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(共50张PPT)
种群基因组成的变化与物种的形成
种群基因组成的变化
在白色花丛中，黄色蝴蝶群体中偶然出现一只白色蝴蝶的变异个体。
问题探讨
1）该变异对于蝴蝶的存活有什么影响？
2）以上说明自然选择直接筛选的是基因型还是表现型？
白色蝴蝶能够在此环境（白花群）下躲避天敌，增加生存并繁殖后代的机会
表现型(性状)
3）白色个体脱离种群，不进行繁殖，能把它体内的白色基因传递下去吗？
4）以上说明进化的单位是个体还是种群？
不能，生物通过繁殖才能将自己的基因传递下来 。
种群，种群即是进化的单位也是繁殖的单位。
1.超猴使其所在的群体强大起来，但它却没有合适伴侣孤独一生，其死后猕猴群体又恢复到原来的样子，这能不能说猕猴群体进化了？
2.假如超猴降低一点择偶标准，与普通雌性交配生小猴子。当超猴死去，多年之后，超猴的表型（基因）能不能在群体中扩散开来？
不能
能
种群是生物进化的基本单位
问题探讨
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
一片草地上的所有蒲公英是一个种群
判断下面例子是不是一个种群？
①一个池塘中的全部鱼
②一个池塘中的全部鲤鱼
③两个池塘内的全部青蛙
⑤一块稻田里的全部幼年稻蚜
×
√
×
×
Q：繁殖时，新老种群在基因组成上有变化吗？
种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。（P110）
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值。
基因型频率：在一个种群中，某基因型个体占种群内全部个体的比值。
基因型频率=
某基因型个体总数
种群全部个体数
× 100%
基因频率=
某基因的总数
控制同种性状的等位基因的总数
× 100%
基因频率的计算
1.某种群中基因型BB有10个，基因型Bb有40个，计算下列基因频率和基因型频率：
（1）基因型频率：BB_______ Bb_______ bb_______
（2）基因频率：B______ b_______
20%
80%
0%
BB基因型频率=BB个体数/所有个体=10/（10+40）=20%
Bb基因型频率=Bb个体数/所有个体=40/（10+40）=80%
B基因频率=B基因数/（B基因数+b基因数）
1BB含有2个B，1Bb含有1B和1b
10个BB含有20B，40个Bb含有40B和40b
=（20+40）/（20+40+40）=60%
60%
40%
【例1】某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。
那么A和a的基因频率是多少？AA、Aa、aa的基因型频率是多少？
AA基因型频率为:
Aa基因型频率为:
aa基因型频率为:
A基因频率 =
×100%
2×AA＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
30×2+60
2×100
=
60%
2×100
a基因频率=
10×2+60
=
40%
2×aa＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
×100%
=
=
30%
60%
10%
基因频率=
某基因的数目
该对等位基因的总数
= 纯合子频率+1/2杂合子频率
× 100%
基因频率的计算
AA(30%) 的配子都是A,则它产生的A在所有的配子中占130%=30%.
Aa(60%) 的配子有两种,各占1/2,则Aa产生的A配子在所有配子中占60%1/2=30%,Aa产生的a配子占左右配子的60%1/2=30%
aa(10%)的配子都是a,则aa产生的a在所有配子中占110%=10%.
因该昆虫种群A a 繁殖机会均等，且没有迁入迁出，也不基因突变，双亲产生配子比率也就是种群的配子比率，依然是A:60% a:40%
30%
30%
30%
10%
A=60% a=40%
基因频率的计算
由于雌雄配子均能自由交配（注意，不是自交）产生后代.
