种群基因组成的变化与物种的形成【 知识精讲+备课精思+拓展提升 】 高一生物 （人教版2019必修2）

第6章

生物的进化第3节

种群基因组成的变化与物种的形成学习目标1.阐述种群、种群基因库、基因频率等概念的内涵,会用数学方法讨论自然选择使种群基因频率发生改变的过程。（科学思维、科学探究）2.阐明自然选择对种群基因频率变化的影响。（生命观念、科学思维）3.通过探究抗生素对细菌的选择作用,理解耐药菌的出现是可遗传变异的结果,耐药菌比例的增大是抗生素选择的结果。（科学思维、社会责任）4.明确隔离在物种形成中的作用。（生命观念、科学思维）自主预习·悟新知合作探究·提素养深化拓展·育技能一、种群和种群基因库1.种群:生活在一定区域的①________生物②____________的集合。同种全部个体2.判断下列生物群体是否属于种群。（1）

一个池塘中的全部鲫鱼(

)√（2）

一个池塘中的全部鱼(

)×（3）

一片草地上的全部植物(

)×（4）

一片草地上的全部蒲公英(

)√3.种群基因库:一个种群中③________个体所含有的④________基因。全部全部4.基因频率:在一个种群基因库中,某个基因占⑤__________________的比值。全部等位基因数自主预习·悟新知LONGCHENGNO.1MIDDLESCHOOL5.基因型频率：某特定基因型的个体在全部个体中所占的比值。二、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响1.种群基因频率的变化（1）

可遗传变异的来源突变（包括⑥____________和⑦______________）和⑧____________。基因突变染色体变异基因重组

基因突变基因型不定向的原材料方向（3）

变异的有利和有害是相对的,是由⑭____________决定的。生存环境2.自然选择对种群基因频率变化的影响（1）

原因: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⑮____________;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⑯________。不断提高下降（2）

结果:在自然选择的作用下,⑰__________________会发生定向改变,导致生物朝着一定的方向不断进化。种群的基因频率三、探究抗生素对细菌的选择作用1.实验目的：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。2.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⑱__________。在实验室连续培养细菌时,如果向培养基中添加抗生素,⑲__________有可能存活下来。耐药性耐药菌3.实验步骤步骤1分组、编号、做标记用记号笔在培养皿的⑳________画2条㉑____________的直线,将培养皿分为4个区域,分别标记为①

<m></m>

④步骤2接种对照组:取少量细菌的培养液,用㉒________________（或无菌棉签）均匀地涂抹在㉓________________步骤3自变量控制实验组:用无菌的镊子先夹取1张㉔______________的纸片放在㉕____________的中央,再分别夹取1张抗生素纸片放在㉖_______________的中央,盖上皿盖步骤4培养将培养皿倒置于

<m></m>

的恒温箱中培养

<m></m>

步骤5因变量观测观察培养基上纸片附近是否出现㉗__________。如果有,测量和记录㉘__________的直径,并取平均值步骤6重复实验从㉙______________的菌落上挑取细菌,接种到已灭菌的㉚______________中培养,重复步骤

<m></m>

。如此重复几代,记录每一代培养物抑菌圈的直径底部相互垂直无菌的涂布器培养基平板上不含抗生素①号区域②~④号区域抑菌圈抑菌圈抑菌圈边缘液体培养基四、隔离在物种形成中的作用1.物种:能够在自然状态下相互交配并且产生㉛________后代的一群生物。物种是生物分类的基本单位。可育2.隔离（1）

概念:不同群体间的个体在自然条件下㉜________不能自由交流的现象。基因（2）

常见类型类型发生范围结果生殖隔离不同物种间

<m></m>

.不能相互㉝________

<m></m>

.即使交配成功,也不能产生㉞____________地理隔离㉟________生物使种群间不能发生㊱____________交配可育后代同种基因交流3.隔离在物种形成中的作用:㊲________是物种形成的必要条件。隔离4.判断下列关于种群基因组成的变化与物种的形成的知识是否正确。（1）

