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问题探讨
讨论：你同意哪位同学的观点 你的答案和理由是什么
甲同学说:当然是先有鸡蛋了，因为只有生殖细胞产生的基因突变才能遗传给后代，体细胞即使发生了基因突变，也不能影响后代的性状。
乙同学说:不对，人们在养鸡过程中，是根据鸡的性状来选择的，只让符合人类需求的鸡繁殖后代，因此是先有鸡后有蛋。
先有鸡还是先有蛋？
这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为它们忽视了鸡和蛋在基因组成上的一致性，也忽视了生物的进化是以种群为单位而不是以个体为单位这一重要观点。生物进化的过程是种群基因库在环境的选择作用下定向改变的过程，以新种群与祖先种群形成生殖隔离为标志，并不是在某一时刻突然有一个个体或一个生殖细胞成为一个新物种。
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。
达尔文自然选择学说——
以个体为基本单位
个体会死亡
种群才是长期存在
研究进化应以种群为基本单位
一、种群和种群基因库
自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。但是，在自然界，没有哪个个体是长生不死的，个体的表型会随着个体的死亡而消失，决定表型的基因却可以随着生殖而世代延续，并且在群体中扩散。
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（第1课时）
1.阐明种群、种群基因库、基因频率的含义。（重点）
2.运用数学方法计算种群的基因频率和基因型频率，构建遗传平衡定律的数学模型。（重难点）
学习目标
阅读课本110-111页，解决以下问题：（5min）
自学指导
1. 什么是种群？种群的特点，请判断下列实例是否属于种群。
2.什么是种群基因库、基因频率、基因型频率？
（1）一片池塘里面的所有鱼
（2）一块草坪上的所有车前草
（3）深山中的一棵百年大叶榕
（4）培养基中的一个酵母菌菌落
1、种群的概念：
生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。
①某时间的特定区域。
②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。
③一个种群中应包括各年龄阶段的个体。
种群的特点：
一、种群和种群基因库
一片树林中的全部猕猴
是生物进化的基本单位，也是生物繁殖的基本单位。
判断下列实例是否属于种群：
一、种群和种群基因库
种群一直存在，种群中控制表现型的基因(会遗传)也是一直存在。
那有个体死亡和新生时，种群在基因组成上有什么变化？
（1）一片池塘里面的所有鱼
（2）一块草坪上的所有车前草
（3）深山中的一棵百年大叶榕
（4）培养基中的一个酵母菌菌落
╳
√
╳
√
一、种群和种群基因库
2.种群基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因叫这个种群的基因库。
3.基因频率
在基因库中，某基因占控制此性状全部等位基因数的比率叫做基因频率。
4.基因型频率
在一个种群中，某基因型个体占全部个体的比率。
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？
A基因频率为:
a基因频率为：
= 40%
A% =
×100%
2×AA＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
a% =
= 60%
2×aa＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
×100%
方法一：概念法
一、种群和种群基因库
方法二：通过基因型频率计算
A基因频率 = AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率
A基因频率= 30%+1/2×60% = 60%
a基因频率 = 10%+1/2×60% = 40%
AA基因型频率为: 30%
Aa基因型频率为: 60%
aa基因型频率为: 10%
a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率
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
一、种群和种群基因库
b基因频率= ×100%
例2、在调查红绿色盲时，随机抽查了200人，其中男女各100人。女性患者1人，携带者3人，男性患者4人。色盲基因的频率为多少？
Xb =
1×2+3+4
100×2+100
×100% =
3%
基因频率=
某基因的数目
控制该性状的等位基因总数
× 100%
一、种群和种群基因库
1、在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占18%，基因型Aa的个体占78%，aa的个体占4%。基因型A和a的频率分别是 ， 。
57％ 43％
针对训练
2、某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查发现，女性色盲基因携带者为15人，患者5人，男性患者11人，那么这个群体中色盲基因频率为（ ）
