6.3 種群基因組成的變化與物種的形成 課件高一下學(xué)期生物人教版必修2

主講老師：§

6-3種群基因組成的變化與物種的形成高中生物必修二問(wèn)題探討這兩種觀點(diǎn)都有一定的道理，但都不全面。因?yàn)樗鼈兒鲆暳穗u和蛋在基因組成上的一致性，也忽視了生物的進(jìn)化是以種群為單位而不是以個(gè)體為單位這一重要觀點(diǎn)。生物進(jìn)化的過(guò)程是種群基因庫(kù)在環(huán)境的選擇作用下定向改變的過(guò)程，以新種群與祖先種群形成生殖隔離為標(biāo)志，并不是在某一時(shí)刻突然有一個(gè)個(gè)體或一個(gè)生殖細(xì)胞成為一個(gè)新物種。先有雞還是先有蛋？甲同學(xué)說(shuō)：當(dāng)然是先有雞蛋了，因?yàn)橹挥猩臣?xì)胞產(chǎn)生的基因突變才能遺傳給后代，體細(xì)胞即使發(fā)生了基因突變，也不能影響后者的性狀。乙同學(xué)說(shuō)：不對(duì)，人們?cè)陴B(yǎng)雞過(guò)程中，是根據(jù)雞的性狀來(lái)選擇的，只讓符合人類需求的雞繁殖后代，因此是先有雞后有蛋。討論你同意哪位同學(xué)的觀點(diǎn)，你的答案和理由是什么？先有雞還是先有蛋？種群定義生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)體的集合叫作種群。一片草地上的所有蒲公英是一個(gè)種群一片樹林中的全部獼猴是一個(gè)種群種群特點(diǎn)一個(gè)種群就是一個(gè)繁殖的單位，雌雄個(gè)體可以通過(guò)繁殖將各自的基因遺傳給后代。種群在繁衍過(guò)程中，個(gè)體有新老交替，基因卻代代相傳。結(jié)論為什么現(xiàn)代生物進(jìn)化理論把研究對(duì)象由個(gè)體變成種群？思考Thinking許多昆蟲的壽命不足一年，所有的蝗蟲都會(huì)在秋風(fēng)中死去，其中有些個(gè)體成功的完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵，來(lái)年春夏之交部分受精卵成功的發(fā)育成蝗蟲。種群的基因庫(kù)和基因頻率基因庫(kù)一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，叫作這個(gè)種群的基因庫(kù)。基因頻率在一個(gè)種群基因庫(kù)中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比值，叫作基因頻率。基因頻率＝×100%種群中該基因數(shù)全部等位基因數(shù)基因頻率基因頻率的計(jì)算舉例：在某昆蟲種群中，決定翅色為綠色的基因是A，決定翅色為褐色的基因是a，從這個(gè)種群中隨機(jī)抽取100個(gè)個(gè)體，測(cè)得基因型為AA、Aa和aa的個(gè)體分別是30、60和10個(gè)，求A和a的基因頻率。計(jì)算：就這對(duì)等位基因來(lái)說(shuō)，每個(gè)個(gè)體可以看作含有2個(gè)基因，那么：這100個(gè)個(gè)體共有____個(gè)基因，其中：A基因的數(shù)量=_____________個(gè)a基因的數(shù)量=_____________個(gè)A基因的頻率=___________%a基因的頻率=__________%某昆蟲決定翅色的基因頻率2002×30+60=1202×10+60=80120÷200=6080÷200=40基因頻率這一種群繁殖若干代以后，其基因頻率會(huì)不會(huì)發(fā)生變化呢？思考Thinking【思考·討論】用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化假設(shè)：上述昆蟲種群非常大；所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并產(chǎn)生后代；沒(méi)有遷入和遷出；不同翅色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的；基因A和a都不產(chǎn)生突變。某昆蟲決定翅色的基因頻率作出假設(shè)【思考·討論】用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化根據(jù)孟德?tīng)柕姆蛛x定律計(jì)算：該種群產(chǎn)生的A配子和a配子的比值各是多少？子代基因型的頻率各是多少？子代種群的基因頻率各是多少？將計(jì)算結(jié)果填入右表，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，總?cè)旱幕蝾l率會(huì)同子一代一樣嗎？親代基因型頻率AA(30%)Aa(60%)Aa(10%)配子的比率A()A(

