种群基因组成和物种形成课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2.pptx

第2节 自然选择和适应的生成第6章 生物的进化生物必修二 遗传与进化一、种群的基因库、基因型频率和基因频率二、突变和重组为进化提供原材料三、自然选择决定进化的方向四、隔离是物种形成的必要条件种群基因组成的变化与物种形成一、种群和种群基因库具有有利变异表型的个体通过繁殖使控制有利变异的基因在群体扩散有生之年不相见的同种生物繁殖后代吗？不同种的生物之间可以繁殖后代吗？一定空间一定时间时常相遇才有机会繁殖一般同种生物才能繁殖后代生活在一定区域的同种生物全部个体的集合种群种群是生物繁殖的单位，而不是同种生物个体简单、机械或偶然的集合aa表现型【思考】自然选择的直接作用对象是基因型还是表现型？A 一、种群和种群基因库问题问题：繁殖时，新老种群在基因组成上有变化吗？基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。种群通过繁殖传递其基因库。基因频率 该基因的总数该等位基因的总数100%基因型频率 特定基因型个体数该种群个体总数100%一、种群和种群基因库许多昆虫的寿命不足一年，所有的蝗虫都会在秋风中死去，其中有些个体成功的完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵，来年春夏之交部分受精卵成功的发育成蝗虫。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。一、种群和种群基因库解：例2、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.9XBY=378XBXB=360XBXb=30XbXb=10XbY=22XB的基因频率=301+3602+37814002+4001Xb的基因频率=301+102+2214002+4001汉水丑生侯伟作品一、种群和种群基因库C思考.讨论汉水丑生侯伟作品 若上述昆虫种群非常大，所有雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，不同翅色的个体生存和繁殖机会是均等的（无选择），基因A和a都不产生突变，根据分离定律计算并填写下表。想一想：后续子代的种群基因频率会同子一代一样吗？亲代基因型的比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A()A()a()a()子代基因型频率AA()Aa()aa()子代基因频率A()a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%用数学方法讨论基因频率的变化思考.讨论汉水丑生侯伟作品 上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的（种群足够大，自由交配，无选择，无突变，无迁入迁出）。对于自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？满足5个条件的种群称为遗传平衡群体/种群。遗传平衡在自然状态下是无法达到的，但在一个足够大的种群中，如果个体间是自由交配的且没有明显的自然选择的话，我们往往近似地看作符合遗传平衡。如人类种群、果蝇种群等比较大的群体中，一些单基因性状的遗传是可以应用遗传平衡定律的。（pAqa）2p2AA2pqAaq2aa遗传平衡定律：遗传平衡群体自由/随机交配一次后，种群的基因频率和基因型频率均保持不变。遗传平衡定律（常染色体上的基因）：（pXAqXa）（XA Xa Y）p2q212遗传平衡定律（X染色体上的基因）：(p2 XAXA2pqXAXaq2 XaXa)(pXAY qXaY)思考.讨论（20172017课课标标IIII卷卷）3232(12(12分分)人人血血友友病病是是伴伴X X隐隐性性遗遗传传病病。现现有有一一对对非非血血友友病病的的夫夫妇妇生生出出了了两两个个非非双双胞胞胎胎女女儿儿。大大女女儿儿与与一一个个非非血血友友病病的的男男子子结结婚婚并并生生出出了了一一个个患患血血友友病病的的男男孩孩。小小女女儿儿与与一一个个非非血友病的男子结婚，并已怀孕。回答下列问题：血友病的男子结婚，并已怀孕。回答下列问题：（3 3）已已知知一一个个群群体体中中，血血友友病病的的基基因因频频率率和和基基因因型型频频率率保保持持不不变变，且且男男性性群群体体和和女女性性群群体体的的该该致致病病基基因因频频率率相相等等。假假如如男男性性群群体体中中血血友友病病患患者者的的比比例例为为1%1%，则则该该男男性性群群体体中中血血友友病病致致病病基基因因频频率为率为 ；在女性群体中携带者的比例为；在女性群体中携带者的比例为 。