6.3种群基因组成的变化与物种的形成（第二课时）课件2021-2022学年高一下学期生物人教版必修2(共52张PPT)

(共52张PPT)
第六章 生物的进化
第3节 种群基因组成的变化与物种的形成
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Aa
Aa
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AA
AA
AA
aa
1. 举出人为因素导致种群基因频率定向改变的实例。
选择育种和杂交育种。
2. 如果将一个濒临灭绝的生物种群释放到一个新的环境中，那里有充足的食物，没有天敌，这个种群将发生怎样的变化？请根据所学知识作出预测。
如果气候等其他条件也合适，并且这个种群具有一定的繁殖能力，该种群的个体总数会迅速增加。否则，也可能仍然处于濒危状态甚至灭绝。
探究抗生素对细菌的选择作用
自然选择决定生物进化的方向。
实验背景：
在自然选择的作用下，具有有利变异的个体更易生存和繁殖，具有不利变异的个体很难产生后代，相应的基因频率会不断下降。
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。
使用抗生素前
使用抗生素
使用抗生素后
本实验通过探究抗生素对细菌的选择作用，帮助学生理解抗生素对细菌的逐代筛选，促进细菌耐药性的进化。
理解滥用抗生素会导致耐药菌增加，了解“超级细菌”产生的原因和后果，从而形成合理使用抗生素的意识。
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。
目的要求：
探究抗生素对细菌的选择作用
实验原理：
1.经__________ _的___________________________及_________________________________
高温灭菌
2.细菌菌株，如_______________、______________________等
3.含有_______（如__________、_________等）的____形__________
以下简称___________________
4._____________的纸片
5.涂布器
牛肉膏蛋白胨液体培养基
牛肉膏蛋白胨固体培养基平板
大肠杆菌
金黄色葡萄球菌
抗生素
青霉素
卡那霉素
圆
滤纸片
抗生素纸片
不含抗生素
作用：____________
作对照
作用：______________________________________________
将细菌培养液均匀地涂抹在培养基平板上
牛肉膏蛋白胨液体培养基的作用：___________
牛肉膏蛋白胨固体培养基的作用：_____________________
活化菌株
筛选耐药菌时，供细菌生长
6.记号笔
作用：_________________________________
在培养皿底部划线，将培养基分区
**以上使用的培养基、抗生素、滤纸片、涂布器等实验用具均需经过灭菌
探究抗生素对细菌的选择作用
材料用具：
①
②
③
④
探究抗生素对细菌的选择作用
实验步骤：
1、用记号笔在培养皿的底部画_______________线，将培养皿分为4个区域，分别标记为①～④
2条相互垂直
探究抗生素对细菌的选择作用
实验步骤：
梯度稀释和涂布
取1mL菌液加入到___mL无菌水中，用移液枪混匀菌液，这样就得到了稀释10倍的菌液；
再从稀释10倍的菌液中取1mL加入到____mL无菌水中，用移液枪混匀菌液，这样就得到了稀释100倍的菌液。
**根据实际情况选取适当稀释倍数的菌液涂布平板
9
9
探究抗生素对细菌的选择作用
实验步骤：
2、取少量（经过稀释的）细菌培养液，用________________ (或无菌棉签)均匀地涂抹在_______________________培养基平板上。
无菌的涂布器
牛肉膏蛋白胨固体
探究抗生素对细菌的选择作用
实验步骤：
3、用无菌的镊子在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
探究抗生素对细菌的选择作用
实验步骤：
4、将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h
探究抗生素对细菌的选择作用
实验步骤：
5. 观察培养基上细菌的生长状况纸片附近是否出现了________