A：6% B、15% C、12% D、5.88%
A
亲代基因型的比值 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
配子的比值 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 A ( ) a( )
30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
一、种群和种群基因库
假设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A和a都不产突变，根据孟德尔的分离定律计算。
用数学方法讨论基因频率的变化
如果F1个体再自由交配，产生F2呢？
一、种群和种群基因库
5. 遗传平衡定律（哈代－温伯格定律）
当群体满足以下五个条件：
①昆虫群体数量足够大； ②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代； ③没有迁入与迁出；④自然选择对性状没有作用；⑤基因A和a都不产生突变。
设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1，那么：
在上述条件下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡，叫做哈代－温伯格定律（遗传平衡定律）。
(p+q)2 = p2 + 2pq + q2 ＝ 1
A（p） a（q）
A（p） AA（p2） Aa(pq)
a（q） Aa（pq） aa(q2)
AA的基因型频率
Aa的基因型频率
aa的基因型频率
♂
♀
二、种群基因频率的变化
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？
用数学方法讨论基因频率的改变
遗传平衡所指的种群是理想种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这说明在自然界中，种群的基因频率迟早要发生变化。
种群发生进化
不同表现型的个体数量发生变化
表现型由基因决定的
等位基因（A、a）的数量发生变化
基因频率发生变化
判断种群进化看基因频率是否发生变化
理想条件下（基因频率不变），生物是不会发生进化的
二、种群基因频率的变化
不可遗传变异
可遗传变异
基因突变
基因重组
染色体变异
变异
基因突变和染色体变异统称为突变。
可遗传变异提供了生物进化的原材料。
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。
二、种群基因频率的变化
【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
个体（2.6×10-1）
× 108
种群
= 2 .6×107（个）
自然界中生物的自然突变频率很低，而且一般对生物体是有害的。为什么还能够成为生物进化的原材料？
二、种群基因频率的变化
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
有翅的昆虫中有时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，这类昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死。
二、种群基因频率的变化
突变
新的等位基因
种群中出现大量可遗传的变异
变异是随机的、不定向的
形成了进化的原材料
1.突变和基因重组使种群的基因频率发生不定向的改变；
2.突变和基因重组都是随机、不定向的，因此它们只是提供生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
那么，生物进化的过程中种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？
基因重组
多种多样的基因型
染色体变异
第3节 种群基因组成的变化与物种的形成
二 隔离在物种形成中的作用（第2课时）
1.阐明自然选择对种群基因频率的变化的影响。（难点）
2.理解突变和重组是不定向的，而自然选择是定向的。（重难点）
3.通过探究抗生素对细菌的选择作用，理解耐药菌的出现是可遗传变异的结果，耐药菌比例的增大是抗生素选择的结果。（难点）
学习目标
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
19世纪，桦尺蠖种群中：
黑色基因（S）频率为5%
浅灰色基因（s）频率为95%
20世纪，桦尺蠖种群中：
黑色基因（S）频率为95%
浅灰色基因（s）频率为5%
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
(1)在这个探究实验中根据上面的数据分析，变黑的环境对桦尺蠖产生了什么样的影响？树干变黑对桦尺蛾浅色个体的出生率有影响吗？
(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？
变黑的环境使s(浅色)基因频率减少，S(黑色)基因频率增加。
有影响。许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食。
