資源簡介

(共21張PPT)
6.3
種群基因組成的變化
與物種的形成（2）
探究抗生素對細菌的選擇作用：
三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響（P112）
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。在實驗室連續培養細菌時，如果向培養基中添加抗生素，耐藥菌有可能存活下來。
目的要求
通過觀察細菌在含有抗生素的培養基上的生長狀況，探究抗生素對細菌的選擇作用。
探究抗生素對細菌的選擇作用：
三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響（P112）
實驗步驟
1.用記號筆在培養皿的底部畫線，將培養基分為四個區，分別標號。
2.用無菌涂布器將細菌涂布在培養基平板上。
探究抗生素對細菌的選擇作用：
三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響（P112）
3.①號區域的中央放置不含抗生素紙片和②③④號區域的中央分別放置含有抗生素的紙片。
4.將培養皿倒置于37℃的恒溫箱中培養12-16h。
探究抗生素對細菌的選擇作用：
三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響（P112）
5.觀察并測量抑菌圈直徑，并取平均值。
6.從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌培養，并重復以上步驟。
探究抗生素對細菌的選擇作用：
三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響（P112）
實驗結論
抗生素對細菌有選擇作用，抗生素對細菌抑制作用越來越弱。
組別 抑菌圈直徑/cm 第一代 第二代 第三代
1 2.26 1.89 1.62
2 2.41 1.91 1.67
3 2.42 1.87 1.69
平均值 2.36 1.89 1.66
討論：
1.為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌？
2.在本實驗的培養條件下，耐藥菌所產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？
抗生素能夠殺死細菌，在抑菌圈邊緣抗生素濃度較低，可能存在具有耐藥性的細菌，因此要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌。
利的，取決于所處的環境條件，在本實驗環境條件下，耐藥性細菌的存活率高，為有利變異。面對不同的主體，應辯證地看待。
討論：
3.為什么濫用抗生素會導致細菌耐藥性不斷在增強？
4.濫用抗生素的現象十分普遍。例如，有人生病時覺得去醫院很麻煩，就直接吃抗生素；有的禽畜養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？？
濫用抗生素會使病菌的抗藥基因不斷積累，抗藥性不斷增強，導致抗生素藥物失效。
課堂小結
生物進化的基本單位
生物進化的實質
生物進化的原材料
決定生物進化的方向
種群
基因頻率的改變
突變和基因重組
自然選擇
馬
牛
驢
Q：它們是同一個物種嗎？
馬
驢
騾子
＋
1.物種：
把能夠在自然狀態下相互交配并且產生可育后代的一群生物。
四、隔離在物種形成中的作用（P116）
物種VS種群
①概念上：
物種是在自然狀態下相互交配并且產生可
育后代的一群生物。
種群是一定區域內的同種生物的全部個體。
②范圍上：
同一物種可以分布在不同區域，由多個種群構成；
③功能上：
種群是物種繁殖和進化的基本單位。
種群1
種群2
物種
2.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象。
①地理隔離：同種生物由于地理障礙而分成不同的種群，使得種群間不能發生基因交流的現象。
eg：由于長期地理隔離而沒有交配，沒有基因交流產生了2個亞種：不同的人種。
②生殖隔離：不同物種之間一般是不能相互交配，即使交配成功，也不能產生可育后代的現象。
四、隔離在物種形成中的作用（P116）
達爾文在環球考察中觀察到一個奇怪的現象。在加拉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。
加拉帕戈斯群島的地雀
思考·討論：隔離在物種形成過程中的作用
1.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。這兩個初始種群的個體數量都不多。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.對不同島嶼上的地雀種群來說，環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？
4.如果這片海域只有一個小島，還會形成這么多種地雀嗎？
思考·討論：隔離在物種形成過程中的作用
不一樣，因為突變是隨機發生的。
不同島嶼的地形和植被條件不一樣，因此環境的作用會有差別，導致種群基因頻率朝不同的方向改變。
不會，因為個體間有基因的交流。
由于這兩個種群的個體數量都不夠的多，基因頻率可能不一樣。
隔離是物種形成的條件！
3.物種形成的一般途徑：
