资源简介

第3节 种群基因组成的变化与物种的形成
第1课时 种群基因组成的变化及
探究抗生素对细菌的选择作用
人教版必修2·第6章
01
说出种群和种群基因库的概念。
02
学会运用数学方法计算种群的基因频率和基因型频率。
03
探究自然选择对种群基因频率变化的影响。
1. 概念：
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。
三要素：
②同种生物；
①同一区域（可大可小）；
③全部个体。
一片树林中的全部猕猴
一片草地上的所有蒲公英
一、种 群
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）一个菜市场中的全部鲤鱼
否
是
否
否
否
思考
一、种群和种群基因库
2. 特点
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？
（1）种群的个体并不是机械地结合在一起。
（2）一个种群其实就是一个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。
（3）种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。
☆ 种群是繁殖的基本单位，也是生物进化的基本单位。
一、种群和种群基因库
3. 基因库：
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
注意范围是种群不是物种。
基因库包含了种群中全部个体的全部基因，
无论“优劣”。
个体间的差异越大，基因库也就越大。
种群中基因总数越多，基因库越大，与基因种类无关。
一、种群和种群基因库
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，叫做基因频率。
基因频率 ＝
该基因的总数
该等位基因的总数
×100%
基因型频率 ＝
特定基因型个体数
该种群个体总数
×100%
5. 基因型频率：
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。
一、种群和种群基因库
AA基因型频率=30%，Aa基因型频率=60%，aa基因型频率=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。求这个种群中AA、Aa、aa的基因型频率。
XBXB基因型频率 = 180400×100% = 45%
XbY基因型频率= 11400×100% = 2.75%
?
例2：某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因的携带者为15人，患者为5人，男性患者为11人。求这个种群中XBXB、XbY 的基因型频率。
一、种群和种群基因库
例3：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。分别求A、a的基因频率。
A基因的频率 = 30×2+60×130×2+60×2+10×2 ×100% = 120200×100% = 60%
?
a基因的频率 = 10×2+60×130×2+60×2+10×2 ×100% = 80200×100% = 40%
?
基因频率 =
某基因总数
全部等位基因数
×100%
（基因常染色体或X、Y染色体的同源区段上）
方法一：根据定义计算基因频率
一、种群和种群基因库
例4：某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, 褐色翅的基因位a，调查发现AA、Aa、aa的个体分别占30%、60%、10%、那么A、a的基因频率是多少？
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。
A的基因频率=30%+/2×60%=60%
a的基因频率=10%+/2×60%=40%
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
方法二：根据基因型频率计算基因频率
一、种群和种群基因库
例5：某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因的携带者为15人，患者为5人，男性患者为11人。那么，这个群体中XB、Xb基因的频率分别为多少？
Xb基因的频率 = 15×1+5×2+11×1200×2+200×1 ×100% = 36600×100% = 6%
?
XB基因的频率 = 1－6%= 94%
基因仅在X染色体上
方法：基因频率 =
某基因总数
雌性个体数×2+雄性个体数×1
×100%
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，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？
用数学方法讨论基因频率的变化
{16D9F66E-5EB9-4882-86FB-DCBF35E3C3E4}亲代基因型比值
AA(30%)
Aa(60%)
aa(10%)
配子的比值
A ( )
A ( )
a ( )
a ( )
A ( )
a ( )
子代基因型频率
AA ( )
Aa ( )
aa ( )
子代基因频率
A ( )
a ( )
30%
10%
30%
30%
36%
16%
48%
60%
40%
60%
40%
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？
思考
用数学方法讨论基因频率的变化
【思考·讨论】
假设上述昆虫①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。根据孟德尔的分离定律，计算并完成下表。
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%
40%
16%
60%
36%
48%
40%
16%
60%
36%
48%
40%
16%
60%
如果上述5个假设都成立，种群基因频率在世代繁衍过程中不会发生变化，称为遗传平衡。
二、种群基因频率的变化
归纳：已知基因频率求基因型频率
AA%= ；Aa%= ；aa%= .
设A的基因频率为p，a的基因频率为q，自由交配时，求子代基因型情况。
雌配子
雄配子
A(p)
a(q)
A(p)
a(q)
棋盘法
AA(p2)
Aa(pq)
Aa(pq)
aa(q2)
p2
2pq
q2
适用条件（遗传平衡状态）：
①种群非常大；
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没有自然选择；
⑤没有基因突变。
用数学方法讨论基因频率的变化
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？
思考
对自然界的种群来说，这5个条件不可能同时都成立。
所以，自然界中实际种群的基因频率是在不断发生变化的。
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？
思考
突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。
基因A2的频率是上升还是下降，要看这一突变对生物体是有益的还是有害的。
用数学方法讨论基因频率的变化
归纳基因频率的计算方法：
1.根据定义计算
A%=
a%=
×100%
a
A+a
×100%
A
A+a
2.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 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率
（适用位于常染色体上的基因）
用数学方法讨论基因频率的变化
3.基因和基因型频率互算：
在符合遗传平衡的某种群中，若A的基因频率为P，a的基因频率为q
=p2 + 2pq + q2
= 1
A
a
AA
Aa
aa
(p + q )2
在种群中，一对等位基因基因频率之和等于1，基因型频率之和也等于1
归纳基因频率的计算方法：
用数学方法讨论基因频率的变化
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。
思考：导致基因频率变化的原因可能有哪些？
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。
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？
二、种群基因频率的变化
2×1.3× 104
× 108
种群
= 2.6 ×107（个）
个体
× 10-5
例
