6.3种群基因组成的变化课件-2026-2027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的变化与物种形成，以桦尺蠖体色进化案例导入，通过问题驱动衔接自然选择学说与种群概念，构建从个体表型到种群基因库、基因频率计算的学习支架，帮助学生逐步理解进化的基本单位和实质。 其亮点在于融合科学思维与探究实践，通过基因频率计算的多种方法（概念法、基因型频率法、遗传平衡定律）及抗生素选择细菌的实验，培养学生数据分析与实验探究能力。结合进化与适应观，以桦尺蠖和细菌抗药性案例落实生命观念，学生能深化对进化实质的理解，教师可高效开展核心素养导向的教学。

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 第6章 生物的进化 情境·思考 英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾，在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的。19世纪时，该地区工业化发展迅速，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。在1850年，科学家在该地区首次发现了黑色桦尺蛾 1、在污染严重的地区黑色桦尺蛾的数量变化趋势？请尝试用达尔文的自然选择学说解释。 桦尺蛾 后代主要为浅色， 并出现黑色变异个体 过度繁殖 遗传变异 自然选择下黑色变异为有利变异 生存斗争 适者生存 黑色个体越来越多 2、在自然选择过程中，直接被选择的基因型还是表型？ 直接选择：表型 间接选择：基因型 在英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾。他们大多是浅色型的，偶尔有那么一只一两只黑色的，后来随着工业的发展，通常排出的煤烟将树皮熏成了黑褐色。那你能利用我们前一节所学的达尔文自然选择学说推测一下黑色桦尺蛾的命运吗？ 那问题又来了，我们知道生物的表现型是依附于生物个体的，一旦黑色个体死亡，这一表现性也随之消失。那么在一个物种的进化历程当中，这一适应环境的表现性是否还在出现呢？还会再出现呢，如何才能出现？ 个体不能够长期的存在，虽然这一个个体死亡了，但是他们能够通过繁殖将这一性状代代相传下去。我们知道生物的性状是由基因控制的，那现状的代代相传，本质就是基因随生殖而延续，而生殖的过程离不开同种的其他个体。因此达尔文研究生物的进化仅仅研究个体的表型是不够的，还需要研究群体基因组成的变化，这个群体就是种群。 板书:种群基因组成的变化 情境·思考 英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾，在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的。19世纪时，该地区工业化发展迅速，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。在1850年，科学家在该地区首次发现了黑色桦尺蛾 4、黑色桦尺蛾产生的新基因怎样才能保留下来？ 通过与种群中的其他个体交配使有利变异得以传递给子代 种群是生物进化和繁殖的基本单位 5、个体？种群？物种？谁是生物进化和繁殖的基本单位？ 因为个体的表型会随着个体的死亡而消失，决定表型的基因却可以随着生殖而世代延续，并且在群体中扩散。因此，研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究_____________基因组成的变化。 种群 在英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾。他们大多是浅色型的，偶尔有那么一只一两只黑色的，后来随着工业的发展，通常排出的煤烟将树皮熏成了黑褐色。那你能利用我们前一节所学的达尔文自然选择学说推测一下黑色桦尺蛾的命运吗？ 那问题又来了，我们知道生物的表现型是依附于生物个体的，一旦黑色个体死亡，这一表现性也随之消失。那么在一个物种的进化历程当中，这一适应环境的表现性是否还在出现呢？还会再出现呢，如何才能出现？ 个体不能够长期的存在，虽然这一个个体死亡了，但是他们能够通过繁殖将这一性状代代相传下去。我们知道生物的性状是由基因控制的，那现状的代代相传，本质就是基因随生殖而延续，而生殖的过程离不开同种的其他个体。因此达尔文研究生物的进化仅仅研究个体的表型是不够的，还需要研究群体基因组成的变化，这个群体就是种群。 板书:种群基因组成的变化 1、判断下列是否属于种群： （1）两个池塘中所有的鲤鱼。 （ ） （2）一个池塘里所有的鱼。（ ） （3）一个池塘中的全部蝌蚪。 （ ） （4）好家乡超市里所有的鲤鱼。 （ ） × × × × 种群的特点 一、种群和种群基因库 探究活动一： 1.什么是种群？ 2.种群概念的三要素是什么？ 3.如何判断是否为种群？ 核心要素 生活在_________ _________生物 _________个体 一定区域 同种 全部 ②种群中的个体并不是机械地集合在一起。 ③雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。 ① 性状是由基因控制的，因此研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和变化？由此人们提出基因库和基因频率的概念。 2、判断下列是否属于种群基因库： （1）一个池塘中全部成年鲤鱼含有的全部基因（ ） （2）一个池塘中全部鲤鱼中控制体色的全部基因（ ） × × 一、种群和种群基因库 探究活动二： 1.什么是种群基因库？ 2.种群基因库的两要素？ 3.什么是基因频率和基因型频率？ 全部 （3）一个池塘中全部鲤鱼中所含有的全部基因（ ） √ 种群基因库的特点 核心要素 _________个体 _________基因 全部 性状是由基因控制的，因此研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和变化？由此人们提出基因库和基因频率的概念。 1、基因库 一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库 2、基因频率 在一个种群基因库中，某个基因占全部________数的比值，叫做基因频率 3、基因型频率 基因频率 = 某基因的数目 控制该性状的等位基因总数 × 100% 在一个种群基因库中，某种基因型的个体占个体总数的比值，叫做基因型频率。 基因型频率 = 该基因型个体数 该种群个体总数 × 100% 一、种群和种群基因库 等位基因 题型1 常染色体上基因频率的计算 方法一：概念法 就S和s这对等位基因来说，每个个体可以看作含有___个基因，所以100个个体共有 个基因。 200 某对等位基因的总数 = 个体总数 *2 S基因的数量是: s基因的数量是: S基因的频率为: s基因的频率为: 2×10 + 20 = 40个 2×70 + 20 = 160个 40÷200×100% = 20% 160÷200×100% = 80% S% + s% = 1 例1：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）为显性，在一个桦尺蛾种群中随机抽出100个个体，测得基因型为SS、Ss和ss的个体分别是10、20和70个。那么S和s的基因频率是多少？ 2 思考·讨论 用数学方法讨论基因频率的改变 s% = ss% + 1/2Ss% S% =SS% + 1/2Ss% 题型1 常染色体上基因频率的计算 方法二：通过基因型频率计算 SS基因型频率为: Ss基因型频率为: ss基因型频率为: S基因频率= = 10% + 1/2×20% = 20% = 70% + 1/2×20% = 80% s基因频率= 基因频率＝ 该基因纯合子频率 + 1/2杂合子频率 SS%+Ss%+ss%=1 =SS的基因型频率 + 1/2Ss基因型频率 = ss的基因型频率 + 1/2Ss基因型频率 10% 20% 70% 20% 80% 例1：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）为显性，在一个桦尺蛾种群中随机抽出100个个体，测得基因型为SS、Ss和ss的个体分别是10、20和70个。那么S和s的基因频率是多少？ 思考·讨论 用数学方法讨论基因频率的改变 题型1 常染色体上基因频率的计算 已知： P：S%=20%；s=80% 思考1：该种群得个体自由交配繁殖一代后，F1的各种基因型频率以及S、s基因频率分别是多少？ 20%S 80%s 20%S 80%s P:雌配子 P:雄配子 4%SS 16%Ss 16%Ss 64%ss F1: S= s= 20% 80% 自由交配繁殖一代后，种群的基因频率不变 例1：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）为显性，在一个桦尺蛾种群中随机抽出100个个体，测得基因型为SS、Ss和ss的个体分别是10、20和70个。那么S和s的基因频率是多少？ 思考·讨论 用数学方法讨论基因频率的改变 哪些情况下，种群的基因频率会发生改变？ 例1：在一个桦尺蛾种群中随机抽出100个个体，其中基因型为SS、Ss和ss的个体分别是10、20和70个，S%=20%，s%=80%。 变式1：若该种群中基因型为SS的桦尺蛾无求偶和交配能力，则随机交配一代后，S%和s%的基因频率分别是多少？ S=11.11%，s=88.89% 变式2：若由于环境剧变或意外等因素，导致该种群的数量进一步锐减，其中含有S基因的个体全部死亡，则S%和s%的基因频率分别是多少？ S=0%，s=100% 变式3：若该种群中有10只基因型为ss的桦尺蛾发生基因突变变为Ss，则随机交配一代后，S%和s%的基因频率分别是多少？ S=25%，s=75% 变式4：若从其他地区又迁入了100只基因型为ss的桦尺蛾，则随机交配一代后，S%和s%的基因频率分别是多少？ S=10%，s=90% 思考·讨论 用数学方法讨论基因频率的改变 思考·讨论 用数学方法讨论基因频率的改变 遗传平衡定律 遗传平衡 ①种群非常大 ②所有雌雄个体间都能自由交配 ③没有迁入迁出 ④不发生基因突变 ⑤所有个体生存和繁殖的机会均等 对处于遗传平衡状态的种群，设A=p，a=q；有p+q=1， 则AA=___,aa=___，Aa=____，即_____________________________ p2 q2 2pq （p+q）2=p2+2pq+q2=1 （哈代-温伯格定律） 【例】某处于遗传平衡的小岛上，白化病的发病率是1%,一个白化女性与一正常男子结婚，生出白化孩子的概率是多少？ （p+q2)= p2 + 2pq + q2=1 方法三：根据遗传平衡定律计算基因频率 遗传平衡群体 无法进化 怎样进化? 打破平衡 种群较小 不自由交配 有突变 有自然选择 有迁入、迁出 基因频率发生改变 一、种群和种群基因库 生物进化的实质：种群基因频率的改变 二、种群基因频率的变化 英国的曼彻斯特地区有的桦尺蛾在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色的，该种群中黑色（S）基因的频率很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色的桦尺蛾却变成了常见类型，S基因的频率上升到95%以上。 浅色个体每年减少10%； 黑色个体每年增加10%。 基因型频率 SS 第1年 第2年 第3年 第4年 0.1 0.115 0.131 0.146 Ss 第1年 第2年 第3年 第4年 0.2 0.229 0.26 0.293 ss 第1年 第2年 第3年 第4年 0.7 0.656 0.609 0.561 基因频率 S 第1年 第2年 第3年 第4年 0.2 0.23 0.261 0.293 s 第1年 第2年 第3年 第4年 0.8 0.77 0.739 0.707 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 浅色个体每年减少10%； 黑色个体每年增加10%。 1、根据以上数据可知，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：桦尺蛾种群的基因频率发生了改变 2、根据以上数据可知，决定桦尺蛾进化方向的是什么？原因是？ 自然选择。在自然选择的作用下，具有有利变异的个体具有更多机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断提高，反之，具有不利变异的保留下来的机会少，相应基因的频率不断降低 基因型频率 SS 第1年 第2年 第3年 第4年 0.1 0.115 0.131 0.146 Ss 第1年 第2年 第3年 第4年 0.2 0.229 0.26 0.293 ss 第1年 第2年 第3年 第4年 0.7 0.656 0.609 0.561 基因频率 S 第1年 第2年 第3年 第4年 0.2 0.23 0.261 0.293 s 第1年 第2年 第3年 第4年 0.8 0.77 0.739 0.707 ①外因: 。 ②内因: 。 ， 。 自然选择 基因突变和部分染色体变异如缺失和重复等能直接引起基因频率变化；基因重组只改变了基因型频率，在自然选择的作用下淘汰部分个体后可引起基因频率的变化 (2)自然选择决定生物进化的方向 (1)影响种群基因频率变化的因素 不定向变异 自然选择通过生存斗争实现 不利变异(基因) 有利变异(基因) 被淘汰 多次选择和积累，通过遗传 种群的基因频率定向改变 生物定向进化 (3)进化的实质是种群基因频率的改变。 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生物进化的方向是定向的。 (4)进化中的定向与不定向 二、种群基因频率的变化 【例】某海岛上分趾海龟WW基因型个体占25%,Ww基因型个体占50%,连趾海龟ww基因型个体占25%。在食物缺乏的环境下,分趾海龟(WW、Ww)的个体数每年各减少20%,连趾海龟的个体数量保持稳定,则一年后W的基因频率约是 (　　) A.47.1% B.29.4% C.50% D.52.9% A 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 例1　一个随机交配的足够大的种群中，某一相对性状(由基因A、a控制)中显性性状的基因型的频率是36%，则下列说法错误的是 A.该种群繁殖一代后杂合子(Aa)的基因型频率是32% B.显性基因的基因频率小于隐性基因的基因频率 C.若该种群基因库中的基因频率发生变化，说明一定发生了基因突变 D.若该种群中A基因的频率为40%，则表现为A基因所控制的性状的个体 在种群中占64% C 基因频率和基因型频率的常用计算方法 四、伴X染色体遗传病患病率与基因频率的关系 (以红绿色盲为例)红绿色盲为伴X染色体隐性遗传病，色盲基因b位于X染色体上，男性中色盲占x%，则此地区Xb(男性中的＝女性中的＝人群中的)的基因频率也为x%，此地区女性中色盲率则为(x%)2。 基因频率和基因型频率的常用计算方法 例2　(2025·连云港高一期末)在某一地区的遗传学调查中发现，该地区男性红绿色盲人口占该地区男性总人口的7%，且男性群体与女性群体的致病基因频率相等，则推测该地区Xb的基因频率、女性红绿色盲患者的基因型频率分别为 A.93%　49% B.7%　49% C.7%　0.49% D.93%　7% C 基因频率和基因型频率的常用计算方法 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_____，但变异的细菌可能产生________。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，___________有可能存活下来。 