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

性状水平 基因（分子）水平 以个体为单位 以种群为单位 达尔文 自然选择学说 现代生物 进化理论 核心 情境导入 第6章 生物的进化 第3节种群基因组成的变化与物种的形成 1.自然选择直接作用的对象是什么？ 直接作用对象：个体表型 没有 不会 不够的，还必须研究群体基因组成的变化 达尔文自然选择学说对长颈鹿形成的解释： →间接作用对象：表型相关基因型 →根本作用对象：控制表型的基因 →种群是生物进化的基本单位 2.这个颈长的个体会永远存活吗？ 3.个体死亡，表型消失，自然选择的作用消失了吗？为什么？ 4.研究生物的进化，仅研究个体和表型够吗？ 一、种群和种群基因库 1.种群: 生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。 一片树林中的全部猕猴 一片草地上的所有蒲公英 一个培养皿中大肠杆菌 判断下列情况是否属于种群： 一个池塘中的全部鱼（ ） 一个池塘中的全部鲤鱼（ ） 两个池塘内的全部草鱼（ ） 一片草地上的成年梅花鹿（ ）一个学校的所有人（ ） 一个菜市场中的全部鲤鱼( ) × √ × × × × 5 种群和种群基因库 2.基因库： 一个种群中全部个体所含有的全部基因。 3.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率。 4.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。 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= 某基因型个体总数 种群全部个体数 × 100% 其中每个个体所含的基因只是基因库的一部分 种群和种群基因库 例：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% 种群和种群基因库 2.基因库： 一个种群中全部个体所含有的全部基因。 3.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率。 4.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。 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= 某基因型个体总数 种群全部个体数 × 100% 其中每个个体所含的基因只是基因库的一部分 = 纯合子频率+1/2杂合子频率 种群和种群基因库 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 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 例：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？ 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。 ——用数学方法讨论基因频率的改变 课本P111 前提 一、种群和种群基因库 ——用数学方法讨论基因频率的改变 亲代基因型比值 AA(30%) Aa(60%) aa(10%) 配子的比值 A( ) A( ) a( ) a( ) 子一代基因型频率 AA( ) Aa( ) aa( ) 子一代基因频率 A( ) a( ) 30% 30% 30% 10% 36% 48% 16% 60% 40% (1)根据孟德尔分离定律，完成下表。 11 种群和种群基因库 (4) 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？ 亲代 子一代 子二代 子三代 基因型频率 AA 30% Aa 60% aa 10% 基因频率 A a 36% 48% 16% 60% 40% 36% 16% 48% 60% 40% 60% 40% 36% 48% 16% 60% 40% 由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代和子代每一种基因的频率都不会改变，到下一代也是如此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就是哈代——温伯格定律，也叫遗传平衡定律。 一、种群和种群基因库 遗传平衡定律（哈代 — 温伯格定律）： 例1：设 A 的基因频率为 p ， a 的基因频率为 q ；则 p + q = 1 AA(p2) Aa(pq) Aa(pq) aa(q2) 当群体满足以下五个条件： ①种群非常大； 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基因不产生突变 种群的基因频率将不会改变 (p+q)2=p2+2pq+q2=1 AA 基因型的频率 Aa 基因型 的频率 aa 基因型的频率 理想种群 13 探究一.种群和种群基因库 例1：某学校男女各有100人，其中XBXB占50人，XBXb占30人，XbXb占20人，XBY占80人，XbY占20人，那么XB、Xb的基因频率是多少？ XB%= Xb% ×100% 2×50＋30＋80 2×女性人数＋男性人数 = 70% = 30% 例2：在某地区的人群中XBXB=44% 、XBXb=5%、XbXb=1%、XBY=43%、XbY=7%。那么Xb的基因频率是多少？ Xb=9.3% XB=90.7% 将百分号去掉，当个体数，按公式 计算 注意：不能按基因频率=该基因纯合体频率 + 1/2杂合子频率计算 男性个体中 XB的基因频率 XBY基因型频率 XBY、 XbY ＝ XBY个体数 XBY个体数 ➕ XbY个体数 ＝ XBY个体数 × 1 XBY个体数 ➕ XbY个体数 ＝ 1、男性个体中某基因型频率＝基因频率 人群中 配子： XB Xb Y 男性个体中 XBY、 XbY 2、男性个体中Xb频率＝人群中Xb的频率 人群中 若XB=p Xb=q 男性个体中 女性个体中 XBY XbY XB XB XB Xb Xb Xb ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ p p2 q 2pq q2 3、女性个体中XbXb频率＝（人群中Xb频率）2 男性中红绿色盲占8% 男性中XbY占8% 女性中红绿色盲占0.64% 女性中Xb Xb占0.64% 男性中Xb占8% 女性中Xb占8% 一、种群和种群基因库 (4)同时具备以上条件的种群存在吗？