6.3 课时1 种群基因组成的变化 课件 2024-2025学年一生物学人教版（2019）必修2(共34张PPT)

(共34张PPT)
6.3 课时1 种群基因组成的变化
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。
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。
先有鸡还是先有蛋
乙同学
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。
你同意哪位同学的观点 你的答案和理由是什么
aa
A
自然选择
直接对象：
根本对象：
个体的性状（表现型）
种群的基因
研究生物进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究群体基因组成变化。
1.种群的概念及特点
(1)定义：生活在一定区域的同种生物
全部个体的集合叫作种群。
举例：一片树林中的全部猕猴是一个种群
一片草地上的所有蒲公英是一个种群
同一区域
同一物种（界门纲目科属种）
全部个体
一、种群和种群基因库
种群的
三个要素
(2)特点：
①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，并通过繁殖将各自的基因传给后代。
种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。
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。
②一个种群就是一个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。种群也是生物进化的基本单位
(2)特点：
(1)基因库
2.基因库和基因频率
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
一个种群所有个体各自有自己的基因，共同构成了种群的基因库。它们各自的基因都是基因库的一部分。个体间的差异越大，基因库也就越大。
(2)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。
公式=
× 100%
某基因的数目
该基因及其等位基因总数
(3)基因型频率
在一个种群基因库中，某个基因型的个体占个体总数的比值。
影响因素：
突变、选择、迁移等。
(4) 频率一般计算方法 ：
例1.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。
200
2×30+60=120
2×10+60=80
120÷200=60
80÷200=40
某昆虫决定翅色的基因频率
计算：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：
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=____________________%
基因型频率： XBXB _______ XbY _______
基因频率：XB______ Xb_______
40%
10%
XBXB基因型频率= XBXB个体数/所有个体=20/（20+5+20+5）=40%
XbY基因型频率= XbY个体数/所有个体=5/（20+5+20+5）=10%
XB基因频率= XB基因数/（ XB基因数+ Xb基因数）
1XBXB含有2个XB，1 XBY含有1XB， XBXb含有1XB和1Xb， XbY含有1Xb
XB基因频率=（40+5+20）/（40+5+40+5）=56/90=72.2%
72.2%
27.8%
(4) 频率一般计算方法 ：
例2.某种群中基因型XBXB有20个， XBY有5个， XBXb有20个， XbY有5个，计算下列基因频率和基因型频率：
任务一：用数学方法讨论基因频率的变化
假设：①昆虫种群数量非常大；②所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；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。
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%
根据计算结果，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？
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。
成立前提：
a.种群非常大；
b.所有雌雄个体之间自由交配；
c.没有迁入和迁出；
d.没有自然选择；
e.没有基因突变。
哈迪——温伯格定律
【拓展延伸】
利用遗传平衡定律(哈迪——温伯格定律)，由基因频率计算基因型频率
计算公式：当等位基因只有两个时(A、a)，设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则：
基因型AA的频率＝p2；
基因型Aa的频率＝2pq；
基因型aa的频率＝q2。
如果一个种群达到遗传平衡，其基因型频率应符合：p2＋2pq＋q2＝1。
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。
(5)导致基因频率改变的原因
种群规模小
基因频率随机变化
出现基因交流
迁入和迁出
基因频率不定向改变
突变和基因重组
非自由交配
有偏好的基因频率改变
自然选择
基因频率定向改变
最终导致基因频率改变
1．下列关于基因频率、基因型频率与生物进化的叙述，正确的是(　　)
A.一个种群中，基因型频率发生改变，这说明生物在进化
B．在一个种群中，一对相对性状的各种基因型频率之和为1
C．基因型为Aa的个体自交后代所形成的种群中，A基因的频率大于a基因的频率
D．因红绿色盲患者中男性数量多于女性，所以男性群体中红绿色盲基因的频率大于女性群体中红绿色盲基因的频率
B
1、可遗传的变异
突变
变异
可遗传的变异
不可遗传的变异
基因突变
染色体变异
基因重组
基因突变是自然界中普遍存在的。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。
为什么达尔文明确指出“可遗传的变异提供了生物进化的原材料”？
二、种群基因频率的变化
例如：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）
①种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。
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。
②突变的有利和有害也不是绝对的，往往取决于生物的生存环境。
某海岛上残翅和无翅的昆虫
③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。
1、可遗传的变异
特点：
结果：
突变和基因重组都是随机的、不定向的
