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(共48张PPT)
6.3 种群基因组成的变化与物种的形成
第六章 生物的进化
教学目标：
本节聚焦
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？
自然选择与种群基因频率的变化有什么关系？
6.1.1 种群基因组成的变化
第六章 生物的进化
一、种群和种群基因库
1.种群： 。
2.特点：
① ；
② ；
③ 。
一片树林中的全部猕猴
一片草地上的所有蒲公英
一个池塘中所有的鱼
生活在一定区域内的同种生物全部个体的集合
种群中的个体不是简单机械地集合在一起
种群是生物繁殖和进化基本的单位
雌雄个体可通过繁殖将各自的基因遗传给后代
√
√
×
一、种群和种群基因库
3.基因库： 。
4.基因频率： 。
基因频率=
5.基因型频率： 。
基因型频率=
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值
某基因的总数
控制同种性状的等位基因的总数
× 100%
在一个种群中，某基因型个体占种群内全部个体的比率
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
【典例1】利用公式计算
某桦尺蠖种群中，黑色翅的基因为A，浅色翅的基因位a，抽样调查100个个体，测得基因型为AA、Aa、aa的个体分别为30、60、10个、问A、a的基因频率以及 AA、 Aa、 aa的基因型频率是多少？
基因频率=
某基因的总数
性状的等位基因总数
× 100%
P(A)=30×2+60/100×2=60%
P(a)=60+10×2/100×2=40%
基因型频率=
某基因型个体总数
种群全部个体数
× 100%
P(AA)=30/100=30%
P(Aa)=60/100=60%
P(aa)=10/100=10%
一、种群和种群基因库
【练习】在某种群中，AA的个体有44个，Aa有20个，aa有36个，问A、a的基因频率以及 AA、 Aa、 aa的基因型频率是多少？
【变式2】已知基因型频率计算基因频率
AA、Aa、aa的个体分别占24%、72%、4%、A、a的基因频率是多少？
P(A)=44×2+20/100×2=54%
P(a)=20+36×2/100×2=46%
P(AA)=44/100=44%
P(Aa)=20/100=20%
P(aa)=36/100=36%
P(A)=24%+72%÷2=60%
P(a)=72%÷2+4%=40%
一、种群和种群基因库
【变式3】X染色体上基因频率的计算（Y染色体上没有等位基因）
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？
【练习】对某校学生进行血友病遗传病调查研究后发现：100名女生中有患者3人、携带者15人；100名男生中有患者6人，那么该群体中血友病基因的频率是？
P(a)=1×2+3+4/100×2+100=3%
P(a)=3×2+15+6/100×2+100=9%
一、种群和种群基因库
【用数学方法讨论基因频率的变化】
假设：某昆虫种群中，黑色翅的基因为A，浅色翅的基因位a，抽样调查100个个体，测得基因型为AA、Aa、aa的个体分别为30、60、10个
①昆虫种群非常大②所有的雌雄个体都能自由交配并产生后代
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不发生突变。根据孟德尔的分离定律计算：
（1）该种群基因型频率和产生A配子和a配子的比值各是多少？
P(AA)=30/100=30%
P(Aa)=60/100=60%
P(aa)=10/100=10%
P(A)=30×2+60/100×2=60%
P(a)=60+10×2/100×2=40%
【用数学方法讨论基因频率的变化】
（2）F1种群的基因频率和基因型频率各是多少？
F1中P（AA）= P（Aa）= P（aa）=
F1中P（A）= P（a）=
一、种群和种群基因库
配子
♀
♂
60%A 40%a
60%A
40%a
36%AA
24%Aa
24%Aa
16%aa
36%
48%
16%
60%
40%
【用数学方法讨论基因频率的变化】
（3）F2和F3以及若干代基因频率和基因型频率各是多少？
【理想条件】
① ；
② ；
③ ；
④ ；
⑤ 。
一、种群和种群基因库
各代基因频率相同。基因型频率从F1开始保持不变。
种群足够大
