資源簡介

(共34張PPT)
6.3 課時1 種群基因組成的變化
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。
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。
先有雞還是先有蛋
乙同學
這兩種觀點都有一定的道理，但都不全面。因為它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。
你同意哪位同學的觀點 你的答案和理由是什么
aa
A
自然選擇
直接對象：
根本對象：
個體的性狀（表現型）
種群的基因
研究生物進化，僅研究個體和表型是不夠的，還必須研究群體基因組成變化。
1.種群的概念及特點
(1)定義：生活在一定區域的同種生物
全部個體的集合叫作種群。
舉例：一片樹林中的全部獼猴是一個種群
一片草地上的所有蒲公英是一個種群
同一區域
同一物種（界門綱目科屬種）
全部個體
一、種群和種群基因庫
種群的
三個要素
(2)特點：
①種群中的個體并不是機械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通過繁殖將各自的基因傳給后代。
種群在繁衍過程中，個體有新老交替，基因卻代代相傳。
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育成蝗蟲。
②一個種群就是一個繁殖的單位，雌雄個體可以通過繁殖將各自的基因遺傳給后代。種群也是生物進化的基本單位
(2)特點：
(1)基因庫
2.基因庫和基因頻率
一個種群中全部個體所含有的全部基因。
一個種群所有個體各自有自己的基因，共同構成了種群的基因庫。它們各自的基因都是基因庫的一部分。個體間的差異越大，基因庫也就越大。
(2)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值。
公式=
× 100%
某基因的數目
該基因及其等位基因總數
(3)基因型頻率
在一個種群基因庫中，某個基因型的個體占個體總數的比值。
影響因素：
突變、選擇、遷移等。
(4) 頻率一般計算方法 ：
例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。
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
計算：就這對等位基因來說，每個個體可以看作含有2個基因，那么：
這100個個體共有_____個基因，其中：
A基因的數量=___________________ 個
a基因的數量=____________________個
A基因的頻率=____________________%
a基因的頻率=____________________%
基因型頻率： XBXB _______ XbY _______
基因頻率：XB______ Xb_______
40%
10%
XBXB基因型頻率= XBXB個體數/所有個體=20/（20+5+20+5）=40%
XbY基因型頻率= XbY個體數/所有個體=5/（20+5+20+5）=10%
XB基因頻率= XB基因數/（ XB基因數+ Xb基因數）
1XBXB含有2個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%
(4) 頻率一般計算方法 ：
例2.某種群中基因型XBXB有20個， XBY有5個， XBXb有20個， XbY有5個，計算下列基因頻率和基因型頻率：
任務一：用數學方法討論基因頻率的變化
假設：①昆蟲種群數量非常大；②所有的雌雄個體間都能自由交配并能產生后代；③沒有遷入和遷出；④不同翅色的個體生存和繁殖的機會是均等的；⑤基因A和a都不產生突變。
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%
根據計算結果，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。
成立前提：
a.種群非常大；
b.所有雌雄個體之間自由交配；
c.沒有遷入和遷出；
d.沒有自然選擇；
e.沒有基因突變。
哈迪——溫伯格定律
【拓展延伸】
利用遺傳平衡定律(哈迪——溫伯格定律)，由基因頻率計算基因型頻率
計算公式：當等位基因只有兩個時(A、a)，設p表示A的基因頻率，q表示a的基因頻率，則：
基因型AA的頻率＝p2；
基因型Aa的頻率＝2pq；
基因型aa的頻率＝q2。
如果一個種群達到遺傳平衡，其基因型頻率應符合：p2＋2pq＋q2＝1。
上述計算結果是建立在5個假設條件基礎上的。對于自然界的種群來說，這5個條件都成立嗎？你能舉出哪些實例？
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？基因大A2的頻率可能會怎樣變化？
對自然界的種群來說，這5個條件不可能同時都成立。
例如，翅色與環境色彩較一致的，被天敵發現的機會就少些。
討 論
突變產生的新基因會使種群的基因頻率發生變化。
基因A2的頻率是上升還是下降，要看這一突變對生物體是有益的還是有害的。
結 論
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。
