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(共63张PPT)
第六章生物的进化
第3节 种群基因组成的变化与物种的形成
教学目标
目标
01
02
03
运用归纳与概括、批判性思维阐释生物进化的原因。（科学探究）
引导人们关注不正确使用抗生素带来的危害，关注人体健康。（社会责任）
认同种群是生物进化的基本单位。
（生命观念）
甲：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：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。
问题探讨
甲：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：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。
问题探讨
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。
aa灰色
A 白色
aa
aa
aa
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，没有哪个个体是长生不死的，个体的表型会随着个体的死亡而消失，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。 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。
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作种群。
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
×
√
×
×
×
一片树林中的全部猕猴是一个种群
一片水田上的所有水稻是一个种群
判断下面例子是不是一个种群：
一定区域
同种生物
全部个体
种群的三个要素
一.种群和种群基因库
判断：
一个菜市场所有的白菜是不是一个种群？
不是！
（2）.种群的特点：
①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。
②种群是物种繁衍、进化的基本单位。
A.定义：一个种群中全部个体所含有的全部基因。
B.大小：种群中基因总数越多，基因库越大，与基因种类无关。
A
A
A
a
a
a
a
a
a
a
A
a
a
A
a
a
某昆虫决定翅色的基因频率
2.种群基因库
二
基因频率=
某基因的总数
该对等位基因的总数
× 100%
注意：等位基因的位置
(1）常染色体或X、Y染色体的同源区段上
(2）X染色体的非同源区段上
基因频率=
某基因的总数
雌性个体数×2 +雄性个体数
× 100%
在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值
3.基因频率
二
例1：某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少？
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%
方法一：概念法：
三
种群的基因频率——相关计算
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
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
三
种群的基因频率——相关计算
例2.某工厂有男女职工各100人，对他们进行调查时发现，女色盲5人，女性携带15人。男性色盲11人，求XB,Xb的频率？
(XB=88% , Xb=12%)
【解析】由于男性个体中的Y染色体上没有与色盲有关的基因，所以应该将Y染色体所占的比例去除。
Xb= ×100% =12%
15 + 5*2 +11
100*2 + 100
方法一：概念法：
三
种群的基因频率——相关计算
思考·讨论
亲代基因型的比值 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
配子的 比值 A( ) A( ) a( ) a( )
F1基因型频率 AA( ) Aa( ) aa( )
F1基因 频率 A( ) a( ) 30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
A=36%+24% a=16%+24%
A=60% a=40%
F2基因型 频率 AA( 36%) Aa(48%) aa(16%)
想一想：后续子代的种群基因频率会同子一代一样吗？
如果一个种群符合下列条件：
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。
一个基因的频率=它的纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率
F2基因 频率 A( ) a( )
60%
40%
A=36%+24% a=16%+24%
如果符合这5个，这个种群的基因频率（包括基因型）就可以一代代稳定不变，保持平衡。
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 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
由遗传平衡定律可知，一个种群符合遗传平衡的五个条件时，从F1开始往后，基因频率和基因型频率都不变；若将其中的自由交配改成连续自交，那后代的基因频率和基因型频率依然不变吗？假设该起始群体全部为Aa，推测连续自交和连续自由交配形成的后代中，基因频率和基因型频率的变化趋势
亲代 子一代 子二代 子三代
自交基因型频率 AA 0
Aa 100%
aa 0
自由交配基因型频率 AA 0
Aa 100%
aa 0
自交基因频率 A 50%
a 50%
自由交配基因频率 A 50%
a 50%
25%
50%
25%
25%
50%
25%
50%
50%
50%
50%
37.5%
25%
37.5%
25%
50%
25%
50%
50%
50%
50%
43.75%
12.5%
43.75%
25%
50%
25%
50%
50%
50%
50%
①连续自交的时候，基因频率不变，基因型频率改变（杂合子为1/2n，纯合子越来越多）
②连续自由交配的时候，从F1开始基因频率和基因型频率都不变。（亲代的基因型频率可能不同，基因频率与后代相同。基因频率代代相同（包括亲本) 。
遗传平衡：种群基因频率和基因型频率不发生变化
Ⅰ.种群数量足够大
Ⅱ.自由交配
Ⅲ.没有迁入与迁出
Ⅳ.没有自然选择
Ⅴ.没有发生突变
Ⅰ.种群数量比较小（出现遗传漂变）
Ⅱ.不能自由交配
Ⅲ.迁入与迁出（出现基因流）
Ⅳ.自然选择
Ⅴ.发生突变
遗传平衡
X
注意：遗传平衡所指的种群是理想条件下的种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这也从反面说明，自然界中种群的基因频率一定会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。
影响种群基因组成变化的因素
二.种群基因频率的变化
可遗传变异提供了生物进化的原材料。其来源分为突变和基因重组。
1.