通过观察大肠杆菌在含有卡那霉素的培养基上的生长状况，探究抗生素对细菌的选择作用。 实验目的 探究•实践 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 细菌 耐药性 耐药菌 1.在培养基上是否有细菌生长？ 在放有抗生素纸片的区域呢？ 结果和结论: 2.在连续培养几代后，抑菌圈的直径发生了什么变化？这说明抗生素对细菌产生了什么作用？ 有 在放有抗生素纸片的周围区域没有细菌生长，形成了抑菌圈 抑菌圈的直径随着培养代数的增加而逐渐缩小;说明在抗生素对细菌的选择作用下，细菌的抗药性逐渐增强。 第1代 第2代 第3代 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 3、为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？ 因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。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。 4、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。 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 课堂巩固 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 D 2、在“探究抗生素对细菌的选择作用”实验中，研究人员将含有相同浓度抗生素的纸片置于接种了金黄色葡萄球菌的培养基上，培养后形成抑菌圈，检测细菌对抗生素的耐受性。实验分组如下，甲组：每代均从抑菌圈边缘取菌，重复十代实验；乙组：从抑菌圈边缘取菌后，接种到不含抗生素的培养基中培养一代后再重复十代实验；丙组：从抑菌圈外较远处取菌，重复十代实验。下列分析错误的是（　　） A．甲组金黄色葡萄球菌更易积累耐药性，抑菌圈直径会逐渐减小 B．乙组抑菌圈直径相对较大表明间隔使用抗生素可减缓耐药性发展 C．丙组从抑菌圈外较远处取菌原因是该处细菌对抗生素的抗药性强 D．实验中抗生素对金黄色葡萄球菌起到了定向选择的作用 课堂巩固 C 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。 1.物种的概念 思考：马和驴是同一物种吗？ 驴（2N=62） 马（2N=64） 骡（2N=63）不育 五、隔离在物种形成中的作用 生殖隔离，生殖隔离是如何产生的？ 2.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，这种现象叫做生殖隔离。 同一种生物由于地理上的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，叫做地理隔离。 生殖隔离 地理隔离 隔离 概念： 类型： 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。 五、隔离在物种形成中的作用 突变和基因重组 自然选择 种群基因频率 改变 时间积累 导致 地理隔离 种群间生殖隔离 基因库的差异 导致 新物种的形成 产生进化的原材料 决定生物进化的方向 新物种形成的标志 生殖隔离形成的根本原因 生物进化的标志 五、隔离在物种形成中的作用 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 3.物种形成的3个环节 通过地雀的形成过程，说明物种形成需要以下环节：3.物种形成的三个环节分别是什么？物种形成所需条件：可遗传变异、自然选择、隔离 Q1：经过漫长的地理隔离一定会形成生殖隔离吗？ Q2：新物种的形成一定需要经过地理隔离吗？ 不一定，如华南虎和东北虎。 物种形成的方式： 不一定，如多倍体的形成不需要地理隔离。 (2)爆发式： ①模型： ②实例：二倍体西瓜和四倍体西瓜 物种A 杂种植物 （不育） 异源多倍体 （可育） 杂交 染色体加倍 物种B 主要通过染色体变异的方式形成新物种无需地理隔离！短期形成！多见于植物！ (存在生殖隔离) 隔离是物种形成的必要条件 五、隔离在物种形成中的作用 1、下图表示渐进式新物种形成的基本环节，对图示的相关分析正确的是( )。 A.图中①表示基因突变和基因重组，为进化提供了原材料 B.图中②表示地理隔离，使种群间基因交流受阻 C.图中③表示生殖隔离，是指两种生物不能交配且不能产生可育的后代 D.种群基因频率的改变一定会导致新物种形成 B 课堂巩固 课堂巩固 2、环绕青藏高原分布的暗绿柳莺由共同祖先进化而来，它们沿高原东西两侧分化出多个亚种，分布环区内相邻亚种个体放置在一起可交配并产生可育后代；但分布环区两端两个亚种的个体，鸣声、外形等性状差异显著，放置在一起后无法相互交配。下列叙述错误的是（       ） A．高原地形引起的地理隔离导致不同亚种间不能进行基因交流 B．分布环区内相邻亚种仍属于同一物种，其基因库不存在差异 C．分布环区两端的两亚种间已形成生殖隔离，属于两个新物种 D．暗绿柳莺不同亚种的形成是可遗传变异与自然选择共同作用的结果 B Lavf58.12.100 Lavf58.76.100 $