【課件】種群基因組成的變化與物種的形成課件高一下學(xué)期生物人教版必修2

6.3

種群基因組成的變化與物種的形成甲同學(xué)說(shuō)：當(dāng)然是先有雞蛋了，因?yàn)橹挥猩臣?xì)胞產(chǎn)生的基因突變才能遺傳給后代，體細(xì)胞即使發(fā)生了基因突變，也不能影響后代的性狀。乙同學(xué)說(shuō)：不對(duì)，人們?cè)陴B(yǎng)雞過(guò)程中，是根據(jù)雞的性狀來(lái)選擇的，只讓符合人類(lèi)需求的雞繁殖后代，因此是先有雞后有蛋。你同意哪位同學(xué)的觀點(diǎn)？你的答案和理由是什么？這兩種觀點(diǎn)都有一定的道理，但都不全面。因?yàn)樗鼈兒鲆暳穗u和蛋在基因組成上的一致性，也忽視了生物的進(jìn)化是以種群為單位而不是以個(gè)體為單位這一重要觀點(diǎn)。新物種的形成是有一定標(biāo)志的，并不是在某一時(shí)刻突然有一個(gè)個(gè)體或一個(gè)生殖細(xì)胞成為一個(gè)新物種。自然選擇直接作用的是生物的個(gè)體，而且是個(gè)體的表型。但是，在自然界中，沒(méi)有哪一個(gè)個(gè)體是長(zhǎng)生不死的，個(gè)體的基因型也會(huì)隨著個(gè)體的死亡而消失，但決定表現(xiàn)型的基因卻可以通過(guò)生殖傳給后代，因此研究生物的進(jìn)化僅僅研究個(gè)體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境適應(yīng)是不夠的，還需要研究種群的基因組成變化。生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個(gè)體的集合叫做種群。種群：一片樹(shù)林中的全部獼猴一片草地上的所有蒲公英1、種群定義（1）一個(gè)池塘中的全部魚(yú)（2）一個(gè)池塘中的全部鯉魚(yú)（3）一片森林中全部的鳥(niǎo)（4）一片草地上的全部植物（5）一片草地上的成年梅花鹿否是否否否思考種群中的個(gè)體并不是機(jī)械性地集合在一起，一個(gè)種群是一個(gè)繁殖的單位。雌雄個(gè)體可以通過(guò)繁殖將各自的基因遺傳給后代。2.種群的特點(diǎn)3、種群基因庫(kù)一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因。種群基因庫(kù)：基因頻率：在一個(gè)基因庫(kù)中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比值。基因型頻率：在一個(gè)種群中，某基因型個(gè)體占全部個(gè)體的比值。例1：某昆蟲(chóng)種群中決定翅色為綠色的基因?yàn)锳，決定翅色為褐色的基因?yàn)閍，從種群中隨機(jī)抽出100個(gè)個(gè)體，測(cè)知基因型為AA、Aa和aa的個(gè)體分別是30、60和10個(gè)。那么A和a的基因頻率是多少？A基因頻率為:a基因頻率為：a%=1-A%=40%A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%==60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%方法一：概念法4、基因頻率的計(jì)算方法二：通過(guò)基因型頻率計(jì)算A基因頻率

=AA的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率A%=30%+1/2×60%=60%a%

=10%+1/2×60%=40%AA基因型頻率為:30%Aa基因型頻率為:60%aa基因型頻率為:10%a基因頻率=aa的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率例1：某昆蟲(chóng)種群中決定翅色為綠色的基因?yàn)锳，決定翅色為褐色的基因?yàn)閍，從種群中隨機(jī)抽出100個(gè)個(gè)體，測(cè)知基因型為AA、Aa和aa的個(gè)體分別是30、60和10個(gè)。那么A和a的基因頻率是多少？

某一瓢蟲(chóng)種群中有黑色和紅色兩種體色的個(gè)體，這一性狀由一對(duì)等位基因控制，黑色(B)對(duì)紅色(b)為顯性。如果基因型為BB的個(gè)體占18%，基因型為Bb的個(gè)體占78%，基因型為bb的個(gè)體占4%。基因B和b的頻率分別為（）A．18%、82%B．36%、64%C．57%、43%D．92%、8%C課堂訓(xùn)練b基因頻率=×100%例2、在調(diào)查紅綠色盲時(shí)，隨機(jī)抽查了200人，其中男女各100人。女性患者1人，攜帶者3人，男性患者4人。色盲基因的頻率為多少？Xb=1×2+3+4100×2+100