可遗传变异：
可遗传变异的来源
突变
基因重组
基因突变
染色体变异
普通个体
变异个体
进化的原材料
某种自然选择
自然选择之后的个体
基因突变产生新的等位基因，这就可能使种群的基因频率发生变化
二.种群基因频率的变化
【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？（教材P112）
影响种群基因频率变化的因素
2 × 104 × 10-5
个体
× 108
种群
= 2 × 107
①突变 ：虽然基因突变频率很低，但放到种群中每一代都会有可观的变异量，虽然大多数都是有害的，但是总会出现一些更适应环境的变异，在自然选择过程中被保留下来并逐代积累。
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
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
二.种群基因频率的变化
【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
一般长颈鹿
长腿长颈鹿
（突变）
长脖子长颈鹿
（突变）
基因重组
长脖子长腿
二.种群基因频率的变化
突变和基因重组为生物进化提供原材料
自然选择
二.种群基因频率的变化
自然选择
适者生存，
不适者被淘汰
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
自然选择
（决定生物进化的方向）
三.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
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
桦尺蠖种群中的S基因为什么越来越高？
②提出问题
③作出假设
三.自然选择对种群基因频率变化的影响
探究·实践---探究自然选择对种群基因频率变化的影响
假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS10%,Ss 20%,ss 70%,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，使得种群中浅色个体每年减少10%,黑色个体每年增加10%。第2~10年间，该种群每年的基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？（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%
70.7%
26%
29.2%
14.7%
56.1%
60.9%
26.1%
73.9%
29.3%
13.1%
升高
降低
④创设情境示例
三.自然选择对种群基因频率变化的影响
讨论1.树干变黑会影响桦尺蠖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？
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，许多个体可能没有交配、产卵前就被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率。
表现型，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蠖时，看到的是桦尺蠖的体色而不是控制体色的基因。
自然选择使基因频率定向改变。
结论：自然选择决定生物进化的方向
⑤问题
三.自然选择对种群基因频率变化的影响
种群基因频率发生定向改变
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：种群基因频率的改变。
（不定向）
（定向）
在自然选择的作用下，有利变异的基因频率不断增大，有害变异的基因频率逐渐减小。
三. 自然选择对种群基因频率变化的影响
小结
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
多次选择和积累，通过遗传
自然选择
进化的实质：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
决定生物进化的方向
生物进化的实质：
种群基因频率的改变
【注意：不是基因型频率】
三.自然选择对种群基因频率变化的影响
四
探究抗生素对细菌的选择作用
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
实验步骤
2.将细菌涂布在培养基平板上
四
探究抗生素对细菌的选择作用
实验过程：
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
四
探究抗生素对细菌的选择作用
实验过程：
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
实验步骤
四
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
组别
实验结果和结论：
四
探究抗生素对细菌的选择作用
①你的数据结果是否支持“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。
②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，耐药菌所产生的变异对于细菌本身是有利的，有利于生物在特定环境中生存和繁殖。
③滥用抗生素有什么后果？
促进耐药菌的产生。
四
探究抗生素对细菌的选择作用
结果分析
思考4：滥用抗生素的现象十分普遍。你认为这些做法会有什么后果？
四.探究抗生素对细菌的选择作用
课堂小结
生物进化的基本单位
生物进化的原材料
决定生物进化的方向
生物进化的实质
种群
突变和基因重组
自然选择
种群基因频率的定向改变
4
练习与应用
.
1.1 概念检测
1. 从基因水平看，生物进化的过程就是种群基因频率发生定向改变的过程。判断下列相关表述是否正确。
（1）某地区红绿色盲患者在男性中约占8%，在女性中约占0.64%，由此可知，红绿色盲基因Xb的基因频率约为8%。（ ）
（2）基因频率变化是由基因突变和基因重组引起的，不受环境的影响。（ ）
（3）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。（ ）



.
2.种群是物种在自然界的存在形式，也是一个繁殖单位。下列生物群体中属于种群的是（ ）
A.一个湖泊中的全部鱼
B.一片森林中的全部蛇
C.一间屋中的全部蟑螂
D.卧龙自然保护区中的全部大熊猫
D
1.1 概念检测
蟑螂属昆虫纲蜚蠊目的统称
.
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%
C
1.1 概念检测
.
