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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
（第1课时）
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）
学习目标
情景视频二：
问题1: 你听说过遗传漂变吗？
情景视频三：
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。
先有鸡还是先有蛋（视频）
问题2: 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单位这一重要观点。
问题3: 生物进化的基本单位是个体还是种群？自然选择的直接作用对象是基因型还是表型？
一、种群
问题3: 生物进化的基本单位是个体还是种群？自然选择的直接作用对象是基因型还是表型？
aa
A__
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。
种群的概念？核心要素？特点？
2
3
4
1
合作探究一：请同学们自主阅读教材P110-111，小组合作思考讨论完成问题。
基因库概念？基因频率概念及计算方法？
对自然界的种群来说，不能满足遗传平衡状态的五个条件种群基因频率会发生变化吗？生物该如何进化呢？
一个种群繁殖若干代后，其基因频率会不会发生变化？
一、种群
一、种群
（一）概念
生活在一定区域的同种生物的全部个体的集合叫做种群。
（二）实例
种群是生物进化和繁殖的基本单位
一定区域
同种生物
全部个体
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。
一、种群
（三）核心要素
（四）特点
问题4: 一个菜市场所有的白菜是不是一个种群？
　实战训练　
1.判断下列是否属于种群：
（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
否
是
否
否
否
问题5: 种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。 如同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？
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
二、种群基因库及基因频率
（一）基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
　实战训练　
2.下列有关种群基因库的叙述中，不正确的是（ ）
A. 一个种群的基因库包括这个种群所含的全部基因
B. 生物的个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传
C. 种群中每个个体含有种群基因库的全部基因
D. 基因突变可改变基因库的组成
二、种群基因库及基因频率
基因频率解密（视频）
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
二、种群基因库及基因频率
（二）基因频率
问题6: 基因频率的计算方法有哪些呢？
　实战训练　
3.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？
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%
　实战训练　
3.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？
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
= 30%+1/2×60% = 60%
= 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。
问题7: 一个种群繁殖若干代后，其基因频率会不会发生变化？
二、种群基因库及基因频率
用数学方法讨论基因频率的改变
思考.讨论
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。
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%
问题7: 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？
二、种群基因库及基因频率
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。
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%
问题7: 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？
种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡。
问题8: 这种现象称为什么？
二、种群基因库及基因频率
（三）遗传平衡
(哈代－温伯格定律)
当群体满足以下五个条件：
①昆虫群体数量足够大 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自然选择对性状没有作用 ⑤基因A和a都不产生突变
设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1，那么
种群的基因频率将不会改变
A(p) a(q)
A(p) AA(p2) Aa(pq)
a (q) Aa(pq) aa(q2)
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
　实战训练　
4. 某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为15人，女性患者1人，男性患者14人，这个群体中色盲基因的频率应为（　 ）
　　A. 15% 　 　B. 3.88% 　　C. 5.17% 　　 D. 10.3%
5. 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
　实战训练　
6．某植物种群中，AA个体占16%，aa个体占36%，该种群随机交配产生的后代中AA个体百分比、A基因频率和自交产生的后代中AA个体百分比、A基因频率的变化依次为（ ）
A．不变，不变；增大，不变
B．增大，不变；不变，不变
C．不变，增大；增大，不变
D．不变，不变；不变，增大
问题9: 对自然界的种群来说，不能满足遗传平衡状态的五个条件种群基因频率会发生变化吗？生物该如何进化呢？
三、种群基因频率的变化
遗传平衡群体
无法进化
怎样进化
先打破平衡
种群较小
不自由交配
有突变
有选择
有迁入、迁出
基因频率发生改变
导致基因频率变化的原因可能有哪些？
2
3
4
1
合作探究二：请同学们自主阅读教材P110-111，小组合作思考讨论完成问题。
生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？
完成《实验.探究》探究自然选择对种群基因频率变化的影响的问题。
突变的多害少利是绝对的吗？种群基因频率的改变是否也是不定向的？
三、种群基因频率的变化
三、种群基因频率的变化
问题10: 导致基因频率变化的原因可能有哪些？
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。
基因突变
染色体变异
基因重组
变异
可遗传变异
不可遗传变异
突变
生物进化的原材料
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。
问题11: 生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？
三、种群基因频率的变化
问题11: 生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？
如：果蝇约有104对基因，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 × 104 × 10-5
个体
× 108
种群
= 2 × 107
由此可见，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。
问题12: 突变的多害少利是绝对的吗？
三、种群基因频率的变化
问题12: 突变的多害少利是绝对的吗？
甲种自然选择
甲种自然选择
乙种自然选择
各种类型的变异
（原材料）
（第一次选择）
（第二次选择）
（第三次选择）
环境改变
长翅
残翅
更适应风小环境
更适应大风环境
