種群基因組成的變化與物種的形成-高一生物下學(xué)期特色課件（人教版2019必修2）

第6章生物的進(jìn)化第3節(jié)

種群基因組成的變化與物種的形成

先有雞還是先有蛋？甲同學(xué)說：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，也不能影響后代的性狀。乙同學(xué)說：不對，人們在養(yǎng)雞過程中，是根據(jù)雞的性狀來選擇的，只讓符合人類需求的雞繁殖后代，因此是先有雞后有蛋。你同意哪位同學(xué)的觀點(diǎn)？你的答案和理由是什么？這兩種觀點(diǎn)都有一定的道理，但都不全面。因?yàn)樗麄兒鲆暳穗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)。問題探討01種群基因組成的變化一、種群基因組成的變化（1）種群定義：生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個(gè)體叫做種群。①一個(gè)池塘中的全部魚②一個(gè)池塘中的全部鯉魚③兩個(gè)池塘內(nèi)的全部青蛙④一片草地上的全部植物⑤一片草地上的成年梅花鹿×√×××特點(diǎn)：①種群中的個(gè)體并不是機(jī)械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通過繁殖將各自的基因傳給后代。種群在繁衍過程中，個(gè)體有新老交替，基因卻代代相傳。②種群是物種繁衍、進(jìn)化的基本單位。（2）基因庫一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因。（3）基因頻率在一個(gè)種群基因庫中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比率。（4）基因型頻率在一個(gè)種群中，某基因型個(gè)體占種群內(nèi)全部個(gè)體的比率。基因頻率＝該基因的總數(shù)全部等位基因的總數(shù)×100%一、種群基因組成的變化某昆蟲種群中，綠色翅的基因?yàn)锳,褐色翅的基因?yàn)閍，調(diào)查發(fā)現(xiàn)AA、Aa、aa的個(gè)體分別有30、60、10個(gè)。AA、Aa、aa的基因型頻率是多少？那么A、a的基因頻率是多少？A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)=30×2+60200=60%200a%=10×2+60=40%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%=Aa%=60%aa%=10%AA%=30%①在種群中，一對等位基因的基因頻率之和等于1，基因型頻率之和等于1。②基因的頻率=該基因純合子的基因型頻率+1/2雜合子的基因型頻率。一、種群基因組成的變化假設(shè)某種群滿足以下五個(gè)條件P111：①昆蟲群體數(shù)量足夠大②全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代③沒有遷入與遷出④AA、Aa、aa三種基因型昆蟲的生存能力完全相同（也就是說自然選擇對A、a控制的翅型性狀沒有作用）⑤A和a都不產(chǎn)生突變,即沒有基因突變和染色體變異一個(gè)種群繁殖若干代后，其基因頻率會(huì)不會(huì)發(fā)生變化？一、種群基因組成的變化思考·討論

用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化親代基因型的比值A(chǔ)A（30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比率A（）A()a()a()子一代基因型頻率AA（）Aa()aa()子一代基因頻率A（）a()子二代基因型頻率AA（）Aa()aa()子二代基因頻率A（）a()30%30%30%10%36%48%16%60%在滿足上述5個(gè)前提條件下，根據(jù)孟德爾的分離定律計(jì)算。

40%36%48%16%60%40%一、種群基因組成的變化思考·討論

用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化P表示基因A的頻率，q表示基因a的頻率AA%=p2

Aa%=2pqaa%=q2(p+q)2=p2+2pq+q2=1p+q=1親代基因型的比值A(chǔ)A（30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比率A（）A()a()a()子一代基因型頻率AA（）Aa()aa()子一代基因頻率A（）a()子二代基因型頻率AA（）Aa()aa()子二代基因頻率A（）a()30%30%30%10%36%48%16%60%在滿足上述5個(gè)前提條件下，根據(jù)孟德爾的分離定律計(jì)算。

40%36%48%16%60%40%一、種群基因組成的變化思考·討論

用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化由此可見，如果滿足上述五個(gè)條件，則親代和子代每一種基因頻率都不變，到再下一代也是如此，也就是說基因頻率可以代代保持穩(wěn)定不變。這就是哈代－溫伯格平衡，也叫遺傳平衡定律?？偨Y(jié)：種群基因頻率計(jì)算一、種群基因組成的變化方法一：定義法基因頻率＝該基因的總數(shù)全部等位基因的總數(shù)×100%方法二：通過基因型頻率計(jì)算A的基因頻率=AA的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率方法三：利用哈代-溫伯格平衡定律計(jì)算(p+q)2=p2+2pq+q2=1（理想條件）練習(xí)：

