6.3 种群基因组成的变化与物种的形成（人教版2019必修2）(课件共46张PPT)

(共46张PPT)
第6章 生物的进化
第3节 种群基因组成的变化与物种的形成
学习目标
1.阐述种群、种群基因库、基因频率等概念的内涵,会用数学方法讨论自然选择使种群基因频率发生改变的过程。（科学思维、科学探究）
2.阐明自然选择对种群基因频率变化的影响。（生命观念、科学思维）
3.通过探究抗生素对细菌的选择作用,理解耐药菌的出现是可遗传变异的结果,耐药菌比例的增大是抗生素选择的结果。（科学思维、社会责任）
4.明确隔离在物种形成中的作用。（生命观念、科学思维）
自主预习·悟新知
合作探究·提素养
深化拓展·育技能
一、种群和种群基因库
1.种群:生活在一定区域的①________生物②____________的集合。
同种
全部个体
2.判断下列生物群体是否属于种群。
（1） 一个池塘中的全部鲫鱼( )
√
（2） 一个池塘中的全部鱼( )
×
（3） 一片草地上的全部植物( )
×
（4） 一片草地上的全部蒲公英( )
√
3.种群基因库:一个种群中③________个体所含有的④________基因。
全部
全部
4.基因频率:在一个种群基因库中,某个基因占⑤__________________的比值。
全部等位基因数
自主预习·悟新知
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5.基因型频率：某特定基因型的个体在全部个体中所占的比值。
二、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
1.种群基因频率的变化
（1） 可遗传变异的来源突变（包括⑥____________和⑦______________）和⑧____________。
基因突变
染色体变异
基因重组
（2） 可遗传变异的形成、特点和作用
形成: .⑨____________产生新的等位基因; .通过有性生殖过程中的基因重组,可以形成多种多样的⑩__________。
特点:随机的、 ____________。
作用:提供生物进化的 __________,不能决定生物进化的 ________。
基因突变
基因型
不定向的
原材料
方向
（3） 变异的有利和有害是相对的,是由 ____________决定的。
生存环境
2.自然选择对种群基因频率变化的影响
（1） 原因: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 ____________;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 ________。
不断提高
下降
（2） 结果:在自然选择的作用下, __________________会发生定向改变,导致生物朝着一定的方向不断进化。
种群的基因频率
三、探究抗生素对细菌的选择作用
1.实验目的：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: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 __________。在实验室连续培养细菌时,如果向培养基中添加抗生素, __________有可能存活下来。
耐药性
耐药菌
3.实验步骤
步骤1 分组、编号、做标记 用记号笔在培养皿的 ________画2条 ____________的直线,将培养皿分为4个区域,分别标记为① ④
步骤2 接种 对照组:取少量细菌的培养液,用 ________________（或无菌棉签）均匀地涂抹在 ________________
步骤3 自变量控制 实验组:用无菌的镊子先夹取1张 ______________的纸片放在 ____________的中央,再分别夹取1张抗生素纸片放在 _______________的中央,盖上皿盖
步骤4 培养 将培养皿倒置于 的恒温箱中培养
步骤5 因变量观测 观察培养基上纸片附近是否出现 __________。如果有,测量和记录 __________的直径,并取平均值
步骤6 重复实验 从 ______________的菌落上挑取细菌,接种到已灭菌的 ______________中培养,重复步骤 。如此重复几代,记录每一代培养物抑菌圈的直径
底部
相互垂直
无菌的涂布器
培养基平板上
不含抗生素
①号区域
②~④号区域
抑菌圈
抑菌圈
抑菌圈边缘
液体培养基
四、隔离在物种形成中的作用
1.物种:能够在自然状态下相互交配并且产生 ________后代的一群生物。物种是生物分类的基本单位。
可育
2.隔离
