6.3.1种群基因组成的改变与物种的形成课件-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

该高中生物学课件聚焦种群与进化，系统讲解种群、基因库、基因频率等核心概念，从个体表型与基因延续切入，衔接自然选择与群体基因组成变化，构建从个体到种群的认知支架，帮助学生理解进化基本单位与实质。 其亮点在于融合进化与适应观（如桦尺蛾基因频率定向改变案例）、科学思维（基因频率计算、哈迪-温伯格定律推导）和探究实践（抗生素对细菌选择实验），通过实例分析与实验设计，培养学生数据分析能力与科学探究精神，助力学生掌握进化实质，也为教师提供丰富教学素材，提升教学效率。

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 AA AA Aa Aa aa aa aa AA AA AA aa 6.3.1 种群基因组成的变化 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? 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。 甲同学 乙同学 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。 自然选择 直接对象： 个体的性状(表现型) 根本对象： 种群的基因 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。 这个群体就是种群！ aa A▁ 个体的表型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,并在群体中扩散。 一.种群和种群基因库 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 (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 一.种群和种群基因库 否 否 否 否 同种生物 全部个体 同一区域 自由交配 种群要点 注意：种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此间可以交配并通过繁殖将各自的基因传给后代，因此种群也是生物繁殖的基本单位 （4）一个菜市场中的全部鲤鱼 基本要求 (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 一.种群和种群基因库 所以种群是什么？ 种群是繁殖的基本单位 种群是进化的基本单位 种群内的雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。 (2)特点： 1、下列属于种群的是 （ ） A.一块水田里的全部水稻 、水草 B 一块稻田里的全部幼蚜、有翅、无翅的成蚜 C 一块朽木上的全部真菌 D. 一个池塘中全部鱼 2、下列关于种群的说法不正确的是 （ ） 种群是生物进化的基本单位 种群是生物繁殖的基本单位 C.中国大陆上所有老虎是一个种群 D.同一种群的个体可以自由交配 B C 练一练 基因库 (1)定义: 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。 (2)大小: 种群中基因总数越多，基因库越大，与基因种类无关。 判断： 1.一只小狗的全部基因是一个基因库( ) 2.种群中每个个体含有种群基因库的全部基因( ) × × 一.种群和种群基因库 在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫做基因频率。 基因频率 ＝ 该基因的总数 该等位基因的总数 ×100% 基因型频率 ＝ 特定基因型个体数 该种群个体总数 ×100% 基因频率 一.种群和种群基因库 这100个个体共有_____个基因，其中： A基因的数量=___________________个 a基因的数量=____________________个 A基因的频率=____________________% a基因的频率=____________________% 例1：在某昆虫种群中，决定体色为黑色的基因是A，决定体色为褐色的基因是a，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。 AA基因型频率为： Aa基因型频率为： aa基因型频率为： A基因的频率=____________________ a基因的频率=____________________ 30/100 = 30% 60/100 = 60% 10/100 = 10% 200 2×30+60=120 2×10+60=80 120÷200=60 80÷200=40 30%+30%= 60% 10%+30%= 40% 一.种群和种群基因库 种群中： PA=PAA+1/2PAa Pa=Paa+1/2PAa PA+Pa=1 例2：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3：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 一.种群和种群基因库 学法P116:应用提升 一.种群和种群基因库 一个种群繁殖若干代后，其子代种群基因频率会不会发生变化呢？ 探究一.种群和种群基因库 探究任务一：在某昆虫种群中基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。 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能产生后代，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) 亲代基因型的频率 AA（30%） Aa（60%） aa（10%） 配子的比率 A（ ） A( ) a( ) a( ) 亲代基因频率 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% 60% 40% 探究一.种群和种群基因库 (2)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？ (3)要使种群的基因频率不发生改变，此种群应具备哪些条件？ 子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率与子一代一样。 ①种群足够大； ②雌雄个体间都能自由交配并产生后代； ③没有迁入与迁出； ④所有个体生存和繁殖的机会相同（无自然选择 ） ⑤不发生突变。 ——理想种群 遗传平衡定律（哈代 — 温伯格定律）： AA=p2 Aa=2pq aa=q2 例1：设 A 的基因频率为 p ， a 的基因频率为 q ；则 p + q = 1 (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) 探究一.