这说明了什么？ 不存在。自然界种群的基因频率一定发生改变。 无法进化 先打破平衡 种群较小 不自由交配 有迁入、迁出 有自然选择 有基因突变 遗传平衡 生物怎么进化？ 基因频率发生改变 进化 生物进化的实质：种群基因频率发生改变 19 如果该种群出现新的突变型，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？ 会 A%+a%=1 A% +a% + A2 % =1 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。 种群和种群基因库 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 有自然选择 有迁入、迁出 基因频率发生改变 生物进化的实质：种群基因频率发生变化的过程。 一、种群基因频率的变化——生物进化的实质 生物进化的原材料： 可遗传变异 基因突变 染色体变异 基因重组 突变 基因突变： 产生新的等位基因，可直接改变种群基因频率 染色体变异： 改变基因数目或排列顺序，可能直接改变种群基因频率 基因重组： 产生更多基因型，更多变异类型，不直接改变基因频率，但可影响基因频率的变化 可遗传变异 自然界中生物的自然突变频率很低，为什么它还能作为生物进化的原材料呢？ 自然界中生物的突变一般对生物体是有害的。为什么它还能作为生物进化的原材料呢？ 种群基因频率的变化——生物进化的实质 自然界中生物的自然突变频率很低，为什么它还能作为生物进化的原材料呢？ 种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，这样每一代就会产生大量的突变 【例如】果蝇1组染色体上约有1.3×104个基因，假定每个基因的突变频率都为10-5，对一个约有108个个体的果蝇种群来说，每一代出现的基因突变数是： 2×1.3× 104 × 10－5 个体（2.6×10-1） ×108 种群 = 2 .6×107（个） 自然界中生物的突变一般对生物体是有害的。为什么它还能作为生物进化的原材料呢？ 突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境 正常环境 难以生存 有害突变 刮风海岛 避免吹进海里淹死 有利突变 二、种群基因频率的变化 小结： 基因突变 新的等位基因 多种多样 的基因型 突变和基因重组是随机的、不定向的 多种多样 的表现型 种群中出现大量可遗传的变异类型 可遗传变异形成了进化的原材料, 但不能决定基因频率改变方向 种群基因频率的改变是否也是不定向的？ 26 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 ——探究自然选择对种群基因频率变化的影响 英国曼彻斯特地区的桦尺蛾，体色受一对等位基因S和s控制，黑色(S)浅色(s) 19世纪中叶以前 20世纪中叶 s>95% s<5% 工业污染 桦尺蛾种群中s基因的频率为什么越来越低？ 提出问题： 27 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 桦尺蛾种群中s基因的频率为什么越来越低？ 提出问题： 自然选择可以使种群的基因频率定向改变。 作出假设： 制定并实施研究方案: (1)请分析S、s基因产生的原因，并分析可遗传变异在生物进化中的意义。 (2) 树干变黑的环境对桦尺蛾浅色个体的出生率有影响吗？树干变黑的环境对桦尺蛾体色基因频率产生了什么影响？ 基因突变； 可遗传变异产生了大量的不定向的变异，为生物的进化提供了原材料。 有影响。许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食。 树干变黑的环境使控制浅色的s基因频率逐渐下降，S基因频率逐渐提高。 30 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 (3)自然选择在基因频率改变的过程中有什么作用？ (4)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？ (5)桦尺蛾种群发生进化了吗？判断的依据是什么？ 自然选择使种群的基因频率发生定向改变， 自然选择决定了生物的进化方向。 自然选择作用的对象： 直接对象： 间接对象： 根本对象： 表型 基因型 基因 发生了进化。依据是桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。 表型。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。 31 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 原种群 不定向变异 突变,基因重组 不同性状 自然选择 直接选择:个体的表型 根本选择:决定表型的基因 不利变异 不断淘汰 有利变异 积累加强 种群基因频率定向改变(生物进化的实质) 生物定向进化 有利变异的基因频率不断增大 有害变异的基因频率逐渐减小 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。 定向的 小结： ——自然选择决定生物进化的方向 32 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 ——探究抗生素对细菌的选择作用 自变量： 因变量： 有无抗生素 细菌是否被杀死（有无抑菌圈） 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 加入凝固剂 如琼脂 液体培养基 固体培养基 一种应用最广泛和最普遍的细菌培养基，又称普通培养基 用于扩大培养 用于观察菌落、分离、保存菌种等 有利于细胞生长，提高生产量。 