6.3種群基因組成的變化與物種的形成-高一生物下學(xué)期高效課件（人教版2019必修2）

第3節(jié)

種群基因組成的變化與物種的形成第6章生物的進(jìn)化一種群基因組成的變化問題探討甲同學(xué)說：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：不對，人們在養(yǎng)雞過程中，是根據(jù)雞的性狀來選擇的，只讓符合人類需求的雞繁殖后代，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)。生物進(jìn)化的過程是種群基因庫在環(huán)境的選擇作用下定向改變的過程，以新種群與祖先種群形成生殖隔離為標(biāo)志，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，但是，個(gè)體的表型會(huì)隨著個(gè)體的死亡而消失。所以研究生物的進(jìn)化，僅研究個(gè)體和表型是不夠的，還必須研究群體基因型的變化。一、種群和種群基因庫生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個(gè)體的集合叫做種群。1.種群一片樹林中的全部金絲猴一片草地上的所有蒲公英一片草原上的所有斑馬種群的三個(gè)要素同一區(qū)域、同一物種的生物、全部個(gè)體一、種群和種群基因庫種群的個(gè)體并不是機(jī)械地結(jié)合在一起。一個(gè)種群其實(shí)就是一個(gè)繁殖的單位，雌雄個(gè)體可以通過繁殖將各自的基因遺傳給后代，種群在繁衍過程中，個(gè)體有新老交替，基因卻代代相傳。種群是生物繁殖、進(jìn)化的基本單位。2.種群基因庫：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。種群基因庫的組成是不斷變化的，主要體現(xiàn)在基因頻率和基因型頻率的改變上。（1）基因型頻率：在一個(gè)種群基因庫中，某種基因型占全部個(gè)體的比值。（2）基因頻率：在一個(gè)種群基因庫中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比值。一、種群和種群基因庫（1）基因型頻率=該基因型個(gè)體數(shù)該種群個(gè)體總數(shù)×100%

在某昆蟲種群中，決定翅色為綠色的基因是A，褐色的基因是a，從這個(gè)種群中隨機(jī)抽取100個(gè)個(gè)體，測得基因型為AA、Aa和aa的個(gè)體分別是30、60和10個(gè)。AA基因型頻率=30100=30%Aa基因型頻率=60100=60%aa基因型頻率=10100=10%2.種群基因庫：=某基因的數(shù)目該基因及其等位基因的總數(shù)×100%在某昆蟲種群中，決定綠色翅基因是A，褐色翅基因是a，從該種群隨機(jī)抽取100個(gè)個(gè)體，測得基因型為AA、Aa和aa的個(gè)體分別是30、60和10個(gè)。①100個(gè)體數(shù)的全部等位基因總數(shù)為_______個(gè)200②A基因?yàn)開________________個(gè)，a基因?yàn)開________________個(gè)2×30+60=1202×10+60=80A頻率=120200=60%a頻率=80200=40%一個(gè)基因的頻率=它的純合子的基因型頻率+1/2雜合子的基因型頻率A頻率=AA%+1/2Aa%a頻率=aa%+1/2Aa%（2）基因頻率2.種群基因庫：一、種群和種群基因庫位于Ⅹ染色體上的基因頻率計(jì)算Ⅹb的基因頻率

=×100%Ⅹb+ⅩBⅩb男性個(gè)體只有一條性染色體含有該類基因；女性個(gè)體中兩條性染色體均含有該類基因。例：在一次紅綠色盲的調(diào)查中，共調(diào)查男女各200名，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，女性紅綠色盲基因的攜帶者有15人，患者有5人，男性患者有11人。那么這個(gè)群體中紅綠色盲基因的頻率是()A.4.5%B.6%C.9%D.7.8%B

