種群基因組成和物種形成課件-2023-2024學年高一下學期生物人教版（2019）必修2

第2節(jié)

自然選擇和適應的生成第6章生物的進化生物必修二遺傳與進化一、種群的基因庫、基因型頻率和基因頻率二、突變和重組為進化提供原材料三、自然選擇決定進化的方向四、隔離是物種形成的必要條件種群基因組成的變化與物種形成一、種群和種群基因庫具有有利變異表型的個體通過繁殖使控制有利變異的基因在群體擴散有生之年不相見的同種生物繁殖后代嗎？

不同種的生物之間可以繁殖后代嗎？一定空間一定時間時常相遇才有機會繁殖一般同種生物才能繁殖后代生活在一定區(qū)域的同種生物全部個體的集合——種群種群是生物繁殖的單位，而不是同種生物個體簡單、機械或偶然的集合aa表現(xiàn)型【思考】自然選擇的直接作用對象是基因型還是表現(xiàn)型？A一、種群和種群基因庫問題：繁殖時，新老種群在基因組成上有變化嗎？基因庫：一個種群中全部個體所含有的全部基因。種群通過繁殖傳遞其基因庫?；蝾l率＝該基因的總數(shù)該等位基因的總數(shù)×100%基因型頻率＝特定基因型個體數(shù)該種群個體總數(shù)×100%一、種群和種群基因庫許多昆蟲的壽命不足一年，所有的蝗蟲都會在秋風中死去，其中有些個體成功的完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵，來年春夏之交部分受精卵成功的發(fā)育成蝗蟲。例如：在某昆蟲種群中，決定體色為黑色的基因是A，決定體色為褐色的基因是a，從這個種群中隨機抽取100個個體，測得基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個，求A和a的基因頻率。

一、種群和種群基因庫解：例2、在對某工廠職工進行遺傳學調查時發(fā)現(xiàn)，在男女各400名職工中，女性色盲基因的攜帶者為30人，患者為10人，男性患者為22人。那么這個群體中色盲基因的頻率為()A.4.5％

B.5.9％

C.6％

D.9％XBY=378XBXB=360XBXb=30XbXb=10XbY=22XB的基因頻率=30×1+360×2+378×1400×2+400×1Xb的基因頻率=30×1+10×2+22×1400×2+400×1漢水丑生侯偉作品一、種群和種群基因庫C思考.討論漢水丑生侯偉作品

若上述昆蟲種群非常大，所有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機會是均等的（無選擇），基因A和a都不產生突變，根據(jù)分離定律計算并填寫下表。想一想：后續(xù)子代的種群基因頻率會同子一代一樣嗎？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%36%48%16%60%40%用數(shù)學方法討論基因頻率的變化思考.討論漢水丑生侯偉作品上述計算結果是建立在5個假設條件基礎上的（①種群足夠大，②自由交配，③無選擇，④無突變，⑤無遷入遷出）。對于自然界的種群來說，這5個條件都成立嗎？滿足5個條件的種群稱為遺傳平衡群體/種群。遺傳平衡在自然狀態(tài)下是無法達到的，但在一個足夠大的種群中，如果個體間是自由交配的且沒有明顯的自然選擇的話，我們往往近似地看作符合遺傳平衡。如人類種群、果蠅種群等比較大的群體中，一些單基因性狀的遺傳是可以應用遺傳平衡定律的。（pA＋qa）2＝p2AA＋2pqAa＋q2aa遺傳平衡定律：遺傳平衡群體自由/隨機交配一次后，種群的基因頻率和基因型頻率均保持不變。遺傳平衡定律（常染色體上的基因）：（pXA＋qXa）×（

XA＋

Xa＋Y）p2q212遺傳平衡定律（X染色體上的基因）：(p2XAXA＋2pqXAXa＋q2XaXa

)＋(pXAY＋qXaY)思考.討論（2017課標II卷）32．(12分)人血友病是伴X隱性遺傳病?，F(xiàn)有一對非血友病的夫婦生出了兩個非雙胞胎女兒。大女兒與一個非血友病的男子結婚并生出了一個患血友病的男孩。小女兒與一個非血友病的男子結婚，并已懷孕?；卮鹣铝袉栴}：（3）已知一個群體中，血友病的基因頻率和基因型頻率保持不變，且男性群體和女性群體的該致病基因頻率相等。假如男性群體中血友病患者的比例為1%，則該男性群體中血友病致病基因頻率為

