6.3种群基因组成的变化与物种的形成（第1课时）课件(共22张PPT)-2024-2025学年下学期高一生物（人教版）必修2

(共22张PPT)
6.3种群基因组成的变化与物种的形成
问题探讨
讨论
1.超猴使其所在的群体强大起来，但他却没有合适伴侣孤独一生，其死后猕猴群体又恢复到原来的样子，这能不能说猕猴群体进化了？
假定猕猴群体中有一只雄性个体发生了变异（超猴），变异使其在生存斗争中获得了优势。
2.假如超猴降低一点择偶标准，与普通雌性交配生小猴子。当超猴死去，多年之后，超猴的表型（基因）能不能在群体中扩散开来？
自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。但是，在自然界，没有哪个个体是长生不死的，个体的表型会随着个体的死亡而消失，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。
研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究群体基因组成的变化。
一、种群基因组的变化与物种的形成
1.种群概念
生活在一定区域的同种生物的全部个体的集合。
一片树林中的全部猕猴
一片草地上的所有蒲公英
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。
随堂练习
In-class practice
1.判断下列是否属于种群
（1）一个池塘中的全部鱼
（2）一片草地上的成年梅花鹿
（3）一个菜市场中的所有鲤鱼
否
否
否
2.种群特点
（种群是繁殖的基本单位）
蝗虫产卵
一、种群基因组的变化与物种的形成
3.种群基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
①基因库
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的比值。
基因频率=
某基因的总数
×100%
控制该性状的等位基因总数
②基因型频率
某种基因型个体占种群总数的比值。
基因型频率=
某基因型的个体数
种群总数
×100%
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？
（1）概念法
控制该性状的等位基因总数
基因频率=
某基因的总数
×100%
A基因数量
A基因数量+a基因数量
A基因频率=
×100％=
120
120+80
×100％=60％
a基因数量
A基因数量+a基因数量
a基因频率=
×100％=
80
120+80
×100％=40％
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？
（2）根据基因型频率计算基因频率
AA个体×2+Aa个体×1
AA个体×2+Aa个体×2+aa个体×2
A基因频率=
×100％
=
AA个体×2
AA个体×2+Aa个体×2+aa个体×2
Aa个体×1
AA个体×2+Aa个体×2+aa个体×2
+
=AA基因型频率+
1/2Aa基因型频率
a基因频率=aa基因型频率+1/2Aa基因型频率
=纯合子基因型频率+1/2杂合子基因型频率
基因频率
1.调查色盲遗传时，将调查数据统计在如下表格中
类型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY
数量 30 20 0 46 4
随堂练习
In-class practice
请你推算该种群中Xb的基因频率。
Xb
XB+Xb
Xb=
×100％
=
20+4
30×2+20×2+46+4
×100％
=16％
思考·讨论——用数学方法讨论基因频率的变化
一、种群基因组的变化与物种的形成
1.若亲代昆虫中的种群满足以下五个条件：
①昆虫种群数量足够大，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不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的（自然选择对A、a控制的翅型性状没作用）⑤基因A和a都不产生突变。根据孟德尔的分离定律计算。
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( ) 思考·讨论——用数学方法讨论基因频率的变化
一、种群基因组的变化与物种的形成
( 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？
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%
30%
30%
10%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
( 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 子一代 子二代 子三代
基因型频率 AA 30%
Aa 60%
aa 10%
基因频率 A 60%
a 40%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
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。
一、种群基因组的变化与物种的形成
4.遗传平衡定律
遗传平衡群体自由/随机交配一次后，种群的基因频率和基因型频率均保持不变。
设 A 的基因频率为 p，a 的基因频率为 q ；则 p + q = 1 ，且：
( p + q )2 = p2 + 2pq + q2
AA 基因型的频率
Aa 基因型的频率
aa 基因型的频率
5.基因频率计算三种方法
一、种群基因组的变化与物种的形成
（1）概念法
控制该性状的等位基因总数
基因频率=
某基因的总数
×100%
（2）利用基因型频率计算(基因在常染色体上)
基因频率=纯合子基因型频率+1/2杂合子基因型频率
