1、第第3 3节节 种群基因组成的变化与物种的形成种群基因组成的变化与物种的形成第6章 生物的进化问题探讨问题探讨甲同学说：当然是先有鸡蛋了，因为只有生殖细胞产生的基因突变才能遗传的后代，体细胞即使发生了基因突变，也不能影响后代的性状。乙同学说：不对，人们在养鸡过程中，是根据鸡的性状来选择的，只让符合人类需求的鸡繁殖后代，因此是先有鸡后有蛋。你同意哪位同学的观点？你的答案和理由是什么？一一 种群基因组成的变化种群基因组成的变化自然选择直接作用的是生物的 ，而且是个体的 。在自然界，没有哪个个体是长生不死的，个体的表型也会随着个体的死亡而消失，决定表型的基因却可以随着生殖生殖而世代延续，并且在群体中
2、扩散 研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究 的变化个体个体表型表型群体基因组成群体基因组成种群和种群基因库种群和种群基因库种群种群生活在 的 生物 个体的集合如：一片树林中的全部猕猴是一个种群一片草地上的所有蒲公英也是一个种群一定区域一定区域同种同种全部全部一个猕猴种群的部分个体一片草地的蒲公英部分个体种群的特点种群的特点种群中的个体并不是机械地集合在一起，一个种群其实就是一个繁殖单位繁殖单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传个后代种群是生物 的基本单位繁殖繁殖种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传许多昆虫的寿命都不足一年（如蝗虫），所有的蝗虫都会在秋风中死去，其
3、中有些个体成功地完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵来年春夏之交，部分受精卵成功地发育成蝗虫。同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？种群是生物 的基本单位进化进化请问台城镇内全部的狗是一个种群吗？（）一个菜市场上所有的鲤鱼是一个种群吗?为什么?不是。它们是机械地集合在一起不是。它们是机械地集合在一起,彼此不能彼此不能够通过交配将够通过交配将基因传递给后代。基因传递给后代。X吉娃娃藏獒基因库基因库一个种群中 所含有的 。基因频率基因频率在一个种群基因库中,某个基因占全部 的比值在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从这个种群中随机抽取100
4、个个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，求A和a的基因频率100个个体共有 个基因A基因的数量是：2X30+60=120a基因的数量是：2X10+60=80A=120200=60%a=80200=40%全部个体全部个体全部基因全部基因等位基因数等位基因数200200思考思考 讨论讨论用数学方法讨论基因频率的变化用数学方法讨论基因频率的变化1.假设上述昆虫.种群非常大.所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代.没有迁入和迁出.不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的.基因A和a都不产生突变基因型频率=X100%该基因型个体该种群个体总数亲代基因型的频率 AAAA（30%3
5、0%）AaAa（60%60%）aaaa（10%10%）配子的比例A A（）A A（）a a（）a a（）子代基因型频率 AAAA（）AaAa（）aaaa（）子代基因频率 A A（）a a（）30%30%30%10%36%48%16%60%40%（4）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？种群的基因频率会同子一代一样种群的基因频率会同子一代一样2.上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的。对自然界的种群来说，这五个条件都成立吗？你能举出哪些实例？不能都成立不能都成立,如翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的如翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些机会就少些3.如果该
6、种群出现新的突变型（基因型为A2a或A2A2），也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率会变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？产生新基因会使种群的基因频率发生变化。基因产生新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A A2的频率的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有益还是有害是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有益还是有害种群基因频率的变化种群基因频率的变化基因突变在自然界是 存在的。基因突变产生新的 ，这就可能使种群的基因频率发生变化。普遍普遍等位基因等位基因可遗传变异生物进化提供原材料原材料来源基因重组基因突变染色体变异突变生物自发突变的频率很低，而且突变大多是有害它为什么还能够
7、作为生物进化的原材料呢？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，这样，每一代就会产生大量的突变果蝇1组染色体上约有1.3 X 104个基因，假定每个基因的突变率都是10-5，对于一个中等大小的果蝇种群（约有108个个体）来说，每一代出现的基因突变数将是：2 X 1.3 X 104 X 10-5 X 108 =2.6 X 107（个）突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生生存环境存环境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风吹到海里淹死。基因突变产生的 ，通过 过
