【课件】种群基因组成的变化与物种的形成课件高一下学期生物人教版必修二.pptx

6.3.1 种群基因组成的变化l为什么说种群是生物进化的基本单位？l种群的基因频率为什么会发生变化？l自然选择与种群基因频率的变化有什么关系？本节聚焦本节聚焦 自然界中，没有哪一个体是长生不死的 个体的表现型也会随着个体的死亡而消失，但决定表现型的基因却可以通过生殖而世代延续。后代会发生性状分离，出现aa的个体。1、根据达尔文“适者生存、不适者淘汰”的观点该绿色个体一定能被选择下来吗？2、如果该绿色个体能很好的生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给后代？3、如果Aa与其他个体交配生殖，后代还会是绿色吗？材料：材料：如果在灰色翅(基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅(Aa)的变异个体，且绿色比灰色更不容易被敌害发现。研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，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。1、种群：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。一片树林中的全部猕猴是一个种群一片水田上的所有水稻是一个种群一、种群和种群基因库 种群的个体并不是机械地结合在一起。一个种群其实就是一个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。2.种群的特点：（1 1）一个池塘中的全部鱼）一个池塘中的全部鱼 （2 2）一个池塘中的全部鲤鱼）一个池塘中的全部鲤鱼（3 3）两个池塘内的全部青蛙）两个池塘内的全部青蛙（4 4）一片草地上的全部植物）一片草地上的全部植物（5 5）一个池塘内的全部蝌蚪）一个池塘内的全部蝌蚪同一区域（区域可大可小，大到地球，小的可以是一个池塘）同一物种的生物全部个体种群的三个要素否否否否一、种群和种群基因库判断下列是否属于种群：判断下列是否属于种群：3、基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。4、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。5、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。一、种群和种群基因库A基因个数+a基因个数A基因频率A基因个数AA个体个数+Aa个体个数+aa个体个数AA基因型频率AA个体个数例例1 1：某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A A，决定翅色为褐色的基因，决定翅色为褐色的基因为为a a，从种群中随机抽出，从种群中随机抽出100100个个体个个体，测知基因型为，测知基因型为AAAA、AaAa和和aaaa的个体分的个体分别是别是3030、6060和和1010个个。那么。那么A A和和a a的基因频率是多少？的基因频率是多少？A A基因频率基因频率:a a基因频率：基因频率：=40%=40%A%=A%=100%100%2AA2AAAaAa2(AA2(AAAaAaaa)aa)a%=a%=60%=60%2(AA2(AAAaAaaa)aa)2aa2aaAaAa 100%100%方法一：概念法：方法一：概念法：方法一：概念法：方法一：概念法：A基因数=230+60=120个a基因数=60+210=80个已知：共100个个体，每个个体2个A/a基因，那么控制此性状 的等位基因总数共200个。例例1 1：某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A A，决定翅色为褐色的基因，决定翅色为褐色的基因为为a a，从种群中随机抽出，从种群中随机抽出100100个个体个个体，测知基因型为，测知基因型为AAAA、AaAa和和aaaa的个体分的个体分别是别是3030、6060和和1010个个。那么。那么A A和和a a的基因频率是多少？的基因频率是多少？方法二：通过基因型频率计算：方法二：通过基因型频率计算：方法二：通过基因型频率计算：方法二：通过基因型频率计算：A A基因频率：基因频率：A%A A%=30%+1/260%=60%=30%+1/260%=60%a%a%=1010%+1/260%=%+1/260%=4040%AAAA基因型频率为：基因型频率为：AA%AA%=3 30%0%AaAa基因型频率为基因型频率为:Aa%=Aa%=60%60%aaaa基因型频率为基因型频率为:aa%=aa%=1 10%0%a a基因频率：基因频率：a%2AA+Aa2AA+2Aa+2aa AA%+Aa%2aa+Aa2AA+2Aa+2aa aa%+Aa%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。一个基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率例例2 2、在调查红绿色盲时，随机抽查了在调查红绿色盲时，随机抽查了200200人，其中男女各人，其中男女各100100人。女人。女性患者性患者1 1人，携带者人，携带者3 3人，男性患者人，男性患者4 4人。色盲基因的频率为多少？人。色盲基因的频率为多少？X Xb b=12+3+4 12+3+4 1002+1001002+100 100%100%=3%3%XaXa：1人 XAXa：3人 XAXA：96人 XaY：4人 XAY：96人 Xb基因型基因型=假设假设上述昆虫种群数量非常大，所有的雌雄个体间都能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自由交配并能产生后代，没有并能产生后代，没有迁入和迁出，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的，基因迁入和迁出，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的，基因A和和a都不产突变，根据都不产突变，根据孟德尔的分离定律计算。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，种群的基因频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？率会同子一代一样吗？用数学方法讨论基因频率的变化亲代基因型比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A()A()a()a()子代基因型频率AA()Aa()aa()子代基因频率A()a()30%30%30%36%60%48%16%10%40%基因频率在亲子代之间是稳定不变的，基因型频率到F2也会稳定下来。