第6章 第3节一种群基因组成的变化--人教版2019高中生物学必修2教学课件(共35张PPT)

第3节　种群基因组成的变化
与物种的形成
第6章 生物的进化
生物
学习目标
①通过真实情境问题，阐明种群是生物繁殖和进化的基本单位，生成并阐述基因库、基因频率和基因型频率的概念，明确进化的实质。（生命观念、科学思维）
②运用数学方法计算不同情境下的种群基因频率和基因型频率，总结基因频率变化与遗传平衡的数学关系与生物学实质。（科学探究、科学思维）
③借助小组建模模拟活动，能够阐明自然选择对种群基因频率变化的影响，通过模拟活动提升对模型建构与变量控制的理解能力，深化进化与适应观，增强保护环境的意识。（科学思维、社会责任）
学习重难点
重点：
1.种群、物种、基因频率等概念；
2. 变异、选择在生物进化中的应用。

难点：
自然选择通过何种机制影响种群基因频率的变化？
种群和种群基因库
新课讲授
任务一
导入新课
情境1：英国的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。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，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣，桦尺蛾几乎都是浅色型的，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，到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型。
未污染区树干
污染区树干
新课讲授
[任务一]种群和种群基因库
问题1：工业污染区桦尺蛾的黑色性状在自然选择中能否被保留下来？为什么？
问题2：个体终将死亡，若该黑色桦尺蛾死亡，控制黑色的S基因是否也会随之消失？
1、种群：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。
种群既是进化的基本单位；也是繁殖的基本单位。
2. 基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因叫这个种群的基因库。
在一个种群基因库中，某基因占全部等位基因的比值叫做基因频率。
此种基因（A）的个数
该对等位基因的总数(A+a)
某种基因（A）的基因频率
=
3. 基因频率
× 100%
新课讲授
[任务一]种群和种群基因库
=????????%
?
新课讲授
[情境2] 在桦尺蛾种群中，决定体色为黑色的基因是S，决定体色为浅色的基因是s，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为SS、Ss和ss的个体数量分别是30、60和10个。
分析课本111页某昆虫决定翅色的基因型频率、基因频率相关计算，回答下列问题。
1.求S和s的基因频率。
2.求SS、Ss、ss基因型频率。
3.找出基因频率和基因型频率之间的关系。
S=?????×?????????+?????????????×?????????????X100%
?
=????????%
?
s=?????×????????+?????????????×?????????????X100%
?
在种群中，等位基因的基因频率之和等于1。
[任务一]种群和种群基因库
新课讲授
[情境2] 在桦尺蛾种群中，决定体色为黑色的基因是S，决定体色为浅色的基因是s，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为SS、Ss和ss的个体分别是30、60和10个。
分析课本111页某昆虫基因型频率、基因频率相关计算，回答：
1.求S和s的基因频率？
2.求SS、Ss、ss基因型频率？
3.找出基因频率和基因型频率之间的关系？
SS基因型的数量= ____个；则SS基因型频率= ____________。
Ss基因型的数量= ____个；则Ss基因型频率= ____________。
ss基因型的数量= ____个；则ss基因型频率= ____________。
30
60
10
30÷100=30%
60÷100=60%
10÷100=10%
① 在种群中，基因型频率之和等于1。
②某个基因的频率(常)=该基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率
[任务一]种群和种群基因库
[情境3]假设桦尺蛾生活在理想的环境下：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S和s都不产生突变。根据孟德尔的分离定律,用数学方法讨论基因频率的变化,回答问题。
1.该种群产生的S配子和s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？填写以下表格。
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}亲代基因型的频率
SS（30%）
Ss（60%）
ss（10%）
配子的比率
S（ ）
S( )
s( )
s( )
子一代基因型频率
SS（ ）
Ss( )
ss( )
子一代基因频率
S（ ）
s( )
子二代基因型频率
SS（ ）
Ss( )
ss( )
子二代基因频率
S（ ）
s( )
30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
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[任务一]种群和种群基因库
2.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？
3.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？
4.如果该种群出现新的突变型（基因型为S2a或S2S2），也就是产生新的等位基因S2，种群的基因频率会发生变化吗？基因S2的频率可能会怎样变化？
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。
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。
突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。
基因S2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。
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[任务一]种群和种群基因库
当群体满足以下五个条件：
①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
基因
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
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[任务一]种群和种群基因库
（哈迪-温伯格定律）
遗传平衡
【迁移训练】某植物种群中，AA个体占16%，aa个体占36%，该种群随机交配产生的后代中AA个体百分比、A基因频率和自交产生的后代中AA个体百分比、A基因频率的变化依次为 (　　)
A.增大，不变；不变，不变 ?　