；在女性群體中攜帶者的比例為

。XbY=1%==Xb的基因頻率Xb

XB+Xb

=0.01XBXB=（0.99）2XBXb=2ⅹ0.99ⅹ0.01XbXb=（0.01）20.011.98%XbY

XBY+XbY

=練一練例4：某地區(qū)每10000人中有一個白化病患者，求該地區(qū)一對正常夫婦生下一個白化病小孩的幾率。解析：aa=q2=0.0001，得q=0.01，則p=0.99AA的基因型頻率p2=0.992=0.9801Aa的基因型頻率2pq=2×0.99×0.01=0.0198正常夫婦中是攜帶者概率為：2pq/(p2+2pq)=2/101則后代為aa的概率為：2/101×2/101×1/4=1/10201。練一練一、種群的基因庫、基因型頻率和基因頻率二、突變和重組為進化提供原材料三、自然選擇決定進化的方向四、隔離是物種形成的必要條件種群基因組成的變化與物種形成遺傳平衡群體無法進化怎樣進化?先打破平衡種群數(shù)量有限不能自由交配存在各種突變存在自然選擇有遷入或遷出二、種群和種群基因庫基因突變產生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生變化?；蛲蛔儺a生等位基因，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，從而使種群種出現(xiàn)多種多樣的可遺傳變異類型?？蛇z傳的變異來源于基因突變、基因重組和染色體變異，其中基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變。思考1、基因突變具有低頻性，許多突變是有害的，為什么還可以為進化提供原材料？思考2、突變和重組能不能決定進化的方向？

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，若有一個中等數(shù)量的果蠅種群（約有108個個體），那么每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)是多少呢？2×1.3×104×10-5×108=2.6×107（個）長翅殘翅隨機、不定向一、種群和種群基因庫一、種群的基因庫、基因型頻率和基因頻率二、突變和重組為進化提供原材料三、自然選擇決定進化的方向四、隔離是物種形成的必要條件種群基因組成的變化與物種形成突變和重組不能決定進化的方向，那么進化的方向是由什么決定的？探究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)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，樺尺蛾幾乎都是淺色型的，種群中S基因的頻率很低，S基因的頻率低于5%。到了20世紀中葉，黑色型的樺尺蛾卻成了常見類型，S基因的頻率超過95%。19世紀中葉，該地區(qū)樹干上長滿地衣，后來隨著工業(yè)的發(fā)展，工廠排出的煤煙使地衣無法生存，結果樹皮裸露并被熏成黑褐色。一、種群和種群基因庫提出問題：樺尺蛾種群中S基因的頻率為什么越來越高？做出假設：___________________________________________

討論探究思路：創(chuàng)設數(shù)字化情境：1870年，樺尺蛾種群基因型頻率為SS10%，Ss20%，ss70%。假定樹干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得淺色個體每年減少10%，黑色個體每年增加10%。環(huán)境改變（樹皮變黑）后，淺色個體不易存活，黑色個體有機會產生更多后代一、種群和種群基因庫假定樹干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得淺色個體（ss）每年減少10%，黑色個體(S_)每年增加10%。將計算結果填入下表：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%13.0%26.0%61.0%14.6%29.2%56.2%26.0%74.0%29.2%70.8%631122一、種群和種群基因庫漢水丑生侯偉作品在自然選擇的作用下，具有有利變異的個體更有機會產生后代，種群中控制有利變異表型的基因的頻率也會不斷提高；相反，具有不利變異的個體留下后代的機會少，種群中控制不利變異表型的基因的頻率會下降。在自然選擇的作用下，種群基因頻率發(fā)生定向改變，導致生物朝著一定的方向不斷進化。一、種群和種群基因庫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。微生物很小，肉眼無法分別，但是在培養(yǎng)基上不斷分裂的一個細菌可以產生一個子細胞群體，就成為肉眼可見的菌落。一、種群和種群基因庫第1步：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。第2步：取少量細菌的培養(yǎng)液，用無菌棉簽均勻地涂抹在培養(yǎng)基平板上。第3步：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)域中央，再分別夾取1張抗生素紙片放在②~④號區(qū)域中央，蓋上蓋玻片。第4步：將培養(yǎng)皿倒置于37℃的恒溫箱中培養(yǎng)12~16h。第5步：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。一、種群和種群基因庫第6步：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)物抑菌圈直徑。實驗結果：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____________。實驗結論：這說明抗生素對細菌產生了選擇作用。越來越小一、種群和種群基因庫一、種群的基因庫、基因型頻率和基因頻率二、突變和重組為進化提供原材料三、自然選擇決定進化的方向四、隔離是物種形成的必要條件種群基因組成的變化與物種形成在遺傳學和進化論研究中，把能夠在自然狀態(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。不同物種之間存在生殖隔離，表現(xiàn)為不同物種不能相互交配，即使交配成功，也不能生育或不能產生可育的后代。例如，精卵不能識別，植物開花時期不同，動物發(fā)情期不同等導致等。雜交馬（2n=64）驢（2n=62）騾（2n=63）一、種群和種群基因庫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，叫作地理隔離。eg:東北虎和華南虎地理隔離和生殖隔離都是指不同群體間的個體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為隔離。不同物種之間存在生殖隔離，表現(xiàn)為不同物種不能相互交配，即使交配成功，也不能生育或不能產生可育的后代。例如，精卵不能識別，植物開花時期不同，動物發(fā)情期不同等導致等。一、種群和種群基因庫一、種群和種群基因庫

