人教2019生物必修2同步课件：6-3 第1课时　种群基因组成的变化(共54张PPT)

(共54张PPT)
6-3 种群基因组成的变化与物种的形成
第1课时　种群基因组成的变化
人教生物必修2同步课件
目 标 素 养
1.认同种群是生物繁殖和进化的基本单位;举例说明种群内的某些可遗传的变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势。
2.利用数学方法,探讨自然选择会导致种群基因频率发生定向改变。阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增加。
3.探究抗生素对细菌的选择作用,初步建立合理使用抗生素的科学观念。
知 识 概 览
一、种群和种群基因库
1.种群
(1)概念:生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。例如,一片树林中的全部猕猴或一片草地上的所有蒲公英都可以看作一个种群。
(2)特点:种群中的雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。种群是生物繁殖的单位。
2.基因库:一个种群中全部个体所含有的全部基因。
3.基因频率
(1)概念:在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因数的比值。
(2)计算
微点拨判断种群的“三要素”
(1)生活在一定区域;
(2)同种生物;
(3)全部个体的集合。
微判断1一个种群中的雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。判断下列相关表述是否正确。
(1)一个池塘中全部的鱼是一个种群。(　　)
(2)一个种群中某个基因占所有基因数的比值叫作基因频率。
(　　)
(3)自然选择过程中,直接受选择的是表型。(　　)
(4)在环境条件保持稳定的前提下,种群的基因频率不会发生变化。(　　)
(5)若亲子代间基因频率不变,基因型频率也一定不变。
(　　)
×
×
√
×
×
微训练1 从某种群中随机抽取200个个体,测得基因型为AA、Aa、aa的个体分别是60个、100个、40个。该种群中A与a的基因频率分别是(　　)
A.80%、20% B.45%、55%
C.55%、45% D.40%、60%
答案:C
解析:由题意可知,该种群抽取的200个个体中,AA=60个, Aa=100个,aa=40个,根据基因频率的概念, A=[(60×2+100)/(200×2)]×100%=55%, a=[(40×2+100)/(200×2)]×100%=45%。
二、种群基因频率的变化
2.可遗传的变异提供了生物进化的原材料的原因
(1)可遗传的变异类型的形成: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。
(2)可遗传的变异的结果:只提供了生物进化的原材料,不能决定生物进化的方向。
3.自然选择对种群基因频率变化的影响
(1)原因:不断淘汰发生不利变异的个体,选择保留发生有利变异的个体。
(2)选择的对象
①直接作用对象:个体的表型。
②最终选择的对象:决定表型的基因。
(3)选择的结果
①基因方面:种群基因频率会发生定向改变。
②生物性状方面:导致生物朝着一定的方向不断进化。
微思考1达尔文在环球考察中发现某岛屿上经常刮大风,岛上的少数昆虫翅膀特别发达,大多数昆虫翅退化。请回答下列问题。
(1)在这个海岛上昆虫翅长差异的根本来源是什么
提示:基因突变。
(2)在这个岛屿上,为什么无翅的昆虫特别多
提示:这种现象产生的原因是自然选择。由于这个岛屿上经常刮大风,有翅能飞但翅膀不够强大的昆虫,常常被大风吹到海里,因而生存和繁殖后代的机会较少,而无翅或残翅的昆虫由于不能飞,就不容易被风吹到海里,因而生存和繁殖后代的机会就多,经过一段时间的自然选择之后,海岛上无翅或残翅的昆虫就特别多。
微判断2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)生物进化的实质是种群基因频率的变化。(　　)
(2)自然选择决定了生物变异和进化的方向。(　　)
(3)从根本上讲,没有突变就没有生物的进化。(　　)
