6.3种群基因组成的变化与物种的形成第1课时课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

第3节 种群基因组成的变化与物种的形成 第1课时 种群基因组成的变化及探究抗生素对细菌的选择作用 1 学 习 目 标 1.分析、理解、认同种群是生物进化的基本单位。运用进化与适应观，阐明可遗 传变异为生物进化提供原材料。 2.运用统计与概率的相关知识，解释并预测种群内某一遗传性状的分布及变化。 3.基于给定的条件，探究自然选择对种群基因频率的影响。 4.引导人们关注不正确使用抗生素带来的危害，关注人体健康。 2 基础落实·必备知识全过关 3 知识点一 种群和种群基因库 1. 种群的概念及特点 （1） 概念：生活在一定区域的______生物__________的集合。如一片树林中的全部 猕猴或一片草地上的所有蒲公英都可以看作一个种群。 （2） 特点：种群是生物进化的__________。种群也是生物繁殖的单位，种群中的雌 雄个体可以通过繁殖将____________遗传给后代。 同种 全部个体 基本单位 各自的基因 2. 基因库 一个种群中______个体所含有的______基因，叫作这个种群的基因库。 全部 全部 4 3. 基因频率 （1） 概念：在一个种群基因库中，某个基因占________________的比值。 全部等位基因数 （2）计算：基因 频率 。 （3）影响因素：突变、选择、迁移等。 旁栏边角 想一想 种群的基因库是一直不变的吗？试分析原因。 ___________________________________________________________________________ ____________________ 提示 不是。基因突变、染色体变异、自然选择、种群个体的迁入与迁出等都会使种群的基因库发生改变。 5 结论语句 辨一辨 （1） 一个种群中某基因占所有基因数的比值叫作基因频率。( ) × （2） 在环境条件保持稳定的前提条件下，种群的基因频率不会发生变化。( ) × （3） 若亲子代间的基因频率不变，基因型频率也一定不变。( ) × （4） 种群是生物进化的基本单位，自然选择的直接选择对象是个体的表型。( ) √ 6 知识点二 种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响 1. 种群基因频率的变化 （1）原因：基因突变。 （2） 基因重组 7 （3） 可遗传变异的形成、特点和作用 ①形成： .__________产生新的等位基因； .通过有性生殖过程中的基因重组，可以 形成多种多样的________。 ②特点：随机的、__________。 ③作用：只是提供生物进化的________，不能决定生物进化的______。 基因突变 基因型 不定向的 原材料 方向 （4） 变异的有利和有害是相对的，是由__________决定的。 生存环境 8 2. 自然选择对种群基因频率变化的影响 （1） 原因：在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，种 群中相应基因的频率会__________；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少， 种群中相应基因的频率会______。 不断提高 下降 （2） 结果：在自然选择的作用下，________________会发生定向改变，导致生物朝 着一定的方向不断进化。 种群的基因频率 旁栏边角 想一想 染色体结构变异和染色体数目变异都能引起种群基因频率的变化吗? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 提示 会；染色体结构的改变,会使排列在染色体上的基因数目和排列顺序发生改变,导致基因的表达受到影响,从而引起种群基因频率的变化;发生染色体数目变异的染色体上的基因数目也会随之改变,引起种群基因频率的变化。 9 结论语句 辨一辨 （1） 从根本上讲，没有突变，就没有生物的进化。( ) √ （2） 突变具有低频性，不能为生物进化提供原材料。( ) × （3） 有害突变不能成为生物进化的原材料。( ) × （4） 所有变异都不能决定生物进化的方向，但都能提供进化的原材料。( ) × （5） 生物进化的实质是种群基因型频率的改变。( ) × 10 知识点三 探究抗生素对细菌的选择作用 1. 实验原理:一般情况下,一定浓度的抗生素会杀死细菌,但变异的细菌可能产生______ ___。在实验室连续培养细菌时,如果向培养基中添加抗生素,耐药菌有可能存活下来。 耐药性 2. 方法步骤 相互垂直 涂布器 11 不含抗生素 抗生素纸片 抑菌圈的直径 抑菌圈 边缘 12 3.