×100%=3%基因頻率=某基因的數(shù)目全部等位基因的總數(shù)×100%注意：基因在X染色體上時(shí)的特殊情況

假設(shè)上述昆蟲(chóng)種群數(shù)量非常大，所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，沒(méi)有遷入和遷出，不同翅色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的，基因A和a都不產(chǎn)突變，根據(jù)孟德?tīng)柕姆蛛x定律計(jì)算。(1)該種群產(chǎn)生的A配子和a配子的比值各是多少？(2)子代基因型的頻率各是多少？

(3)子代種群的基因頻率各是多少？用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化親代基因型比值A(chǔ)A(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A(chǔ)(

)A(

)a(

)a(

)子代基因型頻率AA(

)Aa(

)aa(

)子代基因頻率A(

)a(

)思考討論30%30%30%10%36%48%16%60%40%

親代子一代

子二代

子三代基因型頻率AA30%Aa60%aa10%基因頻率Aa36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%各代基因頻率相同。需要滿(mǎn)足上述5個(gè)前提條件。60%40%(4)想一想，子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會(huì)同子一代一樣嗎？這有什么前提條件嗎？遺傳平衡定律（哈代－溫伯格定律）當(dāng)群體滿(mǎn)足以下五個(gè)條件（理想種群）：

①昆蟲(chóng)群體數(shù)量足夠大；②全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代；③沒(méi)有遷入與遷出；④自然選擇對(duì)性狀沒(méi)有作用；⑤基因A和a都不產(chǎn)生突變?cè)O(shè)A的基因頻率為p，a的基因頻率為q；則有p+q=1，那么：理想種群的基因頻率代代不變，即處于遺傳平衡

(p+q)2=p2+2pq+q2＝1

AA=p2

Aa=2pq

aa=q2

3.如果該種群出現(xiàn)新的突變型（基因型為A2a或A2A2），也就是產(chǎn)生新的等位基因A2，種群的基因頻率會(huì)變化嗎？基因A2的頻率可能會(huì)怎樣變化？

突變產(chǎn)生的新基因會(huì)使種群的基因頻率發(fā)生變化。

基因A2的頻率是增加還是減少，要看這一突變對(duì)生物體是有益還是有害的，這往往取決于生物生存的環(huán)境。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?？蛇z傳的變異變異不可遺傳的變異基因突變?nèi)旧w變異基因重組突變種群基因頻率的變化

由于種群是由許多個(gè)體組成，每個(gè)個(gè)體的細(xì)胞中都有成千上萬(wàn)個(gè)基因，這樣，每一代就會(huì)產(chǎn)生大量的突變。思考：生物自發(fā)突變的頻率很低，而且大多數(shù)突變對(duì)生物體是有害的，那么，它為何還能夠作為生物進(jìn)化的原材料呢？【例如】果蠅1組染色體上約有1.3×104個(gè)基因，假定每個(gè)基因的突變頻率都為10-5，對(duì)一個(gè)約有108個(gè)個(gè)體的果蠅種群來(lái)說(shuō)，每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是：2×1.3×104×10－5個(gè)體×108種群=2.6×107（個(gè)）

突變的有害和有利也不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境。【例如】有翅的昆蟲(chóng)中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)殘翅和無(wú)翅的突變類(lèi)型，這類(lèi)昆蟲(chóng)在正常情況下很難生存下去。但是在經(jīng)常刮大風(fēng)的海島上，這類(lèi)昆蟲(chóng)卻因?yàn)椴荒茱w行而避免了被海風(fēng)吹到海里淹死。某海島上殘翅和無(wú)翅的昆蟲(chóng)突變也可為生物進(jìn)化提供原材料

基因突變產(chǎn)生的等位基因，通過(guò)有性生殖過(guò)程中的基因重組，可以形成多種多樣的基因型，從而使種群中出現(xiàn)多種多樣可遺傳的變異類(lèi)型。貓由于基因重組而產(chǎn)生的毛色變異基因重組也可為生物進(jìn)化提供原材料突變和重組都是隨機(jī)的、不定向的，那么種群基因頻率的改變是否也是不定向呢？種群基因頻率變化的影響因素有:突變和自然選擇