直接受选择的是桦尺蠖的体色（表现型）而不是控制体色的基因。
自然选择决定生物进化的方向
自然选择使基因频率定向改变。
英19世纪曼彻斯特
英20世纪曼彻斯特
S（黑色）基因频率：
5%以下 95%以上
生物进化的实质就是：
种群基因频率发生变化的过程。
淘汰不利变异基因、积累有利变异基因。
自然选择对种群基因频率变化的影响
原因
结果
使基因频率定向改变。
自然选择使基因频率定向改变。
自然选择决定生物进化的方向。
影响基因频率的因素：
突变、基因重组和自然选择。
进化中的“定向”与“不定向”
1、变异是 。
2、自然选择是 的。
3、种群基因频率的变化是 的。
4、生物进化是 的。
不定向
定向
定向
定向
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。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。
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。
自主阅读课本115页（3min）
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。
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。
实验步骤
探究 实践
①
②
③
④
②
③
①
④
探究抗生素对细菌的选择作用
实验过程：
5、观察细菌的生长状况。是否有抑菌圈？测量、记录，并取平均值。
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。
探究 实践
实验步骤
探究抗生素对细菌的选择作用
实验结果和结论：
抑菌圈直径越小，抗生素对细菌抑制作用越来越弱。
组别 抑菌圈直径/cm
第一代 第二代 第三代
1 2.26 1.89 1.62
2 2.41 1.91 1.67
3 2.42 1.87 1.69
平均值 2.36 1.89 1.66
思考：抑菌圈的直径大小与细菌耐药性强弱的关系？
探究 实践
探究抗生素对细菌的选择作用
1、为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
有利的，基因突变具有随机性和不定向性，有利或有害取决于所处的环境条件。
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、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？
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。
思考与讨论（3min）
例2 超级细菌是指对多数抗生素耐药的细菌，能让抗生素失效造成人体严重感染。下列关于超级细菌的叙述不符合达尔文进化观点的是(　　)。
A.超级细菌对多数抗生素具有耐药性，是抗生素不断选择的结果
B.细菌中原来就存在对抗生素具有耐药性的个体
C.抗生素的选择和细菌的变异都是定向的
D.新品种抗生素的使用会影响超级细菌的进化
C
导学案P132
对点练3. 长期使用抗生素治病，会出现一些耐药性强的细菌，使抗生素的药效降低。原因是(　　)。
A.长期使用使细菌不得不适应抗生素
B.抗生素的使用导致细菌发生了基因突变
C.抗生素对细菌的不定向变异进行了定向选择
D.细菌为了适应抗生素而产生了定向变异
C
第3节 种群基因组成的变化与物种的形成
二 隔离在物种形成中的作用（第3课时）
1.明确隔离在物种形成过程中的作用。（重难点）
学习目标
阅读课本116-118页，解决以下问题：（5min）
自学指导
1.什么是物种？
2.什么是生殖隔离和地理隔离？什么是隔离？
3.阅读117页“思考·讨论”内容，解决讨论中的问题。
一、物种的概念
1.物种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
驴
骡子
它们是同一个物种吗？
＋
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？
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个或大或小的群体，这些群体就是不同的种群。例如，两个池塘里的鲤鱼就是两个种群。
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。
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。
二、隔离及其在物种形成中的作用
东北虎
华南虎
由于地理隔离而没有相互交配，没有基因交流，它们形成两个不同的亚种，如果再经历更长的时间最终会产生生殖隔离，形成两个不同的物种。
隔离在物种形成中的作用
二、隔离及其在物种形成中的作用
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？
二、隔离及其在物种形成中的作用
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且不定向的。
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着不同的方向改变。
不会。因为个体间有基因的交流。
