【高中生物】种群基因组成的变化与物种的形成（教学课件） 高一生物同步备课系列（人教版2019必修2）

第3节种群基因组成的变化与物种的形成第六章种群和种群基因库01种群基因频率的变化02自然选择对种群基因频率变化的影响03探究抗生素对细菌的选择作用04你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？先有鸡还是先有蛋？甲同学说：当然是先有鸡了，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。先有鸡还是先有蛋？这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为它们忽视了鸡和蛋在基因组成上的一致性，也忽视了生物的进化是以种群为单位而不是以个体为单位这一重要观点。生物进化的过程是种群基因库在环境的选择作用下定向改变的过程，以新种群与祖先种群形成生殖隔离为标志，并不是在某一时刻突然有一个个体或一个生殖细胞成为一个新物种。种群和种群基因库一、种群基因组成的变化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，简称“种”。（1）概念：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。（2）实例：一片树林中的全部猕猴是一个种群，不同树林中的（同种）猕猴构成两个不同的种群。（3）特点：是生物繁殖和进化的基本单位,彼此可以交配，并通过繁殖讲各自的基因传给后代。1物种2种群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。在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫做基因频率。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，某个基因型的个体占个体总数的比值。3基因库4基因频率5基因型频率【思考·讨论】用数学方法讨论基因频率的变化1.假设的昆虫群体满足以下五个条件：①昆虫群体数量足够大②雌雄个体都能自由交配产生后代③没有迁入与迁出④没有自然选择（不同翅色的个体生存和繁殖机会是均等的）⑤A和a都不产生突变,即没有基因突变和染色体变异。亲代基因型的比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A()A()a()a()子一代基因型频率AA()Aa()aa()子一代基因频率A()a()30%30%30%10%40%60%16%48%36%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？

一样。满足上述五个条件的种群中，各等位基因的基因频率和基因型频率在一代代遗传中都是稳定不变的，或者说保持着遗传平衡状态。遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）设A的基因频率为p,a的基因频率为q雌配子雄配子A(p)a(q)A(p)a(q)AA(p2)Aa(pq)Aa(pq)aa(q2)(p＋q)2=p2＋2pq＋q2=1(A＋a)2=AA＋Aa＋aa=1现实不是理想状态，因此：种群基因频率会发生改变，生物的进化是必然的自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律自交基因型频率改变（纯合子增多，杂合子减少），基因频率不变自由交配遗传平衡--基因频率和基因型频率都不变非遗传平衡--基因频率不变，基因型频率改变。种群基因频率、基因型频率的相关计算1.通过基因型频率计算基因频率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2.运用哈代-温伯格平衡定律计算基因频率和基因型频率在一个有性生殖的自然种群中，当等位基因只有一对（Aa）时，设p代表A基因的频率，q代表a基因的频率，则：(p+q)2=p2+2pq+q2=1适用条件：种群大；种群中个体间的交配是随机的；没有突变的发生；种群之间不存在个体的迁移或基因交流；没有自然选择。X染色体是否符合？种群基因频率、基因型频率的相关计算3.自交和自由交配与基因频率核基因型频率的关系①自交：纯合子增多，杂合子减少，不改变基因频率②自由交配：在无基因突变的理想状态下，处于遗传平衡的种群自由交配，基因频率和基因型频率都不会改变！如果一个种群没有遗传平衡，自由交配不改变，但改变基因型频率。提示：X染色体上基因频率计算(XBXb)XBXb基因型=XBXb的总数个体总数×100%XB基因型=Xb基因型=非洲古猿如何进化？生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。什么因素会导致种群基因频率的变化呢？种群基因频率的变化二、种群基因频率的变化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。生物的变异不可遗传变异可遗传变异基因突变基因重组染色体变异突变进化的原材料通过《思考•讨论》知道，能使种群基因频率发生变化的因素有许多，我们着重学习突变和基因重组及自然选择。

1、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。例如果蝇一组染色体上约有1.3×104基因，假定每个基因的突变率都是10-5，若有一个中等数量的果蝇种群（约有108个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？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？2×1.3×104

×108种群=2.6×107（个）个体×10-5每一代就会产生大量的突变个体，且大多数突变对生物体是有害的。突变的有利与有害是相对的而不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。每一代出现的基因突变数是：突变基因重组新的等位基因多种多样的基因型种群中出现大量可遗传的变异变异是不定向的形成了进化的原材料,不能决定生物进化的方向2、突变（基因突变和染色体变异）和基因重组产生进化的原材料。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？会。因为树干变黑后，浅色个体容易被发现，被捕食的概率增加，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。直接受选择的是表型（体色），而不是基因型，基因型并不能在自然选择中起直接作用，因为天敌在捕食桦尺蛾时，看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因。探究自然选择对种群基因频率变化的影响探究•实践生物进化的实质是基因频率的改变种群基因频率的改变，标志着生物的进化。在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，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留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。在自然选择过程中，直接受选择的是生物的表现型；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。探究自然选择对种群基因频率变化的影响探究•实践自然选择对种群基因频率变化的影响探究自然选择对种群基因频率变化的影响提出问题：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？作出假设：

。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％。自然选择可以使种群的基因频率定向改变长满地衣的树干上的桦尺蛾黑褐色树干上的桦尺蛾探究·实践第一年第二年第三年第四年…….基因型频率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%S80%77%12.9%25.8%61.3%26%74%14.3%29.7%56.0%29%71%(1)根据数据分析，树干变黑对桦尺蛾浅色个体的出生率有影响吗？(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表型？影响，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.天敌看到的是桦尺蛾的体色（表型）而不是控制体色的基因，自然选择中直接受选择的是表型。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。自然选择使基因频率定向改变，决定生物进化的方向。变异是不定向的自然选择不利变异不断淘汰有利变异积累加强基因频率定向改变生物定向进化导致小结探究抗生素对细菌的选择作用1.实验原理2.目的要求一定浓度的抗生素会杀死细菌，变异的细菌可能产生耐药性。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。在添加抗生素的环境下，什么样的个体被选择？什么样的个体被淘汰？3.材料用具培养基、细菌菌株、含抗生素及不含抗生素的纸片等3.方法步骤（1）分组：将培养基分区、标号（2）接种：将菌种均匀涂布在培养基上。（3）控制变量：含抗生素VS不含抗生素（4）培养：培养皿倒置，37℃培养12h。

观察大肠杆菌生长情况。1234含含含不（5）观测：是否出现抑菌圈，测量直径。（6）从抑菌圈边缘挑取菌落，重复实验。1234含含含不仅凭以上步骤能否判断抗生素对细菌有选择作用？123412341234第一代第三代第二代直径逐代变小，说明抗生素对细菌有选择作用，耐药个体存活率高，不耐药存活率低。含含含不含含含不含含含不4.实验结论（1）细菌耐药性的出现是

导致的。（2）

导致耐药菌比例逐代提高。抗生素的选择作用下，保留耐药性强的个体大肠杆菌存在耐药性不同的变异类型再次实验，菌落中耐药个体占比增加可遗传变异抗生素的选择作用讨论（1）为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？（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？因为抑菌圈边缘生长耐药菌存在耐药菌，且比其它区域耐药菌的占比高。有利的；有利或有害取决于所处的环境条件。1234含含含不（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。1、下列关于种群的叙述中，错误的是（）A．种群是生物进化和繁殖的基本单位B．一个池塘