英國(guó)的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾（其幼蟲(chóng)叫樺尺蠖）。它們夜間活動(dòng)，白天棲息在樹(shù)干上。雜交實(shí)驗(yàn)表明，樺尺蛾的體色受一對(duì)等位基因S和s控制，黑色(S)對(duì)淺色(s)是顯性的。在19世紀(jì)中葉以前，樺尺蛾幾乎都是淺色型的，該種群中S基因的頻率很低，在5%以下。到了20世紀(jì)中葉，黑色型的樺尺蛾卻成了常見(jiàn)的類(lèi)型，S基因的頻率上升到95%以上。19世紀(jì)時(shí)，曼徹斯特地區(qū)的樹(shù)干上長(zhǎng)滿(mǎn)了淺色的地衣。后來(lái)，隨著工業(yè)的發(fā)展，工廠排出的煤煙使地衣不能生存，結(jié)果樹(shù)皮裸露并被熏成黑褐色。探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響探究實(shí)踐

假設(shè)1870年，樺尺蛾種群的基因型頻率為SS10%,Ss20%,ss70%,S基因的頻率為20%。在樹(shù)干變黑這一環(huán)境條件下，假如樹(shù)干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得種群中淺色個(gè)體每年減少10%,黑色個(gè)體每年增加10%。第2~10年間，該種群每年的基因型頻率各是多少？每年的基因頻率是多少？（計(jì)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%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響探究實(shí)踐1.樹(shù)干變黑會(huì)影響樺尺蛾種群中淺色個(gè)體的出生率嗎？為什么？2.在自然選擇過(guò)程中，直接受選擇的是基因型還是表型？為什么？會(huì)。因?yàn)闃?shù)干變黑后，淺色個(gè)體容易被發(fā)現(xiàn)，被捕食的概率增加直接受選擇的是表型（體色），而不是基因型，基因型并不能在自然選擇中起直接作用，因?yàn)樘鞌吃诓妒硺宄叨陼r(shí)，看到的是樺尺蛾的體色而不是控制體色的基因。探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響探究實(shí)踐自然選擇使樺尺蛾種群的基因頻率發(fā)生定向改變，導(dǎo)致樺尺蛾朝著一定的方向不斷進(jìn)化。變異(突變和重組)是不定向的（為進(jìn)化提供原材料）自然選擇是定向的不利變異被淘汰,有利變異逐漸積累種群的基因頻率發(fā)生定向的改變生物定向緩慢進(jìn)化生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的定向改變。變異和自然選擇與基因頻率變化的關(guān)系標(biāo)志著導(dǎo)致探究?實(shí)踐探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用實(shí)驗(yàn)原理一般情況下，一定濃度的抗生素會(huì)殺死細(xì)菌，但變異的細(xì)菌可能產(chǎn)生耐藥性。在實(shí)驗(yàn)室連續(xù)培養(yǎng)細(xì)菌時(shí)，如果向培養(yǎng)基中添加抗生素，耐藥菌有可能存活下來(lái)。通過(guò)觀察大腸桿菌在含有卡那霉素的培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)狀況，探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、用記號(hào)筆在培養(yǎng)皿的底部畫(huà)線，將培養(yǎng)基分為四個(gè)區(qū)，標(biāo)號(hào)實(shí)驗(yàn)步驟2、將細(xì)菌涂布在培養(yǎng)基平板上探究?實(shí)踐探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用3、①號(hào)區(qū)域的中央放置不含抗生素紙片和②③④號(hào)區(qū)域的中央分別放置含有抗生素的紙片4、將培養(yǎng)皿倒置于37℃的恒溫箱中培養(yǎng)12~16h實(shí)驗(yàn)步驟探究?實(shí)踐探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用5、觀察并測(cè)量抑菌圈直徑,并取平均值6、從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌培養(yǎng)，并重復(fù)以上步驟實(shí)驗(yàn)步驟探究?實(shí)踐探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用實(shí)驗(yàn)過(guò)程：實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論：抗生素對(duì)細(xì)菌有選擇作用，抗生素對(duì)細(xì)菌抑制作用越來(lái)越弱。抑菌圈直徑/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組別探究?實(shí)踐探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用1、為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌？

