種群基因組成的變化與物種的形成 高一生物人教版必修2

新人教版·必修二第六章：生物的進(jìn)化

第3節(jié)：種群基因組成的變化與物種的形成問題探討先有雞還是先有蛋？甲同學(xué)當(dāng)然是先有雞蛋了，因?yàn)橹挥猩臣?xì)胞產(chǎn)生的基因突變才能遺傳給后代，體細(xì)胞即使發(fā)生了基因突變，也不能影響后代的性狀。乙同學(xué)不對(duì)，人們在養(yǎng)雞過程中，是根據(jù)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。問題探討討論你同意哪位同學(xué)的觀點(diǎn)？你的答案和理由是什么？先有誰？這兩種觀點(diǎn)都有一定的道理，但都不全面。因?yàn)樗鼈兒鲆暳穗u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(gè)體為單位這一重要觀點(diǎn)。生物進(jìn)化的過程是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(shí)刻突然有一個(gè)個(gè)體或一個(gè)生殖細(xì)胞成為一個(gè)新物種。前言自然選擇直接作用的對(duì)象：生物的個(gè)體，而且是個(gè)體的表型。騾子具有雜種優(yōu)勢，但不可育，它的基因不能傳遞給后代，在進(jìn)化上沒有貢獻(xiàn)。非洲象個(gè)體的表型會(huì)隨著個(gè)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)。騾子種群是生物進(jìn)化的基本單位P110種群基因組成的變化種群和種群基因庫1.種群的概念生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)體的集合。一片樹林中的全部獼猴一片草地上的所有蒲公英一個(gè)培養(yǎng)皿中大腸桿菌種群生活在一定的自然區(qū)域內(nèi)同種生物所有個(gè)體三要素種群和種群基因庫1.種群的概念種群中的個(gè)體并不是機(jī)械地集合在一起。一個(gè)種群其實(shí)就是一個(gè)繁殖單位，雌雄個(gè)體可以通過繁殖將各自的基因遺傳給后代。種群在繁衍過程中，個(gè)體有新老交替，基因卻代代相傳?；认x的壽命不足1年，所有的蝗蟲都會(huì)在秋風(fēng)中死去，其中有些個(gè)體成功地完成生殖，在土壤中埋下受精卵。來年春夏之交，部分受精卵成功地發(fā)育成蝗蟲。種群和種群基因庫2.種群基因庫A.定義一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，叫作這個(gè)種群的基因庫。一個(gè)種群都有一個(gè)基因庫，種群中每個(gè)個(gè)體所含有的基因只是基因庫的一部分，個(gè)體一代代死亡，但基因庫在代代相傳中保留下來，并得到發(fā)展。這些金魚各自有自己的基因，共同構(gòu)成了種群的基因庫。它們各自的基因都是基因庫的一部分。個(gè)體數(shù)目越多，個(gè)體間的差異越大，基因庫也就越大。種群和種群基因庫2.種群基因庫B.基因頻率在一個(gè)種群基因庫中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比值。aaAAAaAaAAAaAAAaaaAa基因頻率=某基因的數(shù)目該基因的等位基因的總數(shù)×100%種群和種群基因庫2.種群基因庫C.基因型頻率某種基因型個(gè)體占種群總數(shù)的比值。aaAAAaAaAAAaAAAaaaAa基因型頻率=某基因型的個(gè)體種群總數(shù)×100%種群和種群基因庫2.種群基因庫例如：在某昆蟲種群中，決定翅色為綠色的基因A，決定翅色為褐色的基因是a，調(diào)查發(fā)現(xiàn)AA、Aa、aa的個(gè)體分別占30%、60%和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(gè)體為30，Aa個(gè)體為60，aa個(gè)體為10，那么控制此性狀的等位基因總數(shù)200個(gè)。A基因數(shù)=2?30+60=120個(gè)；a基因數(shù)=2?10+60=80個(gè)；A基因的頻率=120×100%200a基因的頻率=80×100%200=60%=40%在種群中，一對(duì)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。種群和種群基因庫2.種群基因庫例如：在某昆蟲種群中，決定翅色為綠色的基因A，決定翅色為褐色的基因是a，調(diào)查發(fā)現(xiàn)AA、Aa、aa的個(gè)體分別占30%、60%和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(gè)體為30，Aa個(gè)體為60，aa個(gè)體為10，那么控制此性狀的等位基因總數(shù)200個(gè)。A基因數(shù)=2?30+60=120個(gè)；a基因數(shù)=2?10+60=80個(gè)；A基因的頻率=120×100%200a基因的頻率=80×100%200=60%=40%這一種群繁殖若干代以后，其基因頻率會(huì)不會(huì)發(fā)生改變呢？種群和種群基因庫思考·討論用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化①種群非常大②所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并產(chǎn)生后代

