種群基因組成的變化與物種的形成【新教材備課知識精研】高一下學期生物人教版必修2

6.3種群基因組成的變化與物種的形成第六章生物的進化第1課時+第2課時為什么說種群是生物進化的基本單位？種群的基因頻率為什么會發(fā)生變化？自然選擇與種群基因頻率的變化有什么變化？本節(jié)聚焦先有雞還是先有蛋？甲：當然是先有雞蛋了，因為只有生殖細胞產生的基因突變才能遺傳給后代，體細胞即使發(fā)生了基因突變，也不能影響后代的性狀。乙：不對，人們在養(yǎng)雞過程中，是根據雞的性狀來選擇的，只讓符合人類需求的雞繁殖后代，因此是先有雞后有蛋。你同意哪位同學的觀點？你的答案和理由是什么？問題探討問題探討先有雞還是先有蛋？

這兩種觀點都有一定的道理，但都不全面。因為它們忽視了雞和蛋在基因組成上的一致性，也忽視了生物的進化是以種群為單位而不是以個體為單位這一重要觀點。生物進化的過程是種群基因庫在環(huán)境的選擇作用下定向改變的過程，以新種群與祖先種群形成生殖隔離為標志，并不是在某一時刻突然有一個個體或一個生殖細胞成為一個新物種。表現(xiàn)型

自然選擇的直接作用對象是基因型還是表現(xiàn)型？

自然選擇直接作用的是生物的個體，而且是個體的表型。但是，在自然界，沒有哪個個體是長生不死的，個體的表型會隨著個體的死亡而消失，決定表型的基因卻可以隨著生殖而世代延續(xù)，并且在群體中擴散。

研究生物的進化，僅研究個體和表型是不夠的，還必須研究群體基因組成的變化。一、種群基因組成的變化1、種群和種群基因庫（1）種群定義：生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個體叫做種群。①一個池塘中的全部魚②一個池塘中的全部鯉魚③兩個池塘內的全部青蛙④一片草地上的全部植物⑤一片草地上的成年梅花鹿×√×××特點：①種群中的個體并不是機械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通過繁殖將各自的基因傳給后代。②種群是物種繁衍、進化的基本單位。種群在繁衍過程中，個體有新老交替，基因卻代代相傳。（2）基因庫一個種群中全部個體所含有的全部基因。（3）基因頻率在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數(shù)的比率。（4）基因型頻率在一個種群中，某基因型個體占種群內全部個體的比率?；蝾l率＝該基因的總數(shù)全部等位基因的總數(shù)×100%二、種群和種群基因庫A基因頻率=AA+aX100%如：專題基因頻率與基因型頻率的計算一、基因頻率和基因型頻率的常用計算方法1.當?shù)任换蛭挥诔Ｈ旧w上時(以A、a為基因、AA、Aa、aa為三種基因型。)某昆蟲種群中，綠色翅的基因為A,褐色翅的基因為a，調查發(fā)現(xiàn)AA、Aa、aa的個體分別有30、60、10個，AA、Aa、aa的基因型頻率是多少？那么A、a的基因頻率是多少？思考討論A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)=30×2+60200=60%200a%=10×2+60=40%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%=Aa%=60%aa%=10%AA%=30%A%=60%a%=40%①在種群中，一對等位基因的基因頻率之和等于1，基因型頻率之和也等于1。②一個基因的頻率=該基因純合子的基因型頻率+1/2雜合子的基因型頻率1、某自花傳粉植物種群中，親代中BB基因型個體占20%，bb基因型個體占10%，則B和b的基因頻率分別是（）A．55%和45%B．55%和42.5% C．45%和42.5% D．45%和32.5%練一練A2.當?shù)任换蛭挥赬染色體上時(以XB、Xb為例)【典例1】