B.不变，增大；增大，不变
C.不变，不变；增大，不变 ?　
C
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[任务一]种群和种群基因库
种群基因频率的变化
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任务二
基因突变
染色体变异
基因重组
变异
可遗传变异
不可遗传变异
突变
生物进化的原材料
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？
基因突变在自然界普遍存在。基因突变产生新等位基因，就可使种群基因频率发生变化。
新课讲授
[任务二]种群基因频率的变化
假定桦尺蛾约有2×105个基因，假定每个基因的突变率都是10-5，若有一个中等数量的桦尺蛾种群（约有108个个体）。
思考：1个桦尺蛾体内出现基因突变数是多少？该种群中每一代出现基因突变数是多少呢？这说明了什么？
（1）2×105×10-5 = 2
（2）2×105×10-5×108 =2×108
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。
新课讲授
[任务二]种群基因频率的变化
[任务二]种群基因频率的变化
可遗传变异的形成、特点和作用
突变（基因突变和染色体变异）和基因重组产生进化的原材料
基因突变
基因重组
新的等位基因
多种多样的基因型
形成了进化的原材料,
不能决定生物进化的方向
作用
种群中出现大量可遗传的变异
形成
变异是随机的、不定向的
特点
那么种群基因频率的改变是否也是不定向的？
自然选择对种群基因频率的影响
新课讲授
任务三
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[任务三]自然选择对种群基因频率的影响
情境4：桦尺蛾的体色受一对等位基因控制，黑色(S)对浅色(s)是显性的。假设1870年，桦尺蛾种群总数100只，SS30%（30只），Ss20%（20只），ss50%（50只）。
预测在自然选择的作用下，若干年后种群内S基因频率的变化并简述理由。
假说：在自然选择的作用下，若干年后，S基因频率会升高。
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[任务三]自然选择对种群基因频率的影响
【活动】模拟天敌捕食对桦尺蛾基因频率的改变
材料：黑纸模拟因工业化变黑的树干，纸片模拟黑色和浅色的桦尺蛾，参与活动的同学扮演“捕食者”，每轮抓取20张纸片。假设桦尺蛾种群总数100只，SS30%（30只），Ss20%（20只），ss50%（50只）。
活动要求：
（1）将捕捉后三种基因型桦尺蛾的剩余数记录在表格中。
（2）捕捉后的桦尺蛾不放回树上。以上步骤重复三次，完成三轮捕捉。
（3）将每组的数据记入表格中，计算每一轮的基因频率。
（4）处理数据，分析数据，回答问题，得出结论。
轮次
SS（黑色）
Ss（黑色）
Ss（白色）
1
?
?
?
2
?
?
?
3
?
?
