6.3.1 种群基因组成的变化与物种的形成-【生物讲堂】2023-2024学年高一生物同步备课课件（人教版2019必修2）

6.3种群基因组成的变化与物种的形成 （第一课时） 自然选择与种群基因频率的变化有什么关系？ 为什么说种群是生物进化的基本单位？ 种群基因频率为什么会发生变化？ 02 01 本节聚焦 03 温故知新 寒武纪物种大爆发 ①神创造了生物 ：女娲、上帝 物种不变论——各种生物都是自古以来就如此的。） ②拉马克 当今所有生物都是由更古老的生物进化而来的。 适应的形成都是由于用进废退和获得性遗传。 证据 化石 比较解剖学 胚胎学 细胞和分子生物学 地球上的生物由原始的共同祖先进化而来。 ③达尔文 共同由来学说：生物有共同的祖先。 进化的机制：自然选择。 自然选择学说：过度繁殖、生存斗争、遗传变异、适者生存。 适应是自然选择的结果 桦尺蛾 变异 选择 自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。但是，在自然界，没有哪个个体是长生不死的，个体的表型会随着个体的死亡而消失，决定表型的基因却可以随着生殖而世代延续，并且在群体中扩散。 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。 判断：生活在英国曼彻斯特地区一片桦树林中的全部桦尺蛾， 称为一个种群。 概念1:生活在一定区域的同种生物全部个体的集合,称为一个种群。 包括：卵、幼虫（蠖）、蛹、成虫（蛾） 选择题：1.下列属于种群的是（ ） 一块水田里的全部青蛙 B. 一块棉田里的全部蚜虫 C. 一块朽木上的全部真菌 D. 一个池塘中的全部鱼 B 还有蝌蚪 有许多菌种 有各种鱼 思考：随着工业的发展，桦尺蛾浅色个体由于不适应环境逐步被淘汰，那么该种群后代是否再也没有浅色个体出现了呢？ 资料1：杂交实验表明，桦尺蛾的体色受一对等位基因S和s控制且位于常染色体上，黑色（S）对浅色（s）为显性。 结论：①一些浅色个体在被淘汰前可能将相应基因传给后代。 ②携带浅色基因的黑色桦尺蛾不面临淘汰高风险，种群中个体之间 相互交配，浅色基因被保留下来，其后代中还将会有浅色表型出现。 一个种群就是一个繁殖的单位。 个体基因 种群中全部基因 概念2： 种群是生物进化和繁殖的基本单位。 归还 来源 概念3：种群的基因库（教材P111） 小组讨论活动1：怎样量化体现桦尺蛾种群基因库中控制体色的基因组成的变化？ 一、种群基因组成的变化 概念3：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。 基因频率 ＝ ×100% 该基因的总数 该等位基因的总数 ① 基因位于常染色体上 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% Y染色体上没有等位基因！ 基因型频率 ＝ ×100% 该特定基因型个体数种群个体总数 概念4：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，叫作基因型频率。 定义法计算基因频率和基因型频率：果蝇是常用的遗传学研究的实验材料，据资料显示，果蝇约有104对基因，现有一果蝇种群，约有107个个体。请回答下列问题： (1)随机从该种群中抽出100只果蝇，测得基因型AA(灰身)35只，Aa(灰身)60只，aa(黑身)5只，则A基因的频率为________，aa个体的基因型频率为________。(2)已知果蝇红眼与白眼为一对相对性状，由一对位于X染色体上的等位基因控制，白眼受隐性基因(b)控制，随机抽取雌雄果蝇各100只，其中测得雌果蝇中XBXB(红眼)30只，XBXb(红眼)60只，XbXb(白眼)10只，雄果蝇中XBY(红眼)60只，XbY(白眼)40只，则B基因的频率为________，XbXb个体在雌性中的基因型频率为________。 65% 5% 60% 10% 根据基因型频率计算基因频率 2.某遗传病是常染色体上的隐性遗传病(基因用B、b表示)，在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中，基因型为BB的个体占60%，基因型为Bb的个体占30%，基因型为bb的个体占10%，则基因B和b的频率分别是(　　)A.90%，10% B.75%，25% C.50%，50% D.35%，65% 3.