生物人教版（2019）必修2课件 6.3种群基因组成的变化与物种的形成（共43张ppt）

(共43张PPT)
6.3 种群基因组成的变化与物种的形成
如果在蜗牛壳为黄色（aa）的群体中偶然出现一只棕色（Aa）蜗牛壳的变异个体，则棕色比黄色更容易被敌害发现。
思考：
1. 若棕色个体能很好地生存下来，它体内的A基因如何才能传递给子代呢？
2. 生物进化仅研究个体和表型合适吗？
课程导入
知识回顾
细胞
组织
器官
系统
个体
种群
群落
生态系统
生物圈
环境
多种
多个
多个
同种
多个
最大的
多个
生命系统的结构层次
生活在_________
_________生物
_________个体
1. 概念：三要素
2. 特点：种群是__________和_______的基本单位。
全部
一定区域
同种
繁殖
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，并通过繁殖将各自的基因传给后代。
种群
生物进化
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）一片树林中的全部猕猴
否
是
否
否
是
种群：生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。
种群
一个种群中全部个体所含有的基因总和。种群基因库的组成是不断变化的，主要体现在基因频率和基因型频率的改变上。
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。
种群基因库
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。
讨论
你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？
问题探讨
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。
问题探讨
1. 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．一间屋中的全部昆虫
D．卧龙自然保护区中的全部大熊猫
D
练习
练习
2．下列对种群概念的叙述，正确的是(　　)
A．不同空间中同种生物个体的总和
B．生活在同一地点的同种生物的全部个体
C．一片水田中的所有鱼的总和
D．一个生态环境中有相互关系的动植物的总和
B
练习
3. 下列关于种群的叙述，不正确的是（ ）
A. 种群是生物进化的基本单位
B. 种群内的个体彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代
C. 一个草原上所有的羊是一个种群
D. 一个树林中全部的马尾松是一个种群
C
课程导入
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。
蝗虫产卵
同前一年的蝗虫种群在基因组成上相比，会有什么变化吗？
1. 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。
基因频率
=
某基因总数
全部等位基因的总数
100%
2. 基因型频率
在一个种群中，某种基因型的个体在种群中所占的比率。
基因型频率
=
某基因型个体总数
种群全部个体数
100%
基因频率与基因型频率
资料：在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是a，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因，那么，这100个个体共有200个基因。
求该昆虫种群中相关基因和基因型的频率。
3. 基因频率和基因型频率的比较与计算：
基因频率与基因型频率
AA的基因型频率为：30÷100=30%
基因型频率=
该基因型个体数
该种群个体总数
×100%
Aa的基因型频率为：60÷100=60%
aa的基因型频率为：10÷100=10%
（1）计算基因型频率
资料：在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是a，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因，那么，这100个个体共有200个基因。
基因频率与基因型频率
（2）计算基因频率
①常染色体上基因频率的计算
已知各基因型个体的数量，求基因频率。
某基因的频率＝[(该基因纯合子个体数×2＋杂合子个体数)÷(总个体数×2)]×100%。
A基因的频率为：（2×30+60）÷200=60%
a基因的频率为：（2×10+60）÷200=40%
资料：在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是a，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因，那么，这100个个体共有200个基因。
基因频率与基因型频率
