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，从种群与基因库概念切入，通过自主预习梳理基因频率计算方法，结合合作探究中昆虫种群基因频率实例，构建“概念-计算-影响因素”的学习支架，衔接自然选择对基因频率定向改变的作用。 其亮点在于融合科学思维与探究实践，通过基因频率计算、遗传平衡定律应用培养逻辑分析能力，结合抗生素对细菌选择的实验设计（如抑菌圈直径变化观察）强化探究能力，课堂小结系统梳理突变、选择等影响因素。助力学生形成进化与适应观，为教师提供结构化教学资源，提升教学效率。

第3节　种群基因组成的变化与物种的形成 第1课时　种群基因组成的变化 课标定位 1.种群基因频率的变化 举例说明种群内的某些可遗传的有利变异将赋予个体在特定环境中生存和繁殖的优势,阐明具有有利变异的个体在种群中所占比例会增加。 2.自然选择对种群基因频率变化的影响 阐释自然选择导致种群基因频率的定向改变。 3.隔离在物种形成中的作用 概述物种和隔离的概念,分析归纳变异、选择和隔离在新物种形成中的作用。 素养阐释 1.以进化的观点进行分析,认同种群是生物进化的基本单位。 2.运用统计与概率的相关知识,解释并预测某一性状不同表型的分布及其变化。 3.引导人们关注不正确使用抗生素带来的危害,关注人体健康,强化社会责任。 4.通过归纳与概括,以生物进化的观点,正确看待隔离在物种形成中的作用;探讨物种多样性的形成原因,培养科学思维。 自主预习·新知导学 合作探究·释疑解惑 素 养 提 升 课 堂 小 结 自主预习·新知导学 一、种群和种群基因库 1.种群的含义和特点 (1)含义 ①范围:一定区域。 ②组成:同种生物的全部个体。 (2)特点 ①种群中的个体不是机械地集合在一起。 ②是繁殖的单位,雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。 2.基因库与基因频率 二、种群基因频率的变化 2.可遗传的变异提供生物进化的原材料 (1)基因突变产生新的等位基因,基因重组产生多种多样的基因型。 (2)突变和重组都是随机的、不定向的。 (3)可遗传变异的结果:提供生物进化的原材料。 【思考】 生物进化的实质是基因频率发生定向改变,哪些因素会导致基因频率发生改变? 提示:突变、基因重组、迁入和迁出以及选择等。 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 1.原因:不断淘汰具有不利变异的个体,选择保留具有 有利变异的个体。 2.选择的对象 (1)表面对象:生物的表型。 (2)实质对象:控制性状的基因。 3.选择的结果 (1)生物性状:朝着有利变异的方向不断进化。 (2)基因:种群基因频率会发生定向改变。 【预习检测】 1.判断正误。 (1)一片森林中的所有鸟是一个种群。(　　) (2)一个种群中某个个体的所有的基因叫作这个种群的基因库。(　　) (3)变异不仅为生物进化提供了原材料,而且决定了生物进化的方向。(　　) (4)种群的基因频率不变时,生物没有发生进化。(　　) (5)自然选择通过作用于个体而影响种群的基因频率。(　　) × × × √ √ 2.某豌豆植株的基因型为Aa,让其连续自交三代,其后代中a基因的频率是(　　) A.12.5% B.25% C.50% D.75% 答案:C 合作探究·释疑解惑 知识点一 知识点二 知识点三 种群和种群基因库 问题引领 1.判断下列生物是否为一个种群,并说明判断理由。 (1)一个池塘中所有的鱼。 提示:不是一个种群,不在同一区域。 (2)甲池塘和乙池塘中的鲫鱼。 提示:不是一个种群,不在同一区域。 (3)一片森林中所有成年的喜鹊。 提示:不是一个种群,不是同种生物的所有个体。 2.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。从这个种群中随机抽取100个个体,其中基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30个、60个和10个,就这对等位基因来说,每个个体可以看作含有2个基因。假设该昆虫种群非常大,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,自然选择对翅色这一对相对性状没有作用,基因A和a都不产生突变。回答下列问题。 (1)如何理解生物进化的基本单位是种群而不是个体? 提示:个体的寿命是有限的,个体的表型会随着个体的死亡而消失。而决定生物性状的基因可以通过生殖而世代延续,并且在种群中扩散,因此生物进化应该研究种群的基因组成的变化。 (2)根据基因分离定律计算,该种群产生的含A基因和含a基因配子的比率各是多少? 提示:含A基因配子的比率为(30×2+60)/200×100%=60%,则含a基因配子的比率为1-60%=40%。 (3)子一代中各基因的频率是多少?各基因型的频率是多少?子二代、子三代以及若干代以后,种群的基因频率与子一代相同吗? 提示:子一代中,A基因的频率是60%,a基因的频率是40%,则AA的基因型频率为(0.6)2=36%,Aa的基因型频率为2×0.6×0.4=48%,aa的基因型频率为(0.4)2=16%。子二代中,A基因的频率为36%+(1/2)×48%=60%,a基因的频率为1-60%=40%。用同样的方法计算可知,子三代以及若干代以后,种群的基因频率与子一代相同。 归纳提升 1.基因频率、基因型频率与基因库的比较 2.基因频率和基因型频率的计算方法 (1)“定义法”求解基因频率 某基因的频率=该基因数/全部等位基因数×100% ①若在常染色体上,某基因的频率=该基因数/(种群个体数×2)×100%。 ②若在X染色体上,某基因的频率=该基因数/(2×女性个体数+男性个体数)×100%。 (2)“公式法”求解基因频率(以常染色体上一对等位基因A和a为例) A基因的频率=AA的基因型频率+1/2×Aa的基因型频率 a基因的频率=aa的基因型频率+1/2×Aa的基因型频率 (3)利用遗传平衡定律计算基因型频率 ①前提条件:种群非常大;所有雌雄个体之间自由交配;没有迁入和迁出;没有自然选择;没有突变。 ②计算公式:当等位基因只有两个时(A、a),设A基因的频率为p,a基因的频率为q,则p+q=1。 即AA的基因型频率为p2,Aa的基因型频率为2pq,aa的基因型频率为q2 。 易错提醒 关于基因频率与基因型频率变化的三个易混警示 (1)杂合子连续自交时,尽管基因频率不变,但后代的基因型频率会发生改变,表现为纯合子所占比例不断增大,杂合子所占比例不断减小。 (2)在无基因突变、无迁入和迁出、具有各种基因型的个体生活力相同时,自由交配遵循遗传平衡定律,上下代之间种群的基因频率及基因型频率不变。 (3)基因频率相同的两个种群,它们的基因型频率不一定相同;当基因型频率发生改变时,基因频率不一定发生改变。 典型例题 某小岛上原有果蝇20 000只,其中基因型为MM、Mm和mm的果蝇分别占15%、55%和30%。若从岛外入侵了2 000只基因型为MM的果蝇,且所有果蝇均随机交配,则F1中m的基因频率约为(　　) A.43% B.48% C.52% D.57% 答案:C 解析:随机交配,基因频率保持不变,所以22 000只果蝇中m基因的频率就是F1中m基因的频率,即 【变式训练】 1.某动物种群中AA、Aa和aa的基因型频率分别为0.3、0.4和0.3,且种群数量足够大、不发生基因突变、自然选择不起作用、没有迁入和迁出,则下列分析错误的是(　　) A.如果种群中个体间随机交配,该种群的子一代中aa的基因型频率为0.25 B.如果该种群的子一代再随机交配,其后代中aa的基因型频率会发生改变 C.如果该种群中个体只在相同基因型之间进行交配,其子一代中AA的基因型频率为0.4 D.如果子一代也同样只发生相同基因型之间的交配,AA的基因型频率会发生改变 答案:B 解析:由分析可知,该动物种群中A基因的频率为0.3+1/2×0.4=0.5,a基因的频率为1-0.5=0.5。如果种群中个体间随机交配,则该种群的子一代中aa的基因型频率为0.5×0.5=0.25。由题意知,该种群数量足够大、不发生基因突变、自然选择不起作用、没有迁入和迁出,可以认为遵循遗传平衡定律。根据遗传平衡定律可知,该种群的子一代再随机交配,其后代中aa的基因型频率不会发生改变。如果该种群中个体只在相同基因型之间进行交配,即发生自交,其子一代中AA的基因型频率为0.3+0.4×(1/4)=0.4。如果子一代也同样只发生相同基因型之间的交配,AA的基因型频率会发生改变。 2.下列关于基因库的叙述,错误的是(　　) A.基因库是指一个种群中全部个体所含有的全部基因 B.生物个体总是要死亡的,但基因库却因种群中个体的繁殖而代代相传 C.种群中每个个体含有种群基因库的全部基因 D.基因突变可改变基因库的组成 答案:C 解析:基因库是指一个种群中全部个体所含有的全部基因,由于个体之间存在差异,所以每个个体中不可能含有种群基因库的全部基因。基因库中只要有一个基因发生变化,基因库的组成就一定会发生变化。 种群基因频率的变化及其影响因素 问题引领 1.突变具有低频性,为什么能为生物进化提供原材料?