调查某校学生中关于某种性状的各种基因型及比例为： 基因型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY 比例(%) 42.32 7.36 0.32 46 4 则该校学生中XB和Xb的基因频率分别是(　　) A.6%、8% B.92%、8% C.78%、92% D.8%、92% 工业黑化后的桦尺蛾种群基因频率发生了怎样的变化？ 接续思考：曼彻斯特地区的黑色桦尺蛾所占比例激增到接近98%,尝试推测桦尺蛾群体中控制体色的基因型频率及基因频率的变化? 黑色桦尺蛾↑ 浅色桦尺蛾↓ S基因频率↑ SS、Ss基因型频率↑ s基因频率↓ ss基因型频率↓ 推测：生物进化的实质是种群基因频率的改变。 小组活动2：分析种群基因频率在什么条件下会改变？ P111：用数学方法讨论基因频率的改变 情境1:在一个桦尺蛾种群中，基因型为SS、Ss、ss各有100. 200、700个，求该种群中SS、Ss、ss的基因型频率分别是多少?S和s的基因频率分别是多少?该种群中的个体自由交配一代后，子一代的基因频率和基因型频率是多少? 亲代基因型频率 SS（10%） Ss（20%） ss（70%） 配子的比值 S（ ） S( ) s( ) s( ) 亲代基因频率 S（ ） s( ) 子一代基因型频率 SS（ ） Ss( ) ss( ) 子一代基因频率 S（ ） s( ) 10% 10% 10% 70% 20% 80% 4% 32% 64% 20% 80% 结论：F1与亲代相比基因型频率发生了_____，但基因频率则_______。 改变 不变 自由交配是不会改变种群的基因频率。 以“ ”学说为核心的现代生物进化理论。 自然选择 ① 种群是生物进化和繁殖的基本单位。 个体基因 种群中全部基因（基因库） 归还 来源 ②生物进化的实质是种群基因频率的改变。 Xb Xb 的基因频率 = 1/2XB Xb的基因型频率+ Xb Xb 的基因型频率+Xb Y的基因型频率 小组活动2：分析种群基因频率在什么条件下会改变？ 情境2:在一个桦尺蛾种群中，基因型为SS、Ss、ss各有100. 200、700个，即S和s的基因频率分别是20%和80%。若该种群发生以下3种情况，则种群中S和s的基因频率分别是多少? 情况1：所有的SS个体失去了求偶和交配能力，且自由交配一代（ ）。 情况2：有10个SS个体突变为Ss（ ）。 情况3：由于工业污染使树皮变成黑色，致使浅色桦尺蛾中有20%被捕食，而黑色桦尺蛾中基本没有被捕食（ ）。 种群的基因频率改变的条件： ②发生了突变。 ①不同表型的个体生存、繁殖机会不同。 ③有迁入和迁出。 ④雌雄个体间不能自由交配。 S：11.11%， s：88.89% S：19.5%，s：80.5% S：23.25%，s：76.75% 种群的基因频率维持稳定的条件： P111 ②没有突变。 ①不同表型的个体生存、繁殖机会相同。 ③没有迁入和迁出。 ④雌雄个体间能自由交配。 ⑤种群规模足够大。 种群遗传平衡 小组活动3：分析种群遗传平衡时，基因频率和基因型频率的关系？ 设S的基因频率为p，s的基因频率为q。则 ②( p + q )2 = p2 + 2pq + q2 =4%+32%+64%=1 ①p+q=20%+80%=1 (哈代－温伯格定律) q2=ss 基因型的频率 p2=SS 基因型的频率 2pq =Ss 基因型的频率 ♀ ♂ P:20%(S) p:80%(s) P:20%(S) p:80%(s) P2:4% (SS) Pp:16% (Ss) Pp:16% (Ss) p2:64% (ss) 某常染色体隐性遗传病在人群中的发病率为1%。一个表型正常的女性（携带者）与一个表型正常的男性结婚，则他们所生小孩患该种遗传病的概率是？ 已知某环境条件下某种动物的AA和Aa个体全部存活,aa个体在出生前全部死亡。现有该动物的一个大群体,只由AA、Aa两种遗传因子组成,其比例为1∶2。假设每对亲本只交配一次且成功受孕,均为单胎,在上述环境条件下,理论上该群体随机交配产生的第一代中AA和Aa的比例是(　　)A.1∶1　　　 B.1∶2　　　 C.2∶1　　 　D.3∶1 A bb基因型频率=1% b基因频率=1/10, B基因频率=1-1/10=9/10 Bb基因型频率=2*1/10*9/10=18/10 BB基因型频率=(B基因频率)2=81/100 所生小孩患病概率=1/4*18/(18+81) =1/22 讨论：遗传平衡对于伴性遗传是否符合？ 