生物人教版（2019）必修2第6章第3节 种群基因组成的变化与物种的形成（共24张ppt)

(共24张PPT)
6.3 种群基因组成的变化与物种的形成
　　在自然界中，没有哪一个个体是长生不死的，个体的基因型也会随着个体的死亡而消失，但决定表现型的基因却可以通过生殖传给后代，因此研究生物的进化仅仅研究个体的表现型是否与环境适应是不够的，还需要研究群体的基因组成变化。
生物进化的基本单位到底是什么？达尔文认为是个体，但现代生物进化理论认为是种群。
（一）种群和种群基因库
１、种群的概念
（一个种群的各个个体间可以彼此交配，并通过繁殖将自己的基因传递给后代。种群是生物繁殖和进化的基本单位。）
例.下列是一个种群的是( )
A.一个池塘中的全部的鱼
B.一块棉田中全部害虫
C.一片森林中全部山毛榉
D.一块麦田中全部杂草
E.培养基中大肠杆菌菌落
F.一座山上所有桉树苗
C E
一、种群基因组成的变化
赤星椿象
种群是指生活在一定区域的同种生物的全部个体。
2、种群的基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
3、种群的基因频率
在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值叫做种群的基因频率。
在一个种群基因库中，等位基因的频率之和为1。
4、种群的基因型频率
基因频率=
___________________________
某种基因的数目
控制同种性状的等位基因的总数
×100%
基因型频率 =
某基因型个体数
该种群个体总数
× 100%
这些金鱼各自有自己的基因，共同构成了种群的基因库。它们各自的基因都是基因库的一部分。个体数目越多，个体间的差异越大，基因库也就越大。
例、在某昆虫种群中，决定翅色的基因绿色(A)对褐色(a)为显性，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。求该种群中A、a基因频率分别是多少？
就A和a这对等位基因而言，每个个体可以看作含有2个基因，故这100个个体共有200个基因。
A基因的数量是2×30+1×60=120个；
a基因的数量是2×10+1×60=80个；
A基因的频率是120÷200=60%；
a基因的频率是80÷200=40%；或者1-60%=40%。
基因频率=
___________________________
某种基因的数目
控制同种性状的等位基因的总数
×100%
基因频率的快捷计算：
一个基因的频率=它的纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率
A频率=AA% + 1/2Aa%
a频率= aa% + 1/2 Aa%
3．某一瓢虫种群中有黑色和红色两种体色的个体，这一性状由一对等位基因控制，黑色(B)对红色(b)为显性。如果基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%，基因型为bb的个体占4%。基因B和b的频率分别为（ ）
A．18%、82% B．36%、64%
C．57%、43% D．92%、8%
C
课本P114
若在X染色体上，b基因频率= ×100%
在调查红绿色盲时，随机抽查了200人，其中男女各100人。女性患者1人，携带者3人，男性患者4 人。色盲基因的频率为多少？
Xb =
1×2+3+4
100×2+100
×100% =
3%
5、用数学方法讨论基因频率的变化
假设上述昆虫①种群非常大；②所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代；③没有迁入和迁出；④不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的；⑤基因A和a都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算：
亲代基因型频率 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%
雄配子 雌配子 A(60%) a(40%)
A(60%)
a(40%)
Aa( 24% )
AA ( 36% )
Aa( 24% )
aa( 16% )
子代基因型的频率的计算规律：
亲代 子一代 子二代 子三代
基因型频率 AA 30%
Aa 60%
aa 10%
基因频率 A 60%
a 40%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
16%
48%
60%
40%
60%
40%
36%
48%
16%
(4) 计算子二代、子三代的基因频率与基因型频率 ; 分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗？
子代的基因频率和基因型频率相同
雄配子 雌配子 A(60%) a(40%)
A(60%)
a(40%)
Aa( 24% )
AA ( 36% )
Aa( 24% )
aa( 16% )
p
q
p
q
p2
pq
q2
pq
( p + q )2 = p2 + 2pq + q2 = 1
(A%+ a%)2=AA% + Aa% + aa% = 1
子代基因型的频率的计算规律：
亲代基因频率
子一代基因型频率
哈温定律(遗传平衡定律 )：
其中 P：显性基因的频率，q：隐性基因的频率，
p2：显性纯合体的基因型频率，q2：隐性纯合体的基因型频率，
2pq:含一对等位基因的杂合体的基因型频率。
遗传平衡定律必需满足的条件：
①种群足够大；
②所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代；
③没有迁入和迁出；
④自然选择不起作用（所有个体生存能力相同）；
⑤没有突变。
遗传平衡是一种理想状态，而事实上在自然界中这种状态是不可能存在的。所以，种群的基因频率一定会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。
（二）突变与基因重组产生进化的原材料
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。基因突变和染色体变异统称突变，突变和基因重组都会使种群的基因频率发生改变，产生新的性状。
为什么突变与基因重组能产生进化的原材料？
(1)在种群的每一代都会产生大量的突变。
(2)突变是有害还是有利往往取决于生物的生存环境。
(3)新的等位基因可通过有性生殖过程形成多种基因型，从而使种群出现大量的可遗传变异。
由于突变和基因重组具有普遍性、不定向性、随机性等特点。因此它们只是提供了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
