6.3种群基因组成的变化与物种的形成【精讲课】（共49张PPT）2022-2023学年高一生物同步高效优质课件（人教版2019必修2）

(共49张PPT)
6.3种群基因组成的变化与物种的形成
种群和种群基因库
种群：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。（教材P110）
一片树林中的全部猕猴
一个非洲象种群（部分个体）
一片草地上的所有蒲公英
种群和种群基因库
种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是一个彼此可以交配 实行基因交流，并通过繁殖将各自的基因传给后代的繁殖单位！
1.种群基因库
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。
一个种群中全部个体所含有的基因总和。
2. 基因频率
一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。
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%
一个种群基因库中，某基因型个体数占全部个体数的比值。
3. 基因型频率
例1：某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，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？
A基因频率为:
a基因频率为：
= 40%
A% =
×100%
2×AA＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
a% =
= 60%
2×aa＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
×100%
方法一：概念法：
种群基因频率
例1：某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，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？
种群基因频率
方法二：通过基因型频率计算基因频率
A基因频率 = AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率
A基因频率= 30%+1/2×60% = 60%
a基因频率 = 10%+1/2×60% = 40%
AA基因型频率为: 30%
Aa基因型频率为: 60%
aa基因型频率为: 10%
a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率
b基因频率= ×100%
例2：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%
基因频率=
某基因的数目
控制该性状的等位基因总数
× 100%
种群基因频率
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)将计算结果填入右表，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，种群基因频率是否不变
用数学方法讨论基因频率的变化
思考·讨论
亲代基因型的比值 AA Aa aa
配子的比值 A（ ） A（ ） a（ ） a（ ）
子代基因型频率 AA（ ） Aa（ ） aa（ ）
子代基因型频率 A（ ） a（ ）
种群基因频率
种群基因频率
【思考·讨论】用数学方法讨论基因频率的变化
1.假设的昆虫群体满足以下五个条件：
①昆虫群体数量足够大
②雌雄个体都能自由交配产生后代
③没有迁入与迁出
④没有自然选择（不同翅色的个体生存和繁殖机会是均等的）
⑤A和a都不产生突变,即没有基因突变和染色体变异。
亲代基因型的比值 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
配子的比值 A( ) A( ) a( ) a( )
子一代基因型频率 AA( ) Aa( ) aa( )
子一代基因频率 A( ) a( )
30%
30%
30%
10%
40%
60%
16%
48%
36%
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？
一样。
种群基因频率
满足上述五个条件的种群中，各等位基因的基因频率和基因型频率在一代代遗传中都是稳定不变的，或者说保持着遗传平衡状态。
遗传平衡定律
（哈代-温伯格定律）
设A的基因频率为p,a的基因频率为q
雌配子 雄配子 A(p) a(q)
A(p)
a(q)
AA(p2)
Aa(pq)
Aa(pq)
aa(q2)
(p＋q)2=p2＋2pq＋q2=1
(A＋a)2=AA＋Aa＋aa=1
上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的：
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自然选择对翅型性状没有作用
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？你能举出哪些实例？
所以从理论上分析，种群基因频率会发生改变，生物的进化是必然的。
种群基因频率
问题1：种群中个体性状特征都相同吗？
资料：人有23对染色体，所含基因在35000对左右，每种生物个体平均约有10%的基因座位是杂合的，物种可能平均有30%左右的座位上有不同的等位基因。这些等位基因通过有性生殖可以形成数量巨大的基因型。
自然选择对种群基因频率变化的影响
问题2：性状特征有差异的个体生存和繁殖能力相同吗？
自然选择对种群基因频率变化的影响
长颈鹿
的祖先
大量长颈鹿
后代长颈鹿出现差异
(长颈长腿)
长颈长腿的长颈鹿存活
现代长颈鹿
过度繁殖
遗传变异
生存斗争