)A(

)A(

)子代基因型頻率AA(

)Aa(

)Aa(

)子代A(

)A(

)注：基因型頻率＝×100%該基因型個(gè)體數(shù)該種群個(gè)體總數(shù)種群的基因頻率會(huì)同子一代一樣。計(jì)算30%30%30%10%36%48%16%60%40%【思考·討論】用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化上述計(jì)算結(jié)果是建立在5個(gè)假設(shè)條件基礎(chǔ)上的。對(duì)于自然界的種群來(lái)說(shuō)，這5個(gè)條件都成立嗎？你能舉出哪些實(shí)例？如果該種群出現(xiàn)新的突變型（基因型為A2a或A2A2），也就是產(chǎn)生新的等位基因A2，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生變化嗎？基因大A2的頻率可能會(huì)怎樣變化？對(duì)自然界的種群來(lái)說(shuō)，這5個(gè)條件不可能同時(shí)都成立。例如，翅色與環(huán)境色彩較一致的，被天敵發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)就少些。討論突變產(chǎn)生的新基因會(huì)使種群的基因頻率發(fā)生變化。基因A2的頻率是上升還是下降，要看這一突變對(duì)生物體是有益的還是有害的。結(jié)論自然界中種群的基因頻率一定會(huì)發(fā)生變化，也就是說(shuō)種群的進(jìn)化是必然的。種群基因頻率的變化原因可遺傳的變異提供了生物進(jìn)化的原材料基因突變產(chǎn)生新的等位基因，可以使種群的基因頻率發(fā)生變化。可遺傳變異的來(lái)源：突變（基因突變、染色體變異）和基因重組。原因：種群由許多個(gè)體組成，每個(gè)個(gè)體的細(xì)胞中都有成千上萬(wàn)個(gè)基因，每一代會(huì)產(chǎn)生大量的突變。突變的有害和有利也不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境。基因突變產(chǎn)生的等位基因，通過(guò)有性生殖過(guò)程中的基因重組，可以形成多種多樣的基因型，從而使種群中出現(xiàn)多種多樣可遺傳的變異類型?？蛇z傳變異的特點(diǎn)：突變和重組都是隨機(jī)的、不定向的。種群基因頻率的變化果蠅1組染色體上約有1.3×104個(gè)基因，假定每個(gè)基因的突變頻率都為10-5，對(duì)一個(gè)中等大小的種群（約有108個(gè)個(gè)體）來(lái)說(shuō)，每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)將是：2×1.3×104×10－5×108＝2.6×107（個(gè)）計(jì)算果蠅種群基因頻率的變化例如，有翅的昆蟲，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)殘翅和無(wú)翅的突變類型，這類昆蟲在正常情況下很難生存下去。但是在經(jīng)常刮大風(fēng)的海島上，這里昆蟲卻因?yàn)椴荒茱w行而避免了被海風(fēng)吹到海里淹死。突變的有利和有害某海島上殘翅和無(wú)翅的昆蟲種群基因頻率的變化突變和重組都是隨機(jī)的、不定向的。那么，種群基因頻率的改變是否也是不定向的呢？思考Thinking【探究·實(shí)踐】探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響現(xiàn)象英國(guó)的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾(其幼蟲叫樺尺蠖)。它們夜間活動(dòng)，白天棲息在樹干上。雜交實(shí)驗(yàn)表明，樺尺蛾的體色受一對(duì)等位基因S和s控制，黑色(S)對(duì)淺色(s)是顯性的，在19世紀(jì)中葉以前，樺尺蛾幾乎都是淺色型的，該種群中S基因的頻率很低，在5%以下。到了20世紀(jì)中葉，黑色型的樺尺蛾卻成了常見(jiàn)的類型，S基因的頻率上升到95%以上。

19世紀(jì)時(shí)，曼徹斯特地區(qū)的樹干上長(zhǎng)滿了淺色的地衣。后來(lái)，隨著工業(yè)的發(fā)展，工廠排出的煤煙使地衣不能生存，結(jié)果樹皮裸露并被熏成黑褐色。長(zhǎng)滿地衣的樹干上的樺尺蠖黑色樹干上的樺尺蠖【探究·實(shí)踐】探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響提出問(wèn)題樺尺蛾種群中s基因（決定淺色性狀）的頻率為什么越來(lái)越低呢?作出假設(shè)黑褐色的生活環(huán)境，不利于淺色樺尺蛾的生存，對(duì)黑色樺尺蛾生存有利，這種環(huán)境的選擇作用使該種群的s基因的頻率越來(lái)越低，即自然選擇可以使種群的基因頻率發(fā)生定向改變。討論探究思路假設(shè)1870年，樺尺蛾種群的基因型頻率為：SS10%，Ss20%，ss70%，S基因的頻率為20%。假如樹干變黑使得淺色型個(gè)體每年減少10%，黑色個(gè)體增加10%。在第2～10年間，該種群的基因型頻率是多少？每年的基因頻率是多少？提示：不同年份該種群個(gè)體總數(shù)可能有所變化?！咎骄俊?shí)踐】探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響制定并實(shí)施研究方案創(chuàng)設(shè)數(shù)字化的問(wèn)題情境。計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果填入表中。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)環(huán)境的選擇作用的大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，比如，把淺色個(gè)體每年減少的數(shù)量百分比定高些，重新計(jì)算種群基因型頻率和基因頻率的變化，與步驟2中所得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%11.5%