4.一种果蝇的突变体在21℃的气温下，生存能力很差，但是，当气温上升到25℃时，突变体的生存能力大大提高。这说明（ ）
A.突变是不定向的
B.突变是随机发生的
C.突变的有害或有利取决于环境条件
D.环境条件的变化对突变体都是有害的
C
1.1 概念检测
1.2 拓展应用
1. 举出人为因素导致种群基因频率定向改变的实例。
如选择育种和杂交育种
2. 如果将一个濒临灭绝的生物种群释放到一个新的环境中，那里有充足的食物，没有天敌，这个种群将发生怎样的变化？请根据所学知识作出预测。
如果气候条件等其他条件也合适，并且这个种群具有一定的繁殖能力，该种群的个体总数会迅速增加。否则，也可能仍然处于濒危状态甚至灭绝。
1.2 拓展应用
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。
1.2 拓展应用
（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。
1.2 拓展应用
（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。
隔离在物种形成中的作用
贰
不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。
一
物种的概念和生殖隔离
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。
2.生殖隔离：
合作探究二：请小组合作讨论以下生物是否是同一物种？
骡是不育的
（2）狮子和老虎是一个物种吗？
是两个物种，虎狮兽是不育的，所以虎和狮是两个物种
一
物种的概念和生殖隔离
（3）全世界的人都是一个物种吗？
是，无论白人黑人黄种人结婚，都能产生具有生殖能力的后代。
杂交
二倍体
四倍体
三倍体
一
物种的概念和生殖隔离
（4）二倍体西瓜和四倍体西瓜是不是一个物种？
不是，因为后代三倍体西瓜不可育，存在生殖隔离。
（5）三倍体西瓜是一个新物种吗？
不是。因为同一物种的雌雄个体间要能够相互交配并产生可育后代，而三倍体是不可育的，因此三倍体西瓜不是一个新物种。
合作探究三：新物种是如何形成的呢？需要具备哪些条件？
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。包括生殖隔离和地理隔离。
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。
虎
狮虎兽
狮
二
隔离及其在物种形成中的作用
1.隔离：
①生殖隔离
②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。
东北虎
华南虎
二
隔离及其在物种形成中的作用
合作探究三：地理隔离和生殖隔离之间有什么联系呢？
假象
在一个山谷中，生活着一个鼠种群。雌鼠和雄鼠之间可以自由交配，繁衍后代。后来一条大河出现。
思考并回答如下问题：
（1）当这群鼠被大河分开后它们是一个种群还是两个种群呢？
（2）如果大河很快干涸，两群老鼠还能交配吗？
两个种群。
可以。
二
隔离及其在物种形成中的作用
假象
（3）若是几千年后，大河才干涸，两群各自都发生了变化的老鼠会合在一起时，还能发生交配吗？这说明什么？
（4）是什么原因造成同一物种分化成不同类型的新种？
不能，因为产生了生殖隔离。说明地理隔离可能导致生殖隔离。
隔离使同种但不同种群间的个体，在自然条件下不能发生基因交流。
在一个山谷中，生活着一个鼠种群。雌鼠和雄鼠之间可以自由交配，繁衍后代。后来一条大河出现。
思考并回答如下问题：
二
隔离及其在物种形成中的作用
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。
思考·讨论
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
二
隔离及其在物种形成中的作用
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？
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，导致种群基因频率朝不同的方向改变。
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。
1．设想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。这两个初始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的多，基因频率可能不一样。
思考·讨论
二
隔离及其在物种形成中的作用
地理隔离
阻断基因交流
基因频率向不同方向发生改变
种群的 出现差异
差异进一步加大
生殖隔离
新物种形成
标 志
总结：加拉帕戈斯群岛的地雀的形成方式
在突变、基因重组和自然选择下
基因库
是物种形成的标志。
物种形成的三个基本环节:
（1） 提供原材料
（2） 使基因频率定向改变
（3） 是物种形成的必要条件
突变和基因重组
自然选择
隔离
生殖隔离
二
物种形成的比较常见的方式：
新物种的形成是生物与环境相互影响相互作用的结果。
① 渐变式（绝大多数）
自然选择2
自然选择1
地理隔离
原种
变异1
变异2
基因频率的定向改变
变异类型1
变异类型2
新物种
新物种
生殖 隔离
不同种群
二
隔离及其在物种形成中的作用
合作探究四：新物种的形成是否必须经过地理隔离？
②物种形成的方式：爆发式
二倍体
四倍体
不需要地理隔离就在很短的时间内出现生殖隔离，从而形成新的物种。主要是通过异源多倍体的染色体变异等方式形成新物种，一出现可以很快形成生殖隔离。
物种A
杂种植物
异源多倍体
杂交
染色体
加倍
物种B
短时间内即可形成，如自然界中多倍体的形成。
二
隔离及其在物种形成中的作用

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