(2022·河北衡水金卷，改編)果蠅是常用的遺傳學研究的實驗材料，據資料顯示，果蠅約有104對基因，現(xiàn)有一果蠅種群，約有107個個體。請回答下列問題： (1)該種群的全部個體所含有的全部基因統(tǒng)稱為種群的_________。 (2)隨機從該種群中抽出100只果蠅，測得基因型AA(灰身)35只，Aa(灰身)60只，aa(黑身)5只，則A基因的頻率為________，aa個體的基因型頻率為________?；驇?5%5%(3)已知果蠅紅眼與白眼為一對相對性狀，由一對位于X染色體上的等位基因控制，白眼受隱性基因(b)控制，隨機抽取雌雄果蠅各100只，其中測得雌果蠅中XBXB(紅眼)30只，XBXb(紅眼)60只，XbXb(白眼)10只，雄果蠅中XBY(紅眼)60只，XbY(白眼)40只，則B基因的頻率為________，XbXb個體在雌性中的基因型頻率為________。60%10%【典例2】

(2022·廣州市質檢)調查某校學生中關于某種性狀的各種基因型及比例為：基因型XBXBXBXbXbXbXBYXbY比例(%)42.327.360.32464則該校學生中XB和Xb的基因頻率分別是(

)A.6%、8% B.92%、8%C.78%、92% D.8%、92%B思考討論用數(shù)學方法討論基因頻率的變化1.假設上述昆蟲種群非常大，所有的雌雄個體間都能自由交配并產生后代，沒有遷入和遷出，不同翅色的個體生存和繁殖的機會是均等的，基因A和a都不產生突變，根據孟德爾的分離定律計算填入下表。親代基因型的比值AA（30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比值A（

）A（

）a（

）a（

）子代基因型頻率AA（

）Aa（

）aa（

）子代基因頻率A（

）a（

）30%30%30%10%60%40%36%48%16%P表示基因A的頻率，q表示基因a的頻率AA%=p2

Aa%=2pqaa%=q2(p+q)2=p2+2pq+q2=1p+q=1親代子一代子二代子三代基因型頻率AA30%Aa60%aa10%基因頻率A60%a40%想一想，若干代后，種群的基因頻率會同子一代一樣嗎？36%48%40%16%60%36%48%40%16%60%36%48%40%16%60%由此可見，如果滿足上述五個條件，則親代和子代每一種基因的頻率都不會改變，到再下一代也是如此，也就是說基因頻率可以代代保持穩(wěn)定不變。這就是哈代－溫伯格平衡，也叫遺傳平衡定律。思考討論用數(shù)學方法討論基因頻率的變化假設的種群滿足以下五個條件：①種群足夠大；②雌雄個體間都能自由交配并產生后代；③沒有遷入與遷出；④AA、Aa、aa三種基因型昆蟲的生存能力相同（自然選擇對這一相對性狀沒有作用）⑤不發(fā)生突變。則種群基因頻率在世代繁衍過程中不會發(fā)生變化，我們稱為遺傳平衡。對自然界的種群來說，這五個條件都能成立嗎？遺傳平衡狀態(tài)說明：種群足夠大也稱“無遺傳漂變”，滿足5個條件的種群稱為遺傳平衡群體/種群思考討論用數(shù)學方法討論基因頻率的變化2.內容

在一個有性生殖的自然種群中，假設有一對等位基因A、a，A基因的頻率用p表示，a基因的頻率用q表示，則遺傳平衡公式為：【典例3】

(2021·湖南、江西十四校聯(lián)考)紅綠色盲是一種常見的伴X染色體隱性遺傳病。假設在一個數(shù)量較大的群體中，男女比例相等，XB的基因頻率為80%，Xb的基因頻率為20%，下列說法正確的是(

) A.該群體男性中的Xb的基因頻率高于20% B.一對表現(xiàn)正常的夫婦，不可能生出患色盲的孩子 C.在這一人群中，XbXb、XbY的基因型頻率依次為2%、10% D.如果不采取遺傳咨詢、基因診斷等措施，該群體中色盲的發(fā)病率會越來越高C【典例4】

(2021·太原市質檢)某常染色體隱性遺傳病在人群中的發(fā)病率為1%，色盲在男性中的發(fā)病率為7%?，F(xiàn)有一對表現(xiàn)正常的夫婦，妻子為該常染色體遺傳病致病基因和色盲致病基因攜帶者。那么，他們所生小孩同時患上述兩種遺傳病的概率是(