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？
加拉帕戈斯群岛的地雀的形成方式
同一物种
地理隔离，阻隔基因交流
突变、基因重组
种群基因库出现明显差异
新物种
自然选择，基因频率发生改变
生殖隔离，新物种形成的标志
总结归纳
1. 隔离包括地理隔离和生殖隔离。
2. 长期的地理隔离会导致生殖隔离的出现。
3. 生殖隔离是物种形成的标志。
4. 隔离是物种形成的必要条件。
现代进化论解释物种形成的基本环节
①突变和基因重组产生进化的原材料
②自然选择决定生物进化的方向
③隔离导致物种的形成
自然选择2
自然选择1
地理隔离
5. 物种形成的比较常见的方式
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
二、隔离及其在物种形成中的作用
新物种的形成是生物与环境相互影响相互作用的结果。
① 渐变式（绝大多数）
二、隔离及其在物种形成中的作用
② 爆发式
短时间内即可形成，如自然界中多倍体的形成。
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
通过植物体细胞杂交（如番茄—马铃薯）、多倍体育种（如八倍体小黑麦）等方式也可以创造新物种。
③ 人工创造新物种
5. 物种形成的比较常见的方式
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
二、拓展应用
1. 斑马的染色体数为22对，驴的染色体数为31对，斑马和驴杂交产生的后代兼具斑马和驴的特征，称为斑驴兽或驴斑兽，俗称“斑驴”。斑马和驴杂交产生的后代是可育的吗？你能从染色体组的角度作出解释吗？
【答案】斑马和驴杂交产生的后代是不育的。由题中所给斑马和驴的染色体数可知，其杂交后代的染色体数为53条（不是偶数），杂交后代无法通过减数分裂产生正常的配子。
2. 在自然界，狮和虎是不可能相遇的。在动物园里，一般也将这两种动物分开圈养。近年来才出现将它们的幼崽放在一起饲养的做法，目的是获得有观赏价值的杂交后代——狮虎兽或虎狮兽，你对这种做法有什么看法？
【提示】学生可以从不同角度提出看法并交流。例如，从科学研究角度看，这样做可以帮助人们更多地了解生命的奥秘；从生命伦理角度看，狮虎杂交后代中容易出现免疫力低、天折的个体，这些个体会承受一定的痛苦，因此这种做法不宜提倡；从生物学角度看，狮和虎的自然分布区不同，狮分布在草原上，虎分布在森林里，动物园饲养狮和虎时，应尽量提供符合它们天然分布区和习性特点的生活环境，将二者分区域饲养，以体现对自然和生命的尊重。
三、课堂总结
突变和基因重组提供原材料
种群基因组成的变化与物种的形成
种群是基本单位
自然选择
隔离
进化
基因库
基因频率
改变
定向改变
地理隔离
生殖隔离
阻断种群间基因交流
新物种形成
例3. 下图为某哺乳动物种群因河道改变而发生的变化。下列与之相关的说法，正确的是(　　)。
导学案P133
A.河道的改变使同一种群的生物变成了不同的物种
B.河道的改变使两个种群失去了基因交流的机会
C.B种群和C种群基因频率的不同仅与环境的变化有关
D.地理隔离必然导致生殖隔离，生殖隔离必然源于地理隔离
B
对点练4. 下图表示渐进式新物种形成的基本环节，对图示的相关分析正确的是(　　)。
A.图中①表示基因突变和基因重组,为进化提供了原材料
B.图中②表示地理隔离，地理隔离使种群间基因交流受阻
C.图中③表示生殖隔离，指两种生物不能交配且不能产生可育的后代
D.种群基因频率的改变一定会导致新物种形成
B
导学案P134
1.下图表示我国黄河两岸a、b、c、d 这4个物种演化关系的模型。请据图分析，下列说法错误的是(　　)。
针对训练
A.由a物种进化为b、c两个物种经历了从地理隔离到生殖隔离的过程
B.黄河北岸的b物种迁到黄河南岸后，不与c物种进化为同一物种，内因是种群的基因库不同，外因是存在地理隔离
C.c物种的种群基因频率发生了变化，则该物种一定在进化
D.判断d物种和b物种是否为不同物种的方法是观察两者能否自由交配并产生可育的后代
B
2.回答下列有关生物进化的问题。
针对训练
(3)该小岛上所有蜥蜴个体含有的全部基因，称为该种群的　　 　。
(1)上图表示小岛上蜥蜴进化的基本过程，X、Y、Z表示生物进化中的基本环节。X、Y分别是　　　　　　　　　、　　　 　　。
(2)该小岛上的蜥蜴原种由许多个体组成，这些个体的总和称为　　 　,这是生物进化的　　　　　　　　　。
突变和基因重组
自然选择
种群
基本单位
基因库
(4)小岛上蜥蜴原种的脚趾逐渐出现两种性状，W代表蜥蜴脚趾的分趾基因；w代表联趾(趾间有蹼)基因。下图表示这两种性状比例变化的过程。
①由于蜥蜴过度繁殖，导致　　 　　　　　加剧。
②小岛上食物短缺，联趾蜥蜴个体比例反而逐渐上升，其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
　 　。
③图2所示的过程说明，自然环境的变化引起不同性状蜥蜴的比例发生变化，其本质是因为蜥蜴群体内的　　　　 　发生了改变。
生存斗争(或种内竞争)
联趾型个体趾间有蹼，适合游泳，可以从水中获取食物。因此，当岛上食物短缺时，联趾个体的生存和繁殖机会较多
基因频率

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