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？ 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。 子一代： AA=30% Aa=20% aa=50% A=40% a=60% 子二代： AA=35% Aa=10% aa=55% A=40% a=60% 子三代： AA=37.5% Aa=5% aa=57.5% A=40% a=60% 规律：连续自交，基因型不断变化，基因频率不变 自交： 连续自由交配，从F1开始基因频率和基因型频率都不变 【针对训练1】现有一个由AA、Aa、aa三种基因型个体组成的动物种群，已知该种群中具有繁殖能力的个体之间通过随机交配进行繁殖，而aa个体不具有繁殖能力。该种群繁殖一代，若子代中AA∶Aa∶aa＝9∶6∶1，则亲代中AA、Aa和aa的数量比可能为(　　) A．4∶3∶4 B．5∶5∶1 C．6∶2∶3 D．4∶1∶4 B 1．一个随机交配的群体，某一对相对性状中，显性性状表型的频率是84%，则杂合子的频率是(　　) A．36%　　　　B．48% C．60% D．40% B 2．某植物种群足够大，各种基因型个体的生殖能力和生存能力一样，种群中AA个体占16%，aa个体占36%，该种群自由交配产生的子代中AA个体所占百分比、A的基因频率和自交产生的子代中AA个体所占百分比、A的基因频率的变化依次为(　　) A.增大、不变；不变、不变 B.不变、增大；增大、不变 C.不变、不变；增大、不变 D.不变、不变；不变、增大 C 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。 导致基因频率变化的原因可能有哪些？（教材P112） 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。 达尔文曾明确指出，可遗传的变异提供了生物进化的原材料。 二.种群基因频率的变化 18 生物自发突变的频率很低，它为何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：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 ×108 = 2 .6×107（个） 二.种群基因频率的变化 19 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？ “利”和“害”都是相对于环境而言的。 【例如】有翅的昆虫中有时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，这类昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死。 二.种群基因频率的变化 20 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 变异是 不定向的 产生 有性生殖 过程中 形 成 促使 推断 为什么突变和重组只是提供生物进化原材料而不能决定进化的方向？ 种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？ 二.种群基因频率的变化 ——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： 三、自然选择对种群基因频率的影响 22 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。 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。环境改变（树皮变黑）后，浅色个体不易存活，黑色个体有机会产生更多后代。 三、自然选择对种群基因频率的影响 23 第1年 第2年 第3年 第4年 … 基因型 频率 SS 10% Ss 20% ss 70% 基因 频率 S s 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 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） 三、自然选择对种群基因频率的影响 20% 80% 24 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   第1年 第2年 第3年 第4年 …… 基因型 频率 SS 10%       Ss 20%       ss 70%       基因频率 S 20%       s 80%       第一年： SS=10个 Ss=20个 ss=70个 共100个个体 第二年： SS=10×1.1=11个 Ss=20×1.1=22个 ss=70×0.9=63个 共96个个体 SS频率=11÷96=11.5% Ss频率=22÷96=22.9% ss频率=63÷96=65.6% S频率=11.5%+½×22.9%=23% s频率=65.6%+½×22.9%=77% 11.5 % 22.9 % 65.6% 23% 77% 三、自然选择对种群基因频率的影响 制定并实施研究方案   第1年 第2年 第3年 第4年 …… 基因型 频率 SS 10%       Ss 20%       ss 70%       基因频率 S 20%       s 80%       11.5 % 22.9 % 65.6% 23% 77% 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 13.1 % 26 % 60.9% 26.1% 73.9% 第二年： SS=11.5个 Ss=22.9个 ss=65.6个 共100个个体 第三年： SS=11.5×1.1=12.7个 Ss=22.9×1.1=25.2个 ss=65.6×0.9=59个 共96.9个个体 S频率=13.1%+½×26%=26.1% s频率=60.9%+½×26%=73.9% SS频率=12.7÷96.9=13.1% Ss频率=25.2÷96.9=26% ss频率=59÷96.9=60.9% 三、自然选择对种群基因频率的影响 制定并实施研究方案   第1年 第2年 第3年 第4年 …… 基因型 频率 SS 10%       Ss 20%       ss 70%       基因频率 S 20%       s 80%       11.5 % 22.9 % 65.6% 23% 77% 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 13.1 % 26 % 60.9% 26.1% 73.9% 第三年： SS=13.1个 Ss=26.0个 ss=60.9个 共100个个体 第四年： SS=13.1×1.1=14.4个 Ss=26.0×1.1=28.6个 ss=60.9×0.9=54.8个 共97.8个个体 S频率=14.7%+½×29.2%=26.1% s频率=56.1%+½×29.2%=70.7% SS频率=14.4÷97.8=14.7% Ss频率=28.6÷97.8=29.2% ss频率=54.8÷97.8=56.1% 14.7 % 29.2 % 56.1% 29.3% 70.7% 升高 降低 三、自然选择对种群基因频率的影响 分析结果 　　黑褐色环境，不利于浅色桦尺蛾的生存，有利于黑色桦尺蛾的生存，环境的选择作用使s基因频率越来越低，S基因的频率越来越高。 