资源简介

(共42张PPT)
第3节 种群基因组成的变化与物种的形成
第6章 生物的进化
这两种观点都有一定的道理，但都不全面。
因为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。
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。
　　先有鸡还是先有蛋？
　　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，也不能影响后者的性状。
　　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。
讨论
你同意哪位同学的观点，你的答案和理由是什么？
先有鸡还是先有蛋？
问题探讨
自然选择
直接对象：
个体的性状（表型）
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。
这个群体就是种群！
根本对象：
种群的基因
问题探讨
一、种群和种群基因库
1.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
一个非洲象种群（部分个体）
一片草地上的所有蒲公英
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。
思考：同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？
一、种群和种群基因库
2.基因库：
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
3.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。
4.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。
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=
某基因型个体总数
种群全部个体数
× 100%
一、种群和种群基因库
在某昆虫种群中，决定体色为黑色的基因是A，决定体色为褐色的基因是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。
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%
类型一：概念法：
一、种群和种群基因库
b基因频率= ×100%
例：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
类型二：已知基因型频率求基因频率
亲代基因型频率 AA（30％） Aa（60％） aa（10％）
配子的比率 A（ ） A（ ） a（ ） a（ ）
子代基因型频率 AA( ) Aa（ ） aa（ ）
子代基因频率 A（ ） a（ ）
30％
30％
30％
10％
36％
48％
16％
60％
40％
A基因频率 = AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率
a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率
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？
一、种群和种群基因库
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？
亲代 子一代 子二代 子三代
基因型频率 AA 30%
Aa 60%
aa 10%
基因频率 A
a
36%
48%
16%
60%
40%
36%
16%
48%
60%
40%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代和子代每一种基因的频率都不会改变，到下一代也是如此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就是哈代——温伯格定律，也叫遗传平衡定律。
一、种群和种群基因库
类型三：利用遗传平衡定律（哈代 —— 温伯格定律）
当群体满足以下五个条件：①种群数量足够大；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自然选择对体色性状没有作用；⑤基因A和a都不产生突变时；种群的基因频率将不会改变。
设A的基因频率为， a的基因频率为q；则p+q=1，且：
aa基因型的频率
AA基因型的频率
Aa基因型的频率
( p + q )2 = p2 + 2pq + q2
一、种群和种群基因库
对自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？
遗传平衡群体
无法进化
怎样进化
先打破平衡
种群较小
不自由交配
有突变
有自然选择
有迁入、迁出
基因频率发生改变
生物进化的实质：种群基因频率发生变化的过程。
一、种群和种群基因库
例1 桦尺蛾的体色受一对等位基因控制，其中黑色 对浅色 为显性。将某桦尺蛾
种群分成两组，分别迁移到甲、乙两个区域中，甲地是煤炭工业重镇，乙地是闭塞的
山区，数年后抽样调查，结果如下表所示。下列有关说法不正确的是( ) 。
区域
甲 80 18 2
乙 2 8 90
B
A.甲地 基因的频率为 ，乙地 基因的频率为
B.甲地的大部分 基因突变为 基因，故 基因的频率升高
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.从上述材料得知生物进化的实质是种群基因频率的变化
一、种群和种群基因库
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）
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。
二、种群基因频率的变化
影响种群基因频率变化的因素
① 突变
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？
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，这样，每一代就会产生大量的突变。
例如果蝇一组染色体上约有1.3×104基因，假定每个基因的突变率都是10-5，若有一个中等数量的果蝇种群（约有108个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？
2×1.3× 104
× 108
种群
= 2.6 ×107（个）
个体
× 10-5
二、种群基因频率的变化
影响种群基因频率变化的因素
②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
二、种群基因频率的变化
突变和基因重组产生生物进化原材料，
环境决定生物进化的方向（自然选择是定向的）。
突变
新的等位基因
多种多样的基因型
基因重组
种群中出现大量随机的、不定向的可遗传变异
形成生物进化丰富的材料
二、种群基因频率的变化
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。
二、种群基因频率的变化
影响种群基因频率变化的因素
③生物的生存环境
工业革命前
工业革命后
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％。
自然选择可以使种群的基因频率定向改变
二、种群基因频率的变化
影响种群基因频率变化的因素
③生物的生存环境
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%
分析结果，得出结论:
升高
升高
降低
升高
降低
环境的选择作用使s基因频率越来越低。
在自然选择过程中，直接受选择的是生物的表现型。在自然选择作用下，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。
二、种群基因频率的变化
70.7%
26%
29.2%
14.7%
56.1%
60.9%
26.1%
73.9%
29.3%
13.1%
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？
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。
直接受选择的是表型（体色），而不是基因型，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蛾时，看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因。
变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少,S基因频率增加。
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
二、种群基因频率的变化
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。
