(共28张PPT)
第6章
生物的进化
人教版
必修2
第3节
种群基因组成的变化与物种的形成（第一课时）
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。
讨论：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？
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，个体的表型也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。可见，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。
种群基因组成的变化
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群（population）。例如，一片树林中的全部猕猴是一个种群，一片草地上的所有蒲公英也是一个种群。种群中的个体并不是机械地集合在一起。
种群和种群基因库
一个猕猴种群的部分个体
种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。例如，许多昆虫的寿命都不足一年（如蝗虫），所有的蝗虫都会在秋风中死去，其中有些个体成功地完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵。
来年春夏之交，部分受精卵成功地发育成蝗虫。同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？你不妨根据前面所学的遗传、变异和自然选择的知识，尝试作出自己的推测。
一个种群其实就是个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。
蝗虫产卵
在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫作基因频率。
例如，在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是a，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa和a的个体分别是30、60和10个，就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因。
一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库（gene
pool）。
某昆虫决定翅色的基因频率
那么，这100个个体共有200个基因。由此可知
A基因的数量是2×30+60=120个；
a基因的数量是2×10+60=80个；
A基因的频率为120÷200=60%；
a基因的频率为80÷200=40%。
这一种群繁殖若干代以后，其基因频率会不会发生变化呢？
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。
（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）将计算结果填入表格，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？
思考·讨论
用数学方法讨论基因频率的变化
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？
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？
思考·讨论
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（
）
拓展
哈代一温伯格平衡定律
遗传平衡定律是由英国数学家哈代和德国医生温伯格分别于1908年和1909年独立证明的，这一定律又称哈迪温伯格定律。他们指出，一个有性生殖的自然种群中，在符合以下五个条件的情况下，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。
拓展
五个条件是：
1.种群很大
2.随机交配
3.没有突变和重组
4.没有个体迁入迁出
5.个体繁殖和生存的机会相等
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。
达尔文曾明确指出，可遗传的变异提供了生物进化的原材料。现代遗传学研究表明，可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。其中，基因突变和染色体变异统称为突变（mutation）。
种群基因频率的变化
生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那么，它为什么还能够作为生物进化的原材料呢？
这是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）
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。
某海岛上残翅和无翅的昆虫
此外，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。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。
自然选择对种群基因频率变化的影响
探究·实践
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，白天栖息在树干上。杂交实验表明，桦尺蛾的体色受对等位基因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。
长满地衣的树干上的桦尺蛾
19世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。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。
探究·实践
黑色树干上的桦尺蛾
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
根据前面所学的知识作出假设：______________________________________。
思考·讨论
分析生物进化观点对人们思想观念的影响
讨论探究思路
创设情境示例（其中数字是假设的）：
1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为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？
提示：不同年份该种群的个体总数可能有所变化。
制订并实施研究方案
1.创设数字化的问题情境。
2.计算，将计算结果填入表中（如下表所示）。
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%
3.根据计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，比如，把浅色个体每年减少的数量百分比定高些，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与步骤2中所得的数据进行比较。
分析结果，得出结论
分析计算结果是否支持你作出的假设，得出结论。
讨论
1.树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？
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？
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；相反，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。因此，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。
如果将一个濒临灭绝的生物种群释放到一个新的环境中，那里有充足的食物，没有天敌这个种群将发生怎样的变化？请根据所学知识作出预测。
拓展
这个种群开始时大量繁殖，但由于没有天敌会造成种群退化．正常的自然选择，起选择作用的是特定的环境条件，人类也会干扰自然界正常的自然选择。
本课小结
1.种群的含义和特点
2.基因库与基因频率
一、种群和种群基因库
二、种群基因频率的变化
1.可遗传变异的来源基因重组
2.可读传变异是生物进化原材料的原因
二、自然选择对种群基因频率变化的影响
1.原因
2.选择的对象
3.选择的结果
1.某自花传粉植物种群中，亲代基因型是AA和aa的个体各占30%和20%，则亲代A的基因频率是（ ）
A．25%
B．30%
C．50%
D．55%
D
课堂练习
2.
