6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共43张PPT)2022—2023学年高一下学期生物人教版必修2

(共43张PPT)
种群基因组成的变化与物种的形成
AA
AA
Aa
Aa
aa
aa
aa
AA
AA
AA
aa
2 1
目 录
种群基因组成的变化
隔离在物种形成中的作用
种群和种群基因库
种群基因频率的变化
自然选择对种群基因频率变化的影响
物种的概念
隔离及其在物种形成中的作用
aa
表现型
自然选择的直接作用对象是基因型还是表现型？
A
生物进化的基本单位是个体还是种群？
种群
一. 种群和种群基因库
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫做种群。
1.
种群：
☆种群是可进行基因交流的群体，是生物繁殖与进化的基本单位。
一. 种群和种群基因库
1.
种群：
2.
基因库：
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
注意范围是种群不是物种。
基因库包含了种群中全部个体的全部基因，无论“优劣”。
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫做种群。
☆种群是可进行基因交流的群体，是生物繁殖与进化的基本单位。
3.
基因频率：
在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫做基因频率。
基因频率 ＝
该基因的总数
该等位基因的总数
×100%
A
A
a
a
A
a
A
A
A
A
A
A
A
a
a
a
A
A
aa
aa
Aa
Aa
Aa
AA
AA
AA
AA
AA
A
A
基因型频率 ＝
特定基因型个体数
该种群个体总数
×100%
例如：在某昆虫种群中，决定体色为黑色的基因是A，决定体色为褐色的基因是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。
A基因 0%
a基因 0%
A
A
a
a
A
a
A
A
A
A
A
A
A
a
a
a
A
A
aa
aa
Aa
Aa
Aa
AA
AA
AA
AA
AA
A
A
用数学方法讨论基因频率的变化
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，不同体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？
亲代基因型比值 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
配子的比值 A ( ) A ( ) a ( ) a ( )
A ( ) a ( )
子代基因型频率 AA ( ) Aa ( ) aa ( )
子代基因频率 A ( ) a ( )
30%
10%
30%
30%
36%
48%
16%
60%
40%
60%
40%
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 ( )
A ( ) a ( )
子代基因型频率 AA ( ) Aa ( ) aa ( )
子代基因频率 A ( ) a ( )
30%
10%
30%
30%
36%
48%
16%
60%
40%
60%
40%
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说自然选择对体色性状没有作用
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？
4.
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种群数量足够大； 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自然选择对体色性状没有作用； ⑤基因A和a都不产生突变时，种群的基因频率将不会改变。
设 A 的基因频率为 p ， a 的基因频率为 q ；则 p + q = 1 ，且：
aa 基因型的频率
AA 基因型的频率
Aa 基因型的频率
( p + q )2 = p2 + 2pq + q2
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 ( )
A ( ) a ( )
子代基因型频率 AA ( ) Aa ( ) aa ( )
子代基因频率 A ( ) a ( )
30%
10%
30%
30%
36%
16%
48%
60%
40%
60%
40%
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 A2 的频率可能会怎样变化？
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 Fl ，则A基因的频率和 F1 中 Aa 基因型的频率分别是多少？
1.
A基因的频率为70％ F1 中 Aa 基因型的频率42％
基因突变产生新的等位基因，可以使种群的基因频率发生变化。
某人群中某常染色体显性遗传病的发病率为 19 % ，一对夫妇中妻子患病，丈夫正常，他们所生的子女患该病的概率是（ ）
A. 9/19 B. 10/19 C. 1/19 D. 1/2
2.
在对某工厂职工进行遗传学调查时发现，在男女各400名职工中，女性色盲基因的携带者为30人，患者为10人，男性患者为22人。那么这个群体中色盲基因的频率为 ( )
A. 4.5％ B. 5.9％ C. 6％ D. 9％
3.
B
C
二. 种群基因频率的变化
可遗传变异提供了生物进化的原材料。其来源分为突变和基因重组。
1.
可遗传变异：
☆突变包括基因突变和染色体变异。
可遗传变异的来源
突变
基因重组
基因突变
染色体变异
普通个体
变异个体
进化的原材料
某种自然选择
自然选择之后的个体
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？
如：果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是10-5，若有一个中等数量的果蝇种群（约有108个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？
2 × 104 × 10-5
个体
× 108
种群
= 2 × 107
2.
