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人教版（2019）必修二
第6章 生物的進化
第3節 （一）種群基因組成的變化
認同人類對遺傳物質的認識是不斷深化、不斷完善的過程，認同實驗技術在證明DNA是遺傳物質中的作用（科學思維、社會責任）
能夠闡述種群、種群基因庫、基因頻率等概念，說明種群是生物繁殖和進化的基本單位
01
能計算種群的基因頻率和基因型頻率，得出遺傳平衡定律的數學模型
02
學習目標
03
能闡明自然選擇對種群基因頻率變化的影響
男
男
情境導入
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。
你同意哪位同學的觀點？你的答案和理由是什么？
這兩種觀點都有一定的證據，但都不全面。因為他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。
種群和種群基因庫
01
種群基因頻率的變化
02
目錄
自然選擇對種群基因頻率變化的影響
03
種群和種群基因庫
1
一、種群
生活在一定區域的同種生物全部個體的集合叫做種群。
1.定義：
2.特點：種群是繁殖的基本單位，也生物進化的基本單位。
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
種群和種群基因庫
二、基因庫
一個種群中全部個體所含有的全部基因，叫作這個種群的基因庫。
1.定義：
注意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”。
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。
種群和種群基因庫
三、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
基因頻率=
某基因的數目
該基因的等位基因的總數
× 100%
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。
基因型頻率=
某基因型個體總數
種群全部個體數
×100%
基因型頻率：
種群和種群基因庫
基因頻率的一般計算方法
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。
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=____________________%
200
2×30+60=120
120÷200=60
2×10+60=80
80÷200=40
三、基因頻率：
用數學方法討論基因頻率的變化
任務一
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。
(1)該種群產生的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)將計算結果填入下表，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會同子一代一樣嗎？
用數學方法討論基因頻率的變化
任務一
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%
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個前提條件。
用數學方法討論基因頻率的變化
任務一
當群體滿足以下五個條件：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。
種群的基因頻率將不會改變
設A的基因頻率為p，a的基因頻率為q；則有p+q=1，那么
(p+q)2 = p2 + 2pq + q2 ＝ 1
AA=p2 Aa=2pq aa=q2
種群和種群基因庫
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
三、基因頻率：
種群和種群基因庫
01
種群基因頻率的變化
02
目錄
自然選擇對種群基因頻率變化的影響
03
種群基因頻率的變化
一、種群基因頻率的變化
基因突變在自然界普遍存在。基因突變產生新等位基因，就可使種群基因頻率發生變化。
變異
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
種群基因頻率的變化
例
果蠅一組染色體上約有1.3×104基因，假定每個基因的突變率都是10-5，若有一個中等數量的果蠅種群（約有108個個體），那么每一代出現基因突變數是多少呢？
一、種群基因頻率的變化
2×1.3× 104
× 108
種群
= 2.6 ×107（個）
個體
× 10-5
種群基因頻率的變化
二、可遺傳變異的形成、特點和作用
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
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。
長翅
殘翅
更適應風小環境
更適應大風環境
種群基因頻率的變化
二、可遺傳變異的形成、特點和作用
突變（基因突變和染色體變異）和基因重組產生進化的原材料
基因突變
基因重組
新的等位基因
多種多樣的基因型
形成了進化的原材料,
不能決定生物進化的方向
作用
種群中出現大量可遺傳的變異
形成
變異是隨機的、不定向的
特點
那么種群基因頻率的改變是否也是不定向的？
種群和種群基因庫
01
種群基因頻率的變化
02
目錄
自然選擇對種群基因頻率變化的影響
03
自然選擇對種群基因頻率變化的影響
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。雜交實驗表明，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。
