生物人教版（2019）必修2 6.3 种群基因组成的变化与物种的形成（共46张ppt）

(共46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
先有鸡还是先有蛋？
甲同学说：当然是先有鸡蛋了，因为只有生殖细胞产生的基因突变才能遗传给后代，体细胞即使发生了基因突变，也不能影响后代的性状。
乙同学说：不对，人们在养鸡过程中，是根据鸡的性状来选择的，只让符合人类需求的鸡繁殖后代，因此是先有鸡后有蛋。
你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？
【答案】这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为它们忽视了鸡和蛋在基因组成上的一致性，也忽视了生物的进化是以种群为单位而不是以个体为单位这一重要观点。生物进化的过程是种群基因库在环境的选择作用下定向改变的过程，以新种群与祖先种群形成生殖隔离为标志，并不是在某一时刻突然有一个个体或一个生殖细胞成为一个新物种。
种群基因组成的变化
自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。但是，在自然界，没有哪个个体是长生不死的，个体的表型会随着个体的死亡而消失，决定表型的基因却可以随着生殖而世代延续，并且在群体中扩散。
研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究群体基因组成的变化。
一、种群和种群基因库
生活在一定区域的同种生物的全部个体的集合叫做种群。
1. 种群
一个非洲象种群（部分个体）
一片树林中的全部猕猴
一片草地上的所有蒲公英
一、种群和种群基因库
同一区域（区域可大可小，大到地球，小的可以是一个池塘）
同一物种的生物
全部个体
种群的三个要素
判断下列是否属于种群：
（1）一个池塘中的全部鱼
（2）一个池塘中的全部鲤鱼
（3）两个池塘内的全部青蛙
（4）一片草地上的全部植物
（5）一片草地上的成年梅花鹿
否
是
否
否
否
思考？
一、种群和种群基因库
种群的个体并不是机械地结合在一起。一个种群其实就是一个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。
种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。
思考：
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？
2. 种群是生物进化的基本单位
一、种群和种群基因库
3. 种群基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因叫这个种群的基因库。
4. 基因频率
在基因库中，某基因占控制此性状全部等位基因数的比率叫做基因频率。
5. 基因型频率
在一个种群中，某基因型个体占全部个体的比率。
例：某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, 褐色翅的基因位a，调查发现AA、Aa、aa的个体分别占30%、60%、10%、那么A、a的基因频率是多少？
假设该种群数量为100，基因型AA的个体为30，Aa个体为60，aa个体为10，那么控制此性状的等位基因总数200个。
一、种群和种群基因库
A基因数=2×30﹢60=120个
a基因数=60﹢2×10=80个
A基因的频率=
=
60%
a基因的频率=
=
40%
① 在种群中，一对等位基因的基因频率之和等于1，基因型频率之和也等于1。
② 一个基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率
一、种群和种群基因库
假设上述昆虫种群数量非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，没有迁入和迁出，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的，基因A和a都不产突变，根据孟德尔的分离定律计算。
(1)该种群产生的A配子和a配子的比值各是多少？
(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)将计算结果填入下表，想一想，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？
用数学方法讨论基因频率的变化
亲代基因型比值 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
配子的比值 A(30%) A(30%) a(30%) a(10%)
子代基因型频率 AA(36%) Aa(48%) aa(16%)
子代基因频率 A(60%) a(40%)
6. 遗传平衡定律（哈代－温伯格定律）
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%
60%
40%
40%
36%
48%
16%
一、种群和种群基因库
6. 遗传平衡定律（哈代－温伯格定律）
各代基因频率相同吗？基因型频率相同吗？这有什么前提条件吗？
各代基因频率相同。基因型频率从子一代开始保持不变。需要满足上述5个前提条件。
一、种群和种群基因库
6. 遗传平衡定律（哈代－温伯格定律）
当群体满足以下五个条件：
①昆虫群体数量足够大； ②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代； ③没有迁入与迁出； ④自然选择对性状没有作用； ⑤基因A和a都不产生突变
设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1，那么
种群的基因频率将不会改变
(p+q)2 = p2 + 2pq + q2 ＝ 1
AA=p2 Aa=2pq aa=q2
二、种群基因频率的变化
2. 上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。5个条件为：①昆虫群体数量足够大； ②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代； ③ 没有迁入与迁出； ④ 自然选择对性状没有作用 ⑤ 基因A和a都不产生突变。 对自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？
用数学方法讨论基因频率的改变
