6-3種群基因組成的變化與物種的形成（第1課時）-新人教必修2

6.3種群基因組成的變化及探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用（課時1）生物的進(jìn)化教學(xué)目標(biāo)1.闡述種群、種群基因庫、基因頻率等概念的內(nèi)涵。2.運(yùn)用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的變化。3.闡明自然選擇對種群基因頻率變化的影響。新課導(dǎo)入先有雞還是先有蛋？這兩種觀點都有一定的道理，但都不全面。因為他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(jìn)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(jìn)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(biāo)志，并不是在某一時刻突然有一個個體或一個生殖細(xì)胞成為一個新物種。在自然界，個體都會死亡，個體的表型會隨著個體的死亡而消失，而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(kuò)散。因此研究生物的進(jìn)化，僅研究個體和表型是不夠的，還須研究群體中基因組成的變化。為什么說種群才是生物進(jìn)化的基本單位呢？（2）特點：種群中的個體并不是機(jī)械地集合在一起，而是彼此間可以交配并通過繁殖將各自的基因傳給后代，因此種群也是生物繁殖的基本單位；（3）舉例：一片樹林中的全部獼猴（）；一個草地上的所有蒲公英（）；一個湖泊中的全部魚（）；臥龍自然保護(hù)區(qū)中的全部大熊貓（）；（1）定義：生活在一定區(qū)域的同種生物全部個體的集合叫做種群。種群的定義及特點：種群和種群基因庫種群和種群基因庫種群和種群基因庫種群基因庫A.定義：一個種群中全部個體所含有的全部基因。B.大?。悍N群中基因總數(shù)越多，基因庫越大，與基因種類無關(guān)。AAAaaaaaaaAaaAaa某昆蟲決定翅色的基因頻率種群和種群基因庫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)的比值基因頻率=某基因的數(shù)目

該基因的等位基因的總數(shù)×100%AAAaaaaaaaAaaAaa某昆蟲決定翅色的基因頻率基因型頻率=某基因型個體總數(shù)

種群全部個體數(shù)×100%種群和種群基因庫例如：某昆蟲種群中，綠色翅的基因為A,褐色翅的基因位a，調(diào)查發(fā)現(xiàn)AA、Aa、aa的個體分別占30%、60%、10%、那么A、a的基因頻率是多少？假設(shè)該種群數(shù)量為100，基因型AA的個體為30，Aa個體為60，aa個體為10，那么控制此性狀的等位基因總數(shù)200個。A基因數(shù)=2×30﹢60=120個a基因數(shù)=60﹢2×10=80個A基因的頻率==60%

a基因的頻率==40%

A.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。B.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AAAaaaaaaaAaaAaa某昆蟲決定翅色的基因頻率基因頻率種群和種群基因庫某昆蟲種群中基因型AA個體占30%，Aa占60%，aa占10%。假設(shè)存在5個假說條件：①該昆蟲種群非常大，②所有的雌雄個體間都能自由交配并產(chǎn)生后代，③沒有入和遷出④不同翅色的個體生存和繁殖的機(jī)會是均等的，⑤基因A和a都不產(chǎn)生突變，根據(jù)孟德爾的分離定律計算。（1）該種群產(chǎn)生的A配子和a配子的比值各是多少？子代基因型的頻率各是多少？子代種群的基因頻率各是多少？將計算結(jié)果填入下表，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會同子一代一樣嗎？并思考基因頻率和配子的比例是何關(guān)系？基因型頻率和基因型的比例是何關(guān)系？（2）若用p表示A配子的比例，q表示a配子的比例，那子代AA、Aa、aa三種基因型的比例分別是多少？其比例和數(shù)學(xué)中的（p+q）2=p2+2pq+q2公式有什么關(guān)系？（3）上述計算結(jié)果是建立在5個假設(shè)條件基礎(chǔ)上的。對自然界的種群來說，這5個條件都成立嗎？你覺得能否控制生物不發(fā)生基因突變？如果這些條件不能同時成立，那該種群的基因頻率還會不變嗎？用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的改變種群和種群基因庫親代基因型頻率

