高中生物学人教版（2019）必修2 6.3 种群基因组成的变化与物种的形成课件(共55张PPT)

(共55张PPT)
种群基因组成的变化与物种的形成
1、为什么说种群是生物进化的基本单位？
2、种群的基因频率为什么会发生变化？
3、自然选择与种群基因频率的变化有什么关系？
一、种群基因频率的改变与生物进化
问题聚焦
如果在褐色翅(基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅(基因型为Aa)的变异个体，且绿色比灰色更不易被捕食。那么：
1、昆虫的翅色将怎样变化？
2、该绿色个体一定能被选择下来吗？为什么？
3、如果该绿色个体能很好生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给子代呢？
4、如果Aa与其他个体交配生殖，后代还会是绿色的吗？
问题探讨
（一）种群是生物进化的基本单位：
1、种群概念：
生活在一定区域的同种生物的全部个体。
卧龙自然保护区 猕猴
内容精讲
例：判断下列是否属于种群
（1）一个池塘中的全部鲤鱼
（2）一个池塘中的全部鱼
（3）一片草地上的全部植物
（4）一片草地上的全部蒲公英
（1）（4）与定义相符，属于种群！
一个生物“种”或“物种”与种群有何区别？
物种可以分布在不同的自然界的不同区域。
只有在发生随机交配、繁衍，是基因能够世代相传的一定区域内的同种全部个体的集合才是一个种群。
2、种群的特点：
种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配实行基因交流，并通过繁殖将各自的基因传给后代。
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？
人们为什么要提出“种群”这个概念呢？
自然界的物种实际上是以一个个种群存在的，种群是物种繁衍、进化的基本单位。它为研究生物与环境的关系和物种的变化带来了方便。
3、基因库：
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
4、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。
概念：
例: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
解:
A基因的基因频率为:
a基因的基因频率为：
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
= 40%
=30/100×100% +1/2×60/100×100% = 60%
=10/100×100% +1/2×60/100×100% = 40%
A%=
×100%
2×AA＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
a%=
× 100%
= 60%
2×aa＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
×100%
用数学方法讨论基因频率的变化
1、假设上述昆虫种群非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，自然选择对翅色这一相对性状没有作用，基因A和a都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算：
(1)该种群产生的A配子和a配子的比率是多少？
(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？
(4)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？
思考讨论
新代基因型的频率 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
配子的比率 A( ) A( ) a( ) a( )
子代基因型频率 AA( ) Aa( ) AA( )
子代基因频率 A ( ) a( )
30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
2、上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的。对自然界的种群来说，这五个条件都成立吗？你能举出哪些实例？
3、如果该种群出现新的突变型，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？
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，到再下一代也是如此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就是哈代－温伯格平衡，也叫遗传平衡定律。
但是，在实际中，这样的平衡是不存在的。
这是因为，第一：足够大的种群是不存在，而根据概率原理，当个体数不是充足大时，实际得到的数值与理论上的数值就存在误差，实际中子代和亲代的基因频率就会有差异。
第二：种群中充分的随机交配也是不现实的，也就是说不同基因型的卵细胞和精子结合的机会不会是均等的。
例如，在生殖季节，为了争夺异性配偶，雄性海象之间要进行激烈而又残酷的竞争，争斗的最后结果常常是强大的一方占有二三十个雌性海象，由于竞争失败，有的雄性海象没有任何的交配机会。假设其它条件不变，在生殖季节里，如果竞争力强的雄性海象个体基因型大多数是AA，而竞争失败的雄性海象个体的基因型大多数是aa（可能是由于本身基因型的关系，而导致性状上的差异），那么A的基因频率将越来越大。
第三：基因突变每时每刻都有可能发生。虽然每一个基因突变的频率很低很低，但一个种群中有很多很多的基因，所以基因的实际突变数是较大的，而且经过代代的遗传基因突变必然对种群的基因频率产生影响，使基因的频率发生改变。如由a突变成A的数或a突变成其它复等位基因的数相对较大，则a的基因频率将越来越小。