(4)突变具有低频性,不能为生物进化提供原材料。(　　)
(5)有害突变不能成为生物进化的原材料。(　　)
(6)所有变异都不能决定生物进化的方向,但都能提供进化的原材料。(　　)
√
×
√
×
×
×
三、探究抗生素对细菌的选择作用
1.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。
2.实验步骤
微思考2实验过程中为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌
提示:抗生素能够杀死细菌,抑菌圈边缘抗生素浓度较低,可能存在具有耐药性的细菌,因此要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌。
微判断3一般情况下,一定浓度的抗生素会杀死细菌,但变异细菌可能产生耐药性。判断下列有关表述是否正确。
(1)抗生素诱发细菌产生基因突变,使细菌中出现耐药性强的个体。(　　)
(2)实验结束后,应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理。(　　)
(3)纸片放到对应区域后,将培养皿盖上皿盖并保持皿盖向上置于37 ℃的恒温箱中培养。(　　)
×
√
×
微训练2随着全球范围内抗生素的大量使用,耐药菌不断出现,它可以通过多种途径对抗生素产生抗性,抗生素在不久的将来有可能成为一堆废物。下列关于抗生素对细菌耐药性的产生所起作用的叙述,正确的是(　　)
A.抗生素的不断使用,使细菌逐渐适应而产生耐药性
B.细菌的变异是不定向的,抗生素对细菌进行了定向选择
C.细菌的变异是定向的,抗生素对细菌进行了定向选择
D.抗生素使细菌产生了定向变异
答案:B
解析:根据现代生物进化理论可知,细菌耐药性本来就存在,不是抗生素使细菌产生耐药性,且变异是不定向的;耐药性强的原因是抗生素对细菌进行了定向选择。
一 种群基因组成的变化
重难归纳
1.基因频率、基因型频率与基因库的比较
2.突变和基因重组产生进化的原材料
(1)突变和基因重组使种群的基因频率发生不定向的改变。
(2)由于突变和基因重组都是随机的、不定向的,因此它们只提供生物进化的原材料,不能决定生物进化的方向。
(3)变异的有利和有害是相对的,由生存环境决定。
3.自然选择决定生物进化的方向
(1)原理分析
(2)实例分析(桦尺蛾体色进化)
由以上实例可以看出,生物进化实质上是种群基因频率发生改变,即在生物进化过程中某基因的频率如果逐渐增大,反映该基因控制的性状对环境的适应能力较强。
突变一般是有害的,并且发生突变的频率很低,这能为生物进化提供原材料吗
提示:生物变异是否有利,取决于它们的生存环境,有利的变异逐代积累也能导致生物进化。虽然突变的频率很低,但一个种群往往由许多个体组成,而每一个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因,所以在种群中每一代都会产生大量突变,因此突变能为生物进化提供原材料。
典例剖析
1.下列关于种群基因频率的叙述,错误的是(　　)
A.基因频率是指某个基因在某个种群中出现的比例
B.基因频率越大,突变率越高
C.基因突变、基因重组和自然选择会造成基因频率的改变
D.自然选择会使原来同一种群的基因频率向着不同的方向发展
答案:B
解析:某个基因占某个种群中全部等位基因数的比值,叫作基因频率,A项正确。突变率受诱变因素的影响,与基因频率无关,B项错误。由于存在基因突变、基因重组和自然选择等因素,种群的基因频率总是在不断变化的,C项正确。基因频率的定向改变是由自然选择决定的,D项正确。
2.桦尺蛾的体色受一对等位基因控制,其中黑色(S)对浅色(s)为显性。将某桦尺蛾种群分成两组,分别迁移到A、B两个区域,A地是煤炭工业重镇,B地是闭塞的山区,数年后抽样调查,结果如下表所示。
下列有关说法错误的是(　　)
A.A地种群内S基因的频率为89%,B地种群内S基因的频率为6%
B.A地种群内的大部分s基因突变为S基因,故S基因的频率升高
C.从上述材料得知生物进化的方向是由自然选择决定的
D.从上述材料得知生物进化的实质就是种群基因频率的变化
答案:B