（1） 概念:不同群体间的个体在自然条件下 ________不能自由交流的现象。
基因
（2） 常见类型
类型 发生范围 结果
生殖隔离 不同物种间 .不能相互 ________
.即使交配成功,也不能产生 ____________
地理隔离 ________生物 使种群间不能发生 ____________
交配
可育后代
同种
基因交流
3.隔离在物种形成中的作用: ________是物种形成的必要条件。
隔离
4.判断下列关于种群基因组成的变化与物种的形成的知识是否正确。
（1） 若亲子代间基因频率不变,基因型频率也一定不变。( )
×
（2） 基因突变产生新的等位基因,可为生物进化提供原材料。( )
√
（3） 种群是生物进化的基本单位,自然选择的直接选择对象是个体的表型。( )
√
（4） 二倍体西瓜和四倍体西瓜通过杂交可以产生三倍体西瓜,因此二倍体西瓜和四倍体西瓜是同一物种。( )
×
（5） 不同种群间的个体不能进行基因交流,说明种群间存在生殖隔离。( )
×
（6） 生殖隔离一旦形成就成了不同的物种。( )
√
任务1 探究种群基因组成的变化
活动1 用数学方法理解种群基因频率的变化
1.种群的基因库是一直不变的吗？试分析原因。
提示 不是。基因突变,染色体变异,自然选择,种群个体的迁入、迁出等都会使种群的基因库发生改变。
合作探究·提素养
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2.某桦尺蛾种群中,黑色体色的基因为 ,浅色体色的基因为 ,抽样调查100个个体,测得基因型为 、 、 的个体数分别为10、 、70个。假设该桦尺蛾种群数量非常大;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;不同体色的个体生存和繁殖的机会是均等的; 和 基因都不产生突变。请回答下列问题：
（1） 该种群中 、 基因的频率各是多少？子一代基因型频率是多少？
提示 基因的频率 , 基因的频率 。子一代基因型频率： 占 , 占 , 占 。
（2） 子一代种群的基因频率各是多少？
提示 子一代种群中, 基因的频率为 , 基因的频率为 。
（3） 子二代、子三代以及若干代以后,种群的基因频率会与子一代一样吗？请完成下表：
亲代基因型的比值
配子的比值
子一代基因型频率
子一代基因频率 子二代基因型频率 （____________） （________） （________）
子二代基因频率 （________） （________）




提示 子二代、子三代以及若干代以后,种群的基因频率与子一代一样。
3.请根据图示,结合课本相关内容,回答下列问题：
（1） 在树干变黑的环境下,浅色桦尺蛾易被天敌发现和捕食,基因型为 的个体越来越少,基因型为 和 的个体越来越多,决定黑色性状的 基因频率越来越____________,决定浅色性状的 基因频率越来越______。发生上述变化的原因是环境变化了,即____________决定生物进化的方向。
高
低
自然选择
（2） 对桦尺蛾种群来说,在自然选择过程中直接受选择的是______________,因为天敌看到的是性状,而不是控制性状的基因。
表型
（3） 所有的变异都能导致种群基因频率的改变吗？为什么？
提示 不是。只有可遗传的变异才能影响种群基因的组成,才能改变基因频率。
（4） 桦尺蛾种群中发生的可遗传变异有______________（包括基因突变和染色体变异）和____________。
突变
基因重组
（5） 突变具有低频性,它还能为生物进化提供原材料吗？为什么？
提示 能。虽然突变的频率低,但一个种群往往由许多个体组成,而每个个体的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。
（6） 有人认为“发生在体细胞中的基因突变不能传递给后代,因此不能为生物进化提供原材料”,这种说法________________（填“正确”或“不正确”）,因为_______________________________________________________________________________。
不正确
发生在体细胞中的突变,可以通过无性繁殖的方式传递给后代,能为生物进化提供原材料
（7） 生物进化的实质是什么？如何判断一个种群是否发生了进化？
提示 生物进化的实质是种群基因频率的改变。 判断的依据是种群基因频率是否发生改变。
1.相关概念的比较
比较项目 含义 变化后与进化的关系
基因型频率 生物不一定进化
基因频率 生物进化
基因库 一个种群中全部个体所含有的全部基因 可导致生物进化,它的变化是形成新物种的前提
认知生成
（1）根据定义计算基因频率