Ss20%22.9%

ss70%65.6%

基因頻率S20%23%

s80%77%

【探究·實(shí)踐】探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響分析結(jié)果

S（深色）基因的頻率逐漸上升，s（淺色）基因的頻率逐漸下降。在黑色背景下，淺色樺尺蛾被天敵發(fā)現(xiàn)和捕食的幾率大于黑色的樺尺蛾，但不影響樺尺蛾的生存和繁殖，直接受選擇的是表現(xiàn)型。得出結(jié)論在自然選擇的作用下，可以使基因頻率發(fā)生定向改變，決定生物進(jìn)化的方向。樹干變黑會(huì)影響樺尺蛾種群中淺色個(gè)體的出生率嗎？為什么？在自然選擇過(guò)程中，直接受選擇的是基因型還是表型？為什么？【探究·實(shí)踐】探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響樹干變黑會(huì)影響樺尺蛾種群中淺色個(gè)體的出生率，這是因?yàn)闃涓勺兒诤螅瑴\色個(gè)體容易被發(fā)現(xiàn)，被捕食的概率增加，許多淺色個(gè)體可能在沒(méi)有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食，導(dǎo)致其個(gè)體數(shù)減少，影響出生率。討論直接受選擇的是表型（體色），而不是基因型?；蛐筒⒉荒茉谧匀贿x擇中起直接作用，因?yàn)樘鞌吃诓妒硺宄叨陼r(shí)，看到的是樺尺蛾的體色而不是控制體色的基因。自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響內(nèi)容在自然選擇的作用下，具有有利變異的個(gè)體有更多的機(jī)會(huì)產(chǎn)生后代，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)不斷提高；具有不利變異的個(gè)體留下后代的機(jī)會(huì)少，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)下降。結(jié)果在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化?！咎骄俊?shí)踐】探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用實(shí)驗(yàn)原理一般情況下，一定濃度的抗生素會(huì)殺死細(xì)菌，但變異的細(xì)菌可能產(chǎn)生耐藥性。在實(shí)驗(yàn)室連續(xù)培養(yǎng)細(xì)菌時(shí)，如果向培養(yǎng)基中添加抗生素，耐藥菌有可能存活下來(lái)。目的要求通過(guò)觀察細(xì)菌在含有抗生素的培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)狀況，探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用。材料用具經(jīng)高溫滅菌的牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基及固體培養(yǎng)基平板，細(xì)菌菌株（如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等），含有抗生素（如青霉素、卡那霉素等）的圓形濾紙片（以下簡(jiǎn)稱“抗生素紙片”），不含抗生素的紙片，鑷子，涂布器，無(wú)菌棉簽，酒精燈，記號(hào)筆，直尺等。【探究·實(shí)踐】探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用方法步驟分區(qū)：用記號(hào)筆在培養(yǎng)皿的底部畫2條相互垂直的直線，將培養(yǎng)皿

分為4個(gè)區(qū)域，分別標(biāo)記為①~④。接種：取少量細(xì)菌培養(yǎng)液，用無(wú)菌涂布器(或無(wú)菌棉簽)均勻地涂抹

在培養(yǎng)基平板上。設(shè)置變量：用無(wú)菌的鑷子先夾取1張不含抗生素的紙片放在①號(hào)區(qū)

域的中央，再分別夾取1張抗生素紙片放在②~④號(hào)區(qū)域的中央，蓋上皿蓋。培養(yǎng)：將培養(yǎng)皿倒置于37℃的恒溫箱中培養(yǎng)12~16h。觀察：觀察培養(yǎng)基上細(xì)菌的生長(zhǎng)狀況。紙片附近是否出現(xiàn)了抑菌圈?如果有，測(cè)量和記錄每

個(gè)實(shí)驗(yàn)組中抑菌圈的直徑，并取平均值。重復(fù)實(shí)驗(yàn)：從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌，接種到已滅菌的液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，然后重