8、程中的基因重组，可以形成多种多样的 ,从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型等位基因等位基因有性生殖有性生殖基因型基因型 突变和重组都是随机的、不定向的，那么，种群 基因频率的改变是否也是不定向的呢？自然选择对种群基因频率变化的影响自然选择对种群基因频率变化的影响探究探究 实践实践探究自然选择对种群基因频率变化的影响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的桦尺蛾（幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天栖息在树干上杂交实验表明，桦尺蛾的体色受一对等位基因S和s控制，黑色（S）对浅色（s）是显性在19世纪中叶以前，树干上长满了浅色的地衣，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中S基因的频率很
9、低，在5%以下到了20世纪中叶，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，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%以上提出问题提出问题桦尺蛾种群中s基因（决定浅色性状）的频率为什么越来越低呢？作出假设：作出假设：讨论探究思路讨论探究思路1870年，桦尺蛾种群的基因型频率如下，SS10%，Ss20%，ss70%，S基因的频率为20%。在树干变黑这一环境条件下，假如树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。第210年间，该种群每年的基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？提示：不同年份该种群的个体总数
10、可能有所变化制定并实施研究方案制定并实施研究方案1.创设数字化的问题情境2.计算，将计算结果填入表中第第1 1年年第第2 2年年第第3 3年年第第4 4年年基因型频率基因型频率SSSS10%10%11.5%11.5%13%13%14.6%14.6%SsSs20%20%22.9%22.9%26%26%29.2%29.2%ssss70%70%65.6%65.6%61%61%56.1%56.1%基因频率基因频率S S20%20%23%23%26%26%29.3%29.3%s s80%80%77%77%74%74%70.7%70.7%3.根据计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当的调整，比如，把浅色
11、个体每年减少的数量百分比定高些，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与步骤2中所得的数据进行比较分析结果，得出结论分析结果，得出结论分析计算结果是否支持你作出的假设，得出结论第第1 1年年第第2 2年年第第3 3年年第第4 4年年基因型频率基因型频率SSSS10%10%11.5%11.5%13%13%14.6%14.6%SsSs20%20%22.9%22.9%26%26%29.2%29.2%ssss70%70%65.6%65.6%61%61%56.1%56.1%基因频率基因频率S S20%20%23%23%26%26%29.3%29.3%s s80%80%77%77%74%74%70.7%
12、70.7%讨论讨论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？树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率，这是因树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率，这是因为树干变黑后，浅色个体容易被天敌发现，被捕食的概率为树干变黑后，浅色个体容易被天敌发现，被捕食的概率增加，许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌增加，许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食，导致其个体数减少，进而影响出生率捕食，导致其个体数减少，进而影响出生率讨论讨论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？直接受选择的是表型（体色），而不是基因型。基因型并直接受选择的是表型（体色），而
13、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，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看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因具有有利变异的个体具有有利变异的个体自然选择有更多的机会产生后代留下后代的机会少种群中相应基因的频率会不断提高提高种群中相应基因的频率会不断下降下降在 的作用下，种群的基因频率会发生 改变，导致生物朝着 不断进化自然选择自然选择定向定向一定的方向一定的方向练习与应用练习与应用一、概念检测1.从基因水平看，生物进化的过程就是种群基因频率发生定向改变的过程。判断下列相关表述是否正确。（1）某地区红
