6.3 种群基因组成的变化与物种的形成课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版必修2

新人教版必修2 《遗传与进化》 第3节 种群基因组成的变化与物种的形成 第6章 生物的进化 教学目标： 种群的基因频率的变化 ； 隔离在物种形成中的作用 教学重点： 阐述为什么种群是生物进化的基本单位 ； 分析归纳变异、选择和隔离在新物种形成中的作用 教学难点： 探究抗生素对细菌的选择作用 、基因型和基因频率相关计算 本节 聚焦 教学方法： 讲授法、讨论法、多媒体教学、练习法 素养阐释： 参考优化设计 课标要求： 立足进化观点，从微观与宏观两大方面，深度理解体会种群基因组成的变化与物种的形成过程。 学情分析： 学生初中学习过相关达尔文进化知识，宏观方面对生物多样性具有一定的理解。 2 新课引入 先有鸡还是先有蛋？ 甲同学说：当然是先有鸡蛋了，因为只有生殖细胞产生的基因突变才能遗传给后代，体细胞即使发生了基因突变，也不能影响后代的性状。 乙同学说：不对，人们在养鸡过程中，是根据鸡的性状来选择的，只让符合人类需求的鸡繁殖后代，因此是先有鸡后有蛋。 你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？ 【答案】这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为它们忽视了鸡和蛋在基因组成上的一致性，也忽视了生物的进化是以种群为单位而不是以个体为单位这一重要观点。生物进化的过程是种群基因库在环境的选择作用下定向改变的过程，以新种群与祖先种群形成生殖隔离为标志，并不是在某一时刻突然有一个个体或一个生殖细胞成为一个新物种。 自然选择 直接对象： 个体的表型 研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究群体基因组成的变化。 种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。 根本对象： 种群的基因 新课引入 种群是生物进化和繁殖的基本单位 种群 1.种群： 生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。 一片树林中的全部猕猴 一个非洲象种群 一片草地上的所有蒲公英 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。 ①两个池塘内的全部青蛙 ②一片草地上的全部植物 ③一片草地上的成年梅花鹿 × × × 思考：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。 基因频率 基因型频率 在一个种群基因库中，某个基因型的个体占全部个体的比值。 在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值叫作基因频率。 A+a A ×100% A%＝ AA+Aa+aa AA ×100% AA%＝ 判断： 1. 一只小狗的全部基因是一个基因库 ( ) 2. 种群中每个个体含有种群基因库的全部基因 ( ) × × 某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, 褐色翅的基因为a，一共100个，调查发现AA、Aa、aa的个体分别有30、60、10个， 求 1， AA、Aa、aa 的 基因型频率？ 答案分别是 30%，60%，10% 2， A、a 的 基因频率？ 方法一： 概念定义法 方法二： 公式2 （通过基因型频率计算） 方法三： 公式3 （遗传平衡定律） 方法一： 概念定义法 A基因频率为: a基因频率为： = 40% A% = ×100% 2×AA＋Aa 2(AA＋Aa＋aa) a% = = 60% 2×aa＋Aa 2(AA＋Aa＋aa) ×100% 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： 120 ÷ 200=60% a基因的频率： 80 ÷ 200=40% 就一对等位基因A，a来说，每个个体有2个基因 方法二： 公式2 （通过基因型频率计算） ① 在种群中，一对等位基因的基因频率和等于1，基因型频率之和也等于1。 ② 一个基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率 A基因频率 = AA的基因型频率 + 1/2 Aa基因型频率 A基因频率 = 30%+1/2×60% = 60% a基因频率 = 10%+1/2×60% = 40% AA基因型频率: 30% aa基因型频率: 10% a基因频率 = aa的基因型频率 + 1/2 Aa基因型频率 Aa基因型频率: 60% 方式三： 公式3 遗传平衡定律 （哈代—温伯格定律） 当群体满足以下6个 理想 的条件： ①种群数量足够大； ②全部雌雄个体都能自由交配并能产生后代； ③没有迁入与迁出； ④个体生存和繁殖机会均等； ⑤没有突变 ； ⑥没有自然选择； 假设： A的基因频率为p ， a的基因频率为q； 则有 p+q=1 ， 那么 总而言之： 种群的基因频率将不会改变，保持稳定 (p+q)2 = p2 + 2pq + q2 ＝ 1 AA=p2 Aa=2pq aa=q2 11 亲代基因型频率 AA（30％） Aa（60％） aa（10％） 配子的比率 A（ ） A（ ） a（ ） a（ ） 子代基因型频率 AA( ) Aa（ ） aa（ ） 子代基因频率 A（ ） a（ ） 30％ 30％ 30％ 10％ 36％ 48％ 16％ 60％ 40％ 遗传平衡定律 各代基因频率相同吗？ 基因型频率相同吗？ 这有什么前提条件吗？ 相同。 相同。 需要满足理想条件。 