情境3: 加菲猫的性别决定方式为XY型，其尾的长短分别由等位基因A,a控制，位于X染色体非同源区。某雌雄个体数量相同的加菲猫种群中XA，Xa的基因频率在雌雄群体和整个种群中均分别为0.8，0.2，则种群中XAY,XAXA,XAXa的基因型频率分别是多少？ ♂：XAY基因型频率=XA基因频率=p=0.8 XaY基因型频率=Xa基因频率=q=0.2 设XA的基因频率为p，Xa的基因频率为q。则 ①p+q=0.8+0.2=1 ♀：XAXA基因型频率=XA基因频率的平方=p2=0.64 XaXa基因型频率=Xa基因频率的平方=q2=0.04 XAXa基因型频率=2*XA*Xa基因频率=2*p*q=0.32 Y染色体上没有等位基因！ 雌雄比例=1：1 种群：XAXA基因型频率=1/2*p2=0.32 XAY基因型频率=1/2*P=0.4 XAXa基因型频率=p*q=0.16 各基因型频率之和为1。 思考：联系变异的特点，说说对于真实的自然界来说，真的存在满足以上5个条件的种群吗？ 普遍性 低频性——种群基因库基数大 不定向性 基因重组 可遗传的变异 突变 基因突变 染色体变异 特点 突变和基因重组为生物的进化提供原材料。 生物进化的实质是种群基因频率的改变。 结 果 新的等位基因 多种基因型 多种变异类型 改变种群的基因频率 种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？？ 探究.实践 自然选择对种群基因频率变化的影响 P112 长满地衣树干上的桦尺蛾 黑褐色树干上的桦尺蛾 适者 适者 不适者 不适者 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% 栖息环境污染前 栖息环境污染后 浅色 深色 推测：种群的基因频率在自然选择的作用下发生定向改变。 第1年 第2年 第3年 第4年 …… 基因型频率 SS 10%(10) Ss 20%(20) ss 70%(70) 个体总数 100只 基因 频率 S 20% s 80% (11) (22) (63) 11.5% 23% 65.6% 22.9% 77% (12.1) (24.2) (56.7) 13.0% 26% 61.0% 26.0% 74% 14.6% 29.25% 56.1% 29.3% 70.75% (13.3) (26.6) (51.0) 升高 降低 96只 93只 90.9只 探究.实践 自然选择对种群基因频率变化的影响 P112 浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10% 根据教材P112～113“探究·实践”提供的资料，回答下列问题： (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？ 因为树干变黑后，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。控制浅色的s基因频率↓，深色S基因频率↑。 (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？ 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。 自然选择使基因频率定向改变。 结论：自然选择决定生物进化的方向 在自然选择过程中，直接受选择的是生物的表现型。在自然选择作用下，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。 可遗传变异 原桦尺蛾种群 同一性状多种表现类型 不利变异 有利变异 基因频率减少 基因频率增加 生物 进化 ⑴原因： 不断淘汰具有 的个体，选择保留具有 的个体。 不利变异 有利变异 ⑵选择的对象： 直接作用对象是个体的 ，最终选择的对象是决定表型的 。 表型 基因 ⑶选择的结果： ①基因方面： ②生物性状方面： 生物朝着一定的方向不断进化 种群基因频率发生定向改变 自然选择 进化的实质 总结归纳：依据现代生物进化理论用绘制概念图的方式解释桦尺蛾 “工业黑化”的现象。 