适者生存
自然选择对种群基因频率变化的影响
问题3：环境如何影响生物性状的发展方向
第一代个体
较符合要求的个体
第二代个体
更符合要求的个体
选择
繁殖
选择
繁殖
微小变异
显著变异
积累
自然选择对种群基因频率变化的影响
第n代个体
问题3：环境如何影响生物性状的发展方向
1850年
1950年
工业革命，树干熏黑
模拟材料：
白色圆形磁力片——模拟浅色桦尺蠖
白色大卡纸——模拟未污染的环境
模拟材料：
黑色圆形磁力片——模拟深色桦尺蠖
黑色大卡纸——模拟工业污染后的环境
活动1：以小组为单位，在白色或黑色卡纸上放上若干白色或黑色圆形磁力片，模拟桦尺蠖在浅色或深色环境下的生存情况（注意：无字母的一面朝上，数量自己拟定）
自然选择对种群基因频率变化的影响
ss
SS、Ss
ss
SS、Ss
工业革命前：浅色个体多
工业革命后：黑色个体多
为什么？
工业革命后，环境被污染，黑色个体存活率增大。
自然选择对种群基因频率变化的影响
环境选择的是基因型还是表现型？
环境起到了选择的作用（对表型进行选择），环境的变化可以 使种群中优势性状的个体比例增加，从而使生物性状朝一个方向发展。
自然选择对种群基因频率变化的影响
活动2：将每张圆形磁力片有字母的一面朝上，观察基因型
Q1：在你们组的种群中，SS、Ss和ss基因型频率和S、s基因频率分别是多少？
Q2：比较不同颜色卡纸上的S和s基因频率，你有什么发现？
自然选择对种群基因频率变化的影响
1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS10%，Ss20%，ss70%，S基因的频率为20%。
树干变黑后，假如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%。
以后每年的基因型频率各是多少 每年的基因频率是多少
频率 第1年 第2年 第3年 第4年 ……
基因型频率 SS 10% 11.5% 13.1% 14.7%
Ss 20% 22.9% 26% 29.2%
ss 70% 65.6% 60.9% 56.1%
基因 频率 S 20% 23% 26.1% 29.3%
s 80% 77% 73.9% 70.7%
升高
降低
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，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断提高；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。（教材P114）
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。
生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。
自然选择对种群基因频率变化的影响
进化的本质：种群基因频率的改变
生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。
可遗传变异
各种变异类型
自然选择
种群基因频率
定向改变
生物向着一定方向进化
进化的原材料
提供
进化的方向
决定
还有什么因素会使
种群基因频率变化呢？
讨论：
Q1：有10%个体基因型由SS变成Ss，S和s的基因频率？
Q2：由于工业减碳，森林环境越来越好，吸引一批浅色桦尺蠖的迁入，S和s的基因频率？
Q3：在一个很小的种群中，浅色桦尺蠖幼年存活率更低，S和s的基因频率？
Q4：若黑色桦尺蠖更容易被雌性桦尺蠖，产生更多后代，S和s的基因频率？
种群基因频率变化的影响因素
【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：
生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那么，它为什么
能够作为生物进化的原材料呢？（教材P112）
①突变和基因重组：生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，但是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，每一代就会产生大量的突变。
2×1.3×104×10-5×108=2.6×107（个）
种群基因频率变化的影响因素
②有性生殖过程中的基因重组：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
种群基因频率变化的影响因素
可遗传的变异
不可遗传的变异
基因突变
染色体变异
基因重组
突变
变异
但是！染色体片段的易位和倒位只改变基因在染色体上的 排列顺序，不改变基因种类和比例，不会直接引起基因频率改变
基因突变产生新的等位基因，可使种群的基因频率发生变化。
种群基因频率变化的影响因素
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
种群基因频率变化的影响因素
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。
某海岛上残翅和无翅的昆虫
超级细菌的产生
种群基因频率变化的影响因素
③环境的选择“自然/人为”
自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律
交配方式 基因频率 基因型频率
自交
自 由 交 配 处于遗传平衡
不处于遗传平衡
改变
纯合子增多杂合子减少
不改变
改变
不改变
不改变
不改变
种群基因频率变化的影响因素
④非“随机（自由）交配”
探究·实践---探究抗生素对细菌的选择作用
探究·实践---探究抗生素对细菌的选择作用
2. 实验原理
一定浓度的抗生素会杀死细菌，
变异的细菌可能产生耐药性。
向培养基中添加抗生素，耐药菌
有可能存活下来。
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。
