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新人教版必修2
《遺傳與進(jìn)化》
第3節(jié) 第1課時(shí) 種群基因組成的變化
第6章 生物的進(jìn)化
01
新課引入
先有雞還是先有蛋？
甲同學(xué)說(shuō)：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(shuō)：不對(duì)，人們?cè)陴B(yǎng)雞過(guò)程中，是根據(jù)雞的性狀來(lái)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？
【答案】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(guò)程是種群基因庫(kù)在環(huán)境的選擇作用下定向改變的過(guò)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)體或一個(gè)生殖細(xì)胞成為一個(gè)新物種。
02
新課引入
自然選擇直接作用的是生物的個(gè)體，而且是個(gè)體的表型。但是，在自然界，沒(méi)有哪個(gè)個(gè)體是長(zhǎng)生不死的，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)，并且在群體中擴(kuò)散。
研究生物的進(jìn)化，僅研究個(gè)體和表型是不夠的，還必須研究群體基因組成的變化。 種群在繁衍過(guò)程中，個(gè)體有新老交替，基因卻代代相傳。
種群是生物進(jìn)化的基本單位
種群的基因頻率為什么會(huì)發(fā)生改變？
1
自然選擇與種群基因頻率的變化有什么關(guān)系？
2
為什么說(shuō)種群是生物進(jìn)化的基本單位？
3
本節(jié)聚焦
課本第110頁(yè)
探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用
4
01
種群與種群基因庫(kù)
Part One
05
種群和種群基因庫(kù)
生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個(gè)體的集合叫做種群。
1. 種群
一個(gè)非洲象種群（部分個(gè)體）
一片草地上的所有蒲公英
一片樹林中的全部獼猴
06
種群和種群基因庫(kù)
同一區(qū)域（區(qū)域可大可小，大到地球，小的可以是一個(gè)池塘）
同一物種的生物
全部個(gè)體
種群的三個(gè)要素
判斷下列是否屬于種群：
（1）一個(gè)池塘中的全部魚
（2）一個(gè)池塘中的全部鯉魚
（3）兩個(gè)池塘內(nèi)的全部青蛙
（4）一片草地上的全部植物
（5）一片草地上的成年梅花鹿
否
是
否
否
否
思考？
07
種群和種群基因庫(kù)
3. 種群基因庫(kù)
一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因叫這個(gè)種群的基因庫(kù)。
4. 基因頻率
在基因庫(kù)中，某基因占控制此性狀全部等位基因數(shù)的比率叫做基因頻率。
5. 基因型頻率
在一個(gè)種群中，某基因型個(gè)體占全部個(gè)體的比率。
08
種群和種群基因庫(kù)
種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化
基因庫(kù)
基因頻率
09
種群和種群基因庫(kù)
例：某昆蟲種群中，綠色翅的基因?yàn)锳, 褐色翅的基因位a，調(diào)查發(fā)現(xiàn)AA、Aa、aa的個(gè)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(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)=60﹢2×10=80個(gè)
A基因的頻率=
=
60%
a基因的頻率=
=
40%
① 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。
② 一個(gè)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
10
種群和種群基因庫(kù)
假設(shè)上述昆蟲種群數(shù)量非常大，所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，沒(méi)有遷入和遷出，不同翅色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的，基因A和a都不產(chǎn)突變，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？
(4)將計(jì)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(huì)同子一代一樣嗎？
用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化
親代基因型比值 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( ) 6. 遺傳平衡定律（哈代－溫伯格定律）
11
種群和種群基因庫(kù)
親代 子一代 子二代 子三代
基因型頻率 AA 30%
Aa 60%
aa 10%
基因頻率 A 60%
a 40%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
16%
48%
60%
60%
40%
40%
36%
48%
16%
6. 遺傳平衡定律（哈代－溫伯格定律）
各代基因頻率相同嗎？基因型頻率相同嗎？這有什么前提條件嗎？