所有雌雄个体都能自由交配并产生后代
没有迁入和迁出
没有自然选择
没有突变（基因突变和染色体变异）
一、种群和种群基因库
【遗传平衡定律】（哈代 — 温伯格定律）
假设P(A)=m P(a)=n 则P(A)+P(a)=
P（AA）= P（Aa）= P（aa）=
P（A）= P（a）=
m+n=1
配子
♀
♂
m A n a
m A
n a
m2AA
mnAa
mnAa
n2aa
m2
2mn
n2
【用数学方法讨论基因频率的变化】
（4）上述5个条件在自然界都能实现吗？举例说明。
【探究自然选择对种群基因频率变化的影响】
英国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，桦尺蛾的体色受一对等位基因S和s控制，黑色（S）对浅色(s）为显性。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。
一、种群和种群基因库
不是都能实现。
不孕不育个体
鸟类迁徙
自发基因突变
自然选择
【探究自然选择对种群基因频率变化的影响】
一、种群和种群基因库
19世纪中叶长满地衣的树干上的桦尺蛾
20世纪黑色树干上的桦尺蛾
【探究自然选择对种群基因频率变化的影响】
1.桦尺蛾黑化的原因是什么？
2.自然选择直接作用的是生物的个体，还是群体？
3.自然选择直接选择的是基因型还是表型？为什么？
4.研究进化，仅研究个体和表型是否就可以？为什么？
一、种群和种群基因库
环境变化导致自然选择也发生变化。
个体。
表现型，天敌只能看到表现型。
不可以，个体死亡，表型消失，但基因可以随着生殖延续。
【探究自然选择对种群基因频率变化的影响】
假设：桦尺蛾种群的基因型频率SS10%，Ss20%，ss70%，则P(S)= ，P(s)= 。
在树干变黑的环境条件下，不利于浅色桦尺蛾的生存，使浅色个体每年减少10%，黑色每年增加10%。第2-10年间，该种群每年基因型、基因频率各是多少？
一、种群和种群基因库
20%
80%
年份 第1年 第2年 第3年 第4年 ……
基因型频率 SS 10%
Ss 20%
ss 70%
基因 频率 S 20%
s 80%
一、种群和种群基因库
【探究自然选择对种群基因频率变化的影响】
假设：浅色个体每年减少10%，黑色每年增加10%。
年份 第1年 第2年
基因型频率 SS 10%
Ss 20%
ss 70%
基因 频率 S 20%
s 80%
1.第二年的桦尺蛾数目与第一年相同吗？
2.怎么计算第二年的基因型概率呢？
不相同。
黑色个体=30%×110%
浅色个体=70%×90%
总体=33%×63%=96%
P(SS)=(10%×110%)/96%=11.5%
11.5%
22.9%
65.6%
23%
77%
【探究自然选择对种群基因频率变化的影响】
假设：浅色个体每年减少10%，黑色每年增加10%。
结论：P(S)在逐年 ，P(s)逐年 ，种群的基因频率 ，导致生物朝着一定的方向进化。
年份 第2年 第3年 第4年 ...
基因型频率 SS 11.5%
Ss 22.9%
ss 65.6%
基因 频率 S 23%
s 77%
一、种群和种群基因库
13.1%
26.0%
60.9%
26.1%
73.9%
14.7%
29.2%
56.1%
29.3%
70.7%
升高
降低
定向改变
【探究其他条件对种群基因频率变化的影响】
假设：一个桦尺蛾种群中, 基因型为SS/Ss/ss各有100、200、700个，即S和s的基因频率分别是20%和80%，若该种群发生以下4种情况，则种群中S和s基因频率分别为多少
①情况1:所有SS个体失去求偶和交配能力，且随机交配一代。
②情况2：有10个SS个体突变为Ss，(s代表不同的隐性突变基因）。
③情况3:从外地迁入了100只基因型为ss的桦尺蛾。
④情况4:由于工业污染使树皮变成了黑色，致使浅色桦尺蛾中有 20%被捕食，而黑色桦尺蛾中仅有1%被捕食。
一、种群和种群基因库
【探究其他条件对种群基因频率变化的影响】
假设：一个桦尺蛾种群中, 基因型为SS/Ss/ss各有100、200、700个，即S和s的基因频率分别是20%和80%，若该种群发生以下4种情况，则种群中S和s基因频率分别为多少
①情况1:所有SS个体失去求偶和交配能力，且随机交配一代。
②情况2：有10个SS个体突变为Ss，(s代表不同的隐性突变基因）。
一、种群和种群基因库
P(S)=200/1800=11.11%
P(a)=（200+1400）/1800=88.89%