种群的基因频率定向改变 01 将细菌涂布在培养基平板上 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 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 02 03 04 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 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 实验结果 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。 说明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 一代 二代 三代 讨论：(1)为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？ (3)在本实验的培养条件下，耐药菌所产生的变异是有利还是有害的？你怎么理解变异是有利还是有害的？ 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。 在本实验条件下，耐药菌产生的变异一般来说是有利的。有利于该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.实践 探究抗生素对细菌的选择作用 P115 (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的抗药基因不断积累，抗药性不断增强，导致抗生素药物失效。 练习与应用P114 一、概念检测 1.√ × √ 2.D 3.C 4.C 二、拓展应用 1.如选择育种和杂交育种。 2.如果气候等其他条件也合适，并且这个种群具有一定的繁殖能力，该种群的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。 3.二者存在正相关的关系。依据是调查数据。 (2)随着抗生素人均使用量的增大，不耐药的细菌生存和繁殖的机会减少，耐药菌生存和繁殖的机会增多，耐药基因在细菌种群中的基因频率逐年上升。 (3)由于细菌繁殖很快，耐药率上升速度也较快，因此需要加强监控。我国卫生部门建立了相关监测机制，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，如更换新的抗生素类药物，将细菌耐药率控制在低水平。 (4)合理使用抗生素，防止滥用抗生素。 1．（2024·江西·高考真题）某水果的W基因（存在多种等位基因）影响果实甜度。研究人员收集到1000棵该水果的植株，它们的基因型及对应棵数如下表。据表分析，这1000棵植株中W1的基因频率是（ ） A．16.25% B．32.50% C．50.00% D．67.50% 2．（2024·湖北·高考真题）某二倍体动物的性别决定方式为ZW型，雌性和雄性个体数的比例为1∶1。该动物种群处于遗传平衡，雌性个体中有1/10患甲病（由Z染色体上h基因决定）。下列叙述正确的是（ ）A．该种群有11%的个体患该病B．该种群h基因的频率是10%C．只考虑该对基因，种群繁殖一代后基因型共有6种D．若某病毒使该种群患甲病雄性个体减少10%，H基因频率不变 3．（2021·广东·高考真题）兔的脂肪白色（F）对淡黄色（f ）为显性，由常染色体上一对等位基因控制。某兔群由500只纯合白色脂肪兔和1500只淡黄色脂肪兔组成，F、f 的基因频率分别是（ ）A．15%、85% B．25%、75%C．35%、65% D．45%、55% 4．（2009·广东·高考真题）某人群中某常染色体显性遗传病的发病率为19%，一对夫妇中妻子患病，丈夫正常，他们所生的子女患该病的概率是（ ）A．10/19 B．9/19 C．1/19 D．1/2 5．（2010·海南·高考真题）某动物种群中AA、Aa和aa的基因型频率分别为0.3、0.4和0.3，请回答：（1）该种群中a基因的频率为 。（2）如果该种群满足四个基本条件，即种群 、不发生 、不发生 、没有迁入迁出，且种群中个体间随机交配，则理论上该种群的子一代中aa的基因型频率为 ；如果该种群的子一代再随机交配，其后代中aa的基因型频率 （会、不会）发生改变。（3）假定该动物种群满足上述四个基本条件，但不发生随机交配，只在相同基因型之间进行交配，则理论上该种群的子一代中AA、Aa和aa的基因型频率分别为 、 和 ；如果子一代也同样只发生相同基因型之间的交配，其后代中AA、Aa和aa的基因型频率 （会、不会）发生改变。 $$