种群基因组成的变化与物种的形成-2026学年高一下学期生物人教版必修2

6.3种群基因组成的变化与物种的形成长颈鹿的祖先大量长颈鹿后代长颈鹿出现差异(长颈长腿)长颈长腿的长颈鹿存活现代长颈鹿过度繁殖遗传变异生存斗争适者生存达尔文自然选择学说对长颈鹿形成的解释：个体，个体的表型没有，决定表型的基因可以随着生殖世代延续，并且在群体中扩散不会不够，还必须研究群体基因组成的变化种群是生物进化的基本单位2.这个颈长的个体会永远存活吗？3.个体死亡，表型消失，自然选择的作用消失了吗？为什么？4.研究生物的进化，仅研究个体和表型够吗？

1.自然选择直接作用的对象是什么？（基础）（来源）（动力）（结果）6.3.1种群基因组成的变化一、种群和种群基因库1.种群:生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。一片树林中的全部猕猴一片草地上的所有蒲公英一个培养皿中大肠杆菌判断下列情况是否属于种群：一个池塘中的全部鱼（）一个池塘中的全部鲤鱼（）两个池塘内的全部草鱼（）一片草地上的成年梅花鹿（）一个学校的所有人（）一个菜市场中的全部鲤鱼()×√××××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。孟德尔把自己《植物杂交实验》的单行本寄给了世界各地的多个科学家，其中就有达尔文；但收到孟德尔论文的达尔文并没有进行阅读，从而错过了可能将孟德尔的发现融入进化论的机会。达尔文认为进化是一个漫长的过程，在他有生之年是看不到生物进化的实例的。但是在他的家乡——曼彻斯特，人们通过桦尺蛾第一次看到了生物进化的实例。一、种群和种群基因库在18世纪，蒸汽机的发明推动了人类历史上第一次工业革命。机器取代了传统手工艺，机器工厂代替了手工工厂。与此同时，伴随着工业污染，环境中的生物也在悄悄变化着。在工业革命之前，桦尺蛾的翅面多为苍白色，当它们停歇在桦树白色的树皮或者树干附生的地衣上时，与环境几乎融为一体。

工业革命之后，工厂的煤烟熏黑了树干，杀死了树干上附生的地衣，白色的桦尺蛾在这种环境就变得非常显眼。1848年，研究者在英国的曼彻斯特采集到了第一只全黑色的桦尺蛾。之后，黑色桦尺蛾个体的数量越来越多。种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。【思考】同工业革命前的桦尺蛾种群相比，工业革命后的桦尺蛾种群在基因组成上会有什么变化吗？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。1、基因库：2、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。公式：=某基因的数目该基因的等位基因的总数×100%3、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。=纯合子频率+1/2杂合子频率公式：=特定基因型的个体数该种群个体总数×100%其中每个个体所含的基因只是基因库的一部分一、种群和种群基因库方法一：概念法S基因频率为:s基因频率为：=40%S%=×100%2×SS＋Ss2(SS＋Ss＋ss)s%==60%2×ss＋Ss2(SS＋Ss＋ss)×100%

例：桦尺蛾的体色受一对等位基因S和s控制，黑色(S)对浅色(s)为显性

从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为SS、Ss和ss的个体分别是30、60和10个。那么S和s的基因频率是多少？例：桦尺蛾的体色受一对等位基因S和s控制，黑色(S)对浅色(s)为显性

从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为SS、Ss和ss的个体分别是30、60和10个。那么S和s的基因频率是多少？方法二：通过基因型频率计算S基因频率

=SS的基因型频率+1/2Ss基因型频率S基因频率=30%+1/2×60%=60%s基因频率=10%+1/2×60%=40%SS基因型频率为:

30%Ss基因型频率为:60%ss基因型频率为:

10%s基因频率=

ss的基因型频率+1/2Ss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：这个桦尺蛾种群自由交配繁殖几代后，子代中S和s的基因频率各是多少？一、种群和种群基因库【思考·讨论】用数学方法讨论基因频率的改变P1111.假设上述桦尺蛾种群数量非常大，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，不同体色的个体生存和繁殖的机会是均等的，基因S和s都不产突变，根据孟德尔的分离定律计算。(1)该种群产生的S配子和s配子的比值各是多少？子代的S和s的基因频率是多少？

亲代基因型的比值SS(30%)Ss(60%)ss(10%)配子的比值S(）S(）s(）s(）子代基因型频率SS（

）Ss（)ss()子代基因频率S(）s()30%30%30%10%60%40%36%48%16%(4)根据计算结果，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？种群的基因频率与子一代一样。

