6.3 种群的基因组成的变化与物种的形成 第1课时课件(共33张PPT)

(共33张PPT)
§6-3 种群基因组成的变化与物种的形成
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
第1课时：种群基因组成的变化
种群 种群基因库 基因频率与基因型频率
种群基因频率的变化
自然选择对种群基因频率的变化
探究抗生素对细菌的选择作用
这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为它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的选择作用下定向改变的过程，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一个生殖细胞成为一个新物种。
　　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，也不能影响后者的性状。
　　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？
先有鸡还是先有蛋？
问题探讨
种群和种群基因库①种群
在自然界，个体都会死亡，个体的表型会随着个体的死亡而消失，而决定表型的基因却可以随着生殖而世代延续，并且在群体中扩散。因此研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，还须研究群体中基因组成的变化。
为什么说种群才是生物进化的基本单位呢？
（2）特点：种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此间可以交配并通过繁殖将各自的基因传给后代，因此种群也是生物繁殖的基本单位；
（3）举例：一片树林中的全部猕猴 （ ）； 一个草地上的所有蒲公英 （ ） ；
一个湖泊中的全部鱼 （ ）； 卧龙自然保护区中的全部大熊猫 （ ）；
（1）定义：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫做种群。
种群的定义及特点：
思考
Thinking
种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。
种群和种群基因库②基因库,基因频率,基因型频率
种群基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因
种群基因频率：在基因库中，某基因占控制此性状全部等位基因数的比率
种群基因型频率：在一个种群中，某基因型个体占全部个体的比率。
常染色体上基因频率的计算
1．方法一:已知各基因型个体的数量，求基因频率。此类题型可用定义公式计算
即某基因的频率＝[(该基因纯合子个体数×2＋杂合子个体数)÷(总个体数×2)]×100%。
2．方法二:已知基因型频率，求基因频率。此类题型可以将百分号去掉，按定义公式计算或直接用“某基因的基因频率＝该基因纯合子的百分比＋杂合子百分比的1/2”来代替。
如基因A的频率＝AA的频率＋1/2Aa的频率，基因a的频率＝1－基因A的频率。
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%
种群和种群基因库③基因型频率,基因频率的计算
方法一：已知各基因型个体的数量，求基因频率
种群和种群基因库③基因型频率,基因频率的计算
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%
例2: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
① 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。
② 一个基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率
种群和种群基因库③基因型频率,基因频率的计算
性染色体上基因频率的计算
(p为XA的基因频率，q为Xa的基因频率)
例3: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？
b基因频率= ×100%
Xb =
1×2+3+4
100×2+100
×100% =
3%
①在一个种群中随机抽取一定数量的个体，其中基因型AA、Aa、aa的个体分别占24%、72%、4%，那么A、a的基因频率分别是（ ）
A.36%和64% B.57%和43% C.24%和72% D.60%和40%
②已知控制人的褐色(A)与蓝色(a)的基因位于常染色体上，且褐色(A)对蓝色(a)是显性。在一个有30 000人的群体中，蓝眼个体为3600人，褐眼个体为26 400人，褐眼中纯合子为12000人。那么，在这个人群中A、a的基因频率分别是多少
③对某志愿者群体进行红绿色盲基因检测后发现，1020名女性中有患者5人、携带者40人;960名男性中有患者68人，那么该群体中红绿色盲基因的频率是（ ）
A 3.0% B 3.9% C 6.8% D 10.2%
D
A:64% a:36%
B
课堂检测
种群和种群基因库④用数学方法讨论基因频率的变化
假设上述昆虫①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，根据孟德尔的分离定律计算。
用数学方法讨论基因频率的变化
该种群产生的A配子和a配子的比值各是多少？子代基因型的频率各是多少？子代种群的基因频率各是多少？
亲代基因型的频率 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
配子的比率 A( ) A( ) a( ) a( )
亲代产生配子总数 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%
36%
48%
16%
60%
40%
60%
40%
遗传平衡定律需要满足的条件：
种群的基因频率会同子一代一样。
种群是极大的；
种群个体间的交配是随机的，种群中每个个体与其他个体的交配机会是相等的；
没有突变发生；
种群之间不存在个体的迁移或基因交流；
没有自然选择;
那么这个种群的基因频率就可以一代代稳定不变，保持平衡。这就是遗传平衡定律，也称哈代—温伯格平衡。
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？
种群和种群基因库④用数学方法讨论基因频率的变化
种群和种群基因库④用数学方法讨论基因频率的变化
卵细胞 0.6A 0.4a
精子 0.6A 0.36AA 0.24Aa
0.4a 0.24Aa 0.16aa
（1）根据亲本基因型频率推出配子的基因频率
AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
A(60%) a(40%)
（2）通过配子结合算出子一代的基因型频率
（3）从子一代的基因型频率，算出子二代各基因的频率
A(60%) a(40%)
AA(36%) Aa(48%) aa(16%)
A(60%) a(40%)
如果继续满足上述5个条件，这个种群中的基因A和基因a的基因频率将永远保持相同，而AA、Aa、aa的基因型频率也一直会保持0.36、0.48和0.16。
在满足上述5个条件的前提下：若种群中一对等位基因分别为A和a，设A的基因频率=p，a的基因频率=q，那么遗传平衡定律可以写成：
A=p a=q
A=p
a=q
AA=p2
aa=q2
Aa=pq
Aa=pq
AA的基因型频率=p2
aa的基因型频率=q2
Aa的基因型频率=2pq
∵ (p＋q) = A%+a% = 1
子一代雌配子
子一代雄配子
遗传平衡所指的种群是理想的种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这也说明了在自然界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。
∴ (p+q) 2 = p2+2pq+q2 = AA%+Aa%+aa% = 1
种群和种群基因库④用数学方法讨论基因频率的变化
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
种群和种群基因库④用数学方法讨论基因频率的变化
拓展:
上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。对于自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？你能举出哪些实例？