得出结论 在自然选择的作用下，可以使基因频率发生定向改变，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 思考：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? 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 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。 三、自然选择对种群基因频率的影响 探究三.自然选择对种群基因频率变化的影响 (2)该种群进化的方向是什么,由什么决定？ 向适应环境的方向定向进化,种群进化的方向由自然选择决定(教材114页) (1)桦尺蛾种群发生进化了吗？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。 (3) 为生物进化提供了原材料, 决定了生物进化的方向 变异是 的,自然选择是 的, 基因频率增大, 基因频率减少,进化是 的,生物向 方向进化 可遗传变异 自然选择 不定向 定向 适应环境的 不适应环境的 定向 适应环境的 不定向变异,定向选择,定向进化,基因频率定向改变 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:个体表型 实质: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。（教材P114） 定向的 三、自然选择对种群基因频率的影响 生物进化的一定的方向是指 。 适应环境的方向 （环境性状） 小结 学法P118 【典例3】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 【针对训练3】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(ss)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 B B 四、探究抗生素对细菌的选择作用 32 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） 四、探究抗生素对细菌的选择作用 33 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。 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 四、探究抗生素对细菌的选择作用 实验材料 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 四、探究抗生素对细菌的选择作用 方法步骤 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？ 四、探究抗生素对细菌的选择作用 方法步骤 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 →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 四、探究抗生素对细菌的选择作用 方法步骤 37 组别 抑菌圈直径/cm 第一代 第二代 第三代 1 2.26 1.89 1.62 2 2.41 1.91 1.67 3 2.42 1.87 1.69 平均值 2.36 1.89 1.66 实验结果 卡那霉素对大肠杆菌的选择作用 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 实验结论 四、探究抗生素对细菌的选择作用 38 讨论 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？ 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。 4.滥用抗生素有什么后果？ 促进耐药菌的产生。 四、探究抗生素对细菌的选择作用 39 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 碳青霉烯类抗生素是治疗重度感染的一类药物 年份 2005 2006 2007 2008 住院患者该类抗生素的人均使用量/g 0.074 0.12 0.14 0.19 某种细菌对该类抗生素的耐药率/% 2.6 6.11 10.9 25.5 （1）这种细菌耐药率的变化与抗生素的使用量之间是否存在关联？依据是什么？ 拓展应用3 教材P114 （2）试从进化的角度解释耐药率升高的原因。 随着抗生素人均使用量的增加，不耐药的细菌生存和繁殖的机会减少，耐药菌生存和繁殖的机会增加，耐药性基因在细菌种群中基因频率逐年上升。 学以致用 呈正相关 依据调查数据 (4)人类不断研发和使用新的抗生素，细菌对新药的耐药性也在不断提高，二者之间仿佛发生了一场竞赛。作为这场竞赛的参与者，你可以做些什么呢? 合理使用抗生素，防止滥用抗生素 41 例题．下表为碳青霉烯类抗生素2005～2008年在某医院住院患者中的人均使用量，以及从患者体内分离得到的某种细菌对该类抗生素的耐药率变化。 年份 2005 2006 2007 2008 人均使用量/g 0.074 0.12 0.14 0.19 耐药率/% 2.6 6.11 11.9 25.5 下列说法正确的是(　　) A．细菌耐药率的不断升高是人工选择的结果 B．碳青霉烯类抗生素使细菌的基因发生了定向变异 C．2005～2008年细菌种群的基因频率发生了定向改变 D．细菌的耐药性可能是由于基因突变或染色体变异产生的 C 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。 1．为探究两种抗生素对某细菌的抑菌效果，设计如图所示实验方案，在无菌固体培养基表面上涂布被检测的细菌，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 D 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 45 Lavf58.76.100 starvid:eyJkbGV2ZWwiOiAyLCAidmNvZGVjIjogIm5iaGRfMjY0IiwgIm1heHJhdGUiOiAiOTcwIiwgInF1YWxpdHkiOiAiMi40In0= $