AA（30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比值A(chǔ)（

）A(

)a(

)a(

)親代基因頻率A（

）a(

)F1基因型頻率AA（

）Aa(

)aa(

)F1基因頻率A（

）a()F2基因型頻率AA（

）Aa(

)aa(

)F2基因頻率A（

）a(

)（1）種群的基因頻率不變，基因頻率等同配子的比例，基因型頻率等同基因型的比例（2）P（AA）=p2

P（Aa）=2pq

P（aa）=q2（3）不可能同時存在，如翅色與環(huán)境色彩較一致的，被天敵發(fā)現(xiàn)的機(jī)會就少些。不能控制是否發(fā)生基因突變，會變。30%30%30%10%60%40%36%48%16%60%40%36%48%16%60%40%遺傳平衡定律需要滿足的條件：種群的基因頻率會同子一代一樣。種群是極大的；種群個體間的交配是隨機(jī)的，種群中每個個體與其他個體的交配機(jī)會是相等的；沒有突變發(fā)生；種群之間不存在個體的遷移或基因交流；沒有自然選擇;那么這個種群的基因頻率就可以一代代穩(wěn)定不變，保持平衡。這就是遺傳平衡定律，也稱哈代—溫伯格平衡。想一想，子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會同子一代一樣嗎？種群和種群基因庫卵細(xì)胞0.6A0.4a精子0.6A0.36AA0.24Aa0.4a0.24Aa0.16aa（1）根據(jù)親本基因型頻率推出配子的基因頻率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)A(60%)a(40%)（2）通過配子結(jié)合算出子一代的基因型頻率（3）從子一代的基因型頻率，算出子二代各基因的頻率A(60%)a(40%)AA(36%)Aa(48%)aa(16%)A(60%)a(40%)如果繼續(xù)滿足上述5個條件，這個種群中的基因A和基因a的基因頻率將永遠(yuǎn)保持相同，而AA、Aa、aa的基因型頻率也一直會保持、和。種群和種群基因庫在滿足上述5個條件的前提下：若種群中一對等位基因分別為A和a，設(shè)A的基因頻率=p，a的基因頻率=q，那么遺傳平衡定律可以寫成：A=pa=qA=pa=qAA=p2aa=q2Aa=pqAa=pqAA的基因型頻率=p2aa的基因型頻率=q2Aa的基因型頻率=2pq