第四：由于各种原因，种群中有的个体会离开该群体，相反的可能，有的同种的外来个体会迁入该种群，使种群中各种基因型的比例发生变化，而导致种群基因频率的改变 。
第五：在自然界中，自然选择是不可抗拒的，始终对种群发挥作用。如基因型为aa的个体由于本身基因的原因，在特定的环境条件下，而导致性状缺陷，不能适应变化了的环境，在自然选择中处于不利地位，则a的基因频率也会越来越小。
由于上述五方面的因素，种群基因频率的改变是客观的，亲代和子代之间基因频率的差异可能是微妙的，但经过代代的遗传，当这一差异由量变的积累而达到质的差异时，该种群就渐变成另外一个不同的种群了。所以从理论上分析，种群基因频率的改变是不可避免的，生物的进化是必然的。
影响种群基因频率变化的根本原因是什么？
变异
变异的类型有那些？
不能遗传的变异
可遗传的变异
基因突变
基因重组
染色体变异
基因突变与基因频率改变有什么关系？为什么？
2．种群基因重组的结果：
产生更多变异(基因型)、不定向
（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料
1.基因突变的特点：
普遍存在 ，随机发生，突变频率很低，多数对生物体是有害的，不定向的
3.基因突变和染色体变异统称为突变。
人类把鲫鱼的后代培育成金鱼，实质就是通过选择改变基因频率。从图中看，显然红色基因的频率显著提高了。
某海岛上的昆虫出现残翅和无翅类型
基因突变与基因频率改变有什么关系？为什么？
基因突变产生新的等位基因，这就可能使种群的基因频率发生变化。
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？
种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，这样每一代就会产生大量的突变。
如果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变频率是10－5，对于一个中等大小的果蝇种群（约有108个个体）来说
每一代出现的基因突变数是：
2×104×10－5×108＝2×107（个）
（二）突变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
由于突变和基因重组，桦尺蠖形成了不同的体色（黑色S、浅色s）
英19世纪曼彻斯特
英20世纪曼彻斯特
S(黑色)基因频率：
桦尺蠖
桦尺蠖
5%以下 95%以上
未形成生殖隔离，还有基因交流
原因是：
淘汰不利变异基因、积累有利变异基因。
结果是：
使基因频率定向改变。
（三）自然选择决定生物进化的方向
影响基因频率的因素：
基因突变、基因重组和自然选择
生物进化的实质就是：
种群是生物进化的单位，也是生物（ ）的单位。
繁殖
生物进化=种群基因频率变化
种群基因频率发生变化的过程。
小结：
小结（自然选择决定生物进化的方向）：
种群中产生的变异是（ ）的，经过长期的自然选择，其中不利变异被不断淘汰，有利变异逐渐（ ），从而使种群的基因频率发生（ ）改变，导致生物朝向一定方向进化。可见，生物进化的方向是由（ ） 决定的。
不定向
积累
定向
自然选择
种群中产生的变异（ ）
自然选择方向( )
不定向
定向
1.某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为15人，女性患者1人，男性患者14人，这个群体中色盲基因的频率应为（ ）。
A、15% B、3.88% C、5.17% D、10.3%
色盲（b）基因频率＝
15＋2＋14
200×2＋200
＝5.17％
C
× 100%
典型例题
2、已知人眼中的褐色（A）对蓝色(a)是显性。在一个有30000人的人群中，蓝眼人有3600人，褐眼的有26400人，其中纯合体有12000人。那么，在这个人群中A和a基因频率分布为（ ）
A.0.64和0.36 B.0.36和0.64
C.0.50和0.50 D.0.82和0.18
3、在某一种群中，已调查得知，隐性性状者（等位基因用A、a表示） 占16%，那么该性状的AA、Aa基因型个体出现的频率分别为（ ）
A.0.36、0.48 B.0.36、0.24
C.0.16、0.48 D.0.480.36
A
A
4、据调查，某校学生中基因型的比例为XB XB（42.32%） XB Xb （7.36%） XbXb （0.32%） XBY （46%） Xb Y（4%），则该地区 XB和 Xb 的基因频率分别是（ ）
A.6%、8% B.8%、92%
C.78%、92% D.92%、8%
D
二 隔离与物种的形成
物种的概念
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称为一个物种，简称“种”。
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，这种现象叫做生殖隔离。
同一种生物由于地理上的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，叫做地理隔离。
生殖隔离
地理隔离
内容精讲
下图是一个假想的情境，可以帮助你想象和思考。
在一个山谷中，有一个鼠种群在“快乐”地生活着。雌鼠和雄鼠之间可以自由交配，繁衍后代。后来山洪爆发了，山谷中形成了一条汹涌的大河。鼠种群的个体，一半在河这边，一半在河那边。就这样过了几千年。
下图是一个假想的情境，可以帮助你想象和思考。
后来，河流干涸了，两个鼠种群又会合在一起。它们发现彼此大不相同。它们之间还能自由交配吗？
下图是一个假想的情境，可以帮助你想象和思考。
几千年后，它们发现彼此大不相同。
它们之间还能自由交配吗？
？
22岁那年，达尔文以博物学者的身份登上“贝格尔”号远航考察船，随船进行为期五年的环球科学考察。
资料分析
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。
资料分析