1、皿底画线将培养基分为四个区，并标号 ① ② ③ ④ 2、无菌涂布器将细菌涂布在固体培养基平板上 方法步骤： ——探究抗生素对细菌的选择作用 35 3、每个区域中央分别放置不含抗生素（①区域）和含有抗生素的纸片（②③④区域） 4、37℃倒置培养 对照组、实验组分别是？ ②③④完全一样的目的是什么？ 方法步骤： ——探究抗生素对细菌的选择作用 36 5、观察有无抑菌圈 测量抑菌圈直径 6、从抑菌圈边缘的菌落挑取细菌，液体培养 重复步骤2-5 记录每代的抑菌圈直径 方法步骤： ——探究抗生素对细菌的选择作用 →判断是否抑菌 →判断抑菌强弱 有无抑菌圈和抑菌圈直径分别可反映什么？ 为什么要从抑菌圈边缘菌落挑取细菌？ 抑菌圈边缘抗生素浓度较低，可能存在具有耐药性的细菌 37 结果和结论： ——探究抗生素对细菌的选择作用 1．在培养基上是否有细菌生长?在放有抗生素纸片的区域呢? 有 无 2．在连续培养几代后： （1）抑菌圈的直径发生了什么变化？ （2）这说明抗生素对细菌产生了什么作用？ 越来越小 抗生素对细菌抑制作用越来越弱，抗生素对细菌有选择作用 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 学以致用 如图表示长期使用某农药后，害虫种群密度变化情况，分析回答下列问题： (1)a点之前，害虫种群中有多种变异类型，原因是？ 因为变异是不定向的 (2)使用农药后，ab段下降的原因是？ bc段上升的原因是？ 使用农药后，抗药性弱的变异个体在生存斗争中被淘汰，而抗药性强的变异个体在生存斗争中生存下来。 变式训练： 使用农药后，抗药性弱的害虫被杀死，抗药性强的害虫存活下来，这样经过农药的长期选择，使得害虫抗药性逐渐加强。 (4)该过程中，农药起什么作用？ 农药对害虫的抗药性变异进行定向选择，使害虫的抗药性个体逐渐增加。 课堂小结 生物进化的基本单位 生物进化的实质 生物进化的原材料 决定生物进化的方向 种群 基因频率的改变 突变和基因重组 自然选择 41 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世纪中叶到20世纪中叶，英国曼彻斯特地区的桦尺蠖种群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(同种生物的不同种群) 四、隔离在物种形成中的作用 情境导入 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） 四、隔离在物种形成中的作用 探究：物种的概念 探究任务一： 1、三倍体牡蛎肉鲜味美，素有“海的玄米”之称。三倍体牡蛎培育的过程是：用适宜浓度的6－二甲氨基嘌呤诱导二倍体牡蛎处于减数分裂Ⅱ的次级卵母细胞，抑制第二极体的释放，然后让该细胞与二倍体牡蛎的精子结合。形态、结构一致的三倍体牡蛎和二倍体牡蛎是一个物种吗？为什么？ 2、所有的骡子是一个新物种吗？ 3、全世界的人都是一个物种吗？ 4、如何判断两种生物是否为同一个物种？ 不是；三倍体和二倍体无法交配，不能产生后代。 不是，因为同一物种的雌雄个体间要能够相互交配并产生可育后代，而骡子是不可育的。 是，无论白人黑人黄种人结婚，都能产生具有生殖能力的后代。 看两种生物间是否存在生殖隔离。 杂交 马（2n=64） 驴（2n=62） 骡（2n=63） 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。 四、隔离在物种形成中的作用 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 四、隔离在物种形成中的作用 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 四、隔离在物种形成中的作用 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。 四、隔离在物种形成中的作用 探究.隔离及其在物种形成中的作用 5．通过地雀的形成过程，说明物种形成的基本环节： 6．经过漫长的地理隔离,一定会形成生殖隔离吗? 新物种形成一定要经过地理隔离吗? ①_____________________为生物的进化提供原材料。 ②_____________________决定生物进化的方向。 ③_____________________是物种形成的必要条件。 _____________________的出现意味着新物种的产生。 突变和基因重组 自然选择 隔离 生殖隔离 不一定, 如果两个种群生活环境都不发生变化，或者变化很小，两个种群的进化方向相同，有可能不会产生生殖隔离。 不一定, 不经过地理隔离，也可以直接形成生殖隔离，例如二倍体植株染色体加倍成了四倍体植株，二者杂交后代产生的三倍体植株是高度不育的，存在生殖隔离 自然选择2 自然选择1 地理隔离 原种 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： 四、隔离在物种形成中的作用 爆发式 爆发式物种的形成方式 物种A 杂种植物 异源多倍体 杂交 染色体加倍 物种B 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。 四、隔离在物种形成中的作用 （不育） 探究.隔离及其在物种形成中的作用 探究任务三： 物种形成与生物进化的异同 物种形成 生物进化 标志 变化后生物与原生物的关系 二者关系 生殖隔离出现 种群基因频率改变 属于不同物种 生物进化的实质是种群基因频率的改变，这种改变可大可小，不一定会突破物种的界限，生物进化不一定会导致新物种的形成 可能属于同一物种； 也可能属于不同物种 【典例2】下列关于新物种形成的叙述，正确的是( ) A．生物进化的结果就是形成新物种 B．生殖隔离是地理隔离的必然结果 C．产生生殖隔离是形成新物种的必要条件 D．基因突变一定能导致新物种的产生 【针对训练2】隔离在生物进化中发挥着非常重要的作用，下列有关隔离的叙述，错误的是( ) A．隔离是物种形成的必要条件 B．隔离阻止了种群间的基因交流 C．不同的物种之间必然存在着地理隔离 D．马和驴杂交产生了后代骡，但二者仍存在生殖隔离 C C Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 $$