如果有，测量和记录每个实验组中抑菌圈的________，并取___________
抑菌圈
直径
平均值
**衡量本实验结果的指标是__________________________
抑菌圈直径的大小
探究抗生素对细菌的选择作用
实验步骤：
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，并重复以上步骤2-5。记录每一代培养物抑菌圈的直径。
（1）在超净工作台实施操作时，应先对双手和操作台进行消毒（使用一定浓度的酒精）
（2）盛有培养基的培养皿以及培养基、抗生素、滤纸片、涂布器等实验用具均需经过灭
菌（高温灭菌锅高温灭菌）
（3） 接种时必须在无菌条件下进行操作，以确保不被污染（例如接种环和涂布器要用酒
精灯高温灭菌）
（4）** 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
注意事项：
实验过程：
抑菌圈直径/cm 第一代 第二代 第三代
1 2.26 1.89 1.62
2 2.41 1.91 1.67
3 2.42 1.87 1.69
平均值 2.36 1.89 1.66
组别
探究抗生素对细菌的选择作用
实验结果与结论：
第一代 第二代 第三代
1、在培养基上是否有细菌生长？
2、在放有抗生素纸片的区域呢？
有
在放有抗生素纸片的周围区域没有细菌生长，形成了抑菌圈
3、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？
抑菌圈的直径随着培养代数的增加而逐渐缩小;说明在抗生素对细菌的选择作用下，细菌的抗药性逐渐增强。
1、为什么要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。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。
2、你的数据是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？说说你的理由。
支持。抑菌圈边缘生长的可能是耐药菌。
探究抗生素对细菌的选择作用
讨论：
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？
探究抗生素对细菌的选择作用
讨论：
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，有利于生物在特定环境中生存和繁殖的变异，对细菌来讲是有利变异。
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。
探究抗生素对细菌的选择作用
讨论：
4、你认为你的数据和结论是有效的吗？
将你的数据和结论与其他同学的进行比较，根据实际情况回答。
5、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？请你查阅资料，举出更多滥用抗生素的实例。
这些做法都会促进耐药菌的产生。
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，导致抗生素药物失效。
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。
若不需要定量检测细菌的耐药性大小，只需要筛选出耐药的细菌，实验思路是什么样的？
将稀释一定倍数的菌液，直接涂布到含一定浓度抗生素的培养基上，将长出的细菌挑出，即耐药菌。
探究抗生素对细菌的选择作用
2015年4月14日《楚天都市报》报道：湖北爆发致命超级细菌，导致一名3岁男童死亡。超级细菌是指对多数抗生素耐药的细菌，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不符合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
习题巩固
C
医学上在治疗由细菌引起的感染性疾病时，通常要进行细菌的耐药性监测，实验方法如下：将含有一定浓度但抗生素种类不同的滤纸片，放置在已接种被检菌的固体培养基表面，抗生素向周围扩散，如果抑制细菌生长，则在滤纸片周围出现抑菌圈(图中里面的圈)，结果如图所示。
(1)图中最有效的是________培养皿中的抗生素，原因是________________
