6.3 种群基因组成的变化与物种的形成 （种群基因组成的变化和隔离在物种形成中的作用）课件-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

第三节:种群基因组成的变化与物种的形成 本节聚焦： 1.为什么说种群是生物进化的基本单位？ 2.种群的基因频率为什么变化？ 3.自然选择与种群基因频率的变化有什么关系？ 第1课时　 种群基因组成的变化 假定猕猴群体中有一只雄性个体发生了变异（超猴）获得了超级基因，基因使其在生存斗争中获得了优势。 讨论： 1.超猴使猕猴种群强大起来，但没有合适伴侣孤独一生，其死后猕猴群体又恢复到原来的样子，这能不能说猕猴群体进化了？ 2.假如超猴降低一点择偶标准，与普通雌性交配生小猴子。当超猴死去，多年之后，超猴的表型（基因）能不能在群体中扩散开来？ 不能 能 具有有利变异表型的个体通过繁殖将控制有利变异的基因在群体扩散，生物才能进化 进化了吗？ 问题探讨 可见，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（种群）基因组成（基因库）的变化。 一.种群和种群基因库 （一）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。 1.概念： 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 提问：某学校的所有老师学生、工人干事是一个种群吗？ 2.对种群概念的理解： 3.特点： ①种群是繁殖、进化的基本单位 ②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。 判断下面例子是不是一个种群： ①一个池塘中的全部鱼 ②一个池塘中的全部鲤鱼 ③两个池塘内的全部青蛙 ④一片草地上的全部植物 ⑤一片草地上的成年梅花鹿 × √ × × × （二）种群基因库 1.种群的基因库： 一个种群中全部个体所含有的全部基因 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。 2.基因频率： 基因频率= 某基因的总数 该基因的等位基因的总数 × 100% 在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，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。 1.100个体数的全部等位基因总数为_______ 2.A基因为_________________个，a基因为_________________个3.A频率= ，a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 3.基因型频率： 在一个种群中，某基因型个体占种群内全部个体的比值。 例1：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，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么各种基因型频率是多少？A和a的基因频率是多少？ AA基因型频率为: Aa基因型频率为: aa基因型频率为: 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 这一种群繁殖若干代以后，其基因频率和基因型频率会不会发生变化呢? 用数学方法讨论基因频率的变化 1. 假设①昆虫种群数量非常大；②所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；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。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%) 配子的比率 A( ) A( ) 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% 60% 40% 36% 48% 16% 36% 48% 40% 60% 40% 遗传平衡 对自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？你能举出哪些实例？ 配子法＋棋盘法 基因频率没有发生改变，说明没有进化 5．利用哈代—温伯格定律，由基因频率计算基因型频率 (1)成立前提 ①种群非常大；②所有雌雄个体之间自由交配；③没有迁入和迁出；④没有自然选择；⑤没有突变。 (2)计算公式 ①设A的基因频率为p，a的基因频率为q，则p＋q＝1。 A=0.6 a=0.4 数学公式？ 雌配子 雄配子 A(p) a(q) A(p) AA(p2) Aa(pq) a(q) Aa(pq) aa(q2) ②逆推计算:已知隐性纯合子的概率,求种群的基因频率和基因型频率。若P(aa)=X%,则 aa=0.64 AA的基因型频率＝p2， Aa的基因型频率＝2pq， aa的基因型频率＝q2。 在一个随机交配的中等大小的种群中，经调查发现控制某性状的基因型只有两种：AA基因型的频率为20%，Aa基因型的频率为80%，aa基因型(致死型)的频率为0。那么随机交配繁殖一代后，AA基因型的个体占(　　) A．1/5 B．1/4 C．3/7 D．11/21 C 算出配子的基因频率 2．在某一种群中，经过调查得知，隐性性状约占(等位基因用A、a表示)9%，那么该性状的AA、Aa基因型个体出现的频率分别约为(　　) A．0.9、0.82 B．0.36、0.55 C．0.49、0.42 D．0.18、0.73 C [举一反三]　自交、自由交配与基因频率改变的关系 (1)自交是指基因型相同的个体交配，雌雄同株植物是指自花传粉。结果是杂合基因型频率降低，纯合基因型频率增加；在无选择条件下，各基因频率不变。 (2)自由交配是指种群内不同基因型的个体间相互交配。在无选择的条件下，基因频率保持不变，基因型频率趋于稳定。 (3)只要种群的基因频率不变，即使基因型频率改变，种群也未发生进化。 例2.