资源简介

(共39张PPT)
6.3.1 种群基因组成的变化及
探究抗生素对细菌的选择作用
第六章 生物的进化
问题探讨
先有鸡还是先有蛋？
甲同学说：当然是先有鸡了，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。
你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？
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个体或一个生殖细胞成为一个新物种。
学习目标
01
02
03
自然选择与种群基因频率的变化有什么关系？
为什么说种群是生物进化的基本单位？
种群的基因频率为什么会发生变化？
种群和种群基因库
01
假定猕猴群体中有一只雄性个体发生了变异（超猴）2023年网红猴，变异使其在生存斗争中获得了优势。
讨论：
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
一、种群和种群基因库
1. 种群
定义：生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。
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
④一片草地上的全部植物
⑤一片草地上的成年梅花鹿
×
√
×
×
×
特点：
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。
种群是物种繁衍、进化的基本单位。
种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。
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
在一个种群中，某基因型个体占种群内全部个体的比率。
基因频率＝
该基因的总数
全部等位基因的总数
×100%
一、种群和种群基因库
=纯合子频率+1/2杂合子频率
基因型频率=
某基因型个体总数
种群全部个体数
× 100%
某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, 褐色翅的基因为a，调查发现AA、Aa、aa的个体分别有30、60、10个，
AA、Aa、aa的基因型频率是多少？
那么A、a的基因频率是多少？
方法一：概念法
方法二：通过基因型频率计算
方法一：概念法
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%
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%
方法二：通过基因型频率计算
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
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: 10%
a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率
Aa基因型频率为: 60%
Q：繁殖时，新老种群在基因组成上有变化吗？
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，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的，基因A和a都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算填入下表。
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（ ） P表示基因A的频率，q表示基因a的频率
AA%= p2 Aa%= 2pq aa%=q2
(p+q)2=p2+ 2pq + q2 =1
p+q=1
30%
30%
30%
10%
60%
40%
36%
48%
16%
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 60%
a 40%
用数学方法讨论基因频率的变化
想一想，若干代后，种群的基因频率会同子一代一样吗？
36%
48%
40%
16%
60%
36%
48%
40%
16%
60%
36%
48%
40%
16%
60%
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，到再下一代也是如此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就是哈代－温伯格平衡，也叫遗传平衡定律。
假设的种群满足以下五个条件：
①种群足够大；
②雌雄个体间都能自由交配并产生后代；
③没有迁入与迁出；
④AA、Aa、aa三种基因型昆虫的生存能力相同（自然选择对这一相对性状没有作用）
⑤不发生突变。
则种群基因频率在世代繁衍过程中不会发生变化，我们称为遗传平衡。
遗传平衡状态
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=
一、种群和种群基因库
1.已知人眼中的褐色（A）对蓝色(a)是显性。在一个有30000人的人群中，蓝眼人有3600人，褐眼的有26400人，其中纯合体有12000人。那么，在这个人群中A和a基因频率分布为（ ）
A.0.64和0.36 B.0.36和0.64
C.0.50和0.50 D.0.82和0.18
2.在某一种群中，已调查得知，隐性性状者（等位基因用A、a表示） 占16%，那么该性状的AA、Aa基因型个体出现的频率分别为（ ）
A.0.36、0.48 B.0.36、0.24
C.0.16、0.48 D.0.48、0.36
A
A
随堂练习
种群基因频率的变化
02
二、种群基因频率的变化
生物的
变异
不可遗传变异
可遗传变异
基因突变
基因重组
染色体变异
突变
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。
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？
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）
二、种群基因频率的变化
影响种群基因频率变化的因素
2.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。
二、种群基因频率的变化
猫由于基因重组而产生的毛色变异
影响种群基因频率变化的因素
突变
基因重组
新的等位基因
多种多样的基因型
种群中出现大量可遗传的变异
形成了进化的原材料
（不能决定生物进化的方向）
突变和基因重组都是随机的、不定向的
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：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
二、种群基因频率的变化
自然选择对种群基因频率变化的影响
03
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
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。
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： 。
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
长满地衣的树干上的桦尺蛾
黑褐色树干上的桦尺蛾
探究·实践
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%
(1) 根据数据分析，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型？
影响，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.
天敌看到的是桦尺蛾的体色（表型）而不是控制体色的基因，自然选择中直接受选择的是表型。
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究·实践
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。
自然选择使基因频率定向改变，决定生物进化的方向。
变异是不定向的
自然选择
不利变异
不断淘汰
有利变异
积累加强
基因频率定向改变
生物定向进化
导致
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
3．桦尺蛾的体色有黑色、灰色两种，黑色对灰色为显性，分别由D、d基因控制。如图为三个地区内黑色表现型频率以及D基因的频率。下列分析错误的是（ ）
A．在工业区中，环境可通过影响灰色个体
的死亡率而影响灰色个体的数量
B．在非工业区中，表现为黑色的个体中纯合
子所占的比例为1/19
C．若工业区1的污染继续加重，当D基因频率升为100%后即产生新的物种
D．自然选择是导致工业区2桦尺蛾种群基因频率发生变化的主要因素
C
随堂练习
04
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。
四、探究抗生素对细菌的选择作用
实验步骤
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.用无菌涂布器将细菌涂布在
培养基平板上
实验步骤
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
实验步骤
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
实验结果和结论
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。
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
1.为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
因为抑菌圈边缘的菌落接触一定量的抗生素，并能够在这样的环境下生存，说明这些菌落中的细菌具有一定的抗药性。
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？
在本实验条件下是有利的，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。
四、探究抗生素对细菌的选择作用
讨论
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。
体内有各种细菌，有好的益生菌，也有坏的致病细菌。其中橘色的具有抗药性。
抗生素把好的坏的细菌都杀死了，只有那些有抗药性的细菌能存活下来
这下这些有抗药性的细菌可以没有任何竞争压力的繁殖
有抗药性的细菌还可以把导致抗药性的基因通过接合转给别的细菌
4．长期滥用抗生素的病人体内可能会产生具有超级抗药性的细菌，即“超级细菌”, 例如在美国发现的抗药性金黄色葡萄球菌可以抵抗最强力的抗生素，并引发各种感染。下列有关“超级细菌”及其抗药性形成的叙述，正确的是（　　）
A．“超级细菌”通过无丝分裂的方式增殖时，也要进行DNA的复制
B．金黄色葡萄球菌通过基因突变、基因重组或染色体变异产生抗药性
C．滥用的各种抗生素促使金黄色葡萄球菌产生了抗药性变异
D．抗药性的形成的实质是菌群中抗药性基因频率的增加
D
随堂练习
5.随着全球范围内抗生素的广泛和大量使用，抗药细菌不断出现，它可以通过多种途径对抗生素产生抗性，抗生素在不久的将来有可能成为一堆废物。请分析抗生素对细菌抗药性的产生所起的作用(　　)
A．抗生素的不断使用，使细菌逐渐适应而产生抗药性
B．细菌的变异是不定向的，抗生素对细菌进行了定向选择
C．细菌的变异是定向的，抗生素对细菌进行了定向选择
D．抗生素使细菌产生了定向变异
B
随堂练习
课堂小结
生物多样性
自然选择
基因突变
染色体变异
基因重组
突变
种群基因频率定向改变
生物进化
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。
种群基因频率的改变，标志着生物的进化

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