） 亲代 配子的比率 F1代 基因型频率 F1代 基 因频率 F2代 基因型频率 F2代 基 因频率 F3代 基因型频率 F3代 基 因频率 AA（36%） Aa（48%） aa（16%） AA（36%） Aa（48%） aa（16%） A（60%） a（40%） A（60%） a（40%） A（30%） a（30%） A（30%） a（10%） A（60%） a（40%） AA（36%） aa（16%） Aa（48%） F1代、F2代、 F3代及若干代以后，种群基因频率会改变吗? 种群的基因频率会同子一代一样。 亲代 基因型频率 AA（30%） Aa（60%） aa（10%） 亲代 配子的比率 F1代 基因型频率 F1代 基 因频率 F2代 基因型频率 F2代 基 因频率 F3代 基因型频率 F3代 基 因频率 AA（36%） Aa（48%） aa（16%） AA（36%） Aa（48%） aa（16%） A（60%） a（40%） A（60%） a（40%） A（30%） a（30%） A（30%） a（10%） A（60%） a（40%） AA（36%） aa（16%） Aa（48%） 结论：满足上述五个条件情况下，各等位基因的基因频率在亲子代之间稳定不变。基因型频率从子一代开始，保持不变。 假设以上昆虫群体满足以下五个条件： ①昆虫群体数量足够大。 ②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代。 ③没有迁入与迁出。 ④AA、Aa、aa三种基因型昆虫的生存能力完全相同 （也就是说自然选择对A、a控制的翅型性状没有 作用）。 ⑤没有基因突变和染色体变异。 遗传平衡定律（哈代-温伯格定律） 满足上述五个条件的种群中，各等位基因的基因频率和基因型频率在一代代遗传中都是稳定不变的，或者说保持着遗传平衡状态。 遗传平衡定律 （哈代-温伯格定律） 设A的基因频率为p,a的基因频率为q 雌配子 雄配子 A(p) a(q) A(p) a(q) AA(p2) Aa(pq) Aa(pq) aa(q2) (p＋q)2=p2＋2pq＋q2=1 AA=p2, Aa=2pq, aa=q2 说明：自由交配可以用遗传平衡定律解题。 新坐标P136 常染色体适用 遗传平衡定律：遗传平衡群体自由/随机交配一次后，种群的基因频率和基因型频率均保持不变。 21 AA=25% Aa= 50% aa=25% 自由交配（棋盘法+配子法） 理想种群基因频率和 基因型频率不变 遗传平衡定律（哈代-温伯格定律） 处于平衡状态的种群，一对等位基因Aa，A的基因频率=p，a的基因频率=q。 则AA=？Aa=？aa=？ （p+q2)= p2 + 2pq + q2=1 aa基因型频率 Aa基因型频率 A(p) a(q) A(p) AA(p2) Aa(pq) a (q) Aa(pq) aa(q2) AA基因型频率 迁出 迁入 突变 自然选择 死亡 无生育能力 种群基因池 种群的基因频率必然会发生变化 【思考2】上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。 对自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？你能举出 哪些实例？ 不可能同时都成立 课本P111 【思考2】上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。 对自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？你能举出 哪些实例？ 不可能同时都成立 课本P111.112 【思考3】如果该种群出现新的突变型（基因型为A2a 或A2A2），也就是产生新的等位基因A2，种群的基因 频率会发生变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？ 会; 可能增加也可能减少，要看这一突变对生物体是有利还是有害的，这取决于生物生存的环境。 二、种群基因频率的变化 探究活动： 1.变异的类型有哪些？能够为生物进化提供原材料的是什么 变异？ 2.基因突变和种群基因频率的变化有什么关系？ 3.生物自发突变的概率很低，且大多是有害的，能为进化提供 原材料吗？为什么？ 4.突变的有利和有害是绝对的吗？为什么？ 5.综上所述，你认为影响基因频率的因素有哪些？ 二、种群基因频率的变化 1.变异的类型有哪些？能够为生物进化提供原材料的是 什么变异？ 变异 不可遗传的变异 可遗传的变异 突变 基因突变 染色体变异 基因重组 能够为生物进化提供原材料的是 。 可遗传的变异 课本112重点语句： 突变和基因重组是随机的、不定向的； 只为进化提供原材料, 不能决定生物进化的方向。（由自然选择决定） 课本P112 注意：突变≠基因突变，突变包括基因突变和染色体变异 2.基因突变和种群基因频率的变化有什么关系？ 基因突变是自然界中普遍存在的。基因突变产生新的等位基因，这就可以使种群的基因频率发生变化。 3.生物自发突变的概率很低，且大多是有害的，能为 进化提供原材料吗？为什么？ 二、种群基因频率的变化 课本P112 例 果蝇一组染色体上约有1.3×104基因，假定每个基因 的突变率都是10-5，若有一个中等数量的果蝇种群（约有108个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？ 2×1.3× 104 × 108 种群 = 2.6 ×107（个） 个体 × 10-5 1．种群突变：每一代就会有大量的变异 2．种群基因重组：产生更多可遗传变异 二、种群基因频率的变化 4.突变的有利和有害是绝对的吗？为什么？ 5.综上所述，你认为影响基因频率的因素有哪些？ 突变的有利和有害也不是绝对的，往往取决于生物的生存环境。 自然选择（环境） 突变 基因重组 影响种群基因频率的因素 课本P112 长翅 更适应风小环境 残翅 更适应风大环境 突变（基因突变和染色体变异）和基因重组产生进化的原材料。 