6.3 种群基因组成的变化与物种的形成（第1课时） 课件(共45张PPT) 高中生物2025-2026学年人教版（2019）必修2

(共45张PPT)
第1课时
种群基因组成的变化
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
1.解释种群、基因库和基因频率的概念。
学习目标
2.描述自然选择与种群基因频率的关系。(重、难点)
3.探究抗生素对细菌的选择作用。
问题探讨
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：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？
这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为他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选择下定向改变的过程，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生殖细胞成为一个新物种
问题探讨
目标一　
种群、基因库和基因频率的概念
一、种群、基因库和基因频率的概念
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。
(1)概念
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称为一个物种，简称“种”。
一片树林中的全部猕猴是一个种群，不同树林中的（同种）猕猴构成两个不同的种群。
一定区域
同种
全部
1. 种群
1. 种群
种群个体间自由交配，通过繁殖将各自的基因传递给后代。
种群是生物繁殖的基本单位。
一、种群、基因库和基因频率的概念
1. 种群
变异个体如果死亡前不能把变异基因传递给后代，那它对生物的进化是没有贡献的，有利变异的基因只有在种群中才能传递、扩散。
种群是生物进化的基本单位。
一、种群、基因库和基因频率的概念
2．基因库
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。
一、种群、基因库和基因频率的概念
3．基因频率
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。
基因频率=
种群中某基因的总数
该基因及其等位基因的总数
× 100%
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。
一、种群、基因库和基因频率的概念
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，测得基因型为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？
A基因频率为:
a基因频率为：
= 40%
A% =
×100%
2×AA＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
a% =
= 60%
2×aa＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
×100%
方法一：定义法
一、种群、基因库和基因频率的概念
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
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，测得基因型为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？
一、种群、基因库和基因频率的概念
b基因频率= ×100%
例2：在调查红绿色盲时，随机抽查了200人，其中男女各100人。女性患者1人，携带者3人，男性患者4 人。色盲基因的频率为多少？
Xb =
1×2+3+4
100×2+100
×100% =
3%
基因频率=
某基因的总数
控制该性状的等位基因总数
× 100%
定义法
一、种群、基因库和基因频率的概念
1．判断正误
(1)一个池塘中全部的鱼是一个种群(　　)
(2)自然选择过程中，直接受选择的是表型(　　)
(3)一个种群中某基因占所有基因数的比值叫作基因频率(　　)
×
√
×
2．为什么生物进化的基本单位是种群而不是个体？　
因为个体的寿命是有限的，个体表型会随着个体的死亡而消失。决定生物性状的基因可以通过生殖而世代延续，并且在群体中扩散，因此生物进化应该研究群体基因组成的变化。
1．下列属于种群的是(　　)
A．一块水田里的全部青蛙 B．一块棉田里的全部蚜虫
C．一块朽木上的全部真菌 D．一个池塘中的全部鱼
2．在一个种群中随机抽取一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占18%，基因型为Aa的个体占78%，基因型为aa的个体占4%，基因A和基因a的基因频率分别是(　　)
A．18%、82% B．36%、64%
C．57%、43% D．92%、8%
√
√
若干代以后，该种群的基因频率会不会发生改变？
目标二　种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
二、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
思考·讨论
1、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都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算。
(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？
(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？
用数学方法讨论基因频率的变化
亲代基因型的频率 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%
36%
48%
16%
60%
40%
F1代
基因型频率
AA %=36%
Aa %=48%
aa %= 16%
F1代
基因频率
A%=60%
a%=40%
A 60%
a 40%
卵子
A 60%
a 40%
精子
36%
24%
16%
AA
Aa
Aa
24%
aa
二、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
思考·讨论
1、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都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算。
用数学方法讨论基因频率的变化
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%
二、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
1．种群基因频率的变化
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自然选择对翅型性状没有作用；
⑤基因A和a都不产生突变，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。
遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）
二、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
1．种群基因频率的变化
若种群中一对等位基因为A和a，设A的基因频率=p，a的基因频率=q。(p＋q)=1，则（p+q2)=p2+2pq+q2=1。
AA基因型频率=p2；aa基因型频率=q2；Aa基因型频率=2pq。
A（p） a( q )
A（ p） AA（p2） Aa(pq)
a ( q ) Aa（pq） aa(q2)
雌配子
雄配子
F1基因型频率
遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）
二、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律
交配方式 基因频率 基因型频率
自交
自 由 交 配 处于遗传平衡
不处于遗传平衡
改变
纯合子增多杂合子减少
不改变
改变
不改变
不改变
不改变
拓展延伸
二、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
1．种群基因频率的变化
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？
第一：足够大的种群是不存在；
第二：种群中雌雄个体间充分的随机交配是不现实的；
第三：基因突变每时每刻都有可能发生；
第四：由于各种原因，种群中有的个体会离开该群体，或迁入该种群；
第五：在自然界中，自然选择是不可抗拒的，始终对种群发挥作用。
所以从理论上分析，种群基因频率会发生改变，生物的进化是必然的。
二、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
1．种群基因频率的变化
不可遗传的变异
可遗传的变异
变异
突变
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。在自然情况下，突变的频率是很低的，且多数是有害的，对生物的进化有重要意义吗？
二、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
1．种群基因频率的变化
2×1.3× 104
× 108
种群
= 2.6 ×107（个）
个体
× 10-5
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？
二、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
1．种群基因频率的变化
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
变异是随机、不定向的
形成了进化的原材料,
不能决定生物进化的方向
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。
二、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
基因类型 黑色（S） 浅色（s）
工业革命前 （19世纪中叶） 5% 95%
工业革命后 （20世纪中叶） 95% 5%
英国老工业中心曼彻斯特地区桦尺蠖为什么从白色变成了黑色？
每一代就会产生大量的突变个体，且大多数突变对生物体是有害的。突变的有利与有害是相对的而不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。
2．自然选择对种群基因频率变化的影响
二、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
1．判断正误
(1)生物进化的实质是种群基因频率的变化(　　)
(2)自然选择决定了生物变异和进化的方向(　　)
(3)生物进化的原材料源于基因突变和基因重组(　　)
×
√
(4)自然选择过程中，直接受选择的是表型(　　)
√
×
桦尺蠖种群中s基因（决定浅色性状）的频率为什么越来越低呢？
由于环境改变（树皮被熏成黑褐色），桦尺蠖的灰色（ss）不适应环境而被淘汰，基因s频率不断降低，基因S的频率升高。
提出问题：
探究思路：
做出假设：
假如种群中浅色（ss）个体每年减少10%，黑色（SS,Ss）个体每年增加10%。第2~10年间，该种群基因型频率和基因频率分别是多少。
2. 探究自然选择对种群基因频率变化的影响
2. 探究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SS 10%,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
(1)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。
19 世纪中叶
20 世纪中叶
(2)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
自然选择决定生物进化的方向
1．下列关于生物变异和生物进化的叙述中，正确的是(　　)
A．变异都能为生物进化提供原材料
B．自然选择决定了生物进化的方向
C．只有基因突变才能导致种群基因频率改变
D．抗生素的使用使病原体产生了适应性的变异
√
2．腕足类动物海豆芽，从4亿年前出现至今面貌基本没变，也没有绝灭，对此现象的合理解释是(　　)
A．自然选择对其不发生作用
B．海豆芽在漫长的年代中基因频率发生了较大变化
C．海豆芽很少变异，适应性强
D．海豆芽的生活环境基本没有改变
√
目标三　
探究抗生素对细菌的选择作用
三、探究抗生素对细菌的选择作用
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 实践
三、探究抗生素对细菌的选择作用
实验步骤
①培养皿分区、标号。
③将不含抗生素的纸片和含抗生素纸片分别放在平板的不同位置。
②涂布平板。
①
②
③
④
④将培养皿倒置于37 ℃的恒温箱中培养12~16 h。
⑤观察细菌的生长状况，是否有抑菌圈？测量并记录。
⑥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。重复步骤②~⑤。
探究 实践
三、探究抗生素对细菌的选择作用
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。
结果分析
探究 实践
1．判断正误
(1)抗生素的使用使细菌产生了定向变异(　　)
(2)本实验的全部操作过程要保持无菌无毒的环境条件(　　)
×
√
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？怎么理解变异是有利还是有害的？
本实验中细菌产生的耐药性变异有利于细菌的生存，属于有利变异。在生物进化过程中，生物产生的有利变异是指有利于生物生存、适应环境的变异，而不是对人类有利的变异。
3．滥用抗生素的现象十分普遍，请说明滥用抗生素的危害。　
(1)增强细菌耐药性：抗生素的滥用及不合理的使用在一定程度上使抗生素接触细菌的机会增大，使细菌耐药性积累并加强，使抗生素的药效减弱，甚至完全不起作用。(2)不良反应繁多：滥用抗生素导致大量不良反应产生，如可引发再生障碍性贫血。(3)菌群失调：抗生素的长期大量滥用，使未被抑制的细菌类型繁殖迅速，造成菌群失调的情况，导致患者免疫力下降，病情加重或产生新的病变。
三、探究抗生素对细菌的选择作用
什么是“超级细菌”？
泛指那些对多种抗生素具有耐药性的细菌。
基因突变是产生超级细菌的根本原因。
由于大部分抗生素对其不起作用，超级细菌对人类健康已造成极大的危害。
抗生素对细菌具有定向选择作用。
1．下列关于细菌抗药性产生原因的叙述，符合达尔文自然选择学说的是(　　)
A．“抗药性”变异产生于使用抗生素之后
B．在自然选择的作用下，细菌定向产生了抗药性变异
C．抗药性强的细菌产生的后代都具有更强的抗药性
D．长期使用抗生素使细菌的抗药性成为有利变异并逐代积累
√
2．为了防止滥用抗生素，上海等地区规定普通感冒不准使用抗生素。滥用抗生素会使人体内细菌产生耐药性，如果被细菌感染，则往往由于体内细菌能够抵抗各种抗生素而无药可救。下列有关说法正确的是(　　)
A．抗生素的滥用导致细菌向“耐药性”细菌方向变异
B．细菌中本来就存在耐药性个体，长期使用抗生素导致“耐药性”基因频率下降
C．耐药性强的细菌可能发生了基因突变或染色体变异
D．种群基因频率的变化趋势在一定程度上反映了生物进化的方向
√
课堂小结
种群
概念
同种生物
一定区域
全部个体
种群
基因库
概念
计算公式
种群基因频率
概念
变化
一个种群
全部基因
该基因型个体数
该种群个体总数
×100%
基因突变
自然选择
某个基因与全部等位基因数的比值
基因频率不定向变化
基因频率定向改变
生物进化
导致
种群
基因型频率