6.遗传平衡定律（哈代温伯格定律）一、种群和种群基因库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；没有迁入与迁出；自然选择对性状没有作用；基因A和a都不产生突变当群体满足以下五个条件：设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1（p+q）2 A(p)a(q)A(p)a(q)雌配子雄配子F1基因型频率AA（p2）Aa(pq)aa(q2)Aa(pq)=1 AA的基因型频率=p2 aa的基因型频率=q2Aa的基因型频率=2pq=p2+2pq+q2 足够大的种群是不存在；种群中雌雄个体间充分的随机交配是不现实的；基因突变每时每刻都有可能发生；由于各种原因，迁入和迁出是必然存在的；在自然界中，自然选择是不可抗拒的。所以从理论上分析，种群基因频率会发生改变，生物的进化是必然的。6.遗传平衡定律（哈代温伯格定律）一、种群和种群基因库2.上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的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？3.如果该种群出现新的突变型（基因型为A2a或A2A2），也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率会变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？会变化。基因A2的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有益还是有害的，这往往取决于生物生存的环境。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。可遗传的变异变异不可遗传的变异基因突变染色体变异基因重组突变二、种群基因频率的变化普遍性 多害少利性低频性不定向性随机性可遗传变异产生进化的原材料突变突变基因重组基因重组新的新的等位基因等位基因多种多样多种多样的基因型的基因型种群中出现大量种群中出现大量可可遗传遗传的变异类型的变异类型二、种群基因频率的变化种群基因频率的改变是否也是不定向的呢种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？突变和基因重组是随机的、不定向的突变和基因重组都可能不定向地改变种群的基因频率可遗传变异产生进化的原材料 英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天栖息在树干上白天栖息在树干上。杂交实验表明，桦尺蛾的体色受一对等位基因杂交实验表明，桦尺蛾的体色受一对等位基因S S和和s s控制，控制，黑色黑色(S)(S)对对浅色浅色(s)(s)是显性的。在是显性的。在1919世世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中中S S基因的频率很低，在基因的频率很低，在5%5%以下。到了以下。到了2020世纪中世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S S基因基因的频率上升到的频率上升到95%95%以上。以上。1919世纪时，曼彻斯特地世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。后来，随着工业区的树干上长满了浅色的地衣。后来，随着工业的发展，的发展，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，结果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树皮裸露并被熏成黑褐色。探究探究实践实践 探究自然选择对种群基因频率变化的影响提出问题：提出问题：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？作出假设：作出假设：。探究思路：探究思路：创设创设数字化问题数字化问题情景的方法探究情景的方法探究浅色个体每年减少浅色个体每年减少10，黑色个体每年增加，黑色个体每年增加10探究探究实践实践 探究自然选择对种群基因频率变化的影响第一年第一年第二年第二年第三年第三年第四年第四年.基因型频率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%S80%77%12.9%25.8%61.3%26%74%14.3%29.7%56.0%29%71%逐年升高逐年降低树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存 会。因为树干变黑后，浅色个体容易被发现，被捕食的概率增加，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。直接受选择的是表型（体色），而不是基因型，基因型并不能在自然选择中起直接作用，因为天敌在捕食桦尺蛾时，看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因。探究探究实践实践 探究自然选择对种群基因频率变化的影响1.1.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？2.2.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？在自然选择的作用下，种群基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化2、影响基因频率的因素：基因突变、基因重组和自然选择3、生物进化的实质就是：1、种群是生物进化的单位，也是生物繁殖的单位。种群基因频率的改变，标志着生物的进化。课堂小结课堂小结种群基因频率发生变化的过程。实验原理：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。通过观察大肠杆菌在含有卡那霉素的培养基上的生长状况，探究抗生素对细菌的选择作用。实验目的：实验目的：探究探究实践实践 探究抗生素对细菌的选择作用1、用记号笔在培养皿的底部画线，将培养基分为四个区，标号实验步骤实验步骤2、将细菌涂布在培养基平板上探究探究实践实践 探究抗生素对细菌的选择作用实验过程：3、号区域的中央放置不含抗生素 纸片和号区域的中央分别 放置含有抗生素的纸片4、将培养皿倒置于37的恒温箱中 培养1216h实验步骤实验步骤探究探究实践实践 探究抗生素对细菌的选择作用实验过程：5、观察并测量抑菌圈直径,并取平均值6、从抑菌圈边缘的菌落上挑取 细菌培养，并重复以上步骤实验步骤实验步骤探究探究实践实践 探究抗生素对细菌的选择作用实验结果和结论：实验结果和结论：抑菌圈平均直径逐代越来越小组别组别抑菌圈直径抑菌圈直径/cm/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探究探究实践实践 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。