突变 基因 重组 新的等位基因 多种多样的基因型 种群中出现大量可遗传的变异 变异是 不定向的 形成了进化的原材料, 不能决定生物进化的方向 突变和重组都是随机的，不定向的， 那么，种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？ 二、种群基因频率的变化 (19 世纪中叶 ) (20 世纪中叶 ) 黑色（S） 浅色（s） 【探究】自然选择对种群基因频率变化的影响 种群中s基因的频率为什么越来越低？ 提出问题： 作出假设： 得出结论： (19 世纪中叶 ) (20 世纪中叶 ) 黑色（A） 浅色（a） 【探究】自然选择对种群基因频率变化的影响 种群中s基因的频率为什么越来越低？ 提出问题： 作出假设： 得出结论： 环境的定向选择作用使s基因频率越来越低 第1年 第2年 第3年 第4年 …… 基因型频率 SS 10% 11.5% Ss 20% 22.9% ss 70% 65.6% 基因 频率 S 20% 23% s 80% 77% 70.7% 26% 29.3% 14.6% 56.1% 60.9% 26.1% 73.9% 29.3% 13.1% 升高 降低 浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10% (1) 根据数据分析，树干变黑对桦尺蛾浅色个体的出生率有影响吗？ 影响，树干变黑后，许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率. 课本P114 第1年 第2年 第3年 第4年 …… 基因型频率 SS 10% 11.5% Ss 20% 22.9% ss 70% 65.6% 基因 频率 S 20% 23% s 80% 77% 70.7% 26% 29.3% 14.6% 56.1% 60.9% 26.1% 73.9% 29.3% 13.1% 升高 降低 浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10% (2)在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表型？为什么？ 因为天敌看到的是桦尺蛾的体色(表型)而不是控制体色的基因型。 自然选择中直接受选择的是表型。(课本P110) √ 自然选择选择的对象①直接作用对象：表型 ②实 质：决定表型的基因 第1年 第2年 第3年 第4年 …… 基因型频率 SS 10% 11.5% Ss 20% 22.9% ss 70% 65.6% 基因 频率 S 20% 23% s 80% 77% 70.7% 26% 29.3% 14.6% 56.1% 60.9% 26.1% 73.9% 29.3% 13.1% 升高 降低 浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10% (3)根据表格中的数据分析，桦尺蛾种群发生进化了吗？判断依据？ 发生了进化。依据是桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。 [实验关键·探究学习] 自然选择对种群基因频率变化影响的原理及实例分析 1．原理分析 (19 世纪中叶 ) (20 世纪中叶 ) 黑色（A） 浅色（a） 【探究】自然选择对种群基因频率变化的影响 种群中s基因的频率为什么越来越低？ 提出问题： 作出假设： 得出结论： 环境的定向选择作用使s基因频率越来越低。 自然选择使种群基因频率发生定向改变（生物进化的实质），导致生物朝着一定的方向进化。（课本114高频考点） 3.自然选择决定了生物进化的方向 原因：淘汰不利变异基因，积累有利变异基因。 结果：使基因频率定向改变。 不利变异被淘汰， 有利变异逐渐积累 变异 自然选择 生物朝一定方向 不断进化 种群基因频率 发生定向改变 （不定向） （定向） 生物进化的实质是种群基因频率的定向改变 自然选择决定了生物进化的方向 小结：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 决定生物进化的方向 41 变异是不定向的 自然选择 不利变异被淘汰， 有利变异逐渐积累 种群的基因频率 发生定向改变 突变、基因重组 自然选择是定向的 生物进化的实质 自然选择决定生物进化的方向 直接选择的是：个体的表型 实质：决定表型的基因 自然选择使基因频率定向改变，决定生物进化的方向。 小结 【注意：不是基因型频率】 例如一个种群中全是Aa的个体，其中A的基因频率为1/2, a的基因频率为1/2 ，自由交配一代后AA: Aa: aa=1:2:1, 其中Aa的基因型频率改变了， 但A的基因频率是1/2, a的基因频率为1/2, 则该种群就没有进化 在自然选择的作用下，种群的基因频率会_____________，导致生物_______________________。 发生定向改变 朝着一定的方向不断进化 1.自然选择改变种群基因频率的过程： 在自然选择的作用下，具有 的个体有更多的机会产生后代，种群中相应的基因的频率会不断_____； 相反，具有 ________ 的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会 .　　 有利变异 提高 不利变异 下降 2.生物进化的实质： 种群基因频率在自然选择作用下发生定向改变 （P114） 4.生物进化的方向是指 。 适应环境的方向 3.“自然选择”中的自然是指 。 环境 自然选择决定了生物进化的方向 小结 影响种群基因频率变化（生物进化）的因素 ①外因：自然选择。 ②内因：基因突变和部分染色体变异，比如缺失和重复能 直接引起基因频率的改变，基因重组只是改变了 基因型频率，在自然选择作用下淘汰部分个体后 可引起基因频率的变化。 生物进化的基本单位 生物进化的实质 生物进化的原材料 决定生物进化的方向 种群 基因频率的改变 突变和基因重组 自然选择 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。 自然选择使基因频率定向改变，决定生物进化的方向。 变异是不定向的 自然选择 不利变异 不断淘汰 有利变异 积累加强 基因频率定向改变 生物定向进化 导致 小结 45 (2)基因频率 (1)基因库 $$