某基因频率 。
例如,A基因的频率 。
（2）根据基因型频率计算基因频率
①常染色体上基因频率的计算
一对等位基因中某基因的频率＝该基因纯合子的基因型频率 杂合子的基因型频率。
例如,A基因的频率 的基因型频率 的基因型频率。
2.基因频率和基因型频率的有关计算
② 染色体上基因频率的计算
例如,某种群中基因型有 、 、 、 、 , 基因的频率＝
。
例1 桦尺蛾的体色受一对等位基因控制,其中黑色 对浅色 为显性。将某桦尺蛾种群分成两组,分别迁移到甲、乙两个区域中,甲地是煤炭工业重镇,乙地是闭塞的山区,数年后抽样调查,结果如下表所示。下列有关说法不正确的是( )。
区域
甲 80 18 2
乙 2 8 90
A.甲地 基因的频率为 ,乙地 基因的频率为
B.甲地的大部分 基因突变为 基因,故 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是种群基因频率的变化
B
[解析] 由题表数据可知,甲地种群内 基因的频率 , 基因的频率 ;而乙地种群内 基因的频率 , 基因的频率 ,A正确。甲地种群内控制黑色的 基因的频率较高,而乙地种群内控制浅色的 基因的频率较高,这些不同与这两个种群的生活环境有关,甲地种群生活在污染严重的环境中,而乙地种群生活在基本未受污染的环境中,B不正确,C、D正确。
对点练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导致基因频率的改变
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
B
[解析] 在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因数的比值,叫作基因频率,A正确;基因频率越大,突变的个体数越多,而突变率一般是不变的,B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正确;基因频率的定向改变是由自然选择决定的,D正确。
对点练2.据调查,某学校的学生中,基因型的比例为 、 、 、 、 ,则 和 的基因频率分别为( )。
A. 、 B. 、 C. 、 D. 、
D
[解析] 、 的总数为 , 的数量为 , 的基因频率为 , 的基因频率为 ,故选D。
任务2 探究抗生素对细菌的选择作用
活动2 实验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？抗生素纸片周围的抑菌圈的直径为什么会逐代变小？
提示 一定浓度的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。因为经过抗生素的持续多代筛选,细菌的耐药性越来越强,抗生素抑制细菌生长的作用越来越弱,抑菌圈的直径越来越小。
2.在本实验的培养条件下,耐药菌所产生的变异是有利的还是有害的？你怎么理解变异是有利的还是有害的？
提示 有利的,基因突变具有随机性和不定向性,突变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。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。
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？
提示 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,导致抗生素失效。另外,滥用抗生素,会大量杀死体内正常细菌,造成体内菌群失调。
1.原理:一般情况下,一定浓度的抗生素会杀死细菌,但变异的细菌可能具有耐药性。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.结果与讨论：抑菌圈的直径大小与细菌的耐药性强弱有关,抑菌圈越小,细菌的耐药性越强。连续培养几代后,抑菌圈的直径不断变小,说明抗生素对细菌的耐药性变异进行了选择。
3.结论:抗生素对细菌具有定向选择作用。
认知生成
例2 超级细菌是指对多数抗生素具有耐药性的细菌,它能让抗生素失效,造成人体严重感染。下列关于超级细菌的叙述,不符合达尔文进化观点的是( )。
A.超级细菌对多数抗生素具有耐药性,是抗生素不断选择的结果
B.细菌中原来就存在对抗生素具有耐药性的个体
C.抗生素的选择和细菌的变异都是定向的
D.新品种抗生素的使用会影响超级细菌的进化
C