) A.1/88 B.1/22 C.7/2200 D.3/800A三、自交與自由交配中基因頻率的計算1.自交：雜合子自交，基因型頻率發(fā)生變化，純合子比例逐漸增大，雜合子比例逐漸下降，但基因頻率不變。2.自由交配

在無突變、各種基因型的個體生活力相同時，處于遺傳平衡的種群自由交配遵循遺傳平衡定律，上下代之間種群的基因頻率及基因型頻率都保持不變?！镜淅?】

(2022·安徽六安質檢)在理想條件下，兩個田鼠的種群被一條河流隔開。種群1的A基因頻率為60%，a基因頻率為40%；種群2的A基因頻率為20%，a基因頻率為80%。假設種群1與種群2的個體數(shù)正好為3∶1，當?shù)乩砀綦x不再存在時，兩個種群完全合并為一個可隨機交配的種群，則下一代中Aa的基因型頻率是(

) A.50% B.25% C.48% D.24%A無法進化先打破平衡種群較小不自由交配有突變有選擇有遷入、遷出遺傳平衡生物怎么進化？基因頻率發(fā)生改變2、種群基因頻率的變化①基因突變在自然界是普遍存在的?；蛲蛔儺a生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生變化?？蛇z傳的變異變異不可遺傳的變異基因突變染色體變異基因重組突變影響種群基因頻率變化的因素：思考：生物自發(fā)突變的頻率很低，而且大多數(shù)突變對生物體是有害的，那么，它為何還能夠作為生物進化的原材料呢？

對每個基因來說突變率很低，但由于種群是由許多個體組成，每個個體的細胞中都有成千上萬個基因，這樣，每一代就會產生大量的突變?！纠纭抗?組染色體上約有1.3×104個基因，假定每個基因的突變頻率都為10-5，對一個約有108個個體的果蠅種群來說，每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是：

2×1.3×104×10－5×108=2.6×107（個）個體（2.6×10-1）種群②

生物的生存環(huán)境某海島上殘翅和無翅的昆蟲思考：突變產生的變異有利或有害是絕對的嗎？

突變的有利與有害是相對的而不是絕對的，這往往取決于生物的

。在正常情況下，殘翅和無翅很難生存下去；生存環(huán)境在經常刮大風的海島上，因不能飛行而避免了淹死。

③

突變和基因重組產生進化的原材料【注意：突變≠基因突變，突變包括基因突變和染色體變異】【突變和重組是隨機的，不定向的】突變基因重組新的等位基因多種多樣的基因型種群中出現(xiàn)大量可遺傳的變異變異是不定向的形成了進化的原材料,不能決定生物進化的方向

英國的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾，其體色受一對等位基因S和s控制，黑色（S）對淺色（s）是顯性的。19世紀中葉以前，樹干上長滿了淺色的地衣，樺尺蛾幾乎都是淺色的，該種群中S的基因頻率很低，在5%以下20世紀中葉，工廠排放的煤煙使地衣不能生存，結果樹皮裸露并被熏成黑褐色。黑色型的樺尺蛾卻成了常見的類型，S基因的頻率上升到95%以上。3、自然選擇對種群基因頻率變化的影響英國曼徹斯特地區(qū)的樺尺蛾，體色受一對等位基因S和s控制，黑色(S),淺色（s)。19世紀中葉以前20世紀中葉樺尺蛾種群中s基因的頻率為什么越來越低？自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變。提出問題：作出假設：s>95%s<5%2、計算，將計算結果填入下表中第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因頻率S20%23%s80%77%13.1%26%60.9%26.1%73.9%14.7%29.2%56.1%29.3%70.7%升高升高降低升高降低(1)根據數(shù)據分析，樹干變黑對樺尺蛾淺色個體的出生率有影響嗎？(2)在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表型？

影響，樹干變黑后，許多淺色個體可能在沒有交配、產卵前就已被天敵捕食，導致其個體數(shù)減少，影響出生率.