30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
A=60% a=40%
雄配子/雌配子 A(60%) a(40%)
A(60%)
a(40%)
AA 36%
Aa 24%
Aa 24%
aa 16%
60%
40%
基因频率的计算
昆虫亲代的基因型频率 亲代的基因频率
亲代 AA30% Aa60% aa10% A_____ a_____
子代的基因型频率 子代的基因频率
子一代 AA_____ Aa_____ aa_____ A_____ a_____
子二代 AA_____ Aa_____ aa_____ A_____ a_____
子三代 AA_____ Aa_____ aa_____ A_____ a_____
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
各代基因频率相同。基因型频率从子一代开始保持不变。遗传平衡定律要满足5个假设条件：
遗传平衡定律（哈代 —— 温伯格定律）
①种群数量足够大；
②全部的雌雄个体间都能自由交配并产生后代；
③没有迁入与迁出；
④没有自然选择；
⑤没有突变产生。
思考·讨论：用数学方法讨论基因频率的改变
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？
对自然界的种群来说，这5个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。
这也从反面说明，自然界中种群的基因频率一定会发生变化，也就是说 种群的进化是必然的。
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？
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，这取决于生物生存的环境。
（有性生殖的理想种群）
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，
基因频率的计算
设 A 的基因频率为 p ， a 的基因频率为 q ；则p+q=___
AA的基因型频率 =______
aa 的基因型频率 =______
Aa 的基因型频率 =______
1
雄配子/雌配子 A (p) a (q)
A (p)
a (q)
AA (p2)
Aa (pq)
Aa (pq)
aa (q2)
p2
2pq
q2
（p + q)2= p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1
非洲古猿
如何进化？
种群基因频率的变化
普通个体
变异个体
进化的原材料
自然选择
自然选择之后的个体
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
（提供生物进化的原材料）
1. 变异的类型
生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那为什么突变能作为生物进化的原材料呢？（教材P112）
【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：
2×1.3×104×10-5×108=2.6×107（个）
种群基因频率的变化
种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，这样每一代就会产生大量的突变。（P112）
突变的有害和有利是绝对的吗，取决于什么？
环 境
有翅
残翅
无翅
在正常情况下：残翅和无翅昆虫很难生存，为有害突变
在常刮大风的海岛上：残翅和无翅昆虫因难以飞行而避免被吹到海里淹死，为有利突变
②生物的生存环境
①突变
影响因素：
③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
③基因重组：
种群基因频率的变化
一般长颈鹿
长腿长颈鹿
长颈长颈鹿
基因重组
长颈长腿
长颈鹿
突变
突变
③基因重组：
种群基因频率的变化
突变和基因重组
为生物进化提供原材料
自然选择
种群基因频率的变化
自然选择
长颈长腿长颈鹿具有生存和繁殖的优势
基因突变
基因重组
新的等位基因
多种多样的基因型
种群中出现多种多样可遗传的变异
形成了进化的原材料
突变和重组都是随机的、不定向的
自然选择
经过代代繁殖，长颈长腿长颈鹿的数目越来越多
（不能决定生物进化的方向）
（决定生物进化的方向）
种群基因频率的改变是不定向的吗？？
探究·实践---探究自然选择对种群基因频率变化的影响
黑褐色树干上的桦尺蠖
长满地衣的树干上的桦尺蠖
S<5%
S＞95%
浅色 19世纪中叶
S（黑色）基因频率5%以下
s（浅色）基因频率95%以上
黑色 20世纪中叶
S（黑色）基因频率95%以上
s（浅色）基因频率5%以下
工业污染
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？？
做出假设：
根据所学知识做出假设：
讨论探究思路：
自然选择可以使种群的基因频率定向改变
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％。
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
基因型频率 SS 10%
Ss 20%
ss 70%
基因频率 S 20%
s 80%
依据题意，大S为显性，假设种群中SS为10个，SS为20个，ss为70个。SS、 Ss分别增加10%，ss减少10%。
SS: 10=11个
Ss: 20=22个
ss: 70=63个
11.5%
22.9%
65.6%
23%
77%
探究·实践---探究自然选择对种群基因频率变化的影响
依据题意，大S为显性，假设种群中SS为10个，SS为20个，ss为70个。SS、 Ss分别增加10%，ss减少10%。
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%
升高
升高
降低
升高
降低
分析结果，得出结论
环境的选择作用使s基因频率越来越低，S基因的频率越来越高。
自然选择使种群基因频率发生定向改变。
生物进化 = 种群基因频率变化
自然选择对种群基因频率变化的影响
分析结果得出结论：
讨论1.树干变黑会影响桦尺蠖种群中浅色个体的出生率吗？为什么？
讨论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？
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，许多个体可能交配前、产卵前就被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率。
表现型，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蠖时，看到的是桦尺蠖的体色而不是控制体色的基因。
不定向的变异
具有不利变异、不适应环境的个体
具有有利变异、适应环境的个体
不适者被淘汰
自然选择
适者生存
相应基因
频率降低
相应基因
频率提高
种群基因频率
定向改变
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
☆环境的作用不是诱发变异的产生，而是对存在变异的众多个体进行选择
小结
本节核心背诵语句
生物进化的基本单位
生物进化的实质
生物进化的原材料
决定生物进化的方向
种群
基因频率的改变
突变和基因重组
自然选择
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
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。
2.目的要求：
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。
3.材料用具：
经高温灭菌的牛肉膏蛋白胨液体培养基及固体培养基平板，细菌菌株(如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等)，含有抗生素(如青霉素、卡那霉素等)的圆形滤纸片(以下简称”抗生素纸片”)，不含抗生素的纸片，镊子，涂布器，无菌棉签，酒精灯，记号笔，直尺等。