[解析] 细菌中本来就有对抗生素具有耐药性的和不具有耐药性的个体,在抗生素的使用过程中,具有耐药性的细菌存活下来,并将这种耐药性遗传给下一代,不具有耐药性的细菌死亡,所以超级细菌对多数抗生素具有耐药性,是抗生素不断选择的结果,A、B不符合题意;抗生素的选择是人为条件下的选择,是定向的,但细菌的变异是不定向的,C符合题意;环境的定向选择作用决定着生物进化的方向,环境因素发生改变,会影响生物进化的方向,所以新品种抗生素的使用会影响超级细菌的进化,D不符合题意。
对点练3.某种药物问世时,可治疗病毒性感冒,并且治疗效果很好,但几年后疗效降低。其根本原因可能是( )。
A.病毒接触药物后,慢慢地产生了抗药性
B.病毒为了适应环境,产生了抗药性变异
C.经药物的选择,抗药性个体逐渐增多,抗药性不断增强
D.药量用得过少,病毒产生了抗药性变异
C
[解析] 病毒的抗药性不是因接触药物而诱发的,也不是为了适应有药物的环境而“主动”产生的。病毒本身会发生各种各样的变异,在没用该药物的时候,抗该药物的变异类型就已经存在,只是在没使用该药物前显示不出其生存优势;当使用该药物后,药物的选择作用使这种变异类型的个体在生存斗争中被保留下来,并繁殖后代,其抗药性不断增强,使药物疗效降低。
任务3 探究隔离在物种形成中的作用
活动3 借助案例分析隔离在物种形成中的作用
1.如何判断两种动物是不是同一物种？
提示 设计杂交实验,看两者能否相互交配,能否产生可育后代,即是否存在生殖隔离。不同物种之间一般不能相互交配,即使交配成功也不能产生可育后代。
2.结合课本117页“思考·讨论”,回答下列问题：
（1） 13种地雀的喙差别很大,与什么因素有直接关系？
提示 不同岛屿的环境不同,地雀的食物不同。
（2） 这些地雀的共同祖先刚迁徙到13个岛屿上的时候所需食物是否相同？什么原因使得后来发生很大差异？
提示 所需食物相同。外因：地理隔离、自然选择。内因：种群基因频率发生改变。
（3） 仙人掌地雀和树栖的地雀是同一物种吗？是什么阻碍它们的基因交流？
提示 不是。生殖隔离和地理隔离。
（4） 总结物种形成的三个环节：________________________、____________、________。请归纳结论：________是物种形成的必要条件。
突变和基因重组
自然选择
隔离
隔离
（5） 物种的形成必须经过长期的地理隔离吗？能否在短时间内就形成生殖隔离？请举例说明。
提示 不是必须的。可以短时间内形成生殖隔离,如用低温或秋水仙素处理萌发的二倍体西瓜种子或幼苗即可获得四倍体西瓜,四倍体西瓜是新物种,没有经过长期的地理隔离。
1.隔离的类型
（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,叫作地理隔离。比如两个池塘中的鲤鱼。
（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。生殖隔离产生的根本原因是种群基因库的差异。生殖隔离的形式有很多,如动物因求偶方式、繁殖期的不同,植物因开花季节、花的形态的不同等造成的不能交配的现象都是生殖隔离。虽然有些种群之间能够交配,但胚胎在发育的早期就会死去,或产生的杂种后代没有生殖的能力,这种现象也是生殖隔离,如马和驴,虽然能够交配,但产生的后代——骡是不育的,因此,马和驴之间存在生殖隔离,它们属于两个物种。
认知生成
2.地理隔离和生殖隔离的关系
（1）地理隔离是物种形成的量变阶段,不一定导致新物种的形成。如果仅有地理隔离,一旦发生某种地质变化,两个分开的种群重新相遇,还可以再融合在一起。只有地理隔离而不形成生殖隔离,能产生生物的新类型或亚种,但不可能形成新物种,如东北虎和华南虎。
（2）生殖隔离保持了物种间基因的不可交流性,从而保证了物种的相对稳定。生殖隔离是物种形成的质变阶段,新物种的形成一定要形成生殖隔离。生殖隔离一旦形成,原来属于同一物种的两个种群就成了不同的物种。
3.隔离在物种形成中的作用
同一个物种的不同种群产生突变和基因重组,然后经过长期的自然选择,使各种群基因频率发生定向改变,再经过隔离产生新物种。隔离是物种形成的必要条件,其实质是阻止生物之间的基因交流,仅有地理隔离不一定产生新物种,生殖隔离才是物种形成的关键。
（2）物种必须是可育的。如三倍体无子西瓜、骡均不能称为“物种”,因为它们均是不育的,而四倍体西瓜相对于二倍体西瓜则是“新物种”,因为它与二倍体西瓜杂交产生的后代（三倍体西瓜）不育,意味着二者间已产生生殖隔离,故已成为不同的物种。
5.进化和物种形成的判断方法
（1）是否进化取决于种群基因频率是否发生改变。只要种群的基因频率发生改变,生物就一定发生了进化。
4.“新物种”必须具备两个条件
（1）与原物种间已形成生殖隔离（不能杂交或能杂交但后代不育）。
（3）新物种形成不一定经过地理隔离,但不管哪种方式都需要产生生殖隔离才能完成新物种的形成。
（2）物种是否形成取决于是否形成生殖隔离。