X Xb bY=1%=Y=1%=X=Xb b的基因频率的基因频率X Xb b X XB B+X+Xb b =0.01 =0.01 X XB BX XB B=（0.990.99）2 2X XB BX Xb b=20.990.01=20.990.01X Xb bX Xb b=（0.010.01）2 2 0.01 0.01 1.98%1.98%X Xb bY Y X XB BY+XY+Xb bY Y =练一练例例4 4：某地区每：某地区每1000010000人中有一个白化病患者，求该地区一对正常夫妇生下一个白化人中有一个白化病患者，求该地区一对正常夫妇生下一个白化病小孩的几率。病小孩的几率。解析：解析：aa=qaa=q2 2=0.0001=0.0001，得，得q=0.01q=0.01，则，则p=0.99p=0.99AAAA的基因型频率的基因型频率p p2 2 =0.99=0.992 2=0.9801=0.9801AaAa的基因型频率的基因型频率2pq=20.990.01=0.01982pq=20.990.01=0.0198正常夫妇中是携带者概率为：正常夫妇中是携带者概率为：2pq/(p2pq/(p2 2+2pq)=2/101+2pq)=2/101则后代为则后代为aaaa的概率为：的概率为：2/1012/1011/4=1/102012/1012/1011/4=1/10201。练一练一、种群的基因库、基因型频率和基因频率二、突变和重组为进化提供原材料三、自然选择决定进化的方向四、隔离是物种形成的必要条件种群基因组成的变化与物种形成遗传平衡群体无法进化怎样 进化?先打破平衡种群数量有限不能自由交配存在各种突变存在自然选择有迁入或迁出二、种群和种群基因库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。基因突变产生等位基因，通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群种出现多种多样的可遗传变异类型。可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异，其中基因突变和染色体变异统称为突变。思考1、基因突变具有低频性，许多突变是有害的，为什么还可以为进化提供原材料？思考2、突变和重组能不能决定进化的方向？如：果蝇1组染色体上约有1.3104个基因，假定每个基因的突变率都是10-5，若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变数是多少呢？2 1.3104 10-5 108 =2.6107（个）长翅残翅随机、不定向一、种群和种群基因库一、种群的基因库、基因型频率和基因频率二、突变和重组为进化提供原材料三、自然选择决定进化的方向四、隔离是物种形成的必要条件种群基因组成的变化与物种形成突变和重组不能决定进化的方向，那么进化的方向是由什么决定的？探究自然选择对种群基因频率变化的影响 英国曼彻斯特地区有一种桦尺蛾，其体色受一对等位基因S和s控制，黑色（S）对浅色（s）是显性的。19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，种群中S基因的频率很低，S基因的频率低于5%。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见类型，S基因的频率超过95%。19世纪中叶，该地区树干上长满地衣，后来随着工业的发展，工厂排出的煤烟使地衣无法生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。一、种群和种群基因库提出问题：桦尺蛾种群中S基因的频率为什么越来越高？做出假设：_ 讨论探究思路：创设数字化情境：1870年，桦尺蛾种群基因型频率为SS 10%，Ss 20%，ss 70%。假定树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使得浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。环境改变（树皮变黑）后，浅色个体不易存活，黑色个体有机会产生更多后代一、种群和种群基因库 假定树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使得浅色个体（ss）每年减少10%，黑色个体(S_)每年增加10%。将计算结果填入下表：第1年 第2年第3年第4年基因型频率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%s80%77%13.0%26.0%61.0%14.6%29.2%56.2%26.0%74.0%29.2%70.8%631122一、种群和种群基因库汉水丑生侯伟作品 在自然选择的作用下，具有有利变异的个体更有机会产生后代，种群中控制有利变异表型的基因的频率也会不断提高；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中控制不利变异表型的基因的频率会下降。