SS 90 Ss210 ss700
P(S)=（180+210）/2000=19.5%
P(s)=（1400+210）/2000=80.5%
【探究其他条件对种群基因频率变化的影响】
假设：一个桦尺蛾种群中, 基因型为SS/Ss/ss各有100、200、700个，即S和s的基因频率分别是20%和80%，若该种群发生以下4种情况，则种群中S和s基因频率分别为多少
③情况3:从外地迁入了100只基因型为ss的桦尺蛾。
④情况4:由于工业污染使树皮变成了黑色，致使浅色桦尺蛾中有 20%被捕食，而黑色桦尺蛾中仅有1%被捕食。
一、种群和种群基因库
SS 100 Ss200 ss800
P(S)=（200+200）/2200=18.18%
P(s)=（200+1600）/2200=81.82%
SS 99 Ss198 ss560
P(S)=（198+198）/1714=23.1%
P(s)=（198+1120）/1714=76.9%
【用数学方法讨论基因频率的变化】
（5）如果该种群出现新的突变型，也就是新的等位基因，种群的基因频率会发生变化吗？新的等位基因的频率会发生怎样变化？
自然界中，基因突变的频率很低，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，对一个中等大小的果蝇种群（约有108个个体）来说，每一代出现的基因突变数将是：
一、种群和种群基因库
会发生变化。
新的等位基因的频率可能升高/降低/不变。
2×1.3×104
×10-5
×108
=2.6×107
一、种群和种群基因库
小结：
生物进化的实质： 。
生物进化的材料： 、 、 。
其中 和 统称为突变。
进化的方向： 。
种群基因频率的改变
基因突变
基因重组
染色体变异
基因突变
染色体变异
由自然选择决定
1.下列属于种群的是（ ）
A.一块水田里的全部水稻 、水草 B.一块稻田里的全部幼蚜、有翅、无翅的成蚜
C.一块朽木上的全部真菌 D.一个池塘中全部鱼
2.下列关于种群的说法不正确的是 （ ）
A.同一种群的个体可以自由交配 B.种群是生物繁殖的基本单位
C.中国大陆上所有老虎是一个种群 D. 种群是生物进化的基本单位
3.生物进化的基本单位（ ）
A. 个体 B. 基因 C. 种群 D. 群体
练习与应用
B
C
C
4.下列关于基因库的叙述正确的是 ( )
A.一个种群中一个个体所含有的全部基因叫做这个种群的基因库
B.一个种群中全部个体所含有的显性基因叫做这个种群的基因库
C.一个种群中全部个体所含有的全部基因叫做这个种群的基因库
D.一个种群的基因库会随着种群中一代一代的死亡而消减和灭亡
5.下列关于种群基因频率的叙述，错误的是( )
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
练习与应用
C
B
5.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%
6.在某一处于平衡状态种群中，已调查得知，隐性性状者（等位基因用A、a表示） 占36%，那么该性状的AA、Aa基因型个体出现的频率分别为（ ）
A.36%、48% B.36%、24% C.16%、48% D.48%、36%
练习与应用
C
C
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 ，但变异的细菌可能产生 。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加 ，耐药菌有可能存活下来。
2.实验目的：
通过观察细菌在 的培养基上的 ，探究抗生素对细菌的 。
杀死细菌
耐药性
抗生素
含有抗生素
生长状况
选择作用
探究抗生素对细菌的选择作用
3.实验材料：
经高温灭菌的牛肉膏蛋白胨液体培养基及固体培养基
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
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。
探究抗生素对细菌的选择作用
4.实验步骤：
①分区编号:用记号笔在培养皿的底部画2条垂直的直线，将培养基分为四个区，标号1-4。
②涂布平板:用灭过菌的涂布器将细菌培养液均匀地涂布在平板上。
③实验处理:1号区域中央放置不含抗生素的纸片，2-4号区域中央分别放置一张抗生素纸片，盖上皿盖。
④恒温培养:将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。
