种群基因组成的变化与物种的形成第一课时 2023-2024学年高一下学期生物人教版必修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问题探讨先有鸡还是先有蛋？

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。讨论

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。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。问题探讨自然选择直接对象：个体的性状（表型）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。这个群体就是种群！根本对象：种群的基因种群基因组成的变化种群和种群基因库【任务一】（3min）阅读课本P110—111，思考：1.什么是种群?2.基因库是什么？3.基因频率如何计算？种群和种群基因库1.种群：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。（2）特点（1）定义是生物生存、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。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（）卧龙自然保护区中的全部大熊猫（）（3）举例√√√×种群和种群基因库

思考：同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？种群和种群基因库2.基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。3.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。4.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%种群和种群基因库

例：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A基因频率为:a基因频率为：=40%A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%==60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%种群和种群基因库方法二：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

例：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？种群和种群基因库提示：X染色体上基因频率、基因型频率计算XBXb基因型=XBXb的总数个体总数×100%XB频率=Xb频率=【提升】某工厂有男女职工各200人，对他们进行调查时发现，女色盲5人，女性携带15人。男性色盲11人，求XB,Xb的频率。×100%5×2＋15＋11200×2＋200Xb%==6%种群和种群基因库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%

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。A+a=1AA+Aa+aa=1Q：繁殖时，新老种群在基因组成上有变化吗？

例：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？种群和种群基因库

(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？【思考与讨论P115】若上述种群满足以下条件：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不同翅色个体的生存和繁殖的机会均等（自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用）⑤A和a都不产生突变请用孟德尔定律解决以下问题：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()30%30%30%10%36%48%16%60%40%种群和种群基因库(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？

亲代子一代

子二代

子三代基因型频率AA30%Aa60%aa10%基因频率A

a

36%48%16%60%40%36%16%48%60%40%60%40%36%48%16%60%40%由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代和子代每一种基因的频率都不会改变，到下一代也是如此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就是哈代——温伯格定律，也叫遗传平衡定律。种群和种群基因库当群体满足以下五个条件：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。遗传平衡定律种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡。设A的基因频率为p，a的基因频率为q，即p+q=1，则(p+q)2=p2+2pq+q2，其中P2的值就是AA基因型的频率，2pq的值就是Aa基因型的频率，q2的值就是aa基因型的频率。

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？种群和种群基因库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自然选择有迁入、迁出基因频率发生改变生物进化的实质：种群基因频率发生变化的过程。导学案P130例1种群和种群基因库

区域甲80182乙2890B

种群基因频率的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（提供生物进化的原材料）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。种群基因频率的变化影响种群基因频率变化的因素①

突变在自然情况下，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？

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。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？2×1.3×104

×108种群=2.6×107（个）个体×10-5种群基因频率的变化影响种群基因频率变化的因素②基因重组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种群基因频率的变化突变（基因突变和染色体变异）和基因重组产生进化的原材料。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？种群基因频率的变化影响种群基因频率变化的因素③生物的生存环境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。某海岛上残翅和无翅的昆虫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。种群基因频率的变化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。种群基因频率的变化提出问题：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：

。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％。自然选择可以使种群的基因频率定向改变种群基因频率的变化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%升高降低种群基因频率的变化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。变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少,S基因频率增加。自然选择使基因频率定向改变→自然选择决定生物进化的方向种群基因频率的变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。自然选择决定了生物进化的方向导学案P130对点练1例2

P131对点练2

生物进化的实质：

种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。种群基因频率的改变，标志着生物的进化种群基因频率的变化对点练1

下列关于种群基因频率的叙述，错误的是(

)

。BA.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例2

19世纪英国工业革命之前曼彻斯特地区的桦尺蛾以灰色为主。工业革命污染后，当地桦尺蛾体色几乎全为黑色。下列有关叙述正确的是(

)

。DA.工业革命污染导致桦尺蛾种群出现黑色变异B.桦尺蛾种群的全部基因型构成了该种群的基因库C.不同体色桦尺蛾的同时存在体现了物种的多样性D.自然选择是适应性进化的唯一因素，自然选择的方向有可能发生改变对点练2

（2023·台州统考）某种昆虫的翅长由多对等位基因控制，该种昆虫的一个种群从大陆迁移到某海岛上，经调查其翅长和个体数的关系如图甲所示，若干年后翅长与个体数的关系如图乙所示。据图分析，下列叙述正确的是(

)

。DA.该海岛环境最初适合中等翅长昆虫生存B.控制该种昆虫翅长的全部等位基因组成一个基因库C.突变和基因重组使昆虫种群产生定向变异D.自然选择导致该昆虫种群基因频率发生定向改变种群基因频率的变化探究抗生素对细菌的选择作用探究抗生素对细菌的选择作用一般情况下，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。实验原理：方法步骤：1.用记号笔在培养皿的底部画2条相互垂直的直线，将培养皿分为4个区域，分别标记为①~④2.取少量细菌的培养液，用无菌的涂布器（或无菌棉签）均匀地涂抹在培养基平板上。3.用无菌的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在①号区域的中央，再分别夹取1张抗生素纸片放在②~④号区域的中央，盖上皿盖。探究抗生素对细菌的选择作用4.将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。5.观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近是否出现了抑菌圈？如果有，测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径，并取平均值。6.从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌，接种到已灭菌的液体培养基中培养，然后重复步骤2~5。如此重复几代，记录每一代培养物抑菌圈的直径。注意：实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理。探究抗生素对细菌的选择作用结果和结论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？

抑菌圈的直径大小表明该种抗生素的杀菌能力的强弱，直径越大，杀菌能力越强。连续培养几代后，抑菌圈的直径会变小，说明通过抗生素的选择作用，细菌中耐药性类型越来越多。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？有可能有，可能没有讨论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。(1)要从什么位置挑选细菌再进行培养？探究抗生素对细菌的选择作用(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？怎么理解变异是有利还是有害的？细菌产生的耐药性变异有利于细菌的生存，属于有利变异。在生物进化过程中，生物产生的有利变异是指有利于生物生存、适应环境的变异。（4