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第3節(jié) 種群基因組成的變化
新人教版必修二《遺傳與進(jìn)化》
第1課時(shí)
情境視頻：先有雞還是先有蛋？
先有雞還是先有蛋？
甲同學(xué)說：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)說：不對，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。
你同意哪位同學(xué)的觀點(diǎn)？你的答案和理由是什么？
這兩種觀點(diǎn)都有一定的道理，但都不全面。因?yàn)樗麄兒鲆暳穗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)化的過程是種群基因庫在環(huán)境選擇下定向改變的過程，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(shí)刻突然有一個(gè)個(gè)體或生殖細(xì)胞成為一個(gè)新物種。
種群基因頻率的變化
一
種群和種群基因庫
目
錄
CONTENTS
二
探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用
二
1
種群的概念及特點(diǎn)
定義：生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)體的集合叫作種群。
特點(diǎn)：種群是繁殖的基本單位，也生物進(jìn)化的基本單位。
舉例：一片樹林中的全部獼猴是一個(gè)種群
一片草地上的所有蒲公英是一個(gè)種群
種群中的個(gè)體并不是機(jī)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。
判斷下列是否屬于種群：
（1）一片森林中的所有的蜘蛛。（ ）
（2）一片森林中的所有啄木鳥。（ ）
（3）兩個(gè)池塘中所有的鯽魚。（ ）
（4）一片草地上的全部植物。 （ ）
（5）一片草地上的全部幼小蒲公英。 （ ）
×
√
×
×
×
2
基因庫和基因頻率
一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因。
基因庫的定義：
一個(gè)種群所有個(gè)體各自有自己的基因，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)體間的差異越大，基因庫也就越大。
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。
基因頻率=
某基因的數(shù)目
該基因的等位基因的總數(shù)
× 100%
基因型頻率：
在一個(gè)種群基因庫中，某個(gè)基因型的個(gè)體占個(gè)體總數(shù)的比值。
影響因素：
突變、選擇、遷移等。
=純合子頻率+1/2雜合子頻率
1.在某昆蟲種群中，決定翅色為綠色的基因是A，決定翅色為褐色的基因是a，從這個(gè)種群中隨機(jī)抽取100個(gè)個(gè)體，測得基因型為AA、Aa和aa的個(gè)體分別是30、60和10個(gè)，求A和a的基因頻率。
200
2×30+60=120
2×10+60=80
120÷200=60
80÷200=40
某昆蟲決定翅色的基因頻率
計(jì)算：就這對等位基因來說，每個(gè)個(gè)體可以看作含有2個(gè)基因，那么：
這100個(gè)個(gè)體共有_____個(gè)基因，其中：
A基因的數(shù)量=___________________ 個(gè)
a基因的數(shù)量=____________________個(gè)
A基因的頻率=____________________%
a基因的頻率=____________________%
基因頻率的一般計(jì)算方法
2.某種群中基因型XBXB有20個(gè)， XBY有5個(gè)， XBXb有20個(gè)， XbY有5個(gè)，計(jì)算下列基因頻率和基因型頻率：
（1）基因型頻率： XBXB _______ XbY _______
（2）基因頻率：XB______ Xb_______
40%
10%
XBXB基因型頻率= XBXB個(gè)體數(shù)/所有個(gè)體=20/（20+5+20+5）=40%
XbY基因型頻率= XbY個(gè)體數(shù)/所有個(gè)體=5/（20+5+20+5）=10%
XB基因頻率= XB基因數(shù)/（ XB基因數(shù)+ Xb基因數(shù)）
1XBXB含有2個(gè)XB，1 XBY含有1XB， XBXb含有1XB和1Xb， XbY含有1Xb
XB基因頻率=（40+5+20）/（40+5+40+5）=56/90=72.2%
72.2%
27.8%
假設(shè)：①昆蟲種群數(shù)量非常大；②所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(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。
親代基因型的頻率 AA（30%） Aa（60%） aa（10%）