(2)用上述最有效的抗生素对细菌进行处理，并测定细菌数量变化，实验结果如图所示，向培养基中加抗生素的时刻为b点，理由是抗生素使细菌中____________的个体大量死亡而数量下降。尽管有抗药性基因存在，但使用抗生素仍然能治疗由细菌引起的感染，原因在于细菌种群中______________________________
(3)如果长期使用同一种抗生素，细菌抗药性会增强的原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
B
B抑菌圈最大
不具抗药性
有抗药性基因的个体占极少数
抗生素对细菌的抗药性变异进行了定向选择（抗药性变异在抗生素的长期选择下逐渐积累的结果）
探究抗生素对细菌的选择作用
3. 碳青霉烯类抗生素是治疗重度感染的一类药物。右表为2005—2008年，该类抗生素在某医院住院患者中的人均使用量，以及从患者体内分离得到的某种细菌对该类抗生素的耐药率变化。据表回答下列问题。
（1）这种细菌耐药率的变化与抗生素的使用量之间是否存在关联？依据是
什么？
二者存在正相关的关系。依据是调查数据。
（2 ）试从进化的角度解释耐药率升高的原因。
随着抗生素人均使用量的增加，不耐药的细菌生存和繁殖的机会减少，耐药菌生存和繁殖的机会增加，耐药性基因在细菌种群中的基因频率逐年上升。
（3）我国卫生部门建立了全国抗菌药物临床 应用监测网和细菌耐药监测网，并要求医疗机构开展细菌耐药监测工作，建立细菌耐药预警机制。例如，当某抗菌药物的主要目标细菌耐药率超过30%时，医疗机构应及时将这一预警信息进行通报。请分析这一要求的合理性。
由于细菌繁殖很快，耐药率的上升速度也较快，因此需要加强监控。我国卫生部门建立了相关监测机制，说明党和政府关注民生。医疗机构及时通报预警信息，有利于全国各医院机构共同及时采取措施，如更换新的抗生素类药物，将细菌耐药率控制在低水平。
（4） 人类不断研发和使用新的抗生素，细菌对新药的耐药性也在不断提高，二者之间仿佛发生了一场竞赛。作为这场竞赛的参与者，你可以做些什么呢？
合理使用抗生素，防止滥用抗生素。
自然选择使种群的基因频率发生定向改变，只要是基因频率发生变化，生物就一定发生了进化，但是进化一定形成新物种吗？
例如曼彻斯特地区的桦尺蛾，虽然基因频率发生了变化，但是黑色桦尺蠖和白色桦尺蠖仍然是同一物种
也就是同种生物的不同种群，由于突变和选择的因素不同，其基因组成可能会朝着不同的方向改变，导致种群间出现形态和生理上的差异，但是种群进化不一定会形成新物种。
那么，怎样判断两个种群是不是属于同一物种？
或者说进化到什么程度，就可以形成新的物种？
一. 物种的概念
1、物种：
能够在___________下____________并且________________的一群生物。
杂交
杂交
二倍体
四倍体
三倍体
马（2n=64）
驴（2n=62）
骡（2n=63）
不可育
自然状态
相互交配
产生可育后代
2、两个要点：____________、__________________
相互交配
产生可育后代
不同物种之间_____是不能交配的，即使交配成功，也_____产生可育的后代。
一般
不能
一. 物种的概念
1、物种：
能够在___________下____________并且________________的一群生物。
自然状态
相互交配
产生可育后代
2、两个要点：____________、__________________
相互交配
产生可育后代
虎狮兽或狮虎兽
黑色人种
黄色人种
白色人种
孔雀和巨嘴鸟是同一个物种吗？
不是，它们不能互相交配。
种群 物种
概念
范围
要点
相互 关系
一个物种可以包括多个种群，种群是物种繁殖、生物进化的基本单位。
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。是生物繁殖的基本单位。
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。
种群与物种的区别
较小范围内的同种生物的个体
分布在不同区域内的同种生物的许多种群组成
一定区域同种生物全部个体
自然状态下能够交配并产生可育后代
二. 隔离及其在物种形成中的作用
1、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。隔离分为地理隔离和生殖隔离。
隔离
生殖隔离
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。
：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。
