6.3种群基因组成的变化课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

第六章 生物的进化 第三节 种群基因组成的变化与物种的形成 （第一课时） 情景导课 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？ 这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为他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选择下定向改变的过程，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生殖细胞成为一个新物种。 问题探讨 生物的个体，而且是个体的表型。 在自然界，没有哪个个体是长生不死的，个体的表型也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。 不够。还应研究群体基因组成的变化。 自然选择直接作用的对象是什么？ 研究生物的进化，仅研究个体和表型是够吗？如果不够，还必须研究什么？为什么？ 一、种群和种群基因库 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 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 种群的概念及特点 三要素： 判断以下例子是否属于种群，并且说出判断依据 （1）两个池塘内的全部鲤鱼 （2）一个池塘中的全部鱼 （3）一个池塘里的全部青蛙 否 否 否 否 同种生物 全部个体 同一区域 自由交配 （4）一个菜市场中的全部鲤鱼 同一区域（区域可大可小，大到地球，小的可以是一个池塘） 同一物种的生物 全部个体 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。 一、种群和种群基因库 种群中基因总数越多，基因库越大，与基因种类无关。 1.下列有关种群基因库的叙述中，不正确的是（ ） A. 一个种群的基因库包括这个种群所含的全部基因 B. 生物的个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传 C. 种群中每个个体含有种群基因库的全部基因 D. 基因突变可改变基因库的组成 小试牛刀 一、种群和种群基因库 基因频率解密（视频） 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= 某基因的总数 该对等位基因的总数 × 100% 注意：等位基因的位置 (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% 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。 2.某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是 30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少？ 方法一：概念法 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% 小试牛刀 2.某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是 30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少？ 方法二：通过基因型频率计算 A基因频率 = AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率 = 30%+1/2×60% = 60% = 10%+1/2×60% = 40% AA基因型频率为: 30% Aa基因型频率为: 60% aa基因型频率为: 10% a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率 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。 小试牛刀 用数学方法讨论基因频率的改变 思考.讨论 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。 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( ) 30% 30% 30% 10% 36% 48% 16% 60% 40% 36% 48% 16% 60% 40% 根据计算结果，想一想子二代、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？ 一、种群和种群基因库 种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡。 (哈代－温伯格定律) 当群体满足以下五个条件： ——理想种群 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 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 3 遗传平衡 一、种群和种群基因库 不存在。自然界种群的基因频率一定发生改变。 进化的实质：种群基因频率的改变。 交配方式 基因频率 基因型频率 自交 无自然选择 自由交配 处于遗传平衡 改变 纯合子增多杂合子减少 不改变 不改变 不改变 一、种群和种群基因库 (4)同时具备(3)题条件的种群存在吗？这说明了什么？ (5)由遗传平衡定律可知，理想种群中，从F1开始往后，基因频率和基因型频率都不变；若将其中的自由交配改成连续自交，那后代的基因频率和基因型频率依然不变吗？ 4. 已知人眼中的褐色（A）对蓝色（a）是显性。在一个有30000人的人群中，蓝眼人有3600人，褐眼的有26400人，其中纯合体有12000人。那么，在这个人群中A和a基因频率分布为（ 　） 　　A. 0.64和0.36 B. 0.36和0.64 　　C. 0.50和0.50 　 D. 0.82和0.18 3. 某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为15人，女性患者1人，男性患者14人，这个群体中色盲基因的频率应为（　 ） 　　A. 15% 　 　B. 3.88% 　　C. 5.17% 　　 D. 10.3% 小试牛刀 5．某植物种群中，AA个体占16%，aa个体占36%，该种群随机交配产生的后代中AA个体百分比、A基因频率和自交产生的后代中AA个体百分比、A基因频率的变化依次为（ ） A．不变，不变；增大，不变 B．增大，不变；不变，不变 C．不变，增大；增大，不变 D．不变，不变；不变，增大 对自然界的种群来说，不能满足遗传平衡状态的五个条件，种群基因频率会发生变化吗？生物该如何进化呢？ 小试牛刀 二、种群基因频率的变化及自然选择的影响 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 有突变 有选择 有迁入、迁出 基因频率发生改变 二、种群基因频率的变化及自然选择的影响 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。 思考：导致基因频率变化的原因可能有哪些？ 基因突变 染色体变异 基因重组 变异 可遗传变异 不可遗传变异 突变 生物进化的原材料 可遗传变异提供了生物进化的原材料。其来源分为突变和基因重组。 生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？ 二、种群基因频率的变化及自然选择的影响 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？ 由此可见，虽然基因突变频率很低，但放到种群中每一代都会有可观的变异量，虽然大多数都是有害的，但是总会出现一些更适应环境的变异，在自然选择过程中被保留下来并逐代积累。 二、种群基因频率的变化及自然选择的影响 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。 某海岛上残翅和无翅的昆虫 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 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 探究.实践 长满地衣的灰色树干 工业革命前 灰色(ss)桦尺蛾多 工业革命后 环境污染的黑色树干 黑色(S_)桦尺蛾多 S频率低，s频率高 S频率高，s频率低 观察现象 提出问题 作出假设 桦尺蠖种群中的S基因为什么越来越高？ 自然选择可以使种群的基因频率定向改变 假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS10%,Ss 20%,ss 70%,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，使得种群中浅色个体每年减少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？（计算结果填入下表） 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% 29.2% 14.7% 56.1% 60.9% 26.1% 73.9% 29.3% 13.1% 升高 降低 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 探究.实践 问题1: 树干变黑会影响桦尺蠖种群中浅色个体的出生率吗？为什么？ 会，因为树干变黑后，浅色个体容易被发现，被捕食的概率增加，许多个体可能没有交配、产卵前就被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率。 问题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？ 表现型，基因型并不能在自然选择中起直接作用，因为天敌在捕食桦尺蠖时，看到的是桦尺蠖的体色而不是控制体色的基因。 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 探究.实践 问题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？ 发生了进化。依据是桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。 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 生物朝一定方向缓慢进化 突变、基因重组 选择是定向的 生物进化的实质 直接选择的是：个体的表型 实质：决定表型的基因 自然选择决定生物进化的方向 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 探究.实践 问题4: 据资料分析，决定桦尺蛾进化方向的是什么？为什么？ 生物进化的实质是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。 课堂小结 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。 (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。 (4)进化中的定向与不定向 ①变异是不定向的。 ②自然选择是定向的。 ③种群基因频率的变化是定向的。 ④生物进化的方向是定向的。 小试牛刀 1.下列关于基因频率与生物进化关系的叙述，正确的是 A.种群基因频率的改变不一定引起生物的进化 B.生物进化的实质是种群基因频率的改变 C.只有在新物种形成时，才发生基因频率的改变 D.生物性状的改变一定引起生物的进化 √ 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(s)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(S)的桦尺蛾成了常见类型。下列与此相关的叙述正确的是 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Ss的基因型频率不会改变 D.长时间的环境污染导致s基因定向突变成S基因 √ 小试牛刀 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% 小试牛刀 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 4.一只果蝇的突变体在21℃的气温下，生存能力很差，但是，当气温上升到25.5℃时，突变体的生存能力大大提高。这说明（ ） A．突变是不定向的 B．突变是随机发生的 C．突变的有害或有利取决于环境条件 D．环境条件的变化对突变体都是有害的 小试牛刀 小试牛刀 5.使用某种农药防治某种农业害虫，开始效果很显著，长期使用后，效果越来越差，原因是（ ） A.害虫对农药进行了定向选择 B.害虫对农药逐渐适应 C.农药刺激害虫产生了变异 D.农药对害虫的变异进行了定向选择 FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com $$