【高中生物】种群基因组成的变化与物种的形成课件 2022—2023学年高一下学期生物人教版必修2.pptx

种群基因组成的变化与物种的形成AA AAAaAaaaaaaaAAAAAAaa21目目 录录种群基因组成的变化隔离在物种形成中的作用种群和种群基因库种群基因频率的变化自然选择对种群基因频率变化的影响物种的概念隔离及其在物种形成中的作用aa表现型表现型l 自然选择的直接作用对象是基因型还是表现型？A l 生物进化的基本单位是个体还是种群？种群种群一.种群和种群基因库生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫做种群。生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫做种群。1.种群：种群是可进行种群是可进行基因交流基因交流的群体，是生物繁殖与进化的基本单位。的群体，是生物繁殖与进化的基本单位。一.种群和种群基因库1.种群：2.基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。一个种群中全部个体所含有的全部基因。l注意范围是种群不是物种。注意范围是种群不是物种。l基因库包含了种群中全部个体的全部基因，无论基因库包含了种群中全部个体的全部基因，无论“优劣优劣”。生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫做种群。生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫做种群。种群是可进行种群是可进行基因交流基因交流的群体，是生物繁殖与进化的基本单位。的群体，是生物繁殖与进化的基本单位。3.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，叫在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫做基因频率。做基因频率。l基因频率 该基因的总数该等位基因的总数100%A Aa aA aA AA AA AA aa aA AaaaaAaAaAaAAAAAAAAAAA Al基因型频率 特定基因型个体数该种群个体总数100%例如：在某昆虫种群中，决定体色为黑色的基因是A，决定体色为褐色的基因是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的个体分别是30、60和10个，求A和a的基因频率。A Aa aA aA AA AA AA aa aA AaaaaAaAaAaAAAAAAAAAAA A用数学方法讨论基因频率的变化 假设上述昆虫种群数量非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，假设上述昆虫种群数量非常大，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A和和a都不产突都不产突变，根据孟德尔的分离定律计算。变，根据孟德尔的分离定律计算。(1)该种群产生的该种群产生的A配子和配子和a配子的比值各是多少？配子的比值各是多少？(2)子代基因型的频率各是多少？子代基因型的频率各是多少？(3)子代种群的基因频率各是多少？子代种群的基因频率各是多少？(4)将计算结果填入下表，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，种群的将计算结果填入下表，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？基因频率会同子一代一样吗？亲代基因型比代基因型比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A()A()a()a()A()a()子代基因型频率AA()Aa()aa()子代基因频率A()a()30%10%30%30%36%48%16%60%40%60%40%用数学方法讨论基因频率的变化亲代基因型比代基因型比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A()A()a()a()A()a()子代基因型频率AA()Aa()aa()子代基因频率A()a()30%10%30%30%36%48%16%60%40%60%40%上述计算结果是建立在上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。个假设条件基础上的。5个条件为：个条件为：昆虫群体数量足够大；昆虫群体数量足够大；全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；没有迁入与迁出；没有迁入与迁出；说自然选择对说自然选择对体色体色性状没有作用性状没有作用 基因基因A和和a都不产生突变。都不产生突变。对自然界的种群来说，这对自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？你能举出哪些实例？个条件都成立吗？你能举出哪些实例？4.遗传平衡定律（哈代（哈代 温伯格定律）温伯格定律）：当当群体满足以下群体满足以下五个条件五个条件：种群种群数量足够大；数量足够大；全部的雌雄个体间全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；都能自由交配并能产生后代；没有迁入与迁出；没有迁入与迁出；自然选择对体色性状自然选择对体色性状没有作用；没有作用；基因基因A和和a都不产生突变都不产生突变时，种群的基因频率将不会改变。时，种群的基因频率将不会改变。