1.某種群中基因型BB有10個(gè)，基因型Bb有40個(gè)，計(jì)算下列基因頻率和基因型頻率：（1）基因型頻率：BB_______Bb_______bb_______1（2）基因頻率：B______b_______20%80%0%BB基因型頻率=BB個(gè)體數(shù)/所有個(gè)體=10/（10+40）=20%Bb基因型頻率=Bb個(gè)體數(shù)/所有個(gè)體=40/（10+40）=80%B基因頻率=B基因數(shù)/（B基因數(shù)+b基因數(shù)）=（20+40）/（20+40+40）=60%60%40%一、種群基因組成的變化B基因頻率=AA的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率=20%+1/2x80%=60%

2.某種群中基因型XBXB有20個(gè)，XBY有5個(gè)，XBXb有20個(gè)，XbY有5個(gè)，計(jì)算下列基因頻率和基因型頻率：（1）基因型頻率：XBXB_______XbY_______（2）基因頻率：XB______Xb_______40%10%XBXB基因型頻率=XBXB個(gè)體數(shù)/所有個(gè)體=20/（20+5+20+5）=40%XbY基因型頻率=XbY個(gè)體數(shù)/所有個(gè)體=5/（20+5+20+5）=10%XB基因頻率=XB基因數(shù)/（XB基因數(shù)+Xb基因數(shù)）1XBXB含有2個(gè)XB，1XBY含有1XB，XBXb含有1XB和1Xb，XbY含有1Xb

XB基因頻率=（40+5+20）/（40+5+40+5）=56/90=72.2%72.2%27.8%一、種群基因組成的變化提示：X染色體上基因頻率計(jì)算(XBXb)XBXb基因型=XBXb的總數(shù)個(gè)體總數(shù)×100%XB基因=Xb基因=一、種群基因組成的變化總結(jié)：種群基因頻率計(jì)算3．某植物種群中，AA個(gè)體占16%，aa個(gè)體占36%，該種群隨機(jī)交配產(chǎn)生的后代中AA個(gè)體百分比、A基因頻率和自交產(chǎn)生的后代中AA個(gè)體百分比、A基因頻率的變化依次為（）

A．不變，不變；增大，不變

B．增大，不變；不變，不變

C．不變，增大；增大，不變

D．不變，不變；不變，增大A一、種群基因組成的變化自交和自由交配與基因頻率核基因型頻率的關(guān)系①自交：純合子增多，雜合子減少，不改變基因頻率②自由交配：在無基因突變的理想狀態(tài)下，處于遺傳平衡的種群自由交配，基因頻率和基因型頻率都不會(huì)改變！一、種群基因組成的變化總結(jié)：種群基因頻率計(jì)算一、種群基因組成的變化思考·討論

用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化2.對自然界的種群來說，這五個(gè)條件都能成立嗎？在自然條件下，哈代-溫伯格定律所需的五個(gè)條件是難以滿足的，因而基因頻率總是要發(fā)生改變，也就是說進(jìn)化在任何種群中都是必然要發(fā)生的?；蛲蛔冊谧匀唤缡瞧毡榇嬖诘模蛲蛔儺a(chǎn)生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生變化。生物的變異不可遺傳變異可遺傳變異基因突變基因重組染色體變異突變進(jìn)化的原材料一、種群基因組成的變化【例如】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，對一個(gè)約有108個(gè)個(gè)體的果蠅種群來說，每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是：

生物自發(fā)突變的頻率很低，而且許多突變是有害的，那么，它為什么能夠作為生物進(jìn)化的原材料呢？（教材P112）①突變：種群是由許多個(gè)體組成，每個(gè)個(gè)體的細(xì)胞中都有成千上萬個(gè)基因，每一代就會(huì)產(chǎn)生大量的突變。2×1.3×104×10-5×108=2.6×107（個(gè)）一、種群基因組成的變化影響種群基因頻率變化的因素②

