6.3种群基因组成的变化课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

达尔文的自然选择学说 现代生物进化理论 对进化的解释局限于个体水平 种群是生物进化的基本单位 未能科学的解释遗传变异的本质 突变和重组（遗传变异的本质）产生进化的原材料 新物种如何形成不明确 隔离是物种形成的必要条件 先有变异，后有环境的选择。变异不定向，选择是定向的。 先有变异，后有环境的选择。变异不定向，选择是定向的（自然选择决定进化的方向） 第6章生物的进化 第3节 种群基因组成的变化 一、种群基因组成的变化 二、隔离在物种形成中的作用 主要内容 这一有利变异的个体能永远生存下去吗？ 情景：如果在灰色翅（aa）昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅（Aa）的变异个体，且绿色比灰色更适应环境。思考： 该个体中的有利基因A，怎样才能世代传递下去？ 若Aa的个体能够繁殖，后代都是绿色个体吗？ 某个体的有利变异的基因只有在群体中，通过有性生殖才能时代延续。有利变异绿色个体（Aa）的有性生殖的后代，还会有灰色（aa）个体出现。 因此，研究生物的进化，仅仅研究个体的表现型是否与环境相适应是不够的，还需要研究群体的基因组成变化。这个群体就是种群。 一、种群基因组成的变化 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 猕猴是一个种群 一片草地上的所有蒲 公英也是一个种群 同一区域（区域可大可小，大到地球，小的可以是一汪池塘） 同一物种的生物 全部个体 种群的三个要素 一、种群基因组成的变化 1．种群 一、种群基因组成的变化 1．种群 种群的特点 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。 思考：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、种群基因组成的变化 1．种群 一个生物“种”或“物种”与种群有何区别？ 物种可以分布在自然界的不同区域。 只有在可以发生随机交配、繁殖，使基因能够世代传递的一定区域内的同种全部个体的集合才是一个种群。自然界的物种实际上是以一个个种群存在的，种群是生物繁殖、进化的基本单位。 性状是由基因控制的，因此研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和变化？由此人们提出基因库和基因频率的概念。 一、种群基因组成的变化 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，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，叫作基因频率。 基因频率＝ 该基因的总数 全部等位基因的总数 × 100% 1．下列关于基因库的叙述不正确的是(　　) A．一个种群就是一个基因库 B．每种生物不止有一个基因库 C．种群越小，基因库越不稳定 D．基因突变丰富了种群的基因库 2.在一次红绿色盲的调查中共调查男女各200名，调查发现，女性红绿色盲基因的携带者15人，女性色盲5人，男性色盲11人。那么这个群体中红绿色盲基因的频率是(　　) A．4.5% B．6% C．9% D．7.8% 一、种群基因组成的变化 3．用数学方法讨论基因频率的变化 假设以上昆虫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。 ④AA、Aa、aa三种基因型昆虫的生存能力完全相同（也就是说自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用）。 ⑤没有基因突变和染色体变异。 遗传平衡状态 一、种群基因组成的变化 3．用数学方法讨论基因频率的变化 在有性生殖过程中，如果符合遗传平衡，产生的雌雄配子： A 60% A 60% a 40% a 40% 36% 24% 16% AA Aa Aa 24% aa ♀ ♂ 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 60% a 40% 36% 48% 16% 60% 40% 36% 16% 48% 60% 60% 40% 40% 36% 48% 16% 各代基因频率相同吗？基因型频率相同吗？这有什么前提条件吗？ 各代基因频率相同。基因型频率从子一代开始保持不变。需要满足上述5个前提条件。 一、种群基因组成的变化 3．用数学方法讨论基因频率的变化 一、种群基因组成的变化 3．