（3）遗传平衡种群(大的自由交配的种群可近似为遗传平衡种群)
A基因频率= AA基因型频率
a基因频率= aa基因型频率
2.一对表型正常的夫妇在进行遗传咨询时，发现丈夫的母亲是白化病患者，若该地区白化病的发病率是16%，那么请估算该对夫妇所生子女患病的概率是多少？
随堂练习
In-class practice
1/7
2.上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。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？
思考·讨论——用数学方法讨论基因频率的变化
一、种群基因组的变化与物种的形成
第一：部分种群个体数量不一定足够大；
第二：种群中雌雄个体间充分的随机交配是不现实的；
第三：由于各种原因，种群中有的个体会迁出该群体，或迁入该种群；
第四：在自然界中，自然选择是不可抗拒的，始终对种群发挥作用。
第五：基因突变每时每刻都有可能发生。
种群的基因频率一定会发生变化，生物的进化是必然的。
种群的基因频率发生变化标志着生物发生进化。
3.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？
①基因突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。
②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。
例如，有翅的昆虫中有时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，这类昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死。
某海岛上残翅和无翅的昆虫
6.种群基因频率的变化
一、种群基因组的变化与物种的形成
达尔文指出：可遗传变异提供生物进化的原材料。
可遗传变异的来源：突变（基因突变、染色体变异）和基因重组。
思考1.自然界中突变的频率很低，突变能作为进化的原材料吗？
因为种群是由许多个体组成的，每个个体的细胞中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，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，对一个中等大小的果蝇种群（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）
思考2.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？
7.自然选择对种群基因频率变化的影响
一、种群基因组的变化与物种的形成
英国曼彻斯特地区有一种桦尺蛾，它们夜间活动，白天栖息在树干上。研究显示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。
19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，种群中S基因的频率很低，S基因的频率低于5%（估计值）。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见类型，S基因的频率超过95%。
19世纪中叶，该地区树干上长满地衣，后来随着工业的发展，工厂排出的煤烟使地衣无法生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。
长满地衣的树干上的桦尺蛾
黑色树干上的桦尺蛾
①提出问题：
桦尺蛾种群中S基因的频率为什么越来越高？
②做出假设：
根据所学知识做出假设：_____________________
_____________________________________________
③讨论探究思路：
创设数字化情境：1870年，桦尺蛾种群基因型频率为SS 10%，Ss 20%，ss 70%。假定树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使得浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。
探究·实践——探究自然选择对种群基因频率变化的影响
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——探究自然选择对种群基因频率变化的影响
长满地衣的树干上的桦尺蛾
黑色树干上的桦尺蛾
a.创设数字化问题情境。
b.计算，将计算结果填入下表：
第1年 第2年 第3年 第4年 ……
基因型频率 SS 10%
Ss 20%
ss 70%
基因 频率 S 20%
s 80%
④制定并实施研究方案：
在____________的作用下，种群的基因频率_______________，导致生物____________________________，即_________________________________。
探究·实践——探究自然选择对种群基因频率变化的影响
长满地衣的树干上的桦尺蛾
黑色树干上的桦尺蛾
第1年 第2年 第3年 第4年 ……
基因型频率 SS 10%
Ss 20%
ss 70%
基因 频率 S 20%
s 80%
⑤分析结果，得出结论：
11.5%
22.9%
65.6%
23%
77%
13.1%
26%
60.9%
26.1%
73.9%
14.6%
29.3%
56.1%
29.3%
70.7%
升高
升高
升高
降低
降低
自然选择决定生物进化的方向
自然选择
发生定向改变
朝着一定的方向不断进化
7.自然选择对种群基因频率变化的影响
一、种群基因组的变化与物种的形成
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。
内容
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。
意义