2022-2023學年人教版 （2019）必修二 6-3 種群基因組成的變化與物種的形成 課件（22張）

生物學必修二

遺傳與進化第6章生物的進化6.3種群基因組成的變化與物種的形成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關(guān)系？本節(jié)聚焦一.種群和種群基因庫1、種群是生物繁殖的基本單位，也是生物進化的基本單位：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，個體的表型也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?？梢姡芯可锏倪M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。2、種群：生活在一定區(qū)域的同種生物全部個體的集合叫作種群，種群在繁衍過程中，個體有新老交替，基因卻代代相傳。種群的實質(zhì)：能通過交配進行基因交流的一群個體，不存在地理隔離和生殖隔離。3、種群的基因庫和基因頻率基因庫：一個種群中全部個體所含有的全部基因基因頻率：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A(chǔ)的基因頻率（假設(shè)為p）：A/(A+a)*100%a的基因頻率（假設(shè)為q）：a/(A+a)*100%顯然：p+q=1一.種群和種群基因庫4、種群基因頻率的計算①根據(jù)定義計算A的基因頻率（假設(shè)為p）：A/(A+a)*100%a的基因頻率（假設(shè)為q）：a/(A+a)*100%②根據(jù)基因關(guān)系計算：

p+q=1③根據(jù)基因型計算A的基因頻率：AA基因型頻率+1/2Aa基因型頻率a的基因頻率：aa基因型頻率+1/2Aa基因型頻率④對于理想種群，可根據(jù)遺傳平衡原理計算理想種群：種群足夠大、隨機交配、沒有遷入和遷出、不發(fā)生選擇、不發(fā)生基因突變內(nèi)容：若A，a基因頻率分別為p、q，則種群中AA、Aa、aa基因型頻率分別為p2、2pq、q2二.種群基因頻率的變化1、影響種群基因頻率的因素自然選擇：自然選擇導致種群基因頻率的定向改變，使適應環(huán)境的基因的基因頻率增加基因突變：是產(chǎn)生新基因的途徑，產(chǎn)生新的等位基因，是生物變異的根本來源遷移：包括遷入和遷出遺傳漂變：由于個體死亡導致種群基因頻率改變，種群越小，現(xiàn)象越明顯除此之外，染色體變異、非隨機交配等也會引起種群基因頻率的改變。二.種群基因頻率的變化2、基因突變可以使種群的基因頻率發(fā)生變化①基因突變產(chǎn)生新的等位基因，可以使種群的基因頻率發(fā)生變化②基因突變屬于可遺傳的變異，是生物變異的根本來源：達爾文曾明確指出，可遺傳的變異提供了生物進化的原材料?，F(xiàn)代遺傳學研究表明，可遺傳的變異來源于基因突變、基因重組和染色體變異（還有嗎？）。其中，基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變。③基因突變?yōu)樯镞M化提供了豐富的原材料：生物自發(fā)突變的頻率很低，但種群是由許多個體組成的，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(chǎn)生大量的突變。許多突變是有害的，但突變的有害和有利也不是絕對的，往往取決于生物的生存環(huán)境。④基因突變是基因重組的基礎(chǔ)，基因重組為生物進化提供了豐富的原材料，對生物進化具有重要的意義：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。⑤突變和重組都是隨機的、不定向的，它們只提供進化的原材料，不能決定生物進化的方向。三.自然選擇對種群基因頻率變化的影響1、先有突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料，再有自然選擇進行選擇。2、案例分析：英國的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾（其幼蟲叫樺尺蠖）。它們夜間活動，白天棲息在樹干上。雜交實驗表明，樺尺蛾的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。在19世紀中葉以前，樺尺蛾幾乎都是淺色型的，該種群中S基因的頻率很低，在5%以下。到了20世紀中葉，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。19世紀時，曼徹斯特地區(qū)的樹干上長滿了淺色的地衣。后來，隨著工業(yè)的發(fā)展，工廠排出的煤煙使地衣不能生存，結(jié)果樹皮裸露并被熏成黑褐色。三.自然選擇對種群基因頻率變化的影響1、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？2、樹干變黑會影響樺尺蛾種群中淺色個體的出生率嗎？為什么？3、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？1、答案：2、答案：樹干變黑會影響樺尺蛾種群中淺色個體的出生率，這是因為樹干變黑后，淺色個體容易被發(fā)現(xiàn)，被捕食的概率增加，許多淺色個體可能在沒有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食，導致其個體數(shù)減少，影響出生率。3、答案：直接受選擇的是表型（體色），而不是基因型?；蛐筒⒉荒茉谧匀贿x擇中起直接作用，因為天敵在捕食樺尺蛾時，看到的是樺尺蛾的體色而不是控制體色的基因。三.自然選擇對種群基因頻率變化的影響3、自然選擇導致種群基因頻率的定向改變，決定生物進化的方向：在自然選擇的作用下，具有有利變異的個體有更多的機會產(chǎn)生后代，種群中相應基因的頻率會不斷提高；相反,具有不利變異的個體留下后代的機會少，種群中相應基因的頻率會下降。