6.3.1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课件-2025-2026学年高一下学期必修2生物人教版

该高中生物学课件聚焦种群基因组成变化，以“问题探讨”中猕猴变异案例导入，衔接种群与基因库概念，通过基因频率计算、遗传平衡定律构建理论支架，结合自然选择实例与实验探究，形成完整知识脉络。 其亮点在于融合进化与适应观（生命观念），运用数学建模（科学思维）推导基因频率，通过桦尺蛾数据表格、抗生素选择实验（探究实践）培养分析能力。学生能提升科学思维，教师可借助系统案例与习题高效教学。

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 第6章 生物的进化 高中生物人教版必修2《遗传与进化》 一、种群和种群基因库 二、用数学方法讨论基因频率的变化 三、种群基因频率的变化 四、自然选择对种群基因频率变化的影响 五、探究抗生素对细菌的选择作用 目录 contents 问题探讨 假定猕猴群体中有一只雄性个体发生了变异（超猴），变异使其在生存斗争中获得了优势。 1.超猴使其所在的群体强大起来，但它却没有 合适伴侣孤独一生，其死后猕猴群体又恢复到 原来的样子，能不能说猕猴群体进化？ 2.假如超猴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 可见个体的变异如没有机会交流对进化没有意义。 一、种群和种群基因库 生物个体的表型 直接作用于 表型随个体死亡而消失 基因随生殖而延续并在群体中扩散 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。 自然选择 一、种群和种群基因库 1.定义：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。 （一）种群 2.特点：是生物生存、繁殖和进化的基本单位，彼此可以交配， 并通过繁殖将各自的基因传给后代。 3.举例 一片树林中的全部猕猴 （ ） 一个草地上的所有蒲公英 （ ） 一个湖泊中的全部鱼（ ） 菜市场中全部的鲤鱼（ ） √ √ × × 一、种群和种群基因库 1.基因库 一个种群中全部个体所含有的全部基因。 2.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率。 3.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。 基因频率= 某基因的数目 该基因的等位基因的总数 =纯合子频率+1/2杂合子频率 × 100% 基因型频率= 某基因型个体总数 种群全部个体数 × 100% （二）种群基因库 一、种群和种群基因库 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A和a的基因频率是多少？ 方法一：概念法 计算：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=____________________% 200 2×30+60=120 2×10+60=80 120÷200=60 80÷200=40 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。 一、种群和种群基因库 方法二：通过基因型频率计算 P(AA)+P(Aa)+P(aa)=1 P(A)+P(a)=1 A基因频率 = AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率 A基因频率= 30%+1/2×60% = 60% a基因频率 = 10%+1/2×60% = 40% AA基因型频率为: 30% Aa基因型频率为: 60% aa基因型频率为: 10% a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率 二、用数学方法讨论基因频率的变化 1.假设上述昆虫①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，根据孟德尔的分离定律计算。 (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？ (4)将计算结果填入下表，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？ 二、用数学方法讨论基因频率的变化 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？ 子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率与子一代一样。 上述5个假设成立的条件下， 种群基因频率在世代繁衍过程中不会发生变化，我们称为遗传平衡。 二、用数学方法讨论基因频率的变化 遗传平衡定律（哈代-温伯格定律） 当一个种群满足以下五个条件： ①种群非常大； ②所有雌雄个体之间都能自由交配并能产生后代； ③没有迁入与迁出； ④没有自然选择； ⑤没有突变。 当等位基因只有两个时（A、a），设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则基因型为AA的频率为p2，基因型为 Aa的频率为2pq，基因型为 aa的频率为q2。 （p+q）2 = p2 + 2pq + q2 p A q a p A p2 AA pq Aa q a pq Aa q2 aa 二、用数学方法讨论基因频率的变化 1.基因位于常染色体或X、Y染色体的同源区段上 基因频率= 某基因的数目 该基因的等位基因的总数 × 100% 2.基因位于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% 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： （2）基因频率：XB______ Xb_______ （1）基因型频率： XBXB _______ XbY _______ 40% 10% XBXB基因型频率= XBXB个体数/所有个体=20/（20+5+20+5）=40% XbY基因型频率= XbY个体数/所有个体=5/（20+5+20+5）=10% XB基因频率= XB基因数/（ XB基因数+ Xb基因数） 1XBXB含有2个XB，1 XBY含有1XB， XBXb含有1XB和1Xb， XbY含有1Xb XB基因频率=（40+5+20）/（40+5+40+5）=56/90=72.2% 72.2% 27.8% 二、用数学方法讨论基因频率的变化 二、用数学方法讨论基因频率的变化 3.