6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共53张PPT)2022-2023学年高一下学期生物人教版必修2

(共53张PPT)
本节聚焦
为什么说种群是生物进化的基本单位？
种群的基因频率为什么会发生变化？
自然选择与种群基因频率的变化有什么关系？
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
一、种群基因组成的变化
问题探讨
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？
这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为他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选择下定向改变的过程，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生殖细胞成为一个新物种。
种群
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。
概念
一片树林中的全部金丝猴是一个种群
一片草地上的所有向日葵是一个种群
种群
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。
概念
以下属于种群的是？
（A）一个池塘中的全部鱼
（B）一个池塘中的全部鲤鱼
（C）两个池塘内的全部青蛙
（D）一片草地上的成年梅花鹿
庙里的一群和尚也属于种群吗 ？
种群
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。
概念
种群中的个体可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。
种群是生物繁殖的基本单位
特点
许多昆虫的寿命不足一年，所有的蝗虫都会在秋风中死去，其中有些个体成功的完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵，来年春夏之交部分受精卵成功的发育成蝗虫。
种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。 如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？
种群
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
基因库
在一个种群中，某基因型个体占种群内全部个体的比值
基因型频率
基因型频率 =
某基因型个体总数
种群全部个体数
× 100%
公式：
在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值
基因频率
公式：基因频率 =
某基因的总数
该对等位基因的总数
× 100%
种群
在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值
基因频率
公式①：基因频率 =
某基因的总数
该对等位基因的总数
× 100%
纯合子基因型频率+1/2杂合子基因型频率
公式②：基因频率 =
用数学方法讨论基因频率的变化
A基因的数量=________________ 个
a基因的数量=_________________个
A基因的频率=_________________%
a基因的频率=_________________ %
2×30+60=120
2×10+60=80
120÷200=60
80÷200=40
方法一：概念法（公式①计算）
思考 讨论：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，求A和a的基因频率。
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_____个基因，其中：
200
用数学方法讨论基因频率的变化
A基因频率 = AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率= 30% + × 60% = 60%
AA基因型频率= 30%；Aa基因型频率= 60%；aa基因型频率= 10%
a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率= 10% + × 60% = 40%
在种群中，一对等位基因的基因频率之和等于1，基因型频率之和也等于1。
方法二：通过基因型频率计算（公式②计算）
思考 讨论：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，求A和a的基因频率。
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_____个基因，其中：
200
用数学方法讨论基因频率的变化
思考 讨论：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？
3%
用数学方法讨论基因频率的变化
这一种群繁殖若干代以后,其基因频率会不会发生变化呢
思考 讨论：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，求A和a的基因频率。
思考 讨论：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，求A和a的基因频率。一种群繁殖若干代以后，其基因频率会不会发生变化呢
假设：
①上述昆虫种群非常大；
②所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代；
③没有迁入和迁出；
④不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的；
⑤基因A和a都不产生突变。
P基因型的频率 AA （30%） Aa（60%） aa
(10%)
配子的比值 A( ) A( ) a( ) a( )
F1基因型频率 AA( ) Aa( ) aa( )
F1基因频率 A( ) a( )
F2基因型频率 AA( ) Aa( ) aa( )
F2基因频率 A( ) a( )
30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
用数学方法讨论基因频率的变化
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。
用数学方法讨论基因频率的变化
1908年，英国数学家哈代与德国医生温伯格应用数学方法探讨群体中基因频率变化所得的结论：他们指出在一个有性生殖的自然种群中，在理想条件下，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，称为遗传平衡，也叫哈代-温伯格定律。
满足五个条件：
遗传平衡定律
群体数量足够大；
所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；
没有迁入与迁出；
没有自然选择；
不发生突变。
这个种群的基因频率就可以一代代稳定不变，保持平衡。
A（p） A（q）
A（p）
A（q）
用数学方法讨论基因频率的变化
遗传平衡定律应用
若p表示基因A的频率，q表示基因a的频率，求AA、Aa、aa基因型频率
卵细胞
精子
AA（p2）
Aa（pq）
Aa（pq）
Aa（q2）
AA=p2
aa=q2
Aa=2pq
( p + q )2 = p2 + 2pq + q2
基因在常染色体上
用数学方法讨论基因频率的变化
遗传平衡定律应用
若p表示基因A的频率，q表示基因a的频率，求AA、Aa、aa基因型频率
基因仅在X染色体上
XA = p，Xa = q
女性：
男性：
XAXA = p2
XAXa = 2pq
XaXa = q2
XAY = p
XaY = q
用数学方法讨论基因频率的变化
这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？