③沒有遷入和遷出④不同翅色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的⑤基因A和a都不產(chǎn)生突變假設(shè)上述昆蟲種群根據(jù)孟德爾的分離定律計(jì)算：1.該種群產(chǎn)生的A配子和a配子的比值各是多少？2.子代基因型的頻率各是多少？3.子代種群的基因頻率各是多少？種群和種群基因庫思考·討論用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化將計(jì)算結(jié)果填入下表：親代基因型的頻率AA(30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比率親代產(chǎn)生配子總數(shù)子一代基因型頻率子一代基因頻率A（30%）A（30%）a（10%）a（30%）A（60%）a（40%）AA（36%）Aa（48%）aa（16%）A（60%）a（40%）子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會(huì)同子一代一樣嗎？種群的基因頻率會(huì)同子一代一樣種群和種群基因庫分析種群基基因頻率和種群基因型頻率之間的關(guān)系A(chǔ)%=AA%+1/2Aa%a%=aa%+1/2Aa%A%+a%=1010203一對(duì)等位基因：顯性基因的頻率=顯性純合子的頻率+雜合子頻率的一半隱性基因的頻率=隱性純合子的頻率+雜合子頻率的一半種群和種群基因庫總結(jié)如果一個(gè)種群符合下列條件：①種群是極大的；②

種群個(gè)體間都能自由交配并產(chǎn)生后代，種群中每個(gè)個(gè)體與其他個(gè)體的交配機(jī)會(huì)是相等的；③

種群之間不存在個(gè)體的遷入和遷出；④

沒有自然選擇（不同個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的）；⑤

沒有突變發(fā)生；那么這個(gè)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。種群和種群基因庫思考·討論用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化2.上述計(jì)算結(jié)果使建立在5個(gè)假設(shè)條件基礎(chǔ)上的。對(duì)自然界的種群來說，

這5個(gè)條件都成立嗎？你能舉出哪些實(shí)例？對(duì)于自然界的種群來說，這5個(gè)條件不可能都成立。例如，翅色與環(huán)境色彩較一致的，被天敵發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)就少些。3.如果該種群出現(xiàn)新的突變型（基因型為A2a或A2A2），也就是產(chǎn)生新的等

位基因A2，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生變化嗎？基因A2的頻率可能會(huì)怎樣變化？突變產(chǎn)生的新基因會(huì)使種群的基因頻率發(fā)生變化。基因A2的頻率使上升還是下降，要看這一突變對(duì)生物體是有益的還是有害的。種群基因頻率的變化突變在自然界中是普遍存在的。基因突變產(chǎn)生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生改變?？蛇z傳變異提供進(jìn)化的原材料基因突變?nèi)旧w變異基因重組突變p112種群基因頻率的變化我們知道，生物自發(fā)突變的頻率很低，而且許多突變是有害的，那么，它為什么還能夠作為生物進(jìn)化的原材料呢？①種群是由許多個(gè)體組成的，每個(gè)個(gè)體的每一個(gè)細(xì)胞

內(nèi)都有成千上萬個(gè)基因，這樣，每一代就會(huì)產(chǎn)生大

量的突變。果蠅一組染色體上約有1.3?104個(gè)基因，假定每個(gè)基因的突變頻率都為10-5，對(duì)一個(gè)中等大小的果蠅種群（約有108個(gè)個(gè)體）來說，每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)將是：1.3×104×2×10-5×108=2.6×107（個(gè)）種群基因頻率的變化我們知道，生物自發(fā)突變的頻率很低，而且許多突變是有害的，那么，它為什么還能夠作為生物進(jìn)化的原材料呢？②突變的有害還是有利也不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的

