6.3.1种群基因组成的变化 课件(共39张PPT) 生物人教版（2019）必修2

(共39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
问题探讨
如果在灰色翅（基因型为aa)昆虫的群体中，偶然出现一只绿色翅（基因型为Aa）的变异个体，且绿色比灰色更不容易被敌害发现。
讨论题目：
1.根据达尔文“适者生存、不适者淘汰”的观点，该绿色个体一定能被选择下来吗？
——不一定，达尔文“适者生存，不适者被淘汰”针对的是个体，个体会死亡
2.如果该绿色个体（Aa）能很好的生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给后代？请写出遗传图解
出现有利变异个体内的有利基因，只有在群体中，通过有性生殖才能世代延续。另外有利变异个体的后代不一定能真实遗传。
X
AA
Aa
绿翅
AA
绿翅
（3）
P:
Aa
绿翅
配子
A a
A
F1:
绿翅
aa
灰翅
X
Aa
Aa
绿翅
AA
绿翅
（2）
Aa
配子
A a
A a
Aa
绿翅
P:
F1:
绿翅
绿翅
（1）
aa
灰翅
Aa
绿翅
配子
A a
a
F1:
×
Aa
aa
P:
绿翅
绿翅
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，还必须研究群体的基因组成变化。
这个群体就是种群！
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
【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？
①种群中的个体具有年龄和性别的差异，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 将各自的 传递给后代
繁殖
基因
②种群不仅是生物 的基本单位, 也是生物 的基本单位
进化
繁殖
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。
判断：
1.一只小狗的全部基因是一个基因库( )
2.种群中每个个体含有种群基因库的全部基因( )
×
×
一、种群和种群基因库
4. 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。
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。
A+a
A
×100%
A%＝
AA+Aa+aa
AA
×100%
AA%＝
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：
常染色体：每个个体含决定一对相对性状的基因有两个
思考: 如何计算种群A、a的数目
A+a = 2×AA + 2×Aa + 2×aa =200
A = 2×AA + 2×Aa×1/2 =120
A = 120/200 ×100%= 60%
伴X遗传：女性每个个体两个基因，男性只含一个基因
例:某工厂有男女职工各200人，对他们进行调查时发现, 女性色盲基因的携带者(XBXb)有15 人, 患者(XbXb)5人, 男性患者(XbY)11人。那么，这个群体中色盲基因的基因频率是( ) A.6% B.5.8% C.12% D.3%
A
方法二：通过基因型频率计算
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
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？
例2: AA、Aa、aa三种基因型个体分别占24%、72%、4%，那么A的基因频率是( )
A. 36% B. 57% C. 24% D. 60%
D
基因频率 = 纯合子基因型频率 + 1∕2杂合子基因型频率
练习：1.德国小蠊(二倍体)是常见的室内昆虫。随机取
样的德国小蠊个体中，ss个体数为6，SS个体数为26，
Ss个体数为18。则s的基因频率为( )
A. 0.26　 B. 0.3 C. 0.46 D. 0.58
2.基因型为BB的个体占18%、Bb的个体占78%，基因B和b的基因频率分别是( )
A.18%　82% B.36%　64% C.57%　43% D.92%　8%
B
C
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( ) A( ) a( ) a( )
子代基因型频率 AA( ) Aa( ) aa( )
子代基因频率 A( ) a( ) 1、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。
亲代基因型的频率 AA（30%） Aa（60%） aa（10%）
配子的比率 A（ ） A( ) a( ) a( )
子一代基因型频率 AA（ ） Aa( ) aa( )
子一代基因频率 A（ ） a( ) 子二代基因型频率 AA（ ） Aa( ) aa( )
子二代基因频率 A（ ） a( ) 30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
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
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。
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自然选择对翅型性状没有作用；
⑤基因A和a都不产生突变，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡。
一、种群基因组成的变化
若种群中一对等位基因为A和a，设A的基因频率=p，a的基因频率=q。(p＋q)=1，则（p+q2)=p2+2pq+q2=1。
AA基因型频率=p2；aa基因型频率=q2；Aa基因型频率=2pq。
A（p） a( q )
A（ p） AA（p2） Aa(pq)
a ( q ) Aa（pq） aa(q2)
雌配子
雄配子
F1基因型频率
6、 遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）
一、种群基因组成的变化
例3：在某一足够大可自由交配的种群中，已调查得知，隐性性状者占16% (等位基因用A、a表示) ，那么AA、Aa二种基因型个体的频率分别为( )
A.0.36、0.48 B.0.36、0.24
C.0.16、0.48 D.0.48、0.36
A
【思考】当某种群交配方式为自交时，基因频率和基因型频率怎么变？
3.某植物种群中，AA基因型个体占30%，aa基因型个体占20%。若该种群植物自交，后代中AA、aa基因型个体出现的频率以及A、a基因频率分别为( )
A.55%、45%、45%、55% B.55%、45%、55%、45%
C.42.5%、32.5%、45%、55% D.42.5%、32.5%、55%、45%
D
总结:
若种群中个体间自由交配, 则后代中的基因频率和基因型频率均不变;
若种群中个体自交, 则后代中的基因频率不变, 而基因型频率发生改变。
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。
什么会引起种群基因频率改变呢？
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？
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
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
二、种群基因频率的变化：
2、突变（基因突变和染色体变异）和基因重组产生进化的原材料。
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？
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
会。因为树干变黑后，浅色个体容易被发现，被捕食的概率增加，许多浅色个体可能在没有交配，产卵前就已被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率。
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 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；
基因型并不能在自然选择中起直接作用，因为天敌在捕食桦尺蛾时，看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因。
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
种群基因频率的改变，标志着生物的进化。
3. 碳青霉烯类抗生素是治疗重度感染的一类药物。右表为2005—2008年，该类抗生素在某医院住院患者中的人均使用量，以及从患者体内分离得到的某种细菌对该类抗生素的耐药率变化。据表回答下列问题。
（1）试从进化的角度解释耐药率升高的原因。
随着抗生素人均使用量的增加，不耐药的细菌生存和繁殖的机会减少，耐药菌生存和繁殖的机会增加，耐药性基因在细菌种群中的基因频率逐年上升。
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。
D
4、蜗牛的有条纹(A)对无条纹(a)为显性。在一个地区的蜗牛种群内,有条纹(AA)个体占55%，无条纹个体占15%，若蜗牛间进行自由交配得到F1，则A基因的频率和F1中Aa基因型的频率分别是(　　)
A.30%，21%　　　 B.30%，42%
C.70%，21%　　 D.70%，42%
巩固练习
D
5、在非洲人群中，约每10 000个人中有4个人患囊性纤维原癌，该病属于常染色体遗传。一对正常夫妇生有一患病的孩子。此后，该妇女与另一健康男性再婚，他们所生的孩子患此病的概率是(　　)
A．1/25 B．1/50 C．1/100 D．1/102
巩固练习