①漸變式：經過長期的地理隔離達到生殖隔離
隔離是物種形成的必要條件！
地理隔離是量變階段；生殖隔離是質變時期。
生殖隔離是物種形成的標志！
生殖隔離的根本原因：遺傳的差異（基因庫的差異）
（物種形成本身表示生物類型的增加。同時，它也意
味著生物能夠以新的方式利用環境條件，從而為生物
的進一步發展開辟新的前景。）
新物種的形成是生物與環境相互作用的結果！
四、隔離在物種形成中的作用（P116）
同一種群
地理隔離
突變和基因重組
自然選擇
生殖隔離
物種形成的環節：
突變和基因重組、自然選擇和隔離
（進化的原材料） （進化方向）
多個小種群
基因頻率的改變（基因庫形成明顯差異）
新的物種
討論：
1. 經過漫長的地理隔離，一定會形成生殖隔離嗎？
2.新物種形成一定要經過地理隔離嗎？
不一定，如果兩個種群生活環境都不發生變化，或者變化很小，兩個種群的進化方向相同，有可能不會產生生殖隔離。
不一定，不經過地理隔離，也可以直接形成生殖隔離，例如二倍體植株染色體加倍成了四倍體植株，二者雜交后代產生的三倍體植株是高度不育的，存在生殖隔離。
3.物種形成的常見方式：
②爆發式：多倍體的形成
四、隔離在物種形成中的作用（P116）
染色體
加倍
物種A
雜種植物
異源多倍體
雜交
物種B
物種的形成還可以不經過地理隔離，并且在很短時間內達到生殖隔離（爆發式）。主要是由異源多倍體以染色體變異的方式形成新物種。
課堂小結
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
1.判斷正誤：
①在曼徹斯特的樺尺蛾種群中，黑色個體與淺色個體之間未出現生殖隔離。（ ）
②加拉帕戈斯群島不同島嶼上的地雀種群之間猶豫地理隔離而逐漸形成了生殖隔離。（ ）
課后習題
√
√
2.19世紀70年代，10對原產于美國的灰松鼠被引入英國，結果在英國大量繁殖、泛濫成災。對生活在兩國的灰松鼠種群，可以作出的判斷是（ ）
A.兩者尚未形成兩個物種
B.兩者的外部形態有明顯差別
C.兩者之間已經出現生殖隔離
D.兩者的基因庫向不同方向改變
課后習題
D(共29張PPT)
6.3
種群基因組成的變化
與物種的形成（1）
問題探討
先有雞還是先有蛋？
甲同學說：當然是先有雞蛋了，因為只有生殖細胞產生的基因突變才能遺傳給后代，體細胞即使發生了基因突變，也不能影響后代的性狀。
乙同學說：不對，人們在養雞過程中，是根據雞的性狀來選擇的，只讓符合人類需求的雞繁殖后代，因此是先有雞后有蛋。
你同意哪個觀點？
問題探討
這兩種觀點都有一定的道理，但都不全面。
因為它們們忽視了雞和蛋在基因組成上的一致性，也忽視了生物的進化是以種群為單位，而不是以個體為單位這一重要觀點。
自然選擇直接作用的是生物的個體，而且是個體的表型，而個體的表型會隨著個體的死亡而消失，決定表型的基因可以隨著生殖而世代延續，并且在群體中擴散。所以，還須研究群體基因組成的變化。
1.種群和種群基因庫
⑴種群
①概念：生活在一定區域的同種生物全部個體的集合。
判斷： 一個池塘中的全部魚
一個池塘中的全部鯉魚
兩個池塘內的全部青蛙
一片草地上的成年梅花鹿
②特點：
種群是物種繁殖和進化的基本單位。
雌雄個體可以通過繁殖將各自的基因遺傳給后代。
一、種群基因組成的變化（P110）
×
√
×
×
魚：包含的不止1種
青蛙：泛稱
要包含所有年齡段
1.種群和種群基因庫
⑵基因庫：一個種群中全部個體所含有的全部基因。
ps：范圍是種群不是物種；基因庫包含了種群中全部個體的全部基因，無論“優劣”。
例：下列敘述中，不正確的是（ ）
A.一個種群的基因庫包括這個種群所含有的全部基因
B.生物的個體總是要死亡的，但基因庫卻因種群個體的繁殖而代代相傳
C.種群中每個個體都含有種群基因庫的全部基因
D.基因突變可以改變種群基因庫的組成
一、種群基因組成的變化（P110）
C
1.種群和種群基因庫
⑶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的比率。
一、種群基因組成的變化（P110）
A% =
×100%
A
A＋a
=
×100%
2×AA＋Aa
2（AA＋Aa＋aa）
（ ）
=
×100%
2AA
2（AA＋Aa＋aa）
Aa
2（AA＋Aa＋aa）
+
某基因頻率＝純合子頻率 + 1/2雜合子頻率
⑷基因型頻率：在一個種群中，某種基因型個體占種群內全部個體的比率。
= AA% + 1/2Aa%
1.某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因為A，決定翅色為褐色的基因為a，從種群中隨機抽出100個個體，測知基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個。那么A和a的基因頻率是多少？
牛刀小試
方法一：概念法
=40%
A% =
×100%
2×AA＋Aa
2（AA＋Aa＋aa）
a% =
=60%
2×aa＋Aa
2（AA＋Aa＋aa）
×100%
A+a=1
1.某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因為A，決定翅色為褐色的基因為a，從種群中隨機抽出100個個體，測知基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個。那么A和a的基因頻率是多少？
牛刀小試