注意事项：实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理，防止对 环境造成污染。 旁栏边角想一想 细菌产生耐药性变异的过程是定向的吗？为什么？ ___________________________________________________________________________ ____ 提示 不是。因为细菌产生耐药性变异的过程属于基因突变，而基因突变具有不定向性。 13 结论语句辨一辨 （1） 细菌在抗生素的诱导作用下产生了耐药性基因。( ) × （2） 本实验所使用的涂布器、培养皿等都要进行灭菌处理。( ) √ 14 重难探究·能力素养全提升 15 主题一 用数学方法讨论基因频率的变化 情境探究 某桦尺蛾种群中，黑色体色的基因为 ，浅色体色的基因为 ，抽样调查100个个体， 测得基因型为 、 、 的个体数分别为10个、20个、70个。假设该桦尺蛾种群非 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、不同体色的个 体生存和繁殖的机会是均等的、基因 和 都不产生突变等。根据孟德尔的分离定律计 算并回答问题。 1. 该种群产生的 配子和 配子的比值各是多少？子一代基因型频率是多少？ ___________________________________________________________________________ _________________________________________ 提示 配子占 ， 配子占 。子一代基因型频率： 基因型频率为 ， 基因型频率为 ， 基因型频率为 。 16 2. 子一代种群的基因频率各是多少？ _____________________________________________________________________ 提示 子一代种群的基因频率： 基因的频率为 ， 基因的频率为 。 3. 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？请完成下表。 亲代基因型的比值 配子的比率 子一代基因型频率 子一代基因频率 子二代基因型频率 （__________） （_____） （_____） 子二代基因频率 （_____） （_____） 提示 17 方法突破 种群中基因频率的计算规律 （1）在种群中，一对等位基因的基因频率之和等于1,基因型频率之和也等于1。 （2）基因频率的计算规律（以人类为例） ①若某基因在常染色体上,则基因频率 ②若某基因只出现在 染色体上,则基因频率 （3）根据基因型频率计算基因频率的方法 A的基因频率 的基因型频率 的基因型频率, 的基因频率 的基因型频 率 的基因型频率 18 （4）根据遗传平衡定律计算基因频率和基因型频率 ①遗传平衡定律 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,又称为哈迪—温 伯格定律。 .种群足够大; .种群中个体间的交配是随机的; .没有突变发生; .没有新基因加入; .没有自然选择。 19 ②基因频率与基因型频率的特点 设A的基因频率为 , 的基因频率为 ,则 。 雌配子 雄配子 即 的基因型频率 , 的基因型频率 , 的基因型频率 。 20 视角应用 1. [2023云南昆明高一期末]某果蝇种群中有长翅和残翅两种翅型的个体，这对相对性 状由一对等位基因控制，长翅 对残翅 为显性。其中，基因型为 的个体占 ，基因型为 的个体占 ，基因A的频率为( ) A A. B. C. D. [解析] 基因型为 的个体占 ，基因型为 的个体占 ，所以基因型为 的 个体所占比例为 ，A的基因频率 ，A项符合题意。 21 2. 对某校学生进行红绿色盲遗传病调查研究后发现：780名女生中有患者23人，携带 者52人；820名男生中有患者65人。那么该群体中红绿色盲基因的频率是( ) C A. B. C. D. [解析] 红绿色盲基因的频率为 。 22 3. 现有一个由 、 、 三种基因型个体组成的动物种群，已知该种群中具有繁 殖能力的个体之间通过随机交配进行繁殖，而 个体不具有繁殖能力。该种群繁殖一 代，若子代中 ，则亲代中 、 和 的数量比可能为( ) B A. B. C. D. [解析] 设亲代具有繁殖能力的个体中 的比例为 ，则 的比例为 ，产生的 配子A的比例为 ， 配子的比例为 ，随机交配产 生的后代中， 所占的比例为 ，可求得 ，即该种群具 有繁殖能力的个体中， 和 所占比例均为 ，但亲本中 的数量无法计算，B 项符合题意。 23 【题后点拨】 自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律 交配方式 基因频率 基因型频率 自交 不改变 改变，且纯合子增多，杂合子减少 自由交配 处于遗传平衡 不改变 不改变 不处于遗传平衡 不改变 改变 （1）影响基因频率的因素不只是环境，还有突变、生物的迁移等。 （2）基因频率不改变，基因型频率不一定保持不变。如杂合子 自交后代，基因频 率不变，而基因型频率改变。 24 主题二 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 情境探究 根据教材第112页～第113页“探究·实践”提供的资料，回答下列问题。 1. 桦尺蛾种群中产生的可遗传变异有哪些类型？ ___________________________________________________ 2. 对桦尺蛾种群来说，在自然选择过程中，直接受选择的是表型还是基因型？为什么？ _____________________________________________________________________________ 提示 突变（包括基因突变和染色体变异）和基因重组。 提示 直接受选择的是表型；因为天敌等直接看到的是性状，而不是控制性状的基因。 25 3. 根据表格中的数据分析，桦尺蛾种群发生进化了吗？判断的依据是什么？ _________________________________________________________ 提示 发生了进化；依据是桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。 4. 根据资料分析，决定桦尺蛾进化方向的是什么？为什么？ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 提示 自然选择；在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断提高；相反，具有不利变异的个体保留下来的机会少，相应基因的频率会下降。 26 方法突破 有关基因频率与进化的分析和总结 （1）影响种群基因频率变化的因素 ①外因：自然选择。 ②内因：基因突变和部分染色体变异如缺失和重复等能直接引起基因频率的变化，基 因重组只改变了基因型频率，在自然选择的作用下，淘汰部分个体后可引起基因频率 的变化。 27 （2）自然选择决定生物进化的方向 （3）进化的实质是种群基因频率的改变。变异是不定向的，自然选择是定向的，变异 在前，选择在后。 28 视角应用 1. 镰状细胞贫血患者（基因型为 ）在幼年时期死亡，但其致病基因的携带者（基 因型为 ）却对疟疾有较强的抵抗力。如图是对甲、乙两地区人群中各种基因型比例 的调查结果，其中乙地区流行疟疾。两地区保持当前环境不变，下列叙述正确的是 ( ) 29 甲地区 乙地区 A.甲、乙两个地区人群中A的基因频率相同 B.甲地区人群中 的基因频率会逐渐下降，A的基因频率会逐渐上升 C.乙地区人群中 和 两种基因型的个体比例将会逐渐上升 D.若甲地区人口迁移到乙地，则迁入乙地的甲地区所有人对抗疟疾的能力都会得到提高 √ 30 [解析] 甲地区人群中A的基因频率 ，乙地区人群中A的基因频率 ，两个地区人群中A的基因频率不同，A项错误；甲地区人群中基因型为 的个体会因患镰状细胞贫血在幼年时期死亡，这会使 的基因频率逐渐下降，A的基因频率逐渐上升，B项正确；乙地区人群中基因型为 的个体对疟疾有较强的抵抗力，其比例会逐渐上升，基因型为 个体的比例会逐渐下降，C项错误；若甲地区人口迁移到乙地，并不会改变个体的基因型，也不会改变个体对抗疟疾的能力，D项错误。 31 2. 在19世纪中叶以前，英国曼彻斯特地区的桦尺蛾几乎都是浅色型 的，随着工业 的发展，工厂排出的煤烟逐渐将树皮熏成黑褐色，到了20世纪中叶，黑色型 的桦 尺蛾成了常见类型。下列与此相关的叙述，正确的是( ) B A.自然选择的方向发生了改变，所以自然选择是不定向的 B.桦尺蛾种群进化过程中接受选择的是各种基因型的个体 C.该地区桦尺蛾种群进化过程中， 的基因型频率不会改变 D.长时间的环境污染导致 基因定向突变成 基因 [解析] 自然选择是定向的，A项错误；自然选择直接作用于表型，选择的是各种基因 型的个体，B项正确；基因型为 的个体对应的表型为黑色，适应环境，通过选择， 其基因型频率增加，C项错误；基因突变是不定向的，D项错误。 32 主题三 探究抗生素对细菌的选择作用 情境探究 根据教材第115页“探究·实践”，回答下列问题。 1. 要从什么位置挑选细菌再进行培养？原因是什么？ _____________________________________________________________________________ 提示 从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌；因为在抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。 33 2. 