高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》一 种群基因组成的变化试讲课备课ppt课件

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1.当今所有生物都是由更古老的生物进化而来；
过度繁殖、生存斗争、遗传变异、适者生存
1.遗传变异的认识： 性状水平→基因水平
2.适应及物种形成等研究：个体水平→种群水平
2.适应的形成是由于用进废退和获得性遗传。
一 种群基因组成的变化
(一)种群：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。
（1）一片森林中的所有的蜘蛛。（ ）（2）一片森林中的所有金丝猴。（ ）（3）两个池塘中所有的鲫鱼。（ ）（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。 （ ）
注：种群是生物体繁殖、进化的基本单位。
②一个种群就是一个繁殖单位，种群是生物繁殖和进化的基本单位
①种群的个体并不是机械地集合在一起，雌雄个体可通过繁殖将各自的基因遗传给后代
繁殖时，新老种群在基因组成上会有什么变化吗？
(二)基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。
例如：在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，褐色的基因是a，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。
(1)100个体数的全部等位基因总数为 个
(2)A基因为 个，a基因为 个
2×30+60=120
在种群中，一对等位基因的基因频率之和等于1，基因型频率之和也等于1。
基因频率=纯合子基因型频率+1/2杂合子基因型频率
（1）基因型频率： XBXB _______ XbY _______
XBXB基因型频率= XBXB个体数/所有个体=20/（20+5+20+5）=40%
XbY基因型频率= XbY个体数/所有个体=5/（20+5+20+5）=10%
（2）基因频率：XB______ Xb_______
XB基因频率= XB基因数/（ XB基因数+ Xb基因数）
1XBXB含有2个XB，1 XBY含有1XB， XBXb含有1XB和1Xb， XbY含有1Xb
XB基因频率=（40+5+20）/（40+5+40+5）=56/90=72.2%
Xb基因频率=1-72.2%=27.8%
某种群中基因型XBXB有20个， XBY有5个， XBXb有20个， XbY有5个，计算下列基因频率和基因型频率：
用数学方法讨论基因频率的改变
子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率会同子一代一样吗？
假设：①昆虫种群数量非常大；②所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；③没有迁入和迁出；④不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的；⑤基因A和a都不产生突变。
遗传平衡定律(哈代-温伯格定律)
①昆虫群体数量足够大；
②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代；
④自然选择对性状没有作用；
⑤基因A和a都不产生突变
种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡。
设A的基因频率为p，a的基因频率为q，自由交配时，子代基因型情况？
(p＋q)2=p2＋2pq＋q2=1
p2代表AA的频率，q2代表aa的频率，2pq代表杂合子Aa的频率。
1.已知人的褐眼(A)对蓝眼(a)是显性。在一个有30000人的群体中，蓝眼的有3600人，褐眼的有26400人(其中纯合子有12000人)。那么，在这个人群中A、a的基因频率分别是（ ）A.64%和36%　　B.36%和64%　　C.50%和50%　　D.82%和18%
2.某小麦种群中TT个体占20%，Tt个体占60%，tt个体占20%，由于某种病害导致tt个体全部死亡，则病害发生前后该种群中T的基因频率分别是（ ）A.50%、50%　　B.50%、62.5% C.62.5%、50%　　 D.50%、100%
3.在一次红绿色盲的调查中，共调查男女各200名，调查发现，女性红绿色盲基因的携带者有15人，患者有5人，男性患者有11人。那么这个群体中红绿色盲基因的频率是（ ） A.4.5%　 　B.6%　　 C.9%　 　D.7.8%
二、种群基因频率的变化
遗传平衡及上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。对自然界的种群来说，这个条件都成立吗？
不可能存在，种群的基因频率一定会发生变化，生物的进化是必然的。
如果:该种群出现新的突变型性（基因型为A2a或A2A2），也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率会发生变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？
会，突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。
产生新的等位基因,使种群的基因频率发生变化。
提供了生物进化的原材料
①种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，每一代就会产生大量的突变。
2 × 1.3×104 × 10-5
生物自发突变的频率很低，而且多害少利，它为什么还能够作为生物进化的原材料呢？
②突变的有利和有害也不是绝对的，往往取决于生物的生存环境。
如：有翅的昆虫中有时会出现残翅和无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去。但是，在经常刮大风的海岛上，这类昆虫却因为不能飞行而避免被海风吹到海里淹死。
③基因突变产生的等位基因，通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。
突变和重组都是随机的、不定向的。
突变(基因突变和染色体变异)和基因重组产生进化的原材料
不能决定生物进化的方向
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾，昼伏夜出。杂交实验表明：
其体色受一对等位基因 S 和 s 控制，黑色（S）对浅色（s）是显性的。
在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中 S 基因的频率很低，在 5% 以下。
20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S 基因的频率上升到95%以上。
19世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。后来，随着工业的发展，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
桦尺蛾种群中s基因（决定浅色性状）的频率为什么越来越低呢?