有利的，有利或有害取决于所处的环境条件，在本实验的环境条件下，耐药性细菌的存活率高，故为有利变异。有利于细菌的变异对人类是有害的，面对不同的主体，应辩证地看待变异的有利有害性。抗生素能够杀死细菌，在抑菌圈边缘抗生素浓度较低，可能存在具有耐药性的细菌。探究探究实践实践 探究抗生素对细菌的选择作用1 1、为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？、为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？2 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、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？你怎么理解变异是有利还是有害的？3 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、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。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？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，抗药性不断增强，最终导致抗生素药物失效。l什么是物种？l怎样理解地理隔离和生殖隔离？l隔离在物种形成中起什么作用？本节聚焦本节聚焦6.3.2 隔离在物种形成中的作用是指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。2.生殖隔离：不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也 不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。同种生物的不同种群，由于突变和选择因素的不同，其基因组成可能会朝不同的方向改变，导致种群间出现形态和生理上的差异。马马驴驴骡子骡子一、物种的概念1.物种：它们是同一个物种吗？它们是同一个物种吗？不是，由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障碍，每一个物种总是被分成一个一个或大或小的群体，这些群体就是不同的种群不同的种群。例如，两个池塘里的鲤鱼就是两个种群。二、隔离及其在物种形成中的作用在自然界，是不是同一物种的个体都生活在一起呢？在自然界，是不是同一物种的个体都生活在一起呢？隔离：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。生殖隔离：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。二、隔离及其在物种形成中的作用它们它们之间还能繁殖后代吗之间还能繁殖后代吗？东北虎华南虎由于长期地理隔离没有基因交流，但是否形成生殖隔离，是判断新物种形成的依据。亚种 达尔文在环球考察中观察到一个奇怪的现象。加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太达尔文在环球考察中观察到一个奇怪的现象。加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太平洋中，由平洋中，由13个主要岛屿组成，这些岛屿与南美洲大陆的距离为个主要岛屿组成，这些岛屿与南美洲大陆的距离为160950km。隔离在物种形成过程中的作用隔离在物种形成过程中的作用思考思考讨论讨论二、隔离及其在物种形成中的作用地理隔离 在加拉帕戈斯群岛上生活着在加拉帕戈斯群岛上生活着13种地雀。这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生种地雀。这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南美洲大陆上，却看不到这殖隔离。而在辽阔的南美洲大陆上，却看不到这13种地雀的踪影。种地雀的踪影。不同岛屿的环境有较大差别，比如岛的低洼地带，布满棘刺状的灌丛；而在只有大不同岛屿的环境有较大差别，比如岛的低洼地带，布满棘刺状的灌丛；而在只有大岛上才有的高地，则生长着茂密的森林。岛上才有的高地，则生长着茂密的森林。隔离在物种形成过程中的作用隔离在物种形成过程中的作用思考思考讨论讨论加拉帕戈斯群岛的地雀加拉帕戈斯群岛的地雀二、隔离及其在物种形成中的作用不同环境，自然选择方向不同1.1.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？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？2.2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？3.3.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？率的变化会产生什么影响？4.4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？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。不一样。因为突变是随机发生的。不同岛屿的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不同的方向改变。不会。因为个体间有基因的交流。二、隔离及其在物种形成中的作用地理隔离自然选择2自然选择1原种变异1变异2基因频率的定向改变变异类型1变异类型2新物种新物种生殖隔离物种形成的方式二、隔离及其在物种形成中的作用突变和基因重组基因库出现明显差异物种形成的三个环节突变和基因重组产生进化的原材料；自然选择导致种群基因频率的定向改变；隔离是物种形成的必要条件。爆发式物种的形成方式物种A杂种植物异源多倍体杂交染色体加倍物种B物种形成和生物进化的比较物种形成生物进化标志生殖隔离出现基因频率改变变化后生物与原生物的关系属于不同物种可能属于同一物种；也可能属于不同物种二者联系只有不同种群的基因库产生了明显的差异，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