某血友病高发群体有男女各1000人，经调査，女性血友病基因的携带者15人，患者5人，男性患者11人，那么这个群体中血友病基因的频率为（ ）
A．l.2%
B．0.9%
C．0.6%
D．l.8%
A
课堂练习
3.下列过程不会导致生物进化的是（ ）
A．在正常翅果蝇群体中，出现了残翅突变个体
B．某种环境因素改变而引起喜鹊基因频率的改变
C．濒临灭绝的江豚，有些个体得不到交配机会使部分基因消失
D．基因型为Yy的豌豆连续自交，后代中YY所占比例越来越大
D
课堂练习
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6.3.1
种群基因组成的变化与物种的形成
教学设计
课题
6.3.1
种群基因组成的变化
单元
必修2
学科
生物
年级
高中
教材分析
本节为（人教版生物）《必修2
遗传与进化》第6章第3节第一课时的内容。本节内容主要介绍了种群和种群基因库、种群基因频率的变化，自然选择对种群基因频率的变化的影响。某种生物种群数量基因库频率变化，也会直接或间接地影响到群落乃至物圈中其他生物种群的变化，与生产生活实际联系紧密。因此，在教学过程中要注意进行人文主义教育。
学习目标与核心素养
一、知识目标：1.举例说明种群内的某些可遗传变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势。2.阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增加。3.说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。二、能力目标：能运用统计与概率的相关知识，解释并预测某一性状的分布及变化。三、情感态度与价值观理解自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境，关注不正确使用抗生素带来的危害，关注人体健康。生命观念：分析、认同种群是生物进化的基本单位。科学思维：运用归纳与概括、批判性思维阐释生物进化的原因。科学探究：运用统计与概率的相关知识，解释并预测某一性状的分布及变化。社会责任:引导人们关注不正确使用抗生素带来的危害，关注人体健康。
重点
教学重点：说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。
难点
教学难点：说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
创设情境，激趣导入先有鸡还是先有蛋？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。讨论：你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？
观看图片，结合讨论材料，思考问题：先有鸡还是先有蛋？讨论：你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？
通过趣味问题，引导学生思考有关进化的问题。趣味导入吸引学生注意力，增加学习生物进化的兴趣。
新课讲授
种群基因组成的变化：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，个体的表型也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。可见，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、种群和种群基因库怎样的一群生物个体可以称为种群呢？生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群（population）。例如，一片树林中的全部猕猴是一个种群，一片草地上的所有蒲公英也是一个种群。种群中的个体并不是机械地集合在一起。一个种群其实就是个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。例如，许多昆虫的寿命都不足一年（如蝗虫），所有的蝗虫都会在秋风中死去，其中有些个体成功地完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵。来年春夏之交，部分受精卵成功地发育成蝗虫。同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？你不妨根据前面所学的遗传、变异和自然选择的知识，尝试作出自己的推测。什么是基因库？一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库（gene
pool）。在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫作基因频率。例如，在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是a，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa和a的个体分别是30、60和10个，就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因。那么，这100个个体共有200个基因。由此可知A基因的数量是2×30+60=120个；a基因的数量是2×10+60=80个；A基因的频率为120÷200=60%；a基因的频率为80÷200=40%。这一种群繁殖若干代以后，其基因频率会不会发生变化呢？用数学方法讨论基因频率的变化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。拓展：哈代一温伯格平衡定律遗传平衡定律是由英国数学家哈代和德国医生温伯格分别于1908年和1909年独立证明的，这一定律又称哈迪温伯格定律。他们指出，一个有性生殖的自然种群中，在符合以下五个条件的情况下，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。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。达尔文曾明确指出，可遗传的变异提供了生物进化的原材料。现代遗传学研究表明，可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。其中，基因突变和染色体变异统称为突变（mutation）。生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那么，它为什么还能够作为生物进化的原材料呢？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）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。此外，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。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。三、自然选择对种群基因频率变化的影响探究·实践：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，白天栖息在树干上。杂交实验表明，桦尺蛾的体色受对等位基因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：