遗传平衡所指的种群是理想种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这说明在自然界中，种群的基因频率迟早要发生变化，也就是说种群的进化是必然的。
二、种群基因频率的变化
3. 如果该种群出现新的突变型（基因型为A2a或A2A2），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？
突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。
基因A2的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有益还是有害的，这往往取决于生物生存的环境。
二、种群基因频率的变化
基因突变在自然界是普遍存在的。基因突变产生新的等位基因，这就可以使种群的基因频率发生变化。
可遗传的变异
变异
不可遗传的变异
基因突变
染色体变异
基因重组
突变
二、种群基因频率的变化
由于种群是由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。
思考：生物自发突变的频率很低，而且大多数突变对生物体是有害的，那么，它为何还能够作为生物进化的原材料呢？
【例如】果蝇1组染色体上约有1.3×104个基因，假定每个基因的突变频率都
为10-5，对一个约有108个个体的果蝇种群来说，每一代出现的基因突变数是：
1.3× 104 × 10－5
个体（1.3×10-1）
× 108
种群
=2 .6×107（个）
影响种群基因频率变化的因素
① 突变
二、种群基因频率的变化
影响种群基因频率变化的因素
影响种群基因频率变化的因素
基因突变产生的等位基因，通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。
猫由于基因重组而产生的毛色变异
② 基因重组
二、种群基因频率的变化
影响种群基因频率变化的因素
突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。
【例如】有翅的昆虫中有时会出现残翅和无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去。但是在经常刮大风的海岛上，这类昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死。
某海岛上残翅和无翅的昆虫
③ 生物的生存环境
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天栖息在树干上。杂交实验表明，桦尺蛾
的体色受一对等位基因S和s控制，
黑色(S)对浅色(s)是显性的。在
19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是
浅色型的，该种群中S基因的频率
很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。19世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。后来，随着工业的发展，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS10%,Ss 20%,ss 70%,S基因的频率为20%。在树干变黑这一环境条件下，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%。第2~10年间，该种群每年的基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？（计算结果填入下表）
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
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%
29.2%
14.7%
56.1%
60.9%
26.1%
73.9%
29.3%
13.1%
升高
降低
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
根据上述计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，比如，把浅色个体每年减少的数量百分比定高些，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与步骤2中所得的数据进行比较。
讨论1. 树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？
2. 在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表型？为什么？
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
在自然选择过程中，直接受选择的是生物的表现型；
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。
变异是不定向的
自然选择是定向的
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的改变
生物朝着一定方向缓慢进化
生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
1. 变异是不定向的，自然选择是定向的（自然选择决定生物进化的方向）。
3. 生物进化的实质是基因频率的定向改变。
2. 自然选择导致基因频率发生改变。
课堂练习
1．从基因水平看，生物进化的过程就是种群基因频率发生定向改变的过程。判断下列相关表述是否正确。
（1）某地区红绿色盲患者在男性中约占8%，在女性中约占0.64%，由此可知，红绿色盲基因Xb的基因频率约为8%。（ ）
（2）基因频率变化是由基因突变和基因重组引起的，不受环境的影响。（ ）
（3）生物进化的实质是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。（ ）
√
X
√
课堂练习
2．种群是物种在自然界的存在形式，也是一个繁殖单位。下列生物群体中属于种群的是（ ）
A．一个湖泊中的全部鱼
B．一片森林中的全部蛇
C．一间屋中的全部蟑螂
D．卧龙自然保护区中的全部大熊猫
D
课堂练习
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