不是绝对的，“利”和“害”都是相对于环境而言的。
问题12: 种群基因频率的改变是否也是不定向的？
三、种群基因频率的变化
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究.实践
长满地衣的灰色树干
工业革命前
灰色(ss)桦尺蛾多
工业革命后
环境污染的黑色树干
黑色(S_)桦尺蛾多
S频率低，s频率高
S频率高，s频率低
观察现象
提出问题
作出假设
桦尺蠖种群中的S基因为什么越来越高？
自然选择可以使种群的基因频率定向改变
三、种群基因频率的变化
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究.实践
情景创设
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
三、种群基因频率的变化
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
探究.实践
问题讨论
问题13: 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？
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。
自然选择使基因频率定向改变。
问题14: 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？
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。
结论：自然选择决定生物进化的方向
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
生物进化的实质是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。
（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、种群基因频率的变化
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
课堂小结
　实战训练　
7.调查某校学生中关于某种性状的各种基因型及比例为：
基因型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY
比例(%) 42.32 7.36 0.32 46 4
则该校学生中XB和Xb的基因频率分别是(　　)
A.6%、8% B.92%、8%
C.78%、92% D.8%、92%
　实战训练　
8.一只果蝇的突变体在21℃的气温下，生存能力很差，但是，当气温上升到25.5℃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
　实战训练　
9.使用某种农药防治某种农业害虫，开始效果很显著，长期使用后，效果越来越差，原因是（ ）
A.害虫对农药进行了定向选择
B.害虫对农药逐渐适应
C.农药刺激害虫产生了变异
D.农药对害虫的变异进行了定向选择
探究抗生素对细菌的选择作用
探究.实践
二、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。
一、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。
01
02
将细菌涂布在培养基平板上
03
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
04
探究抗生素对细菌的选择作用
探究.实践
三、实验步骤
将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h
用记号笔在培养皿的底部画线，将培养基分为四个区，标号
05
06
探究抗生素对细菌的选择作用
探究.实践
三、实验步骤
观察并测量抑菌圈直径,并取平均值
从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤
四、实验结果
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
探究抗生素对细菌的选择作用
探究.实践
五、实验结论
探究抗生素对细菌的选择作用
探究.实践
问题15: 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。
问题16: 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，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。
问题17: 滥用抗生素有什么后果？
促进耐药菌的产生。
　实战训练　
10．2022年北京冬奥会吉祥物“冰墩墩”，大熊猫是其设计原型。大熊猫最初是食肉动物，经过进化，其99%的食物都来源于竹子。现在一个较大的熊猫种群中雌雄数量相等，且雌雄之间可以自由交配，若该种群中B的基因频率为60%，b的基因频率为40%，不考虑突变、迁移及自然选择，则下列有关说法正确的是（ ）A．若该对等位基因位于常染色体上，则BB雌熊猫概率约为48%B．若该对等位基因只位于X染色体上，则XbXb、XbY的基因型频率分别为8%、20%C．大熊猫种群中所有个体的B和b基因构成了该种群的基因库D．大熊猫由以肉为食进化为以竹子为食的实质是种群基因型频率的定向改变
　实战训练　
11．自私基因在真核生物基因组中普遍存在，双亲杂交时，为了将该类基因优先传递给子代，父本或母本通过半致死自身不含该类基因的配子进行调控。小麦中的A基因属于自私基因，让基因型为Aa的小麦杂交，F1基因型及比例为AA：Aa：aa=2：3：1。下列相关叙述错误的是（ ）A．若该调控过程发生在母本中，则雌配子的基因型及比例为A：a=2：1B．若F1连续多代自交，则a基因在该小麦种群中的基因频率逐渐下降C．亲本（Aa）产生的含有a基因的雄配子数量可能少于含有A基因的雌配子数量D．F1随机交配，产生雄配子的基因型及比例可能为A：a=2：1
　实战训练　
12．下列关于生物进化的说法正确的是（　　）A．驯化后的大豆英果变大是控制大豆种子大小的基因定向变异的结果B．较晚形成的地层中，没有较简单、较低等的生物化石C．自然选择保存适应环境的变异，人工选择保留人类所需的变异D．细胞内ATP和ADP相互转化的供能机制不能体现生物界的统一性
　实战训练　
13．碳青霉烯类抗生素是治疗重度感染的一类药物。下表为2005年—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。下列说法错误的是（ ）
A．耐药性产生的实质是细菌的基因发生定向突变
B．抗生素使用量增加提高了细菌种群中耐药性基因的频率
C．细菌耐药性基因突变为细菌进化提供了原材料
D．细菌繁殖快，耐药率的上升也快，需要及时更换抗生素种类
　实战训练　
14．关于生物进化，下列说法中错误的是（ ）A．只要种群的基因频率发生变化，生物就进化了B．自然选择直接作用于生物个体的表现型C．突变和基因重组、隔离与新物种形成是达尔文自然选择学说的主要内容D．化石是研究生物进化历程的重要依据
　实战训练　
15．细菌有多种耐药机制，有些是“内在的”，即使用它原有的基因来对付抗生素；有些是“获得的”，即获得的新遗传物质提供了生存的新能力。下列叙述错误的是（ ）A．内在的耐药机制是用在细菌没有接触抗生素之前就已经存在的基因来对付抗生素B．两种耐药机制的获得途径不同，只有接触抗生素后才表现出生存力的差异C．细菌的种类众多，细菌内原有的基因可对抗自然界中存在的所有抗生素D．细菌耐药性可能是使抗生素结构受损，使其效率降低或转移某化学基团使其无效
　实战训练　
16．利福平是一种广谱抗生素，可以抑制细菌RNA聚合酶的活性。下列关于利福平的说法正确的是（ ）A．利福平可以通过控制蛋白质的结构直接控制细菌的性状B．利福平可以抑制细菌转录时DNA双链的解开及后续mRNA的合成C．将利福平与其他药物联用，将诱导抗药性突变的产生D．利用含利福平的培养基筛选出的抗性菌株，也可抵抗其他抗生素
　实战训练　
17．超级细菌中有一种耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA），其可引起皮肤、肺、血液和关节的感染。通过对细菌的DNA进行诱变（如碱基对替换、缺失等），可以在一定程度上限制细菌的耐药性。下列叙述正确的是（ ）A．对MRSA的DNA进行诱变可以改变其DNA中嘌呤与嘧啶的比例B．MRSA的出现与人类滥用抗生素使细菌定向突变出耐药性变异有关C．细菌通过不断的变异与进化，获得耐受不同抗菌药物的能力D．超级细菌中所有抗药性基因及不抗药基因构成其种群基因库

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