6.3.1 种群基因组成的变化与物种的形成（一 种群基因组成的变化）-2024-2025学年高一生物同步备课课件（人教版2019必修2）

第6章 生物的进化 苍鹭 鸳鸯 牛背鹭 AA AA Aa Aa aa aa aa AA AA AA aa 第3节 种群基因组成的变化与物种的形成 达尔文的自然选择学说主要内容 过度繁殖，生存斗争，遗传变异，适者生存 温故而知新 自然选择的直接作用对象是个体还是群体？基因型还是表型？进化基本单位是个体还是种群？ 在灰色翅（基因型aa）昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅（Aa）的变异个体，且绿色比灰色更不容易被敌害发现。 【问题探讨】 根据达尔文“适者生存、不适者淘汰”的观点，该绿色个体能被选择下来吗？ 如果绿色个体能很好的活下来，它要如何才能将绿色性状传给后代？ 不一定。绿色个体可能因为其它原因死亡。一个个体的适应能力无论多强，如果它的性状不能遗传给后代，它在进化中是没有贡献的。 通过将绿色基因传递给子代，才能将绿色性状一代一代的传递下去。性状的遗传要通过基因传递。 aa A 自然选择 直接对象： 根本对象： 个体的性状（表现型） 种群的基因 研究生物进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究群体基因组成变化。 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？ 情境视频：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？ 都有一定道理，但都不全面。它们忽视了鸡和蛋在基因组成上的一致性，也忽视了生物进化是以种群为单位而不是以个体为单位这一重要观点。生物进化过程是种群基因库在环境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。 种群基因频率的变化 一 种群和种群基因库 目 录 CONTENTS 二 探究抗生素对细菌的选择作用 三 种群 基因库 基因频率 基因型频率 找出以下几个概念？ 1 种群的概念及特点 定义：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。 特点：种群是繁殖的基本单位，也生物进化的基本单位。 举例：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 同一区域 同一物种（界门纲目科属种） 全部个体 一 种群和种群基因库 种群的三个要素 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。 思考？ 判断下列是否属于种群： （1）一片森林中的所有的蜘蛛。（ ） （2）一片森林中的所有啄木鸟。（ ） （3）两个池塘中所有的鲫鱼。（ ） （4）一片草地上的全部植物。 （ ） （5）一片草地上的全部幼小蒲公英。 （ ） × √ × × × 一 种群和种群基因库 一个菜市场所有的白菜是不是一个种群？ 一 种群和种群基因库 2 基因库和基因频率 一个种群中全部个体所含有的全部基因。 基因库的定义： 一个种群所有个体各自有自己的基因，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。个体间的差异越大，基因库也就越大。 A A A a a a a a a a A a a A a a 某昆虫决定翅色的基因频率 种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。 例如,许多昆虫的寿命都不足一年（如蝗虫)， 所有的蝗虫都会在秋风中死去，其中有些个 体成功地完成繁殖，死前在土壤中埋下受精卵。 来年春夏之交，部分受精卵成功地发育成蝗虫， 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？ 一 种群和种群基因库 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。 基因频率= 某基因的数目 该基因的等位基因的总数 × 100% 基因型频率： 在一个种群基因库中，某个基因型个体占个体总数比值。 影响因素： 突变、选择、迁移等。 一 种群和种群基因库 1.在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是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，求A和a的基因频率。 200 2×30+60=120 2×10+60=80 120÷200=60 80÷200=40 某昆虫决定翅色的基因频率 计算：就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因，那么： 这100个个体共有_____个基因，其中： A基因的数量=___________________ 个 a基因的数量=____________________个 A基因的频率=____________________% a基因的频率=____________________% 基因频率的一般计算方法 一 种群和种群基因库 2.