　环境改变（树皮变黑）后，浅色个体不易存活，黑色个体有机会产生更多后代。
　　假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为：SS10%，Ss20%，ss70%，S基因的频率为20%。假如树干变黑使得浅色桦尺蛾每年减少10%，黑色个体每年增加10%。在第2～10年间，该种群的基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？
提示：不同年份该种群个体总数可能有所变化。
假设该种群共有100个个体，则在第一年中
SS：10个 Ss：20个 ss: 70个
第二年时，由于浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%
SS：10x（1+10%）=11个 Ss：20x（1+10%）=22个 ss: 70x（1-10%）=63个SS+Ss+ss=96个
SS：11/ 96=11.5% Ss：22/ 96 =22.9% ss: 63/96=65.6%
S=SS+1/2Sss=ss+1/2Ss
1.树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？
2.在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表型？为什么？
会，浅色个体易被天敌捕食，导致个体数减少，进而影响出生率。
直接受选择的是表型（体色），而不是基因型。基因型并不能在自然选择中起直接作用，因为天敌在捕食桦尺蛾时，看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因。
3.根据表格中的数据分析，桦尺蛾种群发生进化了吗？判断的依据是什么？
发生了进化。依据是桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。
自然选择对种群基因频率变化的影响
不利变异被淘汰，有利变异逐渐积累
种群的基因频率发生定向改变(生物进化的实质)
生物朝一定方向缓慢进化
在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。
一般情况下，一定浓度的抗生素会杀死细菌，但变异的细菌可能产生耐药性。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，耐药菌有可能存活下来。
通过观察细菌在含有抗生素的培养基上的生长状况，探究抗生素对细菌的选择作用。
经高温灭菌的牛肉膏蛋白胨液体培养基及固体培养基平板，细菌菌株（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等），含有抗生素（如青霉素、卡那霉素等）的圆形滤纸片（以下简称“抗生素纸片”），不含抗生素的纸片，镊子，涂布器，无菌棉签，酒精灯，记号笔，直尺等。
探究抗生素对细菌的选择作用
分区：用记号笔在培养皿的底部画2条相互垂直的直线，将培养皿 分为4个区域，分别标记为①~④。接种：取少量细菌培养液，用无菌涂布器(或无菌棉签)均匀地涂抹 在培养基平板上。设置变量：用无菌的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在①号区域的 中央，再分别夹取1张抗生素纸片放在②~④号区域的中央，盖上皿盖。培养：将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。观察：观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近是否出现了抑菌圈?如果有， 测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径，并取平均值。重复实验：从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌，接种到已灭菌的液体培养基 中培养，然后重复步骤2~5。如此重复几代，记录每一代培养 物抑菌圈的直径。
滤纸片上的抗生素杀死了其周围的细菌,使其不能形成菌落而出现抑菌圈。
注意：实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理。
1．在培养基上是否有细菌生长?在放有抗生素纸片的区域呢?