解析:由题干中的数据可知,A地种群内S基因的频率=(80×2+18)/(80×2+18×2+2×2)×100%=89%,s基因的频率=1-89%=11%;而B地种群内S基因的频率=(2×2+8)/(2×2+8×2+90×2)×100%=6%,s基因的频率=1-6%=94%。可见A地种群内控制黑色的S基因的频率较高,而B地种群内控制浅色的s基因的频率较高,这些不同与这两个种群的生活环境有关。A地种群生活在污染严重的环境中,而B地种群生活在基本未受污染的环境中,可见生物进化的实质是自然选择使生物的基因频率发生改变。
学以致用 下列有关生物进化的叙述,正确的是(　　)
A.基因突变、基因重组和染色体变异属于可遗传的变异,为生物进化提供了原材料
B.在生物的生存斗争中,失败的个体会被淘汰,这不利于生物的进化
C.自然选择的方向和环境发展的方向之间没有明确的因果关系
D.在稳定的生态系统中,种群的基因频率不会改变
答案:A
解析:突变和基因重组提供了生物进化的原材料,突变包括基因突变和染色体变异,A项正确。在生存斗争中,失败的个体会被淘汰,有利于生物更好地适应环境,有利于生物的进化,B项错误。自然选择决定生物进化的方向,经过自然选择保留下来的个体是适应环境的,C项错误。在稳定的生态系统中,因突变和基因重组等因素的影响,种群的基因频率会发生改变,D项错误。
二 探究抗生素对细菌的选择作用
重难归纳
1.实验结果
与区域①相比,区域②③④纸片周围会出现抑菌圈;区域②③④抑菌圈的平均直径逐代减小。
2.实验结论
①细菌耐药性的出现是发生了可遗传的变异的结果;②抗生素的选择作用导致耐药菌的比例逐渐升高。
3.实验操作的注意事项
(1)无菌操作:培养皿、涂布器、纸片必须进行灭菌处理;实验过程中要防止杂菌的污染,如在培养过程中,将培养皿倒置,可防止皿盖上的水珠落入培养基而造成杂菌污染;实验结束后,应将耐药菌、纸片、培养基等进行高温灭菌处理,以防止耐药菌扩散。
(2)涂布菌液时,要尽量使接种的菌体均匀分布,这样可以减小实验误差。
(3)由于突变的低频性,一次筛选不一定能得到耐药菌,故要连续培养。应从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌进行培养,因为这个部位存在耐药菌的可能性大。经过多次培养筛选后方可得到耐药菌。
一定浓度的抗生素会杀死细菌,有些细菌也会对抗生素产生抗性。请结合“探究抗生素对细菌的选择作用”实验,讨论分析并回答下列问题。
(1)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 怎么理解变异是有利还是有害的
提示:有利的。变异的有利或有害取决于生物所处的环境条件,在本实验的环境条件下,耐药性细菌的存活率高,故为有利变异。判断变异的有利或有害应该以变异是否有利于生物适应所处的环境为标准,而不是看对人类是否有益。
(2)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。这些做法会有什么后果
提示:滥用抗生素会使病菌的耐药基因不断积累,具有耐药性的细菌不断增多,导致抗生素药物失效。
典例剖析 “超级细菌”因具有NDM基因,耐药性极强,现存抗生素均不能有效将其杀灭。下图是超级细菌进化的基本过程。下列分析正确的是(　　)
A.图中a表示细菌的变异,可能是基因突变或基因重组
B.不同性状细菌之间的不同变异是超级细菌进化的必要条件
C.图中b表示的是定向变化过程
D.抗生素的滥用会导致NDM基因的出现和该基因频率的增加
答案:C
解析:细菌不进行有性生殖,不发生基因重组,A项错误。基因频率的变化是超级细菌进化的必要条件,B项错误。抗生素的选择作用使细菌发生定向进化,C项正确。NDM基因的出现是基因突变所致,抗生素的滥用只会使该基因频率增加,D项错误。
特别提醒 (1)抗生素不是诱变因子,因此细菌耐药性变异的产生与抗生素无关。
(2)细菌产生耐药性变异的过程属于基因突变,而基因突变具有不定向性。
(3)滤纸片上的抗生素杀死了其周围的细菌,使其不能形成菌落而出现抑菌圈。
学以致用
抗生素是一类抵抗病原体的药物,被人们广泛应用。由于抗生素的滥用,在治疗疾病的同时也产生了超级细菌,使抗生素的作用减弱。下列相关叙述正确的是(　　)
A.细菌的耐药性是在抗生素诱导下产生了基因突变导致的