基因重組：基因突變產(chǎn)生的等位基因，通過有性生殖過程中的基因重組，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。一、種群基因組成的變化影響種群基因頻率變化的因素影響種群基因頻率變化的因素③生物的生存環(huán)境：突變的有害和有利也不是絕對的，這往往取決于生物的生存環(huán)境。某海島上殘翅和無翅的昆蟲一、種群基因組成的變化影響種群基因頻率變化的因素突變基因重組新的等位基因多種多樣的基因型種群中出現(xiàn)大量可遺傳的變異形成了進(jìn)化的原材料（不能決定生物進(jìn)化的方向）突變和基因重組都是隨機(jī)的、不定向的一、種群基因組成的變化

思考：突變和基因重組都是隨機(jī)的、不定向的，

種群基因頻率的改變是否也是不定項(xiàng)的呢？一、種群基因組成的變化探究·實(shí)踐

探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響英國曼徹斯特地區(qū)的樺尺蛾，體色受一對等位基因S和s控制，黑色(S),淺色(s)19世紀(jì)中葉以前20世紀(jì)中葉樺尺蛾種群中S基因的頻率為什么越來越低？自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變。提出問題：作出假設(shè)：S>95%s<5%工業(yè)污染探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響

制定并實(shí)施研究方案1、創(chuàng)設(shè)數(shù)字化的問題情境2、計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果填入下表中第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%Ss20%ss70%基因頻率S20%s80%

1870年，樺尺蛾種群的基因型頻率為SS10%，Ss20%，ss70%。在樹干變黑這一環(huán)境條件下，假如樹干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得種群中淺色個(gè)體每年減少10%，黑色個(gè)體每年增加10%。

假設(shè)：第1年樺尺蛾種群個(gè)體數(shù)為100只，則第1年SS有10只，Ss有20，ss有70只。淺色每年減少10%，黑色每年增加10%。第一年第二年第三年第四年…….基因型頻率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因頻率S20%23%S80%77%12.9%25.8%61.3%26%74%14.3%29.7%56.0%29%71%探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響分析結(jié)果，得出結(jié)論升高升高降低升高降低環(huán)境的選擇作用使s基因頻率越來越低。即自然選擇使種群基因頻率發(fā)生定向改變。(1)根據(jù)數(shù)據(jù)分析，樹干變黑對樺尺蛾淺色個(gè)體的出生率有影響嗎？(2)在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表型？影響，樹干變黑后，許多淺色個(gè)體可能在沒有交配、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.

天敵看到的是樺尺蛾的體色（表型）而不是控制體色的基因，自然選擇中直接受選擇的是表型。探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響討論：種群基因頻率發(fā)生定向改變不利變異被淘汰，有利變異逐漸積累變異自然選擇生物朝一定方向緩慢進(jìn)化生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率在自然選擇作用下的定向改變。（不定向）（定向）在自然選擇的作用下，有利變異的基因頻率不斷增大，有害變異的基因頻率逐漸減小。一、種群基因組成的變化

總結(jié)1.種群是生物進(jìn)化和繁殖的基本單位。2.“自然選擇”中的自然是指環(huán)境。3.突變和基因重組產(chǎn)生生物進(jìn)化的原材料(突變的有害還是有利也不是絕對的，這往往取決于生物的生存環(huán)境）4.生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率在自然選擇的作用下會(huì)發(fā)生定向改變。5.種群基因頻率的改變，標(biāo)志著生物的進(jìn)化。6.突變是不定向的，自然選擇是定向的。導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化，自然選擇決定生物進(jìn)化的方向。生物進(jìn)化的方向是指適應(yīng)環(huán)境的方向?；蛲蛔?nèi)旧w變異基因重組突變生物多樣性自然選擇種群基因頻率定向改變生物進(jìn)化實(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。目的要求通過觀察細(xì)菌在含有抗生素的培養(yǎng)基上的生長狀況，探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用。探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用1.記號(hào)筆將培養(yǎng)基分為四個(gè)區(qū)并標(biāo)號(hào)2.將細(xì)菌涂布在培養(yǎng)基平板上探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用①②③④3.將含抗生素的制片和不含抗生素的紙片置于不同的分區(qū)，蓋上皿蓋。4.將培養(yǎng)皿倒置于37℃的恒溫箱中培養(yǎng)12~16h探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用5.觀察并測量抑菌圈直徑,并取平均值實(shí)驗(yàn)過程：6.從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌培養(yǎng)，并重復(fù)以上步驟，記錄每一代抑菌圈的直徑。探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用思考1：在連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑發(fā)生了什么變化？這說明抗生素對細(xì)菌產(chǎn)生了什么作用？

