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计
第六章 生物的进化
第3节:种群基因组成的变化与物种的形成
1
种群和种群基因库
探究抗生素对细菌的选择作用
种群基因组成的变化与物种的形成
种群基因频率的变化及自然选
择对种群基因频率变化的影响
隔离在物种形成中的作用
3
2
4
“长脖子”的个体一定将这一性状传递给下一代吗？
复习导入
第一部分
种群和种群基因库
1.1 种群的概念及特点
定义：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。
特点：种群是繁殖的基本单位，也生物进化的基本单位。
举例：一片树林中的全部猕猴是一个种群
一片草地上的所有蒲公英是一个种群
1.2 基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。
定义：
一个种群所有个体各自有自己的基因，共同构成了种群的基因库。它们各自的基因都是基因库的一部分。个体间的差异越大，基因库也就越大。
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。
基因频率=
某基因的数目
该基因的等位基因的总数
× 100%
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。
1.3 基因频率
影响因素：
突变、选择、迁移等。
在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是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。
200
2×30+60=120
2×10+60=80
120÷200=60
80÷200=40
某昆虫决定翅色的基因频率
1.4 基因频率的一般计算方法
计算：就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因，那么：
这100个个体共有_____个基因，其中：
A基因的数量=___________________ 个
a基因的数量=____________________个
A基因的频率=____________________%
a基因的频率=____________________%
假设：①昆虫种群数量非常大；②所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；③没有迁入和迁出；④不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的；⑤基因A和a都不产生突变。
亲代基因型的频率 AA（30%） Aa（60%） aa（10%）
配子的比率 A（ ） A( ) a( ) a( )
子一代基因型频率 AA（ ） Aa( ) aa( )
子一代基因频率 A（ ） a( ) 子二代基因型频率 AA（ ） Aa( ) aa( )
子二代基因频率 A（ ） a( ) 30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
2.根据计算结果，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？
子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率与子一代一样。
活动1
用数学方法讨论基因频率的变化
种群规模小
基因频率随机变化
出现基因交流
迁入和迁出
基因频率不定向改变
突变和基因重组
非自由交配
有偏好的基因频率改变
自然选择
基因频率定向改变
1.5 导致基因频率改变的原因
最终导致基因频率改变
第二部分
种群基因频率的变化及自然选
择对种群基因频率变化的影响
变异
基因突变是自然界中普遍存在的。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。在自然情况下，突变的频率是很低的，且多数是有害的，对生物的进化有重要意义吗？
2.1 种群基因频率的变化原因
不可遗传的变异
可遗传的变异
突变
基因突变
染色体变异
基因重组
2.1 种群基因频率的变化
举例：果蝇1组染色体上约有1.3×104个基因，假定每个基因的突变频率都为10-5，对一个中等大小的种群（约有108个个体）来说，每一代出现的基因突变数将是：
2×1.3×104×10－5×108＝2.6×107（个）
突变
基因重组
新的等位基因
多种多样的基因型
突变（基因突变和染色体变异）和基因重组产生进化的原材料
2.2 可遗传变异的形成、特点和作用
形成了进化的原材料,
不能决定生物进化的方向
作用
种群中出现大量可遗传的变异
形成
变异是随机的、不定向的
特点
突变的有利和有害也不是绝对的，往往取决于生物的生存环境。
某海岛上残翅和无翅的昆虫
2.2 可遗传变异的形成、特点和作用
例如，有翅的昆虫，有时候会出现残翅和无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去。但是在经常刮大风的海岛上，这里昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死
　　19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。
长满地衣的树干上的桦尺蠖
黑色树干上的桦尺蠖
基因类型 黑色（S） 浅色（s）
工业革命前 （19世纪中叶） 5% 95%
工业革命后 （20世纪中叶） 95% 5%
每一代都会产生大量的突变个体，且大多数突变对生物体是有害的。突变的有利与有害是相对的而不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。
2.3 自然选择对种群基因频率变化的影响
2.4 探究自然选择对种群基因频率变化的影响
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
提出问题
作出假设
讨论探究思路
黑褐色的生活环境，不利于浅色桦尺蛾的生存，对黑色桦尺蛾生存有利，这种环境的选择作用使该种群的s基因的频率越来越低，即自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变。
假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为：SS10%，Ss20%，ss70%，S基因的频率为20%。假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体增加10%。在第2～10年间，该种群的基因型频率是多少？每年的基因频率是多少？
1. 创设数字化的问题情境。
2. 计算，将计算结果填入表中。
第1年 第2年 第3年 第4年 ……
基因型 频率 SS 10% 11.5%
Ss 20% 22.9%
ss 70% 65.6%
基因频率 S 20% 23%
s 80% 77%
70.7%
26.0%
29.3%
14.6%
56.1%
60.9%
26.1%
73.9%
29.3%
13.1%
升高
降低
2.4 探究自然选择对种群基因频率变化的影响
假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。
制定并实施研究方案
根据教材P112～113“探究·实践”提供的资料，回答下列问题：
(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？
