【課件】2.6.3種群基因組成的變化與物種形成課件高一下學期生物人教版必修2

2.6.3種群基因組成的變化與物種形成假定獼猴群體中有一只雄性個體發(fā)生了變異（超猴），變異使其在生存斗爭中獲得了優(yōu)勢。討論：超猴使其所在的群體強大起來，但他卻沒有合適伴侶孤獨一生，其死后獼猴群體又恢復到原來的樣子，這能不能說獼猴群體進化了？假如超猴降低一點擇偶標準，與普通雌性交配生小猴子。當超猴死去，多年之后，超猴的表型（基因）能不能在群體中擴散開來？問題探討具有有利變異表型的個體通過繁殖將控制有利變異的基因在群體擴散有生之年不相見的同種生物繁殖后代嗎？

不同種的生物之間可以繁殖后代嗎？一定空間一定時間時常相遇才有機會繁殖一般同種生物才能繁殖后代生活在一定區(qū)域的同種生物全部個體的集合——種群生活在一定區(qū)域的同種生物全部個體的集合叫作種群種群是生物繁殖的單位，而不是同種生物個體簡單、機械或偶然的集合2.6.3.1種群和種群基因庫判斷下列群體是否屬于一個種群一片森林中全部獼猴一片森林中所有蛇山頂洞人和現(xiàn)代人本地雞和歐洲雞一片草地的所有蒲公英一片稻田的所有雜草晚上八點半商場中的所有人動物園中的某種老虎一個種群中全部個體所含有的全部基因，叫作這個種群的基因庫種群通過繁殖傳遞其基因庫某一個基因占全部等位基因的比值，叫作基因頻率某一種基因型個體占全部個體的比值，叫作基因型頻率2.6.3.1種群和種群基因庫問題：繁殖時，新老種群在基因組成上有變化嗎？例：若某一蝴蝶種群中隨機抽取100個個體，測得基因型為AA、Aa和aa的個體分別為30、60和10個，問A、a在該種群中的基因頻率分別為多少？若上述昆蟲種群非常大，所有雌雄個體間都能自由交配并產(chǎn)生后代，沒有遷入和遷出，不同翅色的個體生存和繁殖機會是均等的（無選擇），基因A和a都不產(chǎn)生突變，根據(jù)分離定律計算并填寫右表。想一想：后續(xù)子代的種群基因頻率會同子一代一樣嗎？思考·討論——用數(shù)學方法討論基因頻率的變化親代基因型的比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A(

)A(

)a(

)a(

)子代基因型頻率AA(

)Aa(

)aa(

)子代基因頻率A(

)a(

)30%30%30%10%36%48%16%60%40%上述計算結(jié)果是建立在5個假設條件基礎上的（①種群足夠大，②自由交配，③無選擇，④無突變，⑤無遷入遷出）。對于自然界的種群來說，這5個條件都成立嗎？你能舉出實例嗎？如果該種群出現(xiàn)新的等位基因A2（A/a的等位基因），種群的基因頻率會發(fā)生變化嗎？基因A2的頻率可能會怎樣變化？思考·討論——用數(shù)學方法討論基因頻率的變化說明：種群足夠大也稱“無遺傳漂變”，滿足5個條件的種群稱為遺傳平衡群體/種群（pA＋qa）2＝p2AA＋2pqAa＋q2aa遺傳平衡定律：遺傳平衡群體自由/隨機交配一次后，種群的基因頻率和基因型頻率均保持不變。問題：嘗試推導遺傳平衡定律（常染色體上的基因）。（pXA＋qXa）×（

