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(共39张PPT)
6.3 种群基因组成的变化与物种的形成
种群基因组成的变化
你支持那种观点？你的理由是什么？
种群和种群基因库
种群：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。（教材P110）
一片树林中的全部猕猴是一个种群
一片水田上的所有香稻是一个种群
种群是生物进化的基本单位
1
基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因
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率
基因型频率：某基因型个体数占群体内全部个体数的比率
Q：繁殖时，新老种群在基因组成上有变化吗？
种群和种群基因库
1
例：在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，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。（教材P111）
A基因的数量：2×30+60=120个
a基因的数量：2×10+60=80个
A基因的频率：120÷200=60%
a基因的频率：80÷200=40%
基因型频率=
________________
该基因型个体数
该种群个体总数
×100%
基因频率=
________________________
某种基因的数目
控制同种性状的等位基因的总数
×100%
种群和种群基因库
1
1.假设上述昆虫种群非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，自然选择对翅色这一相对性状没有作用，基因A和a都不产生突变,根据孟德尔的分离定律计算：
(1)该种群产生的A配子和a配子的比率是多少
(2)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
(4)将计算结果填入右表，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，种群基因频率是否不变
用数学方法讨论基因频率的变化
思考·讨论
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%
36%
60%
30%
30%
10%
48%
16%
40%
种群和种群基因库
1
说明：
种群足够大也称“无遗传漂变”，满足5 个条件的种群称为遗传平衡群体/ 种群
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，种群的基因频率会发生变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？
用数学方法讨论基因频率的变化
思考·讨论
答案：这5个条件不可能同时成立，例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。
答案：突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A2的频率是上升还是下降，要看这一突变对生物体是有益的还是有害的。
种群和种群基因库
1
种群基因频率基因型频率的相关计算
1、通过基因型频率计算基因频率
① 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。
② 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
2、运用哈代-温伯格平衡定律计算基因频率和基因型频率
在一个有性生殖的自然种群中，当等位基因只有一对（Aa）时，设p代表A基因的频率，q代表a基因的频率，则：
(p+q)2=p2+2pq+q2=1
适用条件：种群大；种群中个体间的交配是随机的；没有突变的发生；种群之间不存在个体的迁移或基因交流；没有自然选择。
X染色体是否符合？
种群和种群基因库
1
种群基因频率基因型频率的相关计算
提示：X染色体上基因频率计算(XBXb)
XBXb基因型频率=
XBXb的总数
个体总数
×100%
XB基因频率=
Xb基因频率=
种群和种群基因库
1
种群基因频率基因型频率的相关计算
3.自交和自由交配与基因频率核基因型频率的关系
①自交：纯合子增多，杂合子减少，不改变基因频率
②自由交配：在无基因突变的理想状态下，处于遗传平衡的种群自由交配，基因频率和基因型频率都不会改变！如果一个种群没有遗传平衡，自由交配不改变基因频率，但改变基因型频率。
种群和种群基因库
1
非洲古猿
如何进化？
种群基因频率的变化
2
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
不可遗传的变异
基因突变
染色体变异
基因重组
突变
暗色草雀 地雀祖先
大喙地雀
小喙地雀
A岛：主产大种子
B岛：主产小种子
迁徙到海岛
大地雀占优势
小地雀占优势
适应环境
遗传变异
变异
种群基因频率的变化
2
影响种群基因频率变化的因素
【例如】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，对一个约有108个个体的果蝇种群来说，每一代出现的基因突变数是：
生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那么，它为什么
能够作为生物进化的原材料呢？（教材P112）
①突变和基因重组：生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，但是由于种群是由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，每一代就会产生大量的突变。
2×1.3×104×10-5×108=2.6×107（个）
种群基因频率的变化
2
影响种群基因频率变化的因素
②生物的生存环境：突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。
某海岛上残翅和无翅的昆虫
超级细菌的产生
种群基因频率的变化
2
影响种群基因频率变化的因素
③有性生殖过程中的基因重组：基因突变产生的等位基因，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，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。
猫由于基因重组而产生的毛色变异
种群基因频率的变化
2
自然选择对种群基因频率变化的影响
探究·实践---探究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（其幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天休息在树干上。杂交实验表明，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。
在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中S基因的频率很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。
3
探究·实践---探究自然选择对种群基因频率变化的影响
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： 。
探究思路：
创设数字化问题情景的方法探究
1870年，桦尺蛾种群基因型频率为SS10％，Ss20％，ss70％。S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， 使得浅色个体每年减少10％，黑色个体每年增加10％。
自然选择对种群基因频率变化的影响
3
探究·实践---探究自然选择对种群基因频率变化的影响
第一年 第二年 第三年 第四年 …….