一、種群和種群基因庫用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化

1.假設(shè)的昆蟲群體滿足以下五個(gè)條件：①昆蟲群體數(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沒有遷入與遷出，④沒有自然選擇（不同翅色的個(gè)體生存和繁殖機(jī)會(huì)是均等的）⑤A和a都不產(chǎn)生突變,即沒有基因突變和染色體變異。繁殖時(shí)，新老種群在基因組成上有變化嗎？親代基因型的比值A(chǔ)A(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A(chǔ)()A()a()a()子一代基因型頻率AA()Aa()aa()子一代基因頻率A()a()30%30%30%10%40%60%16%48%36%用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化（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？（4）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？親代基因型的比值A(chǔ)A(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A(chǔ)()A()a()a()子一代基因型頻率AA()Aa()aa()子一代基因頻率A()a()子二代基因型頻率AA()Aa()aa()子二代基因頻率A()a()30%30%30%10%40%60%16%48%36%16%48%36%40%60%由此可見，如果滿足上述五個(gè)條件，各等位基因的基因頻率和基因型頻率在一代代遺傳中都是穩(wěn)定不變的，或者說保持著遺傳平衡狀態(tài)。這就是哈代——溫伯格定律，也叫遺傳平衡定律。用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化2.遺傳平衡定律（哈迪－溫伯格定律）當(dāng)群體滿足以下五個(gè)條件：

①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沒有遷入與遷出；④不同個(gè)體生存能力相同（無選擇）；⑤不產(chǎn)生突變設(shè)A的基因頻率為p，a的基因頻率為q；則有p+q=1，那么

(p+q)2=p2+2pq+q2＝1

AA=p2

Aa=2pq

aa=q2

遺傳平衡定律：遺傳平衡群體自由/隨機(jī)交配一次后，種群的基因頻率和基因型頻率均保持不變。用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化遺傳平衡：種群基因頻率和基因型頻率不發(fā)生變化Ⅰ.種群數(shù)量足夠大Ⅱ.自由交配Ⅲ.沒有遷入與遷出Ⅳ.沒有自然選擇Ⅴ.沒有發(fā)生突變Ⅰ.種群數(shù)量比較?。ǔ霈F(xiàn)遺傳漂變）Ⅱ.不能自由交配Ⅲ.遷入與遷出（出現(xiàn)基因流）Ⅳ.自然選擇Ⅴ.發(fā)生突變遺傳平衡X注意：遺傳平衡所指的種群是理想條件下的種群，在自然條件下，這樣的種群是不存在的。這也從反面說明，自然界中種群的基因頻率一定會(huì)發(fā)生變化，也就是說種群的進(jìn)化是必然的。影響種群基因組成變化的因素種群基因頻率會(huì)發(fā)生改變，生物的進(jìn)化是必然的。用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化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?；駻2的頻率是增加還是減少，要看這一突變對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。用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化二、種群基因頻率的變化基因突變在自然界是普遍存在的?；蛲蛔儺a(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。變異可遺傳的變異不可遺傳的變異基因突變?nèi)旧w變異基因重組突變1.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。在自然情況下，突變的頻率是很低的，且多數(shù)是有害的，那么，它為什么還能夠作為生物進(jìn)化的原材料呢？例:果蠅一組染色體上約有1.3×104基因，假定每個(gè)基因的突變率都是10-5，若有一個(gè)中等數(shù)量的果蠅種群（約有108個(gè)個(gè)體），那么每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)是多少呢？2×1.3×104

×108種群=2.6×107（個(gè)）個(gè)體×10-5種群是由許多個(gè)體組成的，每個(gè)個(gè)體的每一個(gè)細(xì)胞內(nèi)部都有成千上萬個(gè)基因，這樣，每一代就會(huì)產(chǎn)生大量的突變。二、種群基因頻率的變化1.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。在自然情況下，突變的頻率是很低的，且多數(shù)是有害的，那么，它為什么還能夠作為生物進(jìn)化的原材料呢？某海島上殘翅和無翅的昆蟲