天敵看到的是樺尺蛾的體色（表型）而不是控制體色的基因，自然選擇中直接受選擇的是表型。種群基因頻率發(fā)生定向改變不利變異被淘汰，有利變異逐漸積累變異自然選擇生物朝一定方向緩慢進化生物進化的實質是種群基因頻率在自然選擇作用下的定向改變。（不定向）（定向）在自然選擇的作用下，有利變異的基因頻率不斷增大，有害變異的基因頻率逐漸減小。

在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會_________________，導致生物___________________________。發(fā)生定向改變朝著一定的方向不斷進化1、自然選擇改變種群基因頻率的過程：

在自然選擇的作用下，具有__________的個體有更多的機會產生后代，種群中相應的基因的頻率會不斷_____；

相反，具有______________的個體留下后代的機會少，種群中相應基因的頻率會__________；

種群基因頻率的改變，標志著生物的進化。

有利變異提高不利變異下降3、生物進化的方向是指________________。適應環(huán)境的方向2、“自然選擇”中的自然是指____。環(huán)境4、________是生物進化和繁殖的基本單位。種群課堂總結生物進化的基本單位生物進化的實質生物進化的原材料決定生物進化的方向種群基因頻率的改變突變和基因重組自然選擇一、種群基因組成的變化課堂練習某一瓢蟲種群中有黑色和紅色兩種體色的個體，這一性狀由一對等位基因控制，黑色(B)對紅色(b)為顯性。如果基因型為BB的個體占18%，基因型為Bb的個體占78%，基因型為bb的個體占4%?；駼和b的頻率分別為（）A．18%、82%B．36%、64%C．57%、43%D．92%、8%C一只果蠅的突變體在21℃的氣溫下，生存能力很差，但是，當氣溫上升到25.5℃時，突變體的生存能力大大提高。這說明（）A．突變是不定向的B．突變是隨機發(fā)生的C．突變的有害或有利取決于環(huán)境條件D．環(huán)境條件的變化對突變體都是有害的C探究抗生素對細菌的選擇作用探究抗生素對細菌的選擇作用實驗原理一般情況下，一定濃度的抗生素會殺死細菌，但變異的細菌可能產生耐藥性。在實驗室連續(xù)培養(yǎng)細菌時，如果向培養(yǎng)基中添加抗生素，耐藥菌有可能存活下來。通過觀察大腸桿菌在含有卡那霉素的培養(yǎng)基上的生長狀況，探究抗生素對細菌的選擇作用。實驗目的探究?實踐探究·實踐探究抗生素對細菌的選擇作用方法步驟：1.用記號筆將培養(yǎng)皿分區(qū)。2.將大腸桿菌均勻涂布在培養(yǎng)基上。3.將含抗生素的制片和不含抗生素的紙片置于不同的分區(qū)，蓋上皿蓋。4.培養(yǎng)皿倒置，37℃培養(yǎng)12h。觀察培養(yǎng)基上大腸桿菌生長情況。5.觀察細菌的生長狀況。是否有抑菌圈？測量、記錄。6.從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌，接種到已滅菌的液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)。重復步驟②~⑤1.在培養(yǎng)基上是否有細菌生長？在放有抗生素紙片的區(qū)域呢？結果和結論:2.在連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑發(fā)生了什么變化？這說明抗生素對細菌產生了什么作用？有在放有抗生素紙片的周圍區(qū)域沒有細菌生長，形成了抑菌圈

抑菌圈的直徑隨著培養(yǎng)代數(shù)的增加而逐漸縮小;說明在抗生素對細菌的選擇作用下，細菌的抗藥性逐漸增強。第1代第2代第3代討論：1、為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌？

因為抑菌圈邊緣生長的細菌可能是耐藥菌。抗生素能夠殺死細菌，在抑菌圈邊緣抗生素濃度較低，可能存在具有耐藥性的細菌。2、你的數(shù)據是否支持“耐藥菌是普遍存在的”這一說法？說說理由。支持。抑菌圈邊緣生長的可能是耐藥菌。3、在本實驗的培養(yǎng)條件下，耐藥菌所產生的變異是有利還是有害的？你怎么理解變異是有利還是有害的？

