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问题探讨
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？
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。
问题探讨
　　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，在自然界中，没有哪一个个体是长生不死的，个体的基因型也会随着个体的死亡而消失，但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。
因此，研究生物的进化仅仅研究个体的表现型是否与环境适应是不够的，还需要研究群体的基因组成变化。
第3节 种群基因组成的变化与物种的形成
种群基因组成的变化
举例
1. 种群的概念：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。
一片树林中的全部猕猴
一片草地上的所有蒲公英
一、种群和种群基因库
2. 种群的特点：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。种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。
种群是生物进化的基本单位，
也是繁殖的基本单位。
一、种群和种群基因库
①一个池塘中的全部鱼
②一个池塘中的全部鲤鱼
③一片草地上的全部植物
④一片草地上的成年梅花鹿
⑤一个菜市场中的全部鲤鱼
判断下面例子是不是一个种群：
一、种群和种群基因库
一、种群和种群基因库
3.种群的基因库：
4.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=
某基因的总数
控制该性状的等位基因的总数
×
100%
5.基因型频率：
基因型频率=
该基因型个体数
该种群个体总数
×100%
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。
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
基因型频率的计算
例1：在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，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。
基因型频率=
该基因型个体数
该种群个体总数
×100%
AA基因型频率=
30
100
= 30%
Aa基因型频率=
60
100
= 60%
aa基因型频率=
10
100
= 10%
例1：在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，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。
基因频率的计算
1.100个体数的全部等位基因总数为_______
200
2.A基因为_______________个，a基因为_____________ 个
2×30+60=120
2×10+60=80
A频率=
120
200
= 60%
a频率=
80
200
= 40%
基因频率=
某基因的总数
控制该性状的等位基因的总数
×
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。色盲基因频率为多少？
基因频率=
某基因的总数
控制该性状的等位基因的总数
×
100%
b基因频率= ×100%
Xb =
1×2+3+4
100×2+100
×100% =
3%
某基因频率=纯合子频率+1/2杂合子频率
A频率=AA% + 1/2Aa%
a频率= aa% + 1/2 Aa%
3．某一瓢虫种群中有黑色和红色两种体色的个体，这一性状由一对等位基因控制，黑色(B)对红色(b)为显性。如果基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%，基因型为bb的个体占4%。基因B和b的频率分别为（ ）
A．18%、82% B．36%、64% C．57%、43% D．92%、8%
P114
思考·讨论：用数学方法讨论基因频率的改变
1.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都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算。
(1)该种群产生的A配子和a配子的比值各是多少？
(2)子代基因型的频率各是多少？
(3)子代种群的基因频率各是多少？
(4)将计算结果填入下表：
亲代基因型比值 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( ) 30%
30%
30%
36%
48%
60%
40%
10%
16%
(4)将计算结果填入下表，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？
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%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
16%
48%
60%
60%
40%
40%
36%
48%
16%
在满足上述5个前提条件下：
各代基因频率相同。基因型频率从子一代开始保持不变。
当种群满足上述五个条件时，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。
设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1，那么
(p+q)2 = p2 + 2pq + q2 ＝ 1
AA=p2 Aa=2pq aa=q2
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？你能举出哪些实例？
对自然界的种群来说，这5个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。
3.如果该种群出现新的突变型（基因型为A2a或A2A2），也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率会发生变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？
突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A2的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有益还是有害的，这取决于生物生存的环境。
思考·讨论：用数学方法讨论基因频率的改变
二、种群基因频率的变化
达尔文明确指出，可遗传的变异为生物进化提供了原材料。
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
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
1. 突变
在自然情况下，自发突变的频率是很低的，且多数是有害的，为什么还能作为生物进化的原材料呢？
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？
种群
= 2.6 ×107（个）
个体
× 10-5
2×1.3× 104
× 108
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
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
例如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（基因突变和染色体变异）和基因重组产生进化的原材料。
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
提供生物进化的原材料
突变和重组都是随机的、不定向的，不能决定生物进化的方向。
那么，种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？
探究.实践: 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，白天栖息在树干上。杂交实验表明，桦尺蛾黑色(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。
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。
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？
做出假设：
根据所学知识做出假设：______________________________________________
讨论探究思路：
创设数字化情境：1870年，桦尺蛾种群基因型频率为SS 10%，Ss 20%，ss 70%。假定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%。
探究.实践: 探究自然选择对种群基因频率变化的影响
制定并实施研究方案：
创设数字化问题情境。
计算，将计算结果填入下表：
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%
探究.实践: 探究自然选择对种群基因频率变化的影响
假设桦尺蛾种群个体总数为100个。
SS基因型频率=11/96=11.5%
Ss基因型频率=22/96=22.9%
ss基因型频率=63/96=65.6%