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。一、种群和种群基因库探究抗生素对细菌的选择作用1.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。微生物很小，肉眼无法分别，但是在培养基上不断分裂的一个细菌可以产生一个子细胞群体，就成为肉眼可见的菌落。一、种群和种群基因库第1步：用记号笔在培养皿的底部画2条相互垂直的直线，将培养皿分为4个区域，分别标记为。第2步：取少量细菌的培养液，用无菌棉签均匀地涂抹在培养基平板上。第3步：用无菌的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在号区域中央，再分别夹取1张抗生素纸片放在号区域中央，盖上盖玻片。第4步：将培养皿倒置于37的恒温箱中培养1216h。第5步：观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近是否出现了抑菌圈？如果有，测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径，并取平均值。一、种群和种群基因库第6步：从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌，接种到已灭菌的液体培养基中培养，然后重复步骤25。如此重复几代，记录每一代培养物抑菌圈直径。实验结果：抗生素纸片周围出现抑菌圈，在连续培养几代后，抑菌圈的直径_。实验结论：这说明抗生素对细菌产生了选择作用。越来越小一、种群和种群基因库一、种群的基因库、基因型频率和基因频率二、突变和重组为进化提供原材料三、自然选择决定进化的方向四、隔离是物种形成的必要条件种群基因组成的变化与物种形成 在遗传学和进化论研究中，把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称为一个物种。不同物种之间存在生殖隔离，表现为不同物种不能相互交配，即使交配成功，也不能生育或不能产生可育的后代。例如，精卵不能识别，植物开花时期不同，动物发情期不同等导致等。杂 交马（2n=64）驴（2n=62）骡（2n=63）一、种群和种群基因库 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，叫作地理隔离。eg:东北虎和华南虎 地理隔离和生殖隔离都是指不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象，统称为隔离。不同物种之间存在生殖隔离，表现为不同物种不能相互交配，即使交配成功，也不能生育或不能产生可育的后代。例如，精卵不能识别，植物开花时期不同，动物发情期不同等导致等。一、种群和种群基因库一、种群和种群基因库(1)物种和种群有什么区别?二者存在什么关系?种群是生活在一定区域的同种生物全部个体的集合;物种是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。同一种群的个体一定属于同一物种,同一物种的个体可能分布于不同的区域,形成不同的种群。不同种群的个体可能属于同一物种,不同物种的个体一定属于不同的种群。(3)地理隔离一定会产生生殖隔离吗?举例说明。不一定。长期的地理隔离可能会产生生殖隔离,但是也不一定,如华南虎和东北虎,虽然经过长期的地理隔离,但是没有产生生殖隔离。(4)若由于某种原因,某二倍体植物加倍成了四倍体植物,那么该四倍体植物和二倍体植物之间存在生殖隔离吗?这说明什么?该二倍体植物与其加倍形成的四倍体植物杂交,后代是三倍体,三倍体是不育的,所以该四倍体植物与对应的二倍体植物之间存在生殖隔离。这说明有时候不经过地理隔离也能产生生殖隔离。加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太平洋中，主要由13个主要岛屿组成，这些岛屿距离南美大陆160950 km。不同岛屿的环境由较大差异，比如岛的低洼地带，布满荆棘的灌丛；而只有大岛上才有的的高地，则生长着茂密的森林。加拉帕戈斯群岛上生活着13种地雀，但南美大陆上却看不到这13种地雀。这些岛屿是500万年前由海底火山喷发形成，因此可以推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆，以后在各个岛屿上形成了不同的种群。隔离在物种形成中的作用一、种群和种群基因库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？2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？3.对不同岛屿的地雀种群来说，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？