连续培养几代后，抑菌圈的直径发生了什么变化？这说明抗生素对细菌产生了什么作用？ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 提示 抑菌圈由大变小，细菌繁殖快，在繁殖过程中会不断地突变，产生耐药性，被含有抗生素的纸片筛选出来。因为含有抗生素的纸片在培养基上会形成一个以纸片为中心的浓度梯度，所以耐药性较强的细菌会分布在抑菌圈的边缘，挑取抑菌圈边缘的细菌进行连续培养，相当于提高了耐药性的基因频率，继续用抗生素筛选会筛选出耐药性更强的细菌。因此，抑菌圈会由大变小。 34 3. 在本实验的培养条件下，耐药菌所产生的变异是有利的还是有害的？怎么理解变异是有利还是有害的？ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 4. 滥用抗生素的现象十分普遍，请举例说明滥用抗生素的危害。 __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 提示 本实验中细菌产生的耐药性变异有利于细菌的生存，属于有利变异。在生物进化过程中，生物产生的有利变异是指有利于生物生存、适应环境的变异，而不是对人类有利的变异。 提示 （1）增强细菌耐药性：抗生素的滥用及不合理的使用在一定程度上使抗生素接触细菌的机会增大，使细菌耐药性积累并加强，使抗生素的药效减弱，甚至完全不起作用。（2）不良反应繁多：滥用抗生素导致大量不良反应产生，如应用氯霉素时可引发再生障碍性贫血。（3）菌群失调：抗生素的长期大量滥用，使未被抑制的细菌繁殖迅速，造成菌群失调的情况，进而导致患者免疫力下降，病情加重或产生新的病变。 35 方法突破 1.实验现象的分析和实验结论 （1）实验现象 与区域①相比，区域②③④纸片周围会出现抑菌圈；区域②③④抑菌圈的平均直径会 逐代变小。 （2）实验结论 ①细菌耐药性的出现是发生了可遗传的变异。 ②抗生素的选择作用导致耐药菌比例逐代升高。 36 2.三点归纳 37 视角应用 测定细菌对各种抗生素的药敏程度的实验方法为：将含有一定浓度不同抗生素的滤纸片放置在已接种被检菌的固体培养基表面，抗生素向周围扩散，如果抑制被检菌生长，则在滤纸片周围出现抑菌圈（图中里面的圈），结果如图所示。 A B C D 38 （1） 衡量本实验结果的指标是______________。 抑菌圈的大小 [解析] 抗生素如果抑制细菌生长，在滤纸片周围就会出现抑菌圈，抑菌圈越大说明抗生素的抑菌能力越强。 （2） 上述图中最有效的是___培养皿中的抗生素。 B [解析] 抑菌圈越大表示抗生素的抑菌能力越强，所以最有效的是B培养皿中的抗生素。 39 （3） 用上述最有效的抗生素对细菌进行处理，并测定细菌数量变化，如图所示： ① 向培养基中加抗生素的时刻为___。 [解析] 据曲线图分析， 时间段没有抗生素，细菌繁殖速度加快， 时刻加入抗生素，细菌被杀死，数量快速减少。 40 ② 细菌种群的进化是定向的，而变异是__________，细菌的耐药性产生于环境变化之 ____（填“前”“中”或“后”），抗生素对细菌变异的作用不是“诱导”而是______。 不定向的 前 选择 [解析] 细菌种群的进化是定向的，而变异是不定向的，细菌的耐药性在使用抗生素之前就已经存在，抗生素对细菌种群起到选择的作用，使得具有耐药性的个体生存下来，不具有耐药性的个体被杀死。 41 ③ 尽管有耐药性基因存在，但使用抗生素仍然能治疗由细菌引起的感染，原因在于细 菌种群中____________________________。如果长期使用同一种抗生素，细菌耐药性 会增强的原因是________________________________________。 有耐药性基因的个体占极少数 抗生素对细菌的耐药性变异进行了定向选择 [解析] 在细菌种群中，含有耐药性基因的个体是变异个体，只占少数，使用抗生素杀死了大部分无耐药性的个体，故使用抗生素仍然能治疗由细菌引起的感染。如果长期使用同一种抗生素，由于抗生素对细菌的耐药性变异进行了定向选择，细菌耐药性会逐渐增强。 42 经典算理 晨背要语 （1）A的基因频率 的基因型 频率 的基因型频率； 的 基因频率 的基因型频率 的基因型频率 1.一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。 2.基因突变产生新的基因，可以使种群的基因频 率发生变化。基因突变和染色体变异统称为突 变。 （2）遗传平衡定律 ， 表示A的基因频率， 表示 的基因 频率。基因型 的频率 ；基 因型 的频率 ；基因型 的频率 3.生物进化的实质是种群基因频率的改变。种群 基因频率发生改变一定会引起生物的进化。 4.变异在环境变化之前已经产生，环境只是起选 择作用，不能定向诱导基因突变。 5.变异是不定向的，而自然选择能定向改变种群 基因频率，从而使种群发生定向进化。 43 $$