设 A 的基因频率为 p，a 的基因频率为 q；则 p+q=1，且：aa 基因型的频率AA 基因型的频率Aa 基因型的频率 (p+q)2 =p2 +2pq +q2 用数学方法讨论基因频率的变化亲代基因型比代基因型比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A()A()a()a()A()a()子代基因型频率AA()Aa()aa()子代基因频率A()a()30%10%30%30%36%16%48%60%40%60%40%如果该种群出现新的突变型（基因型为如果该种群出现新的突变型（基因型为 A2a 或或 A2A2),也就是产生新的等位基因也就是产生新的等位基因A2 ,种群的基因频率会发生变化吗？基因种群的基因频率会发生变化吗？基因 A2 的频率可能会怎样变化？的频率可能会怎样变化？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 Fl，则A基因的频率和 F1 中 Aa 基因型的频率分别是多少？1.A基因的频率为70 F1 中 Aa 基因型的频率42基因突变产生新的等位基因，可以使种群的基因频率发生变化。某人群中某常染色体显性遗传病的发病率为 19%，一对夫妇中妻子患病，丈夫正常，他们所生的子女患该病的概率是（）A.9/19 B.10/19 C.1/19 D.1/22.在对某工厂职工进行遗传学调查时发现，在男女各400名职工中，女性色盲基因的携带者为30人，患者为10人，男性患者为22人。那么这个群体中色盲基因的频率为()A.4.5 B.5.9 C.6 D.93.BC二.种群基因频率的变化可遗传变异提供了可遗传变异提供了生物进化的原材料生物进化的原材料。其来源分为。其来源分为突变和基因突变和基因重组重组。1.可遗传变异：突变包括基因突变和染色体变异。突变包括基因突变和染色体变异。可遗传变可遗传变异的来源异的来源突变突变基因重组基因重组基因突变基因突变染色体变异染色体变异普通普通个体个体变异变异个体个体进化的进化的原材料原材料某种自然选择某种自然选择自然选择之后的个体自然选择之后的个体生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有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？害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？如：果蝇约有如：果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是对基因，假定每个基因的突变率都是10-5，若有，若有一个中等数量的果蝇种群（约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个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？变数是多少呢？2 104 10-5个体个体 108种群种群=2 1072.基因突变的多害少利性：由此可由此可见，虽然基因突然基因突变频率很低，但放到率很低，但放到种群中每一代都会有可种群中每一代都会有可观的的变异量，异量，虽然大多数然大多数都是有害的，但是都是有害的，但是总会出会出现一些更适一些更适应环境的境的变异，在自然异，在自然选择过程中被保留下来并逐代程中被保留下来并逐代积累。累。甲种自然选择甲种自然选择甲种自然选择甲种自然选择乙种自然选择乙种自然选择长翅长翅残翅残翅更适应风小环境更适应风小环境更适应大风环境更适应大风环境各种类型的变异各种类型的变异（原材料）（原材料）（第一次选择）（第一次选择）（第二次选择）（第二次选择）（第三次选择）（第三次选择）环境改变突变的多害少利是绝对的吗突变的多害少利是绝对的吗？不不是是绝绝对对的的，“利利”和和“害害”都都是是相相对对于于环环境境而而言言的的。种群基因频率的改变是否也是不定向的种群基因频率的改变是否也是不定向的？三.自然选择对种群基因频率变化的影响自然选择对种群基因频率变化的影响 英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天栖英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天栖息在树干上。实验表明，桦尺蛾的体色受一对等位基因息在树干上。实验表明，桦尺蛾的体色受一对等位基因S和和s控制，黑色控制，黑色(S)对浅色对浅色(s)是显性的。在是显性的。在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中S基因的频率很基因的频率很低，在低，在5%以下。到了以下。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S基因的频基因的频率上升到率上升到95%以上。以上。19世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。后来，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。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。自然选择对种群基因频率变化的影响 假设假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS10%,Ss 20%,ss 70%,S基因的频率为基因的频率为20%。在树干变黑这一环境条件下，假如树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使得。在树干变黑这一环境条件下，假如树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使得种群中浅色个体每年减少种群中浅色个体每年减少10%,黑色个体每年增加黑色个体每年增加10%。