生存環(huán)境。某海島上無翅殘翅昆蟲如：有翅的昆蟲中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)殘翅和無翅的突變類型，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?yàn)椴荒茱w行而避免被海風(fēng)吹到海里淹死。種群基因頻率的變化基因突變產(chǎn)生的等位基因，通過有性生殖過程中的基因重組，可以形成多種多樣的基因型，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）影響種群基因頻率變化的因素什么會(huì)引起種群基因頻率發(fā)生定向改變，從而決定生物進(jìn)化的方向？p112工業(yè)革命后種群基因頻率的變化探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響探究·實(shí)踐工業(yè)革命前黑色樺尺蛾淺色樺尺蛾黑色樺尺蛾淺色樺尺蛾長滿地衣的灰色樹干灰色（ss）樺尺蛾多S頻率低，s頻率高環(huán)境污染的黑色樹干黑色（S_）樺尺蛾多S頻率高，s頻率低種群基因頻率的變化探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響探究·實(shí)踐【提出問題】樺尺蛾種群中s基因（決定淺色性狀）的頻率為什么越來越低呢？【做出假設(shè)】樹皮黑褐色的環(huán)境下，黑色體色的樺尺蛾個(gè)體數(shù)量逐年增加，控制黑色的S基因頻率逐年上升，而淺色體色的樺尺蛾由于不適應(yīng)樹皮黑褐色的環(huán)境，易被天敵發(fā)現(xiàn)，淺色體色的樺尺蛾個(gè)體數(shù)量逐年減少，控制淺色的s基因頻率逐年下降（減少）。種群基因頻率的變化探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響探究·實(shí)踐【討論探究思路】通過創(chuàng)設(shè)數(shù)字化問題情境的方法來探究（其中數(shù)字是假設(shè)的）1870年，樺尺蛾種群的基因型頻率如下：SS10%，Ss20%，ss70%。在樹干變黑這一環(huán)境條件下，假如樹干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得種群中淺色個(gè)體每年減少10%，黑色個(gè)體每年增加10%。第2~10年間，該種群每年的基因型頻率是多少？基因頻率是多少？種群基因頻率的變化探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響探究·實(shí)踐第1年第2年第3年第4年······基因型頻率SSSsss基因頻率Ss10%20%70%20%80%假設(shè)樺尺蛾種群個(gè)體總數(shù)為100個(gè)。SS=10個(gè)Ss=20個(gè)ss=70個(gè)第二年SS=10?1.1=11個(gè)Ss=20?1.1=22個(gè)ss=70?0.9=63個(gè)總數(shù)96個(gè)SS頻率=11/96=11.5%Ss頻率=22/96=22.9%ss頻率=63/96=65.6%S頻率=11.5%+1/2?22.9%=23%s頻率=65.6%+1/2?22.9%=77%11.5%22.9%65.6%23%77%種群基因頻率的變化探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響探究·實(shí)踐第1年第2年第3年第4年······基因型頻率SSSsss基因頻率Ss10%20%70%20%80%11.5%22.9%65.6%23%77%13.1%26%60.9%26.1%73.9%14.7%29.2%56.1%29.3%70.7%升高下降【分析結(jié)果，得出結(jié)論】計(jì)算結(jié)果支持上述假設(shè)，在自然環(huán)境的選擇作用下，該種群的S基因的頻率逐年上升，控制淺色的s基因頻率逐年下降，這說明自然選擇可以使種群的基因頻率發(fā)生定向改變。種群基因頻率的變化探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響探究·實(shí)踐討論：1.樹干變黑會(huì)影響樺尺蛾種群中淺色個(gè)體的出生率嗎？為什么？樹干變黑會(huì)影響樺尺蛾種群中淺色個(gè)體的出生率。因?yàn)闃涓勺兒诤?，淺色個(gè)體容易被發(fā)現(xiàn)，被捕食的概率增加，許多淺色個(gè)體可能在沒有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食，導(dǎo)致其個(gè)體數(shù)減少，影響出生率。2.在自然選擇過程中，直接受選擇的是基因型還是表型？為什么？直接選擇的是表型（體色），而不是基因型。因?yàn)樘鞌吃诓妒硺宄叨陼r(shí)，看到的是樺尺蛾的體色而不是控制體色的基因。種群基因頻率的變化總結(jié)在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。可遺傳變異各種變異類型自然選擇種群基因頻率定向改變生物向著一定方向進(jìn)化提供進(jìn)化的原材料決定進(jìn)化方向進(jìn)化的實(shí)質(zhì)種群基因頻率的變化探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用一般情況下，一定濃度的抗生素會(huì)殺死細(xì)菌，但變異的細(xì)菌可能產(chǎn)生耐藥性。在實(shí)驗(yàn)室連續(xù)培養(yǎng)細(xì)菌時(shí)，如果向培養(yǎng)基中添加抗生素，耐藥菌有可能存活下來。通過觀察細(xì)菌在含有抗生素的培養(yǎng)基上的生長狀況，探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)?zāi)康腜115種群基因頻率的變化探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用經(jīng)過高溫滅菌的牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基及固體培養(yǎng)基平板細(xì)菌菌株（如大腸桿菌、金黃色葡萄糖球菌等）含有抗生素（如青霉素、卡那霉素等）的圓形濾紙片（以下簡稱“抗生素紙片”）不含抗生素的紙片鑷子，涂布器，無菌棉簽，酒精燈，記號(hào)筆，直尺等。材料用具種群基因頻率的變化探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用方法步驟用記號(hào)筆在培養(yǎng)皿的底部畫2