某种群中基因型XBXB有20个， XBY有5个， XBXb有20个， XbY有5个，计算下列基因频率和基因型频率： （1）基因型频率： XBXB _______ XbY _______ （2）基因频率：XB______ Xb_______ 40% 10% XBXB基因型频率= XBXB个体数/所有个体=20/（20+5+20+5）=40% XbY基因型频率= XbY个体数/所有个体=5/（20+5+20+5）=10% XB基因频率= XB基因数/（ XB基因数+ Xb基因数） 1XBXB含有2个XB，1 XBY含有1XB， XBXb含有1XB和1Xb， XbY含有1Xb XB基因频率=（40+5+20）/（40+5+40+5）=65/90=72.2% 72.2% 27.8% 一 种群和种群基因库 基因频率= 某基因的数目 该基因的等位基因的总数 × 100% 基因频率= 某基因的总数 × 100% 注：(1）常染色体或X、Y染色体的同源区段上 (2）X染色体的非同源区段上 基因频率= 某基因的总数 雌性个体数×2 +雄性个体数 × 100% 全部个体数×2 (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 (　　) × 判断正误 × × √ 考向突破 落实必备知识 强化关键能力 S z L w h S z L w h S z L w h S z L w h S z L w h 在某昆虫种群中，决定体色为黑色的基因是A，决定体色为褐色的基因是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，求A和a的基因频率。 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% 类型一：概念法 回顾： 回顾： 类型一：概念法 某工厂有男女职工各200人，对他们进行调查时发现，女色盲5人，女性携带15人。男性色盲11人，求XB,Xb的频率？ 即：XBXb 15人 XbXb 5人 XbY 11人 若：基因位于X染色体的非同源区段上（注意Y上没有等位基因） 基因频率= 某基因的总数 雌性个体数×2 +雄性个体数 × 100% b% = ×100% 15+5x2+11 400x2-200(Y) =6% B% =94% 一 种群和种群基因库 1.假设：①昆虫种群数量非常大；②所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；③没有迁入和迁出；④不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的；⑤基因A和a都不产生突变。 （4）根据计算结果，想一想子二代、子三代及若干代后，种群基因频率会同子一代一样吗？ 子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率与子一代一样。 活动1 ：用数学方法讨论基因频率的变化 亲代基因型的频率 AA（30%） Aa（60%） aa（10%） 配子的比率 A（ ） A( ) a( ) a( ) 子一代基因型频率 AA（ ） Aa( ) aa( ) 子一代基因频率 A（ ） a( ) 子二代基因型频率 AA（ ） Aa( ) aa( ) 子二代基因频率 A（ ） a( ) 60% 40% 36% 48% 16% 60% 40% 30% 30% 30% 10% 36% 48% 16% 一 种群和种群基因库 设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1，那么 种群的基因频率将不会改变 A(p) a(q) A(p) AA(p2) Aa(pq) a (q) Aa(pq) aa(q2) 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 当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 ④自然选择对性状没有作用 ⑤基因A和a都不产生突变 遗传平衡定律（哈代 — 温伯格定律）： 归纳基因频率的计算方法： 1.通过基因型个体数量计算： A%= a%= ×100% a A+a ×100% A A+a 2.通过基因型频率计算： 基因频率 =纯合子基因型频率+1/2杂合子基因型频率 3.基因和基因型频率互算： 在符合遗传平衡的某种群中，若A的基因频率为P，a的基因频率为q =p2 + 2pq + q2 = 1 A a AA Aa aa (p + q )2 A基因频率 = AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率 a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率 （适用位于常染色体上的基因） 在种群中，一对等位基因基因频率之和等于1，基因型频率之和也等于1 一 种群和种群基因库 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？你能举出哪些事例？ 活动1 ：用数学方法讨论基因频率的变化 2.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？ 对自然界的种群来说，这5个条件不可能同时都成立。 例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。 突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A2的频率是上升还是下降，要看这一突变对生物体是有益的还是有害的。 种群基因频率的变化 一 种群和种群基因库 目 录 CONTENTS 二 探究抗生素对细菌的选择作用 二 遗传平衡群体 先打破平衡 无法进化 怎样进化? 种群规模小 基因频率随机变化 出现基因交流 迁入和迁出 基因频率不定向改变 突变和基因重组 不自由交配 有偏好的基因频率改变 自然选择 基因频率定向改变 最终导致基因频率改变 导致基因频率改变的原因： 基因突变在自然界普遍存在。基因突变产生新等位基因，就可使种群基因频率发生变化。 