基因重组不能产生新基因,为什么也能为生物进化提供原材料? 提示:突变的频率虽然很低,但一个种群往往由许多个体组成,而且每个个体的细胞内都含有成千上万个基因,所以在种群中每一代都会产生大量的突变,从而为生物进化提供原材料。 2.生物变异和自然选择哪个能决定生物进化的方向?为什么? 提示:自然选择决定生物进化的方向。因为生物进化的方向是定向的,生物变异是不定向的,而自然选择是定向的,所以生物进化的方向是由定向的自然选择决定的。 3.从一个种群中随机抽出一定数量的个体,其中基因型为AA的个体占24%,基因型为Aa的个体占72%。一年后,种群中基因型为AA的个体占48%,基因型为Aa的个体占24%。该种群是否发生了进化? 提示:该种群中A基因的频率为24%+72%×(1/2)=60%,a基因的频率为1-60%=40%。一年后,A基因的频率为48%+24%×(1/2)=60%,a基因的频率为1-60%=40%。种群的基因频率没有发生变化,生物没有进化。 4.自然选择的实质是什么?自然选择过程中,直接受选择的是基因型还是表型? 提示:种群基因频率的定向改变。直接受选择的是表型。 归纳提升 1.影响基因频率变化的因素 (1)基因突变。基因突变可以产生新的基因,从而使基因的种类发生变化,进而导致基因频率的改变。 (2)基因重组。基因重组可以形成多种多样的基因型,从而出现多种多样的表型,具有不同表型的个体对环境的适应能力不同。自然选择导致基因频率发生改变。 (3)自然选择。变异是不定向的,自然选择是定向的。通过自然选择,不适应环境的个体被淘汰,适应环境的个体生存下来并繁殖后代,使某些基因的频率增大,另一些基因的频率减小。 (4)迁移。迁移必然导致基因的流动,若迁入群体较大,且迁入群体与原群体的某些基因的频率存在较大差异,则对原群体的基因频率有较大影响。 2.自然选择决定生物进化方向的原理 易错提醒 (1)变异是不定向的,不能决定生物进化的方向,只能为生物进化提供原材料。自然选择是定向的,决定生物进化的方向。 (2)自然选择直接作用于生物的表型而不是基因型,最终使种群的基因频率发生定向改变。 典型例题 如果基因型为Aa的个体自交产生的后代在某一环境中的生存能力或竞争能力是AA=Aa>aa,则在长期的自然选择过程中,下列能正确表示A基因和a基因的比例变化的曲线是(　　) 答案:A 解析:基因型为AA和Aa的个体生存能力较强,而基因型为aa的个体被淘汰的可能性最大,所以a基因的频率会降低;由于存在基因型为Aa的个体,a基因的频率不可能降至0。 【变式训练】 1.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.自然选择决定了生物变异和进化的方向 C.生物进化的实质是种群基因频率的改变 D.生物性状的改变一定引起生物的进化 答案:C 解析:生物进化的实质是种群基因频率的改变,只要种群基因频率发生改变,生物就在进化。生物的性状受基因和外界环境的共同作用,性状改变,基因不一定改变,所以基因频率不一定改变,生物也不一定进化。自然选择决定生物进化的方向,但不能决定生物变异的方向。 2.腕足类动物海豆芽,从4亿年前出现至今面貌基本没变,也没有绝灭。对此现象的合理解释是(　　) A.自然选择对其不发挥作用 B.海豆芽在漫长的年代中基因频率发生了较大变化 C.海豆芽很少发生变异,适应性强 D.海豆芽的生存环境基本没有改变 答案:D 解析:自然选择决定生物进化的方向,海豆芽的“面貌基本没变”,说明其生存环境基本没变。 探究抗生素对细菌的选择作用 问题引领 1.抗生素对细菌进行选择的原理是什么? 提示: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。如果向培养基中添加抗生素,耐药菌有可能存活下来。 2.该实验是如何设计对照实验的?实验组设置多组的目的是什么? 提示: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,接种后1个区域放置不含抗生素的纸片,另外3个区域放置含抗生素的纸片,观察它们之间的差异。实验组设置多组的目的,一是减少误差,二是由于突变频率很低,只有一组实验组不一定分离出耐药菌。 3.为什么培养基中抗生素滤纸片周围会出现抑菌圈?抗生素滤纸片周围的抑菌圈的直径为什么会逐代变小? 提示:因为滤纸片上的抗生素杀死了其周围的细菌,使其不能形成菌落而出现抑菌圈。经过抗生素的持续多代筛选,细菌的耐药性越来越强,所以抗生素滤纸片周围的抑菌圈的直径会逐代变小。 