探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用
实验方法步骤
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
2.将细菌涂布在培养基平板上
探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用
探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用
实验方法步骤
3.①号区域的中央放置不含抗生素纸片和②③④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12~16h。
探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用
实验方法步骤
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
探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用
注意：
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。
三类细菌产生耐药性过程属于基因突变，而基因突变具有不定向性。
滤纸片上的抗生素杀死了周围的细菌，使其不能形成菌落，而形成抑菌圈。
探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用
结果与分析
抑菌圈直径/cm
第一代 第二代 第三代
2 2.26 1.89 1.62
3 2.41 1.91 1.67
4 2.42 1.87 1.69
平均值 2.36 1.89 1.66
抗生素纸片周围出现抑菌圈，在连续培养几代后，抑菌圈的直径越来越小。
结论：说明抗生素对细菌产生了选择作用。
探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用
讨论：
1.为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌
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。
2. 你的数据是否支持“耐药菌是普遍”存在的”这一说法 说说你的理由。
支持。因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。
3.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
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。
探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用
4.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。
思考讨论：
自然选择使种群的基因频率发生定向改变，只要是基因频率发生变化，生物就一定发生了进化，但是进化一定形成新物种吗？
19世纪中叶到20世纪中叶，英国曼彻斯特地区的桦尺蠖种群基因频率发生了很大的改变。
这两种桦尺蠖还是不是同一物种？
是同一物种
Q2：世界各地的人属于同一物种吗？
世界各地的人虽然各有不同，但他们之间可以彼此通婚，并且产生可育的后代。因此，全世界的人在生物学上属于同一个物种——智人种。
Q1：马、驴两种动物是否属于同一物种？
物种
物种：能给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。
思考讨论：
在自然界，是不是同一物种的个体都生活在一起呢？
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。
▌马和驴可以交配产生骡，所以他们是同一物种？
物种
杂 交
马（2n=64）
驴（2n=62）
骡（2n=63）
错误，虽然能够交配，但是他们产生的后代骡不可育，不是可育后代
不是同一物种——两种情况：
（1）不可交配，无后代
（2）有后代，但后代高度不育
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。（P116）
物种
①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。（116）
虎
狮虎兽
狮
②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。
东北虎
华南虎
物种
地理隔离和生殖隔离之间有什么联系呢？
两个鼠种群间可能不能自由交配，也可能能自由交配。
如果不能自由交配或交配后不能产生可育后代，说明长期的地理隔离导致生殖隔离，形成了两个新物种；如果能自由交配并产生了可育后代，说明还是同一物种。
物种
一个小岛上迁来了一群小白绵羊，可山洪使得小岛裂成两边。
时间推移，当水流干枯，两岸绵羊相遇，已物是人非。
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
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.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？
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。
由于这两个种群的个体数量都不够的多，基因频率可能不一样。
不一样。
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。
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
变化后生物与原生物的关系
二者联系
物种
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）骡是一个物种吗？为什么？
不是，因为它不能繁殖后代。
（2）两个池塘的鲤鱼是一个物种吗？它们是属于一个种群还是两个种群？
是一个物种，属于两个种群。
（3）二倍体西瓜和四倍体西瓜是不是一个物种？为什么？
不是
因为后代三倍体西瓜不可育。
（4）三倍体西瓜是一个新物种吗？
不是，三倍体西瓜不可育。
种群和种群基因库
2.某种群中基因型XBXB有20个， XBY有5个， XBXb有20个， XbY有5个，计算下列基因频率和基因型频率：
（1）基因型频率： XBXB _______ XbY _______
（2）基因频率：XB______ Xb_______
40%
10%
XBXB基因型频率= XBXB个体数/所有个体=20/（20+5+20+5）=40%
XbY基因型频率= XbY个体数/所有个体=5/（20+5+20+5）=10%
XB基因频率= XB基因数/（ XB基因数+ Xb基因数）
1XBXB含有2个XB，1 XBY含有1XB， XBXb含有1XB和1Xb， XbY含有1Xb
XB基因频率=（40+5+20）/（40+5+40+5）=56/90=72.2%
72.2%
27.8%
种群和种群基因库
例2：对某志愿群体进行红绿色盲基因检测后发现: 1 020名女性中有患者5人、携带者40人; 960名男性中有患者68人，那么该群体中红绿色盲基因的频率是多少？
Xb基因频率=
Xb基因总数
2×女性个体数＋男性个体数
×100%
解：
红绿色盲基因位于X染色体上，基因型为有5人， 有40人， 有68人。 由于女性有两条X染色体，男性只有一条X染色体，
因此红绿色盲基因的频率= (52+40+68) + (1 0202+960) 100%=3.9%
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，但改变基因型频率。
提示：X染色体上基因频率计算(XBXb)
XBXb基因型=
XBXb的总数
个体总数
×100%
XB基因型=
Xb基因型=
种群和种群基因库

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