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。
满足五个条件：
遗传平衡定律
群体数量足够大；
所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；
没有迁入与迁出；
没有自然选择；
不发生突变。
这个种群的基因频率就可以一代代稳定不变，保持平衡。
用数学方法讨论基因频率的变化
满足五个条件：
遗传平衡定律
群体数量足够大；
所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；
没有迁入与迁出；
没有自然选择；
不发生突变。
这个种群的基因频率就可以一代代稳定不变，保持平衡。
如果该种群出现新的突变型(基因型为A2a或AA)，也就是产生新的等位基因A2,种群的基因频率会发生变化吗 基因大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的频率是上升还是下降，要看这一突变对生物体是有益的还是有害的。
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。
可遗传变异提供了生物进化的原材料
可遗传变异
生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？
基因突变
染色体变异
基因重组
突变
可遗传变异提供了生物进化的原材料
思考 讨论：
1.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，对一个中等大小的种群（约有108个个体）来说，每一代出现的基因突变数将是：
2×1.3×104×10－5×108＝2.6×107（个）
果蝇
种群由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，每一代会产生大量的突变。
生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？
可遗传变异提供了生物进化的原材料
思考 讨论：
1.有翅的昆虫，有时候会出现残翅和无翅的突变类型，一般的陆地环境下，哪种更有优势？经常刮大风的海岛上，哪种更有优势？
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。
生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？
长翅
残翅
更适应风小环境
更适应风大环境
可遗传变异提供了生物进化的原材料
基因突变
染色体变异
基因重组
可遗传变异
突变
原因
突变频率很低，但却是普遍存在的，种群由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，每一代会产生大量的突变。
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。
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。
可遗传变异提供了生物进化的原材料
总结
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
基因突变
基因重组
新的等位基因
多种多样的基因型
形成了进化的原材料,
不能决定生物进化的方向
作用
种群中出现大量可遗传的变异类型
形成
变异是随机的、不定向的
特点
突变和重组都是随机的、不定向的。那么，种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？
探究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，白天休息在树干上。杂交实验表明，其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。
19世纪中叶以前，树干上长满了浅色的地衣，桦尺蛾几乎都是浅色的，该种群中黑色（S）的基因频率很低，在5%以下。
20世纪中叶，工厂排放的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，黑色（S）基因的频率上升到95%以上。
桦尺蛾种群中s基因（决定浅色性状）的频率为什么越来越低呢
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
提出问题
作出假设
黑褐色的生活环境，不利于浅色桦尺蛾的生存，对黑色桦尺蛾生存有利，这种环境的选择作用使该种群的s基因的频率越来越低，即自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变。
讨论探究思路
假设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%。假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体增加10%。在第2～10年间，该种群的基因型频率是多少？每年的基因频率是多少？　　
提示：不同年份该种群个体总数可能有所变化。
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
讨论探究思路
假设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%。假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体增加10%。在第2～10年间，该种群的基因型频率是多少？每年的基因频率是多少？　　
提示：不同年份该种群个体总数可能有所变化。
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
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
思考 讨论：
（1）根据数据分析，树干变黑对桦尺蛾浅色个体的出生率有影响吗？
影响，树干变黑后，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.
（2）在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表型？
直接受选择的是表型。因为天敌看到的是桦尺蛾的体色（表型），而不是控制体色的基因。
（3）桦尺蛾种群发生进化了吗？判断的依据是什么？　
发生了进化；依据是桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
基因突变
基因重组
新的等位基因
多种多样的基因型
形成了进化的原材料,
不能决定生物进化的方向
作用
种群中出现大量可遗传的变异类型
形成
变异是随机的、不定向的
特点
种群中出现大量可遗传的变异类型
不利变异
不断淘汰
有利变异
积累加强
种群基因频率定向改变
生物进化
自然选择
定向
导致
实质
自然选择对种群基因频率变化的影响
内容
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;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。
结果
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。
生物进化的基本单位
生物进化的实质
生物进化的原材料
决定生物进化的方向
种群
基因频率的改变
突变和基因重组
自然选择
小结
探究抗生素对细菌的选择作用
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。
实验原理
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。
材料用具
经高温灭菌的牛肉膏蛋白陈液体培养基及固体培养基平板，细菌菌株(如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等），含有抗生素(如青霉素、卡那霉素等）的圆形滤纸片（以下简称"抗生素纸片”)，不含抗生素的纸片，镊子，涂布器，无菌棉签，酒精灯，记号笔，直尺等。
