6.3 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

该高中生物学课件聚焦种群基因组成变化与物种形成，涵盖种群、基因库、基因频率等核心概念，通过“先有鸡还是先有蛋”问题导入，引导学生从个体进化认知过渡到种群视角，搭建概念间逻辑支架，助力理解进化基本单位与基因频率计算等知识。 其亮点在于融合科学思维与探究实践，以昆虫种群基因频率计算、哈代-温伯格定律推导培养数学建模能力，借桦尺蛾工业黑化案例开展探究实践，强化进化与适应的生命观念。小结系统梳理现代生物进化理论要点，学生能深化对进化实质的理解，教师可依托实例提升教学直观性与效率。

第3节:种群基因组成的变化与物种的形成 课程目标： 1.阐述种群、种群基因库，基因频率、基因型频率的概念； 2.运用数学方法计算种群基因频率变化； 3.阐明自然选择对种群基因频率变化的影响； 4.说明隔离在物种形成中的作用。 先有鸡还是先有蛋? 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。 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。 问题探讨 这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为他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。 你同意哪位同学的观点?你的答案和理由是什么? 问题探讨 特点： 一、种群基因组成的变化 1、种群和种群基因库 种群：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合 一片树林中的全部猕猴 一片草地上的所有蒲公英 种群生物进化和繁殖的基本单位 (1)一个种群就是一个繁殖单位 (2)种群中的雌雄个体可通过繁殖将各自的基因遗传给后代 一个池塘中的全部鱼 一个池塘中的全部鲤鱼 两个池塘内的全部鲤鱼 × × √ 一、种群基因组成的变化 1、种群和种群基因库 种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。 例如:许多昆虫的寿命不足一年(如蝗虫)，所有的蝗虫都会在秋风中死去，其中有些个体成功的完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵，来年春夏之交部分受精卵成功的发育成蝗虫。 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、种群和种群基因库 基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因 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值 基因型频率： 在一个种群基因库中，某个基因型的个体数占个体总数的比值 一个种群所有个体各自有自己的基因，共同构成了这个种群的基因库。它们各自的基因都是基因库的一部分。个体间的差异越大，基因库也就越大。 基因频率= × 100% 某基因的数目 该基因及其等位基因总数 基因型频率= × 100% 该基因型个体数 该种群个体总数 一、种群基因组成的变化 1、种群和种群基因库 基因频率的计算: 例如:在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是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，那么A和a的基因频率分别是多少? 某昆虫决定翅色的基因频率 每个个体的一对等位基因可以看作含有2个基因(如图) A基因的数量是：2x30+60=120个 a基因的数量是：2x10+60=80个 A基因的频率为：120-(2x100)=60% a基因的频率为： 80÷(2x100)=40% 一、种群基因组成的变化 1、种群和种群基因库 基因型频率的计算: 例如:在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是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，那么AA、Aa、aa的基因型频率分别是多少? 某昆虫决定翅色的基因频率 每个个体的一对等位基因可以看作含有2个基因(如图) AA基因型频率为：30÷100=30% Aa基因型频率为：60÷100=60% aa基因型频率为：10÷100=10% 一、种群基因组成的变化 1、种群和种群基因库 基因型频率的计算: 例如:在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是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，那么A和a的基因频率分别是多少? 某昆虫决定翅色的基因频率 a基因频率= aa基因型频率+1/2Aa基因型频率 =AA基因型频率+1/2Aa基因型频率 A基因频率 = 2×AA＋Aa 2(AA＋Aa＋aa) × 100% AA AA＋Aa＋aa × 100% = + AA＋Aa＋aa 1 2 × Aa 一、种群基因组成的变化 思考·讨论:用数学方法讨论基因频率的变化 在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是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。 某昆虫决定翅色的基因频率 问题：这一昆虫种群繁殖若干代以后，其基因频率会不会发生变化呢? 假设： ①上述昆虫种群非常大 ②所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代 ③ 没有迁入和迁出 ④不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的 ⑤基因A和a都不产生突变 一、种群基因组成的变化 思考·讨论:用数学方法讨论基因频率的变化 根据孟德尔的分离定律计算: 亲代基因型的频率 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% (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? 