第。第210年间，该种群每年的年间，该种群每年的基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？（计算结果填入下表）基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？（计算结果填入下表）第第1年年第第2年年第第3年年第第4年年基因型频率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%s80%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高升高降低降低自然选择对种群基因频率变化的影响 根据上述计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，比如，把浅色个根据上述计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，比如，把浅色个体每年减少的数量百分比定高些，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与体每年减少的数量百分比定高些，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与步骤步骤 2 中所得的数据进行比较。中所得的数据进行比较。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？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？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？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？第第1年年第第2年年第第3年年第第4年年基因型频率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%s80%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高升高降低降低在自然选择过程中，直接受选择的是生物的表现型；在自然选择过程中，直接受选择的是生物的表现型；在自然选择的作用下，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。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的定向改变。三.自然选择对种群基因频率变化的影响种群基因频率发生定向改变（不定向）（不定向）（定向）（定向）l在自然选择的作用下，有利变异的基因频率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。不断增大，有害变异的基因频率逐渐减小。21目目 录录种群基因组成的变化隔离在物种形成中的作用种群和种群基因库种群基因频率的变化自然选择对种群基因频率变化的影响物种的概念隔离及其在物种形成中的作用一、实验：探究抗生素对细菌的选择作用1.实验原理2.目的要求一定浓度的抗生素会杀死细菌，变异的细菌可能产生耐药性。向培养基中添加抗生素，耐药菌有可能存活下来。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。在添加抗生素的环境下，什么样的个体被选择？什么样的个体被淘汰？3.材料用具 培养基、细菌菌株、含抗生素及不含抗生素的纸片等一、实验：探究抗生素对细菌的选择作用3.方法步骤（1）分组：将培养基分区、标号（2）接种：将菌种均匀涂布在培养基上。（3）控制变量：含抗生素 VS 不含抗生素（4）培养：培养皿倒置，37 培养12h。观察大肠杆菌生长情况。1234含含含不（5）观测：是否出现抑菌圈，测量直径。（6）从抑菌圈边缘挑取菌落，重复实验。1234含含含不仅凭以上步骤能否判断抗生素对细菌有选择作用？一、实验：探究抗生素对细菌的选择作用123412341234第一代第三代第二代直径逐代变小，说明抗生素对细菌有选择作用，耐药个体存活率高，不耐药存活率低。含含含不含含含不含含含不一、实验：探究抗生素对细菌的选择作用4.实验结论（1）细菌耐药性的出现是 导致的。（2）导致耐药菌比例逐代提高。抗生素的选择作用下，保留耐药性强的个体大肠杆菌存在耐药性不同的变异类型再次实验，菌落中耐药个体占比增加可遗传变异抗生素的选择作用一、实验：探究抗生素对细菌的选择作用讨论（P115）（1）为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？（2）在本实验的培养条件下，耐药菌所产生的变异是 有利还是有害的？你怎么理解变异是有利还是有害的？因为抑菌圈边缘生长耐药菌存在耐药菌，且比其它区域耐药菌的占比高。有利的有利的；有利或有害取决于所处的环境条件有利或有害取决于所处的环境条件。1234含含含不一、实验：探究抗生素对细菌的选择作用讨论（P115）（3）滥用抗生素的现象十分普遍。例如，有人生病时觉 得去医院很麻烦，就直接吃抗生素；有的禽畜养殖 者将抗生素添加到动物饲料中。你认为这些做法会 有什么后果？滥用抗生素会使病菌的抗药基因不断积累，滥用抗生素会使病菌的抗药基因不断积累，抗药性不断增强，导致抗生素药物失效。抗药性不断增强，导致抗生素药物失效。利用“抗生素纸片扩散法”观察某细菌在含有抗生素的培养基上的生长状况，可探究抗生素对细菌的选择作用。下列错误的是（）小试牛刀B.细菌基因突变产生了耐药个体是定向变异。A.抗生素的使用导致细菌产生了耐药性。C.从抑菌圈边缘挑取细菌连续培养，后代抑菌圈变大。D.本实验条件下，细菌的耐药性变异是有利变异。ABC一.物种的概念1.