有利的，基因突變具有隨機(jī)性和不定向性，有利或有害取決于所處的環(huán)境條件，在本實(shí)驗(yàn)的環(huán)境條件下，耐藥性細(xì)菌的存活率高，故為有利變異。有利于細(xì)菌的變異對(duì)人類(lèi)是有害的，面對(duì)不同的主體，應(yīng)辯證地看待變異的有利有害性。抑菌圈邊緣生長(zhǎng)的細(xì)菌可能是具有耐藥菌。3、在本實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)條件下，耐藥菌所產(chǎn)生的變異是有利還是有害的？你怎么理解變異是有利還是有害的？三個(gè)概念生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)體的集合叫作種群。一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，叫作這個(gè)種群的基因庫(kù)。在一個(gè)種群基因庫(kù)中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比值，叫作基因頻率。三個(gè)觀點(diǎn)自然選擇直接作用的是個(gè)體的表型。但關(guān)于生物進(jìn)化的研究，必須研究種群基因組成的變化。種群是生物進(jìn)化和繁殖的基本單位。導(dǎo)致種群的基因頻率發(fā)生變化的因素有突變和自然選擇。突變和基因重組是不定向的，為生物進(jìn)化提供了原材料。自然選擇定向選擇有利變異，進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的定向改變課堂小結(jié)二、隔離在物種形成中的作用能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物。它們是同一個(gè)物種嗎？物種：1、物種的概念生殖隔離：不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產(chǎn)生可育的后代，這種現(xiàn)象叫作生殖隔離。生殖隔離標(biāo)志著新物種的形成在自然界，是不是同一物種的個(gè)體都生活在一起呢？

不是，由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障礙，每一個(gè)物種總是被分成一個(gè)一個(gè)或大或小的群體，這些群體就是不同的種群。例如，兩個(gè)池塘里的鯉魚(yú)就是兩個(gè)種群。隔離：

不同群體間的個(gè)體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象。那么，地理隔離和生殖隔離有沒(méi)有什么聯(lián)系呢？地理隔離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。生殖隔離不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產(chǎn)生可育后代的現(xiàn)象。隔離長(zhǎng)期地理隔離導(dǎo)致生殖隔離。

這是達(dá)爾文在環(huán)球考察中觀察到的現(xiàn)象。在加拉帕戈斯群島上生活著13種地雀。這些地雀的喙差別很大，不同種之間存在生殖隔離。而在遼闊的南美洲大陸上，卻看不到這13種地雀的蹤影。

加拉帕戈斯群島位于南美洲附近的太平洋中，由13個(gè)主要島嶼組成，這些島嶼與南美洲大陸的距離為160~950km。不同島嶼的環(huán)境有較大差別，比如島的低洼地帶，布滿(mǎn)棘刺狀的灌叢；而在只有大島上才有的高地，則生長(zhǎng)著茂密的森林。

這些島嶼是500萬(wàn)年前由海底的火山噴發(fā)后形成的，比南美洲大陸的形成晚得多。因此，可以推測(cè)這些地雀的共同祖先來(lái)自南美洲大陸，以后在各個(gè)島嶼上形成了不同的種群。隔離在物種形成中的作用思考討論1.設(shè)想南美洲大陸的一種地雀來(lái)到加拉帕戈斯群島后，先在兩個(gè)島嶼上形成兩個(gè)初始種群。這兩個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？2.不同島嶼上的地雀種群，產(chǎn)生突變的情況一樣嗎？3.對(duì)不同島嶼上的地雀種群來(lái)說(shuō)，環(huán)境的作用有沒(méi)有差別？這對(duì)種群基因頻率的變化會(huì)產(chǎn)生什么影響？4.如果這片海域只有一個(gè)小島，還會(huì)形成這么多種地雀嗎？

隔離在物種形成中的作用思考討論可能是不一樣的不一樣（隨機(jī)的，不定向的）自然選擇的作用不同，可能導(dǎo)致朝著不同方向改變不會(huì)。因?yàn)闆](méi)有隔離。加拉帕戈斯群島的地雀的形成方式同一物種地理隔離，阻隔基因交流突變、基因重組各種群基因庫(kù)出現(xiàn)明顯差異新物種自然選擇，基因頻率發(fā)生改變生殖隔離，新物種形成的標(biāo)志總結(jié)歸納物種形成的三個(gè)環(huán)節(jié)

①突變和基因重組提供了生物進(jìn)化的原材料

②自然選擇導(dǎo)致種群基因頻率的定向改變

③隔離是物種形成的必要條件（關(guān)鍵；最后環(huán)節(jié)）總結(jié)歸納（1）漸變式（主要方式）:長(zhǎng)期地理隔離導(dǎo)致生殖隔離物種形成的方式:（2）驟變式：二倍體西瓜與四倍體西瓜新物種的形成必須要經(jīng)過(guò)生殖隔離，但不一定經(jīng)過(guò)地理隔離。短時(shí)間內(nèi)即可形成，如多倍體育種。比較物種形成和生物進(jìn)化物種形成生物進(jìn)化標(biāo)志變化后生物與原生物的關(guān)系二者聯(lián)系生殖隔離出現(xiàn)基因頻率