个体总数96个
SS=10个
Ss=20个
Ss=70个
第一年
SS= 10×1.1=11个
Ss= 20×1.1=22个
ss= 70×0.9=63个
第二年
S频率=11.5%+1/2×22.9%=23%
s频率=65.6%+1/2×22.9%=77%
频率 第1年 第2年 第3年 第4年 ……
基因型频率 SS 10% 11.5% 13.1% 14.7%
Ss 20% 22.9% 26% 29.2%
ss 70% 65.6% 60.9% 56.1%
基因 频率 S 20% 23% 26.1% 29.3%
s 80% 77% 73.9% 70.7%
升高
降低
探究.实践: 探究自然选择对种群基因频率变化的影响
结果与结论
黑褐色环境，不利于浅色桦尺蛾的生存，有利于黑色桦尺蛾的生存，环境的选择作用使s基因频率越来越低，S基因的频率越来越高。
探究.实践: 探究自然选择对种群基因频率变化的影响
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
讨论：
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(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。
树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率，这是因为树干变黑后，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。
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
不利变异被淘汰，有利变异逐渐积累
变异
自然选择
生物朝一定方向缓慢进化
生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。
种群基因频
率发生定向改变
（不定向）
总结
生物进化的基本单位
生物进化的实质
生物进化的原材料
决定生物进化的方向
种群
基因频率的改变
突变和基因重组
自然选择
探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用
1.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。
2.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。
3.材料用具：
经高温灭菌的牛肉膏蛋白胨液体培养基及固体培养基平板，细菌菌株(如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等)，含有抗生素(如青霉素、卡那霉素等)的圆形滤纸片(以下简称”抗生素纸片”)，不含抗生素的纸片，镊子，涂布器，无菌棉签，酒精灯，记号笔，直尺等。
4.方法步骤：
1.用记号笔在培养皿底部画线，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号区域中央放置不含抗生素纸片和②③④号区域中央分别放置含有抗生素纸片
4.将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h
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
5.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。
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
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. 你的数据是否支持“耐药菌是普遍”存在的”这一说法 说说你的理由。
支持。因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。
3.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
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。
4.你认为你的数据和结论是有效的吗 (提示:将你的数据和结论与其他同学的进行比较。)
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监测机制，说明党和政府关注民生。医疗机构及时通报预警信息，有利于全国齐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。
5.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。
在抗生素的定向选择下，种群的基因频率发生了定向的改变。
探究.实践: 探究抗生素对细菌的选择作用
使用抗生素前
使用抗生素
滥用抗生素的后果
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
老 虎
狮 子
思考：狮子和老虎是同一个物种吗？什么是物种？怎样判断它们是否为同一物种呢？
一、物种的概念
自主学习一
任务：阅读教材第116页，完成下列问题
时间：5分钟
问题：
1.什么叫物种？
2.怎样判断两个种群是否属于同一物种？
3.什么叫隔离？
4.什么叫生殖隔离和地理隔离？
5.地理隔离和生殖隔离有何异同？
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
马
驴
骡子
×
2n=64
2n=62
63条染色体
(不可育)
二、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。
求偶方式不同
繁殖期不同
开花季节不同
花的形态不同
植物
动物
思考：狮和虎交配生出狮虎兽、马和驴交配生出骡，狮虎兽和骡是一个新物种吗？
项目 种群 物种
范围
判断标准
联系 由分布在不同区域内的同种生物的许多种群组成
一定区域内的同种生物的所有个体
种群必须具备“三同”，即同一时间、同一地点、同一物种
主要是具有一定的形态结构、生理功能和在自然条件下能自由交配并且产生可育后代(无生殖隔离)
(1)一个物种可以包括许多种群；
(2)同一个物种的多个种群之间存在着地理隔离，长期发展下去可成为不同的亚种，进而可能形成多个新物种
　物种和种群的比较
经过漫长的地理隔离，可能就会出现生殖隔离。
三、隔离在物种形成中的作用
自主学习二
任务：阅读教材第117-118页，完成下列问题
时间：8分钟
问题：
1. 完成隔离在物种形成中的作用的“思考·讨论”？
2.构建经过长期的地理隔离而达成生殖隔离,形成新物种的模型？
3.物种形成的三个环节是分别什么？
三、隔离在物种形成中的作用
三、隔离在物种形成中的作用
加拉帕戈斯群岛是太平洋中靠近南美洲的一群火山岛，达尔文在环球考察时曾从这里发现有13种地雀，它们喙的差别很大，不同种之间存在生殖隔离。达尔文推测这些地雀最初来自南美大陆，以后在各个岛屿上形成了不同的种群。
加拉帕戈斯群岛地雀喙的演变
地理隔离和生殖隔离存在什么样的联系呢？
是什么原因导致每个岛上的地雀种类不同呢？
三、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
三、隔离在物种形成中的作用
教材P117“思考·讨论”，回答下列问题：
(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？
(2)不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？为什么？
两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能不一样。
不一样。突变随机发生,具有不定向性。
三、隔离在物种形成中的作用
(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？
不同岛屿的地形和植被条件不一样，这种环境的差别导致种群基因频率朝不同的方向改变。
不会。个体间有基因的交流。
新物种形成过程:
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
新物种
（1）形成新物种的标志是：
（2）产生生殖隔离的根本原因是：
（3）地理隔离一定导致新物种产生？
生殖隔离
种群基因库间形成明显的差异
（4）新物种的产生一定要经过地理隔离？
（5）物种形成的必要条件是：
不一定
隔离
（6）隔离的作用是：
阻碍基因交流
三、隔离在物种形成中的作用
●突变和基因重组产生进化的原材料
归纳：物种形成的三个环节。
●自然选择定向改变种群的基因频率
●隔离是物种形成的必要条件
新物种形成过程:
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
新物种
三、隔离在物种形成中的作用
1．新物种的产生一定经过地理隔离才产生生殖隔离吗？
【思考讨论】
骤变式
议一议：二倍体、三倍体、四倍体西瓜哪一个是新物种？哪一个不是物种？
四倍体西瓜是新物种
三倍体西瓜不属于物种
2．生物进化了一定能产生新物种吗？
【思考讨论】
　 不一定，必须出现生殖隔离。如，桦尺蛾种群的S基因频率
越来越高，生物进化了，但黑色和浅色桦尺蛾还是一个物种。
物种形成的三大模式
课堂小结
物种
概念
自然状态下相互交配
产生可育后代
概念
不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流
类型
地理隔离
生殖隔离
隔离
必要条件
形成
形成标志
同种生物由于地理障碍，不能发生基因交流
概念
不同物种间一般不能相互交配，即使交配成功也不能产生可育后代
概念

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