归纳提升 实验操作的注意事项 (1)无菌操作:培养皿、涂布器、纸片必须进行灭菌处理;实验过程中要防止杂菌的污染,如在培养过程中,将培养皿倒置,可防止皿盖上的水珠落入培养基而造成杂菌污染;实验结束后,应将耐药菌、纸片、培养基等进行高温灭菌处理,以防止耐药菌扩散。 (2)涂布菌液时,要尽量使接种的菌体均匀分布,这样可以减小实验误差。 (3)由于突变的低频性,一次筛选不一定能得到耐药菌,故要连续培养。应从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌进行培养,因为这个部位可能存在耐药菌。经过多次培养筛选后方可得到耐药菌。 典型例题 抗生素对治疗因细菌感染而造成的疾病发挥着重要作用。但抗生素使用一段时间后,杀菌效果就会下降。用进化的观点解释,其原因是(　　) A.抗生素对细菌的选择作用 B.细菌对抗生素的选择作用 C.抗生素产品的质量下降 D.人类的体质下降 答案:A 解析:抗生素刚被使用的时候,能够杀死大多数细菌,但少数细菌由于发生了变异而具有抵抗抗生素的特性,进而生存下来,并繁殖后代。经过抗生素的长期选择,生存下来的基本都是耐药菌,抗生素的杀菌效果下降。 【变式训练】 长期使用克霉唑乳膏治疗足癣,药效会逐渐下降,原因是 (　　) A.药物的使用量过少或药效不稳定 B.药物使病原体慢慢产生了耐药性变异 C.少数耐药性强的病原体存活下来并大量繁殖 D.病原体经过长期努力适应了有该药物的环境 答案:C 解析:足癣是由真菌引起的,在真菌种群中存在少数耐药性变异。使用克霉唑乳膏治疗足癣时,没有耐药性的变异类型被杀死,少数耐药性变异类型存活下来并大量繁殖,因此药效会逐渐下降。 素 养 提 升 耐药菌株的筛选分为初选和复选。首先在选择性培养基上(含菌株所耐药物)培养菌株。将初选的菌株做梯度稀释,再次在选择性培养基上进行培养,待生长出菌株,即完成了复选工作(复选根据情况可重复多次)。 所筛选出的菌株即认为是耐药菌株。 为了研究细菌对青霉素耐药性形成的机理,有人设计了如下实验方案。分析并回答下列问题。 步骤一,取培养皿A若干(A1、A2、A3……),加入普通细菌培养基;取培养皿B若干(B1、B2、B3……),加入含有青霉素的细菌培养基。 步骤二,将适量细菌培养液涂抹在培养皿A1的培养基表面,放在适宜的条件下培养一段时间,培养基的表面会出现一些菌落(细菌的群落)。 步骤三,用灭菌后的丝绒包上棉花制成一枚“印章”,在A1上轻轻盖一下,再在B1上轻轻盖一下,这样A1中的细菌就按一定的方位准确地“复制”到了B1之中。将B1培养一段时间后,B1中一定部位出现了少量菌落。 步骤四,根据B1中菌落出现的方位,将A1中对应位置的菌落取出(见下图),均匀涂抹在A2的表面,培养一段时间后,培养基表面又会出现许多菌落。反复重复步骤三、四,在B2、B3……中保留下来的菌落越来越多。直到最后,所有“复制”到B中的菌落全部保留下来,都具有了对青霉素的耐药性。 (1)通过实验可以知道,细菌耐药性的产生首先是细菌出现 　　　的结果,青霉素在细菌耐药性形成过程中起　　　的作用。 (2)如果B1中没有菌落保留下来,实验就无法进行下去。若要使实验进行下去,可以采用的方法有　　　　　　　　。 (3)与产生青霉素的青霉菌相比,细菌在结构上最显著的不同之处是　　　　　　　　　。  答案:(1)基因突变　定向选择 (2)用各种射线或激光照射(或人工诱变) (3)没有由核膜包被的细胞核 解析:A系列为普通细菌培养基,B系列为含有青霉素的细菌培养基,在B系列上能生存的细菌为耐青霉素的细菌。实验采用扩大培养的方法,不断选择耐青霉素的细菌。用“印章”在A1中盖一下,再在B1中盖一下,是将A1中的菌种接种在B1上,在B1上能生存下来的是耐青霉素的细菌,根据B1中的菌落位置确定A1中的耐青霉素细菌的位置,并接种到A2中,再依次盖“印章”到B2,依次进行下去,可提纯分离到耐青霉素的细菌。若用“印章”的方法在B系列培养基上没有发现菌落,则说明A培养皿中无耐青霉素的细菌,可以采用人工诱变的方法进行处理,以得到所需要的细菌。细菌是原核生物,没有由核膜包被的细胞核。 课 堂 小 结 (1)基因库 (2)基因频率 1.可遗传的变异的来源 比较项目 含义 变化后与进化的关系 基因频率 某基因的频率=该基因的数目/该基因与其等位基因的总数×100% 发生了生物进化 基因型频率 某基因型的频率=该基因型的个体数/总个体数×100% 生物不一定发生进化 基因库 一个种群中全部个体所含有的全部基因 可导致生物进化,它的变化是形成新物种的前提 配子 雄配子 A(p) a(q) 雌配子 A(p) AA(p2) Aa(pq) a(q) Aa(pq) aa(q2) ≈52%。 $