6.3种群基因组成的变化与物种的形成课件(共53张PPT)-2024-2025学年下学期高一生物（人教版）必修2

(共53张PPT)
第6章 第3节
种群基因组成的变化与物种的形成
阐述种群，种群基因库，种群基因频率等概念的内含。
运用数学方法讨论种群基因频率的变化。
阐明自然选择对种群基因频率变化的影响。
说明隔离在物种形成中的作用。
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：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。
你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？
问题探讨
先有鸡还是先有蛋？
问题探讨
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。
种群
定义：生活在一定区域的同种生物的全部个体叫作种群。
①一个池塘中的全部鱼
②一个池塘中的全部鲤鱼
③两个池塘内的全部青蛙
④一片草地上的全部植物
⑤一片草地上的成年梅花鹿
一片树林中的全部猕猴
是一个种群
一片水田上的所有水稻
是一个种群
判断下面例子是不是一个种群：
种群和种群基因库
一定区域
同种生物
全部个体
核心要素
一个菜市场所有的白菜是不是一个种群？
特点
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。
种群是物种繁衍、进化的基本单位。
种群和种群基因库
基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
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率。
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。
种群和种群基因库
种群和种群基因库
例：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？
方法一：概念法
A基因频率为:
a基因频率为：
A基因数=2×30+60=120个
a基因数=60+2×10=80个
=
60%
=
40%
种群和种群基因库
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
= 30%+1/2×60% = 60%
= 10%+1/2×60% = 40%
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
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。
例：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？
基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
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率。
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。
基因频率 =
某基因的数目
该基因的等位基因的总数
× 100%
基因型频率=
某基因型个体总数
种群全部个体数
× 100%
种群和种群基因库
=纯合子频率+1/2杂合子频率
一个种群繁殖若干代后，其基因频率会不会发生变化？
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，不同翅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。
亲代基因型的比值 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
配子的比值 A( ) A( ) a( ) a( )
子代基因型频率 AA( ) Aa( ) aa( )
子代基因频率 A( ) a( ) 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自然选择对性状没有作用； ⑤基因A和a都不产生突变
设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1，那么
种群的基因频率将不会改变
A(p) a(q)
A(p) AA(p2) Aa(pq)
a (q) Aa(pq) aa(q2)
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
遗传平衡：种群基因频率和基因型频率不发生变化
Ⅰ.种群数量足够大
Ⅱ.自由交配
Ⅲ.没有迁入与迁出
Ⅳ.没有自然选择
Ⅴ.没有发生突变
Ⅰ.种群数量没有足够大
Ⅱ.不能完全自由交配
Ⅲ.存在迁入与迁出
Ⅳ.自然选择不可抗拒
Ⅴ.基因突变具有普遍性、随机性。
遗传平衡
×
注意：遗传平衡所指的种群是理想条件下的种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这也从反面说明，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。
影响种群基因组成变化的因素
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？
突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。
基因A2的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有益还是有害的，这取决于生物生存的环境。
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。
可遗传变异：
种群基因频率的变化
基因突变在自然界是普遍存在的。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。
例: 果蝇一组染色体上约有1.3×104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？
2×1.3× 104
× 108
种群
= 2.6 ×107（个）
个体
× 10-5
①突变和基因重组：生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，但是由于种群是由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，每一代就会产生大量的突变。
影响种群基因频率变化的因素
种群基因频率的变化
②生物的生存环境：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
影响种群基因频率变化的因素
某海岛上残翅和无翅的昆虫
长翅
残翅
更适应
风小环境
更适应
大风环境
③有性生殖过程中的基因重组：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。
猫由于基因重组而产生的毛色变异
种群基因频率的变化
影响种群基因频率变化的因素
【探究·实践】探究自然选择对种群基因频率变化的影响
工业革命前：浅色个体多
工业革命后：黑色个体多
ss
SS、Ss
自然选择对种群基因频率变化的影响
工业革命后，环境被污染，黑色个体存活率增大。
①现象
长满地衣的灰色树干
工业革命前
灰色(ss)桦尺蛾多
工业革命后
环境污染的黑色树干
黑色(S_)桦尺蛾多
S频率低，s频率高
S频率高，s频率低
自然选择可以使种群的基因频率定向改变
桦尺蠖种群中的S基因为什么越来越高？
②提出问题
③作出假设
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？
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%
④创设情境示例
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
④创设情境示例
自然选择对种群基因频率变化的影响
思考1.树干变黑会影响桦尺蠖种群中浅色个体的出生率吗？为什么？
思考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？
会，因为树干变黑后，浅色个体容易被发现，被捕食的概率增加，许多个体可能没有交配、产卵前就被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率。
表现型，基因型并不能在自然选择中起直接作用，因为天敌在捕食桦尺蠖时，看到的是桦尺蠖的体色而不是控制体色的基因。
自然选择使基因频率定向改变。
结论：自然选择决定生物进化的方向
⑤问题
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在自然选择作用下的定向改变。
