6.3 种群基因组成的变化与物种的形成 课件(共48张PPT)

(共48张PPT)
第3节
种群基因组成的变化与物种的形
SW生老师
问题探讨
先有鸡还是先有蛋？
甲同学说：当然是先有鸡了，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：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。
你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？
先有鸡还是先有蛋？
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。
回顾：达尔文自然选择学说的主要内容
1.过度繁殖
2.生存斗争
3.遗传变异
4.适者生存
具有有利变异的个体，
生存并留下后代的机会多
生物的个体，其表型
群体基因组成的变化
自然选择
一、种群和种群基因库
1. 种群
定义：生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。
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
×
√
×
×
×
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。
种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。
2.基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
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率。
4.基因型频率
在一个种群中，某基因型个体占种群内全部个体的比率。
基因频率＝
该基因的总数
全部等位基因的总数
×100%
某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, 褐色翅的基因为a，调查发现AA、Aa、aa的个体分别有30、60、10个，
AA、Aa、aa的基因型频率是多少？
那么A、a的基因频率是多少？
思考·讨论
=
A% =
×100%
2×AA＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
30×2+60
200
=
60%
200
a%=
10×2+60
=
40%
2×aa＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
×100%
=
Aa% =60%
aa% =10%
AA%=30%
A%=60%
a%=40%
① 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。
② 一个基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率
用数学方法讨论基因频率的变化
1.假设上述昆虫种群非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代，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都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算填入下表。
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（ ） 30%
30%
30%
10%
60%
40%
36%
48%
16%
P表示基因A的频率，q表示基因a的频率
AA%= p2 Aa%= 2pq aa%=q2
(p+q)2=p2+ 2pq + q2 =1
p+q=1
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%
想一想，若干代后，种群的基因频率会同子一代一样吗？
36%
48%
40%
16%
60%
36%
48%
40%
16%
60%
36%
48%
40%
16%
60%
由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代和子代每一种基因的频率都不会改变，到再下一代也是如此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就是哈代－温伯格平衡，也叫遗传平衡定律。
假设的种群满足以下五个条件：
①种群足够大；
②雌雄个体间都能自由交配并产生后代；
③没有迁入与迁出；
④AA、Aa、aa三种基因型昆虫的生存能力相同（自然选择对这一相对性状没有作用）
⑤不发生突变。
则种群基因频率在世代繁衍过程中不会发生变化，我们称为遗传平衡。
对自然界的种群来说，这五个条件都能成立吗？
遗传平衡状态
说明：种群足够大也称“无遗传漂变”，满足5 个条件的种群称为遗传平衡群体/ 种群。
在自然条件下，哈代-温伯格定律所需的五个条件是难以满足的，因而基因频率总是要发生改变，也就是说进化在任何种群中都是必然要发生的。
种群基因频率、基因型频率的相关计算
1.通过基因型频率计算基因频率
① 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。
② 一个基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率
2.运用哈代-温伯格平衡定律计算基因频率和基因型频率
在一个有性生殖的自然种群中，当等位基因只有一对（Aa）时，设p代表A基因的频率，q代表a基因的频率，则：
(p+q)2=p2+2pq+q2=1
适用条件：种群大；种群中个体间的交配是随机的；没有突变的发生；种群之间不存在个体的迁移或基因交流；没有自然选择。
X染色体是否符合？
种群基因频率、基因型频率的相关计算
3.自交和自由交配与基因频率核基因型频率的关系
①自交：纯合子增多，杂合子减少，不改变基因频率
②自由交配：在无基因突变的理想状态下，处于遗传平衡的种群自由交配，基因频率和基因型频率都不会改变！如果一个种群没有遗传平衡，自由交配不改变，但改变基因型频率。
提示：X染色体上基因频率计算(XBXb)
XBXb基因型=
XBXb的总数
个体总数
×100%
XB基因型=
Xb基因型=
二、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。
生物的变异
不可遗传变异
可遗传变异
基因突变
基因重组
染色体变异
突变
进化的原材料
影响种群基因频率变化的因素
【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，对一个约有108个个体的果蝇种群来说，每一代出现的基因突变数是：
生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那么，它为什么能够作为生物进化的原材料呢？
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。
2×1.3×104×10-5×108=2.6×107（个）
影响种群基因频率变化的因素
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。
某海岛上残翅和无翅的昆虫
超级细菌的产生
影响种群基因频率变化的因素
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
影响种群基因频率变化的因素
突变
基因重组
新的等位基因
多种多样的基因型
种群中出现大量可遗传的变异
形成了进化的原材料
（不能决定生物进化的方向）
突变和基因重组都是随机的、不定向的
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
探究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（其幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天休息在树干上。杂交实验表明，其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。
探究·实践
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
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： 。
1870年，桦尺蛾种群基因型频率为SS10％，Ss20％，ss70％。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， 使得浅色个体每年减少10％，黑色个体每年增加10％。
自然选择可以使种群的基因频率定向改变
长满地衣的树干上的桦尺蛾
黑褐色树干上的桦尺蛾
探究·实践
第一年 第二年 第三年 第四年 …….
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%
12.9%
25.8%
61.3%
26%
74%
14.3%
29.7%
56.0%
29%
71%
(1) 根据数据分析，树干变黑对桦尺蛾浅色个体的出生率有影响吗？
(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表型？
影响，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.