若亲子代间基因频率不变,基因型频率也一定不变。(

)×（2）

基因突变产生新的等位基因,可为生物进化提供原材料。(

)√（3）

种群是生物进化的基本单位,自然选择的直接选择对象是个体的表型。(

)√（4）

二倍体西瓜和四倍体西瓜通过杂交可以产生三倍体西瓜,因此二倍体西瓜和四倍体西瓜是同一物种。(

)×（5）

不同种群间的个体不能进行基因交流,说明种群间存在生殖隔离。(

)×（6）

生殖隔离一旦形成就成了不同的物种。(

)√任务1

探究种群基因组成的变化活动1

用数学方法理解种群基因频率的变化1.种群的基因库是一直不变的吗？试分析原因。提示

不是。基因突变,染色体变异,自然选择,种群个体的迁入、迁出等都会使种群的基因库发生改变。合作探究·提素养LONGCHENGNO.1MIDDLESCHOOL

（2）

子一代种群的基因频率各是多少？

（3）

子二代、子三代以及若干代以后,种群的基因频率会与子一代一样吗？请完成下表：亲代基因型的比值

<m></m>

<m></m>

<m></m>

配子的比值

<m></m>

<m></m>

<m></m>

<m></m>

子一代基因型频率

<m></m>

<m></m>

<m></m>

子一代基因频率

<m></m>

<m></m>

子二代基因型频率

<m></m>

（____________）

<m></m>

（________）

<m></m>

（________）子二代基因频率

<m></m>

（________）

<m></m>

（________）

提示子二代、子三代以及若干代以后,种群的基因频率与子一代一样。3.请根据图示,结合课本相关内容,回答下列问题：

高低自然选择（2）

对桦尺蛾种群来说,在自然选择过程中直接受选择的是______________,因为天敌看到的是性状,而不是控制性状的基因。表型（3）

所有的变异都能导致种群基因频率的改变吗？为什么？提示

不是。只有可遗传的变异才能影响种群基因的组成,才能改变基因频率。（4）

桦尺蛾种群中发生的可遗传变异有______________（包括基因突变和染色体变异）和____________。突变基因重组（5）

突变具有低频性,它还能为生物进化提供原材料吗？为什么？提示

能。虽然突变的频率低,但一个种群往往由许多个体组成,而每个个体的细胞内都有成千上万个基因,所以在种群中每一代都会产生大量突变。（6）

有人认为“发生在体细胞中的基因突变不能传递给后代,因此不能为生物进化提供原材料”,这种说法________________（填“正确”或“不正确”）,因为_______________________________________________________________________________。不正确

发生在体细胞中的突变,可以通过无性繁殖的方式传递给后代,能为生物进化提供原材料（7）

生物进化的实质是什么？如何判断一个种群是否发生了进化？提示

生物进化的实质是种群基因频率的改变。

判断的依据是种群基因频率是否发生改变。1.相关概念的比较比较项目含义变化后与进化的关系基因型频率

<m></m>

生物不一定进化基因频率

<m></m>

生物进化基因库一个种群中全部个体所含有的全部基因可导致生物进化,它的变化是形成新物种的前提认知生成

2.基因频率和基因型频率的有关计算

区域

<m></m>

<m></m>

<m></m>

甲80182乙2890

B

对点练1.下列关于种群基因频率的叙述,<zzd>错误</zzd>的是(

)。A.基因频率是指某个基因在某个种群中出现的比例B.基因频率越大,突变率越高C.基因突变、基因重组和自然选择会导致基因频率的改变D.自然选择会使原来同一种群的基因频率向着不同的方向发展B[解析]

在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因数的比值,叫作基因频率,A正确;基因频率越大,突变的个体数越多,而突变率一般是不变的,B错误;由于存在基因突变、基因重组和自然选择等因素,种群的基因频率总是在不断变化的,C正确;基因频率的定向改变是由自然选择决定的,D正确。