用数学方法讨论基因频率的变化 在遗传平衡状态下（满足上述五个条件）时： p+q=1 （p+q）2=p2+2pq+q2=1 AA=p2 Aa=2pq aa=q2 若用p代表A基因的基因频率，q代表基因a的频率，则：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。 遗传平衡定律（哈代-温伯格定律） 上述计算结果是在满足五个假设条件的基础上计算的，对自然界的种群来说，这五个条件都能成立吗？ 遗传平衡所指的种群是理想种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这说明在自然界中，种群的基因频率迟早要发生变化，也就是说种群的进化是必然的。 一、种群基因组成的变化 3．用数学方法讨论基因频率的变化 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。 一、种群基因组成的变化 3．用数学方法讨论基因频率的变化 种群的进化过程就是种群基因频率发生变化的过程。种群是生物进化的基本单位。 3.在某一遵循遗传平衡定律的人群中，经调查得知，隐性性状者为16%，则该性状不同类型的基因型频率分别是(按AA、Aa、aa顺序排列)(　　) A．0.36、0.48、0.16 B．0.48、0.36、0.16 C．0.16、0.48、0.36 D．0.16、0.36、0.38 一、种群基因组成的变化 4．种群基因频率的变化 思考：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？ 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？ 2×1.3×104 × 10－5 个体 × 108 种群 =2.6 ×107 （个） 一、种群基因组成的变化 4．种群基因频率的变化 基因突变一定是有利或有害的吗？ 取决于生物的生存环境。 某海岛上残翅和无翅的昆虫 基因重组 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 变异是不定向的 一、种群基因组成的变化 4．种群基因频率的变化 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？ 自然选择可以使种群的基因频率定向改变。 长满地衣的树干上的桦尺蛾 黑色树干上的桦尺蛾 一、种群基因组成的变化 4．种群基因频率的变化 问题：桦尺蠖种群中s基因的频率为什么越来越低？ 假设：根据前面所学知识的你能做出假设吗？ 1870年桦尺蠖的基因型频率为SS 10% ； Ss 20%； ss 70%，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蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%，以后的几年内，桦尺蠖种群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？ 一、种群基因组成的变化 4．种群基因频率的变化 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% 29.3% 14.6% 56.1% 60.9% 26.1% 73.9% 29.3% 13.1% 升高 降低 按照种群中浅色（ss）个体每年减少10%，黑色个体（S_） 每年增加10%计算： 得出结论：环境的选择作用使s基因频率越来越低 理想条件下种群基因频率 自然选择条件下种群基因频率 (1)在这个探究实验中根据上面的数据分析，变黑的环境对桦尺蠖产生了什么样的影响？变黑的环境对桦尺蠖浅色个体的出生率有影响吗？ (2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？ 变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少,S基因频率增加。 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。 天敌看到的是桦尺蠖的体色（表现型）而不是控制体色的基因。 结论：自然选择决定生物进化的方向 自然选择使基因频率定向改变。 4.根据现代生物进化理论，下列说法正确的是(　　) A．突变、重组和自然选择都是定向的 B．生物进化的实质是种群基因型频率的改变 C．种群内基因频率的改变在世代间具有连续性 D．基因频率的变化只受自然选择的影响 5.