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。
自然选择决定了生物进化的方向
生物进化的实质：
种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。
种群基因频率的改变，标志着生物的进化
二、种群基因频率的变化
对点练1 下列关于种群基因频率的叙述，错误的是( ) 。
B
A.基因频率是指某个基因在某个种群中出现的比例
B.基因频率越大，突变率越高
C.基因突变、基因重组和自然选择会导致基因频率的改变
D.自然选择会使原来同一种群的基因频率向着不同的方向发展
例2 19世纪英国工业革命之前曼彻斯特地区的桦尺蛾以灰色为主。工业革命污染后，
当地桦尺蛾体色几乎全为黑色。下列有关叙述正确的是( ) 。
D
A.工业革命污染导致桦尺蛾种群出现黑色变异
B.桦尺蛾种群的全部基因型构成了该种群的基因库
C.不同体色桦尺蛾的同时存在体现了物种的多样性
D.自然选择是适应性进化的唯一因素，自然选择的方向有可能发生改变
二、种群基因频率的变化
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。
三、探究抗生素对细菌的选择作用
用记号笔在培养皿的底部画线，将培养基分为四个区，标号
将细菌涂布在培养基平板上
①号区域中央放置不含抗生素纸片②③④号区域的中央分别放置含有抗生素的纸片
将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h
观察并测量抑菌圈直径,并取平均值
从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤
三、探究抗生素对细菌的选择作用
抗生素对细菌有选择作用，抗生素对细菌抑制作用越来越弱。
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
三、探究抗生素对细菌的选择作用
数据结果是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？
支持。抑菌圈边缘生长的可能是耐药菌。
在本实验条件下，耐药菌所产生的变异是有利的还是有害的？
在本实验条件下，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。
滥用抗生素有什么后果？
变异在前，选择再后
三、探究抗生素对细菌的选择作用
a.增强细菌耐药性,b.不良反应繁多,c.菌群失调
例3 （2023·广西联考）国家多次下达“抗生素使用限令”，其原因是抗生素的使用是一
把双刃剑，在杀死部分细菌的同时也会使细菌产生耐药性，致使现在细菌的耐药性越
来越强，有效的药物越来越少，如再不采取行动，终将面临“无药可用”的窘境。下列
叙述不正确的是( ) 。
C
A.滥用抗生素导致细菌耐药性增强是自然选择的结果
B.细菌一般只能发生基因突变，偶尔也可能发生基因重组
C.滥用抗生素是对细菌的有利基因进行选择，且决定了新基因的产生
D.滥用抗生素可使细菌耐药基因频率提高，使细菌朝耐药性逐渐增强的方向进化
三、探究抗生素对细菌的选择作用
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(同种生物的不同种群)
四、隔离在物种形成中的作用
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。
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。
四、隔离在物种形成中的作用
杂交
马（2n=64）
驴（2n=62）
骡（2n=63）
二倍体西瓜和四倍体西瓜是不是一个物种？为什么？
三倍体西瓜是一个新物种吗？
杂交
马（2n=64）
驴（2n=62）
骡（2n=63）
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。
东北虎
华南虎
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。
隔离：不同群体间个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。
四、隔离在物种形成中的作用
地理隔离和生殖隔离有没有什么联系呢？
四、隔离在物种形成中的作用
物种形成的常见的方式：
生殖隔离
地理隔离
长期
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。
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。
加拉帕戈斯群岛的地雀
四、隔离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？
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。
2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？
不一样。因为突变是随机发生的。
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？
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。
4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？
不会。因为个体间有基因的交流。
四、隔离在物种形成中的作用
隔离
阻断
突变、基因重组和
种群 出现差异
差异进一步加大
隔离
新物种形成
地理
自然选择
基因频率
基因库
生殖
基因交流
加拉帕戈斯群岛的地雀的形成方式
朝着不同方向发生改变
生殖隔离是物种形成的标志。
隔离是物种形成的必要条件。
长期的地理隔离会导致生殖隔离的出现。
四、隔离在物种形成中的作用
自然选择2
自然选择1
地理隔离
原种
变异1
变异2
变异类型1
变异类型2
新物种
新物种
生殖 隔离
基因频率的定向改变
基因库差异
导致
物种形成的三个环节：
突变和基因重组、自然选择、隔离。
渐变式：
四、隔离在物种形成中的作用
爆发式
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
无需地理隔离，短时间内即可形成，如自然界中多倍体的形成。
四、隔离在物种形成中的作用
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
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
②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
①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；
四、隔离在物种形成中的作用
例 下图为某哺乳动物种群因河道改变而发生的变化示意图。下列相关说法正确的是
( ) 。
B
A.河道的改变使同一种群的生物变成不同的物种
B.河道的改变使两个种群失去了基因交流的机会
C. 种群和 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
四、隔离在物种形成中的作用
不定向的变异
不利变异（基因）
有利变异（基因）
淘汰
种群的基因频率定向改变
生物定向进化
生物进化的实质：
引起基因频率改变的因素：
突变、自然选择等。
种群基因频率的改变
多次选择和积累，通过遗传
自然选择
【注意】：种群基因型频率发生变化，生物不一定进化
小结（自然选择决定进化的方向）
种群中产生的变异 ，自然选择方向 。
不定向
定向
根据上述所学内容，归纳：现代生物进化理论的主要内容：
⑴种群是生物进化的基本单位
⑵突变和基因重组产生进化的原材料
⑶进化的实质是种群基因频率的改变
⑷自然选择决定生物进化的方向
通过生存斗争实现
直接受选择的是生物个体的表型
练习与应用P114
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。
（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
二者存在正相关的关系。依据是调查数据。
（2）试从进化的角度解释耐药率升高的原因。
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。
(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。
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检测机制，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。
(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
合理使用抗生素，防止滥用抗生素。
练习与应用P114

展开更多......

收起↑