人教版高中生物必修二《种群基因组成的变化与物种的形成》生物的进化 教学课件(第1课时)

高中同步学案优化设计GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHUASHEJI第1课时种群基因组成的变化第6章种群基因组成的变化与物种的形成内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习【学习目标】

课前篇自主预习一、种群和种群基因库(一)种群的概念及特点1.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。2.特点:(1)种群是生物进化的基本单位。(2)种群是生物繁殖的基本单位。种群中的雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因传给后代。(二)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。(三)基因频率1.概念: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。二、种群基因频率的变化(一)可遗传的变异的来源(二)可遗传变异的形成、特点和作用1.形成:a.基因突变产生的等位基因;b.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。2.特点:随机的、不定向的。3.作用:只是提供生物进化的原材料,不能决定生物进化的方向。【微思考】染色体结构变异和染色体数目变异都能引起种群基因频率的变化吗?提示染色体结构的改变,会使排列在染色体上的基因数目和排列顺序发生改变,导致基因的表达受到影响,从而引起种群基因频率的变化;染色体数目变异的染色体上的基因数目也会随之改变,引起种群基因频率的变化。三、自然选择对种群基因频率变化的影响1.原因: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。2.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。四、探究抗生素对细菌的选择作用1.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。2.方法步骤第1步:用记号笔在培养皿的底部画2条相互垂直的直线,将培养皿分为4个区域,分别标记为①~④。→第2步:取少量细菌的培养液,用无菌的涂布器(或无菌棉签)均匀地涂抹在培养基平板上。→第3步:用无菌的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在①号区域的中央,再分别夹取1张抗生素纸片放在②~④号区域的中央,盖上皿盖。→第4步:将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。→第5步:观察培养基上细菌的生长状况。若纸片附近出现了抑菌圈,测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径,并取平均值。→第6步: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,然后重复步骤2~5。如此重复几代,记录每一代培养物抑菌圈的直径。

【微思考】实验结束后,为什么应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理?提示防止对环境造成污染。自我检测1.判断下列关于种群和种群基因频率的叙述是否正确。(1)一个种群中某基因占所有基因数的比值叫作基因频率。(

)(2)在环境条件保持稳定的前提条件下,种群的基因频率不会发生变化。(

)(3)若亲子代间基因频率不变,基因型频率也一定不变。(

)(4)种群是生物进化的基本单位,自然选择的直接选择对象是个体的表型。(

)×××√2.判断下列关于变异与进化的关系的叙述是否正确。(1)从根本上讲,没有突变,就没有生物的进化。(

)(2)突变具有低频性,不能为生物进化提供原材料。(

)(3)有害突变不能成为生物进化的原材料。(

)(4)所有变异都不能决定生物进化的方向,但都能提供进化的原材料。(

)√×××3.现代生物进化理论认为,突变和基因重组产生生物进化的原材料,下列哪种变异现象不属于此类突变的范畴?(

)A.黄色×黄色→黄色、绿色B.红眼果蝇中出现了白眼C.猫叫综合征D.无子西瓜答案A解析现代生物进化理论中的突变是广义的突变,包括基因突变和染色体变异两个方面。黄色×黄色出现绿色性状的变异属于性状分离,不属于此类突变的范畴。红眼果蝇中出现白眼的变异属于基因突变,猫叫综合征属于染色体结构变异,无子西瓜属于染色体数目变异,故选A项。课堂篇探究学习探究点一基因库、基因频率和基因型频率【情境探究】1.[材料分析]理想条件下基因频率的变化分析材料,根据孟德尔的分离定律,回答下列问题。材料在某昆虫种群中,决定翅色为绿色的基因为A,决定翅色为褐色的基因为a,从这个种群中随机抽取100个个体,测得基因型为AA、Aa和aa的个体数量分别为30、60和10,就这对等位基因来说,每个个体可以看作含有2个基因。假设该昆虫种群非常大,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,自然选择对翅色这一相对性状没有作用,基因A和a都不产生突变。(1)该种群产生的A配子和a配子的比率各是多少?子一代基因型的频率各是多少?提示

A配子占60%,a配子占40%。子一代基因型的频率:AA占36%,Aa占48%,aa占16%。(2)子一代种群的基因频率各是多少?提示子一代种群的基因频率:A占60%,a占40%。(3)子二代、子三代以及若干代以后,种群的基因频率及基因型频率会同子一代一样吗?

