5.3种群基因组成的变化与物种的形成第1课时课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

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？ Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 第3节 种群基因组成的变化与物种的形成 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 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( ) × √ × × × × 种群是物种繁衍、进化的基本单位。 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。 一、种群 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 3 问题: 种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。 如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 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 一个种群中全部个体所含有的全部基因。 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 种群中基因总数越多，基因库越大，与基因种类无关。 1.基因库： 其中每个个体所含的基因只是基因库的一部分 二、种群基因库和基因频率 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 二、种群基因库和基因频率 一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。 在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。 公式：= 某基因的数目 该基因的等位基因的总数 × 100% 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。 公式：= 特定基因型的个体数 该种群个体总数 × 100% 1.基因库： 2.基因频率： 3.基因型频率： Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 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% 二、种群基因库和基因频率 基因频率——计算 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 二、种群基因库和基因频率 一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。 在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。 公式：= 某基因的数目 该基因的等位基因的总数 × 100% 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。 =纯合子频率+1/2杂合子频率 公式：= 特定基因型的个体数 该种群个体总数 × 100% 1.基因库： 2.基因频率： 3.基因型频率： Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 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。 二、种群基因库和基因频率 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. ——用数学方法讨论基因频率的改变 前提 二、种群基因库和基因频率 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. ——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。 二、种群基因库和基因频率 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 11 (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。 二、种群基因库和基因频率 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. （哈代-温伯格定律） 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 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 二、种群基因库和基因频率 4.遗传平衡： Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 遗传平衡定律（哈代-温伯格定律） 1.已知苯丙酮尿症是位于常染色体上的隐性遗传病。据调查，该病的发病率为1/10000。请问，在人群中苯丙酮尿症致病基因的基因频率和携带此隐性基因的杂合基因型频率各是多少？ 由题意可知基因型aa的频率为1/10000，计算得基因a的频率为1%，所以基因A的频率＝1－1%＝99%，基因型Aa的频率为2×99%×1%＝1.98% 答案　1%、1.98% Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 例题2：某常染色体显性遗传病发病率为19%，妻子患病，丈夫正常，则子女患病概率为？ 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% 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 男性中的XB和Xb基因频率与女性相同吗？ 男色盲和女色盲的基因频率相同吗？ 探究一.基因位于性染色上的基因频率计算 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 将百分号去掉，当个体数，按公式 计算 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. B 92% b 8% 基因型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY 比例(%) 42.32 7.36 0.32 46 4 男性中的XB和Xb基因频率与女性相同吗？ 男色盲和女色盲的基因频率相同吗？ 男性中色盲的比例=色盲基因频率 男色盲在人群中的比例=1/2 色盲基因频率 女性中色盲的比例=色盲基因频率2 女色盲在人群中的比例=1/2 色盲基因频率2 在遗传平衡体系中 人群中的色盲基因频率=男性色盲基因频率=女性色盲基因频率 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 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% Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 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 (4)同时具备以上条件的种群存在吗？这说明了什么？ 二、种群基因库和基因频率 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 三、种群基因频率的变化 问题: 导致基因频率变化的原因可能有哪些？ 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。 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？ Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 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 三、种群基因频率的变化 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？ 如：果蝇约有104对基因，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 × 104 × 10-5 个体 × 108 种群 = 2 × 107 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。 突变的多害少利是绝对的吗？ Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 三、种群基因频率的变化 突变的多害少利是绝对的吗？ 长翅 残翅 更适应风小环境 更适应大风环境 不是绝对的，“利”和“害”都是相对于环境而言的。 某海岛上残翅和无翅的昆虫在正常情况下很难生存，在刮大风的海岛上却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死。 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 基因重组 基因突变 新的 等位基因 多种多样的基因型 种群中出现大量可遗传的变异 突变和基因重组是随机的、不定向的 产生 有性生殖 过程中 形 成 促使 小结： 三、种群基因频率的变化 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？ Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 三、种群基因频率的变化 　　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。 长满地衣的树干上的桦尺蠖 黑色树干上的桦尺蠖 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% ①现象 自然选择可以使种群的基因频率定向改变 桦尺蠖种群中的S基因为什么越来越高？ ②提出问题 ③作出假设 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 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 ④创设情境示例 63 11 22 三、种群基因频率的变化 59.04 12.65 25.19 54.81 14.41 28.6 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 任务二：探究自然选择对种群基因频率变化的影响 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？ 会影响。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。 (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？ 直接受选择的是表型。因为天敌看到的是桦尺蛾的体色(表型)，而不是基因 (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。 (4)根据资料分析，决定桦尺蛾进化方向的是什么？为什么？ 自然选择决定生物进化的方向 三、种群基因频率的变化 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 种群基因频率发生定向改变 不利变异被淘汰，有利变异逐渐积累 变异 自然选择 生物朝一定方向缓慢进化 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。 （不定向） （定向） 在自然选择的作用下，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。 三、种群基因频率的变化 生物进化的一定的方向是指 。 适应环境的方向 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 小结 生物进化的基本单位 生物进化的原材料 决定生物进化的方向 生物进化的实质 种群 突变和基因重组 自然选择 种群基因频率的定向改变 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. ——探究抗生素对细菌的选择作用 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。 实验原理 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。 抑菌圈 （直径越大，抗生素的作用越强） 自变量： 因变量： 有无抗生素 细菌是否被杀死（有无抑菌圈） Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 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 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 有利于细胞生长，提高生产量。 ——探究抗生素对细菌的选择作用 实验步骤 1.将培养基分为四个区，标号 2.将细菌涂布在培养基平板上 ① ② ③ ④ Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. ——探究抗生素对细菌的选择作用 实验步骤 3、每个区域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℃倒置培养培养12~16 h 对照组、实验组分别是？ ②③④完全一样的目的是什么？ Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. ——探究抗生素对细菌的选择作用 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、观察有无抑菌圈 测量抑菌圈直径 →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？ Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 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 ——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 实验步骤 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 33 四、探究抗生素对细菌的选择作用 注意：实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理。 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. ——探究抗生素对细菌的选择作用 实验结果和结论 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 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 1.为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？ 抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。 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。抗生素只有筛选的作用，不会影响变异的发生。抑菌圈边缘生长的可能是耐药菌 3.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？ 有利，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。 4.滥用抗生素有什么后果？ 促进耐药菌的产生。 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. ①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。 ②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。 ③滥用抗生素有什么后果？ 促进耐药菌的产生。 ——探究抗生素对细菌的选择作用 讨论 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. √ 1．为探究两种抗生素对某细菌的抑菌效果，设计如下图所示实验方案，在无菌固体培养基表面上涂布被检测细菌，放置甲、乙和丙三个圆形滤纸片(抗生素可在培养基扩散，滤纸片周围出现抑菌圈的大小能反映其抑菌效果)，下列说法错误的是(　　)  A.抑菌最有效的是抗生素b B．浸泡滤纸片的抗生素a、b浓度应相同 C．丙滤纸片起到对照作用 D．此方法可检测抗生素对病毒的抑制效果 解析：抗生素可以用来抑制或杀死相应的细菌,对病毒不起作用，D项错误。 四、探究抗生素对细菌的选择作用 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 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