2．在连续培养几代后，抑菌圈的直径发生了什么变化？这说明抗生素对细菌产生了什么作用？
结果：抗生素纸片周围出现抑菌圈，在连续培养几代后，抑菌圈的直径越来越小。
结论：说明抗生素对细菌产生了选择作用。
1.为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌?
抗生素能够杀死细菌，在抑菌圈边缘抗生素浓度较低，可能存在具有耐药性的细菌，因此要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌。
2. 你的数据是否支持“耐药菌是普遍”存在的”这一说法?说说你的理由。
支持。因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。
3.在本实验的培养条件下,耐药菌所产生的变异是有利还是有害的?你怎么理解变异是有利还是有害的?
在本实验条件下，耐药菌产生的变异一般来说是有利的，有利于生物在特定环境中生存和繁殖的变异,在此环境中就是有利变异。
5. 滥用抗生素的现象十分普遍。例如，有人生病时觉得去医院很麻烦，就直接吃抗生素;有的禽畜养殖者将抗生素添加到动物饲料中。你认为这些做法会有什么后果?请你查阅资料，举出更多滥用抗生素的实例。
滥用抗生素会使病菌的抗药基因不断积累,抗药性不断增强，导致抗生素药物失效。
泛指那些对多种抗生素具有耐药性的细菌。基因突变是产生超级细菌的根本原因。由于大部分抗生素对其不起作用，超级细菌对人类健康已造成极大的危害。
抗生素对细菌具有定向选择作用。
二 隔离在物种形成中的作用
曼彻斯特地区的桦尺蛾，基因频率发生了定向改变，最终导致生物朝着一定的方向不断进化。
怎样判断两个种群是否属于同一个物种？
能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。
世界各地的人虽然各有不同，但他们之间可以彼此通婚，并且产生可育的后代。因此，全世界的人在生物学上属于同一个物种——智人种。
马和驴是同一个物种吗？
骡是不育的，因此，马和驴之间存在生殖隔离，它们属于两个物种。
孔雀和巨嘴鸟是同一个物种吗？
不是，不能互相交配，存在生殖隔离。
在自然界，是不是同一物种的个体都生活在一起呢？
不是，由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障碍，每一个物种总是被分成一个一个或大或小的群体，这些群体就是不同的种群。例如，两个池塘里的鲤鱼就是两个种群。
二、隔离在物种形成中的作用
（1）概念：不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。
（2）类型①地理隔离：同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象。
由于长期地理隔离而没有相互交配，没有基因交流形成了两个不同的亚种。
②生殖隔离 不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育后代的现象。
(3)地理隔离和生殖隔离的联系：
由于长期地理隔离而没有相互交配，没有基因交流，形成了生殖隔离，它们形成两个不同的亚种。
地理隔离和生殖隔离有没有什么联系呢？对生物的进化有何作用呢？
在加拉帕戈斯群岛上生活着13种地雀。这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南美洲大陆上，却看不到这13种地雀的踪影。不同岛屿的环境有较大差别。推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆，以后在各个岛屿上形成了不同的种群。
加拉帕戈斯群岛上的地雀
1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗？
由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。
2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？
不一样。因为突变是随机发生的。
3.对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别？这对种群基因 频率的变化会产生什么影响？