探究抗生素对细菌的选择作用
1.分区：
方法步骤
用记号笔在培养皿的底部画2条相互垂直的直线，将培养皿分为4个区域,分别标记为①-④。
2.接种：
取少量细菌培养液,用无菌涂布器(或无菌棉签)均匀地涂抹在培养基平板上。
3.设置变量：
用无菌的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在①号区域的中央，再分别夹取1张抗生素纸片放在②~④号区域的中央，盖上皿盖。
4.培养：
将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。
5.观察：
观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近是否出现了抑菌圈？如果有，测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径，并取平均值。
6.重复实验：
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，然后重复步骤2~5。如此重复几代，记录每一代培养物抑菌圈的直径。
注意：实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理。
探究抗生素对细菌的选择作用
结果和结论
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 2.36 1.89 1.66
直径逐代变小，说明抗生素对细菌有选择作用，耐药个体存活率高，不耐药存活率低。
讨论：
1. 为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
2. 你的数据结果是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？
3.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？
探究抗生素对细菌的选择作用
支持。抑菌圈边缘生长的可能是耐药菌。
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。
本实验中细菌产生的耐药性变异有利于细菌的生存，属于有利变异。在生物进化过程中，生物产生的有利变异是指有利于生物生存、适应环境的变异，而不是对人类有利的变异。
讨论：
4. 滥用抗生素的现象十分普遍，请说明滥用抗生素的危害。　
探究抗生素对细菌的选择作用
增强细菌耐药性：抗生素的滥用及不合理的使用在一定程度上使抗生素接触细菌的机会增大，使细菌耐药性积累并加强，使抗生素的药效减弱，甚至完全不起作用。
不良反应繁多：滥用抗生素导致大量不良反应产生，如可引发再生障碍性贫血。
菌群失调：抗生素的长期大量滥用，使未被抑制的细菌类型繁殖迅速，造成菌群失调的情况，导致患者免疫力下降，病情加重或产生新的病变。
本节聚焦
什么是物种？
怎样理解地理隔离和生殖隔离？
隔离在物种形成中起什么作用？
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
二、隔离在物种形成中的作用
物种
概念
能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。
全世界的人是一个物种吗？
马跟驴是一个物种吗？
二倍体西瓜和四倍体西瓜是一个物种吗？
马（2N=64）
驴（2N=62）
×
骡子（2N=63）
异源二倍体（不育）
隔离及其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，如马和驴、狮虎兽。
狮子
老虎
狮虎兽
隔离及其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，如马和驴。
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，如东北虎和华南虎。
西伯利亚虎（东北虎）
华南虎
（生活在中国南方的热带雨林、常绿阔叶林）
隔离及其在物种形成中的作用
隔离定义
不同群体间的个体，在自然状态下基因不能自由交流的现象。
河两岸具有不同的自然环境
河两岸具有不同的自然环境
隔离及其在物种形成中的作用
　　这是达尔文在环球考察中观察到的现象。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。
　　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160~950 km。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。
　　
这些岛屿是500万年前由海底的火山喷发后形成的，比南美洲大陆的形成晚得多。因此，可以推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆，以后在各个岛屿上形成了不同的种群。
隔离及其在物种形成中的作用
讨论：
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？
由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。
不一样。因为突变是随机发生的。
不同岛屿的自然环境条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝着不同的方向改变。
不会。因为个体间有基因的交流。
一个物种：加拉帕戈斯群岛地雀的祖先属于同一个物种。
产生地理隔离：从南美洲大陆迁来后，逐渐分布到不同的岛屿上。
不定向变异：由于各个岛上的地雀种群可能会出现不同的突变和基因重组，而一个种群的突变和基因重组对另一个种群的基因频率没有影响。
基因频率改变：不同种群的基因频率就会发生不同的变化。
环境的定向选择：由于各个岛上的食物和栖息条件互不相同，自然选择对不同种群基因频率的改变所起的作用就有差别：在一个种群中，某些基因被保留下来，而在另一个种群中，被保留下来的可能是另一些基因。
时间积累：久而久之，这些种群的基因库就会形成明显的差异，并逐渐出现生殖隔离。
形成新物种：生殖隔离一旦形成，原来属于一个物种的地雀，就成了不同的物种。
隔离及其在物种形成中的作用
加拉帕戈斯群岛不同种地雀的形成解释
隔离及其在物种形成中的作用
加拉帕戈斯群岛不同种地雀的形成模型构建
一个物种
地理
隔离
种群
1
突变和基因重组
突变和基因重组
突变和基因重组
突变和基因重组
种群
2
种群
3
种群
4
自然
选择
物种1
基因库改变
生殖
隔离
自然
选择
物种2
基因库改变
生殖
隔离
自然
选择
物种3
基因库改变
生殖
隔离
自然
选择
物种4
基因库改变
生殖
隔离
隔离及其在物种形成中的作用
隔离是物种形成的必要条件。
隔离及其在物种形成中的作用
隔离定义
不同群体间的个体，在自然状态下基因不能自由交流的现象。
隔离的作用
隔离是物种形成的必要条件。
隔离意义
物种形成本身表示生物类型的增加。同时，它也意味着生物能够以新的方式利用环境条件，从而为生物的进一步发展开辟新的前景。
思考 讨论：
1. 只要不同种群的基因库产生了明显差异，就一定产生新物种吗？
隔离及其在物种形成中的作用
不一定，不同种群的基因库产生明显差异，不一定出现新物种，只有出现生殖隔离才能形成新物种。
2. 经过漫长的地理隔离，一定会出现生殖隔离吗？
不一定出现生殖隔离，如果两个种群的生活环境都不发生变化、变化很小或者发生相似的变化，则两个种群的进化方向相同，不会出现生殖隔离。
3. 新物种形成一定要经过地理隔离吗？
不一定不经过地理隔离，也可以直接形成生殖隔离。
例如：二倍体植株染色体加倍成了四倍体植株，二者杂交后代产生的三倍体植株是高度不育的，存在生殖隔离。
隔离及其在物种形成中的作用
生物进化的基本单位
生物进化的实质
生物进化的原材料
决定生物进化的方向
种群
基因频率的改变
突变和基因重组
自然选择
新物种形成的标志
生殖隔离