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。
资料分析
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？
不同岛屿的地形和植被条件不一样，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。
资料分析
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。
资料分析
隔离在物种形成中的作用
地雀
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
……
隔离是物种形成的 条件
　　自然界中物种形成的方式有多种，经过长期的地理隔离而达到生殖隔离是比较常见的一种方式。
必要
马
驴
骡
×
（63条染色体）
（62条染色体）
（64条染色体）
×
东北虎
华南虎
两个鱼塘
如果这两个鱼塘的鱼都是鲤鱼，它们属于一个种群还是两个种群？两个鱼塘的鱼能够发生基因交流吗？为什么？
属于两个种群。不能够发生基因交流，因为它们不能生活在一起。
突变和基因重组
种群基因频率
改变
积累
基因库的差别
种群间生殖隔离
标志着
地理隔离
时间
扩大
自然选择
物种形成
导致
导致
１．鉴定牧场的马和由国外曾送返回原产地放养的野马是两个物种的主要依据是（　　）
Ａ．野马比牧马更善于奔跑
Ｂ．野马比牧马存在地理隔离
Ｃ．野马比牧马存在生殖隔离
Ｄ．野马比牧马更适应野生环境
Ｃ
典型例题
2. 下列说法正确的是（ 　）
A. 一片森林中的全部蛇是一个种群
B. 在自然条件下，种群的基因频率可以保持永久稳定
C. 当生物体的体细胞出现基因突变时，这个生物体就成为了新物种的个体了
D. 生殖隔离一旦形成，新的物种也就产生了
典型例题
Ｄ
3．下列关于隔离的叙述，不正确的是（　　）
Ａ．阻止种群间的基因交流
Ｂ．对所有的物种来说，地理隔离必然导致生殖隔离
Ｃ．种群基因库的差异是产生生殖隔离的根本原因
Ｄ．不同的物种之间必然存在着生殖隔离
4．对生物进化方向起决定作用的是（　　）
Ａ．基因重组　　　Ｂ．基因突变 Ｃ．染色体变异　　Ｄ．自然选择
Ｂ
Ｄ
典型例题
5、达尔文在加拉帕戈斯群岛上的不同地雀，用现代进化理论解释错误的是( 　 )
A、经过长期的地理隔离达到生殖隔离，导致原始地雀物种形成现在条件的地雀物种
B、生殖隔离一旦形成，原来属于同一物种的地雀很快进化形成不同的物种
C、这些地雀原先属于同一雀种，从南美大陆迁来后，逐渐分布在不同的群岛，出现不同的突变和基因重组
D、自然选择对不同种群的基因的频率的改变所起的作用有所差别，最终导致种群的基因库很不相同，并逐渐出现生殖隔离。
Ｂ
1.［2019·四川攀枝花高二期末］下列关于种群与物种的叙述，正确的
是 （　）
①隔离是物种形成的必要条件　②物种是生活在一定自然区域内的同种
生物个体的总和　③一个种群中全部个体所含有的全部基因构成一个基
因库　④物种是进化的基本单位
A. ①③　B. ②④　C. ②③　D. ①④
当堂检测
【解析】隔离通常分为生殖隔离和地理隔离，隔离是物种形成的必要条件，①正确；种群是生活在一定区域内的同种生物的全部个体，②错误；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，③正确；种群是生物进化的基本单位，④错误。
【答案】A
2.下列关于生物进化理论的叙述，错误的是 （ ）
形成新物种不一定要经过地理隔离，例如，二倍体西瓜和四倍体西瓜就不是同一个物种
B. 自然选择作用于个体，从而影响种群的进化
C. 变异是不定向的，基因频率的改变方向是定向的
D. 物种形成的三个基本环节是突变、基因重组和自然选择
【解析】物种形成的三个基本环节是突变和基因重组，自然选择，隔离，D 项错误。
【答案】D
3. ［2018·湖北黄冈高二期末］随着青霉素的广泛应用，部分金黄色葡萄球菌表现出对青霉素的耐药性。下列有关说法正确的是 （　　）
A. 金黄色葡萄球菌耐药性的形成是其在青霉素的作用下产生了耐药性变异
B. 青霉素的广泛应用，导致金黄色葡萄球菌在不断地发生着进化
C. 随着青霉素的广泛应用，金黄色葡萄球菌种群内形成了新的物种
D. 耐药性强的金黄色葡萄球菌发生了基因突变和染色体变异
【解析】 隔离通常分为生殖隔离和地理隔离，隔离是物种形成的必要条件，①正确；种群是生活在一定区域内的同种生物的全部个体，②错误；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，③正确；种群是生物进化的基本单位，④错误。
【答案】A
4. ［2019·南昌二中高三考试］等位基因 F、f 位于常染色体上。据调查，
某兔种群中的雌兔基因型频率分别为 FF（30%）、Ff（60%）、ff（10%），
雄兔基因型频率分别为 FF（20%）、Ff（40%）、ff（40%）。假设该种群
随机交配，则其子代 （　　）
A. Ff 的基因型频率为 52%
B. 基因型频率改变，该群体发生了进化
C. F 基因频率雌兔为 60%、雄兔为 40%
D. 雌兔与雄兔的基因型频率不同，进化方向相同
【解析】：在亲代的雌兔中 F 的基因频率为 FF+1/2Ff=30%+1/2×60%=60%，f 的 基 因 频 率 为 ff+1/2Ff =10%+1/2×60%=40%，在 亲 代 的 雄兔 中 F 的 基 因 频 率 为 FF+1/2Ff=20%+1/2×40%=40%，f 的 基 因 频率 为 ff +1/2Ff=40%+1/2×40%=60%，则 随 机 交 配 产 生 的 子 代中 FF 占60%×40%=24%，Ff 占 60%×60%+40%×40%=52%，ff 占40%×60%=24% ；子代中无论雌兔还是雄兔，F 的基因频率均为24%+1/2×52%=50% ；子代中雌兔与雄兔的基因型频率也相同。生物进化的实质是种群基因频率的改变，而不是基因型频率的改变。综上分析，A项正确，B、C、D项错误。
【答案】A
谢 谢