XA＋

Xa＋Y）p2q212說明：X染色體上的基因，其遺傳平衡的建立一般需要經(jīng)過多代的自由交配。遺傳平衡群體無法進化怎樣進化?先打破平衡種群數(shù)量有限不能自由交配存在各種突變存在自然選擇有遷入或遷出基因突變產(chǎn)生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生變化突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料，都可能使種群基因頻率發(fā)生不定向地改變可遺傳的變異提供了生物進化的原材料可遺傳的變異來源于基因突變、基因重組和染色體變異，其中基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變2.6.3.2突變和基因重組能不定向地改變種群基因頻率問題：生物自發(fā)突變的頻率很低，許多突變是有害的，為什么它還能夠作為生物進化的原材料呢？果蠅1組染色體上約有1.3×104個基因，假定每個基因的突變頻率為10-5，對一個中等大小的果蠅種群（約108個個體）來說，每一代出現(xiàn)的出現(xiàn)基因突變數(shù)將是：2×1.3×104×10-5×108=2.6×107（個）殘翅和無翅變異的昆蟲鐮型細胞貧血基因?qū)Ο懠灿休^好的抵抗力突變和基因重組是隨機的、不定向的，突變和基因重組都可能不定向地改變種群的基因頻率2.6.3.2突變和基因重組能不定向地改變種群基因頻率說明：一種生物可能含有其它生物的DNA，如人類基因組中約8%來自病毒——這其中涉及到人類和病毒的基因重組。如果進化也是不定向的嗎？那么…探究·實踐——探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響英國曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾，它們夜間活動，白天棲息在樹干上。研究顯示樺尺蛾的體色受一對等位基因S和s控制，黑色（S）對淺色（s）是顯性的。19世紀中葉以前，樺尺蛾幾乎都是淺色型的，種群中S基因的頻率很低，S基因的頻率低于5%（估計值）。到了20世紀中葉，黑色型的樺尺蛾卻成了常見類型，S基因的頻率超過95%。19世紀中葉，該地區(qū)樹干上長滿地衣，后來隨著工業(yè)的發(fā)展，工廠排出的煤煙使地衣無法生存，結(jié)果樹皮裸露并被熏成黑褐色。探究·實踐——探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響提出問題：樺尺蛾種群中S基因的頻率為什么越來越高？做出假設：根據(jù)所學知識做出假設：__________________________________________________________________討論探究思路：創(chuàng)設數(shù)字化情境：1870年，樺尺蛾種群基因型頻率為SS10%，Ss20%，ss70%。假定樹干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得淺色個體每年減少10%，黑色個體每年增加10%。探究·實踐——探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響制定并實施研究方案：創(chuàng)設數(shù)字化問題情境。計算，將計算結(jié)果填入下表：第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因頻率S20%23%s80%77%第1年第2年第3年第4年第5年SSSsssxyz1.1x1.1y0.9z1.12x1.12y0.92z1.13x1.13y0.93z1.14x1.14y0.94z第…年………建議的計算方法說明：X、Y和Z是指數(shù)量而非基因型頻率，可根據(jù)基因型頻率進行設定。探究·實踐——探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響制定并實施研究方案：創(chuàng)設數(shù)字化問題情境。計算，將計算結(jié)果填入下表：第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因頻率S20%23%s80%77%13.0%26.0%61.0%14.6%29.2%56.2%26.0%74.0%29.2%70.8%探究·實踐——探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響說明：選擇強度的估算方法先根據(jù)遺傳平衡定律，估算出下一代種群中理論上深色和淺色個體的比例；在下一年度，抽樣統(tǒng)計得出該固定環(huán)境（選擇強度）下深色和淺色個體的實際比例。