天敌看到的是桦尺蛾的体色（表型）而不是控制体色的基因，自然选择中直接受选择的是表型。
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。
自然选择使基因频率定向改变，决定生物进化的方向。
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
课堂练习
1. 从基因水平看，生物进化的过程就是种群基因频率发生定向改变的过程。判断下列相关表述是否正确。
(1)某地区红绿色盲患者在男性中约占8%，在女性中约占0.64%，由此可知，红绿色盲基因xb的基因频率约为8%。( )
(2)基因频率变化是由基因突变和基因重组引起的，不受环境的影响。( )
(3)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。( )
√
×
√
2. 种群是物种在自然界的存在形式，也是一个繁殖单位。下列生物群体中属于种群的是 ( )
A. 一个湖泊中的全部鱼
B.一片森林中的全部蛇
C.一间屋中的全部蟑螂
D. 卧龙自然保护区中的全部大熊猫
D
3. 某一瓢虫种群中有黑色和红色两种体色的个体，这一性状由一对等位基因控制，黑色(B)对红色(b)为显性。如果基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%，基因型为bb的个体占4%。基因B和b的频率分别为( )
A.18%、82%
B. 36%、64%
C.57%、43%
D.92%、8%
C
4.种果蝇的突变体在21 ℃的气温下，生存能力很差，但是，当气温上升到25.5℃时，突变体的生存能力天大提高。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
C
探究抗生素对细菌的选择作用
四、探究抗生素对细菌的选择作用
探究·实践
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。
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。
4. 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。
（5）观测：是否出现抑菌圈，测量直径，取平均值。
（6）从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤，记录每一代抑菌圈的直径。
①
②
③
④
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。抑菌圈的直径随着培养代数的增加而逐渐缩小;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。
5.结果分析
6. 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
（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。
（1）为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
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？
体内有各种细菌，有好的益生菌，也有坏的致病细菌。其中橘色的具有抗药性。
抗生素把好的坏的细菌都杀死了，只有那些有抗药性的细菌能存活下来
这下这些有抗药性的细菌可以没有任何竞争压力的繁殖
有抗药性的细菌还可以把导致抗药性的基因通过接合转给别的细菌
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。
同种生物的不同种群，由于突变和选择因素的不同，其基因组成可能会朝不同的方向改变，导致种群间出现形态和生理上的差异。
它们是同一个物种吗？
马的进化历程
五、隔离与物种的概念
1.物种的概念
物种：能给自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物
物种与种群的区别：
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。
1.中国大陆上所有老虎是一个种群还是一个物种？
物种
2.两个池塘的鲤鱼是一个物种吗？它们是属于一个种群还是两个种群？
是一个物种，属于两个种群。
1.物种的概念
都是一个物种，无论白人黑人、黄种人结婚，都能产生可育的后代。
马和驴不是一个物种，因为马与驴交配产生的后代骡没有生殖能力。
(1)全世界的人是一个物种吗？为什么？
(2)马跟驴是一个物种吗？为什么？
(3)骡是一个物种吗？为什么？
不是。因为它不能繁殖后代。
问题探讨
2.隔离及其在物种形成的中的作用
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。包括生殖隔离和地理隔离。
①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。
虎
狮
狮虎兽
②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。
东北虎
华南虎
地理隔离和生殖隔离之间有什么联系呢？
六、隔离在物种形成中的作用
假想
在一个山谷中，生活着一个鼠种群。雌鼠和雄鼠之间可以自由交配，繁衍后代。后来一条大河出现。
（1）当这群鼠被大河分开后它们是一个种群还是两个种群呢？
（2）如果大河很快干涸，两群老鼠还能交配吗？
两个种群。
可以。
思考并回答如下问题：
（3）若是几千年后，大河才干涸，两群各自都发生了变化的老鼠会合在一起时，还能发生交配吗？这说明什么？
（4）是什么原因造成同一物种分化成不同类型的新种？
不能，因为产生了生殖隔离。说明地理隔离可能导致生殖隔离。
隔离使同种但不同种群间的个体，在自然条件下不能发生基因交流。
假想
在一个山谷中，生活着一个鼠种群。雌鼠和雄鼠之间可以自由交配，繁衍后代。后来一条大河出现。
思考并回答如下问题：
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。
隔离在物种形成过程中的作用
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
思考·讨论
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。
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？
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。
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。
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。
地理隔离
生殖隔离
长期
物种形成的比较常见的方式：
总结：
① 地理隔离是物种形成的量变阶段，
生殖隔离是物种形成的质变时期。
隔离是物种形成的必要条件。
② 生殖隔离是物种形成的关键，是物种形成的最后阶段，是物种间的真正界限。物种的形成必须经过生殖隔离，但不一定要经过地理隔离。
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。
同一种群
地理隔离
突变和基因重组
自然选择
生殖隔离
物种形成的三个环节：
突变和基因重组、自然选择和隔离
小结：
多个小种群
基因频率的改变（基因库形成明显差异）
新的物种
物种形成的一般途径：
经过长期的地理隔离达到生殖隔离
（1）物种形成的一般途径——渐变式（大多数生物）：
（2）爆发式
二倍体西瓜和四倍体西瓜是同一个物种吗？为什么？
不是。二倍体西瓜和四倍体西瓜杂交的后代（三倍体西瓜）是不育的。
即二者存在生殖隔离。
物种的形成还可以不经过地理隔离，并且在很短时间内达到生殖隔离（爆发式）。主要是由异源多倍体以染色体变异的方式形成新物种。
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 课堂总结
课后练习
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。( )
2. 19世纪70年代，10对原产于美国的灰松鼠被引入英国，结果在英国大量繁殖、泛滥成灾。对生活在两国的灰松鼠种群，可以作出的判断是( )
A.两者尚未形成两个物种
B. 两者的外部形态有明显差别
C. 两者之间已经出现生殖隔离
D.两者的基因库向不同方向改变
√
√
D