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第3节
第6章　生物的进化
人教版高中生物 必修2
种群基因组成的变化
第1课时
学习目标
1.解释种群、基因库和基因频率的概念。
2.阐明生物进化的实质(重、难点)。
“长脖子”的个体一定将这一性状传递给下一代吗？
复习导入
种群和种群基因库
一
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
二
探究抗生素对细菌的选择作用
三
目录
概念：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
种群和种群基因库
一
1.种群的概念及特点
种群和种群基因库
一
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。
种群和种群基因库
一
3.基因频率
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。
影响因素：
突变、选择、迁移等。
种群和种群基因库
一
3.基因频率
基因频率的一般计算方法
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
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=____________________%
用数学方法讨论基因频率的变化
任务一
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%
用数学方法讨论基因频率的变化
任务一
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。
种群和种群基因库
一
3.基因频率
导致基因频率改变的原因
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
最终导致基因频率改变
导练
1.下列属于种群的是
A.一块水田里的全部青蛙 B.一块棉田里的全部蚜虫
C.一块朽木上的全部真菌 D.一个池塘中的全部鱼
√
一块水田里的全部青蛙还有蝌蚪才能构成一个种群，A不符合题意；
一块朽木上的全部真菌包括许多菌种，不属于种群，C不符合题意；
一个池塘中的全部鱼包括许多物种，不属于种群，D不符合题意。
导练
2.在一个种群中随机抽取一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占18%，基因型为Aa的个体占78%，基因型为aa的个体占4%，基因A和基因a的基因频率分别是
A.18%、82% B.36%、64%
C.57%、43% D.92%、8%
√
根据题干信息分析，已知AA＝18%，Aa＝78%，aa＝4%，因此该种群的基因频率：A＝18%＋1/2×78%＝57%，a＝4%＋1/2×78%＝43%。
种群和种群基因库
一
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
二
探究抗生素对细菌的选择作用
三
目录
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？
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
1. 种群基因频率的变化原因
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）
1. 种群基因频率的变化原因
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
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
2. 可遗传变异的形成、特点和作用
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
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
2. 可遗传变异的形成、特点和作用
　　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。
3. 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？
4. 探究自然选择对种群基因频率变化的影响
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
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
4. 探究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
任务二
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。
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
任务二
（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。
4. 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。
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。
导练
3.下列关于生物变异和生物进化的叙述，正确的是
A.变异都能为生物进化提供原材料
B.自然选择决定了生物进化的方向
C.只有基因突变才能导致种群基因频率改变
D.抗生素的使用使病原体产生了适应性的变异
√
导练
只有可遗传的变异才能为生物进化提供原材料，A错误；
自然选择的结果是让适应环境的变异保留下来，不适应环境的变异被淘汰，使种群基因频率发生定向改变，故自然选择决定了生物进化的方向，B正确；
基因突变、染色体变异、基因重组和自然选择等都能使种群基因频率发生改变，C错误；
抗生素只是起选择作用，而不是使病原体产生适应性的变异，D错误。
导练
4.桦尺蛾的体色受一对等位基因控制，其中黑色(S)对浅色(s)为显性。将某桦尺蛾种群分成两组，分别迁移到A、B两个区域，A地是煤炭工业重镇，B地是闭塞的山区，数年后抽样调查，结果如表所示。下列有关说法不正确的是
区域 SS(%) Ss(%) ss(%)
A 80 18 2
B 2 8 90
A.A地S的基因频率为89%，B地S的基因频率为6%
B.A地的大部分s基因突变为S基因，故S的基因频率升高
C.从上述材料得知生物进化的方向是由自然选择决定的
D.生物进化的实质就是种群基因频率的变化
√
导练
A地种群内控制黑色(S)的基因频率较高，而B地种群内控制浅色(s)的基因频率较高，这与A、B两地种群的生活环境对桦尺蛾的选择有关，B错误；
A地种群生活在污染严重的环境中，而B地种群生活在基本未受污染的环境中，可见生物进化的方向是由自然选择决定的，生物进化的实质是种群的基因频率发生改变，C、D正确。
种群和种群基因库
一
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
二
探究抗生素对细菌的选择作用
三
目录
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
实验原理
目的要求
探究抗生素对细菌的选择作用
三
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。
探究抗生素对细菌的选择作用
三
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。
结果分析
探究抗生素对细菌的选择作用
三
探究抗生素对细菌的选择作用
任务三
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。
（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。
探究抗生素对细菌的选择作用
任务三
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。
导练
5.一般情况下，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。下列关于“探究抗生素对细菌的选择作用”的探究实践的说法，错误的是
A.放置不含抗生素的纸片起对照作用
B.耐药菌发生了基因突变，不利于其生存
C.重复几代，抑菌圈的直径会逐渐减小
D.本实验说明抗生素对细菌有选择作用
√
导练
探究抗生素对细菌的选择作用，自变量为是否使用抗生素，故放置不含抗生素的纸片，属于对照组，起对照作用，A正确；
耐药菌发生了基因突变，能在含有抗生素的培养基中生存，因此耐药菌发生了基因突变，有利于其生存，B错误；
重复几代，细菌的抗药性越来越强，抑菌圈的直径会逐渐减小，C正确；
随着培养代数的增加，抑菌圈逐渐减小，说明抗生素能定向选择细菌，D正确。
导练
6.滥用抗生素会使人体内细菌产生耐药性，如果被细菌感染，则往往由于体内细菌能够抵抗各种抗生素而无药可救。下列有关说法正确的是
A.抗生素的滥用导致细菌向“耐药性”细菌方向变异
B.细菌中本来就存在耐药性个体，长期使用抗生素导致“耐药性”基因
频率下降
C.耐药性强的细菌可能发生了基因突变或染色体变异
D.种群基因频率的变化趋势在一定程度上反映了生物进化的方向
√
导练
抗生素的滥用是一种定向的选择，可将“耐药性”细菌选择出来，而不是诱导细菌发生变异，A错误；
细菌中本来就存在耐药性个体，长期使用抗生素会导致“耐药性”基因频率上升，B错误；
细菌没有染色体，不能发生染色体变异，C错误；
种群基因频率的变化是环境的选择和突变的综合影响，在一定程度上反映了生物进化的方向，D正确。
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【要语必背】
1.种群是生物进化和繁殖的基本单位。
2.突变和基因重组提供进化的原材料。可遗传的变异包括基因突变、基因重组和染色体变异，突变包括基因突变和染色体变异。突变的有害或有利不是绝对的，而是取决于生物的生存环境。突变和重组是随机的、不定向的，不能决定生物进化的方向。
3.自然选择决定生物进化的方向。
4.种群基因频率保持不变的条件
(1)种群非常大；(2)所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代；(3)没有迁入和迁出；(4)不同个体生存和繁殖的机会是均等的(没有自然选择)；(5)基因都不产生突变。
【长句表达】
1.什么是种群的基因库？
___________________________________。
2.自然界中生物自发突变频率很低，而且一般对生物体是有害的，为什么它还能够作为生物进化的原材料呢？
______________________________________________________________________________________________。
3.生物进化的实质是什么？
。
一个种群中全部个体所含有的全部基因
种群是由许多个体组成的，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变
种群的基因频率发生定向改变

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