思考与讨论 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，种群的基因频率会变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？ 突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。 基因A2的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有益还是有害的，这往往取决于生物生存的环境。 13 种群基因频率的变化 基因突变在自然界是普遍存在的。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。 可遗传的变异 变异 不可遗传的变异 基因突变 染色体变异 基因重组 突变 14 由于 种群 是由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。 思考：生物自发突变的频率很低，而且大多数突变对生物体是有害的，那么，它为何还能够作为生物进化的原材料呢？ 【例如】 每一代出现的基因突变数是： 2.6×107 （个） 突变的有害和有利也不是绝对的 ，往往取决于生物的生存环境。 突变和基因重组产生生物进化的原材料。 突变 新的等位基因 多种多样的基因型 基因重组 种群中出现大量随机的 、不定向的 可遗传变异 形成生物进化丰富的材料 遗传平衡群体 无法进化 怎样进化? 先打破平衡 种群较小 不自由交配， 机会不均等 有突变 有自然选择 有迁入、迁出 基因频率发生改变 种群中出现大量的可遗传的变异 基因突变 染色体变异 基因重组 是生物进化的原材料 变异能不能决定生物进化的方向？ 种群基因频率与自然选择的关系？ 种群基因频率的变化 不能 可以定向改变 英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天栖息在树干上。杂交实验表明，桦尺蛾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，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中S基因的频率很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 工业革命前 工业革命后 提出问题：桦尺蛾种群中s基因（决定浅色性状）的频率为什么越来越低呢？ 作出假设： 。 探究思路： 创设数字化问题情景的方法探究 1870年，桦尺蛾种群基因型频率为SS10％，Ss20％，ss70％。S基因的频率为20%。在树干变黑这一环境条件下，假如树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存， 使得浅色个体每年减少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各是多少？ 每年的基因频率是多少？ 自然选择可以使种群的基因频率定向改变 影响种群基因频率变化的因素--- 自然选择 第一年 第二年 第三年 第四年 ……. 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% 分析结果，得出结论: 升高 升高 降低 升高 降低 环境的选择作用使s基因频率越来越低。 70.7% 26% 29.2% 14.7% 56.1% 60.9% 26.1% 73.9% 29.3% 13.1% 计算结果填入下表 变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少,S基因频率增加。 注意： 变异在前，选择在后 自然选择对种群基因频率的影响 变异是不定向的 自然选择是定向的 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 生物朝着一定方向不断进化 生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。 种群基因频率的改变，标志着生物的进化。 自然选择决定了生物进化的方向 22 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耐药性。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。 通过观察细菌在含有抗生素的培养基上的生长状况，探究抗生素对细菌的选择作用。 探究抗生素对细菌的选择作用 实验原理 目的要求 ①培养皿分区、标号。 ③将不含抗生素的纸片和抗生素纸片分别放在平板的不同位置。 ②涂布平板。 ④将培养皿倒置于37 ℃的恒温箱中培养12~16 h。 ⑥从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌，接种到已灭菌的液体 培养基中培养。重复步骤②~⑤。 ⑤观察细菌的生长状况。是否有抑菌圈？ 测量、记录。 实验步骤 24 用记号笔在培养皿的底部画线，将培养基分为四个区，标号 将细菌涂布在培养基平板上 ①号区域中央放置不含抗生素纸片，②③④号区域的中央分别放置含有抗生素的纸片 将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h 观察并测量抑菌圈直径,并取平均值 从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤 抗生素对细菌有选择作用，抗生素对细菌抑制作用越来越弱。 抑菌圈直径/cm 第一代 第二代 第三代 1 2.26 1.89 1.62 2 2.41 1.91 1.67 3 2.42 1.87 1.69 平均值 2.36 1.89 1.66 数据结果是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？ 