【课件】种群基因组成的变化与物种的形成课件高一下学期生物人教版必修2

6.3

种群基因组成的变化与物种的形成甲同学说：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？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。新物种的形成是有一定标志的，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。自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。但是，在自然界中，没有哪一个个体是长生不死的，个体的基因型也会随着个体的死亡而消失，但决定表现型的基因却可以通过生殖传给后代，因此研究生物的进化仅仅研究个体的表现型是否与环境适应是不够的，还需要研究种群的基因组成变化。生活在一定区域的同种生物的全部个体的集合叫做种群。种群：一片树林中的全部猕猴一片草地上的所有蒲公英1、种群定义（1）一个池塘中的全部鱼（2）一个池塘中的全部鲤鱼（3）一片森林中全部的鸟（4）一片草地上的全部植物（5）一片草地上的成年梅花鹿否是否否否思考种群中的个体并不是机械性地集合在一起，一个种群是一个繁殖的单位。雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。2.种群的特点3、种群基因库一个种群中全部个体所含有的全部基因。种群基因库：基因频率：在一个基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。基因型频率：在一个种群中，某基因型个体占全部个体的比值。例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？A基因频率为:a基因频率为：a%=1-A%=40%A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%==60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%方法一：概念法4、基因频率的计算方法二：通过基因型频率计算A基因频率

=AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率A%=30%+1/2×60%=60%a%

=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基因型频率例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？

某一瓢虫种群中有黑色和红色两种体色的个体，这一性状由一对等位基因控制，黑色(B)对红色(b)为显性。如果基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%，基因型为bb的个体占4%。基因B和b的频率分别为（）A．18%、82%B．36%、64%C．57%、43%D．92%、8%C课堂训练b基因频率=×100%例2、在调查红绿色盲时，随机抽查了200人，其中男女各100人。女性患者1人，携带者3人，男性患者4人。色盲基因的频率为多少？Xb=1×2+3+4100×2+100

×100%=3%基因频率=某基因的数目全部等位基因的总数×100%注意：基因在X染色体上时的特殊情况

假设上述昆虫种群数量非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，没有迁入和迁出，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的，基因A和a都不产突变，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？用数学方法讨论基因频率的变化亲代基因型比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A(

)A(

)a(

)a(

)子代基因型频率AA(

)Aa(

)aa(

)子代基因频率A(

)a(

)思考讨论30%30%30%10%36%48%16%60%40%

亲代子一代

子二代

子三代基因型频率AA30%Aa60%aa10%基因频率Aa36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%各代基因频率相同。需要满足上述5个前提条件。60%40%(4)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？这有什么前提条件吗？遗传平衡定律（哈代－温伯格定律）当群体满足以下五个条件（理想种群）：

①昆虫群体数量足够大；②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；③没有迁入与迁出；④自然选择对性状没有作用；⑤基因A和a都不产生突变设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1，那么：理想种群的基因频率代代不变，即处于遗传平衡

(p+q)2=p2+2pq+q2＝1

AA=p2

Aa=2pq

aa=q2

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，这往往取决于生物生存的环境。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。可遗传的变异变异不可遗传的变异基因突变染色体变异基因重组突变种群基因频率的变化

由于种群是由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。思考：生物自发突变的频率很低，而且大多数突变对生物体是有害的，那么，它为何还能够作为生物进化的原材料呢？【例如】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，对一个约有108个个体的果蝇种群来说，每一代出现的基因突变数是：2×1.3×104×10－5个体×108种群=2.6×107（个）

突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。【例如】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。某海岛上残翅和无翅的昆虫突变也可为生物进化提供原材料

基因突变产生的等位基因，通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。猫由于基因重组而产生的毛色变异基因重组也可为生物进化提供原材料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呢？种群基因频率变化的影响因素有:突变和自然选择

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，白天栖息在树干上。杂交实验表明，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。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。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。探究自然选择对种群基因频率变化的影响探究实践