A基因頻率 = AA的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率
= 30%+1/2×60% = 60%
= 10%+1/2×60% = 40%
a基因頻率 = aa的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率
在種群中，一對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。
方法二：公式法
思考·討論：數學方法討論基因頻率的變化
1.假設上述昆蟲種群非常大，所有的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的機會是均等的，基因A和a都不產生突變，根據孟德爾的分離定律計算。
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%
60%
40%
36%
48%
16%
A=60% a=40%
A=36%+24% a=16%+24%
30%
10%
60%
40%
36%
48%
16%
A=60% a=40%
若用p表示基因A的頻率，q表示基因a的頻率：
AA%= p2
Aa%= 2pq
aa%=q2
（p+q）2
= p2 + 2pq + q2
= 1
A（p） a（q）
A（p） AA（p2） Aa（pq）
a（q） Aa（pq） Aa（q2）
A=36%+24% a=16%+24%
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%
1.種群和種群基因庫
⑸遺傳平衡定律（哈代—溫伯格定律）：
設A的基因頻率為p，a的基因頻率為q；則p+q=1，且
一、種群基因組成的變化（P110）
（p + q ）2 = p2 + 2pq + q2
假設的種群需滿足以下5個條件：
種群足夠大（無遺傳漂變）；
雌雄個體間都能自由交配并產生后代；
沒有遷入與遷出；
沒有自然選擇
沒有突變（基因突變和染色體變異）
遺傳平衡：
種群基因頻率和基因型頻率不發生變化。
遺傳平衡
群體/種群：滿足這5個條件的種群。
思考·討論：數學方法討論基因頻率的變化
2.對自然界的種群來說，這5個條件都能成立嗎？
Ⅰ.種群數量比較小（出現遺傳漂變）
Ⅱ.不能自由交配
Ⅲ.遷入與遷出（出現基因流）
Ⅳ.自然選擇
Ⅴ.發生突變
ps：說明自然界中種群的基因頻率一定會發生變化，也就是說種群的進化是必然的。
3.如果該種群出現新的突變型（基因型為A2a或A2A2），也就是產生新的等位基因A2，種群的基因頻率會發生變化嗎？基因A2的頻率可能會怎樣變化？
突變產生新基因會使種群的基因頻率發生變化。頻率是上升還是下降，要看這一突變對生物體是有益還是有害。
自交VS自由交配與基因頻率和基因型頻率的關系：
交配方式 基因頻率 基因型頻率
自交
自由 交配 處于遺傳平衡
不處于遺傳平衡
純合子增多
雜合子減少
不改變
改變
不改變
不改變
不改變
①自交：指基因型相同的個體交配。eg：Aa與Aa
②自由交配：指在一群體中，不同的個體之間都有交配機會且機會均等，強調隨機性。eg：Aa與Aa/AA/aa
二、種群基因頻率的變化（P112）
基因突變在自然界是普遍存在的。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生變化。
生物的變異
不可遺傳變異
可遺傳變異
基因突變
基因重組
染色體變異
突變
進化的原材料
二、種群基因頻率的變化（P112）
Q：生物自發突變的頻率很低，而且許多突變是有害的，那么，它為什么能夠作為生物進化的原材料呢？
①突變：種群是由許多個體組成，每個個體的細胞中都有成千上萬個基因，每一代就會產生大量的突變。
eg：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頻率都為10-5，對一個約有108個個體的果蠅種群來說，每一代出現的基因突變數是：
2×1.3×104×10-5×108=2.6×107（個）
二、種群基因頻率的變化（P112）
Q：生物自發突變的頻率很低，而且許多突變是有害的，那么，它為什么能夠作為生物進化的原材料呢？
②生物的生存環境：突變的有害和有利也不是絕對的，這往往取決于生物的生存環境。
超級細菌的產生
某海島上正常翅和殘翅昆蟲
二、種群基因頻率的變化（P112）
Q：生物自發突變的頻率很低，而且許多突變是有害的，那么，它為什么能夠作為生物進化的原材料呢？
③有性生殖過程中的基因重組：突變產生的等位基因，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，從而使種群中出現多種多樣可遺傳的變異類型。
貓因基因重組產生毛色變異
二、種群基因頻率的變化（P112）
突變
基因重組
新的等位基因
多種多樣的基因型
種群中出現大量可遺傳的變異
形成了進化的原材料
（不能決定生物進化的方向）
突變和基因重組都是隨機的、不定向的
種群基因頻率的改變是否也是不定向的？
三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響（P112）
探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響：
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。