B.抗生素不仅对细菌起作用,对病毒也具有同等疗效
C.不同抗生素对细菌进化形成超级细菌起到了选择作用
D.减少超级细菌的形成就要杜绝抗生素的使用
答案:C
解析:细菌耐药性的产生与抗生素的使用无关,抗生素只是起选择作用,A项错误,C项正确。抗生素是由微生物或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物,能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质,故抗生素的作用对象是细胞类生物,而不是病毒,B项错误。减少超级细菌的形成不是要杜绝抗生素的使用,而是要控制抗生素的滥用,D项错误。
1.下列有关种群的叙述,错误的是(　　)
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
C.种群是同种个体的机械集合
D.种群是生物繁殖的基本单位
答案:C
解析:同一种群的不同个体相互联系,并通过交配保持一个共同的基因库,因此,种群不是同种个体的机械集合。
2.现代生物进化理论与达尔文进化理论的观点不同的是
(　　)
A.可遗传的变异是生物进化的原材料
B.自然选择决定生物进化的方向
C.种群基因频率的改变是生物进化的实质
D.自然选择是环境对生物的选择
答案:C
解析:达尔文进化理论认为遗传和变异是生物进化的内在因素,生物产生了变异以后,由自然选择决定其生存或淘汰,因此自然选择决定生物进化的方向,且自然选择是环境对生物的选择,因此A、B、D三项都符合达尔文进化理论的观点。达尔文进化理论不能科学地解释遗传和变异的本质,C项只是现代生物进化理论的观点。
3.下列哪项不是生物进化的原材料 (　　)
A.基因突变　　　　　 B.基因重组
C.不可遗传的变异 D.染色体变异
答案:C
解析:突变和基因重组为生物进化提供了原材料,其中突变又包括基因突变和染色体变异。
4.某相对独立的海岛上,原有果蝇20 000只,其中基因型为AA、Aa和aa的果蝇分别占15%、55%和30%。若此时从岛外入侵了2 000只基因型为AA的果蝇,且所有果蝇均随机交配,则理论上F1中A的基因频率约是(　　)
A.43%　　 B.48%
C.52% 　 D.57%
答案:B
解析:原海岛上基因型为AA的果蝇的数量为20 000×15%= 3000(只),基因型为Aa的果蝇数量为20 000×55%=11 000(只),基因型为aa的果蝇数量为20 000×30%=6 000(只),入侵2 000只基因型为AA的果蝇后,基因型为AA的果蝇数量为5 000只,该岛上果蝇种群总数量为22 000只,所以各种基因型的果蝇的基因型频率分别为AA=5 000÷22 000=5/22, Aa=11000÷22000=11/22=1/2,aa=6 000÷22 000=6/22=3/11,故A的基因频率=[5/22+(1/2)×(1/2)]×100%≈48%。
5.某地区从1964年开始使用杀虫剂杀灭蚊子幼虫,至1967年中期停用。下图是五年间蚊子幼虫基因型频率的变化曲线。R表示杀虫剂抗性基因,S表示野生敏感型基因。据图回答下列问题。
(1)R基因的出现是　　　　　　的结果。
(2)在RR基因型频率达到峰值时,RS、SS基因型频率分别为4%和1%,此时R基因的频率为　　　　。
(3)1969年中期RR基因型几近消失,表明在不再使用杀虫剂的环境条件下,RR基因型幼虫比SS基因型幼虫的生存适应能力　　　　。
(4)该地区从此不再使用杀虫剂,预测未来种群中,最终频率最高的基因型是　　　　,原因是　 　。
答案:(1)基因突变
(2)97%
(3)低
(4)SS　在不使用杀虫剂的环境下,持续的选择作用使R基因频率越来越低
解析:(1)R基因的出现是基因突变的结果。(2)在RR基因型频率达到峰值时,RS、SS基因型频率分别为4%和1%,此时RR基因型频率为1-4%-1%=95%,R基因的频率为95%+(1/2)×4%=97%。(3)1969年中期RR基因型几近消失,表明在不再使用杀虫剂的环境条件下,RR基因型幼虫比SS基因型幼虫的生存适应能力低。(4)该地区从此不再使用杀虫剂,野生敏感型占优势,预测未来种群中,最终频率最高的基因型是SS;原因是在不使用杀虫剂的环境下,持续的选择作用使R基因频率越来越低。