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？
如何判断细菌是否存活？
3. 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·实践---探究抗生素对细菌的选择作用
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
第一代
第三代
第二代
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·实践---探究抗生素对细菌的选择作用
1、用记号笔在培养皿的底部画线，将培养基分为四个区，标号
2、将细菌涂布在培养基平板上
探究·实践---探究抗生素对细菌的选择作用
3、①号区域的中央放置不含抗生素纸片和②③④号区域的中央分别放置含有抗生素的纸片
4、将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h
探究·实践---探究抗生素对细菌的选择作用
5、观察并测量抑菌圈直径,并取平均值
6、从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤
探究·实践---探究抗生素对细菌的选择作用
抗生素对细菌有选择作用，抗生素对细菌抑制作用越来越弱。
抑菌圈直径/cm
第一代 第二代 第三代
1 2.26 1.89 1.62
2 2.41 1.91 1.67
3 2.42 1.87 1.69
平均值 2.36 1.89 1.66
组别
探究·实践---探究抗生素对细菌的选择作用
1、为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
有利的，基因突变具有随机性和不定向性，有利或有害取决于所处的环境条件，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。有利于细菌的变异对人类是有害的，面对不同的主体，应辩证地看待变异的有利有害性。
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，因此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？
探究·实践---探究抗生素对细菌的选择作用
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。
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？
结论：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。
探究·实践---探究抗生素对细菌的选择作用
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。
它们是同一个物种吗？
隔离在物种形成中的作用
★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。
物种：能给自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物（教材P116）
物种与种群的区别：
① 同一物种可以分布在不同区域；种群是同一区域内的同一物种的全部个体
② 种群是物种繁殖和进化的基本单位。
隔离在物种形成中的作用
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。
隔离在物种形成中的作用
达尔文在环球考察中观察到一个奇怪的现象。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。
隔离在物种形成过程中的作用
隔离在物种形成中的作用
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。
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。
隔离在物种形成过程中的作用
加拉帕戈斯群岛的地雀
隔离在物种形成中的作用
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？
隔离在物种形成过程中的作用
总结：
① 地理隔离是物种形成的量变阶段，生殖隔离是物种形成的质变时期。隔离是物种形成的必要条件。
② 生殖隔离是物种形成的关键，是物种形成的最后阶段，是物种间的真正界限。
隔离在物种形成中的作用
隔离在物种形成中的作用
地雀祖先
突变
基因重组
突变
基因重组
种群基因频率定向改变
种群基因频率定向改变
自然选择
岛屿1
岛屿2
地理隔离
地雀1
地雀2
生殖隔离
总结：
隔离是物种形成的必要条件。
地理隔离-------物种形成的 阶段，
生殖隔离------- 时期、物种形成的 和 。
量变
质变
关键
标志
地雀祖先
岛屿1
岛屿2
突变
基因重组
突变
基因重组
种群基因频率定向改变
种群基因频率定向改变
地雀1
地雀2
自然选择
物种形成的三个基本环节：
① （ ）提供原材料。
② （ ）使基因频率发生定向改变。
③ （ ）是物种形成的必要条件。
地理隔离
生殖隔离
突变和基因重组
自然选择
隔离
隔离在物种形成中的作用
不是。多倍体的形成不需经地理隔离。
物种A
物种B
杂交
杂种植物
染色体加倍
异源多倍体
通过长期地理隔离而实现生殖隔离，是否是新物种形成的唯一方式呢？
隔离在物种形成中的作用
隔离在物种形成中的作用
思考：生物的进化一定能形成新物种吗？
物种形成 生物进化
标志
变化后生物与原生物的关系
二者联系
不一定
生殖隔离出现
基因频率改变
属于不同物种
可能属于同一物种；
也可能属于不同物种
只有不同种群的基因库产生明显差异，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