第3節(jié)

種群基因組成的變化與物種的形成第1課時種群基因組成的變化及探究抗生素對細菌的選擇作用人教版必修2·第6章01說出種群和種群基因庫的概念。02學會運用數(shù)學方法計算種群的基因頻率和基因型頻率。03探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響。1.概念：生活在一定區(qū)域的同種生物全部個體的集合叫作種群。三要素：②同種生物；①同一區(qū)域（可大可?。虎廴總€體。一片樹林中的全部獼猴一片草地上的所有蒲公英一、種

群判斷下列是否屬于種群：（1）一個池塘中的全部魚（2）一個池塘中的全部鯉魚（3）兩個池塘內(nèi)的全部青蛙（4）一片草地上的全部植物（5）一個菜市場中的全部鯉魚否是否否否

思考一、種群和種群基因庫2.特點

同前一年的蝗蟲種群相比，新形成的蝗蟲種群在基因組成上會有什么變化嗎？（1）種群的個體并不是機械地結合在一起。（2）一個種群其實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。（3）種群在繁衍過程中，個體有新老交替，基因卻代代相傳。☆

種群是繁殖的基本單位，也是生物進化的基本單位。一、種群和種群基因庫3.基因庫：一個種群中全部個體所含有的全部基因。注意范圍是種群不是物種?；驇彀朔N群中全部個體的全部基因，

無論“優(yōu)劣”。個體間的差異越大，基因庫也就越大。種群中基因總數(shù)越多，基因庫越大，與基因種類無關。一、種群和種群基因庫4.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(shù)的比值，叫做基因頻率?；蝾l率＝該基因的總數(shù)該等位基因的總數(shù)×100%基因型頻率＝特定基因型個體數(shù)該種群個體總數(shù)×100%5.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(shù)的比值。一、種群和種群基因庫AA基因型頻率=30%，Aa基因型頻率=60%，aa基因型頻率=10%例1：在某昆蟲種群中，決定翅色為綠色的基因是A，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。求這個種群中AA、Aa、aa的基因型頻率。

例2：某工廠有男女職工各200名，對他們進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因的攜帶者為15人，患者為5人，男性患者為11人。求這個種群中XBXB、XbY的基因型頻率。一、種群和種群基因庫例3：在某昆蟲種群中，決定翅色為綠色的基因是A，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。分別求A、a的基因頻率。

基因頻率=某基因總數(shù)全部等位基因數(shù)×100%（基因常染色體或X、Y染色體的同源區(qū)段上）方法一：根據(jù)定義計算基因頻率一、種群和種群基因庫例4：某昆蟲種群中，綠色翅的基因為A,褐色翅的基因位a，調(diào)查發(fā)現(xiàn)AA、Aa、aa的個體分別占30%、60%、10%、那么A、a的基因頻率是多少？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。A的基因頻率=30%+/2×60%=60%a的基因頻率=10%+/2×60%=40%一個基因的頻率=該基因純合子的基因型頻率+1/2雜合子的基因型頻率方法二：根據(jù)基因型頻率計算基因頻率一、種群和種群基因庫例5：某工廠有男女職工各200名，對他們進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因的攜帶者為15人，患者為5人，男性患者為11人。那么，這個群體中XB、Xb基因的頻率分別為多少？

XB基因的頻率=1－6%=94%基因僅在X染色體上方法：基因頻率=某基因總數(shù)雌性個體數(shù)×2+雄性個體數(shù)×1×100%

假設上述昆蟲種群數(shù)量非常大，所有的雌雄個體間都能自由交配并能產(chǎn)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(chǎn)突變，根據(jù)孟德爾的分離定律計算。（1）該種群產(chǎn)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(shù)學方法討論基因頻率的變化親代基因型比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A(

)A(

)a(

)a(

)A(

)a(

)子代基因型頻率AA(

)Aa(

)aa(

)子代基因頻率A()a()30%10%30%30%36%16%48%60%40%60%40%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？思考用數(shù)學方法討論基因頻率的變化【思考·討論】