配子法 A (60%) a (40%) A (60%) a (40%) AA 36% Aa 24% Aa 24% aa 16% 子代基因型频率计算： 一、种群基因组成的变化 思考·讨论:用数学方法讨论基因频率的变化 根据孟德尔的分离定律计算: (4)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 子二代 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% 48% 16% 60% 40% 36% 48% 16% 60% 40% 基因频率亲本与子代相同，基因型频率从子一代开始就稳定下来了。 一、种群基因组成的变化 思考·讨论:用数学方法讨论基因频率的变化 遗传平衡定律 遗传平衡定律是由英国数学家哈代(G.H.Hardy)和德国医生温伯格(W.Weinberg)分别于1908年和1909年独立证明的，这一定律又称“哈代-温伯格”平衡定律。他们指出，一个有性生殖的自然种群中，在符合下述五个假设条件的情况下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡。 若种群中一对等位基因为A和a 设A的基因频率=p，a的基因频率=q 因为(p+q)=A%+a%=1,则(p+q)2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1 一、种群基因组成的变化 2、种群基因频率的变化 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。 可遗传的变异 变异 不可遗传的变异 基因突变 染色体变异 基因重组 突变 (提供生物进化的原材料) 一、种群基因组成的变化 2、种群基因频率的变化 生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那么，它为什么还能够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中都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。 以果蝇为例: 一、种群基因组成的变化 2、种群基因频率的变化 此外，突变的有害还是有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。 例如:有翅的昆虫，有时候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，这里昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死。 一、种群基因组成的变化 2、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? 探究.实践: 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 长满地衣的灰色树干 工业革命前 灰色(ss)桦尺蛾多 S频率低，s频率高 黑色 桦尺蛾 浅色桦尺蛾 工业革命后 环境污染的黑色树干 黑色(S_)桦尺蛾多 S频率高，s频率低 黑色 桦尺蛾 浅色桦尺蛾 ②提出问题 ①现象 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? ③做出假设 树皮黑褐色的环境下，黑色体色的桦尺蛾个体数量逐年增加，控制黑色的S基因频率逐年上升，而浅色体色的桦尺蛾由于不适应树皮黑褐色的环境，易被天敌发现，浅色体色的桦尺蛾个体数量逐年减少，控制浅色的s基因频率逐年下降(减少)。 ④探究思路 ⑤结果与结论 一、种群基因组成的变化 3、自然选择对种群基因频率变化的影响 探究.实践: 探究自然选择对种群基因频率变化的影响 频率 第1年 第2年 第3年 第4年 …… 基因型频率 SS 10% 11.5% 13.1% 14.7% Ss 20% 22.9% 26% 29.2% ss 70% 65.6% 60.9% 56.1% 基因 频率 S 20% 23% 26.1% 29.3% s 80% 77% 73.9% 70.7% ⑤结果与结论 降低 升高 结论：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。 讨论： 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? 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。 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? 表型(体色)。 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。 一、种群基因组成的变化 3、自然选择对种群基因频率变化的影响 一、种群基因组成的变化 3、自然选择对种群基因频率变化的影响 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。 小结 不定向的变异 不利变异(基因) 有利变异(基因) 淘汰 种群的基因频率定向改变 生物定向进化 通过 生存斗争实现 直接受选择的是生物个体的表型 自然选择 多次选择和积累 通过遗传 引起基因频率改变的因素：突变、基因重组、环境因素等。 种群基因型频率发生变化，生物不一定进化。 种群中产生的变异是随机的、不定向的，自然选择方向是定向的。 现代生物进化理论的主要内容: (1)种群是生物进化的基本单位 (2)突变和基因重组产生进化的原材料 (3)进化的实质是种群基因频率的改变 (4)自然选择决定生物进化的方向 $