19世紀中葉以前，樺尺蛾幾乎都是淺色型的，種群中S基因的頻率低于5%（估計值）。
19世紀中，樹皮裸露并被熏成黑褐色。20世紀中，黑色型樺尺蛾卻成了常見類型，S基因頻率超過95%。
探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響：
①提出問題：
樺尺蛾種群中S基因的頻率為什么越來越高？
②做出假設：
根據所學知識做出假設：
_____________________________________
自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變
三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響（P112）
三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響（P112）
探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響：
③討論探究思路：
創設情境示例：1870年，樺尺蛾種群基因型頻率為SS 10%，Ss 20%，ss 70%。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%。
④制定并實施研究方案：
創設數字化的問題情境；計算并填表。
三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響（P112）
第2年（假設種群為100，則SS10，Ss20，ss70）
當黑色個體每年增加10%，淺色個體每年減少10%時：
基因型為SS（黑色）個體第2年將會增加到11個
基因型為Ss（黑色）個體第2年將增加到22個
基因型為ss（淺色）個體第2年將減少到63個
第2年種群個體總數為96個（11+22+63）：
基因型SS的頻率是11÷96=11.5%
基因型Ss的頻率是22÷96=22.9%
基因型ss的頻率是63÷96=65.6%
P（S）= P（SS）+ 1/2P（Ss）=23%
P（s）= 1 - P（S）=77%
三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響（P112）
探究自然選擇對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% 12.9% 14.3%
Ss 20% 22.9% 25.8% 29.7%
ss 70% 65.6% 61.3% 56.0%
基因 頻率 S 20% 23% 26% 29%
s 80% 77% 74% 71%
升高
降低
三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響（P112）
探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響：
⑤分析結果，得出結論：
樹干變黑對樺尺蛾種群中淺色個體的出生率嗎？為什么？
在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表型？為什么？
影響；樹干變黑后，許多淺色個體可能在沒有交配、產卵前就已被天敵捕食，導致個體數減少，影響出生率。
表型，天敵看到的是樺尺蛾的體色（表型），自然選擇中直接受選擇的是表型。
三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響（P112）
在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會發生定向改變，導致生物朝著一定的方向不斷進化。
變異是不定向的
自然選擇
不利變異
不斷淘汰
有利變異
積累加強
基因頻率定向改變
生物定向進化
導致
☆自然選擇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（P112）
生物進化的實質
1.判斷正誤：
①某地區紅綠色盲患者在男性中約占8%，在女性中約占0.64%，由此可知，紅綠色盲基因Xb的基因頻率約為8%。（ ）
②基因頻率變化是由基因突變和基因重組引起的，不受環境的影響。（ ）
③生物進化的實質是種群基因頻率在自然選擇作用下的定向改變。（ ）
課后習題
√
×
√
2.種群是物種在自然界的存在形式，也是一個繁殖單位。下列生物群體中屬于種群的是（ ）
A.一個湖泊中的全部魚
B.一片森林中的全部蛇
C.一間屋中的全部蟑螂
D.臥龍自然保護區中的全部大熊貓
課后習題
D
3.某一瓢蟲種群中有黑色和紅色兩種體色的個體，這一性狀由一對等位基因控制，黑色（B）對紅色（b）為顯性。如果基因型為BB的個體占18%，基因型為Bb的個體占78%，基因型為bb的個體占4%。基因B和b的頻率分別為（ ）
A.18%、82% B.36%、64%
C.57%、43% D.92%、8%
課后習題
C
4.一只果蠅的突變體在21℃的氣溫下，生存能力很差，但是，當氣溫上升到25.5℃時，突變體的生存能力大大提高。這說明（ ）
A.突變是不定向的
B.突變是隨機發生的
C.突變的有害或有利取決于環境條件
D.環境條件的變化對突變體都是有害的
課后習題
C

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