物种：能够在自然状态下相互交配并且产生能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代可育后代的一群生物。的一群生物。2.生殖隔离：不能相互交配，即便交配成功也不能产生可不能相互交配，即便交配成功也不能产生可育育后代的现象。后代的现象。杂交杂交杂交杂交二倍体二倍体四倍体四倍体三倍体三倍体马马（2n=642n=64）驴驴（2n=622n=62）骡骡（2n=632n=63）不可育是否存在生殖隔离是判断是否同一物种的方法。是否存在生殖隔离是判断是否同一物种的方法。二、隔离在物种形成中的作用物种 vs 种群 同一物种物种可以分布在不同区域不同区域；种群种群是同一区域同一区域内的同一物种同一物种的全部个体 种群是物种繁殖和进化的基本单位。种群是物种繁殖和进化的基本单位。物种物种：自然状态下能相互交配并且产生可育后代可育后代的一群生物种群种群：生活在一定区域的同种生物的全部个体的集合。二者区别：二者区别：种群种群1种群种群2物种物种二.隔离及其在物种形成中的作用1.隔离：不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。隔离分为地理隔离和生殖隔离。由交流的现象。隔离分为地理隔离和生殖隔离。隔离隔离生殖隔离生殖隔离地理隔离地理隔离：同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，：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。使得种群间不能发生基因交流的现象。：不能相互交配，即便交配成功也不能产生：不能相互交配，即便交配成功也不能产生 可育后代的现象。可育后代的现象。二、隔离在物种形成中的作用【思考讨论】隔离在物种形成中的作用加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太平洋中，由13个主要岛屿组成，二、隔离在物种形成中的作用【思考讨论】隔离在物种形成中的作用群岛上有13种地雀（喙差别大，存在生殖隔离），而南美洲没有。二、隔离在物种形成中的作用【思考讨论】隔离在物种形成中的作用群岛上有13种地雀（喙差别大，存在生殖隔离），而南美洲没有。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的。二、隔离在物种形成中的作用【思考讨论】隔离在物种形成中的作用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？自然环境条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝着不同的方向改变。4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？不会。因为个体间有基因的交流。二、隔离在物种形成中的作用【思考讨论】隔离在物种形成中的作用隔离在物种形成中有什么作用？二、隔离在物种形成中的作用【思考讨论】隔离在物种形成中的作用地雀祖先突变基因重组突变基因重组种群基因频率定向改变种群基因频率定向改变自然选择岛屿1岛屿2地理隔离地雀1地雀2生殖隔离总结：隔离是物种形成的必要条件。地理隔离-物种形成的 阶段，生殖隔离-时期、物种形成的 和 。量变质变关键标志二、隔离在物种形成中的作用【思考讨论】隔离在物种形成中的作用地雀祖先岛屿1岛屿2突变基因重组突变基因重组种群基因频率定向改变种群基因频率定向改变地雀1地雀2自然选择物种形成的三个基本环节：（）提供原材料。（）使基因频率发生改变。（）是物种形成的必要条件。地理隔离生殖隔离突变和基因重组自然选择 隔离二、隔离在物种形成中的作用思考：生物的进化一定能形成新物种吗？物种形成生物进化 标志变化后生物与原生物的关系二者联系不一定生殖隔离出现基因频率改变属于不同物种可能属于同一物种；也可能属于不同物种只有不同种群的基因库产生明显差异，出现生殖隔离才形成新物种；进化不一定产生新物种，但新物种产生的过程中一定存在进化三、物种形成的方式模式1：渐变式模式2：骤变式模式3：人工创造新物种如：加拉帕戈斯群岛上13种地雀的形成。如：普通小麦的形成（自然状态）。原物种地理隔离自然选择新物种主要通过染色体变异形成新物种，一旦出现，很快形成生殖隔离，多见于植物。如：人工诱导多倍体的形成（无子西瓜）随堂练习1判断下列与隔离有关的表述是否正确。（1）在曼彻斯特的桦尺蛾种群中，黑色个体与浅色个体之间未出现 生殖隔离。（）（2）加拉帕戈斯群岛不同岛屿上的地雀种群之间由于地理隔离而逐 渐形成了生殖隔离。（）在对某工厂职工进行遗传学调查时发现，在男女各400名职工中，女性色盲基因的携带者为30人，患者为10人，男性患者为22人。那么这个群体中色盲基因的频率为()A.4.5 B.5.9 C.6 D.92.解析：解析：红绿色盲相关基因色盲相关基因总数数=400 2+400=1200(个个)Xb =10 2+12 1+18 1+22 1=72（个）（个）故故红绿色盲的基因色盲的基因频率（率（Xb%）=120072 100%=6%16世纪末，明代张谦德在世纪末，明代张谦德在朱砂鱼谱朱砂鱼谱中总结金鱼育种的经验中总结金鱼育种的经验时说：时说：“蓄类贵广，而选择贵精，须每年夏间市取数千头，分蓄类贵广，而选择贵精，须每年夏间市取数千头，分数缸饲养，逐日去其不佳者，百存一二，并作两三缸蓄之，加数缸饲养，逐日去其不佳者，百存一二，并作两三缸蓄之，加意培养，自然奇品悉具。意培养，自然奇品悉具。”其中其中“逐日去其不佳者逐日去其不佳者”和和“分数分数缸饲养缸饲养”的作用分别是（的作用分别是（）A.自然选择，地理隔离自然选择，地理隔离B.人工选择，地理隔离人工选择，地理隔离C.自然选择，生殖隔离自然选择，生殖隔离D.人工选择，生殖隔离人工选择，生殖隔离B3.