19世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。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。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？作出假设根据前面所学的知识作出假设：______________________________________。分析生物进化观点对人们思想观念的影响：讨论探究思路创设情境示例（其中数字是假设的）：1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为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？制订并实施研究方案1.创设数字化的问题情境。2.计算，将计算结果填入表中（如下表所示）。3.根据计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，比如，把浅色个体每年减少的数量百分比定高些，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与步骤2中所得的数据进行比较。分析结果，得出结论分析计算结果是否支持你作出的假设，得出结论。讨论1.树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？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？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；相反，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。因此，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。拓展：如果将一个濒临灭绝的生物种群释放到一个新的环境中，那里有充足的食物，没有天敌这个种群将发生怎样的变化？请根据所学知识作出预测。这个种群开始时大量繁殖，但由于没有天敌会造成种群退化．正常的自然选择，起选择作用的是特定的环境条件，人类也会干扰自然界正常的自然选择。
学生了解种群基因组成的变化，奠定学习的基础。学生阅读教材并回答问题。学生自学了解种群中的基因通过繁殖遗传给后代。并思考：新形成的种群在基因组成上会有什么变化吗？学生看书，了解基因库和基因频率的定义，并找出其关键词。学生初步理解基因库和基因频率的概念。学生计算，得出计算基因频率的方法。人类基因库与人类生活生存有重要关系。选取这个实例能大大提高学生学习兴趣。学生自学，并总结出可遗传的变异的来源。学生讨论，并总结出：基因频率在亲子代间是稳定不变的，基因型频率到子二代也会稳定下来。以方便学生讨论为原则，将教学班分成若干个小组。学生自学探究自然选择对种群基因频率变化的影响。学生阅读桦尺蠖种群变化的资料，依据这些事实明确提出问题。作出假设。针对事实和问题，依据学生已有的知识背景提出假设。根据实际情况制定探究方案。学生理解，在黑色背景下，浅色桦尺蠖被天敌发现和捕食的几率大于黑色的桦尺蠖，但不影响桦尺蠖的生存和繁殖，直接受选择的是表现型。学生了解拓展内容，升华情感态度。
使学生初步了解种群是进化的基本单位。体现学生自主学习的态度。通过学生自学，理解种群是研究进化的最小单位。初步了解到进化的本质：了解到研究生物的进化，仅仅研究个体的表现型是否与环相适应是不够的，还需要研究群体的基因组成及其变化。同时借此引出基因库和基因频率的内容。用一个具体的“基因库加深学生的感性认识，符合学生认识规律，让基因库在生心目中抽象变成具体变成现实。其分析研究再加深学生对基因库的理解。指导学生学会用数学中的分析法去探讨某些问题。从感性到理性，遵从学生认识规律，加深学生对进化的理解。通过探究总结，使学生能够领会到自然界的种群发生变化是必然的。最终让学生理解基因突变和自然选择时刻影响着基因频率，影响着生物进化。通过实践探究，充分发挥以学生为主体的教学模式，培养和锻炼学生的探究能力、实践能力与小组协作能力。通过桦尺蠖种群变化的资料，引导学生进行实验，锻炼作出假设、指定实施计划、记录实验结果、分析结果、得出结论的实验过程。通过实验探究帮助学生理解在自然选择的作用下，可以使基因频率发生定向改变，决定生物进化的方向。通过拓展资料，帮助学生感受人类与自然选择之间的关系。
课堂练习
小刀：1.某自花传粉植物种群中，亲代基因型是AA和aa的个体各占30%和20%，则亲代A的基因频率是（ D ）A．25%B．30%C．50%D．55%2.
2.
某血友病高发群体有男女各1000人，经调査，女性血友病基因的携带者15人，患者5人，男性患者11人，那么这个群体中血友病基因的频率为（A ）
A．l.2%
B．0.9%
C．0.6%
D．l.8%
3.
下列过程不会导致生物进化的是（D ）
A．在正常翅果蝇群体中，出现了残翅突变个体
B．某种环境因素改变而引起喜鹊基因频率的改变
C．濒临灭绝的江豚，有些个体得不到交配机会使部分基因消失
D．基因型为Yy的豌豆连续自交，后代中YY所占比例越来越大
思考、回答问题
通过精选习题，检测并巩固学生课堂所学内容。
课堂小结
师（总结）：今天这节课我们了解了种群基因组成的变化。主要内容有：种群和种群基因库；种群基因频率的变化；自然选择对种群基因频率的变化的影响。
总结、归纳本课所学
师生共同总结回顾知识，强化重点知识，加深对知识的掌握
板书
6.3.1
种群基因组成的变化
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精品试卷·第
2
页
（共
2
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