只提供了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
种群基因频率的改变(生物进化）是否也是不定向的呢
基因
重组
突变
生物进化的原材料
现象
长满地衣的树干上的桦尺
黑褐色树干上的桦尺蠖
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。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,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。那么桦尺蛾的体色将会有怎样的变化
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。
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究实践
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。
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究实践
制定并实施研究方案
创设数字化的问题情境。
计算，将计算结果填入表中。
根据计算结果，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中所得数据进行比较。
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%
12.98%
93.2
26.18%
96
60.84%
91.18
11.46%
22.92%
65.62%
22.92%
77.08%
26.07%
73.93%
14.60%
29.44%
55.96%
29.32%
70.68%
13.31
26.84
51.03
11
22
63
12.1
24.4
56.7
10
20
70
100
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究实践
任务二：根据教材P112～113“探究·实践”提供的资料，回答下列问题：
(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？
会影响。因为树干变黑后，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)在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表型？为什么？
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)，而不是基因
(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是什么？为什么？
自然选择决定生物进化的方向
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究实践
(4)根据资料分析，决定桦尺蛾进化方向的是什么？为什么？
变异是不定向的
自然选择
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改变
生物朝一定方向缓慢进化
突变、基因重组
选择是定向的
生物进化的实质
直接选择的是：个体的表型
实质：决定表型的基因
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究实践
2.自然选择对种群基因频率变化的影响
(1)原因:不断淘汰具有__________的个体,选择保留具有__________的个体。
(2)选择的对象:直接作用对象是个体的______,最终选择的对象是决定表型的______。
(3)选择的结果:
①生物性状方面:朝着一定的______不断进化。
②基因方面:种群基因频率会发生______改变。
不利变异
有利变异
表型
基因
方向
定向
原种群
不同性状
突变和基因重组
自然选择
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
定向
进化
变异不定向
(4)进化模型
2．桦尺蛾的体色受一对等位基因控制，其中黑色(S)对浅色(s)为显性。将某桦尺蛾种群分成两组，分别迁移到A、B两个区域，A地是煤炭工业重镇，B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(　　)

A.A地S基因的频率为89%，B地S基因的频率为6%
B．A地的大部分s基因突变为S基因，故S基因的频率升高
C．从上述材料可知生物进化的方向是由自然选择决定的
D．从上述材料可知生物进化的实质就是种群基因频率的变化
区域 SS(%) Ss(%) ss(%)
A 80 18 2
B 2 8 90
B
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。
探究抗生素对细菌的选择作用
探究实践
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
探究实践
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。
方法步骤
探究抗生素对细菌的选择作用
探究实践
结果和结论
1．在培养基上是否有细菌生长？在放有抗生素纸片的区域呢？
2．在连续培养几代后，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？
实验结果：抗生素纸片周围出现抑菌圈，在连续培养几代后，抑菌圈的直径____________。
实验结论：这说明抗生素对细菌产生了选择作用。
越来越小
有
无
探究抗生素对细菌的选择作用
探究实践
任务三：根据教材P115“探究·实践”，回答下列问题：
(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？
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。
在本实验条件下，耐药菌产生的变异一般来说是有利的。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。
探究抗生素对细菌的选择作用
探究实践
“探究抗生素对细菌的选择作用”实验的相关分析
(1)抗生素不是诱变因子，因此细菌耐药性变异的产生与抗生素无关。
(2)细菌产生耐药性变异的过程属于基因突变，而基因突变具有不定向性。
(3)滤纸片上的抗生素杀死了其周围的细菌，使其不能形成菌落而出现抑菌圈。
【核心归纳】
探究抗生素对细菌的选择作用
探究实践
3.生活中滥用抗生素的现象十分普遍。下列关于“探究抗生素对细菌的选择作用”实验的叙述，错误的是(　　)
A.在培养基的特定区域放置不含抗生素的纸片，作为空白对照
B.实验中抑菌圈的直径越大，抗生素的抑菌作用越强
C.抗生素的使用可诱导细菌产生耐药性变异
D.抗生素的选择作用会导致耐药菌比例逐代提高
C