抑菌圈的直徑隨著培養(yǎng)代數(shù)的增加而逐漸縮小;說明在細(xì)菌在抗生素的選擇作用下，細(xì)菌的抗藥性逐漸增強(qiáng)。思考2：為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌？

因?yàn)橐志吘壍木浣佑|一定量的抗生素，并能夠在這樣的環(huán)境下生存，說明這些菌落中的細(xì)菌具有一定的抗藥性。思考3：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？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。探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用思考4：濫用抗生素的現(xiàn)象十分普遍。你認(rèn)為這些做法會(huì)有什么后果？探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用02隔離在物種形成中的作用二、隔離在物種形成中的作用同種生物的不同種群，由于突變和選擇因素的不同，其基因組成可能會(huì)朝不同的方向改變，導(dǎo)致種群間出現(xiàn)形態(tài)和生理上的差異。它們是同一個(gè)物種嗎？1.物種概念：能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物。物種與種群的區(qū)別：

一個(gè)物種可以包括生活在不同地理區(qū)域的多個(gè)種群。只要各個(gè)種群相互交配仍能產(chǎn)生可育的后代，則是同一物種。二、隔離在物種形成中的作用⑴全世界的人是一個(gè)物種嗎？為什么？都是一個(gè)物種，無論白人黑人、黃種人結(jié)婚，都能產(chǎn)生可育的后代。⑵馬跟驢是一個(gè)物種嗎？為什么？馬（2n=64）驢（2n=62）騾（2n=63）不可育+二、隔離在物種形成中的作用練習(xí)：（3）騾是一個(gè)物種嗎？為什么？不是，因?yàn)樗荒芊敝澈蟠?。?）兩個(gè)池塘的鯉魚是一個(gè)物種嗎？它們是屬于一個(gè)種群還是兩個(gè)種群？

是一個(gè)物種，屬于兩個(gè)種群。二、隔離在物種形成中的作用（5）二倍體西瓜和四倍體西瓜是不是一個(gè)物種？為什么？不是因?yàn)楹蟠扼w西瓜不可育。（6）三倍體西瓜是一個(gè)新物種嗎？

不是，三倍體西瓜不可育。生殖隔離：不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產(chǎn)生可育后代的現(xiàn)象?；ⅹ{虎獸獅二、隔離在物種形成中的作用地理隔離：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。東北虎華南虎隔離：不同群體間的個(gè)體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象。包括生殖隔離和地理隔離。二、隔離在物種形成中的作用思考：地理隔離和生殖隔離之間有什么聯(lián)系呢？思考：兩個(gè)鼠種群還能自由交配嗎？

兩個(gè)鼠種群間可能不能自由交配，也可能能自由交配。如果不能自由交配或交配后不能產(chǎn)生可育后代，說明長期的地理隔離導(dǎo)致生殖隔離，形成了兩個(gè)新物種；如果能自由交配并產(chǎn)生了可育后代，說明還是同一物種。二、隔離在物種形成中的作用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。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，則生長著茂密的森林。

達(dá)爾文在環(huán)球考察中觀察到一個(gè)奇怪的現(xiàn)象。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。加拉帕戈斯群島的地雀二、隔離在物種形成中的作用思考·討論2．不同島嶼上的地雀種群，產(chǎn)生突變的情況一樣嗎？不一樣。因?yàn)橥蛔兪请S機(jī)發(fā)生的。3．對不同島嶼上的地雀種群來說，環(huán)境的作用有沒有差別？這對種群基因頻率的變化會(huì)產(chǎn)生什么影響？

不同島嶼的地形和植被條件不一樣，因此環(huán)境的作用會(huì)有差別，導(dǎo)致種群基因頻率朝不同的方向改變。4．如果這片海域只有一個(gè)小島，還會(huì)形成這么多種地雀嗎？不會(huì)。因?yàn)閭€(gè)體間有基因的交流。1．設(shè)想美洲大陸的一種地雀來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)初始種群的個(gè)體數(shù)量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？由于這兩個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量都不夠的多，基因頻率可能不一樣。思考·討論地雀甲島地雀乙島地雀丙島地雀丁島地雀……突變和基因重組不定向

環(huán)境不同，自然選擇不同甲島地雀1乙島地雀2丙島地雀3丁島地雀4出現(xiàn)生殖隔離種群基因庫形成明顯差別，……隔離是物種形成的必要條件地理隔離新物種形成的標(biāo)志：出現(xiàn)生殖隔離人教版新教材必修二6.3種群基因組成的變化與