支持。 抑菌圈边缘生长的可能是耐药菌。 在本实验条件下，耐药菌所产生的变异是有利的还是有害的？ 在本实验条件下，一般来说是有利的，有利于生物在特定环境中生存和繁殖的变异，在此环境中就是有利变异。 滥用抗生素有什么后果？ a.增强细菌耐药性,使耐药菌大量积累。b.不良反应增多,菌群失调。 为什么要从抑菌圈边缘的菌落挑取细菌 ？ 抑菌圈边缘生长的可能是耐药菌。 结果分析 人们根据自己的需要，把某些比较合乎要求的变异个体挑选出来，让它们保留后代，把其他变异个体淘汰，不让它们传流后代。经过连续数代的选择，人类所需要的变异被保留下来，而且得以积累，微小变异成为显著变异，从而培育出新品种。 人工选择 人工培育的各种类型的鸡 人工选择 红似火、白如雪、蓝若繁星、橙似黄花 自然选择使种群的基因频率发生定向改变，只要是基因频率发生变化，生物就一定发生了进化，但是进化一定形成新物种吗？ 19世纪到20世纪，英国曼彻斯特地区的桦尺蠖种群的基因频率发生了很大的改变。 这两种桦尺蠖还是不是同一物种？ 是 (同一物种的不同种群) 隔离在物种形成中的作用 物种： 能在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物。 不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能生育不能产生可育的后代，这种现象叫做生殖隔离。 杂交 马（2n=64） 驴（2n=62） 骡（2n=63） 二倍体西瓜和四倍体西瓜是不是一个物种？ 骡子，三倍体西瓜是新物种吗？ 不是 都不是 生殖隔离 不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育后代的现象。 东北虎 华南虎 地理隔离 同种生物由于地理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。 隔离： 不同群体间个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。 地理隔离和生殖隔离 有没有 什么联系呢？ 物种形成的 常见的方式： 生殖隔离 地理隔离 长期 在加拉帕戈斯群岛上生活着13种地雀。这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南美洲大陆上，却看不到这13种地雀的踪影。 不同岛屿的环境有较大差别，比如岛的低洼地带，布满棘刺状的灌丛；而在只有大岛上才有的高地，则生长着茂密的森林。 达尔文在环球考察中观察到一个奇怪的现象。加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太平洋中，由13个主要岛屿组成，这些岛屿与南美洲大陆的距离为160~950km。 加拉帕戈斯群岛的地雀 1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗？ 由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。 2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？ 不一样。因为突变是随机发生的。 3.对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别？这对种群基因 频率的变化会产生什么影响？ 环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝着不同的方向改变。 4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？ 不会。 因为个体间有基因的交流。 隔离 阻断 突变、基因重组和 种群 出现差异 差异进一步加大 隔离 新物种形成 地理 自然选择 基因频率 基因库 生殖 基因交流 加拉帕戈斯群岛的地雀的形成方式 朝着不同方向发生改变 生殖隔离是物种形成的标志。 隔离是物种形成的必要条件。 长期的地理隔离会导致生殖隔离的出现。 自然选择2 自然选择1 地理隔离 原来的物种 变异1 变异2 变异类型1 变异类型2 新物种 新物种 生殖 隔离 基因频率的定向改变 基因库差异 导致 物种形成的三个环节： 突变和基因重组、 自然选择、 隔离。 渐变式： 物种形成的过程类型 爆发式 无需地理隔离，短时间内即可形成，如自然界中多倍体的形成。 不育 可育 物种形成 生物进化 标志 变化后 二者联系 生殖隔离出现 基因频率定向改变 属于不同物种 可能属于同一物种； 也可能属于不同物种 ②进化不一定产生新物种，但新物种产生的过程 中一定存在进化。 ①只有不同种群的基因库产生了明显的差异， 出现生殖隔离才形成新物种； 不定向的变异 不利变异（基因） 有利变异（基因） 淘汰 种群的基因频率定向改变 生物定向进化 生物进化的实质： 引起基因频率改变的因素： 突变、自然选择等。 种群基因频率的定向改变 多次选择和积累，通过遗传 自然选择 【注意】：种群基因型频率发生变化，生物不一定进化，强调是基因频率 （自然选择决定进化的方向） 种群中产生的变异 ，自然选择方向 。 不定向 定向 归纳：现代生物进化理论的主要内容： ⑴种群是生物进化和繁殖的基本单位 ⑵突变和基因重组产生进化的原材料 ⑶进化的实质是种群基因频率的定向改变 ⑷自然选择决定生物进化的方向 通过生存斗争实现 直接选择的是生物个体的表型 （5）共同进化导致生物多样性 以达尔文自然选择学说为核心 例1：调查色盲遗传时，请你推算该种群中Xb的基因频率: 类型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY 数量 30 20 0 46 4 Xb XB+Xb Xb= ×100％ = 20+4 30×2+20×2+46+4 ×100％ =16％ $$