6.3.1 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

该高中生物学课件聚焦种群基因组成变化，涵盖种群、基因库、基因频率、遗传平衡定律及自然选择作用。以“先有鸡还是先有蛋”问题导入，通过探讨衔接种群是进化基本单位，结合昆虫基因频率计算、遗传平衡定律构建知识支架，辅以桦尺蛾案例深化理解。 其亮点在于融合生命观念（进化与适应观）、科学思维（数学建模与数据分析）和探究实践（抗生素选择实验）。通过问题链引导思考，用数学公式推导基因频率，结合桦尺蛾表格数据及抗生素抑菌圈实验，帮助学生掌握进化实质，提升探究能力，教师可借结构化案例优化教学。

第3节 种群基因组成的变化与物种的形成 一 种群基因组成的变化 问题探讨 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。 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。 你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？ 先有鸡还是先有蛋 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。 一、种群和种群基因库 1、种群 表型 思考1.自然选择的直接作用对象是基因型还是表型？ 2.生物进化的基本单位是个体还是种群？ 种群 自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。 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： 生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。 种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配实现基因交流，并通过繁殖将各自的基因遗传给后代。 种群是可进行基因交流的群体，是生物繁殖与进化的基本单位。 (2)特点： 一、种群和种群基因库 2、种群基因库 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 (1)定义：一个种群中全部个体所含有的全部基因。 (2)大小：种群中基因总数越多，基因库越大，与基因种类无关。 基因频率= 某基因的数目 该基因的等位基因的总数 ×100% 基因型频率= 某基因型个体总数 种群全部个体数 ×100% 3、基因频率 定义：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。 一、种群和种群基因库 3、基因频率 例如：某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, 褐色翅的基因位a，调查发现AA、Aa、aa的个体分别占30%、60%、10%、那么A、a的基因频率是多少？ 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 假设该种群数量为100，基因型AA的个体为30，Aa个体为60，aa个体为10，那么控制此性状的等位基因总数200个。 方法一：通过概念计算 方法二：通过基因型频率计算 AA=30% Aa=60% aa=10% ①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。 ②一个基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率 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% 遗传平衡定律（哈代－温伯格定律） 思考·讨论：用数学方法讨论基因频率的改变 一、种群和种群基因库 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。 种群的基因频率将不会改变 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(p+q)2 = p2+2pq+q2＝1 AA=p2 Aa=2pq aa=q2 二、种群基因频率的变化 1、可遗传变异 可遗传变异的来源 突变 基因重组 基因突变 染色体变异 普通个体 变异个体 进化的原材料 某种自然选择 自然选择之后的个体 基因频率增加或减小取决于该突变是有利的还是有害的 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。 ☆突变包括基因突变和染色体变异。 基因突变具有普遍性，基因突变产生新的等位基因，使种群的基因频率发生改变 二、种群基因频率的变化 2、基因突变的多害少利性 甲种自然选择 甲种自然选择 乙种自然选择 各种类型的变异 （原材料） （第一次选择） （第二次选择） （第三次选择） 环境改变 长翅 残翅 更适应风小环境 更适应大风环境 思考3：突变的多害少利是绝对的吗？ 不是绝对的，“利”和“害”都是相对于环境而言的。 突变产生的变异有利或者有害取决于是否能适应环境 三、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 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 三、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。 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 变异是不定向的 自然选择定向 不利变异被淘汰,有利变异逐渐积累 种群的基因频率发生定向改变 生物朝一定方向缓慢进化 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。 生物进化的实质是种群基因频率的定向改变 课堂小结 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。 探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用 3.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。 4.方法步骤： 第1步：用记号笔在培养皿的底部画2条相互垂直的直线，将培养皿分为4个区域，分别标记为①~④。 第2步：取少量细菌的培养液，用无菌的涂布器(或无菌棉签)均匀地涂抹在培养基平板上。 第3步：用无菌的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在①号区域中央，再分别夹取1张抗生素纸片放在②~④号区域中央，盖上盖玻片。 第4步：将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。 第5步：观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近是否出现了抑菌圈？如果有，测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径，并取平均值。 探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用 第6步：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，然后重复步骤2~5。如此重复几代，记录每一代培养物抑菌圈直径。 探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用 5.结果和结论： 结果：抗生素纸片周围出现抑菌圈，在连续培养几代后，抑菌圈的直径越来越小。 结论：说明抗生素对细菌产生了选择作用。 讨论： 1.为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌? 抗生素能够杀死细菌，在抑菌圈边缘抗生素浓度较低，可能存在具有耐药性的细菌。 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。 因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。 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。 探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用 5.结果和结论： 结果：抗生素纸片周围出现抑菌圈，在连续培养几代后，抑菌圈的直径越来越小。 结论：说明抗生素对细菌产生了选择作用。 讨论： 4.你认为你的数据和结论是有效的吗?(提示:将你的数据和结论与其他同学的进行比较。) 滥用抗生素会使病菌的抗药基因不断积累,抗药性不断增强，导致抗生素药物失效。 由于细菌繁殖很快，耐药率的上升速度也较快，因此需要加强监控。我国卫生部门建立了相关监测机制，说明党和政府关注民生。医疗机构及时通报预警信息，有利于全国齐医院机构共同及时采取措施，如更换新的抗生素类药物，将细菌耐药率控制在低水平。 5.滥用抗生素的现象十分普遍。例如，有人生病时觉得去医院很麻烦，就直接吃抗生素;有的禽畜养殖者将抗生素添加到动物饲料中。你认为这些做法会有什么后果? (1)3号、7号、11号培养基中加入链霉素的作用是_______________，3号培养皿中的菌落比1号、2号中的菌落少很多，这说明了：____________________________________ 作为选择作用 发生抗药性突变的大肠杆菌数量少。 (2)你认为该实验最关键的设计思路什么？ 进了对照实验设计，最终得到的抗药性细菌一直没有接触链霉菌。 下图就是利用影印培养技术证明大肠杆菌产生抗链霉素突变基因的实验。 (3)该实验得到的结论是什么？ 肠杆菌的抗药性突变是随机自发的，而不是在链霉素的作用下产生的。 $