各代基因頻率相同。基因型頻率從子一代開始保持不變。需要滿足上述5個(gè)前提條件。
12
種群和種群基因庫(kù)
6. 遺傳平衡定律（哈代－溫伯格定律）
當(dāng)群體滿足以下五個(gè)條件：
①昆蟲群體數(shù)量足夠大； ②全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代； ③沒(méi)有遷入與遷出； ④自然選擇對(duì)性狀沒(méi)有作用； ⑤基因A和a都不產(chǎn)生突變
設(shè)A的基因頻率為p，a的基因頻率為q；則有p+q=1，那么
種群的基因頻率將不會(huì)改變
(p+q)2 = p2 + 2pq + q2 ＝ 1
AA=p2 Aa=2pq aa=q2
02
種群基因頻率的變化
Part Two
14
種群基因頻率的變化
2. 上述計(jì)算結(jié)果是建立在5個(gè)假設(shè)條件基礎(chǔ)上的。5個(gè)條件為：①昆蟲群體數(shù)量足夠大； ②全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代； ③ 沒(méi)有遷入與遷出； ④ 自然選擇對(duì)性狀沒(méi)有作用 ⑤ 基因A和a都不產(chǎn)生突變。 對(duì)自然界的種群來(lái)說(shuō)，這5個(gè)條件都成立嗎？
用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的改變
遺傳平衡所指的種群是理想種群，在自然條件下，這樣的種群是不存在的。這說(shuō)明在自然界中，種群的基因頻率遲早要發(fā)生變化，也就是說(shuō)種群的進(jìn)化是必然的。
15
種群基因頻率的變化
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)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的頻率是增加還是減少，要看這一突變對(duì)生物體是有益還是有害的，這往往取決于生物生存的環(huán)境。
16
種群基因頻率的變化
基因突變?cè)谧匀唤缡瞧毡榇嬖诘摹；蛲蛔儺a(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。
可遺傳的變異
變異
不可遺傳的變異
基因突變
染色體變異
基因重組
突變
17
種群基因頻率的變化
由于種群是由許多個(gè)體組成，每個(gè)個(gè)體的細(xì)胞中都有成千上萬(wàn)個(gè)基因，這樣，每一代就會(huì)產(chǎn)生大量的突變。
思考：生物自發(fā)突變的頻率很低，而且大多數(shù)突變對(duì)生物體是有害的，那么，它為何還能夠作為生物進(jìn)化的原材料呢？
【例如】果蠅1組染色體上約有1.3×104個(gè)基因，假定每個(gè)基因的突變頻率都
為10-5，對(duì)一個(gè)約有108個(gè)個(gè)體的果蠅種群來(lái)說(shuō)，每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是：
1.3× 104 × 10－5
個(gè)體（1.3×10-1）
× 108
種群
=2 .6×107（個(gè)）
影響種群基因頻率變化的因素
① 突變
18
種群基因頻率的變化
影響種群基因頻率變化的因素
基因突變產(chǎn)生的等位基因，通過(guò)有性生殖過(guò)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。
貓由于基因重組而產(chǎn)生的毛色變異
② 基因重組
19
種群基因頻率的變化
影響種群基因頻率變化的因素
突變的有害和有利也不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境。
【例如】有翅的昆蟲中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)殘翅和無(wú)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行而避免了被海風(fēng)吹到海里淹死。
某海島上殘翅和無(wú)翅的昆蟲
③ 生物的生存環(huán)境
03
自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響
Part Three
21
自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響
英國(guó)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(dòng)，白天棲息在樹干上。雜交實(shí)驗(yàn)表明，樺尺蛾
的體色受一對(duì)等位基因S和s控制，
黑色(S)對(duì)淺色(s)是顯性的。在
19世紀(jì)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(jì)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(jì)時(shí)，曼徹斯特地區(qū)的樹干上長(zhǎng)滿了淺色的地衣。后來(lái)，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。
探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響
22
自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響
假設(shè)1870年，樺尺蛾種群的基因型頻率為SS10%,Ss 20%,ss 70%,S基因的頻率為20%。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各是多少？每年的基因頻率是多少？（計(jì)算結(jié)果填入下表）