某地区红绿色盲患者在男性中约占8%，在女性中约占0.64%，由此可知，红绿色盲基因Xb的基因频率为 。 8% 已知人群中男性色盲概率为8%， 也即色盲基因(Xb)的基因频率就应该是P(Xb)=0.08。 女性中色盲(XbXb)的发病率为0.0064 =（0.08)2 色盲基因(Xb)的基因频率就应该是P(Xb)=0.08。 基因频率在男性、女性群体中、人群中是相同的 男性的染色体组成为XY，Y染色体上无该等位基因，所以 在男性群体中： 基因频率=基因型频率=表现型频率。 4.人的ABO血型系统决定于3 个等位基因IA、IB、i，设基因IA的频率为p，基因IB 的频率为q，基因i 的频率为r，人群中p+q+r=1。 在遗传平衡的人群中， IAIA的基因型频率为 ， IAi的基因型频率为 ； IBIB的基因型频率为 ， IBi的基因型频率为 ； ii的基因型频率为 ； IAIB的基因型频率为 。 （p+q+r)2= p2 + q2 + r2 + 2pq + 2pr +2qr=1 复等位基因频率计算 p2 q2 r2 2pr 2qr 2pq 15 二、用数学方法讨论基因频率的变化 5.某种植物种群中AA个体占16％，aa个体占36％。种群非常大；没有迁入与迁出，没有自然选择，没有突变。 该种群随机自由交配产生的后代中： AA个体的百分比 ，A的基因频率 。 自交产生的后代中： AA个体的百分比 ，A的基因频率 。 不变 不变 变大 不变 这一种群如果连续自交多代，它的进化趋势是 ， 从基因频率上看是 ， 而从基因型上看是 。 种群没有进化 基因频率没有变化 该种群纯合体逐代增多，杂合体逐代减少 2.上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。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？ 二、用数学方法讨论基因频率的变化 遗传平衡所指的种群是理想种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这说明在自然界中，种群的基因频率迟早要发生变化，也就是说种群的进化是必然的。 3.如果该种群出现新的突变型（基因型为A2a或A2A2），也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率会发生变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？ 突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A2的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有益还是有害的，这取决于生物生存的环境。 有偏好的基因频率改变 三、种群基因频率的变化 遗传平衡群体 无法进化 怎样进化 先打破平衡 种群较小 不自由交配 有突变 有选择 有迁入、迁出 基因频率发生改变 基因频率随机变化 出现基因交流 出现基因交流 基因频率定向改变 三、种群基因频率的变化 所有的变异都能为进化提供原材料吗？ 不能提供 不遗传的变异 突变 新基因 可遗传的变异 基因突变 染色体变异 基因重组 新基因型 新性状 突变和基因重组产生进化的原材料。 三、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？ 【资料】有翅的昆虫中有时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，这类昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死。 自然选择会影响种群基因频率的变化，决定生物进化的方向 注：自然选择是定向的，但也不是说只有一个方向（如残翅和无翅）。 突变的有利和有害，由生物的生存环境决定，所以，自然选择才能决定种群基因频率的变化。 四、自然选择对种群基因频率变化的影响 【资料1】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，白天休息在树干上。杂交实验表明，其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。 在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中S基因的频率很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。 四、自然选择对种群基因频率变化的影响 1.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？ 2.作出假设 黑褐色的生活环境不利于浅色桦尺蛾的生存，却对黑色桦尺蛾有利，因此，环境的选择作用使该种群中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。 3.讨论探究思路 创设数字化问题情景的方法探究 1870年，桦尺蛾种群基因型频率为SS10％，Ss20％，ss70％。S基因的频率为20%。在树干变黑这一环境条件下，假如树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存， 使得浅色个体每年减少10％，黑色个体每年增加10％。 提示：不同年份该种群的个体总数可能有所变化。 四、自然选择对种群基因频率变化的影响 第1年 第2年 第3年 第4年 …… 基因型个体数 SS 10 Ss 20 ss 70 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% 71.1% 25.8% 28.9% 14.4% 56.7% 61.3% 25.8% 74.2% 28.9% 12.9% 升高 降低 11 22 63 12 24 57 13 26 51 4.结论： 自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变。 