6.3 种群基因组成的变化与物种的形成-【优质课堂】2024-2025学年高一生物下学期精品课件（人教版2019必修2）

6.3 种群基因组成的变化与物种的形成 1 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。 讨论 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。 因为它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的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。 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。 一、种群基因组成的变化 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。 可见，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。 1、种群和种群基因库 （1）种群 （2）性状的改变不是进化的本质 （3）种群是进化的基本单位 （4）种群的基因库和基因频率 （5）思考讨论 （6）遗传平衡定律 （1）种群 生活在一定区域的同种生物的全部个体的集合叫做种群。 种群的个体并不是机械地结合在一起。 一个种群其实就是一个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。 （2）性状的改变不是进化的本质 F1自交n代之后： P（AA）=1/2（1-1/2n），P（aa）=1/2（1-1/2n） P（Aa）=1/2n P F1 高茎 矮茎 高茎 × 3高茎 1矮茎 F2 （2）性状的改变不是进化的本质 （3）种群是进化的基本单位 因此，基因的改变才是进化的本质。 基因依靠种群通过繁殖而传递，通过种群而变化，所以，种群是进化的基本的单位。 （4）种群的基因库和基因频率 一个种群中全部个体所含有的全部基因叫这个种群的基因库。 种群的基因库 （4）种群的基因库和基因频率 基因频率 在基因库中，某基因占控制此性状全部等位基因数的比率叫做基因频率。 基因频率 = 某基因的总数 全部等位基因的总数 × 100% 生物进化的实质：种群基因频率的改变。 （4）种群的基因库和基因频率 例如，在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？ A基因频率为: A% = ×100% 2×AA＋Aa 2(AA＋Aa＋aa) = 60% a基因频率为： = 40% a% = 2×aa＋Aa 2(AA＋Aa＋aa) ×100% （4）种群的基因库和基因频率 基因型频率 在一个种群中，某基因型个体占全部个体的比率，称为基因型频率。 基因型频率 = 该基因型个体数 该种群个体总数 ×100% P（A）= P（AA）+ 1/2P（Aa） P（a）= P（aa）+ 1/2P（Aa） 伴性遗传只能用定义法来计算基因频率。 基因型频率与基因频率的关系 用数学方法讨论基因频率的变化 讨论： 1、 假设上述昆虫种群非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的，基因A和a都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算。 （1） 该种群产生的A配子和a配子的比值各是多少？ （2） 子代基因型的频率各是多少？ （3） 子代种群的基因频率各是多少？ （4） 将计算结果填入右表，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？ 亲代基因型的比值 AA(30%) Aa(60%) aa(10%) 配子的比值 A( ) A( ) a( ) a( ) 子代基因型频率 AA( ) Aa( ) aa( ) 子代基因频率 A( ) a( ) 30% 30% 30% 10% 36% 48% 16% 60% 40% 用数学方法讨论基因频率的变化 讨论： 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？你能举出哪些实例？ 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。 3、 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？ 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。 假设一个种群符合下列条件： ①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没有自然选择 ⑤也没有基因突变和染色体变异 如果符合这5个条件，这个种群的基因频率（包括基因型频率）就可以一代代稳定不变，保持平衡。这就是哈代－温伯格定律，也叫遗传平衡定律。 （6）遗传平衡定律 （6）遗传平衡定律 设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1，那么 (p+q)2 = p2 + 2pq + q2 ＝ 1 雌配子 雄配子 A(p) a(q) A(p) a(q) AA(p2) Aa(pq) Aa(pq) aa(q2) 因此，如果上述五个条件一直保持不变，那么基因频率与基因型频率从子一代开始就保持不变。 2、种群基因频率的变化 （1）进化的原材料 （2）突变对基因频率的影响 （3）基因重组对基因频率的影响 （1）进化的原材料 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。 达尔文曾明确指出，可遗传的变异提供了进化的原材料。 现代遗传学研究表明，可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。其中，基因突变和染色体变异统称为突变。 （2）突变对基因频率的影响 在自然情况下，生物自发突变的频率是很低的，且多数是有害的。 但是种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内部都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。 而且，突变的有利与有害是相对的而不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。 所以，突变能够作为生物进化的原材料。 （3）基因重组对基因频率的影响 基因突变产生的等位基因，通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。 知识链接 回忆前面所学的知识，想一想，染色体数目和结构的变异都能引起种群基因频率的变化吗？ 都能。 突变和重组都是随机的、不定向的，那么，种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？ 3、自然选择对种群基因频率变化的影响 （1）探究实践 （2）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 英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天栖息在树干上。杂交实验表明，桦尺蛾的体色黑色(S)对浅色(s)是显性的。 在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中S基因的频率很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。 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。 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 提出问题 桦尺蛾种群中s基因（决定浅色性状）的频率为什么越来越低呢？ 做出假设 自然选择可以使种群的基因频率定向改变。 探究思路 创设数字化问题情境的方法来探究。 1870年，桦尺蛾种群基因型频率为SS10％，Ss20％，ss70％。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，使得浅色个体每年减少10％，黑色个体每年增加10％。 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 制定并实施研究方案 1、创设数字化问题情境。 假设：第1年桦尺蛾种群个体数为100只，则第1年SS有10只，Ss有20只，ss有70只。浅色每年减少10%，黑色每年增加10%。 