二 种群基因频率的变化 1 种群基因频率的变化 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 自然情况下，突变频率很低，且多数有害，对生物进化有重要意义吗？ 二 种群基因频率的变化 1 种群基因频率的变化 2×1.3× 104 × 108 种群 = 2.6 ×107（个） 个体 × 10-5 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 可遗传变异的形成、特点和作用 二 种群基因频率的变化 例如，有翅的昆虫，有时候会出现残翅和无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去。但是在经常刮大风的海岛上，这里昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死 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。 长翅 残翅 更适应风小环境 更适应大风环境 基因突变 基因重组 新的等位基因 多种多样的基因型 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 形成了进化的原材料, 不能决定生物进化的方向 作用 种群中出现大量可遗传的变异 形成 变异是随机的、不定向的 特点 2 可遗传变异的形成、特点和作用 二 种群基因频率的变化 那么种群基因频率的改变是否也是不定向的？ 二 种群基因频率的变化 3 自然选择对种群基因频率变化的影响 19世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。后来，随着工业的发展，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。 基因类型 黑色（S） 浅色（s） 工业革命前 （19世纪中叶） 5% 95% 工业革命后 （20世纪中叶） 95% 5% 长满地衣的树干上的桦尺蠖 黑色树干上的桦尺蠖 桦尺蛾种群中s基因（决定浅色性状）频率为什么越来越低? 提出问题 作出假设 讨论探究思路 黑褐色生活环境，不利于浅色桦尺蛾生存，对黑色的生存有利，这种环境的选择作用使该种群s基因频率越来越低，即自然选择可使种群基因频率发生定向改变。 假设1870年，桦尺蛾种群基因型频率为：SS10%，Ss20%，ss70%，S基因频率为20%。假如树干变黑使浅色型个体每年减少10%，黑色个体增加10%。在第2～10年间，该种群基因型频率是？每年基因频率是？ 4 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 二 种群基因频率的变化 二 种群基因频率的变化 1. 创设数字化的问题情境。 2. 计算，将计算结果填入表中。   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% 26.0% 29.3% 14.6% 56.1% 60.9% 26.1% 73.9% 29.3% 13.1% 升高 降低 假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。 制定并实施研究方案 4 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 假设种群共100个体，则第一年 SS：10个 Ss：20个 ss: 70个 第二年时： SS：10x（1+10%）=11个 Ss：20x（1+10%）=22个 ss: 70x（1-10%）=63个 SS+Ss+ss=96个 SS：11/ 96=11.5% Ss：22/ 96 =22.9% ss: 63/96=65.6% S=SS+1/2Ss s=ss+1/2Ss 二 种群基因频率的变化 4 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 讨论： 1.树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？ 会影响。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。 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？ 表型。天敌看到的是桦尺蛾的体色(表型)而不是控制体色的基因。 二 种群基因频率的变化 4 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 S（深色）基因频率逐渐上升，s（浅色）基因频率逐渐下降；黑色背景下，浅色桦尺蛾被天敌发现和捕食几率大于黑色桦尺蛾，但不影响桦尺蛾生存和繁殖，直接受选择的是表型。 分析结果 得出结论 自然选择作用下，可使基因频率发生定向改变，使生物朝一定方向缓慢进化。 不定向变异 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 多次选择和积累，通过遗传 自然选择 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 生物进化的实质： 种群基因频率的定向改变 【注意：不是基因型频率】 自然选择决定生物进化方向 适应环境的方向 环境 练习与应用P114 D C C ✔ ✖ ✔ 如选择育种，杂交育种 若气候等其他条件也合适，且这个种群具有一定繁殖能力，该种群个体总数会迅速增加，否则，也可能仍然处于濒危状态甚至灭绝 （1）这种细菌耐药率的变化与抗生素的使用量之间是否存在关联？依据是什么？ 二者存在正相关的关系。依据是调查数据。 （2）试从进化角度解释耐药率升高原因。 