【课件】种群基因组成的变化与物种的形成课件2022-2023学年高一下学期生物人教版必修2

高中生物｜人教版（2019）｜必修2第6章生物的进化第3节种群基因组成的变化与物种的形成（第1课时）甲：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：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。问题探讨甲：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：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。问题探讨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。aa灰色A

白色aaaaaa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作种群。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×√×××一片树林中的全部猕猴是一个种群一片水田上的所有水稻是一个种群判断下面例子是不是一个种群：一定区域同种生物全部个体种群的三个要素一.种群和种群基因库判断：一个菜市场所有的白菜是不是一个种群？不是！2.种群的特点：①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。②种群是物种繁衍、进化的基本单位。3.基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。4.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。5.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。基因频率=某基因的数目该基因的等位基因的总数=纯合子频率+1/2杂合子频率×100%基因型频率=某基因型个体总数种群全部个体数×100%一.种群和种群基因库例：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？方法一：概念法A基因频率为:a基因频率为：=40%A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%==60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%例：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？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A基因频率=30%+1/2×60%=60%a基因频率=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。Q：繁殖时，新老种群在基因组成上有变化吗？

例：某种群中基因型XBXB有20个，XBY有5个，XBXb有20个，XbY有5个，计算下列基因频率和基因型频率：（1）基因型频率：XBXB_______XbY_______（2）基因频率：XB______Xb_______40%10%XBXB基因型频率=XBXB个体数/所有个体=20/（20+5+20+5）=40%XbY基因型频率=XbY个体数/所有个体=5/（20+5+20+5）=10%XB基因频率=XB基因数/（XB基因数+Xb基因数）1XBXB含有2个XB，1XBY含有1XB，XBXb含有1XB和1Xb，XbY含有1Xb

XB基因频率=（40+5+20）/（40+5+40+5）=65/90=72.2%72.2%27.8%若基因只在X染色体上，而Y染色体没有，那基因频率怎么计算？P(Xb)=1-P(B)=27.8%基因频率=某基因的总数该对等位基因的总数×100%(1）常染色体或X、Y染色体的同源区段上(2）X染色体的非同源区段上基因频率=某基因的总数雌性个体数×2+雄性个体数×100%总结：基因频率一.种群和种群基因库思考·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(

)F1基因型频率AA(

)Aa(

)aa(

)F1基因频率A(

)a(

)30%30%30%10%36%48%16%60%40%A=36%+24%a=16%+24%A=60%a=40%F2基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)想一想：后续子代的种群基因频率会同子一代一样吗？如果一个种群符合下列条件：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没有自然选择⑤也没有基因突变和染色体变异。一个基因的频率=它的纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率F2基因频率A()a()60%40%A=36%+24%a=16%+24%如果符合这5个，这个种群的基因频率（包括基因型）就可以一代代稳定不变，保持平衡。

遗传平衡定律（哈代——温伯格定律）：

当群体满足以下五个条件：①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自然选择对体色性状没有作用；⑤基因A和a都不产生突变时，种群的基因频率将不会改变。设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则p+q=1，且：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由遗传平衡定律可知，一个种群符合遗传平衡的五个条件时，从F1开始往后，基因频率和基因型频率都不变；若将其中的自由交配改成连续自交，那后代的基因频率和基因型频率依然不变吗？假设该起始群体全部为Aa，推测连续自交和连续自由交配形成的后代中，基因频率和基因型频率的变化趋势亲代子一代子二代子三代自交基因型频率AA0Aa100%aa0自由交配基因型频率AA0Aa100%aa0自交基因频率A50%a50%自由交配基因频率A50%a50%25%50%25%25%50%25%50%50%50%50%37.5%25%37.5%25%50%25%50%50%50%50%43.75%12.5%43.75%25%50%25%50%50%50%50%①连续自交的时候，基因频率不变，基因型频率改变（杂合子为1/2n，纯合子越来越多）②连续自由交配的时候，从F1开始基因频率和基因型频率都不变。（亲代的基因型频率可能不同，基因频率与后代相同。基因频率代代相同（包括亲本)。遗传平衡：种群基因频率和基因型频率不发生变化Ⅰ.种群数量足够大Ⅱ.自由交配Ⅲ.没有迁入与迁出Ⅳ.没有自然选择Ⅴ.没有发生突变Ⅰ.种群数量比较小（出现遗传漂变）Ⅱ.不能自由交配Ⅲ.迁入与迁出（出现基因流）Ⅳ.自然选择Ⅴ.发生突变遗传平衡X注意：遗传平衡所指的种群是理想条件下的种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这也从反面说明，自然界中种群的基因频率一定会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。影响种群基因组成变化的因素二.种群基因频率的变化可遗传变异提供了生物进化的原材料。其来源分为突变和基因重组。1.可遗传变异：☆突变包括基因突变和染色体变异。可遗传变异的来源突变基因重组基因突变染色体变异普通个体变异个体进化的原材料某种自然选择自然选择之后的个体二.种群基因频率的变化【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？（教材P112）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二.种群基因频率的变化【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。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二.种群基因频率的变化二.种群基因频率的变化一般长颈鹿长腿长颈鹿（突变）长脖子长颈鹿（突变）基因重组长脖子长腿二.种群基因频率的变化突变和基因重组为生物进化提供原材料自然选择二.种群基因频率的变化自然选择适者生存，不适者被淘汰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、不定向的自然选择（决定生物进化的方向）三.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①现象长满地衣的灰色树干工业革命前灰色(ss)桦尺蛾多黑色桦尺蛾浅色桦尺蛾工业革命后环境污染的黑色树干黑色(S_)桦尺蛾多黑色桦尺蛾浅色桦尺蛾S频率低，s频率高S频率高，s频率低自然选择可以使种群的基因频率定向改变桦尺蠖种群中的S基因为什么越来越高？②提出问题③作出假设三.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

