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(共34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
问题探讨
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。因为他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选择下定向改变的过程，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生殖细胞成为一个新物种。
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
×
√
×
×
×
判断下面例子是不是一个种群：
一、种群和种群基因库
1. 种群
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
一定区域
同种生物
全部个体
种群的三个要素
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。
特点：种群是繁殖的基本单位，也生物进化的基本单位。
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。
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
=纯合子频率+1/2杂合子频率
× 100%
基因型频率=
某基因型个体总数
种群全部个体数
× 100%
2. 基因库
3. 基因频率
4. 基因型频率
个体间的差异越大，基因库也就越大。
一、种群和种群基因库
【思考·讨论】用数学方法讨论基因频率的变化
1.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=____________________%
方法一：概念法
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
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。
Q：繁殖时，新老种群在基因组成上有变化吗？
1.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。
XBXb基因型=
XBXb的总数
个体总数
×100%
XB基因频率=
Xb基因频率=
例.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%
72.2%
27.8%
若基因只在X染色体上，而Y染色体没有，那基因频率怎么计算？
基因频率=
某基因的总数
雌性个体数×2 +雄性个体数
× 100%
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。
用数学方法讨论基因频率的变化
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。
遗传平衡定律
如果一个种群符合下列5个条件：
①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没有自然选择
⑤也没有基因突变和染色体变异。
这个种群的基因频率和基因型频率就可以一代代稳定不变，保持平衡状态。
设 A 的基因频率为 p ， 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
自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律
交配方式 基因频率 基因型频率
自交 不改变 改变，且纯合子增多，杂合子减少
自由交配 处于遗传平衡 不改变 不改变
不处于遗传平衡 不改变 改变
现实不是理想状态，因此：种群基因频率会发生改变，生物的进化是必然的
　影响基因频率的因素不只是环境，还有突变、生物的迁移等。
生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。
二、种群基因频率的变化
种群基因频率改变的原因：可遗传变异+自然选择
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。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？（教材P112）
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
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
1、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。
每一代就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。
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
可遗传变异的形成、特点和作用
自然选择
（决定生物进化的方向）
①现象
长满地衣的灰色树干
工业革命前
灰色(ss)桦尺蛾多
黑色
桦尺蛾
浅色桦尺蛾
工业革命后
环境污染的黑色树干
黑色(S_)桦尺蛾多
黑色
桦尺蛾
浅色桦尺蛾
S频率低，s频率高
S频率高，s频率低
自然选择可以使种群的基因频率定向改变
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？
②提出问题
③作出假设
探究：自然选择对种群基因频率变化的影响
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％。
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.
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。
升高
降低
(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？
变异是不定向的
自然选择
不利变异被淘汰，有利变异逐渐积累
种群的基因频率发生定向改变
生物朝一定方向缓慢进化
突变、基因重组
选择是定向的
生物进化的实质
直接选择的是：个体的表型
实质：决定表型的基因
自然选择决定生物进化的方向
探究抗生素对细菌的选择作用
1. 实验原理
2. 目的要求
一定浓度的抗生素会杀死细菌，
变异的细菌可能产生耐药性。
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。
3. 材料用具
培养基、细菌菌株、含抗生素及不含抗生素的纸片等
3. 方法步骤
（1）分组：将培养基分区、标号
（2）接种：将菌种均匀涂布在培养基上。
（3）控制变量：含抗生素 VS 不含抗生素
（4）培养：培养皿倒置， 37 ℃ 培养12h 。
观察大肠杆菌生长情况。
（5）观测：是否出现抑菌圈，测量直径，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，记录每一代抑菌圈的直径
①
②
③
④
结果分析
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。抑菌圈的直径随着培养代数的增加而逐渐缩小;
直径逐代变小，说明抗生素对细菌有选择作用，耐药个体存活率高，不耐药存活率低。
4. 实验结论
（1）细菌耐药性的出现是 导致的。
（2） 导致耐药菌比例逐代提高。
抗生素的选择作用下，保留耐药性强的个体
大肠杆菌存在耐药性不同的变异类型
再次实验，菌落中耐药个体占比增加
可遗传变异
抗生素的选择作用
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”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。
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。
目
录
CONTENTS
隔离在物种形成中的作用
一
二
物种及隔离的相关概念
马
它们是
同一物种吗？
不是
驴
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
一、物种的概念
1、物种
马（2N=64）
驴（2N=62）
1.物种：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
×
骡子（2N=63）
是否
可育？
（不育）
不是同一物种！
你知道骡子为
什么不育吗？
异源二倍体
2、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。
概念：
类型：
1.地理隔离
由于地理阻隔而不能发生基因交流的现象。
2.生殖隔离
无法交配或交配后不能产生可育后代的现象。
2．经过漫长的地理隔离，一定会出现生殖隔离吗？
不一定出现生殖隔离，如果两个种群的生活环境都不发生变化、变化很小或者发生相似的变化，则两个种群的进化方向相同，不会出现生殖隔离。
东北虎
华南虎
1．只要不同种群的基因库产生了明显差异，就一定产生新物种吗？
不一定，不同种群的基因库产生明显差异，不一定出现新物种，只有出现生殖隔离才能形成新物种。
思考讨论
这些地雀的祖先都来自南美大陆的同一种地雀，什么原因导致每个岛上的地雀种类不同呢？
二、隔离在物种形成中的作用
地雀祖先
甲岛地雀
乙岛地雀
丙岛地雀
丁岛地雀
……
甲岛地雀1
乙岛地雀2
丙岛地雀3
丁岛地雀4
……
地理隔离
不同
不同
有差异
生殖隔离
不同物种
阻断基因交流
基因频率向不同方向发生改变
久而久之
形成明显差异
突变和基因重组
自然选择
种群基因库改变
渐变式
隔离是物种形成的必要条件。
出现
结合教材P117“思考·讨论”，回答下列问题：
(1)南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，在不同岛屿上形成不同种群，在自然状态下，这些不同种群之间能进行基因交流吗？为什么？
(2)不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？为什么？
不能。因为存在地理隔离。
不一样。因为突变是随机发生的,具有不定向性。
(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)研究表明，后来即使将不同岛屿上的地雀种群混合饲养，它们之间也不能繁殖，为什么？
不同岛屿的地形和植被条件不一样，因此环境的作用会有差别。这种环境的差别导致种群基因频率朝不同的方向改变。
因为它们之间已存在生殖隔离，已进化为不同的物种。
加拉帕戈斯群岛的地雀是通过长期地理隔离形成新物种，产生生殖隔离的著名实例。
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
自然选择，基因频率发生改变
生殖隔离，新物种形成的标志
物种形成的三个环节
①突变和基因重组产生进化的原材料
②自然选择导致种群基因频率的定向改变
③隔离是物种形成的必要条件
新物种
地理隔离是形成物种的量变阶段，
生殖隔离是形成物种的质变阶段，
隔离是物种形成的标志，也是必要条件。
二、隔离在物种形成中的作用
原物种→地理隔离→自然选择→新物种
模式1
渐变式
如：加拉帕戈斯群岛上13种地雀的形成。
如：普通小麦的形成（自然状态）。
主要通过染色体变异形成新物种，一旦出现，很快形成生殖隔离，多见于植物。
模式2
骤变式
物种形成的两种方式：
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、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

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