随抗生素人均使用量增加，不耐药细菌生存和繁殖机会减少，耐药菌生存和繁殖机会增加，耐药性基因在细菌种群中基因频率逐年上升。 （3）我国卫生部门建立了全国抗菌药物临床应用监测网和细菌耐药监测网，并要求医疗机构开展细菌耐药监测工作，建立细菌耐药预警机制。例如，当某抗菌药物的主要目标细菌耐药率超过30%时，医疗机构应及时将这一预警信息进行通报。请分析这一要求的合理性。 由于细菌繁殖很快，耐药率上升速度也较快，因此需加强监控。我国卫生部门建立相关检测机制，说明党和政府关注民生。医疗机构及时通报预警信息，有利于全国各医院机构共同及时采取措施，如更换新抗生素类药物将细菌耐药率控制在低水平。 （4）人类不断研发和使用新抗生素，细菌对新药耐药性也在不断提高，二者之间仿佛发生了一场竞赛。作为这场竞赛的参与者，你可以做些什么呢? 合理使用抗生素，防止滥用抗生素 种群基因频率的变化 一 种群和种群基因库 目 录 CONTENTS 二 探究抗生素对细菌的选择作用 三 ——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 三 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。 目的要求 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。 材料用具 经高温灭菌的牛肉膏蛋白胨液体培养基及固体培养基平板，细菌菌株（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等），含有抗生素（如青霉素、卡那霉素等）的圆形滤纸片（以下简称“抗生素纸片”），不含抗生素的纸片，镊子，涂布器，无菌棉签，酒精灯，记号笔，直尺等。 ——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 三 ——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 三 01 02 将细菌涂布在培养基平板上 03 ①号区域的中央放置不含抗生素纸片和②③④号区域的中央分别放置含有抗生素的纸片 04 将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h 用记号笔在培养皿的底部画线，将培养基分为四个区，标号 ——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 三 05 06 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 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 组别 实验结果： 1 2 3 4 5 6 分区 接种 设置变量 培养 观察 重复实验 探究抗生素对细菌的选择作用 三 ——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 三 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。 结果分析 在培养基上有细菌生长，在放有抗生素纸片的区域无细菌生长。连续培养几代后，抑菌圈的直径会变小。 探究抗生素对细菌的选择作用 三 “探究抗生素对细菌的选择作用”实验的相关分析 (1)抗生素不是诱变因子，因此细菌耐药性变异的产生与抗生素无关。 (2)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。 (3)滤纸片上的抗生素杀死了其周围的细菌，使其不能形成菌落而出现抑菌圈。 探究抗生素对细菌的选择作用 三 (1)为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？ (3)本实验培养条件下耐药菌所产生变异是有利还是有害？怎么理解变异有利还是有害？ 抗生素能够杀死细菌，在抑菌圈边缘抗生素浓度较低，可能存在具有耐药性的细菌，因此要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌。 本实验条件下，耐药菌产生的变异一般来说是有利的。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。 ——探究抗生素对细菌的选择作用 讨论： （2)你的数据结果是否支持“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。 (5)滥用抗生素的现象十分普遍。例如，有人生病时觉得去医院很麻烦，就直接吃抗生素；有的禽畜养殖者将抗生素添加到动物饲料中。你认为这些做法会有什么后果？ 滥用抗生素会使病菌抗药基因不断积累，抗药性不断增强，致抗生素药物失效。 探究抗生素对细菌的选择作用 三 什么是“超级细菌”？ 泛指那些对多种抗生素具有耐药性的细菌。 基因突变是产生超级细菌的根本原因。 由于大部分抗生素对其不起作用，超级细菌对人类健康已造成极大的危害。 抗生素对细菌具有定向选择作用。 课堂小结 种群 概念 同种生物 一定区域 全部个体 种群 基因库 概念 计算公式 种群基因频率 概念 变化 一个种群 全部基因 该基因型个体数 该种群个体总数 ×100% 基因突变 自然选择 某个基因与全部等位基因数的比值 基因频率不定向变化 基因频率定向改变 生物进化 导致 种群 基因型频率 FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf58.20.100 FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.58.101 $$