课堂练习
4．一只果蝇的突变体在21℃的气温下，生存能力很差，但是，当气温上升到25.5℃时，突变体的生存能力大大提高。这说明（ ）
A．突变是不定向的
B．突变是随机发生的
C．突变的有害或有利取决于环境条件
D．环境条件的变化对突变体都是有害的
C
探究抗生素对细菌的选择作用
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。
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。
实验步骤
①培养皿分区、标号。
③将不含抗生素的纸片和抗生素纸片分别放在平板的不同位置。
②涂布平板。
①
②
③
④
探究抗生素对细菌的选择作用
④将培养皿倒置于37 ℃的恒温箱中培养12~16 h。
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。重复步骤②~⑤。
⑤观察细菌的生长状况。是否有抑菌圈？测量、记录。
结果分析
①你的数据结果是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？
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
②在本实验条件下，耐药菌所产生的变异是有利的还是有害的？
在本实验条件下，一般来说是有利的，有利于生物在特定环境中生存和繁殖的变异在此环境中就是有利变异。
③滥用抗生素有什么后果？
促进耐药菌的产生。
第3节 种群基因组成的变化与物种的形成
二 隔离在物种形成中的作用
一、物种的概念
1. 物种是指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。
2. 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，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。
同种生物的不同种群，由于突变和选择因素的不同，其基因组成可能会朝不同的方向改变，导致种群间出现形态和生理上的差异。
马
驴
骡子
它们是同一个物种吗？
＋
一、物种的概念
孔雀和巨嘴鸟是同一个物种吗？
不是，它们不能互相交配。
二、隔离及其在物种形成中的作用
在自然界，是不是同一物种的个体都生活在一起呢？
不是，由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障碍，每一个物种总是被分成一个一个或大或小的群体，这些群体就是不同的种群。例如，两个池塘里的鲤鱼就是两个种群。
二、隔离及其在物种形成中的作用
隔离
①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。
②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，也不能产生可育后代的现象。
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。
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。
这是达尔文在环球考察中观察到的现象。在加拉帕戈斯群岛上生活着13种地雀。这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南美洲大陆上，却看不到这13种地雀的踪影。
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。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，比南美洲大陆的形成晚得多。因此，可以推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆，以后在各个岛屿上形成了不同的种群。
隔离在物种形成中的作用
二、隔离及其在物种形成中的作用
分析讨论
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？
2. 不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情
况一样吗？
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？
4. 如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？
隔离在物种形成中的作用
二、隔离及其在物种形成中的作用
二、隔离及其在物种形成中的作用
问题1
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。
问题2
不一样。因为突变是随机发生的。
问题3
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着不同的方向改变。
问题4
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
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
新物种形成
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
二、隔离及其在物种形成中的作用
1. 隔离包括地理隔离和生殖隔离。
2. 长期的地理隔离会导致生殖隔离的出现。
3. 生殖隔离是物种形成的标志。
4. 隔离是物种形成的必要条件。
自然选择2
自然选择1
地理隔离
5. 物种形成的比较常见的方式：
原种
变异1
变异2
基因频率的定向改变
变异类型1
变异类型2
新物种
新物种
生殖 隔离
二、隔离及其在物种形成中的作用
新物种的形成是生物与环境相互影响相互作用的结果。
① 渐变式（绝大多数）
5. 物种形成的比较常见的方式：
二、隔离及其在物种形成中的作用
② 爆发式
短时间内即可形成，如自然界中多倍体的形成。
爆发式物种的形成方式
物种A
杂种植物
异源多倍体
杂交
染色体
加倍
物种B
物种形成和生物进化的比较
物种形成 生物进化
标志 生殖隔离出现 基因频率改变
变化后生物与原生物的关系 属于不同物种 可能属于同一物种；
也可能属于不同物种
二者联系 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
三、课堂小结