2、计算，将计算结果填入表格 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% 12.9% 25.8% 61.3% 26% 74% 14.3% 29.7% 56.0% 29% 71% 升高 升高 降低 升高 降低 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 分析结果，得出结论 1、环境的选择作用使s基因频率越来越低，S基因频率越来越高。 2、自然选择使种群基因频率发生定向改变。 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 讨论 树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率。 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。 直接受选择的是表型（体色），而不是基因型。 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蛾时，看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因。 1、树干变黑对桦尺蛾浅色个体的出生率有影响吗？为什么？ 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？ 在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断提高；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。 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。 （2）自然选择对种群基因频率变化的影响 4、探究抗生素对细菌的选择作用 （1）实验原理 （2）目的要求 （3）材料用具 （4）方法步骤 （5）结果和结论 （6）讨论 （1）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。 （2）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。 （2）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、金黄色葡糖球菌等），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。 涂布器 牛肉膏蛋白胨液体培养基 （3）方法步骤 ①、用记号笔在培养皿的底部画线，将培养基分为4个区，标号。 ②、将少量细菌培养液均匀涂在培养基平板上。 ③、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。 ④、将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。 ⑤、观察并测量抑菌圈直径，并取平均值。 ⑥、从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤。 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。 （4）结果和结论 结果 在培养基上有细菌生长，在放抗生素纸片的区域出现抑菌圈；连续培养几代后，抑菌圈的直径会越来越小。 结论 抗生素对细菌产生了选择作用。 （5）讨论 ①为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？ 因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。 ②你的数据是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？说说你的理由。 支持。 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？ 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。 二、隔离在物种形成中的作用 同种生物的不同种群，由于突变和选择因素的不同，其基因组成可能会朝不同方向改变，导致种群间出现形态和生理上的差异。但是，它们并不一定分化为不同的物种。 那么，怎样判断两个种群是不是同一个物种呢？ 1、物种的概念 能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物，称为一个物种。 不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。 不同物种的标志是存在生殖隔离。 2、隔离在物种形成中的作用 （1）地理隔离 （2）隔离 （3）思考讨论 （4）地理隔离形成新物种的模型 （5）隔离在物种形成中的作用 （7）物种形成的意义 （1）地理隔离 同一种生物由于地理上的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，叫做地理隔离。 （2）隔离 地理隔离和生殖隔离都是指不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象，统称为隔离。 （2）隔离 地理隔离和生殖隔离之间有什么联系呢？ 下图是一个假象的情境，可以帮助你想象和思考。 隔离在物种形成中的作用 这是达尔文在环球考察中观察到的现象。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。 加拉帕戈斯群岛的地雀 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。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。 这些岛屿是500万年前由海底的火山喷发后形成的，比南美洲大陆的形成晚得多。因此，可以推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆，以后在各个岛屿上形成了不同的种群。 讨论： 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？ 不同岛屿的地形和植被条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。 隔离在物种形成中的作用 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。 （4）地理隔离形成新物种的模型 自然选择2 自然选择1 地理隔离 原种群 种群1 种群2 基因频率的定向改变 变异类型1 变异类型2 新物种1 新物种2 生殖 隔离 可遗传的变异 可遗传的变异 （5）隔离在物种形成中的作用 隔离是物种形成的必要条件。 生殖隔离的形成标志着新物种的形成。 物种形成本身表示生物类型的增加。 同时，它也意味着生物能够以新的方式利用环境条件，从而为生物的进一步发展开辟新的前景。 （6）物种形成的意义 旁栏思考 最先在裸露的岩石上生长的植物往往是地衣，地衣的出现促进岩石的分解，形成土壤，为苔藓植物的生长创造条件。 被子植物的出现为传粉昆 虫的形成创造了条件，后者又成为食虫鸟类繁盛的前奏。你还能举出其他例子吗？ 帮范儿 再会 49 桃源仙居 骆集益 在水一方, track 30, disc 1 107418.18 XXX - 163 key(Don't modify):L64FU3W4YxX3ZFTmbZ+8/QfUoMJ6Rg4VDnu6/rhNalqp/2ALjZYEiRtG1rVSt06NAPVBisr10xPT+wf135pXvWXXBoG4e6lMYzjYZHyvgfv1wKX8JP3mTqafVFtoLCIgFXyh6Qf3JTO7OWhE0xfTuXgpovVsDV7aLQ4y+WhcFj2nSnJPSCcWmau1lq0zvcQYK8FAVTsxRuLzhLz+xSLtDA9f1HylF9UtQJQEWhRokooFFvNwQy2UHy9AFzKTVV0mTIEI9LXpQeDuNxcSpSRVF7rC0sditLThl33SZCZKsiU3IL4R2D//IJ4RD0X1dPc5NbURWk2yKWVR7/NINRcgZaFNgfQ2GbBU0XkSO3HrdBGsIMygOqy3xb4bojcTSknzi9MajM4ldupyQJhWWk8dZEDiWacaflsrzS69LgnRlHXQ+HG+Pu6w42XfA631hz4Bp4dnJzeHMbiVVVqmheX9TZy99WAipW2e4kThczg25R0= Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$