。请完成下表。

亲代基因型的频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率A(30%)A(30%)a(30%)a(10%)子一代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子一代基因频率A(60%)a(40%)子二代基因型频率AA(

)

Aa(

)

aa(

)

子二代基因频率A(

)

a(

)

一样36%48%16%60%40%(4)若上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的。对自然界种群来说,这五个条件都成立吗?你能举出哪些实例?提示对自然界的种群来说,这五个条件不可能同时都成立。例如,昆虫的翅色与环境色彩不一致时,容易被天敌发现,自然选择对种群翅色这一性状有选择作用。(5)若上述探究中的五个假设条件不成立,对种群基因频率有什么影响?提示

①小的群体中,由于不同基因型个体生育的子代个体数有所变动而导致基因频率的随机波动称为遗传漂变。因此在处于相对隔离状态的小群体容易发生遗传漂变,会产生基因频率的随机波动。②如果aa个体不育,后代a基因频率下降。③迁入或者迁出部分个体,基因频率会发生变化。④在植被丰茂的环境中,褐色个体被淘汰,a基因频率下降。⑤发生基因突变,产生新的等位基因,基因频率发生改变。2.[生命观念]种群为什么会是繁殖、进化的基本单位?提示种群内的雌雄个体可以相互交配并产生后代,所以种群是繁殖的基本单位;个体不会长生不死,表型也会随着个体的死亡而消失,决定表型的基因却可以通过繁殖传递给子代,从而实现世代延续,所以种群也是进化的基本单位。3.基因频率与基因型频率的比较

项目基因频率基因型频率定义一个种群的基因库中,某个基因占全部

的比值

指群体中具有某一基因型的个体所占的比例外延生物进化的实质是

基因型频率改变,基因频率

改变

计算公式某基因频率=(该基因的数量/该基因与其等位基因的总数)×100%某基因型频率=(该基因型个体数/该种群个体总数)×100%等位基因数

种群基因频率的改变不一定【归纳提升】种群中基因频率的计算规律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.基因频率的计算规律(以人类为例)(1)若某基因在常染色体上,则(2)若某基因只出现在X染色体上,则3.根据基因型频率计算基因频率的方法A的基因频率=AA的基因型频率+1/2Aa的基因型频率,a的基因频率=aa的基因型频率+1/2Aa的基因型频率4.根据遗传平衡定律计算基因频率和基因型频率(1)遗传平衡定律在一个有性生殖的自然种群中,在符合以下5个条件的情况下,各等位基因的频率和基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的,或者说是保持着基因平衡的,又称为哈迪—温伯格定律。①种群足够大;②种群中个体间的交配是随机的;③没有突变发生;④没有新基因加入;⑤没有自然选择。(2)基因频率与基因型频率的特点设A的基因频率为p,a的基因频率为q,则p+q=1。即AA的基因型频率=p2,Aa的基因型频率=2pq,aa的基因型频率=q2。雌配子雄配子A(p)a(q)A(p)AA(p2)Aa(pq)a(q)Aa(pq)aa(q2)【探究应用】1.蜗牛的有条纹(A)对无条纹(a)为显性。在一个地区的蜗牛种群内,有条纹(AA)个体占55%,无条纹个体占15%,若蜗牛间进行自由交配得到F1,则A基因的频率和F1中Aa基因型的频率分别是(

)A.30%,21% B.30%,42%C.70%,21% D.70%,42%答案D解析亲本中AA占55%,aa占15%,所以Aa占30%,因此在亲本中A的基因频率为(55+30/2)/100×100%=70%,故a的基因频率为100%-70%=30%。则自由交配得到的子代中出现Aa的基因型频率为2×0.7×0.3×100%=42%,故选D项。2.对某校学生进行色盲遗传病调查研究后发现:780名女生中有患者23人,携带者52人;820名男生中有患者65人。那么该群体中色盲基因的频率是(

)A.4.4% B.5.1%C.6.8% D.10.2%答案C探究点二自然选择对种群基因频率变化的影响【情境探究】1.自然选择的作用

自然选择

基因频率2.[生命观念]在自然选择过程中,直接受选择的是基因型还是表型?简要说明原因。提示直接受选择的是表型,例如天敌看到的是性状,而不是控制性状的基因。3.[科学思维]结合教材P112~113“探究·实践”提供的资料,分析说明树干变黑是否会影响桦尺蠖浅色个体的出生率?为什么?提示会。因为种群中浅色个体更多地被天敌捕食,失去了繁殖后代的机会,整个种群中产生s配子的比例就会下降,后代中ss浅色个体就会减少。4.[材料分析]某桦尺蛾种群中,黑色体色的基因为S,浅色体色的基因为s,抽样调查测得SS、Ss、ss的基因型频率为10%、20%、70%。桦尺蛾种群在树干变黑这一环境条件下,种群中浅色个体每年减少10%,黑色个体每年增加10%。第2年、第3年,该种群每年的基因频率是多少?根据基因型频率计算每年基因频率,将结果写在下表中。计算项目第1年第2年第3年基因型频率SS10%11.5%13%Ss20%22.9%26%ss70%65.6%61%基因频率S20%

s80%

结论:自然选择会使种群基因频率发生

改变。

22.95%77.05%26%

74%定向【归纳提升】自然选择对种群基因频率变化的影响(1)自然选择的具体过程(2)自然选择的对象①直接对象是生物的表型。②间接对象是相关的基因型。③根本对象是与表型相对应的基因。(3)生物进化的实质:种群基因频率的改变。(4)生物进化的方向:变异是不定向的,自然选择是定向的,定向的自然选择决定了生物进化的方向。【探究应用】1.(多选)果蝇长翅(V)和残翅(v)由常染色体上的一对等位基因控制。假定某果蝇种群有20000只果蝇,其中残翅果蝇个体数量长期维持在4%,若再向该种群中引入20000只纯合长翅果蝇,在不考虑其他因素影响的前提下,关于纯合长翅果蝇引入后种群的叙述,错误的是(