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，种群的基因频率会发生变化吗？基因大A2的频率可能会怎样变化？
对自然界的种群来说，这5个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。
讨 论
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。
结 论
自然界中种群的基因频率一定会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。
种群和种群基因库④用数学方法讨论基因频率的变化
种群基因频率的变化
5个条件中有一条件不满足时，种群基因频率就会发生改变，且在自然选择条件下，种群的基因频率是会朝着一个方向发生改变的。
自然选择是改变基因频率的外因，内因则是发生了变异。
①是否所有的变异都能改变基因频率？
②基因重组并不像基因突变一样产生了新的基因，为什么说基因重组也能改变基因频率呢？
③染色体变异一定改变了基因数目吗？它是如何影响基因频率的？
思考
Thinking
种群基因频率的变化
可遗传的变异提供了生物进化的原材料
可遗传变异的来源：突变（基因突变、染色体变异）和基因重组。
原因：
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。
可遗传变异的特点：突变和重组都是随机的、不定向的。
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）
计 算
果蝇
由于自然界中基因自发突变频率很低，而且多数对生物体是有害的。那基因突变为什么还能够作为生物进化的原材料呢？
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。
种群基因频率的变化
例如:有翅的昆虫，有时候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，这里昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死。
突变的有利和有害
某海岛上残翅和无翅的昆虫
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。
种群基因频率的变化
种群基因频率的变化
　　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？
思考
Thinking
自然选择对种群基因频率变化的影响
现象
　　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。
长满地衣的树干上的桦尺蠖
黑色树干上的桦尺蠖
提出问题
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
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。
自然选择对种群基因频率变化的影响
根据教材P112～113“探究·实践”提供的资料，回答下列问题：
(1)桦尺蛾种群中产生的可遗传变异有哪些类型？
突变(包括基因突变和染色体变异)和基因重组。
(2)对桦尺蛾种群来说，在自然选择过程中直接受选择的是表型还是基因型？为什么？
直接受选择的是表型；因为天敌等直接看到的是性状，而不是控制性状的基因。
长满地衣的树干上的桦尺蛾
黑色树干上的桦尺蛾
【探究 实践】
自然选择对种群基因频率变化的影响
(3)根据表格中的数据分析，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。
(4)根据资料分析，决定桦尺蛾进化方向的什么？为什么？
自然选择；
在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多机会产生后代，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保留下来的机会少，相应基因的频率会下降。
第1年 第2年 第3年 第4年 ……
基因型频率 SS 10% 11.5% 12.9% 14.3%
Ss 20% 22.9% 25.8% 29.7%
ss 70% 65.6% 61.3% 56.0%
基因频率 S 20% 23% 26% 29%
s 80% 77% 74% 71%
升高
降低
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。
自然选择对种群基因频率变化的影响
生物进化的实质是基因频率的改变
种群基因频率的改变，标志着生物的进化。
自然选择决定生物进化的方向
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。
材料用具
经高温灭菌的牛肉膏蛋白胨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
方法步骤
分区：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。
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。
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。
培养：将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。
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。
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
根据教材P115“探究·实践”，回答下列问题：
(1)要从什么位置挑选细菌再进行培养？原因是什么？
从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌；因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。
(2)连续培养几代后，抑菌圈的直径发生了什么变化？这说明抗生素对细菌产生了什么作用？
抑菌圈的直径大小表明该种抗生素的杀菌能力的强弱，直径越大，杀菌能力越强。连续培养几代后，抑菌圈的直径会变小，说明通过抗生素的选择作用，细菌中的耐药性类型越来越多。
(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？怎么理解变异是有利还是有害的？
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。
(4)滥用抗生素的现象十分普遍，请举例说明滥用抗生素的危害。
①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。
②不良反应繁多：滥用抗生素导致大量不良反应产生。如应用氯霉素时可引发再生障碍性贫血。
③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。
探究抗生素对细菌的选择作用
课后习题
1．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）某地区红绿色盲患者在男性中约占8%，在女性中约占0.64%，由此可知，红绿色盲基因Xb的基因频率约为8%。（ ）
（2）基因频率变化是由基因突变和基因重组引起的，不受环境的影响。（ ）
（3）生物进化的实质是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。（ ）
√
X
√
课后习题
2．种群是物种在自然界的存在形式，也是一个繁殖单位。下列生物群体中属于种群的是（ ）
A．一个湖泊中的全部鱼
B．一片森林中的全部蛇
C．一间屋中的全部蟑螂
D．卧龙自然保护区中的全部大熊猫
D
3．某一瓢虫种群中有黑色和红色两种体色的个体，这一性状由一对等位基因控制，黑色(B)对红色(b)为显性。如果基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%，基因型为bb的个体占4%。基因B和b的频率分别为（ ）
A．18%、82% B．36%、64%
C．57%、43% D．92%、8%
C
课后习题
4．一只果蝇的突变体在21℃的气温下，生存能力很差，但是，当气温上升到25.5℃时，突变体的生存能力大大提高。这说明（ ）
A．突变是不定向的
B．突变是随机发生的
C．突变的有害或有利取决于环境条件
D．环境条件的变化对突变体都是有害的
C
课后习题