生殖隔离实例
常见种类 实例
受精前隔离 生态隔离
季节隔离
行为隔离
机械隔离
配子隔离
受精后隔离 杂种不活
杂种不育
杂种败育
不同种群生活在同一区域的不同生境，例如体虱和头虱寄生场所不同，已经形成了不同的适应性特征
因交配或开花时期发生在不同季节而引起的隔离，例如大西洋鲱鱼有的春季产卵，有的秋季产卵
指不同物种之间由于两性间求偶或交配等行为不同，而阻止了它们之间的相互交配，例如鸟发出的求偶鸣叫、昆虫的信息素
指不同物种之间因生殖器官大小和性状不同，而无法交配，例如一些植物花的形态不同，导致不能受粉
指个体之间可以交配和受粉，但是不能发生受精作用，例如一种植物的花粉在另一种植物的柱头上不能萌发，结果不能受精
指不同生物之间交配、受精之后，形成的杂种胚胎不能正常发育，例如山羊和绵羊的杂种，大多数出生前就会死去
指不同生物之间交配能够产生正常的杂种后代，但是杂种后代不育，例如马和驴杂交产生骡子
指形成的杂种后代不育或生活力下降，例如树棉和草棉之间能够杂交，能形成可育的F1，但是F2却十分少见，因未F1的种子通常不能萌发
它们之间还能自由交配并产生可育的后代吗？
地理隔离
生殖隔离
长期
物种形成的常见的方式：
二. 隔离及其在物种形成中的作用
东北虎
华南虎
由于长期地理隔离而没有相互交配，没有基因交流，形成了生殖隔离，它们形成两个不同的亚种。
二. 隔离及其在物种形成中的作用
2、物种形成的途径：
自然选择2
自然选择1
地理隔离
原种
变异1
变异2
变异类型1
变异类型2
新物种
新物种
生殖 隔离
渐变式（绝大多数）：
基因频率的定向改变
基因库差异
导致
种群之间
小种群
基因频率
发生改变
新物种
地理隔离
自然选择
生殖隔离
2、物种形成的途径：
② 爆发式
二倍体
四倍体
物种A
杂种植物
异源多倍体
杂交
染色体加倍
物种B
不需要地理隔离就在很短的时间内出现生殖隔离，从而形成新的物种。主要是通过异源多倍体的染色体变异等方式形成新物种，一出现可以很快形成生殖隔离。
思考1：二倍体西瓜和四倍体西瓜是不是一个物种？为什么？
不是
因为后代三倍体西瓜不可育
思考2：三倍体西瓜算一个新物种吗？
不算
三倍体西瓜不算物种层次，只能算个体层次。
因为同一物种的雌雄个体间要能够相互交配并产生可育后代，而三倍体是不可育的，因此三倍体西瓜不算一个物种。
我国育种学家鲍文奎等培育出异源八倍体小黑麦。
普通小麦(AABBDD)　
黑麦(RR)
ABD
R
不育杂种ABDR
小黑麦(AABBDDRR)
优良的小黑麦品种
秋水仙素
品系间杂交
P
配子
F1
F2新品种
Fn
2、物种形成的途径：
② 爆发式
1、经过漫长的地理隔离，一定会形成生殖隔离吗？
不一定
如果两个种群生活环境都不发生变化，或者变化很小，两个种群的进化方向相同，有可能不会产生生殖隔离。
2、新物种形成一定要经过地理隔离吗？
不一定
不经过地理隔离，也可以直接形成生殖隔离，例如二倍体植株染色体加倍成了四倍体植株，二者杂交后代产生的三倍体植株是高度不育的，存在生殖隔离
思考：
总结：
① 地理隔离是物种形成的量变阶段，生殖隔离是物种形成的质变时期。隔离是物种形成的必要条件。
② 生殖隔离是物种形成的关键，是物种形成的最后阶段，是物种间的真正界限。
二. 隔离及其在物种形成中的作用
加拉帕戈斯群岛-------达尔文与上帝分手的地方
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。
加拉帕戈斯群岛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，比南美大陆的形成晚的多。
加拉帕戈斯群岛上的地雀
地雀祖先→地理隔离→自然选择→生殖隔离→不同地雀物种。
地雀祖先
甲岛地雀
乙岛地雀
丙岛地雀
丁岛地雀
……
突变和基因重组
自然选择
甲岛地雀1
乙岛地雀2
丙岛地雀3
丁岛地雀4
种群基因库改变
……
地理隔离
不同
不同
有差异
出现生殖隔离
不同物种
阻断基因交流
基因频率向不同方向发生改变
久而久之
形成明显差异
地理隔离→生殖隔离（新物种形成）
加拉帕戈斯群岛上13种地雀形成的过程图解
隔离
阻断
突变、基因重组和
种群 出现差异
差异进一步加大
隔离
新种形成
地理
自然选择
基因频率
基因库
生殖
基因交流
加拉帕戈斯群岛的地雀的形成方式
朝着不同方向发生改变
地雀在加拉帕戈斯群岛的进化分析
地雀祖先
种群1
种群2
种群3
种群4