探究抗生素对细菌的选择作用
4.实验步骤：
⑤观察记录：观察培养基上细菌的生长状况，若有抑菌圈测量其直径,并取平均值。
⑥重复培养：从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌放入液体培养基中培养，重复②-⑤步骤，重复几代。
记录每一代出现抑菌圈的直径。
探究抗生素对细菌的选择作用
区域 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
抑制
越来越弱
探究抗生素对细菌的选择作用
思考：
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？
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？
抑菌圈边缘抗生素浓度较低，可能存在具有耐药性的细菌。
对细菌来说，抗药的变异利于其在特定环境中生存和繁殖，属于有利变异。
对人来说，滥用抗生素会导致细菌抗药的变异不断积累，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
小结：
①细菌抗药性变异的来源属于 。
②尽管在细菌菌群中天然存在抗药性基因，但是使用抗生素仍可治疗由细菌引起的感染，原因在于菌群中 。
③细菌耐药性的形成是抗生素对细菌进行 的结果，其实质是 。
注意：
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。
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。
基因突变
有抗药性的个体占极少数
定向选择
菌群中抗药性基因频率增加
7.右图表示长期使用一种农药后，害虫种群密度的变化情况。下列有关叙述中不正确的是（ ）
A.A→B的变化是通过生存斗争实现 B.B→C是逐代积累加强的结果
C.A点种群中存在很多变异类型，这是选择的原始材料
D.农药的使用诱发了害虫抗药性基因的产生
8.抗虫作物对害虫的生存产生压力，会使害虫种群抗性基因频率迅速提高，导致作物的抗虫效果逐渐减弱。为使转基因抗虫棉保持抗虫效果，农业生产上会采取一系列措施。以下措施不能实现上述目标（ ）
A．在转基因抗虫棉种子中混入少量常规种子 B．大面积种植转基因抗虫棉，并施用杀虫剂
C．转基因抗虫棉与小面积的常规棉间隔种植 D．转基因抗虫棉大田周围设置常规棉隔离带
9.超级细菌是指对多数抗生素具有耐药性的细菌，它能让抗生素失效，造成人体严重感染。下列关于超级细菌的叙述，不符合达尔文进化观点的是（ ）
A．超级细菌对多数抗生素具有耐药性，是抗生素不断选择的结果
B．细菌中原来就存在对抗生素具有耐药性的个体
C．抗生素的选择和细菌的变异都是定向的 D．新品种抗生素的使用会影响超级细菌的进化
练习与应用
D
B
C
6.1.2 隔离在物种形成中的作用
第六章 生物的进化
一、物种的概念
马（2n=64）
驴（2n=62）
骡？
1.物种：能够在 下互相交配，并且产生 的一群生物，物种简称“种”。
2.与种群的关系： 。
自然状态
可育后代
物种包含种群，同一物种可以分布在不同区域，由多个种群构成
二、隔离及其在物种形成中的作用
1.隔离： 。
2.分类：
① 隔离： ；
② 隔离： 。
地理隔离导致产生两个鼠种群的示意图
不同种群间的个体，在自然界条件下基因不能自由交流的现象
地理
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。
生殖
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。
二、隔离及其在物种形成中的作用
地理隔离导致产生两个鼠种群的示意图
3.地理隔离与生殖隔离之间的关系： 。
4.隔离的实质： 。
长期地理隔离会导致生殖隔离
阻止种群间的基因交流
二、隔离及其在物种形成中的作用
【资料1】加拉帕戈斯群岛的地雀
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。
二、隔离及其在物种形成中的作用
【资料1】加拉帕戈斯群岛的地雀
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，这些岛屿是500万年前由海底的火山喷发后形成的。因此，可以推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆，以后在各岛屿形成不同的种群。