探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響
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%
29.2%
14.7%
56.1%
60.9%
26.1%
73.9%
29.3%
13.1%
升高
降低
23
自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，對(duì)環(huán)境的選擇作用的大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，比如，把淺色個(gè)體每年減少的數(shù)量百分比定高些，重新計(jì)算種群基因型頻率和基因頻率的變化，與步驟2中所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
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？
2. 在自然選擇過(guò)程中，直接受選擇的是基因型還是表型？為什么？
探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響
在自然選擇過(guò)程中，直接受選擇的是生物的表現(xiàn)型；
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。
24
自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響
變異是不定向的
自然選擇是定向的
不利變異被淘汰,有利變異逐漸積累
種群的基因頻率發(fā)生定向的改變
生物朝著一定方向緩慢進(jìn)化
生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的定向改變。
1. 變異是不定向的，自然選擇是定向的（自然選擇決定生物進(jìn)化的方向）。
3. 生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是基因頻率的定向改變。
2. 自然選擇導(dǎo)致基因頻率發(fā)生改變。
04
探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用
Part Four
26
探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用
實(shí)驗(yàn)原理
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(lái)。
目的要求
通過(guò)觀察細(xì)菌在含有抗生素的培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)狀況，探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用。
27
探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用
實(shí)驗(yàn)步驟
①培養(yǎng)皿分區(qū)、標(biāo)號(hào)。
③將不含抗生素的紙片和抗生素紙片分別放在平板的不同位置。
②涂布平板。
①
②
③
④
④將培養(yǎng)皿倒置于37 ℃的恒溫箱中培養(yǎng)12~16 h。
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。
⑤觀察細(xì)菌的生長(zhǎng)狀況。是否有抑菌圈？測(cè)量、記錄。
28
探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用
結(jié)果分析
①你的數(shù)據(jù)結(jié)果是否支持“耐藥菌是普遍存在的”這一說(shuō)法？
支持。抑菌圈邊緣生長(zhǎng)的可能是耐藥菌。
②在本實(shí)驗(yàn)條件下，耐藥菌所產(chǎn)生的變異是有利的還是有害的？
在本實(shí)驗(yàn)條件下，一般來(lái)說(shuō)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。
③濫用抗生素有什么后果？
促進(jìn)耐藥菌的產(chǎn)生。
1
2
3
什么是種群與種群基因庫(kù)？
種群基因頻率的計(jì)算
自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響
29
課堂小結(jié)
05
課堂練習(xí)
Part Five
31
課堂練習(xí)
1.種群是物種在自然界的存在形式，也是一個(gè)繁殖單位。下列生物群體中屬于種群的是（ ）
A．一個(gè)湖泊中的全部魚
B．一片森林中的全部蛇
C．一間屋中的全部蟑螂
D．臥龍自然保護(hù)區(qū)中的全部大熊貓
D
32
課堂練習(xí)
2．某一瓢蟲種群中有黑色和紅色兩種體色的個(gè)體，這一性狀由一對(duì)等位基因控制，黑色(B)對(duì)紅色(b)為顯性。如果基因型為BB的個(gè)體占18%，基因型為Bb的個(gè)體占78%，基因型為bb的個(gè)體占4%。基因B和b的頻率分別為（ ）
A．18%、82% B．36%、64%
C．57%、43% D．92%、8%
C
33
課堂練習(xí)
3.一只果蠅的突變體在21℃的氣溫下，生存能力很差，但是，當(dāng)氣溫上升到25.5℃時(shí)，突變體的生存能力大大提高。這說(shuō)明（ ）
A．突變是不定向的
B．突變是隨機(jī)發(fā)生的
C．突變的有害或有利取決于環(huán)境條件
D．環(huán)境條件的變化對(duì)突變體都是有害的
C

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