(5)導致基因頻率改變的原因
種群規模小
基因頻率隨機變化
出現基因交流
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
最終導致基因頻率改變
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，基因型頻率發生改變，這說明生物在進化
B．在一個種群中，一對相對性狀的各種基因型頻率之和為1
C．基因型為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量多于女性，所以男性群體中紅綠色盲基因的頻率大于女性群體中紅綠色盲基因的頻率
B
1、可遺傳的變異
突變
變異
可遺傳的變異
不可遺傳的變異
基因突變
染色體變異
基因重組
基因突變是自然界中普遍存在的。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。
為什么達爾文明確指出“可遺傳的變異提供了生物進化的原材料”？
二、種群基因頻率的變化
例如：果蠅1組染色體上約有1.3×104個基因，假定每個
基因的突變頻率都為10-5，對一個中等大小的種群（約
有108個個體）來說，每一代出現的基因突變數將是：
2×1.3×104×10－5×108＝2.6×107（個）
①種群是由許多個體組成的，每個個體的每一個細胞內都有成千上萬個基因，這樣，每一代就會產生大量的突變。
例如：有翅的昆蟲，有時候會出現殘翅和無
翅的突變類型，這類昆蟲在正常情況下很難
生存下去。但是在經常刮大風的海島上，這
里昆蟲卻因為不能飛行而避免了被海風吹到
海里淹死。
②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境。
某海島上殘翅和無翅的昆蟲
③基因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。
1、可遺傳的變異
特點：
結果：
突變和基因重組都是隨機的、不定向的
只提供了生物進化的原材料，不能決定生物進化的方向。
種群基因頻率的改變(生物進化）是否也是不定向的呢
基因
重組
突變
生物進化的原材料
現象
長滿地衣的樹干上的樺尺
黑褐色樹干上的樺尺蠖
英國的曼徹斯特地區有一種樺尺蛾(其幼蟲叫樺尺蠖)。它們夜間活動,白天棲息在樹干上。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,隨著工業的發展,工廠排出的煤煙使地衣不能生存, 結果樹皮裸露并被熏成黑褐色。那么樺尺蛾的體色將會有怎樣的變化
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。
探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響
探究實踐
提出問題
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
作出假設
　　黑褐色的生活環境，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生定向改變。
討論探究思路
　　假設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體每年減少10%，黑色個體增加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？
　　提示：不同年份該種群個體總數可能有所變化。
探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響
探究實踐
制定并實施研究方案
創設數字化的問題情境。
計算，將計算結果填入表中。
根據計算結果，對環境的選擇作用的大小進行適當調整，比如，把淺色個體每年減少的數量百分比定高些，重新計算種群基因型頻率和基因頻率的變化，與步驟2中所得數據進行比較。
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%
12.98%
93.2
26.18%
96
60.84%
91.18
11.46%
22.92%
65.62%
22.92%
77.08%
26.07%
73.93%
14.60%
29.44%
55.96%
29.32%
70.68%
13.31
26.84
51.03
11
22
63
12.1
24.4
56.7
10
20
70
100
探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響
探究實踐
任務二：根據教材P112～113“探究·實踐”提供的資料，回答下列問題：
(1)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？
會影響。因為樹干變黑后，許多淺色個體可能在沒有交配、產卵前就已被天敵捕食，導致其個體數減少，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。因為天敵看到的是樺尺蛾的體色(表型)，而不是基因
(3)根據表格中的數據分析，樺尺蛾種群發生進化了嗎？判斷的依據是什么？