14、绿色盲患者在男性中约占8%，在女性中约占0.64%，由此可知，红绿色盲基因Xb的基因频率约为8%。（）（2）基因频率变化是由基因突变和基因重组引起的，不受环境的影响。（）（3）生物进化的实质是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变 （）2.种群是物种在自然界的存在形式，也是一个繁殖单位。下列生物群体中属于种群的是 A.一个湖泊中的全部鱼B.一片森林中的全部蛇C.一间屋中的全部蟑螂D.卧龙自然保护区中的全部大熊猫3.某一瓢虫种群中有黑色和红色两种体色的个体，这一性状由一对等位基因控制，黑色（B）对红色（b）为显性。如果基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%，基因型为bb的个体占4
15、%。基因B和b的频率分别为 A.18%、82%B.36%、64%C.57%、43%D.92%、8%4.一种果蝇的突变体在21的气温下，生存能力很差，但是，当气温上升到25.5时，突变体的生存能力大大提高。这说明 A.突变是不定向的B.突变是随机发生的C.突变的有害或有利取决于环境条件D.环境条件的变化对突变体都是有害的二、拓展应用1.举出人为因素导致种群基因频率定向改变的实例。选择育种和杂交育种选择育种和杂交育种2.如果将一个濒临灭绝的生物种群释放到一个新的环境中，那里有充足的食物，没有天敌，这个种群将发生怎样的变化？请根据所学知识作出预测。如果气候等其他条件也合适，并且这个种群具有一定的繁如
16、果气候等其他条件也合适，并且这个种群具有一定的繁殖能力，该种群的个体总数会迅速增加。否则，也可能仍殖能力，该种群的个体总数会迅速增加。否则，也可能仍然处于濒危状态甚至灭绝然处于濒危状态甚至灭绝3.碳青霉烯类抗生素是治疗重度感染的一类药物。下表为2005-2008年，该类抗生素在某医院住院患者中的人均使用量，以及从患者体内分离得到的某种细菌对该类抗生素的耐药率变化。据表回答下列问题。（1）这种细菌耐药率的变化与抗生素的使用量之间是否存在关联？依据是什么？二者存在正相关的关系。依据是调查数据二者存在正相关的关系。依据是调查数据（2）试从进化的角度解释耐药率升高的原因。随着抗生素人均使用量的增大，不
17、耐药的细菌生存和繁殖随着抗生素人均使用量的增大，不耐药的细菌生存和繁殖的机会减少，耐药菌生存和繁殖的机会增多，耐药基因在的机会减少，耐药菌生存和繁殖的机会增多，耐药基因在细菌种群中的基因频率逐年上升细菌种群中的基因频率逐年上升（3）我国卫生部门建立了全国抗菌药物临床应用监测网和细菌耐药监测网，并要求医疗机构开展细菌耐药监测工作，建立细菌耐药预警机制。例如，当某抗菌药物的主要目标细菌耐药率超过30%时，医疗机构应及时将这一预警信息进行通报。请分析这一要求的合理性。由于细菌繁殖很快，耐药率的上升速度也较快，因此需要由于细菌繁殖很快，耐药率的上升速度也较快，因此需要加强监控。我国卫生部门建立了相关监
18、测机制，说明党和加强监控。我国卫生部门建立了相关监测机制，说明党和政府关注民生。医疗机构及时通报预警信息，有利于全国政府关注民生。医疗机构及时通报预警信息，有利于全国各医院机构共同及时采取措施，如更换新的抗生素类药物，各医院机构共同及时采取措施，如更换新的抗生素类药物，将细菌耐药率控制在低水平将细菌耐药率控制在低水平（4）人类不断研发和使用新的抗生素，细菌对新药的耐药性也在不断提高，二者之间仿佛发生了一场竞赛。作为这场竞赛的参与者，你可以做些什么呢？合理使用抗生素，防止滥用抗生素合理使用抗生素，防止滥用抗生素探究探究 实践实践探究抗生素对细菌的选择作用探究抗生素对细菌的选择作用一般情况下，一定
19、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目的要求目的要求通过观察细菌在含有抗生素的培养基上的 ，探究抗生素对细菌的选择作用材料用具材料用具经 的牛肉膏蛋白胨液体液体培养基及固体固体培养基平板生长状况生长状况高温灭菌高温灭菌扩大培养扩大培养筛选菌株筛选菌株方法步骤1.用记号笔在培养皿的 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 2.取少量细菌的培养液，用 的涂布器（或无菌棉签）地涂抹在培养基平板上3.用 的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在号区域的中央，再分别夹取1张抗生素纸片放在 号区域中央，盖上
20、。底部底部无菌无菌均匀均匀无菌无菌无无抗抗抗抗抗抗皿盖皿盖4.将培养皿 于37 的恒温箱中培养12 16h5.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抑菌圈？如果有，测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径直径，并取 。倒置倒置抑菌圈直径平均值平均值6.从抑菌圈 的菌落上挑取细菌，接种到已灭菌的 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 实验结束后，应将耐药菌、培养基 纸片等进行 处理结果和结论结果和结论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？边缘边缘液
21、体液体高温灭菌高温灭菌讨论讨论1.为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌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。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？在本实验的培养条件下，耐药菌产生的耐药变异对它是有在本实验的培养条件下，耐药菌产生的耐药变异对它是有利的。有利于生物在特定环境中生存和繁殖的变异就是有利的。有利于生物在特定环境中生存和繁殖的变异就是有利变异利变异讨论讨论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？促进耐药菌的产生促进耐药菌的产生