假設上述昆蟲①種群數(shù)量非常大；②所有的雌雄個體間都能自由交配并能產(chǎn)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(chǎn)生突變。根據(jù)孟德爾的分離定律，計算并完成下表。親代子一代子二代子三代基因型頻率AA30%Aa60%aa10%基因頻率A60%a40%36%48%40%16%60%36%48%40%16%60%36%48%40%16%60%

如果上述5個假設都成立，種群基因頻率在世代繁衍過程中不會發(fā)生變化，稱為遺傳平衡。二、種群基因頻率的變化歸納：已知基因頻率求基因型頻率AA%=

；Aa%=

；aa%=

.設A的基因頻率為p，a的基因頻率為q，自由交配時，求子代基因型情況。雌配子雄配子A(p)a(q)A(p)a(q)棋盤法AA(p2)Aa(pq)Aa(pq)aa(q2)p22pqq2適用條件（遺傳平衡狀態(tài)）：①種群非常大；②所有的雌雄個體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代；③沒有遷入和遷出；④沒有自然選擇；⑤沒有基因突變。用數(shù)學方法討論基因頻率的變化上述計算結果是建立在5個假設條件基礎上的。對自然界的種群來說，這5個條件都成立嗎？思考對自然界的種群來說，這5個條件不可能同時都成立。所以，自然界中實際種群的基因頻率是在不斷發(fā)生變化的。如果該種群出現(xiàn)新的突變型（基因型為A2a或A2A2），也就是產(chǎn)生新的等位基因A2，種群的基因頻率會發(fā)生變化嗎？基因A2的頻率可能會怎樣變化？思考突變產(chǎn)生的新基因會使種群的基因頻率發(fā)生變化?；駻2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。用數(shù)學方法討論基因頻率的變化歸納基因頻率的計算方法：1.根據(jù)定義計算A%=a%=×100%aA+a×100%AA+a2.通過基因型頻率計算：A基因頻率=AA的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率a基因頻率=aa的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率（適用位于常染色體上的基因）用數(shù)學方法討論基因頻率的變化3.基因和基因型頻率互算：在符合遺傳平衡的某種群中，若A的基因頻率為P，a的基因頻率為q=p2+2pq+q2=1AaAAAaaa(p+q)2在種群中，一對等位基因基因頻率之和等于1，基因型頻率之和也等于1歸納基因頻率的計算方法：用數(shù)學方法討論基因頻率的變化基因突變在自然界是普遍存在的?；蛲蛔儺a(chǎn)生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生變化。思考：導致基因頻率變化的原因可能有哪些？基因突變?nèi)旧w變異基因重組變異可遺傳變異不可遺傳變異突變生物進化的原材料可遺傳變異提供了生物進化的原材料。其來源分為突變和基因重組。

生物自發(fā)突變的頻率很低，且大多數(shù)突變對生物體是有害的，它為何還能作為生物進化的原材料呢？二、種群基因頻率的變化2×1.3×104

×108種群=2.6×107（個）個體×10-5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(shù)量的果蠅種群（約有108個個體），那么每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)是多少呢？

由此可見，雖然基因突變頻率很低，但放到種群中每一代都會有可觀的變異量，雖然大多數(shù)都是有害的，但是總會出現(xiàn)一些更適應環(huán)境的變異，在自然選擇過程中被保留下來并逐代積累。二、種群基因頻率的變化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(huán)境。某海島上殘翅和無翅的昆蟲例如，有翅的昆蟲，有時候會出現(xiàn)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(jīng)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二、種群基因頻率的變化