某种群中基因型XBXB有20个， XBY有5个， XBXb有20个， XbY有5个，计算下列基因频率和基因型频率： （1）基因型频率： XBXB _______ XbY _______ 40% 10% 72.2% 27.8% （2）基因频率：XB______ Xb_______ 4．X染色体上基因的基因频率的计算 XY型性别决定的生物，基因在X染色体上，Y染色体上无等位基因，计算时只计X染色体上的基因数，不考虑Y染色体；ZW型性别决定也是这样。例如，用N表示个体数，则有 测评153 (2)人群中男性的红绿色盲发病率即为Xb的基因频率。（Xb=0.6） 二.种群基因频率的变化 达尔文曾明确指出， 思考：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。 变异 可遗传的变异 不可遗传的变异 基因突变 染色体变异 基因重组 突变 特点： 随机的、不定向的。 可遗传的变异提供了生物进化的原材料 思考：1.生物自发突变的频率很低，而且大多数突变对生物体是有害的，那么，它为何还能够作为生物进化的原材料呢？ 2.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？ 1.①由于种群是由许多个体组成，每个个体的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。 ②突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存 。 突变 新的等位基因 有性生殖 基因重组 多种多样的基因型 种群中出现大量可遗传的变异 推断 变异是随机的、不定向的 形成了进化的原材料, 不能决定生物进化的方向 作用 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？ 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天栖息在树干上。杂交实验表明，桦尺蛾的体色受一对等位基因S和s控制，黑色(S)对浅色(s)是显性的。 浅色桦尺蛾 黑色桦尺蛾 (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？ (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？ （3）决定桦尺蛾进化方向的是什么？为什么？ 桦尺蛾 浅色（s） 黑色（S） 树干颜色 黑 生物进化的一定的方向是指 。 适应环境的方向 小结进化的过程 (生物进化的实质) 生物进化的基本单位 生物进化的原材料 决定生物进化的方向 生物进化的实质 种群 突变和基因重组（不定向） 自然选择（定向） 种群基因频率的定向改变 镰状细胞贫血由基因突变引起，其致病基因为隐性基因(用a表示)。只有隐性纯合子才会发病，携带者不发病，且对疟疾的抵抗力高于正常人。在非洲某些疟疾流行的地区，携带者比例在20%左右；现在美洲黑人中携带者的比例已降到了8%。下列叙述错误的是(　　) A．非洲疟疾流行地区a基因的频率大约为30% B．美洲黑人中a基因频率的下降是环境选择的结果 C．非洲疟疾流行地区，镰状细胞贫血基因携带者的比例可能会增加 D．在一定外界条件下，有害的突变基因可转变为有利的基因 A [举一反三]　进化中的“定向”与“不定向” ①变异是不定向的。 ②自然选择是定向的。 ③种群基因频率的变化是定向的。 ④生物进化是定向的。 镰状细胞贫血主要流行于非洲的疟疾高发地区。具有一个镰状细胞贫血突变基因的个体（即杂合子）在氧含量正常的情况下，并不表现出镰状细胞贫血的症状，因为该个体能同时合成正常和异常的血红蛋白，并对疟疾具有较强的抵抗力。 （1）这些地区具有镰状细胞贫血突变基因的人占总人口的比例较其他地区的高，为什么？ （2）为什么某些看起来对生物生存不利的基因，历经漫长的进化历程依然“顽固”地存在？请结合这个例子阐明原因，并分析如何辩证地认识基因突变与生物的利害关系。 杂合子能同时合成正常和异常的血红蛋白，相比只能合成正常血红蛋白的纯合子，杂合子对疟疾具有较强的抵抗力，在疟疾高发地区，他们生存的机会更多，从而能将自己的基因传递下去 基因对生物的生存是否有利，往往取决于生物的生存环境。某些看起来对生物生存不利的基因，当环境改变后，这些不利的基因产生的性状，可能会帮助生物更好地适应改变后的环境，从而得到更多的生存机会。这个实例说明，基因突变并不都是有害的，也可能是有利的，或是中性的，有害、有利还是中性与环境有关。 课本85 四、探究抗生素对细菌的选择作用 （一）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。 （二）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。 （三）材料用具 （四）方法步骤 抑菌圈：抑制细菌生长的圈，在圈内没有细菌生长，圈越大，抗生素杀菌作用越强 【【抗生素对细菌的选择作用】实验视频】 https://www.bilibili.com/video/BV19P411B7fJ/?share_source=copy_web&vd_source=3381a5c08e23084dd851744da5670ae0 根据教材P115“探究·实践”，回答下列问题： (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？ 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，因此要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌。 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。 (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？ 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。 (1)为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？ (2)连续培养几代后,抑菌圈的直径会发生什么变化?原因是什么? 抑菌圈由大变小;经过抗生素的持续多代筛选,细菌的耐药性越来越强,抗生素对细菌生长的抑制作用越来越弱,抑菌圈的直径就越来越小。 教材P115结果结论 8.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 √ 单一变量原则 第2课时　 隔离在物种形成中的作用 本节聚焦： 1.什么是物种？ 2.怎样理解地理隔离和生殖隔离？ 3.隔离在物种形成中起什么作用？ 2.影响基因频率的因素： 突变、（基因突变、染色体变异）基因重组和自然选择 3.生物进化的实质就是： 1.种群是生物 的单位。 种群基因频率定向改变 温故而知新： 只要是基因频率发生变化，生物就一定发生了进化 种群分离 由于突变和选择因素不同，其基因组成可能会朝不同的方向改变，导致种群间出现形态和生理上的差异。 同种祖先 种群 B 种群 A 种群 A? 种群 B? 进化、繁殖 种群A和种群B此时还算同一个物种吗？ 如何判断两个种群是不是同一个物种呢？ 一、物种的概念 能够在 下互相交配，并且产生 的一群生物称为一个物种，简称“种”。 自然状态 可育后代 不同物种的判断方法？ 三倍体西瓜是一个新物种吗？ 不是，因为后代三倍体西瓜不可育 （1）二倍体西瓜和四倍体西瓜是不是一个物种？ （2）全世界的人都是一个物种吗？ 概念应用 不同物种判断依据： 是否能相互交配并产生可育的后代。若能，则属于同一物种；若不能，则一定是两个物种。 新物种判断关键： 看某种生物是否具有可育性，是否能通过有性生殖产生后代。若能，则属于新物种；若不能，则不属于新物种。 二、隔离在物种形成中的作用 生殖隔离： （一）隔离的概念 地理隔离： 不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代 同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象 隔离 地理隔离和生殖隔离有没有什么联系呢？ （二）隔离在物种形成中的作用 这是达尔文在环球考察中观察到的现象。在加拉帕戈斯群岛上生活着13种地雀。这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南美洲大陆上，却看不到这13种地雀的踪影。 加拉帕戈斯群岛的地雀 这些地雀的祖先都来自南美大陆的同一种地雀. 1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗? 基因频率可能是不一样的。 2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗? 不一样，因为基因突变是随机、不定向的。 3.对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别?这对种群基因频率的变化会产生什么影响? 不同岛屿的地形和植被条件不一样， 因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。 4. 如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗? 不会，因为个体间有基因的交流。 思考·讨论： 基因频率向不同 方向发生改变 出现 甲岛地雀 乙岛地雀 丙岛地雀 丁岛地雀 …… 地雀祖先 地理隔离 突变 和基因重组 自然选择 种群基因库改变 甲岛地雀1 乙岛地雀2 丙岛地雀3 丁岛地雀4 …… 阻断基因交流 不定向 食物和栖息条件互不相同 有差异 基因库形成明显差异 生殖隔离 1.渐变式 阻隔基因交流 不定向 种群基因库出现明显差异 新物种形成的标志 总结： 长期的地理隔离导致生殖隔离的出现，生殖隔离标志着新物种的产生。 物种形成的三个基本环节： ① 提供原材料。 ② 使基因频率发生改变。 ③ 是物种形成的必要条件。 突变和基因重组 自然选择 隔离 思考： 1.经过漫长的地理隔离,一定会形成生殖隔离吗? 2.新物种形成一定要经过地理隔离吗? 定向 课本126 2.骤变式 主要通过染色体变异形成新物种，一旦出现，很快形成生殖隔离，多见于植物。 如：普通小麦的形成（自然状态）。 3.人工创造新物种 如：人工诱导多倍体的形成（无子西瓜） 项目 物种形成 生物进化 标志 变化后生物 和原来生物的关系　　 新物种形成，有生殖隔离，质变，属于不同的物种 生物进化，基因频率改变，量变，仍属于一个物种 联系 (1)生物进化不一定导致新物种的形成 (2)新物种一旦形成，则说明生物肯定进化了 （三）物种形成和生物进化的比较 物种与种群有什么区别？ 生殖隔离出现 基因频率改变 （四）物种与种群的比较 项目 种群 物种 概念 生活在一定区域的同种生物全部个体的集合 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 范围 较小范围内的同种生物的所有个体 由分布在不同区域内的同种生物的许多种群组成 判断 标准 ①同一时间、同一地点、同一物种; ②同一物种的不同种群不存在生殖隔离,交配能够产生可育后代 ①具有一定的形态结构和生理功能,在自然条件下能自由交配并且产生可育后代; ②不同物种之间存在生殖隔离 联系 ①一个物种可以包括许多种群; ②同一个物种的多个种群之间存在着地理隔离,不能发生基因交流,长期发展下去,可能形成多个新物种 下列关于新物种形成的叙述，正确的是(　　) A．生物进化的结果就是形成新物种 B．生殖隔离是地理隔离的必然结果 C．产生生殖隔离是形成新物种的必要条件 D．基因突变一定能导致新物种的产生 C 许多年前，某大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成甲、乙两个种群。两个种群所发生的变化如下图所示，①～⑥表示不同的变异结果，a～d表示进化的不同环节。下列叙述正确的是(　　) D A．a表示地理隔离，经过长期的地理隔离一定会导致生殖隔离 B．b过程表示基因突变和基因重组，为生物进化提供原材料 C．c过程表示自然选择，决定着生物变异的方向 D．d表示生殖隔离，是新物种产生的标志 谢谢观看！ $