四、自然选择对种群基因频率变化的影响 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？ 3.根据表格中的数据分析，桦尺蛾种群发生进化了吗？判断依据是什么？ 发生了进化。依据是桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。 4.根据资料分析，决定桦尺蛾进化方向的是什么？为什么？ 自然选择。因为在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断提高；相反，具有不利变异的个体保留下来的机会少，相应基因的频率会下降。 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。 不利变异不断淘汰 有利变异积累加强 自然 选择 种群基因频率定向改变 生物 定向 进化 变异不定向 四、自然选择对种群基因频率变化的影响 生物进化的实质是：种群基因频率的定向改变。 种群基因频率的改变，标志着生物的进化。 自然选择→定向改变基因频率 →决定生物进化的方向。 自然选择和人工选择区别与联系 四、自然选择对种群基因频率变化的影响 自然选择 人工选择 谁来选择 自然环境条件 人 选择目的 有利于生物生存 有利于人类 实例 害虫和病菌抗药性 肉食鸡、蛋鸡等 联系 都能改变基因频率，使生物进化 习题巩固 1．某岛屿上生活着一种地雀，其喙的大小由常染色体上的一对等位基因A/a控制。调查发现，该岛屿上地雀种群中AA、Aa、aa的基因型频率分别为30%、50%、20%。若干年后，由于气候变化导致岛上大型坚果增多，喙大的个体（A_）生存和繁殖优势显著增加。下列相关叙述正确的是（     ） A．该地雀种群中A基因的频率为55%，a基因的频率为45% B．气候变化导致地雀种群中A基因频率定向升高，说明地雀发生了进化 C．若该地雀种群长期处于理想状态，则A基因频率将始终保持55%不变 D．喙大的地雀与喙小的地雀之间已经形成了生殖隔离，属于不同物种 【答案】B 27 习题巩固 2.．某岛屿特有鸟类蓝鹇与大陆近缘种白鹇分化后，蓝鹇种群的基因突变频率显著高于大陆种群，且免疫相关基因家族发生适应性扩张；同时研究发现，二者的取食习性、栖息环境差异已十分明显。下列叙述错误的是（     ） A．基因突变会改变蓝鹇种群的基因频率 B．蓝鹇与白鹇的习性和环境差异为物种多样性的形成提供了条件 C．免疫基因家族的扩张有利于蓝鹇适应岛屿病原环境 D．基因突变的累积会使蓝鹇种群基因库变大，生物多样性提高 【答案】D 28 五、探究抗生素对细菌的选择作用 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。 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。 五、探究抗生素对细菌的选择作用 实验步骤 1.用记号笔在培养皿的底部画线，将培养基分为四个区，标号。 2.用无菌涂布器将细菌涂布在培养基平板上。 实验过程需要无菌操作 五、探究抗生素对细菌的选择作用 3.①号区域的中央放置不含抗生素纸片和②③④号区域的中央分别放置含有抗生素的纸片。 4.将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。 五、探究抗生素对细菌的选择作用 5.观察并测量抑菌圈直径，并取平均值。 6.从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤。 抑菌圈 五、探究抗生素对细菌的选择作用 实验结果和结论 组别 抑菌圈直径/cm 第一代 第二代 第三代 1 2.26 1.89 1.62 2 2.41 1.91 1.67 3 2.42 1.87 1.69 平均值 2.36 1.89 1.66 抗生素对细菌有选择作用，抗生素对细菌抑制作用越来越弱。 结论：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。 五、探究抗生素对细菌的选择作用 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，因此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？ 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。 五、探究抗生素对细菌的选择作用 3.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。 五、探究抗生素对细菌的选择作用 滥用抗生素往往会导致细菌耐药性的产生。 ①细菌抗药性变异的来源属于_________。 ②尽管在细菌菌群中天然存在抗药性基因，但是使用抗生素仍可治疗由细菌引起的感染，原因在于菌群中_______________________。 ③细菌耐药性的形成是抗生素对细菌进行__________的结果，其内在实质是_______________________。 基因突变 有抗药性的个体占极少数 定向选择 菌群中抗药性基因频率增加 五、探究抗生素对细菌的选择作用 什么是“超级细菌”？ ①泛指那些对多种抗生素具有耐药性的细菌。 ②基因突变是产生超级细菌的根本原因。 ③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。 习题巩固 1.青霉素滥用可导致细菌对青霉素抗性增强，原因是（     ） A．青霉素诱导细菌发生定向变异 B．青霉素诱导细菌发生不定向变异 C．青霉素对细菌进行了定向选择 D．青霉素对细菌进行了不定向选择 【答案】C 38 2.一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。为探究某种抗生素对大肠杆菌的选择作用，将大肠杆菌培养液接种到培养基上后，继续放置含该抗生素的圆形滤纸片和不含抗生素的圆形滤纸片，一段时间后测量滤纸片周围抑菌圈的直径，第一代培养结果如图所示。然后再重复上述步骤培养三代。以下说法错误的是（　　） A．图中1处放入不含抗生素的滤纸片起到对照作用 B．挑取抑菌圈边缘的菌落重复该实验，抑菌圈的直径变得越 小，说明大肠杆菌的耐药性越强 C．抑菌圈边缘的大肠杆菌可能发生了基因突变或染色体变异 D．实验结束后，应将耐药大肠杆菌、培养基、纸片等进行灭菌处理 习题巩固 【答案】C THANKS! 高中生物人教版必修2《遗传与进化》 $