基因突变的多害少利性：
由此可见，虽然基因突变频率很低，但放到种群中每一代都会有可观的变异量，虽然大多数都是有害的，但是总会出现一些更适应环境的变异，在自然选择过程中被保留下来并逐代积累。
甲种自然选择
甲种自然选择
乙种自然选择
长翅
残翅
更适应风小环境
更适应大风环境
各种类型的变异
（原材料）
（第一次选择）
（第二次选择）
（第三次选择）
环境改变
突变的多害少利是绝对的吗？
不是绝对的，“利”和“害”都是相对于环境而言的。
种群基因频率的改变是否也是不定向的？
三. 自然选择对种群基因频率变化的影响
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（幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天栖息在树干上。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。
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）
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
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。
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？
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？
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
在自然选择过程中，直接受选择的是生物的表现型； 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。
不利变异被淘汰，有利变异逐渐积累
变异
自然选择
生物朝一定方向缓慢进化
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
率发生定向改变
（不定向）
（定向）
在自然选择的作用下，有利变异的基因频率不断增大，有害变异的基因频率逐渐减小。
2 1
目 录
种群基因组成的变化
隔离在物种形成中的作用
种群和种群基因库
种群基因频率的变化
自然选择对种群基因频率变化的影响
物种的概念
隔离及其在物种形成中的作用
一、实验：探究抗生素对细菌的选择作用
1. 实验原理
2. 目的要求
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。
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？
3. 材料用具
培养基、细菌菌株、含抗生素及不含抗生素的纸片等
一、实验：探究抗生素对细菌的选择作用
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选择作用？
一、实验：探究抗生素对细菌的选择作用
1
2
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4
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2
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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，耐药个体存活率高，不耐药存活率低。
含
含
含
不
含
含
含
不
含
含
含
不
一、实验：探究抗生素对细菌的选择作用
4. 实验结论
（1）细菌耐药性的出现是 导致的。
（2） 导致耐药菌比例逐代提高。
抗生素的选择作用下，保留耐药性强的个体
大肠杆菌存在耐药性不同的变异类型
再次实验，菌落中耐药个体占比增加
可遗传变异
抗生素的选择作用
一、实验：探究抗生素对细菌的选择作用
讨论（P115）
（1）为什么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？
因为抑菌圈边缘生长耐药菌存在耐药菌，且比其它区域耐药菌的占比高。
有利的；有利或有害取决于所处的环境条件。
1
2
3
4
含
含
含
不
一、实验：探究抗生素对细菌的选择作用
讨论（P115）
（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？
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。
利用“抗生素纸片扩散法”观察某细菌在含有抗生素的培养基上的生长状况，可探究抗生素对细菌的选择作用。下列错误的是（ ）
小试牛刀
B.细菌基因突变产生了耐药个体是定向变异。
A.抗生素的使用导致细菌产生了耐药性。
C.从抑菌圈边缘挑取细菌连续培养，后代抑菌圈变大。
D.本实验条件下，细菌的耐药性变异是有利变异。
ABC
一. 物种的概念
1.
物种：
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。
2.
生殖隔离：
不能相互交配，即便交配成功也不能产生可育后代的现象。
杂交
杂交
二倍体
四倍体
三倍体
马（2n=64）
驴（2n=62）
骡（2n=63）
不可育
☆是否存在生殖隔离是判断是否同一物种的方法。
二、隔离在物种形成中的作用
物种 vs 种群
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。
物种：自然状态下能相互交配并且产生可育后代的一群生物
种群：生活在一定区域的同种生物的全部个体的集合。
二者区别：
种群1
种群2
物种
二. 隔离及其在物种形成中的作用
1.
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。隔离分为地理隔离和生殖隔离。
隔离
生殖隔离
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。
：不能相互交配，即便交配成功也不能产生
可育后代的现象。
二、隔离在物种形成中的作用
【思考·讨论】隔离在物种形成中的作用
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，
二、隔离在物种形成中的作用
【思考·讨论】隔离在物种形成中的作用
群岛上有13种地雀（喙差别大，存在生殖隔离），而南美洲没有。
二、隔离在物种形成中的作用
【思考·讨论】隔离在物种形成中的作用
群岛上有13种地雀（喙差别大，存在生殖隔离），而南美洲没有。
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？
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。
2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？
不一样。因为突变是随机发生的。
二、隔离在物种形成中的作用
【思考·讨论】隔离在物种形成中的作用
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？
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。
4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？
不会。因为个体间有基因的交流。
二、隔离在物种形成中的作用
【思考·讨论】隔离在物种形成中的作用
隔离在物种形成中有什么作用？
二、隔离在物种形成中的作用
【思考·讨论】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
二、隔离在物种形成中的作用
【思考·讨论】隔离在物种形成中的作用
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
二、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
三、物种形成的方式
模式1：渐变式
模式2：骤变式
模式3：人工创造新物种
如：加拉帕戈斯群岛上13种地雀的形成。
如：普通小麦的形成（自然状态）。
原物种→地理隔离→自然选择→新物种
主要通过染色体变异形成新物种，一旦出现，很快形成生殖隔离，多见于植物。
如：人工诱导多倍体的形成（无子西瓜）
随堂练习
1．判断下列与隔离有关的表述是否正确。
（1）在曼彻斯特的桦尺蛾种群中，黑色个体与浅色个体之间未出现
生殖隔离。（ ）
（2）加拉帕戈斯群岛不同岛屿上的地雀种群之间由于地理隔离而逐
渐形成了生殖隔离。（ ）
√
√
在对某工厂职工进行遗传学调查时发现，在男女各400名职工中，女性色盲基因的携带者为30人，患者为10人，男性患者为22人。那么这个群体中色盲基因的频率为( )
A. 4.5％ B. 5.9％ C. 6％ D. 9％
2.
解析：红绿色盲相关基因总数 = 400 × 2 + 400 = 1200(个)
Xb = 10 × 2 + 12 × 1 + 18 × 1 + 22 × 1 = 72（个）
故红绿色盲的基因频率（Xb %）=
1200
72
× 100%
= 6%
16世纪末，明代张谦德在《朱砂鱼谱》中总结金鱼育种的经验时说：“蓄类贵广，而选择贵精，须每年夏间市取数千头，分数缸饲养，逐日去其不佳者，百存一二，并作两三缸蓄之，加意培养，自然奇品悉具。”其中“逐日去其不佳者”和“分数缸饲养”的作用分别是（ ）
A. 自然选择，地理隔离
B. 人工选择，地理隔离
C. 自然选择，生殖隔离
D. 人工选择，生殖隔离
B
3.