基因突變產(chǎn)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(xiàn)多種多樣可遺傳的變異類型。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?基因重組突變二、種群基因頻率的變化英國的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾(其幼蟲叫樺尺蠖)。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。19世紀中葉以前，樹干上長滿了淺色的地衣，樺尺蛾幾乎都是淺色的，該種群中S基因的頻率很低，在5%以下。20世紀中葉，工廠排放的煤煙使地衣不能生存，結果樹皮裸露并被熏成黑褐色。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。三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響樺尺蛾種群中s基因（決定淺色性狀）的頻率為什么越來越低呢?黑褐色的生活環(huán)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(huán)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(fā)生定向改變。作出假設三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響提出問題假設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？討論探究思路制訂并實施研究方案第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%(10)Ss20%(20)ss70%(70)個體總數(shù)100只基因頻率S20%s80%(11)(22)(63)11.5%23%65.6%22.9%77%(12.1)(24.2)(56.7)13.0%26%61.0%26.0%74%14.6%29.25%56.1%29.3%70.75%(13.3)(26.6)(51.0)升高降低96只93只90.9只三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響在自然環(huán)境的選擇作用下，該種群的S(深色)基因的頻率逐漸上升，s(淺色)基因的頻率逐漸下降。在自然選擇的作用下，可以使基因頻率發(fā)生定向改變，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得出結論分析結果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，淺色個體容易被發(fā)現(xiàn)，被捕食的概率增加，許多淺色個體可能在沒有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食，導致其個體數(shù)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？表型（體色）因為天敵在捕食樺尺蛾時，看到的是樺尺蛾的體色而不是控制體色的基因。三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響思考變異不定向原種群不同性狀不利變異（基因）有利變異（基因）被淘汰種群的基因頻率定向改變生物定向進化（1）原因：不斷淘汰具有不利變異的個體，選擇保留具有有利變異的個體。（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

。表型基因（3）選擇的結果：①基因方面：②生物性狀方面：生物朝著一定的方向不斷進化種群基因頻率發(fā)生定向改變自然選擇進化的實質(zhì)三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響

探究實踐：探究抗生素對細菌的選擇作用實驗原理

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(chǎn)生耐藥性。在實驗室連續(xù)培養(yǎng)細菌時，如果向培養(yǎng)基中添加抗生素，耐藥菌有可能存活下來。

通過觀察細菌在含有抗生素的培養(yǎng)基上的生長狀況，探究抗生素對細菌的選擇作用。目的要求1.記號筆將培養(yǎng)基分為四個區(qū)并標號2.將細菌涂布在培養(yǎng)基平板上①②③④3.將含抗生素的紙片和不含抗生素的紙片置于不同的分區(qū)，蓋上皿蓋。方法步驟

探究實踐：探究抗生素對細菌的選擇作用4.將培養(yǎng)皿倒置于37℃的恒溫箱中培養(yǎng)12~16h5.觀察并測量抑菌圈直徑，并取平均值方法步驟

探究實踐：探究抗生素對細菌的選擇作用方法步驟6.從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌培養(yǎng)，并重復以上步驟

探究實踐：探究抗生素對細菌的選擇作用思考1：在連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑發(fā)生了什么變化？這說明抗生素對細菌產(chǎn)生了什么作用？

抑菌圈的直徑隨著培養(yǎng)代數(shù)的增加而逐漸縮小；說明在細菌在抗生素的選擇作用下，細菌的抗藥性逐漸增強。

探究實踐：探究抗生素對細菌的選擇作用思考2：為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌？

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。思考3：你的數(shù)據(jù)是否支持“耐藥菌是普遍”存在的”這一說法？說說你的理由。支持。因為抑菌圈邊緣生長的細菌可能是耐藥菌。

探究實踐：探究抗生素對細菌的選擇作用思考4：在本實驗的培養(yǎng)條件下，耐藥菌所產(chǎn)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？是有利的。有利于生物在特定環(huán)境中生存和繁殖的變異，在此環(huán)境中就是有利變異。思考5：濫用抗生素的現(xiàn)象十分普遍。例如，有人生病時覺得去醫(yī)院很麻煩，就直接吃抗生素；有的禽畜養(yǎng)殖者將抗生素添加到動物飼料中。你認