因此，在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會發(fā)生定向改變，導致生物朝著一定的方向不斷進化。四.探究?實踐：探究抗生素對細菌的選擇作用1、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(chǎn)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。2、目的要求：通過觀察細菌在含有抗生素的培養(yǎng)基上的生長狀況，探究抗生素對細菌的選擇作用3、材料用具：經(jīng)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，細菌菌株（如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等），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，記號筆，直尺等。4、方法步驟（1）用記號筆在培養(yǎng)皿的底部畫2條相互垂直的直線，將培養(yǎng)皿分為4個區(qū)域，分別標記為①-④。（2）取少量細菌的培養(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。（3）用無菌的鑷子先夾取1張不含抗生素的紙片放在①號區(qū)域的中央，再分別夾取1張抗生素紙片放在②-④號區(qū)域的中央，蓋上皿蓋。（4）將培養(yǎng)皿倒置于37℃的恒溫箱中培養(yǎng)12-16小時。（5）觀察培養(yǎng)基上細菌的生長狀況。紙片附近是否出現(xiàn)了抑菌圈？如果有，測量和記錄每個實驗組中抑菌圈的直徑，并取平均值。（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)，然后重復步驟2-5。如此重復幾代，記錄每一代培養(yǎng)物抑菌圈的直徑。四.探究?實踐：探究抗生素對細菌的選擇作用5、結(jié)果和討論①實驗結(jié)束后，為何應將耐藥菌、培養(yǎng)基、紙片等進行高溫滅菌處理？②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？③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(chǎn)生了什么作用？④為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌？⑤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。⑥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？你怎么理解變異是有利還是有害的？⑦你認為你的數(shù)據(jù)和結(jié)論是有效的嗎？（提示：將你的數(shù)據(jù)和結(jié)論與其他同學的進行比較。）⑧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？五.隔離在物種形成中的作用1、如何判斷兩個種群是不是同一個物種：同種生物的不同種群，由于突變和選擇因素的不同，其基因組成可能會朝不同的方向改變，導致種群間出現(xiàn)形態(tài)和生理上的差異，如前文中深色和淺色的樺尺蠖，它們還是一個物種嗎？2、物種的概念：在遺傳學和生物進化論的研究中，把能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物稱為一個物種。不同物種之間存在生殖隔離。實例：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，它們屬于兩個物種。五.隔離在物種形成中的作用3、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)象生殖隔離：不同物種之間不能交配，或者即使交配成功也不能產(chǎn)生可育后代的現(xiàn)象。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4、隔離在物種形成中的作用五.隔離在物種形成中的作用4、隔離在物種形成中的作用實例——加拉帕戈斯群島多種地雀的形成：這是達爾文在環(huán)球號察中觀察到的現(xiàn)象。在加在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。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。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。這些島嶼是500萬年前由海底的火山噴發(fā)后形成的。比南美洲大陸的形成晚得多。因此，可以推測這些地雀的共同祖先來自南美洲大陸，以后在各個島嶼上形成了不同的種群。討論1.設(shè)想南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。這兩個種群的個體數(shù)量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？2.不同島嶼上的地雀種群，產(chǎn)生突變的情況一樣嗎？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(chǎn)生什么影響？4.如果這片海域只有一個小島，還會形成這么多種地雀嗎？五.隔離在物種形成中的作用4、隔離在物種形成中的作用加拉帕戈斯群島的多種地雀的形成：這些地雀的祖先屬于同一個物種，從南美洲大陸遷來后，逐漸分布到不同的島嶼上。由于各個島上的地雀種群可能會出現(xiàn)不同的突變和基因重組，而一個種群的突變和基因重組對另一個種群的基因頻率沒有影響。因此，不同種群的基因頻率就會發(fā)生不同的變化。由于各個島上的食物和棲息條件互不相同，自然