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自然选择对性状没有作用

⑤基因A和a都不产生突变设S的基因频率为p，s的基因频率为q；则有p+q=1，那么种群的基因频率将不会改变S(p)s(q)S(p)SS(p2)Ss(pq)s(q)Ss(pq)ss(q2)ss基因型的频率SS基因型的频率Ss基因型的频率

(p+q)2=p2+2pq+q2遗传平衡（哈代-温伯格定律）种群基因频率和基因型频率不发生变化一、种群和种群基因库遗传平衡：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Ⅱ.不能自由交配Ⅲ.存在迁入与迁出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。探究自然选择对种群基因频率变化的影响

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。长满地衣的树干上的桦尺蛾黑色树干上的桦尺蛾基因类型黑色（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%探究自然选择对种群基因频率变化的影响（1）创设数字化的问题情境。（2）计算，将计算结果填入表中。假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。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?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%。假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体增加10%。在第2～10年间，该种群的基因型频率是多少？每年的基因频率是多少？黑褐色的生活环境，不利于浅色桦尺蛾的生存，对黑色桦尺蛾生存有利，这种环境的选择作用使该种群的s基因的频率越来越低，即自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变。1、提出问题2、作出假设3、讨论探究思路4、制定并实施研究方案探究自然选择对种群基因频率变化的影响第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%26.0%29.3%14.6%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低(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？会影响。因为树干变黑后，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。(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？直接受选择的是表型。因为天敌看到的是桦尺蛾的体色(表型)而不是控制体色的基因。(3)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。探究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问题:

导致基因频率变化的原因可能有哪些？

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。基因突变染色体变异基因重组变异可遗传变异不可遗传变异突变生物进化的原材料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。生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？二、种群基因频率的变化生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？如：果蝇约有104对基因，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？2×104×10-5个体×108种群=2×107由此可见，虽然基因突变频率很低，但放到种群中每一代都会有可观的变异量，虽然大多数都是有害的，但是总会出现一些更适应环境的变异，在自然选择过程中被保留下来并逐代积累。突变的多害少利是绝对的吗？二、种群基因频率的变化突变的多害少利是绝对的吗？长翅残翅更适应风小环境更适应大风环境不是绝对的，“利”和“害”都是相对于环境而言的。某海岛上残翅和无翅的昆虫在正常情况下很难生存，在刮大风的海岛上却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死。二、种群基因频率的变化1可遗传的变异（2）特点：随机性和__________。（3）结果：只提供了生物进化的________,不能决定生物进化的方向。（4）利害性：变异的有利和有害是________,是由______决定的。不定向性原材料相对的环境突变和重组都是随机的、不定向的。那么，种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？提供了生物进化的原材料。突变（1）来源基因重组基因突变染色体变异(4)根据资料分析，决定桦尺蛾进化方向的是什么？为什么？自然选择决定生物进化的方向种群基因频率发生定向改变不利变异被淘汰，有利变异逐渐积累变异自然选择生物朝一定方向缓慢进化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。（不定向）（定向）在自然选择的作用下，有利变异的基因频率不断增大，有害变异的基因频率逐渐减小。二、种群基因频率的变化2自然选择对种群基因频率变化的影响(1)原因:不断淘汰具有__________的个体,选择保留具有__________的个体。(2)选择的对象:直接作用对象是个体的______,最终选择的对象是决定表型的______。(3)选择的结果:①生物性状方面:朝着一定的______不断进化。②基因方面:种群基因频率会发生______改变。不利变异有利变异表型基因方向定向原种群不同性状突变和基因重组自然选择不利变异不断淘汰有利变异积累加强种群基因频率定向改变生物定向进化变异不定向(4)进化模型小结生物进化的基本单位生物进化的原材料决定生物进化的方向生物进化的实质种群突变和基因重组自然选择种群基因频率的定向改变三、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。材料用具经高温灭菌的牛肉膏蛋白胨液体培养基及固体培养基平板，细菌菌株（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等），含有抗生素（如青霉素、卡那霉素等）的圆形滤纸片（以下简称“抗生素纸片”），不含抗生素的纸片，镊子，涂布器，无菌棉签，酒精灯，记号笔，直尺等。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1.分区:用记号笔在培养皿的底部画线，将培养基分为四个区，标号实验步骤2.接种：将细菌涂布在培养基平板上三、探究抗生素对细菌的选择作用3.设置变量：①号区域的中央放置不含抗生素纸片和②③④号区域的中央分别放置含有抗生素的纸片4.培养：将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h三、探究抗生素对细菌的选择作用5.观察：观察并测量抑菌圈直径，并取平均值6.重复实验：从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤注意：实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理。三、探究抗生素对细菌的选择作用抗生素对细菌有选择作用，抗生素对细菌抑制作用越来越弱。抑菌圈直径/cm第一代第二代第三代12.261.891.6222.411.911.6732.421.871.69平均值2.361.891.66实验结果和结论：三、探究抗生素对细菌的选择作用结果和结论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？2．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？实验结果：抗生素纸片周围出现抑菌圈，在连续培养几代后，抑菌圈的直径____________。实验结论：这说明抗生素对细菌产生了选择作用。越来越小有无三、探究抗生素对细菌的选择作用①你的数据结果是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？支持。抑菌圈边缘生长的可能是耐药菌。②在本实验条件下，耐药菌所产生的变异是有利的还是有害的？在本实验条件下，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。③滥用抗生素有什么后果？促进耐药菌的产生。结果分析随堂练习In-classpractice1.下列关于基因库的描述，错误的是()A.基因库是一个种群的全部个体所含的全部基因B.生物个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传C.种群中每个个体都含有种群基因库中的全部基因D.基因突变可能改变基因库的组成C2.下列关于基因频率与生物进化关系的叙述，正确的是()A.种群基因频率的改变不一定引起生物的进化B.生物进化的实质是种群基因频率的改变C.只有在新物种形成时，才发生基因频率的改变D.生物性状的改变一定引起生物的进化B随堂练习In-classpractice3.在19世纪中叶以前，英国曼彻斯特地区的桦尺蛾几乎都是浅色型(ss)的，随着工业的发展，工厂排出的煤烟逐渐将树皮熏成黑褐色，到了20世纪中叶，黑色型(S_)的桦尺蛾成了常见类型。下列与此相关的叙述正确的是()A.自然选择的方向发生了改变，所以自然选择是不定向的B.桦尺蛾种群进化过程中接受选择的是各种基因型的个体C.该地区桦尺蛾种群进化过程中Ss的基因型频率不会改变D.长时间的环境污染导致s基因定向突变成S基因B随堂练习In-classpractice4.随着全球范围内抗生素的广泛和大量使用，抗药细菌不断出现，它可以通过多种途径对抗生素产生抗性，抗生素在不久的将来有可能成为一堆废物。请分析抗生素对细菌抗药性的产生所起的作用()A.抗生素的不断使用，使细菌逐渐适应而产生抗药性B.细菌的变异是不定向的，抗生素对细菌进行了定向选择C.细菌的变异是定向的，抗生素对细菌进行了定向选择D.抗生素使细菌产生了定向变异B6.3.2隔离在物种形成中的作用思考:1.如何判断老虎和狮子是否是同一种生物?2.新物种是如何产生的呢?自主学习【5min】1.什么叫物种？2.怎样判断两个种群是否属于同一物种？3.什么叫隔离？4.什么叫生殖隔离和地理隔离？5.地理隔离和生殖隔离有何异同？一、物种的概念1物种的概念不是，它们不能互相交配。世界上不同皮肤的人是一个物种吗，理由是？