D

任务2

探究抗生素对细菌的选择作用活动2

实验探究抗生素对细菌的选择作用1.为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？抗生素纸片周围的抑菌圈的直径为什么会逐代变小？提示

一定浓度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。因为经过抗生素的持续多代筛选,细菌的耐药性越来越强,抗生素抑制细菌生长的作用越来越弱,抑菌圈的直径越来越小。2.在本实验的培养条件下,耐药菌所产生的变异是有利的还是有害的？你怎么理解变异是有利的还是有害的？提示

有利的,基因突变具有随机性和不定向性,突变的有利或有害取决于生物所处的环境条件,在本实验的环境条件下,耐药性细菌的存活率高,故为有利变异。有利于细菌的变异对人类是有害的,面对不同的主体,应辩证地看待变异的有利有害性。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？提示

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,导致抗生素失效。另外,滥用抗生素,会大量杀死体内正常细菌,造成体内菌群失调。1.原理:一般情况下,一定浓度的抗生素会杀死细菌,但变异的细菌可能具有耐药性。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。2.结果与讨论：抑菌圈的直径大小与细菌的耐药性强弱有关,抑菌圈越小,细菌的耐药性越强。连续培养几代后,抑菌圈的直径不断变小,说明抗生素对细菌的耐药性变异进行了选择。3.结论:抗生素对细菌具有定向选择作用。认知生成例2

超级细菌是指对多数抗生素具有耐药性的细菌,它能让抗生素失效,造成人体严重感染。下列关于超级细菌的叙述,<zzd>不符合</zzd>达尔文进化观点的是(

)。A.超级细菌对多数抗生素具有耐药性,是抗生素不断选择的结果B.细菌中原来就存在对抗生素具有耐药性的个体C.抗生素的选择和细菌的变异都是定向的D.新品种抗生素的使用会影响超级细菌的进化C[解析]

细菌中本来就有对抗生素具有耐药性的和不具有耐药性的个体,在抗生素的使用过程中,具有耐药性的细菌存活下来,并将这种耐药性遗传给下一代,不具有耐药性的细菌死亡,所以超级细菌对多数抗生素具有耐药性,是抗生素不断选择的结果,A、B不符合题意;抗生素的选择是人为条件下的选择,是定向的,但细菌的变异是不定向的,C符合题意;环境的定向选择作用决定着生物进化的方向,环境因素发生改变,会影响生物进化的方向,所以新品种抗生素的使用会影响超级细菌的进化,D不符合题意。对点练3.某种药物问世时,可治疗病毒性感冒,并且治疗效果很好,但几年后疗效降低。其根本原因可能是(

)。A.病毒接触药物后,慢慢地产生了抗药性B.病毒为了适应环境,产生了抗药性变异C.经药物的选择,抗药性个体逐渐增多,抗药性不断增强D.药量用得过少,病毒产生了抗药性变异C[解析]

病毒的抗药性不是因接触药物而诱发的,也不是为了适应有药物的环境而“主动”产生的。病毒本身会发生各种各样的变异,在没用该药物的时候,抗该药物的变异类型就已经存在,只是在没使用该药物前显示不出其生存优势;当使用该药物后,药物的选择作用使这种变异类型的个体在生存斗争中被保留下来,并繁殖后代,其抗药性不断增强,使药物疗效降低。任务3

探究隔离在物种形成中的作用活动3

借助案例分析隔离在物种形成中的作用1.如何判断两种动物是不是同一物种？提示

设计杂交实验,看两者能否相互交配,能否产生可育后代,即是否存在生殖隔离。不同物种之间一般不能相互交配,即使交配成功也不能产生可育后代。2.结合课本117页“思考·讨论”,回答下列问题：（1）

