6.3 种群基因组成的变化与物种的形成课件2025-2026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，以“先有鸡还是先有蛋”情景导入引发思考，通过合作探究梳理种群、基因库、基因频率等概念，结合计算实例与遗传平衡定律，分析自然选择、突变等对基因频率的影响，最终以地雀案例探讨隔离在物种形成中的作用，构建从微观到宏观的知识支架。 其亮点在于紧扣核心素养，通过合作探究（如种群三要素判断）、实战训练（基因频率计算）和实验探究（抗生素对细菌选择），培养科学思维与探究实践能力。例如用桦尺蛾数据引导分析自然选择对基因频率的定向影响，结合地雀案例建立进化与适应的生命观念，助力学生提升分析能力，为教师提供结构化互动教学方案。

第六章 生物的进化 第3节 种群基因组成的变化 与物种的形成 人教版 高一生物 必修2 1 01 02 03 学习目标 运用遗传平衡定律分析种群基因频率变化；通过情境推理，理解隔离在物种形成中的作用。（科学思维） 关注濒危动物保护，形成基于进化理论的科学保护观。 （社会责任） 理解种群是生物进化的基本单位，认同遗传多样性对物种生存的意义。（生命观念） 隔离在物种形成中的作用 课堂小结 实战训练 02 03 04 种群和种群基因组成的变化 01 情景一： 先有鸡还是先有蛋？ 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？ 合作探究一：请同学们自主阅读教材P110-111，梳理下列问题，并做相应勾画标注。 1、什么是种群？有哪些实例，举例说明。 2、什么是种群基因库？ 3、种群基因库的决定因素是什么？ 4、什么是种群基因频率？基因型频率？如何计算？ 01 种群和种群基因库 01 种群和种群基因库 种群： （1）概念：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。 （2）特点：种群是生物繁殖的基本单位，也生物进化的基本单位。 举例：一片树林中的全部猕猴是一个种群 一片草地上的所有蒲公英是一个种群 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。 01 种群和种群基因库 种群的三要素： 同一区域（区域可大可小，大到地球，小的可以是一个池塘） 同一物种的生物 全部个体 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草鱼（ ） 4. 一片草地上的成年梅花鹿（ ） 5.一个学校的所有人（ ） 6.一个菜市场中的全部鲤鱼( ） × × × × × √ 01 种群和种群基因库 种群基因库： 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。 一个种群所有个体各自有自己的基因，共同构成了种群的基因库。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。 种群中基因总数越多，基因库越大，与基因种类无关。 01 种群和种群基因库 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： 在一个种群基因库中，某个基因型 的个体占个体总数的比值。 影响因素： 突变、选择、迁移等。 01 种群和种群基因库 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，求A和a的基因频率。 200 2×30+60=120 2×10+60=80 120÷200=60 80÷200=40 某昆虫决定翅色的基因频率 方法一：就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因，那么： 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=____________________% 01 种群和种群基因库 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，求A和a的基因频率。 方法二： P(A) = P(AA) + 1/2P(Aa) P(AA)= 30% P(Aa)=60% P(a) = P(aa) +1/2P(Aa) P(AA)+P(Aa)+P(aa)=1 P(A)+P(a)=1 = 10%+1/2×60% = 40% P(aa)=10% 01 拓展延伸 在对某工厂职工进行遗传学调查时发现，在男女各400名职工中，女性色盲基因的携带者为30人，患者为10人，男性患者为22人。那么这个群体中色盲基因的频率为( ) A.4.5％ B.5.9 C.6％ D.9％ Xb的基因频率= 30×1+10×2+22×1 400×2+ 400×1 Xb的基因频率 = Xb XB+Xb ×100% 注意：对伴X染色体遗传，在Y染色体上往往没有该基因或其等位基因，所以在计算基因总数时应只考虑X染色体上的基因总数。 01 种群和种群基因库 基因频率= 某基因的总数 其全部等位基因数 × 100% (1）常染色体或X、Y染色体的同源区段上 (2）X染色体的非同源区段上 基因频率= 某基因的总数 雌性个体数×2 +雄性个体数 × 100% P(A)+P(a)=1 P(AA)+P(Aa)+P(aa)=1 =纯合子频率+1/2杂合子频率 01 种群和种群基因库 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。 