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%。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，使得种群中浅色个体每年减少10%,黑色个体每年增加10%。第2~10年间，该种群每年的基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？（计算结果填入下表）第1年第2年第3年第4年……基因型频率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%s80%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低探究自然选择对种群基因频率变化的影响探究实践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自然选择使桦尺蛾种群的基因频率发生定向改变，导致桦尺蛾朝着一定的方向不断进化。变异(突变和重组)是不定向的（为进化提供原材料）自然选择是定向的不利变异被淘汰,有利变异逐渐积累种群的基因频率发生定向的改变生物定向缓慢进化生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。变异和自然选择与基因频率变化的关系标志着导致探究•实践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。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，标号实验步骤2、将细菌涂布在培养基平板上探究•实践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实验步骤探究•实践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，并重复以上步骤实验步骤探究•实践探究抗生素对细菌的选择作用实验过程：实验结果和结论：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。抑菌圈直径/cm第一代第二代第三代12.261.891.6222.411.911.6732.421.871.69平均值2.361.891.66组别探究•实践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？

有利的，基因突变具有随机性和不定向性，有利或有害取决于所处的环境条件，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。抑菌圈边缘生长的细菌可能是具有耐药菌。3、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？三个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。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。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。三个观点自然选择直接作用的是个体的表型。但关于生物进化的研究，必须研究种群基因组成的变化。种群是生物进化和繁殖的基本单位。导致种群的基因频率发生变化的因素有突变和自然选择。突变和基因重组是不定向的，为生物进化提供了原材料。自然选择定向选择有利变异，进化的实质是种群基因频率的定向改变课堂小结二、隔离在物种形成中的作用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。它们是同一个物种吗？物种：1、物种的概念生殖隔离：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。生殖隔离标志着新物种的形成在自然界，是不是同一物种的个体都生活在一起呢？

不是，由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障碍，每一个物种总是被分成一个一个或大或小的群体，这些群体就是不同的种群。例如，两个池塘里的鲤鱼就是两个种群。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。那么，地理隔离和生殖隔离有没有什么联系呢？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。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，也不能产生可育后代的现象。隔离长期地理隔离导致生殖隔离。

这是达尔文在环球考察中观察到的现象。在加拉帕戈斯群岛上生活着13种地雀。这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南美洲大陆上，却看不到这13种地雀的踪影。

加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太平洋中，由13个主要岛屿组成，这些岛屿与南美洲大陆的距离为160~950km。不同岛屿的环境有较大差别，比如岛的低洼地带，布满棘刺状的灌丛；而在只有大岛上才有的高地，则生长着茂密的森林。

这些岛屿是500万年前由海底的火山喷发后形成的，比南美洲大陆的形成晚得多。因此，可以推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆，以后在各个岛屿上形成了不同的种群。隔离在物种形成中的作用思考讨论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？2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？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？4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？

隔离在物种形成中的作用思考讨论可能是不一样的不一样（随机的，不定向的）自然选择的作用不同，可能导致朝着不同方向改变不会。因为没有隔离。加拉帕戈斯群岛的地雀的形成方式同一物种地理隔离，阻隔基因交流突变、基因重组各种群基因库出现明显差异新物种自然选择，基因频率发生改变生殖隔离，新物种形成的标志总结归纳物种形成的三个环节

①突变和基因重组提供了生物进化的原材料

②自然选择导致种群基因频率的定向改变

③隔离是物种形成的必要条件（关键；最后环节）总结归纳（1）渐变式（主要方式）:长期地理隔离导致生殖隔离物种形成的方式:（2）骤变式：二倍体西瓜与四倍体西瓜新物种的形成必须要经过生殖隔离，但不一定经过地理隔离。短时间内即可形成，如多倍体育种。比较物种形成和生物进化物种形成生物进化标志变化后生物与原生物的关系二者联系生殖隔离出现基因频率