突變的有利與有害是相對的而不是絕對的，這往往取決于生物的

。在正常情況下，殘翅和無翅很難生存下去；在經(jīng)常刮大風(fēng)的海島上，因不能飛行而避免了淹死。生存環(huán)境二、種群基因頻率的變化

2.突變（基因突變和染色體變異）和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料。注意：突變≠基因突變，突變包括基因突變和染色體變異突變和重組是隨機(jī)的，不定向的突變基因重組新的等位基因多種多樣的基因型種群中出現(xiàn)大量可遺傳的變異變異是不定向的形成了進(jìn)化的原材料,不能決定生物進(jìn)化的方向二、種群基因頻率的變化探究：自然選擇對種群基因頻率變化的影響英國的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾（其幼蟲叫樺尺蠖）。它們夜間活動(dòng)，白天休息在樹干上。雜交實(shí)驗(yàn)表明，其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(jì)中葉以前:淺色型，該種群中S基因在5%以下。20世紀(jì)中葉:黑色型，S基因的頻率上升到95%以上。提出問題：樺尺蛾種群中s基因（決定淺色性狀）的頻率為什么越來越低呢？作出假設(shè)：

。探究思路：創(chuàng)設(shè)數(shù)字化問題情景的方法探究1870年，樺尺蛾種群基因型頻率為SS10％，Ss20％，ss70％。在樹干變黑這一環(huán)境條件下，假如樹干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得淺色個(gè)體每年減少10％，黑色個(gè)體每年增加10％。以后的幾年內(nèi)，樺尺蠖種群每年的基因型頻率與基因頻率是多少呢？自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變探究：自然選擇對種群基因頻率變化的影響假設(shè)該種群共有100個(gè)個(gè)體，則在第一年中：SS：10個(gè)Ss：20個(gè)

ss:70個(gè)第二年時(shí)，由于淺色個(gè)體每年減少10%，黑色個(gè)體每年增加10%SS：10x（1+10%）=11個(gè)

Ss：20x（1+10%）=22個(gè)

ss:70x（1-10%）=63個(gè)SS+Ss+ss=96個(gè)SS：11/96=11.5%

Ss：22/96=22.9%

ss:63/96=65.6%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%S=SS+1/2Sss=ss+1/2Ss13.0%升高26%61.0%26.0%74.0%14.6%29.3%56.1%29.3%70.7%降低探究：自然選擇對種群基因頻率變化的影響(1)變黑的環(huán)境對樺尺蠖淺色個(gè)體的出生率有影響嗎？會(huì)影響，許多淺色個(gè)體可能在沒有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食。自然選擇使基因頻率定向改變(2)在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表現(xiàn)型？是表型。天敵看到的是樺尺蠖的體色（表現(xiàn)型），而不是控制體色的基因。種群基因頻率發(fā)生變化導(dǎo)致生物進(jìn)化結(jié)論：自然選擇決定生物進(jìn)化的方向討論：探究：自然選擇對種群基因頻率變化的影響生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是基因頻率的改變。種群基因頻率的改變，標(biāo)志著生物的進(jìn)化。在自然選擇的作用下，具有有利變異的個(gè)體有更多的機(jī)會(huì)產(chǎn)生后代，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)不斷提高；相反，具有不利變異的個(gè)體留下后代的機(jī)會(huì)少，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)下降。在自然選擇過程中，直接受選擇的是生物的表現(xiàn)型；在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。探究：自然選擇對種群基因頻率變化的影響實(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。目的要求通過觀察細(xì)菌在含有抗生素的培養(yǎng)基上的生長狀況，探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用。探究:抗生素對細(xì)菌的選擇作用1：不含抗生素紙片：含抗生素紙片在抑菌圈邊緣的菌落挑選細(xì)菌連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑發(fā)生了什么變化？這說明抗生素對細(xì)菌產(chǎn)生了什么作用？在固體培養(yǎng)基中重復(fù)培養(yǎng)，記錄每一代培養(yǎng)物抑菌圈的直徑，取平均值。接種到已滅菌的液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)直徑縮小抗藥性增強(qiáng)選擇作用抗生素對細(xì)菌有選擇作用，抗生素對細(xì)菌抑制作用越來越弱。2341探究:抗生素對細(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)菌的變異對人類是有害的，面對不同的主體，應(yīng)辯證地看待變異的有利有害性?？股啬軌驓⑺兰?xì)菌，在抑菌圈邊緣抗生素濃度較低，可能存在具有耐藥性的細(xì)菌，因此要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌。2、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？探究:抗生素對細(xì)菌的選擇作用濫用抗生素會(huì)使病菌的抗藥基因不斷積累，抗藥性不斷增強(qiáng)，導(dǎo)致抗生素藥物失效。3、濫用抗生素的現(xiàn)象十分普遍。例如，有人生病時(shí)覺得去醫(yī)院很麻煩，就直接吃抗生素；有的禽畜養(yǎng)殖者將抗生素添加到動(dòng)物飼料中。你認(rèn)為這些做法會(huì)有什么后果？在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。探究:抗生素對細(xì)菌的選擇作用練習(xí)與應(yīng)用1.從基因水平看，生物進(jìn)化的過程就是種群基因頻率發(fā)生定向改變的過程。判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)某地區(qū)紅綠色盲患者在男性中約占8%,在女性中約占0.64%,由此可知，紅綠色盲基因的基因頻率的為8%。（