（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。
自然选择对种群基因频率变化的影响
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
[典例]兔脂肪白色(F)对淡黄色(f)为显性，由常染色体上一对等位基因控制。某兔群由500只纯合白色脂肪兔和1500只淡黄色脂肪兔组成，F、f的基因频率分别是( )
A. 15%、85% B. 25%、75%
C. 35%、65% D. 45%、55%
[典例]某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因的携带者为15人，患者5人，男性患者11人。那么这个群体中色盲基因的基因频率为多大？
某基因的数目
雌性个体数×2+雄性个体数
× 100%
基因频率=
6%
[典例]调查某校学生中关于某种性状的各种基因型及比例为：
基因型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY
比例(%) 42.32 7.36 0.32 46 4
则该校学生中XB和Xb的基因频率分别是(　　)
A.6%、8% B.92%、8%
C.78%、92% D.8%、92%
[典例]色盲基因出现的频率为7%。一个正常男性与一个无亲缘关系的女性结婚，子代患色盲的可能性是（ ）
A. 7/400
B. 8/400
C. 13/400或1/400
D. 14/400
[变式]一个正常男性与一个无亲缘关系的正常女性结婚，子代患色盲的可能性是（ ）
7/214
[典例]在欧洲人群中，每2500人中就有一人患囊性纤维性变性，这是一种常染色体上的隐性遗病。一对健康的夫妇有一个患此病的孩子。以后该妇女又与一健康的男子再婚，问这对再婚夫妇生一个孩子，孩子患病的几率是
A．1/25 B．1/5 C．1/102 D．1/625
[典例]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
[典例]使用某种农药防治某种农业害虫，开始效果很显著，长期使用后，效果越来越差，原因是（ ）
A.害虫对农药进行了定向选择
B.害虫对农药逐渐适应
C.农药刺激害虫产生了变异
D.农药对害虫的变异进行了定向选择
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
1.记号笔将培养基分为四个区并标号
2.将细菌涂布在培养基平板上
①
②
③
④
3.将含抗生素的制片和不含抗生素的纸片置于不同的分区， 盖上皿盖。
探究抗生素对细菌的选择作用
4.将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h
5.观察并测量抑菌圈直径,并取平均值
探究抗生素对细菌的选择作用
6.从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤
思考1：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？
抑菌圈的直径随着培养代数的增加而逐渐缩小;说明在细菌在抗生素的选择作用下，细菌的抗药性逐渐增强。
探究抗生素对细菌的选择作用
思考：为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
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。
思考：你的数据是否支持“耐药菌是普遍”存在的”这一说法？说说你的理由。
支持。因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。
思考：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？
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。
种群基因频率发生定向改变
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
（不定向）
（定向）
生物进化一定会出现新物种吗？
新物种是如何出现的？
这是同一个物种吗
这是同一个物种吗
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
思考：
全世界的人都是一个物种吗？
物种
狮子和老虎是一个物种吗？
所有的骡子是一个物种吗？
二倍体西瓜和四倍体西瓜是不是一个物种？
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。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。
达尔文在环球考察中观察到一个奇怪的现象。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160~950km。
加拉帕戈斯群岛的地雀
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。
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。
隔离及其在物种形成中的作用
隔离及其在物种形成中的作用
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，也不能产生可育后代的现象。
三倍体
隔离及其在物种形成中的作用
2．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？
不同岛屿的地形和植被条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。
3．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。
1．设想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。这两个初始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的多，基因频率可能不一样。
思考
思考，下列描述错误的有：
1、地雀为了适应环境，喙产生了变异；
2、地雀喙产生的变异能遗传给下一代；
3、地雀的进化是自然选择的结果；
4、这13种地雀繁殖能力较强，在生存斗争中获胜；
5、环境的差异使地雀发生了不定向的变异；
6、不同小岛上的种群由于基因库改变逐渐出现生殖隔离；
7、不同小岛在地理上的隔离直接导致了新物种的产生。
加拉帕戈斯群岛不同种地雀形成
深入思考
1.物种形成的必要条件是什么？
隔离
2.地理隔离在物种形成过程中起到什么作用？
3、地理隔离必然产生出新的物种吗？
4、新物种形成的标志是什么？
5、产生生殖隔离的根本原因是什么？
阻断种群间的基因交流
不是
出现生殖隔离。
6、新物种形成的过程是怎样的？
种群基因库间形成明显的差异。
隔离及其在物种形成中的作用
加拉帕戈斯群岛的地雀是通过长期地理隔离形成新物种，产生生殖隔离的著名实例。
同一物种
地理隔离，阻隔基因交流
突变、基因重组
种群基因库出现明显差异
自然选择，基因频率发生改变
生殖隔离，新物种形成的标志
物种形成的三个环节
①突变和基因重组产生进化的原材料
②自然选择导致种群基因频率的定向改变
③隔离是物种形成的必要条件
新物种
隔离及其在物种形成中的作用
自然选择2
自然选择1
地理隔离
原种
变异1
变异2
基因频率的定向改变
变异类型1
变异类型2
新物种
新物种
生殖隔离
① 渐变式（绝大多数）
隔离是物种形成的必要条件。
新物种形成一定需要经过地理隔离吗？
隔离及其在物种形成中的作用
二倍体
四倍体
物种A
杂种植物
异源多倍体
杂交
染色体加倍
物种B
② 爆发式
主要通过染色体变异的方式形成新物种，一旦出现就可以很快形成生殖隔离，不需要地理隔离。此种方式多见于植物
物种形成和生物进化的比较
物种形成 生物进化
标志 生殖隔离出现 基因频率改变
变化后生物与原生物的关系 属于不同物种 可能属于同一物种；
也可能属于不同物种
二者联系 只有不同种群的基因库产生了明显的差异，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
不定向的变异
不利变异（基因）
有利变异（基因）
淘汰
种群的基因频率定向改变
生物定向进化
生物进化的实质：
引起基因频率改变的因素：
突变、自然选择等。
种群基因频率的改变
多次选择和积累，通过遗传
自然选择
小结（自然选择决定进化的方向）
通过生存斗争实现
直接受选择的是生物个体的表型
小结（自然选择决定进化的方向）
根据上述所学内容，归纳：现代生物进化理论的主要内容：
⑴种群是生物进化的基本单位
⑵突变和基因重组产生进化的原材料
⑶进化的实质是种群基因频率的改变
⑷自然选择决定生物进化的方向