在本實驗條件下，耐藥菌產生的變異一般來說是有利的，有利于生物在特定環(huán)境中生存和繁殖的變異在此環(huán)境中就是有利變異。

將你的數(shù)據和結論與其他同學的進行比較，根據實際情況回答。

這些做法都會促進耐藥菌的產生。5、濫用抗生素的現(xiàn)象十分普遍。例如，有人生病時覺得去醫(yī)院很麻煩，就直接吃抗生素；有的禽畜養(yǎng)殖者將抗生素添加到動物飼料中。你認為這些做法會有什么后果？請你查閱資料，舉出更多濫用抗生素的實例。4、你認為你的數(shù)據和結論是有效的嗎？第6章生物的進化

第3節(jié)種群基因組成的變化與物種形成第2課時什么是物種？怎樣理解地理隔離和生殖隔離隔離在物種形成中起什么作用？本節(jié)聚焦二、隔離在物種形成中的作用1.物種的概念：能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產生可育后代的一群生物稱為一個物種，簡稱“種”。指可以通過有性生殖繁殖后代物種與種群的區(qū)別：

一個物種可以包括生活在不同地理區(qū)域的多個種群。只要各個種群相互交配仍能產生可育的后代，則是同一物種。問題探討⑴全世界的人是一個物種嗎？為什么？

都是一個物種，無論白人黑人、黃種人結婚，都能產生可育的后代。⑵馬跟驢是一個物種嗎？為什么？馬（2n=64）驢（2n=62）騾（2n=63）不可育+（3）騾是一個物種嗎？為什么？不是。因為它不能繁殖后代。（4）兩個池塘的鯉魚是一個物種嗎？它們是屬于一個種群還是兩個種群？

是一個物種，屬于兩個種群。（5）獅子和老虎是一個物種嗎？是兩個物種，虎獅獸是不育的，所以虎和獅是兩個物種2.隔離及其在物種行程中的作用隔離：不同群體間的個體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象。包括生殖隔離和地理隔離。①地理隔離

同種生物由于地理障礙而分成不同的種群，使得種群間不能發(fā)生基因交流的現(xiàn)象。東北虎華南虎由于長期地理隔離而沒有相互交配，沒有基因交流形成了兩個不同的亞種。②生殖隔離

不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產生可育后代的現(xiàn)象。斑馬（2n=44）驢（2n=62）斑驢（2n=53）+不可育地理隔離和生殖隔離有什么關系?閱讀教材116頁的圖6-11所對應的資料進行思考發(fā)生范圍結果生殖隔離不同物種間不能相互交配即使交配成功，也不能產生可育后代地理隔離同種生物間使種群間不能發(fā)生基因交流2.隔離及其在物種行程中的作用

在加拉帕戈斯群島上生活著13種地雀。這些地雀的喙差別很大，不同種之間存在生殖隔離。而在遼闊的南美洲大陸上，卻看不到這13種地雀的蹤影。不同島嶼的環(huán)境有較大差別，比如島的低洼地帶，布滿棘刺狀的灌叢；而在只有大島上才有的高地，則生長著茂密的森林。思考·討論

達爾文在環(huán)球考察中觀察到一個奇怪的現(xiàn)象。加拉帕戈斯群島位于南美洲附近的太平洋中，由13個主要島嶼組成，這些島嶼與南美洲大陸的距離為160~950km。加拉帕戈斯群島的地雀2．不同島嶼上的地雀種群，產生突變的情況一樣嗎？不一樣。因為突變是隨機發(fā)生的。3．對不同島嶼上的地雀種群來說，環(huán)境的作用有沒有差別？這對種群基因頻率的變化會產生什么影響？

不同島嶼的地形和植被條件不一樣，因此環(huán)境的作用會有差別，導致種群基因頻率朝不同的方向改變。4．如果這片海域只有一個小島，還會形成這么多種地雀嗎？不會。因為個體間有基因的交流。1．設想美洲大陸的一種地雀來到加拉帕戈斯群島后，先在兩個島嶼上形成兩個初始種群。這兩個初始種群的個體數(shù)量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？由于這兩個種群的個體數(shù)量都不夠的多，基因頻率可能不一樣。思考·討論地雀甲島地雀乙島地雀丙島地雀丁島地雀……突變和基因重組不定向