13种地雀的喙差别很大,与什么因素有直接关系？提示

不同岛屿的环境不同,地雀的食物不同。（2）

这些地雀的共同祖先刚迁徙到13个岛屿上的时候所需食物是否相同？什么原因使得后来发生很大差异？提示

所需食物相同。外因：地理隔离、自然选择。内因：种群基因频率发生改变。（3）

仙人掌地雀和树栖的地雀是同一物种吗？是什么阻碍它们的基因交流？提示

不是。生殖隔离和地理隔离。（4）

总结物种形成的三个环节：________________________、____________、________。请归纳结论：________是物种形成的必要条件。突变和基因重组自然选择隔离隔离（5）

物种的形成必须经过长期的地理隔离吗？能否在短时间内就形成生殖隔离？请举例说明。提示

不是必须的。可以短时间内形成生殖隔离,如用低温或秋水仙素处理萌发的二倍体西瓜种子或幼苗即可获得四倍体西瓜,四倍体西瓜是新物种,没有经过长期的地理隔离。1.隔离的类型（1）地理隔离：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,叫作地理隔离。比如两个池塘中的鲤鱼。（2）生殖隔离：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,这种现象叫作生殖隔离。生殖隔离产生的根本原因是种群基因库的差异。生殖隔离的形式有很多,如动物因求偶方式、繁殖期的不同,植物因开花季节、花的形态的不同等造成的不能交配的现象都是生殖隔离。虽然有些种群之间能够交配,但胚胎在发育的早期就会死去,或产生的杂种后代没有生殖的能力,这种现象也是生殖隔离,如马和驴,虽然能够交配,但产生的后代——骡是不育的,因此,马和驴之间存在生殖隔离,它们属于两个物种。认知生成2.地理隔离和生殖隔离的关系（1）地理隔离是物种形成的量变阶段,不一定导致新物种的形成。如果仅有地理隔离,一旦发生某种地质变化,两个分开的种群重新相遇,还可以再融合在一起。只有地理隔离而不形成生殖隔离,能产生生物的新类型或亚种,但不可能形成新物种,如东北虎和华南虎。（2）生殖隔离保持了物种间基因的不可交流性,从而保证了物种的相对稳定。生殖隔离是物种形成的质变阶段,新物种的形成一定要形成生殖隔离。生殖隔离一旦形成,原来属于同一物种的两个种群就成了不同的物种。3.隔离在物种形成中的作用同一个物种的不同种群产生突变和基因重组,然后经过长期的自然选择,使各种群基因频率发生定向改变,再经过隔离产生新物种。隔离是物种形成的必要条件,其实质是阻止生物之间的基因交流,仅有地理隔离不一定产生新物种,生殖隔离才是物种形成的关键。（2）物种必须是可育的。如三倍体无子西瓜、骡均不能称为“物种”,因为它们均是不育的,而四倍体西瓜相对于二倍体西瓜则是“新物种”,因为它与二倍体西瓜杂交产生的后代（三倍体西瓜）不育,意味着二者间已产生生殖隔离,故已成为不同的物种。5.进化和物种形成的判断方法（1）是否进化取决于种群基因频率是否发生改变。只要种群的基因频率发生改变,生物就一定发生了进化。4.“新物种”必须具备两个条件（1）与原物种间已形成生殖隔离（不能杂交或能杂交但后代不育）。（3）新物种形成不一定经过地理隔离,但不管哪种方式都需要产生生殖隔离才能完成新物种的形成。（2）物种是否形成取决于是否形成生殖隔离。①进化是量变,进化不一定形成新物种。②物种形成是质变,新物种形成一定发生了进化。例3

下图为某哺乳动物种群因河道改变而发生的变化示意图。下列相关说法正确的是(

)。B

对点练4.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[解析]

①表示突变和基因重组,即基因突变、基因重组和染色体变异,为生物进化提供原材料,A错误;生殖隔离是指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,C错误;自然选择导致种群基因频率定向改变,使生物朝着一定的方向进化,但生殖隔离的出现才会导致新物种形