(1)物種和種群有什么區(qū)別?二者存在什么關系?

種群是生活在一定區(qū)域的同種生物全部個體的集合;物種是能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產生可育后代的一群生物。同一種群的個體一定屬于同一物種,同一物種的個體可能分布于不同的區(qū)域,形成不同的種群。不同種群的個體可能屬于同一物種,不同物種的個體一定屬于不同的種群。(3)地理隔離一定會產生生殖隔離嗎?舉例說明。

不一定。長期的地理隔離可能會產生生殖隔離,但是也不一定,如華南虎和東北虎,雖然經(jīng)過長期的地理隔離,但是沒有產生生殖隔離。(4)若由于某種原因,某二倍體植物加倍成了四倍體植物,那么該四倍體植物和二倍體植物之間存在生殖隔離嗎?這說明什么?

該二倍體植物與其加倍形成的四倍體植物雜交,后代是三倍體,三倍體是不育的,所以該四倍體植物與對應的二倍體植物之間存在生殖隔離。這說明有時候不經(jīng)過地理隔離也能產生生殖隔離。加拉帕戈斯群島位于南美洲附近的太平洋中，主要由13個主要島嶼組成，這些島嶼距離南美大陸160~950km。不同島嶼的環(huán)境由較大差異，比如島的低洼地帶，布滿荊棘的灌叢；而只有大島上才有的的高地，則生長著茂密的森林。加拉帕戈斯群島上生活著13種地雀，但南美大陸上卻看不到這13種地雀。這些島嶼是500萬年前由海底火山噴發(fā)形成，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。隔離在物種形成中的作用一、種群和種群基因庫1.設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，產生突變的情況一樣嗎？3.對不同島嶼的地雀種群來說，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？基因庫有差異基因庫差異變大基因庫差異進一步變大4.如果這片海域只有一個小島，還會形成這么多種地雀嗎？一、種群和種群基因庫

不同島嶼上的地雀形成不同的種群，由于存在地理隔離，所以種群之間無法進行基因交流。這些地雀種群的基因庫發(fā)生著不同的變化，直到有一天種群之間基因庫的差異大到出現(xiàn)了生殖隔離，則說明同一種地雀進化成了許多不同種的地雀。這些地雀種群的基因庫發(fā)生不同變化的原因是：①最初遷入不同島嶼之后，各種群的基因庫就存在一定的差異；②由于突變和重組是隨機的、不定向的，所以各地雀種群出現(xiàn)了不同的突變和基因重組。③不同島嶼的環(huán)境不同，對基因頻率的改變所起的作用不同。生殖隔離（物種形成）也可以在短期內建立起來。例如，低溫可導致染色體數(shù)目加倍，使二倍體生物變?yōu)樗谋扼w生物，四倍體生物和原二倍體生物之間就建立了生殖隔離。隔離是物種形成的必要條件。長期的地理隔離可能導致出現(xiàn)生殖隔離。一、種群和種群基因庫原種地理隔離種群1種群2基因庫變遷基因頻率定向改變亞種物種形成的三個環(huán)節(jié)：突變和基因重組、自然選擇、隔離。自然選擇新物種1基因庫微小差異生殖隔離突變重組基因庫變遷基因頻率定向改變亞種自然選擇新物種2突變重組進化單位進化材料進化方向進化實質形成標志一、種群和種群基因庫突變和基因重組自然選擇種群基因頻率基因庫的差別地理隔離生殖隔離物種形成時間改變積累導致擴大導致標志金版學案大本【例1】下列關于基因頻率、基因型頻率與生物進化的敘述,正確的是(

)A.一個種群中,控制一對相對性狀的各種基因型頻率的改變說明物種在不斷進化B.在一個種群中,控制一對相對性狀的各種基因型頻率之和為1C.基因型Aa的個體自交后代所形成的種群中,A基因的頻率大于a基因的頻率D.因紅綠色盲患者中男性數(shù)