）(2)基因頻率變化是由基因突變和基因重組引起的，不受環(huán)境的影響。（

）(3)生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率在自然選擇作用下的定向改變。（

）2.種群是物種在自然界的存在形式,也是一個(gè)繁殖單位。下列生物群體中屬于種群的是（

）A.一個(gè)湖泊中的全部魚B.一片森林中的全部蛇C.一間屋中的全部障螂

D.臥龍自然保護(hù)區(qū)中的全部大熊貓√√×D3.某一瓢蟲種群中有黑色和紅色兩種體色的個(gè)體，這一性狀由一對等位基因控制,黑色(B)對紅色(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%?；駼和b的頻率分別為(

)A.18%、82%

B.36%、64%

C.57%、43%

D.92%、8%4.一種果蠅的突變體在21℃的氣溫下，生存能力很差,但是,當(dāng)氣溫上升到25.5℃時(shí),突變體的生存能力大大提高。這說明(

)A.突變是不定向的

B.突變是隨機(jī)發(fā)生的C.突變的有害或有利取決于環(huán)境條件D.環(huán)境條件的變化對突變體都是有害的CC練習(xí)與應(yīng)用第3節(jié)

種群基因組成的變化與物種的形成第6章生物的進(jìn)化二隔離在物種形成中的作用一、物種的概念1.物種：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。2.生殖隔離：不能相互交配，即便交配成功也不能產(chǎn)生可育后代的現(xiàn)象?！钍欠翊嬖谏掣綦x——判斷是否同一物種3.物種與種群的區(qū)別①同一物種可以分布在不同區(qū)域；種群是同一區(qū)域內(nèi)的同一物種的全部個(gè)體。②種群是物種繁殖和進(jìn)化的基本單位。種群1種群2物種在自然界，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)池塘里的鯉魚就是兩個(gè)種群。一、物種的概念二、隔離及其在物種形成中的作用①地理隔離②生殖隔離隔離：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。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。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。由于長期地理隔離而沒有相互交配，沒有基因交流，形成了生殖隔離，它們形成兩個(gè)不同的亞種。討論：隔離在物種形成中的作用達(dá)爾文在環(huán)球考察中觀察到一個(gè)奇怪的現(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(當(dāng)時(shí)推測這些地雀的共同祖先來自南美洲大陸)。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，布滿棘刺狀的灌叢；而在只有大島上才有的高地，則生長著茂密的森林。加拉帕戈斯群島的地雀1.設(shè)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(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？由于這兩個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量都不夠多，基因頻率可能是不一樣的。2.不同島嶼上的地雀種群，產(chǎn)生突變的情況一樣嗎？不一樣。因?yàn)橥蛔兪请S機(jī)發(fā)生的。3.對不同島嶼上的地雀種群來說，環(huán)境的作用有沒有差別？這對種群基因頻率的變化會(huì)產(chǎn)生什么影響？不同島嶼的自然環(huán)境條件不一樣，因此環(huán)境的作用會(huì)有差別，導(dǎo)致種群基因頻率朝著不同的方向改變。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？不會(huì)。因?yàn)閭€(gè)體間有基因的交流。討論：隔離在物種形成中的作用地理隔離阻斷基因交流基因頻率向不同方向發(fā)生改變種群的

出現(xiàn)差異差異進(jìn)一步加大生殖隔離新