二、隔离及其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？
②不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？
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？
由于这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。因为突变是随机发生的。
不同岛屿的自然环境条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝着不同的方向改变。
不会。因为个体间有基因的交流。
二、隔离及其在物种形成中的作用
导致
积累
基因库差异
导致
扩大
导致
标志着
突变和基因重组
自然选择
种群基因频率变化
地理隔离
阻断基因交流
时间
种群生殖隔离
新物种形成
二、隔离及其在物种形成中的作用
5.物种形成的三个环节：
① ；
② ；
③ 。
6.物种形成的标志就是 。
突变和基因重组产生进化的原材料
自然选择导致种群基因频率的定向改变
隔离导致物种形成
生殖隔离
二、隔离及其在物种形成中的作用
7.物种形成的方式：
①渐变式： ；
②骤变式（爆发式）： ；
③人工创造新物种： 。
绝大多数都是通过长期地理隔离形成的生殖隔离
无需地理隔离，短时间内形成新种，如自然多倍体形成
多倍体育种
植物体细胞杂交
1.下列关于物种的叙述，正确的是（ ）
①不同种群的生物肯定不属于同一个物种 ②隔离是形成新物种的必要条件
③具有一定形态结构和生理功能，能相互交配且产生可育后代的一群生物个体
④在物种形成过程中必须有地理隔离和生殖隔离　
A.①②④ B.①②③④ C.②③ D.③④
2.下列关于物种和隔离的叙述，错误的是 （ ）
A.物种是生物分类的基本单位
B.二倍体西瓜与四倍体西瓜属于同一物种
C.不同的物种之间必然存在着生殖隔离
D. 虽然马和驴交配能产生骡，但其属于不同物种
练习与应用
C
B
3.下图表示渐进式新物种形成的基本环节，对图示的相关分析正确的是（ ）
A.图中①表示基因突变和基因重组，为进化提供了原材料
B.图中②表示地理隔离，使种群间基因交流受阻
C.图中③表示生殖隔离，是指两种生物不能交配且不能产生可育的后代
D.种群基因频率的改变一定会导致新物种形成
练习与应用
B
4.下列关于生物进化理论的叙述，错误的是（ ）
A.形成新物种不一定要经过地理隔离，例如，二倍体西瓜和四倍体西瓜就不是同一个物种
B.自然选择作用于个体，从而影响种群的进化
C.变异是不定向的，基因频率的改变方向是定向的
D.物种形成的三个基本环节是突变、基因重组和自然选择
5.某地区小溪和池塘中生活着一种丽鱼，该丽鱼种群包含两种类型的个体：一种具有磨盘状齿形，专食蜗牛和贝壳类软体动物；另一种具有乳突状齿形，专食昆虫和其他软体动物。两种齿形的丽鱼均能稳定遗传并能相互交配产生可育后代。针对上述现象，下列叙述错误的是（ ）
A．丽鱼种群牙齿的差异属于可遗传的变异
B．两者在齿形上的差异有利于丽鱼对环境的适应
C．丽鱼种群产生的性状分化可能与基因突变和重组有关
D．两种不同齿形丽鱼的基因库差异明显，形成了两个不同的物种
练习与应用
D
D
6.由欧洲传入北美的耧斗菜已进化出数十个物种。分布于低海拔潮湿地区的甲物种和高海拔干燥地区的乙物种的花结构和开花期均有显著差异。下列叙述错误的是（ ）
A．甲、乙两种耧斗菜的全部基因构成了一个基因库
B．生长环境的不同有利于耧斗菜进化出不同的物种
C．甲、乙两种耧斗菜花结构的显著差异是自然选择的结果
D．若将甲、乙两种耧斗菜种植在一起，也不易发生基因交流
7.甲、乙两种牵牛花，花冠颜色由基因A、a控制。含A基因开紫花，不含则开白花。甲开白花，释放的挥发物质多，主要靠蛾类传粉；乙开紫花，释放的挥发物质少，主要靠蜂类传粉。若将A基因转入甲，其花颜色由白变紫，其他性状不变，但对蛾类的吸引下降，对蜂类的吸引增强。下列叙述正确的是（ ）
A．甲、乙两种牵牛花传粉昆虫的差异，对维持两物种生殖隔离具有重要作用
B．在蛾类多而蜂类少的环境下，甲有选择优势，A基因突变加快
C．将A基因引入甲植物种群后，甲植物种群的基因库未发生改变
D．甲释放的挥发物是吸引蛾类传粉的决定性因素
练习与应用
A
A

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