用理論值和實際值比較，估算出選擇強度，即每年深色個體增加多少、淺色個體減少多少。由于工業(yè)化過程中，環(huán)境是不斷變化的，因此選擇強度實際上也會發(fā)生改變。自然選擇直接選擇表型而不是基因型在自然選擇的作用下，種群基因頻率發(fā)生定向改變，導致生物朝著一定的方向不斷進化在自然選擇的作用下，具有有利變異的個體更有機會產(chǎn)生后代，種群中控制有利變異表型的基因的頻率也會不斷提高；相反，具有不利變異的個體留下后代的機會少，種群中控制不利變異表型的基因的頻率會下降2.6.3.3自然選擇定向改變種群的基因頻率探究·實踐——探究抗生素對細菌的選擇作用實驗原理：一般情況下，一定濃度的抗生素會殺死細菌但變異的細菌可能產(chǎn)生耐藥性。方法步驟：用記號筆將培養(yǎng)皿分區(qū)。將大腸桿菌均勻涂布在培養(yǎng)基上。將含抗生素的制片和不含抗生素的紙片置于不同的分區(qū)，蓋上皿蓋。培養(yǎng)皿倒置，37℃培養(yǎng)12h。觀察培養(yǎng)基上大腸桿菌生長情況。提示：實驗過程需要無菌操作氯霉素對照使用抗生素前使用抗生素解釋：為什么濫用抗生素會導致細菌的耐藥性不斷在增強？討論：經(jīng)過變異和（人工）選擇，不同狗外觀差異很大，它們還屬于同一物種嗎？在遺傳學和進化論研究中，把能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物稱為一個物種注：物種還可以從其它角度進行定義，比如早期人們根據(jù)形態(tài)學特征來區(qū)分不同的物種不同物種之間存在生殖隔離，表現(xiàn)為不同物種不能相互交配，即使交配成功，也不能生育霍不能產(chǎn)生可育的后代2.6.3.4物種的概念同種生物由于地理障礙而分成不同的種群，使得種群間不能發(fā)生基因交流的現(xiàn)象，叫作地理隔離地理隔離和生殖隔離都是指不同群體間的個體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為隔離地理隔離是同一物種內(nèi)部因為地理障礙導致基因不能交流；生殖隔離是不同物種之間因為物種間差異導致基因不能交流2.6.3.5隔離及其在物種形成中的作用加拉帕戈斯群島位于南美洲附近的太平洋中，主要由13個主要島嶼組成，這些島嶼距離南美大陸160~950km。不同島嶼的環(huán)境由較大差異，比如島的低洼地帶，布滿荊棘的灌叢；而只有大島上才有的的高地，則生長著茂密的森林。思考·討論——隔離在物種形成中的作用加拉帕戈斯群島上生活著13種地雀，但南美大陸上卻看不到這13種地雀。這些島嶼是500萬年前由海底火山噴發(fā)形成，因此可以推測這些地雀的共同祖先來自南美洲大陸，以后在各個島嶼上形成了不同的種群。設想南美洲大陸的一種地雀來到加拉帕戈斯群島后，先在兩個島嶼上形成兩個初始種群。這兩個種群的個體數(shù)量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？不同島嶼上的地雀種群，產(chǎn)生突變的情況一樣嗎？思考·討論——隔離在物種形成中的作用對不同島嶼的地雀種群來說，環(huán)境的作用有沒有差別？這對種群基因頻率的變化會產(chǎn)生什么影響？如果這片海域只有一個小島，還會形成這么多種地雀嗎？漫長的地理隔離可能導致生殖隔離，從而出現(xiàn)新物種生殖隔離的出現(xiàn)標志著新物種的形成，因此隔離是物種形成的必要條件2.6.3.5隔離及其在物種形成中的作用問題：地理隔離一定會導致生殖隔離嗎？生殖隔離的出現(xiàn)一定要經(jīng)過地理隔離嗎？番外1——有關進化的幾個問題的說明我們主要學習以自然選擇為核心的綜合生物進化理論，該理論中自然選擇居于重要的核心地位有人認為種群基因頻率的隨機改變也是進化，這種觀點確實存在于在某些進化理論中，但是綜合生物進化理論強調(diào)自然選擇的作用，即強調(diào)種群基因頻率的改變有一定的方向性進化不一定導致新物種的形成，但一個進化理論應該能夠解釋新物種的形成番外2——再論等位基因經(jīng)典遺傳學：控制相對性狀的基因稱為等位基因，它們位于同源染色體相同的位置上?；蛲蛔儺a(chǎn)生新的等位基因，因此存在等位基因A1和A2，由于密碼的簡并性，兩者控制同一