种群5
地理隔离
突变和基因重组
长期自然选择
基因频率定向改变
生殖隔离
加拉帕戈斯群岛的地雀
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？
由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。
2、不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？
不一样。因为突变是随机发生的。
二. 隔离及其在物种形成中的作用
加拉帕戈斯群岛的地雀
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？
不同岛屿的自然环境条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。
4、如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？
不会。因为个体间有基因的交流。
二. 隔离及其在物种形成中的作用
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
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
物种形成的三个环节
①突变和基因重组产生进化的原材料
②自然选择导致种群基因频率的定向改变，决定生物进化的方向。
③隔离是新物种形成的必要条件
新物种形成的一般过程
地理隔离
自然选择
生殖隔离
①不同种群可能会出现不同的突变和基因重组
②不同种群间不发生基因交流
①不同种群所处的环境条件（食物和栖息条件）不同
②自然选择对不同种群基因频率的改变所起的作用不同
①种群的基因库会形成明显的差异，并逐渐出现生殖隔离
②生殖隔离一旦形成，就形成了不同的物种
③不同种群基因频率发生不同的变化
③基因频率向不同方向发生改变
隔离是物种形成的必要条件。
物种形成和生物进化的比较
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
基因频率改变
因为出现生殖隔离，
与原物种属于不同物种。
可能属于同一物种，
也可能属于不同物种。
只有不同种群的基因库产生了明显的差异，出现生殖隔离才形成新物种；
进化不一定产生新物种，但新物种产生的过程中一定存在进化
课堂练习
1．判断下列与隔离有关的表述是否正确。
（1）在曼彻斯特的桦尺蛾种群中，黑色个体与浅色个体之间未出现生殖隔离。（ ）
（2）加拉帕戈斯群岛不同岛屿上的地雀种群之间犹豫地理隔离而逐渐形成了生殖隔离。（ ）
√
√
课堂练习
2．19世纪70年代，10对原产于美国的灰松鼠被引入英国，结果在英国大量繁殖、泛滥成灾。对生活在两国的灰松鼠种群，可以作出的判断是（ ）
A．两者尚未形成两个物种
B．两者的外部形态有明显差别
C．两者之间已经出现生殖隔离
D．两者的基因库向不同方向改变
D
二、拓展应用
1. 斑马的染色体数为22对，驴的染色体数为31对，斑马和驴杂交产生的后代兼具斑马和驴的特征，称为斑驴兽或驴斑兽，俗称“斑驴”。斑马和驴杂交产生的后代是可育的吗？你能从染色体组的角度作出解释吗？
斑马和驴杂交产生的后代是不育的。由题中所给斑马和驴的染色体数可知，其杂交后代的染色体数为53条（不是偶数），杂交后代无法通过减数分裂产生正常的配子。
2. 在自然界，狮和虎是不可能相遇的。在动物园里，一般也将这两种动物分开圈养。近年来才出现将它们的幼崽放在一起饲养的做法，目的是获得有观赏价值的杂交后代——狮虎兽或虎狮兽，你对这种做法有什么看法？
【提示】学生可以从不同角度提出看法并交流。例如，从科学研究角度看，这样做可以帮助人们更多地了解生命的奥秘；从生命伦理角度看，狮虎杂交后代中容易出现免疫力低、天折的个体，这些个体会承受一定的痛苦，因此这种做法不宜提倡；从生物学角度看，狮和虎的自然分布区不同，狮分布在草原上，虎分布在森林里，动物园饲养狮和虎时，应尽量提供符合它们天然分布区和习性特点的生活环境，将二者分区域饲养，以体现对自然和生命的尊重。
课堂小结
种群基因组成的变化与物种的形成
种群和种群基因库
基因突变
基因重组
自然选择对种群基因频率变化的影响
概念
提供生物进化原材料
实质：自然选择定向改变基因频率，导致生物进化
种群基因频率的变化
隔离在物种形成中的作用
基因频率计算方法
染色体变异
概念
地理隔离和生殖隔离
隔离是物种形成的必要条件