∵(p＋q)=A%+a%=1子一代雌配子子一代雄配子遺傳平衡所指的種群是理想的種群，在自然條件下，這樣的種群是不存在的。這也說明了在自然界種群的基因頻率遲早要發(fā)生變化，也就是說種群的進(jìn)化是必然的?！?p+q)2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化種群和種群基因庫種群基因頻率的變化可遺傳變異提供了生物進(jìn)化的原材料。其來源分為突變和基因重組?？蛇z傳變異：☆突變包括基因突變和染色體變異?？蛇z傳變異的來源突變基因重組基因突變?nèi)旧w變異普通個體變異個體進(jìn)化的原材料某種自然選擇自然選擇之后的個體由于自然界中基因自發(fā)突變頻率很低，而且多數(shù)對生物體是有害的。那基因突變?yōu)槭裁催€能夠作為生物進(jìn)化的原材料呢？例如：果蠅1組染色體上約有1.3×104個基因，假定每個基因的突變率都是10-5，對一個中等大小的果蠅種群（約有108個個體）來說，每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)將是：1.3×104×2×10-5×108×107(個)，由此可知每一代會產(chǎn)生大量的突變。突變的有害和有利不是絕對的，這取決于生物的生存環(huán)境。例如：有刺的昆蟲中有時會出現(xiàn)蠶食和無刺的突變類型，這類昆蟲在正常情況下很難生存下去，但是在經(jīng)常刮大風(fēng)的海島上，這類昆蟲卻因為不能飛行而避免被海風(fēng)吹到海里淹死?；蛲蛔儺a(chǎn)生的等位基因，通過有性生殖過程中的基因重組，形成多種的基因型，從而使種群中出現(xiàn)多種多樣可遺傳的變異類型。(突變和基因重組都是隨機(jī)的、不定向的)種群基因頻率的變化種群基因頻率的變化曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾，它們夜間活動，白天棲息在樹干上，其體色受一對等位基因S和s控制，黑色（S）對淺色（s）為顯性。19世紀(jì)時，曼徹斯特地區(qū)的樹干長滿了淺色的地衣，當(dāng)時樺尺蛾幾乎都是淺色的。19世紀(jì)中葉時，首先發(fā)現(xiàn)了黑色樺尺蛾，隨工業(yè)發(fā)展，工廠排除的煙煤使地衣不能生存，樹皮裸露并被熏成黑褐色。20世紀(jì)中葉，該地區(qū)黑色樺尺蛾成了常見的類型，S基因的頻率由100年前的5%上升到95%以上。（1）黑色樺尺蛾的出現(xiàn)是什么原因？（2）黑色樺尺蛾數(shù)量增加是什么原因？請設(shè)計實驗進(jìn)行驗證你的猜想。①將等量黑色樺尺蛾和淺色樺尺蛾作標(biāo)記，放養(yǎng)在______；②一段時間后，回收帶標(biāo)記的樺尺蛾，統(tǒng)計各自的存活率并比較；③預(yù)期結(jié)果：___________________________。（3）黑色樺尺蛾數(shù)量增加會導(dǎo)致S基因頻率______，s基因頻率______。（4）請判斷曼徹斯特地區(qū)的樺尺蛾種群是否發(fā)生了進(jìn)化？請說明理由。種群基因頻率的變化9.（1）s基因突變?yōu)镾。（2）工業(yè)區(qū)和非工業(yè)區(qū)工業(yè)區(qū)的黑色樺尺蛾存活率高于淺色樺尺蛾，非工業(yè)區(qū)的黑色樺尺蛾存活率低于淺色樺尺蛾。（3）增大減?。?）進(jìn)化了該樺尺蛾種群的基因頻率發(fā)生了變化種群基因頻率的變化不利變異被淘汰，有利變異逐漸積累變異自然選擇生物朝一定方向緩慢進(jìn)化生物進(jìn)化的實質(zhì)是種群基因頻率的定向改變。種群基因頻率發(fā)生定向改變（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。自然選擇對種群基因頻率變化的影響種群基因頻率的變化用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化：無法進(jìn)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(jìn)化？基因頻率發(fā)生改變自然選擇對種群基因頻率變化的影響1.實驗原理：一般情況下，一定濃度的抗生素會殺死細(xì)菌，但變異的細(xì)菌可能產(chǎn)生

。在實驗室連續(xù)培養(yǎng)細(xì)菌時，如果向培養(yǎng)基中添加抗生素，

有可能存活下來。耐藥性耐藥菌2.方法步驟相互垂直涂布器不含抗生素抗生素紙片12~16h抑菌圈的直徑抑菌圈邊緣探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用根據(jù)教材P115“探究·實踐”，回答下列問題：(1)要從什么位置挑選細(xì)菌再進(jìn)行培養(yǎng)？原因是什么？從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌；因為抑菌圈邊緣生長的細(xì)菌可能是耐藥菌。(2)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(xì)菌產(chǎn)生了什么作用？抑菌圈的直徑大小表明該種抗生素的殺菌能力的強(qiáng)弱，直徑越大，殺菌能力越強(qiáng)。連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑會變小，說明通過抗生素的選擇作用，細(xì)菌中的耐藥性類型越來越多。探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用(3)在本實驗的培養(yǎng)條件下，耐藥菌所產(chǎn)生的變異是有利還是有害的？怎么理解變異是有利還是有害的？細(xì)菌產(chǎn)生的耐藥性變異有利于細(xì)菌的生存，屬于有利變異。在生物進(jìn)化過程中，生物產(chǎn)生的有利變異指有利于生物生存、適應(yīng)環(huán)境的變異，而不是對人類有利的變異。(4)濫用抗生素的現(xiàn)象十分普遍，請舉例說明濫用抗生素的危害。①增強(qiáng)細(xì)菌耐藥性：抗生素的濫用及不合理的使用在一定程度上使抗生素接觸細(xì)