基因库有差异基因库差异变大基因库差异进一步变大4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？一、种群和种群基因库 不同岛屿上的地雀形成不同的种群，由于存在地理隔离，所以种群之间无法进行基因交流。这些地雀种群的基因库发生着不同的变化，直到有一天种群之间基因库的差异大到出现了生殖隔离，则说明同一种地雀进化成了许多不同种的地雀。这些地雀种群的基因库发生不同变化的原因是：最初迁入不同岛屿之后，各种群的基因库就存在一定的差异；由于突变和重组是随机的、不定向的，所以各地雀种群出现了不同的突变和基因重组。不同岛屿的环境不同，对基因频率的改变所起的作用不同。生殖隔离（物种形成）也可以在短期内建立起来。例如，低温可导致染色体数目加倍，使二倍体生物变为四倍体生物，四倍体生物和原二倍体生物之间就建立了生殖隔离。隔离是物种形成的必要条件。长期的地理隔离可能导致出现生殖隔离。一、种群和种群基因库原种地理隔离种群1种群2基因库变迁基因频率定向改变亚种物种形成的三个环节：突变和基因重组、自然选择、隔离。自然选择新物种1基因库微小差异生殖隔离突变重组基因库变迁基因频率定向改变亚种自然选择新物种2突变重组进化单位进化材料进化方向进化实质形成标志一、种群和种群基因库突变和基因重组自然选择种群基因频率基因库的差别地理隔离生殖隔离物种形成时间改变积累导致扩大导致标志金版学案大本【例【例1 1】下列关于基因频率、基因型频率与生物进化的叙述】下列关于基因频率、基因型频率与生物进化的叙述,正确的是正确的是()A.A.一个种群中一个种群中,控制一对相对性状的各种基因型频率的改变说明物种在不断进化控制一对相对性状的各种基因型频率的改变说明物种在不断进化B.B.在一个种群中在一个种群中,控制一对相对性状的各种基因型频率之和为控制一对相对性状的各种基因型频率之和为1 1C.C.基因型基因型AaAa的个体自交后代所形成的种群中的个体自交后代所形成的种群中,A,A基因的频率大于基因的频率大于a a基因的频率基因的频率D.D.因红绿色盲患者中男性数量大于女性因红绿色盲患者中男性数量大于女性,所以男性群体中红绿色盲的基因频率大于所以男性群体中红绿色盲的基因频率大于女性女性B【例【例2 2】(2022(2022广东潮州广东潮州)被誉为被誉为“活化石活化石”和和“中国国宝中国国宝”的大熊猫是的大熊猫是20222022年北年北京冬奥会吉祥物京冬奥会吉祥物“冰墩墩冰墩墩”的设计原型。现有一个较大的熊猫种群的设计原型。现有一个较大的熊猫种群,雌雄数量相等雌雄数量相等,且雌雄之间可以自由交配且雌雄之间可以自由交配,若该种群中若该种群中B B的基因频率为的基因频率为60%,b60%,b的基因频率为的基因频率为40%,40%,则下则下列有关说法正确的是列有关说法正确的是()A.A.大熊猫种群中全部大熊猫种群中全部B B基因和基因和b b基因的总和构成大熊猫种群的基因库基因的总和构成大熊猫种群的基因库B.B.若该对等位基因只位于若该对等位基因只位于X X染色体上染色体上,则该种群中则该种群中X Xb bY Y的基因型频率为的基因型频率为40%40%C.C.若该对等位基因位于常染色体上若该对等位基因位于常染色体上,则种群中杂合雌性熊猫概率为则种群中杂合雌性熊猫概率为48%48%D.D.若某个体的精原细胞在分裂过程中若某个体的精原细胞在分裂过程中B B基因突变为基因突变为b b基因基因,b,b基因不一定遗传给后代基因不一定遗传给后代金版学案大本D【例【例3 3】下列关于物种和隔离的叙述】下列关于物种和隔离的叙述,正确的是正确的是()A.A.物种是生物进化和繁殖的基本单位物种是生物进化和繁殖的基本单位 B.B.二倍体西瓜与四倍体西瓜属于同一物种二倍体西瓜与四倍体西瓜属于同一物种 C.C.地理隔离和生殖隔离都会阻止生物之间的基因交流地理隔离和生殖隔离都会阻止生物之间的基因交流 D.D.种群必须经过地理隔离种群必须经过地理隔离,才能达到生殖隔离才能达到生殖隔离 C金版学案大本【例例4 4】大约一万年前】大约一万年前,某大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成两个种群某大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成两个种群,现在两个种群现在两个种群已经发生了明显的分化已经发生了明显的分化,过程如下页图所示。下列有关说法正确的是过程如下页图所示。下列有关说法正确的是()A.b A.b过程的实质是定向改变种群的基因频率过程的实质是定向改变种群的基因频率 B.B.地球上新物种的形成都必须先经历地球上新物种的形成都必须先经历a a过程过程 C.C.仅表示物种形成过程中基因突变是不定向的仅表示物种形成过程中基因突变是不定向的 D.D.品系品系1 1和品系和品系2 2两种群的基因库出现了较大差异两种群的基因库出现了较大差异,就可形成物种就可形成物种1 1和物种和物种2 2 A金版学案大本