孔雀和巨嘴鸟是同一个物种吗,原理是？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。是，可以相互交配并产生可育后代一、物种的概念1物种的概念（3）二倍体西瓜和四倍体西瓜是不是一个物种？不是，因为后代三倍体西瓜不可育，存在生殖隔离。（4）三倍体西瓜是一个新物种吗？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，而三倍体是不可育的，因此三倍体西瓜不是一个新物种。二、隔离及其在物种形成中的作用2隔离概念及类型不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。（1）概念：（2）类型：

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。虎狮虎兽狮①生殖隔离二、隔离及其在物种形成中的作用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。东北虎华南虎思考：地理隔离和生殖隔离之间有什么联系呢？二、隔离及其在物种形成中的作用

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

可以二、隔离及其在物种形成中的作用（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。

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。二、隔离及其在物种形成中的作用加拉帕戈斯群岛是太平洋中靠近南美洲的一群火山岛，达尔文在环球考察时曾从这里发现有13种地雀，它们喙的差别很大，不同种之间存在生殖隔离。达尔文推测这些地雀最初来自南美大陆，以后在各个岛屿上形成了不同的种群。地理隔离和生殖隔离存在什么样的联系呢？是什么原因导致每个岛上的地雀种类不同呢？二、隔离及其在物种形成中的作用地雀祖先甲岛地雀乙岛地雀丙岛地雀丁岛地雀……甲岛地雀1乙岛地雀2丙岛地雀3丁岛地雀4……地理隔离不同不同有差异生殖隔离不同物种阻断基因交流基因频率向不同方向发生改变久而久之形成明显差异突变和基因重组

自然选择

种群基因库改变渐变式隔离是物种形成的必要条件出现二、隔离及其在物种形成中的作用1.设想南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多，基因频率可能是不一样的。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且不定向的。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？环境的作用会有差别，