配子的比率 A（ ） A( ) a( ) a( )
子一代基因型頻率 AA（ ） Aa( ) aa( )
子一代基因頻率 A（ ） a( ) 子二代基因型頻率 AA（ ） Aa( ) aa( )
子二代基因頻率 A（ ） a( ) 30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
2.根據(jù)計(jì)算結(jié)果，想一想子二代、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？
子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率與子一代一樣。
活動(dòng)1
用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化
導(dǎo)致基因頻率改變的原因
種群規(guī)模小
基因頻率隨機(jī)變化
出現(xiàn)基因交流
遷入和遷出
基因頻率不定向改變
突變和基因重組
非自由交配
有偏好的基因頻率改變
自然選擇
基因頻率定向改變
最終導(dǎo)致基因頻率改變
(1)一個(gè)種群中某基因占所有基因數(shù)的比值叫作基因頻率(　　)
(2)在環(huán)境條件保持穩(wěn)定的前提條件下，種群的基因頻率不會(huì)發(fā)生變化
(　　)
(3)若親子代間基因頻率不變，基因型頻率也一定不變(　　)
(4)種群是生物進(jìn)化的基本單位，自然選擇的直接選擇對象是個(gè)體的表型
(　　)
×
判斷正誤
×
×
√
1.下列關(guān)于基因庫的描述，錯(cuò)誤的是
A.基因庫是一個(gè)種群的全部個(gè)體所含的全部基因
B.生物個(gè)體總是要死亡的，但基因庫卻因種群個(gè)體的繁殖而代代相傳
C.種群中每個(gè)個(gè)體都含有種群基因庫中的全部基因
D.基因突變可能改變基因庫的組成
√
2.現(xiàn)有一個(gè)由AA、Aa、aa三種基因型個(gè)體組成的動(dòng)物種群，已知該種群中具有繁殖能力的個(gè)體之間通過隨機(jī)交配進(jìn)行繁殖，而aa個(gè)體不具有繁殖能力。該種群繁殖一代，若子代中AA∶Aa∶aa＝9∶6∶1，則親代中AA、Aa和aa的數(shù)量比可能為
A.4∶3∶4 B.5∶5∶1
C.6∶2∶3 D.4∶1∶4
√
3.下列屬于種群的是
A.一塊水田里的全部青蛙
B.一塊棉田里的全部蚜蟲
C.一塊朽木上的全部真菌
D.一個(gè)池塘中的全部魚
√
解析　一塊水田里的全部青蛙還有蝌蚪才能構(gòu)成一個(gè)種群，A不符合題意；
一塊朽木上的全部真菌包括許多菌種，不屬于種群，C不符合題意；
一個(gè)池塘中的全部魚不是一個(gè)物種，不屬于種群，D不符合題意。
種群基因頻率的變化
一
種群和種群基因庫
目
錄
CONTENTS
二
探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用
二
1
種群基因頻率的變化
變異
基因突變是自然界中普遍存在的。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)生變化。在自然情況下，突變的頻率是很低的，且多數(shù)是有害的，對生物的進(jìn)化有重要意義嗎？
不可遺傳的變異
可遺傳的變異
突變
基因突變
染色體變異
基因重組
2×1.3× 104
× 108
種群
= 2.6 ×107（個(gè)）
個(gè)體
× 10-5
例
果蠅一組染色體上約有1.3×104基因，假定每個(gè)基因的突變率都是10-5，若有一個(gè)中等數(shù)量的果蠅種群（約有108個(gè)個(gè)體），那么每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)是多少呢？
1
種群基因頻率的變化
突變
基因重組
新的等位基因
多種多樣的基因型
突變（基因突變和染色體變異）和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料
形成了進(jìn)化的原材料,
不能決定生物進(jìn)化的方向
作用
種群中出現(xiàn)大量可遺傳的變異
形成
變異是隨機(jī)的、不定向的
特點(diǎn)
2
可遺傳變異的形成、特點(diǎn)和作用
突變的有利和有害也不是絕對的，往往取決于生物的生存環(huán)境。
某海島上殘翅和無翅的昆蟲
例如，有翅的昆蟲，有時(shí)候會(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，這里昆蟲卻因?yàn)椴荒茱w行而避免了被海風(fēng)吹到海里淹死
　　19世紀(jì)時(shí)，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。
長滿地衣的樹干上的樺尺蠖
黑色樹干上的樺尺蠖
基因類型 黑色（S） 淺色（s）
工業(yè)革命前 （19世紀(jì)中葉） 5% 95%
工業(yè)革命后 （20世紀(jì)中葉） 95% 5%
每一代都會(huì)產(chǎn)生大量的突變個(gè)體，且大多數(shù)突變對生物體是有害的。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生存環(huán)境。