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%
12.9%
25.8%
61.3%
26%
74%
14.3%
29.7%
56.0%
29%
71%
根据计算结果，对环境的选择作用大小进行适当调整(10%调整20%)，与原表格对比。
自然选择对种群基因频率变化的影响
3
在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，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留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。（教材P114）
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。
自然选择对种群基因频率变化的影响
3
6.3 种群基因组成的变化与物种的形成
隔离在物种形成中的作用
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。
它们是同一个物种吗？
物种
不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能生育不能产生可育的后代，这种现象叫做生殖隔离。
马
驴
骡子
物种：能在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物（教材P116）
物种与种群的区别：
① 同一物种可以分布在不同区域；种群是同一区域内的同一物种的全部个体
② 种群是物种繁殖和进化的基本单位。
物种
1
隔离在物种形成中的作用
①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。
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，也不能产生可育后代的现象。
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
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13个主要岛屿组成，这些岛屿与南美洲大陆的距离为160~950km。
隔离在物种形成过程中的作用
思考·讨论
物种
1
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。
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。
隔离在物种形成过程中的作用
思考·讨论
加拉帕戈斯群岛的地雀
物种
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.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？
隔离在物种形成过程中的作用
思考·讨论
总结：
① 地理隔离是物种形成的量变阶段，生殖隔离是物种形成的质变时期。隔离是物种形成的必要条件。
② 生殖隔离是物种形成的关键，是物种形成的最后阶段，是物种间的真正界限。
物种
1
自然选择2
自然选择1
地理隔离
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
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
物种
1
探究·实践---探究抗生素对细菌的选择作用
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。
方法步骤：
1.用记号笔将培养皿分区。
2.将大肠杆菌均匀涂布在培养基上。
3.将含抗生素的制片和不含抗生素的纸片置于不同的分区， 盖上皿盖。
4.培养皿倒置， 37 ℃ 培养12h 。观察培养基上大肠杆菌生长情况。
物种
1
探究·实践---探究抗生素对细菌的选择作用
物种
1
一、概念检测
1. 从基因水平看，生物进化的过程就是种群基因频率发生定向改变的过程。判断下列相关表述是否正确。
（1）某地区红绿色盲患者在男性中约占8%，在女性中约占0.64%，由此可知，红绿色盲基因 Xb的基因频率约为8%。 （ ）
（2）基因频率变化是由基因突变和基因重组引起的，不受环境的影响。( ）
（3） 生物进化的实质是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。（ ）
√
×
√
练习与应用
一、概念检测
2.种群是物种在自然界的存在形式，也是一个繁殖单位。下列生物群体中属于种群的是 （ ）
A. 一个湖泊中的全部鱼
B. 一片森林中的全部蛇
C. 一间屋中的全部蟑螂
D. 卧龙自然保护区中的全部大熊猫
D
练习与应用
一、概念检测
3. 某一瓢虫种群中有黑色和红色两种体色的个体，这一性状由一对等位基因控制，黑色（B）对红色（b）为显性。如果基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%，基因型为bb的个体占4%。基因B和b的频率分别为( )
A. 18%、82% B. 36%、64%
C. 57%、43% D. 92%、8%
C
练习与应用
一、概念检测
4. 一种果蝇的突变体在21℃的气温下，生存能力很差，但是，当气温上升到25.5℃时，突变体的生存能力大大提高。这说明 （ ）
A. 突变是不定向的
B. 突变是随机发生的
C. 突变的有害或有利取决于环境条件
D. 环境条件的变化对突变体都是有害的
C
练习与应用
二、拓展应用
1. 举出人为因素导致种群基因频率定向改变的实例。
2. 如果将一个濒临灭绝的生物种群释放到一个新的环境中，那里有充足的食物，没有天敌，这个种群将发生怎样的变化？请根据所学知识作出预测。
练习与应用
【答案】如选择育种和杂交育种。
【答案】如果气候等其他条件也合适，并且这个种群具有一定的繁殖能力，该种群的个体总数会迅速增加。否则，也可能仍然处于濒危状态甚至灭绝。
二、拓展应用
3.碳青霉烯类抗生素是治疗重度感染的一类药物。下表为2005—2008年，该类抗生素在某医院住院患者中的人均使用量，以及从患者体内分离得到的某种细菌对该类抗生素的耐药率变化。据表回答下列问题。
练习与应用
二、拓展应用
（1）这种细菌耐药率的变化与抗生素的使用量之间是否存在关联？依据是什么？
练习与应用
二者存在正相关的关系。依据是调查数据。
二、拓展应用
（2 ）试从进化的角度解释耐药率升高的原因。
练习与应用
随着抗生素人均使用量的增加，不耐药的细菌生存和繁殖的机会减少，耐药菌生存和繁殖的机会增加，耐药性基因在细菌种群中的基因频率逐年上升。
二、拓展应用
（3）我国卫生部门建立了全国抗菌药物临床 应用监测网和细菌耐药监测网，并要求医疗机构开展细菌耐药监测工作，建立细菌耐药预警机制。例如，当某抗菌药物的主要目标细菌耐药率超过30%时，医疗机构应及时将这一预警信息进行通报。请分析这一要求的合理性。
练习与应用
由于细菌繁殖很快，耐药率的上升速度也较快，因此需要加强监控。我国卫生部门建立了相关监测机制，说明党和政府关注民生。医疗机构及时通报预警信息，有利于全国各医院机构共同及时采取措施，如更换新的抗生素类药物，将细菌耐药率控制在低水平。
二、拓展应用
（4）人类不断研发和使用新的抗生素，细菌对新药的耐药性也在不断提高，二者之间仿佛发生了一场竞赛。作为这场竞赛的参与者，你可以做些什么呢？
练习与应用
合理使用抗生素，防止滥用抗生素。

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