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？
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。
二、种群基因频率的变化
突变的有利和有害也不是绝对的，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，有时候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，这里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
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。
特点：
结果：
突变和基因重组都是随机的、不定向的
只提供了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
种群基因频率的改变(生物进化）是否也是不定向的呢?
基因
重组
突变
二、种群基因频率的变化
英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾(其幼虫叫桦尺蠖)。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)是显性的。
19世纪中叶以前，树干上长满了浅色的地衣，桦尺蛾几乎都是浅色的，该种群中S基因的频率很低，在5%以下。
20世纪中叶，工厂排放的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。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。
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
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?
黑褐色的生活环境，不利于浅色桦尺蛾的生存，对黑色桦尺蛾生存有利，这种环境的选择作用使该种群的s基因的频率越来越低，即自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变。
作出假设
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
提出问题
假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为：SS10%，Ss20%，ss70%，S基因的频率为20%。假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%，黑色个体增加10%。在第2～10年间，该种群的基因型频率是多少？每年的基因频率是多少？
讨论探究思路
制订并实施研究方案
{FABFCF23-3B69-468F-B69F-88F6DE6A72F2}
第1年
第2年
第3年
第4年
……
基因型频率
SS
10%(10)
Ss
20%(20)
ss
70%(70)
个体总数
100只
基因
频率
S
20%
s
80%
(11)
(22)
(63)
11.5%
23%
65.6%
22.9%
77%
(12.1)
(24.2)
(56.7)
13.0%
26%
61.0%
26.0%
74%
14.6%
29.25%
56.1%
29.3%
70.75%
(13.3)
(26.6)
(51.0)
升高
降低
96只
93只
90.9只
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
在自然环境的选择作用下，该种群的S (深色)基因的频率逐渐上升，s (浅色)基因的频率逐渐下降。
在自然选择的作用下，可以使基因频率发生定向改变，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
得出结论
分析结果
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？
会影响
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。
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？
表型（体色）
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。
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
思考
变异
不定向
原种群
不同性状
不利变异
（基因）
有利变异
（基因）
被淘汰
种群的基因
频率定向改变
生物
定向进化
（1）原因：
不断淘汰具有不利变异的个体，选择保留具有有利变异的个体。
（2）选择的对象：
直接作用对象是个体的 ，最终选择的对象是决定表型的 。
表型
基因
（3）选择的结果：
①基因方面：
②生物性状方面：
生物朝着一定的方向不断进化
种群基因频率发生定向改变
自然选择
进化的实质
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
探究实践：探究抗生素对细菌的选择作用
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。
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。
目的要求
1.记号笔将培养基分为四个区并标号
2.将细菌涂布在培养基平板上
①
②
③
④
3.将含抗生素的纸片和不含抗生素的纸片置于不同的分区， 盖上皿盖。
方法步骤
探究实践：探究抗生素对细菌的选择作用
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
方法步骤
探究实践：探究抗生素对细菌的选择作用
方法步骤
6.从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，并重复以上步骤
探究实践：探究抗生素对细菌的选择作用
思考1：在连续培养几代后，抑菌圈的直径发生了什么变化？这说明抗生素对细菌产生了什么作用？
抑菌圈的直径随着培养代数的增加而逐渐缩小；说明在细菌在抗生素的选择作用下，细菌的抗药性逐渐增强。
探究实践：探究抗生素对细菌的选择作用
思考2：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。
思考3：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。
探究实践：探究抗生素对细菌的选择作用
思考4：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？
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。
思考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抗药基因不断积累，抗药性不断增强，致抗生素药物失效。
探究实践：探究抗生素对细菌的选择作用
1．下列关于基因频率、基因型频率与生物进化的叙述，正确的是(　　)
A.一个种群中，基因型频率发生改变，这说明生物在进化
B．在一个种群中，一对相对性状的各种基因型频率之和为1
C．基因型为Aa的个体自交后代所形成的种群中，A基因的频率大于a基因的频率
D．因红绿色盲患者中男性数量多于女性，所以男性群体中红绿色盲基因的频率大于女性群体中红绿色盲基因的频率
B
2．桦尺蛾的体色受一对等位基因控制，其中黑色(S)对浅色(s)为显性。将某桦尺蛾种群分成两组，分别迁移到A、B两个区域，A地是煤炭工业重镇，B地是闭塞的山区，数年后抽样调查，结果如下表所示。下列有关说法不正确的是(　　)



?
A. A地S基因的频率为89%，B地S基因的频率为6%
B．A地的大部分s基因突变为S基因，故S基因的频率升高
C．从上述材料可知生物进化的方向是由自然选择决定的
D．从上述材料可知生物进化的实质就是种群基因频率的变化
区域
SS(%)
Ss(%)
ss(%)
A
80
18
2
B
2
8
90
B
3.生活中滥用抗生素的现象十分普遍。下列关于“探究抗生素对细菌的选择作用”实验的叙述，错误的是(　　)
A. 在培养基的特定区域放置不含抗生素的纸片，作为空白对照
B. 实验中抑菌圈的直径越大，抗生素的抑菌作用越强
C. 抗生素的使用可诱导细菌产生耐药性变异
D. 抗生素的选择作用会导致耐药菌比例逐代提高
C
本课结束

展开更多......

收起↑