某种群中基因型XBXB有20个， XBY有5个， XBXb有20个， XbY有5个，计算下列基因频率和基因型频率：
（1）基因型频率： XBXB _______ XbY _______
（2）基因频率：XB______ Xb_______
40%
10%
XB基因频率= XB基因数/（ XB基因数+ Xb基因数）
1XBXB含有2个XB，1 XBY含有1XB， XBXb含有1XB和1Xb， XbY含有1Xb
XB基因频率=（40+5+20）/（40+5+40+5）=65/90=72.2%
72.2%
27.8%
②伴性遗传基因型频率和基因频率计算
基因频率与基因型频率
（3）已知基因型频率，求基因频率
已知基因型频率，求基因频率。
按定义公式计算或直接用“某基因的基因频率＝该基因纯合子的百分比＋杂合子百分比的1/2”来代替。如基因A的频率＝AA的频率＋1/2Aa的频率，基因a的频率＝1－基因A的频率。
A基因的频率= AA基因型频率+1/2Aa基因型频率
= 30%+1/2×60%=60%
= 10%+1/2×60%=40%
a基因的频率= aa基因型频率+1/2Aa基因型频率
例：某昆虫种群中，绿色翅的基因为A， 褐色翅的基因为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？
基因频率与基因型频率
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？
基因频率与基因型频率
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%
（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？
通过计算，我们可以得到如下结论:
在满足基本前提的情况下：种群中_________频率保持固定不变。
基因
A（ ）
a ( )
60%
40%
基因频率与基因型频率
一样
1. 遗传平衡定律需要满足的条件：
种群是极大的；
种群个体间的交配是随机的，种群中每个个体与其他个体的交配机会是相等的；
没有突变发生；
种群之间不存在个体的迁移或基因交流；
没有自然选择。
遗传平衡定律
只有满足这五个条件，种群的基因频率和基因型频率才可能不发生明显的变化，保持平衡，称为遗传平衡定律，也叫哈迪--温伯格定律。
2. 计算公式：若种群中一对等位基因分别为A和a，设A的基因频率为p，a的基因频率为q，则p+q=1。
A=p a=q
A=p
a=q
AA=p2
aa=q2
Aa=pq
Aa=pq
雌配子
雄配子
AA的基因型频率=p2
aa的基因型频率=q2
Aa的基因型频率=2pq
遗传平衡定律
1. 少数突变基因对生物的生存和繁衍是有利的，可能被更多地保留和扩散；
2. 随着一些个体单向或双向迁入或迁出，种群会获得或失去某些等位基因；
3. 比较小的种群因发生某种偶然事件，会引起携带某种基因的个体死亡或失去交配机会；
4. 种群内雌雄个体相互交配往往不是随机的；
5. 由不同个体组成的种群普遍存在着可遗传变异。
种群基因频率发生变化的原因
练习
1. 在调查某小麦种群时发现T(抗锈病)对t(易感染)为显性，在自然情况下，该小麦种群可以自由传粉，据统计在该小麦种群的基因型中，TT占20%、Tt占60%、tt占20%，该小麦种群突然大面积感染锈病，致使易感染小麦在开花之前全部死亡。计算该小麦种群在感染锈病之前与感染锈病且开花之后基因T的频率分别是(　　 )
A．50%和50%
B．50%和62.5%
C．62.5%和50%
D．50%和100%
B
课程导入
在马德拉群岛的克格伦岛上，达尔文观察了50多种甲虫，其中有200种甲虫的翅明显退化或无翅，而另一些甲虫的翅则非常发达。
达尔文的解释：强烈的海风对甲虫翅的多种性状进行了选择。在连续的世代中，翅非常发达和翅明显退化的甲虫获得了最好的生存机会，而那些翅较弱、飞行能力不强的甲虫常常被海风吹落到海水里。翅非常发达和翅明显退化的甲虫能适应海岛的海风环境，并世代繁衍。
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。
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？
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
自然选择对种群基因频率变化的影响
（1）在这个探究实验中变黑的环境对桦尺蛾产生了什么样的影响？变黑的环境对桦尺蛾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现型？
变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少，S基因频率增加
许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食
天敌看到的是桦尺蛾的体色（表现型）而不是控制体色的基因
自然选择对种群基因频率变化的影响