（1）桦尺蛾的种群是否发生了进化？为什么？
（2）桦尺蛾的进化方向是由什么决定的？
是。种群中黑色桦尺蛾比例升高，更有利于其生存和繁殖，对环境的适应性增强。
自然选择
S基因频率升高，s基因频率下降。
（3）自然选择如何对种群基因频率产生影响？
新课讲授
[任务三]自然选择对种群基因频率的影响
【活动】模拟天敌捕食对桦尺蛾基因频率的改变
变异是不定向的
自然选择
基因频率定向改变
生物定向进化
有利变异
积累加强
不利变异
不断淘汰
梳理知识框架图
新课讲授
[任务三]自然选择对种群基因频率的影响
新课讲授
[任务三]自然选择对种群基因频率的影响
小结：
生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。
变异是不定向的
自然选择
不利变异
不断淘汰
有利变异
积累加强
基因频率定向改变
生物定向进化
导致
自然选择决定生物进化的方向
新课讲授
[任务三]自然选择对种群基因频率的影响
【探究·实践】探究抗生素对细菌的选择作用
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。
实验原理
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。
自变量：
因变量：
有无抗生素
细菌是否被杀死
探究·实践 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
实验步骤
1
2
3
4
5
6
分区
接种
设置变量
培养
观察
重复实验：
第二代、第三代
①
②
③
④
①区放置不含抗生素（对照组）
②③④区放含有抗生素的纸片（实验组）
观察有无抑菌圈
测量抑菌圈直径
→判断是否抑菌
→判断抑菌强弱
抑菌圈
探究·实践 探究抗生素对细菌的选择作用
结果分析
在培养基上有细菌生长，在放有抗生素纸片的区域无细菌生长。连续培养几代后，抑菌圈的直径会变小。
抗生素对细菌有选择作用，抗生素对细菌抑制作用越来越弱。
探究·实践 探究抗生素对细菌的选择作用
结果分析
①你的数据结果是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？
因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。
②在本实验条件下，耐药菌所产生的变异是有利的还是有害的？
在本实验条件下，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
【练习1】
当堂训练
下列关于基因库的描述，错误的是(　　)
A．基因库是一个种群的全部个体所含的全部基因
B．生物个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传
C．种群中每个个体都含有种群基因库中的全部基因
D．基因突变可能改变基因库的组成
C
【练习2】
在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占总数的18%，基因型为aa的个体占总数的4%，则基因A和基因a的频率分别为( )
A.18%、82% B.36%、64% C.57%、43% D.92%、8%
C
当堂训练
【练习3】
下列关于基因频率与生物进化关系的叙述，正确的是(　　)
A．种群基因频率的改变不一定引起生物的进化
B．生物进化的实质是种群基因频率的改变
C．自然选择是影响基因频率的唯一因素
D．生物性状的改变一定引起生物的进化
B
当堂训练
当堂训练
【练习4】
（不定项）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。下列关于“探究抗生素对细菌的选择作用”实验的说法中，错误的是(　　)
A．放置不含抗生素的纸片起对照作用
B．耐药菌发生了基因突变，不利于其生存
C．重复几代，抑菌圈的直径会逐渐增大
D．本实验说明抗生素对细菌有选择作用
BC
当堂训练
【练习5】
果蝇是常用于遗传学研究的实验材料，据资料显示，果蝇约有104对基因，现有一黑腹果蝇的野生种群，约有107个个体。请分析回答下列问题。
(1)经观察，该种群中果蝇有多种多样的基因型，分析其产生原因，是在突变过程中产生了__________，经有性生殖过程中的________产生多种多样的基因型，使种群中产生了大量可遗传的________，它们都能为生物进化提供________。
(2)假定该种群中每个基因的突变率都是10－5，那么在该种群中每一代出现的基因突变数约是________个。
(3)随机从该种群中抽出100只果蝇，测知基因型为AA(灰身)的个体35只，基因型为Aa(灰身)的个体60只，基因型为aa(黑身)的个体5只，则A基因的基因频率为______， a基因的基因频率为_________________。
(4)通过对果蝇及其他生物进行遗传学研究，可得出生物进化的基本单位是______________，生物进化的实质是______________________________。
等位基因
基因重组
变异
原材料
2×106
65%
35%
种群
种群基因频率的改变
课堂小结
根据所学，说说本节课你的收获。
谢谢大家