復(fù)步驟2~5。如此重復(fù)幾代，記錄每一代培養(yǎng)物抑菌圈的直徑。注意：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)將耐藥菌、培養(yǎng)基、紙片等進(jìn)行高溫滅菌處理?！咎骄俊?shí)踐】探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用結(jié)果和結(jié)論1．在培養(yǎng)基上是否有細(xì)菌生長(zhǎng)?在放有抗生素紙片的區(qū)域呢?2．在連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑發(fā)生了什么變化？這說(shuō)明抗生素對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生了什么作用？【探究·實(shí)踐】探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌？你的數(shù)據(jù)是否支持“耐藥菌是普遍存在的”這一說(shuō)法？說(shuō)說(shuō)你的理由。在本實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)條件下，耐藥菌所產(chǎn)生的變異是有利還是有害的？你怎么理解變異是有利還是有害的？因?yàn)橐志吘壣L(zhǎng)的細(xì)菌可能是耐藥菌。討論根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果回答提示：在本實(shí)驗(yàn)條件下，耐藥菌產(chǎn)生的變異一般來(lái)說(shuō)是有利的，有利于生物在特定環(huán)境中生存和繁殖的變異在此環(huán)境中就是有利變異。【探究·實(shí)踐】探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用濫用抗生素的現(xiàn)象十分普遍。例如，有人生病時(shí)覺(jué)得去醫(yī)院很麻煩，就直接吃抗生素；有的禽畜養(yǎng)殖者將抗生素添加到動(dòng)物飼料中。你認(rèn)為這些做法會(huì)有什么后果？請(qǐng)你查閱資料，舉出更多濫用抗生素的實(shí)例。這些做法都會(huì)促進(jìn)耐藥菌的產(chǎn)生。討論你認(rèn)為你的數(shù)據(jù)和結(jié)論是有效的嗎？(提示：將你的數(shù)據(jù)和結(jié)論與其他同學(xué)的進(jìn)行比較。）提示：將自己實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)與其他同學(xué)的進(jìn)行比較，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)回答。物種及生殖隔離物種的定義把在自然狀態(tài)下能夠相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物稱為一個(gè)物種。不同物種不能夠相互交配能交配后代不可育×不能交配生殖隔離馬驢騾子(不可育)×地理隔離地理隔離同種生物由于地理障礙而分成不同的種群，使得種群間不能發(fā)生基因交流的現(xiàn)象，叫作地理隔離。東北虎華南虎隔離及其在物種形成中的作用隔離的定義是指不同群體間的個(gè)體，在自然條件下基因不能自由的現(xiàn)象。地理隔離和生殖隔離的聯(lián)系在一個(gè)山谷中，有一個(gè)鼠種群“快樂(lè)”地生活著。雌鼠和雄鼠之間可以自由交配，繁衍后代。后來(lái)由于地質(zhì)和氣候的變化，山谷中形成一條洶涌的大河。鼠種群的個(gè)體，一半在河這邊，一半在河那邊。這樣過(guò)了幾千年。后來(lái)，河流干涸了，兩個(gè)鼠種群又相遇了。它們發(fā)現(xiàn)彼此大不相同，它們之間還能繁殖后代嗎？【思考·討論】隔離在物種形成中的作用這是達(dá)爾文在環(huán)球考察中觀察到的現(xiàn)象。在加拉帕戈斯群島上生活著13種地雀。這些地雀的喙差別很大，不同種之間存在生殖隔離。而在遼闊的南美洲大陸上，卻看不到這13種地雀的蹤影。加拉帕戈斯群島位于南美洲附近的太平洋中，由13個(gè)主要島嶼組成，這些島嶼與南美洲大陸的距離為160~950km。不同島嶼的環(huán)境有較大差別，比如島的低洼地帶，布滿棘刺狀的灌叢；而在只有大島上才有的高地，則生長(zhǎng)著茂密的森林。這些島嶼是500萬(wàn)年前由海底的火山噴發(fā)后形成的，比南美洲大陸的形成晚得多。因此，可以推測(cè)這些地雀的共同祖先來(lái)自南美洲大陸，以后在各個(gè)島嶼上形成了不同的種群?！舅伎肌び懻摗扛綦x在物種形成中的作用設(shè)想南美洲大陸的一種地雀來(lái)到加拉帕戈斯群島后，先在兩個(gè)島嶼上形成兩個(gè)初始種群。這兩個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？討論由于這兩個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量都不夠多，基因頻率可能是不一樣的。不一樣。因?yàn)橥蛔兪请S機(jī)發(fā)生的。不同島嶼上的地雀種群，產(chǎn)生突變的情況一樣嗎？【思考·