在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变
环境变化
性状水平
分子水平
19世纪中叶以前，环境无污染
20世纪中叶，环境污染使树干变黑
桦尺蛾多为浅色，与环境相适应
桦尺蛾多为黑色，表现为适者生存
s基因的频率为95%以上，S基因的频率为5%以下
S基因的频率为95%以上，s基因的频率为5%以下
自然选择对种群基因频率变化的影响
在特定环境中，种群内可遗传的变异将赋予某些个体生存和繁殖的优势，经过自然选择，具有有利变异的个体更好地适应这种特定的生存环境，有更多机会繁衍后代，相应的基因频率会不断提高；相反，具有不利变异的个体较难生存下去，留下后代的机会更少，相应的基因频率会不断下降。
自然选择的作用可以使种群的基因频率发生定向改变，最终导致生物朝着一定的方向不断进化。
自然选择对种群基因频率变化的影响
练习
1. 下列关于种群基因频率的说法，正确的是（ ）
A. 种群基因频率是控制某性状的基因占种群全部基因的比值
B. 一个种群中，控制一对相对性状的各种基因型频率之和为1
C. 种群基因型频率的改变一定会引起基因频率的改变
D. 种群内显性基因的频率一定高于隐性基因的频率
B
练习
2. 在一次大风暴后，有人搜集了100只受伤的麻雀，把它们饲养起来，结果活下来64只，在死去的个体中，大部分是个体比较大、变异类型特殊的，下列有关叙述正确的是（ ）
A. 突变和基因重组决定生物进化的方向
B. 特殊的变异类型都是不利的
C. 自然选择会改变种群的基因频率
D. 不产生变异的生物才能生存
C
练习
3. 腕足类动物海豆芽从4亿年前出现至今，面貌基本没变，也没有灭绝，对此现象的合理解释是（ ）
A. 自然选择对其不发生作用
B. 海豆芽在漫长的年代中基因频率发生了较大变化
C. 海豆芽很少变异，适应性强
D. 海豆芽的生活环境基本没有改变
D
课程导入
可遗传变异 种群基因频率变化
(不定向)
(是否定向？)
自然选择
（定向）
探究抗生素对细菌的选择和作用
在添加抗生素的环境下，什么样的个体被选择？什么样的个体被淘汰？
1. 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。
2. 实验原理
（1）一定浓度的抗生素会杀死细菌
（2）变异的细菌可能产生耐药性
（3）向培养基中添加抗生素，耐药菌有可能存活下来
如何判断细菌是否存活？
3. 材料用具
培养基、细菌菌株、含抗生素及不含抗生素的纸片等
4. 方法步骤
（1）分组：将培养基分区、标号
（2）接种：将菌种均匀涂布在培养基上。
（3）控制变量：含抗生素 VS 不含抗生素
（4）培养：培养皿倒置， 37 ℃ 培养12h 。观察大肠杆菌生长情况。
1
2
3
4
含
含
含
不
（5）观测：是否出现抑菌圈，测量直径。
（6）从抑菌圈边缘挑取菌落，重复实验。
1
2
3
4
含
含
含
不
仅凭以上步骤能否判断抗生素对细菌有怎样的选择作用？
探究抗生素对细菌的选择和作用
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
第一代
第三代
第二代
5. 实验结果： 直径逐代变小，说明抗生素对细菌有选择作用，
细菌存活率高， 细菌存活率低。
含
含
含
不
含
含
含
不
含
含
含
不
耐药
不耐药
探究抗生素对细菌的选择和作用
6. 实验结论
（1）细菌耐药性的出现是 导致的。
（2） 导致耐药菌比例逐代提高。
抗生素的选择作用下，保留耐药性强的个体
大肠杆菌存在耐药性不同的变异类型
再次实验，菌落中耐药个体占比增加
可遗传变异
抗生素的选择作用
探究抗生素对细菌的选择和作用
1. 为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
2. 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？
因为抑菌圈边缘存在耐药菌，
且比其它区域耐药菌的占比高。
有利的；有利或有害取决于所处的环境条件。
1
2
3
4
含
含
含
不
思考讨论
3. 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？
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。
思考讨论
1. （多选）利用“抗生素纸片扩散法”观察某细菌在含有抗生素的培养基上的生长状况，可探究抗生素对细菌的选择作用。下列错误的是（ ）
A. 抗生素的使用导致细菌产生了耐药性
B. 细菌基因突变产生了耐药个体是定向变异
C. 从抑菌圈边缘挑取细菌连续培养，后代抑菌圈变大
D. 本实验条件下，细菌的耐药性变异是有利变异
ABC
巩固练习
2. （多选）滥用抗生素往往会导致细菌产生耐药性，下列叙述错误的是(　　 )
A. 种群是细菌进化的基本单位
B. 细菌的抗药性变异来源于细菌的染色体变异
C. 抗生素的定向选择使细菌的抗药基因频率增大
D. 细菌的定向变异决定细菌的进化方向
BD
巩固练习
THANKS