)A.v基因频率降低了45%B.V基因频率增加了50%C.杂合果蝇比例降低了50%D.残翅果蝇比例降低了50%答案AB解析由题干信息知,该果蝇种群中,vv的基因型频率为4%,可计算出基因频率分别为v=0.2、V=0.8,进而计算出引入纯种长翅果蝇前,不同基因型个体数:vv有0.04×20000=800(只),Vv有2×0.2×0.8×20000=6400(只),VV有0.8×0.8×20000=12800(只)。引入后,基因频率=0.1,V=1-0.1=0.9,V基因频率降低了约11.1%,v基因频率降低了50%,故A、B两项错误;因Vv、vv的数目不变,而该种群的总数增加一倍,所以Vv、vv的基因型频率各降低50%,C、D两项正确。2.镰状细胞贫血由基因突变引起,其致病基因为隐性基因(用a表示)。只有隐性纯合子才会发病,携带者不发病且对疟疾的抵抗力高于正常人。在非洲某些疟疾流行的地区,携带者比例在20%左右;现在美洲黑人中携带者的比例已降到了8%。下列叙述错误的是(

)A.非洲疟疾流行地区a基因的基因频率大约为30%B.美洲黑人中a基因频率的下降是自然选择的结果C.非洲疟疾流行地区,镰状细胞贫血致病基因携带者的比例可能会增加D.在一定外界条件下,突变基因的有害性与有利性是可以转化的答案A解析根据题干信息无法计算出非洲疟疾流行地区a基因的基因频率,A项错误;基因频率的改变是自然选择的结果,B项正确;非洲疟疾流行地区,镰状细胞贫血致病基因携带者不发病,且对疟疾的抵抗力更高,更适应环境,所以其所占比例可能会增加,C项正确;在一定外界条件下,突变基因的有害性与有利性是可以转化的,D项正确。探究点三究抗生素对细菌的选择作用【情境探究】1.[材料分析]结合教材P115“探究抗生素对细菌的选择作用”,讨论解决下列问题。(1)在培养基上是否有细菌生长?在放有抗生素纸片的区域呢?提示在培养基上有细菌生长繁殖。在放有抗生素纸片的区域可能有细菌生长繁殖,也可能没有细菌生长繁殖。(2)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?提示连续培养几代后,抑菌圈的直径会变小,说明通过抗生素的选择作用,细菌中的耐药性个体越来越多。(3)在本实验的培养条件下,耐药菌所产生的变异有利还是有害?你怎么理解变异是有利还是有害的?提示细菌产生的耐药性变异有利于细菌的生存,属于有利变异。变异的有利与有害是根据环境而定的,例如细菌的耐热性变异。在较高温度环境下,耐热性变异有利于细菌生存,属于有利变异;但在较低温度环境下,耐热性变异不利于细菌生存,属于不利变异。在生物进化中,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。(4)滥用抗生素的现象十分普遍,请举例说明滥用抗生素的危害。提示

①增强细菌抗药性:抗生素的滥用及不合理使用会在一定程度上减弱抗生素的药效,甚至完全失去作用。②不良反应多:滥用抗生素导致大量不良反应产生。如抗生素中的氯霉素可引发再生障碍性贫血发生。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。2.[生命观念]是不是抗生素使细菌产生了抗药性变异?提示不是。抗生素不是引导基因产生突变的物质,其只能对细菌已有变异进行选择。而细菌在接触抗生素之前就已经有抗药性变异了,如果没有抗药性变异,接触抗生素的所有细菌都会死亡。即变异在前,选择在后。【归纳提升】1.实验变量分析2.抑菌圈直径与抗药性的关系抑菌圈的直径大小表明该种抗生素的杀菌能力,直径越大,杀菌能力越强。自变量有无抗生素因变量抗生素的抑菌能力(抑菌圈直径大小)无关变量温度、培养时间等【探究应用】1.为探究两种抗生素对某细菌的抑菌效果,设计如下图所示实验方案,在无菌固体培养基表面上涂布被检测的细菌,放置甲、乙和丙三个圆形滤纸片(抗生素可在培养基扩散,滤纸片周围出现抑菌圈的大小能反映其抑菌效果),下列说法错误的是(

)A.抑菌最有效的是抗生素bB.浸泡滤纸片的抗生素a、b浓度应相同C.丙滤纸片起到对照作用D.此方法可检测抗生素对病毒的抑制效果答案D解析分析题图可知,浸泡过抗生素b的滤纸片周围的抑菌圈最大,说明抗生素b的抑菌效果最好,A项正确;该实验中两种抗生素的浓度应相同,目的是保证单一变量,B项正确;浸泡过无菌水的丙组应为空白对照组,C项正确;抗生素可抑制细菌