假设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？（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SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%s80%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低④创设情境示例三.自然选择对种群基因频率变化的影响讨论1.树干变黑会影响桦尺蠖种群中浅色个体的出生率吗？为什么？讨论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？会，因为树干变黑后，浅色个体容易被发现，被捕食的概率增加，许多个体可能没有交配、产卵前就被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率。表现型，基因型并不能在自然选择中起直接作用，因为天敌在捕食桦尺蠖时，看到的是桦尺蠖的体色而不是控制体色的基因。自然选择使基因频率定向改变。结论：自然选择决定生物进化的方向⑤问题三.自然选择对种群基因频率变化的影响小结不定向的变异不利变异（基因）有利变异（基因）淘汰种群的基因频率定向改变生物定向进化多次选择和积累，通过遗传自然选择进化的实质：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决定生物进化的方向生物进化的实质：种群基因频率的改变【注意：不是基因型频率】三.自然选择对种群基因频率变化的影响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。四.探究抗生素对细菌的选择作用1.记号笔将培养基分为四个区并标号2.将细菌涂布在培养基平板上①②③④3.将含抗生素的制片和不含抗生素的纸片置于不同的分区，盖上皿盖。四.探究抗生素对细菌的选择作用4.将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h5.观察并测量抑菌圈直径,并取平均值四.探究抗生素对细菌的选择作用实验过程：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。思考1：在连续培养几代后，抑菌圈的直径发生了什么变化？这说明抗生素对细菌产生了什么作用？

抑菌圈的直径随着培养代数的增加而逐渐缩小;说明在细菌在抗生素的选择作用下，细菌的抗药性逐渐增强。思考2：为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？

因为抑菌圈边缘的菌落接触一定量的抗生素，并能够在这样的环境下生存，说明这些菌落中的细菌具有一定的抗药性。思考3：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？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。四.探究抗生素对细菌的选择作用思考4：滥用抗生素的现象十分普遍。你认为这些做法会有什么后果？四.探究抗生素对细菌的选择作用高中生物｜人教版（2019）｜必修2第6章生物的进化第3节种群基因组成的变化与物种的形成（第2课时）一.物种的概念一定会出现新物种吗？新物种是如何出现的？一.物种的概念马它们是同一物种吗？不是驴1.物种：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一.物种的概念马驴1.物种：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×骡子是否可育？（不育）不是同一物种！你知道骡子为什么不育吗？2N=642N=62……马1号马2号马3号马4号马5号……马1号马2号马3号马4号马5号……驴1号驴2号驴3号驴4号驴5号……驴1号驴2号驴3号驴4号驴5号配子配子N=32N=31……马1号马2号马3号马4号马5号……驴1号驴2号驴3号驴4号驴5号异源二倍体2N=63不育存在生殖隔离一.物种的概念（1）狮子和老虎是一个物种吗？答：是两个物种，狮虎兽是不育的，所以狮和虎是两个物种一.物种的概念（1）狮子和老虎是一个物种吗？（2）全世界的人都是一个物种吗？答：是，无论白人黑人黄种人结婚，都能产生具有生殖能力的后代。（3）所有的骡子是一个新物种吗？答：不是，因为同一物种的雌雄个体间要能够相互交配并产生可育后代，而骡子是不可育的，因此骡子不是一个新物种。（4）二倍体西瓜和四倍体西瓜是不是一个物种？答：不是，因为后代三倍体西瓜不可育，存在生殖隔离。看到这2个字，你联想到什么？二.隔离在物种形成中的作用这是将病毒隔离，那生物之间的隔离是什么意思呢？1.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。2.隔离的类型地理隔离生殖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。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。二.隔离及其在物种形成中的作用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。二.隔离及其在物种形成中的作用在一个山谷中，有一个鼠群“快乐”地生活中。雌鼠和雄鼠之间可以自由交配，繁衍后代。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。二.隔离及其在物种形成中的作用后来由于地质和气候的变化，山谷中形成一条汹涌的大河。鼠种群的个体，一半在河这边，一半在河那边。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。二.隔离及其在物种形成中的作用就这样过了几千年。二.隔离及其在物种形成中的作用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。它们之间的基因还能自由交流吗？若不能交流是什么隔离？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。后来河流干涸了，两个鼠群又相遇了，它们发现彼此大不相同。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。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二.隔离及其在物种形成中的作用二.隔离及其在物种形成中的作用3.隔离在物种形成中的作用二.隔离及其在物种形成中的作用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。思考·讨论加拉帕戈斯群岛的地雀是通过长期地理隔离形成新物种，产生生殖隔离的著名实例。同一物种地理隔离，阻隔基因交流突变、基因重组种群基因库出现明显差异自然选择，基因频率发生改变生殖隔离，新物种形成