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% 36% 48% 16% 60% 40% 36% 48% 16% 60% 40% 根据计算结果，想一想子二代、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？ 01 种群和种群基因库 遗传平衡（基因频率和基因型频率不变）（哈代—温伯格定律） 成立条件 ①种群非常大； ②所有雌雄个体间都能进行自由交配并产生后代； ③没有迁入和迁出； ④自然选择对A、a没有作用。 ⑤基因A和a都不产生突变。 计算公式 设A=p，a=q，则p+q=1 那么，AA=p2，Aa=2pq，aa=q2 基因型频率应符合：p2+2pq+q2=1 (p+q)2=1 p A q a p A p2 AA pq Aa q a pq Aa q2 aa 01 种群和种群基因库 遗传平衡（基因频率和基因型频率不变）（哈代—温伯格定律） ∵ (p＋q) = A%+a% = 1 ∴ (p+q) 2 = p2+2pq+q2 = AA%+Aa%+aa% = 1 遗传平衡所指的种群是理想的种群,在自然条件下,这样的种群是不存在的。 AA基因型频率=p2； aa基因型频率=q2； Aa基因型频率=2pq。 A（p） a( q ) A（ p） AA（p2） Aa(pq) a ( q ) Aa（pq） aa(q2) 雌配子 雄配子 F1基因型频率 设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1，那么 A(p) a(q) A(p) AA(p2) Aa(pq) a (q) Aa(pq) aa(q2) aa 基因型的频率 AA 基因型的频率 Aa 基因型的频率 ( p + q )2 = p2 + 2pq + q2 (p＋q)2=p2＋2pq＋q2=1 (A＋a)2=AA＋2Aa＋aa=1 01 种群和种群基因库 1.下列属于种群的是（ ） A.一块水田里的全部青蛙 B.一块棉田里的全部蚜虫 C.一块朽木上的全部真菌 D.一个池塘中的全部鱼 实战训练 2.在一个种群中随机抽取一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占18%，基因型为Aa的个体占78%，基因型为aa的个体占4%，基因A和基因a的基因频率分别是（ ） A.18%、82% B.36%、64% C.57%、43% D.92%、8% 种群规模小 基因频率随机变化 出现基因交流 迁入和迁出 基因频率不定向改变 突变和基因重组 非自由交配 有偏好的基因频率改变 自然选择 基因频率定向改变 最终导致基因频率改变 02 种群基因频率的变化 合作探究二：请同学们自主阅读教材P112-114，梳理下列问题，并做相应勾画标注。 1、可遗传的变异来源于哪几个方面呢？ 2、所有的变异都能导致基因频率的变化吗？为什么？ 3、自然界中生物的自然突变频率很低，而且一般对生物体是有害的。为什么还能够作为生物进化的原材料呢？ 4、基因突变和基因重组对于种群遗传组成的改变一样吗？如若不同，为什么都可以作为生物进化原材料？ 5、突变的有害和有利取决于什么？ 6、突变和基因重组能决定生物进化的方向吗？ 02 种群基因频率的变化 02 种群基因频率的变化 导致基因频率变化的原因可能有哪些？ 变异 不可遗传的变异 可遗传的变异 突变 基因突变 染色体变异 基因重组 基因突变是自然界中普遍存在的。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。在自然情况下，突变的频率是很低的，且多数是有害的，对生物的进化有重要意义吗？ 02 种群基因频率的变化 举例：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，对一个中等大小的种群（约有108个个体）来说，每一代出现的基因突变数将是： 2×1.3× 104 × 10－5 个体（2.6×10-1） ×108 种群 = 2 .6×107（个） 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！ 02 种群基因频率的变化 突变 基因重组 新的等位基因 多种多样的基因型 突变和基因重组产生进化的原材料 形成了进化的原材料, 不能决定生物进化的方向 作用 种群中出现大量可遗传的变异 形成 变异是随机的、不定向的 特点 【注意：突变≠基因突变，突变包括基因突变和染色体变异】 02 种群基因频率的变化 大多数突变对生物体是有害的。突变的有利和有害也不是绝对的，往往取决于生物的生存环境。 某海岛上残翅和无翅的昆虫 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。 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 实战训练 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 实战训练 03 自然选择对种群基因频率变化的影响 【资料】英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾(其幼虫叫桦尺蠖)。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。