3
自然選擇對種群基因頻率變化的影響
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
提出問題
作出假設(shè)
討論探究思路
黑褐色的生活環(huán)境，不利于淺色樺尺蛾的生存，對黑色樺尺蛾生存有利，這種環(huán)境的選擇作用使該種群的s基因的頻率越來越低，即自然選擇可以使種群的基因頻率發(fā)生定向改變。
假設(shè)1870年，樺尺蛾種群的基因型頻率為：SS10%，Ss20%，ss70%，S基因的頻率為20%。假如樹干變黑使得淺色型個(gè)體每年減少10%，黑色個(gè)體增加10%。在第2～10年間，該種群的基因型頻率是多少？每年的基因頻率是多少？
4
探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響
1. 創(chuàng)設(shè)數(shù)字化的問題情境。
2. 計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果填入表中。
第1年 第2年 第3年 第4年 ……
基因型 頻率 SS 10% 11.5%
Ss 20% 22.9%
ss 70% 65.6%
基因頻率 S 20% 23%
s 80% 77%
70.7%
26.0%
29.3%
14.6%
56.1%
60.9%
26.1%
73.9%
29.3%
13.1%
升高
降低
假如樹干變黑使得淺色型個(gè)體每年減少10%，黑色個(gè)體每年增加10%。
制定并實(shí)施研究方案
4
探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響
根據(jù)教材P112～113“探究·實(shí)踐”提供的資料，回答下列問題：
(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？
會(huì)影響。因?yàn)闃涓勺兒诤螅S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？
直接受選擇的是表型。因?yàn)樘鞌晨吹降氖菢宄叨甑捏w色(表型)而不是控制體色的基因。
活動(dòng)2
探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響
(3)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)分析，樺尺蛾種群發(fā)生進(jìn)化了嗎？判斷的依據(jù)是什么？
發(fā)生了進(jìn)化。依據(jù)是樺尺蛾種群的基因頻率發(fā)生了改變。
(4)根據(jù)資料分析，決定樺尺蛾進(jìn)化方向的是什么？為什么？
變異是不定向的
自然選擇
不利變異被淘汰，有利變異逐漸積累
種群的基因頻率發(fā)生定向改變
生物朝一定方向緩慢進(jìn)化
突變、基因重組
選擇是定向的
生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)
直接選擇的是：個(gè)體的表型
實(shí)質(zhì)：決定表型的基因
自然選擇決定生物進(jìn)化的方向
S（深色）基因的頻率逐漸上升，s（淺色）基因的頻率逐漸下降；在黑色背景下，淺色樺尺蛾被天敵發(fā)現(xiàn)和捕食的幾率大于黑色的樺尺蛾，但不影響樺尺蛾的生存和繁殖，直接受選擇的是表型。
分析結(jié)果
得出結(jié)論
在自然選擇的作用下，可以使基因頻率發(fā)生定向改變，決定生物進(jìn)化的方向。
有關(guān)基因頻率與進(jìn)化的分析和總結(jié)
(1)影響種群基因頻率變化的因素
①外因：自然選擇。
②內(nèi)因：基因突變和部分染色體變異如缺失和重復(fù)等能直接引起基因頻率的變化，基因重組只改變了基因型頻率，在自然選擇的作用下淘汰部分個(gè)體后可引起基因頻率的變化。
(2)自然選擇決定生物進(jìn)化的方向
核心歸納
(3)進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的改變。
(4)進(jìn)化中的定向與不定向
①變異是不定向的。
②自然選擇是定向的。
③種群基因頻率的變化是定向的。
④生物進(jìn)化的方向是定向的。
核心歸納
3.下列關(guān)于基因頻率與生物進(jìn)化關(guān)系的敘述，正確的是
A.種群基因頻率的改變不一定引起生物的進(jìn)化
B.生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的改變
C.只有在新物種形成時(shí)，才發(fā)生基因頻率的改變
D.生物性狀的改變一定引起生物的進(jìn)化
√
課堂小結(jié)
4.在19世紀(jì)中葉以前，英國曼徹斯特地區(qū)的樺尺蛾幾乎都是淺色型(s)的，隨著工業(yè)的發(fā)展，工廠排出的煤煙逐漸將樹皮熏成黑褐色，到了20世紀(jì)中葉，黑色型(S)的樺尺蛾成了常見類型。下列與此相關(guān)的敘述正確的是
A.自然選擇的方向發(fā)生了改變，所以自然選擇是不定向的
B.樺尺蛾種群進(jìn)化過程中接受選擇的是各種基因型的個(gè)體