下列有关基因频率与生物进化的描述，正确的是(　　) A．生物在进化的过程中不一定有基因频率的改变 B．生物只要发生进化，基因频率就会改变 C．变异使基因频率定向改变 D．只有基因突变，才导致基因频率发生改变 一、种群基因组成的变化 5．探究抗生素对细菌的选择作用 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。 一、种群基因组成的变化 5．探究抗生素对细菌的选择作用 ①培养皿分区、标号。 ③将不含抗生素的纸片和抗生素纸片分别放在平板的不同位置。 ②涂布平板。 实验步骤 一、种群基因组成的变化 5．探究抗生素对细菌的选择作用 ④将培养皿倒置于37 ℃的恒温箱中培养12~16 h。 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。 ⑤观察细菌的生长状况。是否有抑菌圈 测量、记录。 重复步骤②~⑤。 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。 结果分析 一、种群基因组成的变化 5．探究抗生素对细菌的选择作用 ③滥用抗生素有什么后果？ 促进耐药菌的产生。定向选择的作用。 6.2015年4月14日《楚天都市报》报道：湖北爆发致命超级细菌，导致一名3岁男童死亡。超级细菌是指对多数抗生素耐药的细菌，能让抗生素失效造成人体严重感染。下列关于超级细菌的叙述不符合达尔文进化观点的是(　　) A．超级细菌对多数抗生素具有耐药性，是抗生素不断选择的结果 B．细菌中原来就存在对抗生素具有耐药性的个体 C．抗生素的选择和细菌的变异都是定向的 D．新品种抗生素的使用会影响超级细菌的进化 一、种群基因组成的变化 二、隔离在物种形成中的作用 主要内容 曼彻斯特地区的桦尺蛾，虽然基因频率 发生了变化，但是并没有形成新的物种。 为什么说它们没有形成新的物种？ 怎样判断两个种群是否属于同一个物种？ 二、隔离在物种形成中的作用 二、隔离在物种形成中的作用 物种：指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，简称“种”。 全世界的人都是一个物种吗？ 人都是一个物种，无论白人黑人黄种人结婚， 都能产生具有生殖能力的后代。 马跟驴是一个物种吗？ 1．物种的概念 二、隔离在物种形成中的作用 马跟驴是一个物种吗？ 同一物种满足的两个条件： ①可以相互交配 ②产生的后代可育 物种与种群有何关系？ 一个物种可以包括生活在不同地理区域的多个种群。 只要各个种群相互交配仍能产生可育的后代，则是 同一物种。 1．物种的概念 二、隔离在物种形成中的作用 2．隔离及其在物种形成中的作用 不同物种之间一般是不能交配的，即使交配成功也不能产生可育后代，这种现象叫做生殖隔离。 生殖隔离 哪些情况会导致生殖隔离呢？ 二、隔离在物种形成中的作用 2．隔离及其在物种形成中的作用 荇菜与梅花因花期不同而出现生殖隔离 二、隔离在物种形成中的作用 2．隔离及其在物种形成中的作用 地理隔离 如果把东北虎和华南虎放在同一片草原上，它们仍然可以自发交配并产生可育后代，说明东北虎和华南虎仍然属于同一物种。 同一种生物因为地理上的障碍而分成不同的种群使得物种间不能发生基因交流的现象。 如东北虎(左)和华南虎(右)都是亚洲虎的后代，由于长期地理隔离而没有相互交配，没有基因交流，形成了地理隔离，它们形成两个不同的亚种。 生活在不同区域的同种生物，在自然条件下能不能进行基因交流呢？ 加拉帕戈斯群岛上不同地雀的形成 原始种群 地理隔离 多个小种群 突变和基因重组 自然选择 基因频率改变 生殖隔离 不同的新物种 二、隔离在物种形成中的作用 2．隔离及其在物种形成中的作用 地理隔离 阻断基因交流 在不同的突变基因重组和自然选择作用下 基因频率向不同方向发生改变 种群的基因库出现差异 差异进一步加大 生殖隔离 新物种形成 隔离在物种形成中的作用 隔离是物种形成的必要条件。 自然界中物种形成的方式有多种，经过长期的地理隔离而达到生殖隔离是比较常见的一种方式。 生殖隔离是物种形成的标志。 7．(目标1)下列关于物种的叙述，正确的是(　　) A．不同种群的生物肯定不属于同一物种 B．物种是能相互交配的一群生物个体 C．隔离是形成新物种的必要条件 D．在新物种形成过程中必须有地理隔离和生殖隔离 8．(目标1)下列关于隔离的叙述，不正确的是(　　) A．不同的物种之间必然存在着生殖隔离 B．对所有的物种来说，地理隔离必然导致生殖隔离 C．阻止了种群间的基因交流 D．种群基因库间的差异是产生生殖隔离的根本原因 第6章生物的进化 第3节 种群基因组成的变化 $$