條相互垂直的直線，將培養(yǎng)皿分為4個(gè)區(qū)域，分別標(biāo)記為①~④。01取少量細(xì)菌的培養(yǎng)液，用無

菌的涂布器（或無菌棉簽）均勻地涂抹在培養(yǎng)基平板上。021234種群基因頻率的變化探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用方法步驟用無菌的鑷子先夾取1張不含

抗生素的紙片放在1號(hào)區(qū)域的中央，再分別夾取1張抗生素紙片放在②~④號(hào)區(qū)域的中央。蓋上皿蓋。03將培養(yǎng)皿倒置于37℃的恒溫箱中培養(yǎng)12~16h。04種群基因頻率的變化探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用方法步驟觀察培養(yǎng)基上細(xì)菌的生長狀

況。紙片附近是否出現(xiàn)了抑菌圈?如果有，測量和記錄每個(gè)實(shí)驗(yàn)組中抑菌圈的直徑，并取平均值。05從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌。

接種到已滅菌的液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，然后重復(fù)步驟2~5。如此重復(fù)幾代，記錄每一代培養(yǎng)物抑菌圈的直徑。06種群基因頻率的變化探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用結(jié)果和結(jié)論結(jié)果：抗生素紙片周圍出現(xiàn)抑菌圈，在連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑越來越小。結(jié)論：說明抗生素對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生了選擇作用。1234種群基因頻率的變化探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用討論1.為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌?抗生素能夠殺死細(xì)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(xì)菌，因此要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌。2.你的數(shù)據(jù)是否支持“耐藥菌是普遍存在的”這一說法?說說你的理由。支持。因?yàn)橐志吘壣L的細(xì)菌可能是耐藥菌。種群基因頻率的變化探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用討論3.在本實(shí)驗(yàn)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?

你怎么理解變異是有利還是有害的?在本實(shí)驗(yàn)條件下，耐藥菌產(chǎn)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。種群基因頻率的變化探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用討論4.你認(rèn)為你的數(shù)據(jù)和結(jié)論是有效的嗎?(提示:將你的數(shù)據(jù)和結(jié)論與其

他同學(xué)的進(jìn)行比較。)由于細(xì)菌繁殖很快，耐藥率的上升速度也較快，因此需要加強(qiáng)監(jiān)控。我國衛(wèi)生部門建立了相關(guān)檢測機(jī)制，說明黨和政府關(guān)注民生。醫(yī)療機(jī)構(gòu)及時(shí)通報(bào)預(yù)警信息，有利于全國的醫(yī)院機(jī)構(gòu)共同及時(shí)采取措施，如更換新的抗生素類藥物，將細(xì)菌耐藥率控制在低水平。種群基因頻率的變化探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用討論5.濫用抗生素的現(xiàn)象十分普遍。例如，有人生病時(shí)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(dòng)物飼料中。你認(rèn)為這些做法會(huì)有什么后果?請(qǐng)你查閱資料，舉出更多濫用抗生素的實(shí)例。濫用抗生素會(huì)使病菌的抗藥基因不斷積累，抗藥性不斷增強(qiáng)，導(dǎo)致抗生素藥物失效。物種的概念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(chǎn)生可育的后代，這種現(xiàn)象叫作生殖隔離。馬驢騾馬和驢雖然能夠交配，但是產(chǎn)生的后代——騾是不育的，因此，馬和驢之間存在生殖隔離，它們屬于兩個(gè)物種。騾子為什么不可育？?p116物種的概念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(chǎn)生可育的后代，這種現(xiàn)象叫作生殖隔離。馬驢騾騾子為什么不可育？馬和驢的染色體組不同，被產(chǎn)生的后代騾的細(xì)胞中沒有同源染色體，在減數(shù)分裂時(shí)出現(xiàn)聯(lián)會(huì)紊亂，不能形成可育配子。2N=642N=6263條染色體?隔離及其在物種形成中的作用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。1.地理隔離常見的地理障礙：高山、河流、沙漠或其他地理上的障礙。隔離生殖隔離地理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(chǎn)生可育后代的現(xiàn)象。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。什么樣的聯(lián)系？隔離及其在物種形成中的作用1.地理隔離在一個(gè)山谷中，有一個(gè)鼠種群“快樂”地生活著。，雌鼠和雄鼠之間可以自由交配，繁衍后代。后來由于地址和氣候的變化，山谷中形成一條洶涌的大河。鼠種群的個(gè)體，一半在河這邊，一半在河那邊。就這樣過了幾千年。后來，河流干涸了，兩個(gè)鼠種群又相遇了