会影响。因为树干变黑后，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。
(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？
直接受选择的是表型。因为天敌看到的是桦尺蛾的体色(表型)而不是控制体色的基因。
活动2
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
(3)根据表格中的数据分析，桦尺蛾种群发生进化了吗？判断的依据是什么？
发生了进化。依据是桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。
(4)根据资料分析，决定桦尺蛾进化方向的是什么？为什么？
自然选择。因为在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断提高；相反，具有不利变异的个体保留下来的机会少，相应基因的频率会下降。
活动2
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
S（深色）基因的频率逐渐上升，s（浅色）基因的频率逐渐下降；在黑色背景下，浅色桦尺蛾被天敌发现和捕食的几率大于黑色的桦尺蛾，但不影响桦尺蛾的生存和繁殖，直接受选择的是表型。
2.4 探究自然选择对种群基因频率变化的影响
分析结果
得出结论
在自然选择的作用下，可以使基因频率发生定向改变，决定生物进化的方向。
有关基因频率与进化的分析和总结
(1)影响种群基因频率变化的因素
①外因：自然选择。
②内因：基因突变和部分染色体变异如缺失和重复等能直接引起基因频率的变化；基因重组只改变了基因型频率，在自然选择的作用下淘汰部分个体后可引起基因频率的变化。
(2)自然选择决定生物进化的方向
(3)进化的实质是种群基因频率的改变。
(4)进化中的定向与不定向
①变异是不定向的。
②自然选择是定向的。
③种群基因频率的变化是定向的。
④生物进化的方向是定向的。
第三部分
探究抗生素对细菌的选择作用
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。
探究 实践
3.1 探究抗生素对细菌的选择作用
实验原理
目的要求
实验步骤
①培养皿分区、标号。
③将不含抗生素的纸片和含抗生素纸片分别放在平板的不同位置。
②涂布平板。
④将培养皿倒置于37 ℃的恒温箱中培养12~16 h。
⑤观察细菌的生长状况，是否有抑菌圈？测量并记录。
⑥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。重复步骤②~⑤。
3.1 探究抗生素对细菌的选择作用
在培养基上有细菌生长，在放有抗生素纸片的区域无细菌生长。连续培养几代后，抑菌圈的直径会变小。
3.1 探究抗生素对细菌的选择作用
结果分析
根据教材P115“探究·实践”，回答下列问题：
(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？
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，因此要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌。
在本实验条件下，耐药菌产生的变异一般来说是有利的。有利于生物在特定环境中生存和繁殖的变异，在此环境中就是有利变异。
活动3
探究抗生素对细菌的选择作用
(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，抗药性不断增强，导致抗生素药物失效。
活动3
探究抗生素对细菌的选择作用
什么是“超级细菌”？
泛指那些对多种抗生素具有耐药性的细菌。
基因突变是产生超级细菌的根本原因。
由于大部分抗生素对其不起作用，超级细菌对人类健康已造成极大的危害。
抗生素对细菌具有定向选择作用。
学以致用
“探究抗生素对细菌的选择作用”实验的相关分析
(1)抗生素不是诱变因子，因此细菌耐药性变异的产生与抗生素无关。
(2)细菌产生耐药性变异的过程属于基因突变，而基因突变具有不定向性。
(3)滤纸片上的抗生素杀死了其周围的细菌，使其不能形成菌落而出现抑菌圈。
第四部分
隔离在物种形成中的作用
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。
1．物种的概念
1. 物种及隔离的相关概念
1.地理隔离
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。
2. 隔离概念及类型
概念：
类型：
由于地理阻隔而不能发生基因交流的现象。
1. 物种及隔离的相关概念
1. 物种及隔离的相关概念
2. 隔离概念及类型
2.生殖隔离
无法交配或交配后不能产生可育后代的现象。
类型：
2. 隔离及其在物种形成中的作用
这些地雀的祖先都来自南美大陆的同一种地雀，什么原因导致每个岛上的地雀种类不同呢？
地理隔离
地雀祖先
甲岛地雀
乙岛地雀
丙岛地雀
丁岛地雀
……
甲岛地雀1
乙岛地雀2
丙岛地雀3
丁岛地雀4
……
地理隔离
不同
不同
有差异
生殖隔离
不同物种
阻断基因交流
基因频率向不同方向发生改变
久而久之
形成明显差异
突变和基因重组
自然选择
种群基因库改变
2. 隔离及其在物种形成中的作用
渐变式
隔离是物种形成的必要条件。
出现
1.结合教材P117“思考·讨论”，回答下列问题：
(1)南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，在不同岛屿上形成不同种群，在自然状态下，这些不同种群之间能进行基因交流吗？为什么？
(2)不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？为什么？
不能。因为存在地理隔离。
不一样。因为突变是随机发生的,具有不定向性。
活动
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？
(4)研究表明，后来即使将不同岛屿上的地雀种群混合饲养，它们之间也不能繁殖，为什么？
不同岛屿的地形和植被条件不一样，因此环境的作用会有差别。这种环境的差别导致种群基因频率朝不同的方向改变。
因为它们之间已存在生殖隔离，已进化为不同的物种。
活动
隔离在物种形成中的作用
(5)通过地雀的形成过程，说明物种形成需要以下环节：
①_____________________为生物的进化提供原材料。
②_____________________决定生物进化的方向。
③_____________________是物种形成的必要条件。
_____________________的出现意味着新物种的产生。
突变和基因重组
自然选择
隔离
生殖隔离
活动
隔离在物种形成中的作用
2．物种的形成必须经过地理隔离吗？能否在短时间内就形成生殖隔离？请举例说明。
地理隔离不是物种形成所必须的。
能在短时间内就形成生殖隔离，如用秋水仙素处理萌发的二倍体西瓜幼苗即可获得四倍体西瓜，四倍体西瓜是新物种，其形成过程未经过地理隔离。
活动
隔离在物种形成中的作用
1.物种形成的三大模式
核心归纳
2.物种形成与生物进化的关系
核心归纳
内容 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 可能属于一个物种
二者关系 生物进化的实质是种群基因频率的定向改变，这种改变可大可小，不一定会突破物种的界限，生物进化不一定导致新物种的形成 本节小结

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