不同岛屿的自然环境条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝着不同的方向改变。
4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？
不会。因为个体间有基因的交流。
隔离在物种形成中的作用
是物种形成的标志。

基因频率向不同方向发生改变
种群的 出现差异
总结：加拉帕戈斯群岛的地雀的形成方式
物种形成的三个基本环节:
（1） 提供原材料（2） 使基因频率定向改变（3） 是物种形成的必要条件
在突变、基因重组和自然选择下
（说明：地理隔离不一定都能形成生殖隔离）
不同小岛上的植被不同，果实大小不同所致
不需要地理隔离就在很短的时间内出现生殖隔离，从而形成新的物种。主要是通过异源多倍体的染色体变异等方式形成新物种，一出现可以很快形成生殖隔离。
短时间内即可形成，如自然界中多倍体的形成。
①生物进化是新物形成的前提
②新物种形成则说明生物发生了进化
可遗传变异、自然选择、隔离
比较物种形成与生物进化
1.下列关于物种的叙述，正确的是(　　)①不同种群的生物肯定不属于同一个物种 ②具有一定形态结构和生理功能，能相互交配且产生可育后代的一群生物个体 ③隔离是形成新物种的必要条件　④在物种形成过程中必须有地理隔离和生殖隔离 A．①②④　 B．①②③④ C．②③ D．③④
2．下图表示渐进式新物种形成的基本环节，对图示的相关分析正确的是（ ）A．图中①表示基因突变和基因重组，为进化提供了原材料B．图中②表示地理隔离，地理隔离使种群间基因交流受阻C．图中③表示生殖隔离，指两种生物不能交配且不能产生可育后代D．种群基因型频率的改变一定会导致新物种形成
3．下图表示种群与物种的关系，关于它们的叙述，不正确的是( 　)A．从图中可以看出，一个物种可以有很多种群，地理隔离阻碍了这些种群进行基因交流B．若物种2是由物种1形成的，则物种1一定发生了基因频率的改变C．由物种1形成物种2的必要条件是地理隔离D．若种群1与种群2的基因频率都发生了改变，则这两个种群都在进化
4.金鱼系野生鲫鱼经长期人工选育而成，是中国古代劳动人民智慧的结晶。现有形态多样、品种繁多的金鱼品系。自然状态下，金鱼能与野生鲫鱼杂交产生可育后代。下列叙述错误的是(　　)A.金鱼与野生鲫鱼属于同一物种B.人工选择使鲫鱼发生变异，产生多种形态C.鲫鱼进化成金鱼的过程中，有基因频率的改变D.人类的喜好影响了金鱼的进化方向
1．判断下列与隔离有关的表述是否正确。（1）在曼彻斯特的桦尺蛾种群中，黑色个体与浅色个体之间未出现生殖隔离。（ ）（2）加拉帕戈斯群岛不同岛屿上的地雀种群之间犹豫地理隔离而逐渐形成了生殖隔离。（ ）
2．19世纪70年代，10对原产于美国的灰松鼠被引入英国，结果在英国大量繁殖、泛滥成灾。对生活在两国的灰松鼠种群，可以作出的判断是（ ）A．两者尚未形成两个物种B．两者的外部形态有明显差别C．两者之间已经出现生殖隔离D．两者的基因库向不同方向改变
1：不含抗生素纸片2.3.4：含抗生素纸片
2.原理：实验室连续培养细菌时，若向培养基中添加抗生素，一定浓度抗生素会杀死细菌，但变异的细菌可能产生耐药性而存活下来。
在抑菌圈边缘的菌落挑选细菌
连续培养几代后，抑菌圈的直径发生了什么变化？这说明抗生素对细菌产生了什么作用？
在固体培养基中重复培养，记录每一代培养物抑菌圈的直径，取平均值。
接种到已灭菌的液体培养基中培养
四、探究抗生素对细菌的选择作用
抗生素对细菌有选择作用，抗生素对细菌抑制作用越来越弱。
1、为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
有利的，基因突变具有随机性和不定向性，有利或有害取决于所处的环境条件，在本实验的环境条件下，耐药性细菌的存活率高，故为有利变异。有利于细菌的变异对人类是有害的，面对不同的主体，应辩证地看待变异的有利有害性。
抗生素能够杀死细菌，在抑菌圈边缘抗生素浓度较低，可能存在具有耐药性的细菌，因此要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌。
2、在本实验的培养条件下，耐药菌所产生的变异是有利还是有害的？你怎么理解变异是有利还是有害的？