環(huán)境不同，自然選擇不同甲島地雀1乙島地雀2丙島地雀3丁島地雀4出現(xiàn)生殖隔離種群基因庫形成明顯差別，……隔離是物種形成的必要條件地理隔離新物種形成的標志：出現(xiàn)生殖隔離人教版新教材必修二6.3種群基因組成的變化與物種的形成（共54張PPT）（含課后題答案）人教版新教材必修二6.3種群基因組成的變化與物種的形成（共54張PPT）（含課后題答案）地理隔離阻斷基因交流

基因頻率向不同方向發(fā)生改變種群的

出現(xiàn)差異差異進一步加大生殖隔離新物種形成標

志總結：加拉帕戈斯群島的地雀的形成方式在突變、基因重組和自然選擇下基因庫

是物種形成的標志。物種形成的三個基本環(huán)節(jié):（1）

提供原材料（2）

使基因頻率定向改變（3）

是物種形成的必要條件突變和基因重組自然選擇隔離生殖隔離

是物種形成的標志。地理隔離阻斷基因交流

基因頻率向不同方向發(fā)生改變種群的

出現(xiàn)差異差異進一步加大生殖隔離新物種形成標

志總結：加拉帕戈斯群島的地雀的形成方式物種形成的三個基本環(huán)節(jié):（1）

提供原材料（2）

使基因頻率定向改變（3）

是物種形成的必要條件突變和基因重組自然選擇隔離生殖隔離在突變、基因重組和自然選擇下基因庫三者的關系地理隔離生殖隔離長期加拉帕戈斯群島的地雀（說明：地理隔離不一定都能形成生殖隔離）物種形成的方式：不同小島上的植被不同，果實大小不同所致新物種形成標志漸變式（較常見）

爆發(fā)式

物種形成的方式：新物種的形成是否必須經過地理隔離？二倍體四倍體不需要地理隔離就在很短的時間內出現(xiàn)生殖隔離，從而形成新的物種。主要是通過異源多倍體的染色體變異等方式形成新物種，一出現(xiàn)可以很快形成生殖隔離。物種A雜種植物異源多倍體雜交染色體加倍物種B短時間內即可形成，如自然界中多倍體的形成。課堂小結1．判斷下列與隔離有關的表述是否正確。（1）在曼徹斯特的樺尺蛾種群中，黑色個體與淺色個體之間未出現(xiàn)生殖隔離。（）（2）加拉帕戈斯群島不同島嶼上的地雀種群之間由于地理隔離而逐漸形成了生殖隔離。（）√√課后練習與應用P1182．19世紀70年代，10對原產于美國的灰松鼠被引入英國，結果在英國大量繁殖、泛濫成災。對生活在兩國的灰松鼠種群，可以作出的判斷是（）A．兩者尚未形成兩個物種B．兩者的外部形態(tài)有明顯差別C．兩者之間已經出現(xiàn)生殖隔離D．兩者的基因庫向不同方向改變D課堂練習1.如圖所示為種群與物種的關系圖解，關于它們的敘述錯誤的是A.從圖中可以看出，一個物種可以有很多種群，這些種群間只是因為地理隔離，阻礙了基因交流B.若物種2是由物種1形成的，則物種2一定發(fā)生基因頻率的改變C.由物種1形成物種2的必要條件是地理隔離D.若種群1與種群2的基因頻率都發(fā)生改變，則這兩個種群都在進化C課堂練習2.如圖表示生物新物種形成的基本環(huán)節(jié)，下列敘述正確的是A.自然選擇過程中，直接受選擇的是基因型，進而基因頻率會改變B.同一物種不同種群基因頻率的改變導致種群基因庫的差別越來越大，但生物沒有進化C.地理隔離能使種群基因庫產生差別，必然導致生殖隔離D.種群基因頻率的改變是產生生殖隔離的前提條件D課堂練習3.如