探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響
自然選擇對種群基因頻率變化的影響
假設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%。在樹干變黑這一環境條件下，假如淺色樺尺蛾更容易被天敵發現并被捕食，使得種群中淺色個體每年減少10%,黑色個體每年增加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？（計算結果填入下表）
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
自然選擇對種群基因頻率變化的影響
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)而不是控制體色的基因。
自然選擇對種群基因頻率變化的影響
（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。因為在自然選擇的作用下，具有有利變異的個體有更多機會產生后代，種群中相應基因的頻率會不斷提高；相反，具有不利變異的個體保留下來的機會少，相應基因的頻率會下降。
自然選擇對種群基因頻率變化的影響
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
種群的基因頻率發生定向的改變
生物朝著一定方向緩慢進化
生物進化的實質是種群基因頻率的定向改變。
種群基因頻率的改變，標志著生物的進化。
探究·實踐 探究抗生素對細菌的選擇作用
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。
實驗原理
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。
自變量：
因變量：
有無抗生素
細菌是否被殺死
探究·實踐 探究抗生素對細菌的選擇作用
實驗步驟
1
2
3
4
5
6
分區
接種
設置變量
培養
觀察
重復實驗：
第二代、第三代
①
②
③
④
①區放置不含抗生素（對照組）
②③④區放含有抗生素的紙片（實驗組）
觀察有無抑菌圈
測量抑菌圈直徑
→判斷是否抑菌
→判斷抑菌強弱
抑菌圈
探究·實踐 探究抗生素對細菌的選擇作用
結果分析
在培養基上有細菌生長，在放有抗生素紙片的區域無細菌生長。連續培養幾代后，抑菌圈的直徑會變小。
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。
探究·實踐 探究抗生素對細菌的選擇作用
結果分析
①你的數據結果是否支持“耐藥菌是普遍存在的”這一說法？
支持。抑菌圈邊緣生長的可能是耐藥菌。
②在本實驗條件下，耐藥菌所產生的變異是有利的還是有害的？
在本實驗條件下，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
課堂小測
1.某玉米種群中，基因型為AA、Aa、aa的個體所占比例分別為36%、48%、16%，若各種基因型植株生活和繁殖能力均相同，則該種群自由交配n代后AA的比例和A的基因頻率，以及自交n代后AA的比例和A的基因頻率分別發生的變化是（不發生自然選擇）( )
A.增大、不變、增大、不變 B.不變、不變、不變、不變
C.不變、不變、增大、不變 D.不變、不變、減小、不變
解析：根據“某玉米種群中，基因型為AA、Aa、aa的個體所占比例分別為36%、48%、16%”，可推知該種群中A基因頻率為60%，a基因頻率為40%。若個體之間自由交配，應用配子法分析后代基因型頻率，該種群產生的配子基因型及比例即為基因頻率（A為60%、a為40%），經計算可知無論自由交配多少代，后代中基因型頻率始終保持（AA為36%、Aa為48%、aa為16%）不變，同時種群的基因頻率也不變；若種群內個體自交，則純合子自交后代始終是純合子，而雜合子自交后代有純合子也有雜合子，故隨著自交代數增加，純合子比例逐漸提高而雜合子比例逐漸降低，同時由于不發生自然選擇，基因頻率不變，C正確。
C
課堂小測
2.某自由交配的飛蛾種群中，基因A的頻率多年保持在80%后來遷入新的捕食者，一年后基因型為AA的個體減少10%,基因型為Aa的個體數不變，基因型為aa的個體減少90％，此時AA的基因型頻率和a的基因頻率分別為( )
A.64%、18% B.64%、16.4% C.57.6%、18% D.57.6%.16.4%
解析：設遷入新的捕食者前該飛蛾種群數量為1000只，基因A的頻率為80%，則基因a的頻率為20%，所以基因型頻率AA=64%，Aa=32%，aa=4%，基因型為AA的個體數為640只、Aa的個體數為320只、aa的個體數為40只。遷入新的捕食者，一年后基因型為AA的個體減少10%，則AA的個體數為576只。基因型為Aa的個體數不變，為320只。基因型為aa的個體減少90%，則aa的個體數為4只，則遷入新的捕食者后該飛蛾種群數量為900只。所以此時AA的基因型頻率=（576/900）×100%=64%，a的基因頻率=【（320十2×4）/（900×2）】×100%≈18%，A正確。
A
課堂小測
3.樺尺蛾的體色受到常染色體上一對等位基因S和s的控制，黑色（S）對淺色（s）為顯性。在某個自由交配且數量足夠多的樺尺蛾種群中，淺色個體長期維持在16%左右。下列有關分析正確的是( )
A.純合黑色個體大約占84%
B.雜合黑色個體大約占48%
C.S基因的頻率為96%，s基因的頻率為4%
D.親代S基因的頻率大于子代S基因的頻率
解析：淺色個體ss長期維持在16%左右，則s的基因頻率=40%，S的基因頻率=60%，純合黑色個體SS=60%×60%=36%，雜合黑色個體=2×60%×40%=48%，AC錯誤，B正確；該種群中自由交配且數量足夠多，沒有淘汰某類個體，則親子代的S基因頻率不變，D錯誤。
B
謝謝觀看

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