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。 长满地衣的树干上的桦尺蠖 黑色树干上的桦尺蠖 基因类型 黑色（S） 浅色（s） 工业革命前 （19世纪中叶） 5% 95% 工业革命后 （20世纪中叶） 95% 5% 桦尺蛾种群中s基因的频率为什么越来越低？ 03 自然选择对种群基因频率变化的影响 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? 提出问题 作出假设 讨论探究思路 黑褐色的生活环境，不利于浅色桦尺蛾的生存，对黑色桦尺蛾生存有利，这种环境的选择作用使该种群的s基因的频率越来越低，即自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变。 假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为：SS10%，Ss20%，ss70%，S基因的频率为20%。假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体增加10%。在第2～10年间，该种群的基因型频率是多少？每年的基因频率是多少？ 03 自然选择对种群基因频率变化的影响 1. 创设数字化的问题情境。 2. 计算，将计算结果填入表中。   第1年 第2年 第3年 第4年 …… 基因型 频率 SS 10% 11.5%       Ss 20% 22.9%       ss 70% 65.6%       基因频率 S 20% 23%       s 80% 77%       70.7% 26.0% 29.3% 14.6% 56.1% 60.9% 26.1% 73.9% 29.3% 13.1% 升高 降低 假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。 制定并实施研究方案 03 自然选择对种群基因频率变化的影响 S（深色）基因的频率逐渐上升，s（浅色）基因的频率逐渐下降；在黑色背景下，浅色桦尺蛾被天敌发现和捕食的几率大于黑色的桦尺蛾，但不影响桦尺蛾的生存和繁殖，直接受选择的是表型。 分析结果 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。 03 自然选择对种群基因频率变化的影响 思考讨论： (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？ 会影响。因为树干变黑后，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？ 直接受选择的是表型。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。 (3)根据表格中的数据分析，桦尺蛾种群发生进化了吗？判断的依据是什么？ 发生了进化。依据是桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。 03 自然选择对种群基因频率变化的影响 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 多次选择和积累，通过遗传 自然选择 自然选择：决定生物进化的方向 生物进化的实质：种群基因频率的改变 自然选择 定向改变基因频率 决定生物进化的方向。 实战训练 1.下列关于生物变异和生物进化的叙述，正确的是（ ） A.变异都能为生物进化提供原材料 B.自然选择决定了生物进化的方向 C.只有基因突变才能导致种群基因频率改变 D.抗生素的使用使病原体产生了适应性的变异 2.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 实战训练 实战训练 3.桦尺蛾的体色受一对等位基因控制，其中黑色(S)对浅色(s)为显性。将某桦尺蛾种群分成两组，分别迁移到A、B两个区域，A地是煤炭工业重镇，B地是闭塞的山区，数年后抽样调查，结果如表所示。下列有关说法不正确的是（ ） 区域 SS(%) Ss(%) ss(%) A 80 18 2 B 2 8 90 A.A地S的基因频率为89%，B地S的基因频率为6% B.A地的大部分s基因突变为S基因，故S的基因频率升高 C.从上述材料得知生物进化的方向是由自然选择决定的 D.生物进化的实质就是种群基因频率的变化 04 探究抗生素对细菌的选择作用 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。 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。 实验原理 目的要求 实验步骤 04 探究抗生素对细菌的选择作用 在培养基上有细菌生长，在放有抗生素纸片的区域无细菌生长。连续培养几代后，抑菌圈的直径会变小。 结果分析 1.为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？ 2.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。 04 探究抗生素对细菌的选择作用 “探究抗生素对细菌的选择作用”实验的相关分析 (1)抗生素不是诱变因子，因此细菌耐药性变 异的产生与抗生素无关。 (2)细菌产生耐药性变异的过程属于基因突变 ，而基因突变具有不定向性。 (3)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。 