（三）自然选择决定了生物进化的方向
探究: 自然选择对种群基因频率变化的影响
（1）根据前面所学的知识你能做出假设吗？
自然选择可以使种群的基因频率定向改变
用数学方法探究基因频率变化的原因
1870年桦尺蛾的基因型频率SS10% ；Ss20%；ss70%，假如树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%，桦尺蛾种群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？
第1年 第2年 第3年 第4年 ……
基因型频率 SS 10% 11.5%
Ss 20% 22.9%
ss 70% 65.6%
基因频率 S 20% 23%
s 80% 77%
70.7%
26%
29.3%
14.6%
56.1%
60.9%
26.1%
73.9%
29.3%
13.1%
升高
降低
(1)变黑的环境对桦尺蠖浅色个体的出生率有影响吗？
(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表型？
有影响。许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食。
表型，因天敌看到的是桦尺蠖的体色（表型）而不是控制体色的基因。
（变异是不定向的）
自然选择
不利变异被淘汰,有利变异逐渐积累
种群的基因频率发生定向改变
生物朝一定方向缓慢进化
（三）自然选择决定了生物进化的方向
（生物进化的实质）
理想条件下种群的基因频率没有改变，生物没有进化。自然选择导致种群基因频率发生改变，生物开始进化。
突变和基因重组为生
物进化提供原材料
“探究抗生素对细菌的选择作用”
（一）实验原理：
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。
（二）目的要求：
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。
（三）方法步骤：
(1)用记号笔在培养皿的底部画 的直线，将培养皿分为4个区域，分别标记为①～④。
2条相互垂直
(3)用无菌的镊子先夹取1张 的纸片放在①号区域的中央，再分别夹取1张 纸片放在②～④号区域的中央，盖上皿盖。
(2)取少量细菌培养液，用 (或无菌棉签)均匀地涂抹在培养基平板上。
无菌的涂布器
不含抗生素
含抗生素
(4)将培养皿倒置于 中培养 h。
(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 ，并取平均值。
(6)从 的菌落上挑取细菌，接种到 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。
37℃的恒温箱
12～16
抑菌圈
抑菌圈的直径
抑菌圈边缘
已灭菌的液体培养基
（四）实验结果：
结果表明，抑菌圈直径随着传代次数增加而_______
减小
第一代
第二代
第三代
抑菌圈的逐代缩小说明细菌对抗生素的抗性逐代_______
增强
（一）为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
在本实验的环境条件下，耐药性细菌的存活率高，故对细菌为有利变异。但细菌的这种变异对人类是有害的。
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。
（二）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？
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。
（三）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？
细菌抗药性的来源有___________
基因突变
实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理!!!
曼彻斯特地区的桦尺蛾，虽然基因频率发生了很大变化，但并没有形成新的物种，这是为什么呢 怎样判断两个种群是否属于一个物种？
二、隔离在物种形成中的作用
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。
1、物种的概念
64
62
63
马
驴
骡子
体细胞染色体数：
它们是同一个物种吗？
马和驴不是一个物种，因为马与驴交配产生的后代骡没有生殖能力,骡也不是一个物种。
全世界的人都是一个物种吗？
人都是一个物种，无论什么肤色的人结婚，都能产生具有生殖能力的后代。
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。　
4、地理隔离
　　不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。
2、隔离
常见类型
地理隔离
生殖隔离
不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，不能产生可育的后代的现象。　
3、生殖隔离
加拉帕戈斯群岛的地雀是通过长期地理隔离形成新物种，产生生殖隔离的著名实例。
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
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
③隔离是物种形成的必要条件
新物种
5、隔离在物种形成中的作用
（2）不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？
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。
不一样。因为突变是随机发生的。
（3）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？
（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。
（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。
经过长期地理隔离而达到生殖隔离,比较常见。
渐变式：
骤变式：
环境条件骤变导致短时间内形成新物种。
例：多倍体植物的形成
7、物种形成的方式
8、物种形成和生物进化的区别
任何基因频率的改变，不论大小，都属进化。
物种形成过程基因频率改变，标志是生殖隔离出现。
判断：隔离是新物种形成的必要条件，也是进化的必要条件.
×
地理隔离一旦形成，就能产生新的物种吗？
不能，物种形成的标志是生殖隔离，如果仅有地理隔离，一旦发生某些变化，两个分开的种群重新相遇，可能再融合在一起进行基因交流。