C.該地區(qū)樺尺蛾種群進(jìn)化過程中Ss的基因型頻率不會(huì)改變
D.長時(shí)間的環(huán)境污染導(dǎo)致s基因定向突變成S基因
√
種群基因頻率的變化
一
種群和種群基因庫
目
錄
CONTENTS
二
探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用
二
1
探究抗生素對細(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，探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用。
探究 實(shí)踐
實(shí)驗(yàn)步驟
①培養(yǎng)皿分區(qū)、標(biāo)號。
③將不含抗生素的紙片和含抗生素紙片分別放在平板的不同位置。
②涂布平板。
④將培養(yǎng)皿倒置于37 ℃的恒溫箱中培養(yǎng)12~16 h。
⑤觀察細(xì)菌的生長狀況，是否有抑菌圈？測量并記錄。
⑥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)。重復(fù)步驟②~⑤。
在培養(yǎng)基上有細(xì)菌生長，在放有抗生素紙片的區(qū)域無細(xì)菌生長。連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑會(huì)變小。
結(jié)果分析
根據(jù)教材P115“探究·實(shí)踐”，回答下列問題：
(1)為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌？
(2)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？
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。
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。
活動(dòng)3
探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用
(3)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？
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。
什么是“超級細(xì)菌”？
泛指那些對多種抗生素具有耐藥性的細(xì)菌。
基因突變是產(chǎn)生超級細(xì)菌的根本原因。
由于大部分抗生素對其不起作用，超級細(xì)菌對人類健康已造成極大的危害。
抗生素對細(xì)菌具有定向選擇作用。
“探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用”實(shí)驗(yàn)的相關(guān)分析
(1)抗生素不是誘變因子，因此細(xì)菌耐藥性變異的產(chǎn)生與抗生素?zé)o關(guān)。
(2)細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性變異的過程屬于基因突變，而基因突變具有不定向性。
(3)濾紙片上的抗生素殺死了其周圍的細(xì)菌，使其不能形成菌落而出現(xiàn)抑菌圈。
5.(2025·江蘇蘇州高一期末)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。下列關(guān)于“探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用”的探究實(shí)踐的說法錯(cuò)誤的是
A.放置不含抗生素的紙片起對照作用
B.耐藥菌發(fā)生了基因突變，不利于其生存
C.重復(fù)幾代，抑菌圈的直徑會(huì)逐漸減小
D.本實(shí)驗(yàn)說明抗生素對細(xì)菌有選擇作用
√
6.濫用抗生素會(huì)使人體內(nèi)細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，如果被細(xì)菌感染，則往往由于體內(nèi)細(xì)菌能夠抵抗各種抗生素而無藥可救。下列有關(guān)說法正確的是
A.抗生素的濫用導(dǎo)致細(xì)菌向“耐藥性”細(xì)菌方向變異
B.細(xì)菌中本來就存在耐藥性個(gè)體，長期使用抗生素導(dǎo)致“耐藥性”基因頻率下降
C.耐藥性強(qiáng)的細(xì)菌可能發(fā)生了基因突變或染色體變異
D.種群基因頻率的變化趨勢在一定程度上反映了生物進(jìn)化的方向
√
課堂小結(jié)
種群
概念
同種生物
一定區(qū)域
全部個(gè)體
種群
基因庫
概念
計(jì)算公式
種群基因頻率
概念
變化
一個(gè)種群
全部基因
該基因型個(gè)體數(shù)
該種群個(gè)體總數(shù)
×100%
基因突變
自然選擇
某個(gè)基因與全部等位基因數(shù)的比值
基因頻率不定向變化
基因頻率定向改變
生物進(jìn)化
導(dǎo)致
種群
基因型頻率

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