04 探究抗生素对细菌的选择作用 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。 实战训练 1.滥用抗生素会使人体内细菌产生耐药性，如果被细菌感染，则往往由于体内细菌能够抵抗各种抗生素而无药可救。下列有关说法正确的是（ ） A.抗生素的滥用导致细菌向“耐药性”细菌方向变异 B.细菌中本来就存在耐药性个体，长期使用抗生素导致“耐药性”基因频率下降 C.耐药性强的细菌可能发生了基因突变或染色体变异 D.种群基因频率的变化趋势在一定程度上反映了生物进化的方向 2.一般情况下，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。下列关于“探究抗生素对细菌的选择作用”的探究实践的说法，错误的是（ ） A.放置不含抗生素的纸片起对照作用 B.耐药菌发生了基因突变，不利于其生存 C.重复几代，抑菌圈的直径会逐渐减小 D.本实验说明抗生素对细菌有选择作用 实战训练 合作探究三：请同学们自主阅读教材P116-118，梳理下列问题，并做相应勾画标注。 1、什么叫做物种？ 2、隔离包括哪些类型？ 3、地理隔离和生殖隔离之间有什么联系呢？ 4、物种形成的三个环节？ 05 隔离在物种形成中的作用 05 隔离在物种形成中的作用 物种的概念： 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称为一个物种。 骡是一个物种吗？为什么？ 05 隔离在物种形成中的作用 隔离： 1.地理隔离 不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。 概念： 类型： 由于地理阻隔而不能发生基因交流的现象。 05 隔离在物种形成中的作用 2.生殖隔离 无法交配或交配后不能产生可育后代的现象。 类型： 05 隔离在物种形成中的作用 生态隔离 季节隔离 行为隔离 机械隔离 配子隔离 杂种不活 杂种不育 杂种败育 受精前 隔离 受精后 隔离 生活在同一区域的不同生活场所 交配或开花发生在不同季节 两性之间求偶或交配等行为不同 生殖器官的大小和形状不同 个体间可交配和受粉，但不能受精 杂种胚胎不能正常发育 杂种后代不能生育 杂种后代生活力下降，不能存活 实例： 生殖隔离 05 隔离在物种形成中的作用 地理隔离 这些地雀的祖先都来自南美大陆的同一种地雀，什么原因导致每个岛上的地雀种类不同呢？ 05 隔离在物种形成中的作用 地雀祖先 甲岛地雀 乙岛地雀 丙岛地雀 丁岛地雀 …… 甲岛地雀1 乙岛地雀2 丙岛地雀3 丁岛地雀4 …… 地理隔离 不同 不同 有差异 生殖隔离 不同物种 阻断基因交流 基因频率向不同方向发生改变 久而久之 形成明显差异 突变和基因重组 自然选择 种群基因库改变 渐变式 隔离是物种形成的必要条件。 出现 05 隔离在物种形成中的作用 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？ 由于这两个种群的个体数量都不够的多，基因频率可能不一样。 2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？ 不一样。因为突变是随机发生的。 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？ 自然环境条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝着不同的方向改变。 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。 05 隔离在物种形成中的作用 通过地雀的形成过程，说明物种形成需要以下环节： ①_____________________为生物的进化提供原材料。 ②_____________________决定生物进化的方向。 ③_____________________是物种形成的必要条件。 _____________________的出现意味着新物种的产生。 突变和基因重组 自然选择 隔离 生殖隔离 05 隔离在物种形成中的作用 物种的形成必须经过地理隔离吗？能否在短时间内就形成生殖隔离？ 地理隔离不是物种形成所必须的。 能在短时间内就形成生殖隔离，如用秋水仙素处理萌发的二倍体西瓜幼苗即可获得四倍体西瓜，四倍体西瓜是新物种，其形成过程未经过地理隔离。 05 隔离在物种形成中的作用 物种形成的 三大模式 05 隔离在物种形成中的作用 物种形成与生物进化的关系: 内容 物种形成 生物进化 标志 生殖隔离出现 基因频率改变 变化后生物与原生物的关系 属于不同物种 可能属于一个物种 二者关系 生物进化的实质是种群基因频率的定向改变，这种改变可大可小，不一定会突破物种的界限，生物进化不一定导致新物种的形成 1.19世纪70年代，10对原产于美国的灰松鼠被引入英国，结果在英国大量繁殖、泛滥成灾。对生活在两国的灰松鼠种群，可以作出的判断是( ) A.两者尚未形成两个物种 B.两者的外部形态有明显差别 C.两者之间已经出现生殖隔离 D.两者的基因库向不同方向改 实战训练 实战训练 2.如图表示生物新物种形成的基本环节，下列对图示分析不正确的是( ) A.a表示基因突变和基因重组，为生物进化提供原材料 B.b表示生殖隔离，生殖隔离是新物种形成的标志 C.c表示新物种形成，与原物种不能进行基因交流 D.d表示地理隔离，新物种形成不一定需要地理隔离 $