發生了進化。依據是樺尺蛾種群的基因頻率發生了改變。
(4)根據資料分析，決定樺尺蛾進化方向的是什么？為什么？
自然選擇決定生物進化的方向
探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響
探究實踐
(4)根據資料分析，決定樺尺蛾進化方向的是什么？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
種群的基因頻率發生定向改變
生物朝一定方向緩慢進化
突變、基因重組
選擇是定向的
生物進化的實質
直接選擇的是：個體的表型
實質：決定表型的基因
探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響
探究實踐
2.自然選擇對種群基因頻率變化的影響
(1)原因:不斷淘汰具有__________的個體,選擇保留具有__________的個體。
(2)選擇的對象:直接作用對象是個體的______,最終選擇的對象是決定表型的______。
(3)選擇的結果:
①生物性狀方面:朝著一定的______不斷進化。
②基因方面:種群基因頻率會發生______改變。
不利變異
有利變異
表型
基因
方向
定向
原種群
不同性狀
突變和基因重組
自然選擇
不利變異不斷淘汰
有利變異積累加強
種群基因頻率定向改變
生物
定向
進化
變異不定向
(4)進化模型
2．樺尺蛾的體色受一對等位基因控制，其中黑色(S)對淺色(s)為顯性。將某樺尺蛾種群分成兩組，分別遷移到A、B兩個區域，A地是煤炭工業重鎮，B地是閉塞的山區，數年后抽樣調查，結果如下表所示。下列有關說法不正確的是(　　)

A.A地S基因的頻率為89%，B地S基因的頻率為6%
B．A地的大部分s基因突變為S基因，故S基因的頻率升高
C．從上述材料可知生物進化的方向是由自然選擇決定的
D．從上述材料可知生物進化的實質就是種群基因頻率的變化
區域 SS(%) Ss(%) ss(%)
A 80 18 2
B 2 8 90
B
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
探究實踐
材料用具
經高溫滅菌的牛肉膏蛋白胨液體培養基及固體培養基平板，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。
探究抗生素對細菌的選擇作用
探究實踐
分區：用記號筆在培養皿的底部畫2條相互垂直的直線，將培養皿
分為4個區域，分別標記為①~④。
接種：取少量細菌培養液，用無菌涂布器(或無菌棉簽)均勻地涂抹
在培養基平板上。
設置變量：用無菌的鑷子先夾取1張不含抗生素的紙片放在①號區
域的中央，再分別夾取1張抗生素紙片放在②~④號區域的中央，蓋上皿蓋。
培養：將培養皿倒置于37℃的恒溫箱中培養12~16h。
觀察：觀察培養基上細菌的生長狀況。紙片附近是否出現了抑菌圈 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。
重復實驗：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基中培養，然后重
復步驟2~5。如此重復幾代，記錄每一代培養物抑菌圈的直徑。
注意：實驗結束后，應將耐藥菌、培養基、紙片等進行高溫滅菌處理。
方法步驟
探究抗生素對細菌的選擇作用
探究實踐
結果和結論
1．在培養基上是否有細菌生長？在放有抗生素紙片的區域呢？
2．在連續培養幾代后，抑菌圈的直徑發生了什么變化？這說明抗生素對細菌產生了什么作用？
實驗結果：抗生素紙片周圍出現抑菌圈，在連續培養幾代后，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
有
無
探究抗生素對細菌的選擇作用
探究實踐
任務三：根據教材P115“探究·實踐”，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的？
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。
在本實驗條件下，耐藥菌產生的變異一般來說是有利的。有利于生物在特定環境中生存和繁殖的變異，在此環境中就是有利變異。
(3)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。
探究抗生素對細菌的選擇作用
探究實踐
“探究抗生素對細菌的選擇作用”實驗的相關分析
(1)抗生素不是誘變因子，因此細菌耐藥性變異的產生與抗生素無關。
(2)細菌產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菌，使其不能形成菌落而出現抑菌圈。
【核心歸納】
探究抗生素對細菌的選擇作用
探究實踐
3.生活中濫用抗生素的現象十分普遍。下列關于“探究抗生素對細菌的選擇作用”實驗的敘述，錯誤的是(　　)
A.在培養基的特定區域放置不含抗生素的紙片，作為空白對照
B.實驗中抑菌圈的直徑越大，抗生素的抑菌作用越強
C.抗生素的使用可誘導細菌產生耐藥性變異
D.抗生素的選擇作用會導致耐藥菌比例逐代提高
C

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