①进化是量变,进化不一定形成新物种。
②物种形成是质变,新物种形成一定发生了进化。
例3 下图为某哺乳动物种群因河道改变而发生的变化示意图。下列相关说法正确的是
( )。
B
A.河道的改变使同一种群的生物变成不同的物种
B.河道的改变使两个种群失去了基因交流的机会
C. 种群和 种群基因频率的不同仅与环境的变化有关
D.地理隔离必然导致生殖隔离,生殖隔离必然源于地理隔离
[解析] 河道的改变使一个种群被分割成两部分,从而形成两个种群,这两个种群因河流的阻隔,形成地理隔离,失去了基因交流的机会,但是并没有证据说明 、 两种群的生物成为两个物种,A错误,B正确;种群基因频率的差异与环境的选择作用有关,还与突变和基因重组等有关,C错误;长期的地理隔离有可能导致生殖隔离,生殖隔离未必就一定源于地理隔离,如多倍体的形成过程,D错误。
对点练4.下图表示渐进式新物种形成的基本环节,对图示的相关分析正确的是( )。
A.图中①表示基因突变和基因重组,为进化提供了原材料
B.图中②表示地理隔离,使种群间基因交流受阻
C.图中③表示生殖隔离,是指两种生物不能交配且不能产生可育的后代
D.种群基因频率的改变一定会导致新物种形成
B
[解析] ①表示突变和基因重组,即基因突变、基因重组和染色体变异,为生物进化提供原材料,A错误;生殖隔离是指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,C错误;自然选择导致种群基因频率定向改变,使生物朝着一定的方向进化,但生殖隔离的出现才会导致新物种形成,D错误。
1.遗传平衡定律及其计算例析
遗传平衡定律,也称哈代—温伯格平衡定律,是英国的哈代和德国的温伯格分别于1908年和1909年独立证明的。主要内容:在一定条件下,种群的基因频率和基因型频率在一代又一代的繁殖传代中保持不变。条件:
（1）在一个很大的种群中;（2）种群个体间随机交配;（3）没有自然选择;（4）没有突变发生;（5）没有大规模迁移。
假设在一个理想的种群中,某基因位点上有两个等位基因A和 , 设A的基因频率为 , 的基因频率为 ,则 。
根据遗传平衡定律计算：
雄配子雌配子


深化拓展·育技能
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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 不改变 改变,且纯合子增多,杂合子减少
自由交配 处于遗传平衡 不改变 不改变
不处于遗传平衡 不改变 改变
2.物种形成的方式主要有渐变式物种形成、骤变式物种形成、人工创造新物种三种。
（1）渐变式物种形成主要是指通过变异的积累而形成亚种,再由亚种形成一个或多个新物种的过程。包括三个环节：突变以及基因重组为进化提供原材料,自然选择是进化的主导因素,隔离是物种形成的必要条件。在渐变式物种形成过程中,从形成过程或数量上看,有继承式与分化式;从地区上看,有异域式与同域式等。
（2）骤变式物种形成主要是指与渐变式物种形成相比,时间短、速度快或跳跃式的一类物种形成方式。最有代表性的是通过杂交和诱导多倍体形成新物种。杂交现象在自然界中极为广泛,而多倍体的物种形成主要限定在植物界,一般也都是由杂交引起的。
（3）人工创造新物种主要是指人工诱导或者利用现代生物技术创造新物种。
1.囊性纤维化是一种单基因突变导致的遗传病,调查发现,某地人群中囊性纤维化发病率为 。该地区一女性及其父母表现均正常,但其同胞妹妹患囊性纤维化。该病的遗传方式是
____________________,原因是____________________________________。若该女性和当地一正常男性结婚后怀孕,胎儿患囊性纤维化的概率为_________。
常染色体隐性遗传
父母不患该病,有的女儿患囊性纤维化
1/153
[解析] 分析题意可知,父母正常而有的女儿患病,说明该病为隐性遗传病;若控制该病的基因位于 染色体上,则不患该病男性的女儿均不患病,与题意不符,因此囊性纤维化的遗传方式是常染色体隐性遗传。若用 表示相关基因,则父母的基因型均为 ,表现正常的女儿的基因型及其概率为 。由该地人群中囊性纤维化发病率为 ,结合分析可知, ,因此 , , , ,故当地一正常男性的基因型及其概率为 。该女性和当地一正常男性结婚后怀孕,胎儿患囊性纤维化的概率为 。
2.用现代生物技术能制造出新的生物品种,原因不包括( )。
A.现代技术可在短时间内完成高频率的基因突变或基因重组
B.现代转基因技术可迅速改变生物的基因组成
C.现代生物技术可迅速使新品种形成种群
D.现代技术可使新品种的产生不需要经过生殖隔离
D
[解析] 新物种的形成一定要经过生殖隔离,D错误。