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1、 授课人：第6章 生物的进化第3节 种群基因组成的变化（1）F O C U S本节聚焦 01简述种群、种群基因库、基因频率等概念的内涵02为什么说种群是生物进化的基本单位？03种群的基因频率为什么会发生变化？04自然选择与种群基因频率的变化有什么关系？问题探讨超级细菌的溯源为什么滥用抗生素会产生超级细菌呢？问题探讨先有鸡还是先有蛋甲同学说：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给后代，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。讨论 你同意哪位同学的观点？你的答案和
2、理由是什么？这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为它们忽视了鸡和蛋在基因组成上的一致性，也忽视了生物的进化的单位是种群而不是个体这一重要观点。自然选择的直接作用对象是基因型还是表型？生物进化的基本单位为什么是种群，而不是个体？一、种群和种群基因库自然选择的直接作用对象是基因型还是表型？生物进化的基本单位为什么是种群，而不是个体？思考：aaA_ 自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。但是，在自然界，没有哪个个体是长生不死的，个体的表型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而世代延续，并且在群体中扩散。研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究群体基因组成的
3、变化。一、种群和种群基因库生活在一定区域的同种生物的全部个体的集合叫做种群。一片沼泽中全部麋鹿一片草地所有蒲公英一个朱鹮种群种群是生物进化和繁殖的基本单位 实例：概念：判断：一个菜市场所有的白菜是不是一个种群？种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。不是一个种群一、种群和种群基因库同一区域（区域可大可小，大到地球，小的可以是一个池塘）同一物种的生物全部个体判断下列是否属于种群：（1）一个池塘中的全部鱼 （2）一个池塘中的全部鲤鱼（3）两个池塘内的全部青蛙（4）一片草地上的全部植物（5）一片草地上的成年梅花鹿否否否否 种群的三个要素一、种群和种群基因
4、库思考：VS种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。如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？一、种群和种群基因库 定义：一个种群中全部个体所含有的全部基因。大小：种群中基因总数越多，基因库越大，与基因种类无关。AAAaaaaaaaAaaAaa某昆虫决定翅色的基因频率种群基因库一、种群和种群基因库基因频率基因频率=某基因的总数该对等位基因的总数 100%常染色体或X、Y染色体的同源区段上 X染色体的非同源区段上基因频率=某基因的总数雌性个体数2+雄性个体数 100%在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值计算时注意等位基因的位置请根据基因频率的概
5、念写出计算公式一、种群和种群基因库方法一：概念法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，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少？A基因频率为:a基因频率为：=40%A%=100%2AAAa2(AAAaaa)a%=60%2aaAa2(AAAaaa)100%一、种群和种群基因库方法一：概念法某工厂有男女职工各200人，对他们进行调查时发现，女色盲5人，女性携带15人。男性色盲11人，求XB,Xb的频率？(XB=94%,Xb=6%)分析：由于男性个体中的Y染色体上没有与色盲有关的基因，所以应该将Y染
6、色体所占的比例去除。Xb=100%=6%15+5*2+11200*2+200XB=1-Xb=1-6%=94%一、种群和种群基因库方法二：通过基因型频率计算已知某昆虫种群AA的基因型频率为30%，Aa的基因型频率为60%，aa的基因型频率为10%。求 A和a的基因频率？(A=60%,a=40%)A基因频率=AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率A基因频率=30%+1/260%=60%a基因频率=10%+1/260%=40%a基因频率=aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率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1一个基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型
7、频率请根据所学孟德尔分离定律相关知识写出通过基因型频率计算基因频率的计算公式一、种群和种群基因库用数学方法讨论基因频率的改变1.假设上述昆虫种群数量非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，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都不产突变，根据孟德尔的分离定律计算下表中的数据。A（）A()a()a()子一代基因频率A（）a()子二代基因型频率AA（）Aa()aa()子二代基因频率A（）a()AA（30%）Aa（60%）aa（10%）亲代基因型的频率配子的比率子一代基因型频率AA（）Aa（）aa（）一、种群和种群基因库用数学方法讨论基因频率的改变AA（30%）
8、Aa（60%）aa（10%）亲代基因型的频率配子的比率子一代基因型频率AA（）Aa（）aa（）A（）A（）a（）a（）A（60%）a（40%）36%48%16%亲代基因的频率30%30%30%10%配子法 卵细胞精子A（60%）a(40%)A(60%)a(40%)AA（）36%Aa（）24%Aa（）24%aa（）16%一、种群和种群基因库用数学方法讨论基因频率的改变1.假设上述昆虫种群数量非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，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都不产突变，根据孟德尔的分离定律计算下表中的数据。亲代基因型的频率AA（30%）Aa（60%
9、）Aa（10%）配子的比率A（）A()a()a()子一代基因型频率子一代基因频率A（）a()子二代基因型频率AA（）Aa()aa()子二代基因频率A（）a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%36%48%16%60%40%在满足上述5个假设的条件下，各代基因频率相同。基因型频率从子一代开始保持不变，种群达到了遗传平衡。AA（）Aa（）aa（）观察表格中的子一代、子二代的基因频率及基因型频率，在满足五个假设的前提下，推测若干代后种群的基因频率及基因型频率会与子一代相同吗？一、种群和种群基因库用数学方法讨论基因频率的改变根据上述表格数据及孟德尔分离定律，分析基因频率与基因型频率
10、之间的关系，尝试构建数学模型。（假设A的基因频率为p，a的基因频率为q）（p+q)2 =p2+2pq+q2=1AA基因型频率 Aa基因型频率 Aa基因型频率遗传平衡定律（哈迪-温伯格定律）亲代基因型的频率AA（30%）Aa（60%）Aa（10%）配子的比率A（）A()a()a()子一代基因型频率子一代基因频率A（）a()子二代基因型频率AA（）Aa()aa()子二代基因频率A（）a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%36%48%16%60%40%AA（）Aa（）aa（）：一、种群和种群基因库用数学方法讨论基因频率的改变如果遗传平衡定律成立的5个假设条件发生改变，种群的基因
11、频率将会如何改变？思考：亲代子一代子二代子三代自交基因型频率AA 0Aa100%aa0自由交配基因型频率AA 0Aa100%aa0自交基因频率A50%a50%自由交配基因频率A50%a50%25%50%25%50%50%37.5%25%37.5%50%25%50%50%43.75%12.5%43.75%25%50%50%50%50%连续自交的时候，基因频率不变，基因型频率改变（杂合子为1/2n，纯合子越来越多）连续自由交配的时候，从F1开始基因频率和基因型频率都不变。（亲代的基因型频率可能不同，基因频率与后代相同。基因频率代代相同（包括亲本)。对自然界中的种群来说，这五个条件都成立吗？能否再举
12、出一些实例？一、种群和种群基因库用数学方法讨论基因频率的改变对自然界的种群来说，这5个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。（1）足够大的种群是不存在。而根据概率原理，当个体数不是足够大时，实际得到的数值与理论上的数值就存在误差，实际中子代和亲代的基因频率就会有差异。（2）所有雌雄个体间都能自由交配并产生后代也是不现实的。也就是说不同基因型的卵细胞和精子结合的机会不会是均等的（3）由于各种原因，种群中有的个体会离开该群体，有的个体会迁入该种群。（4）在自然界中，自然选择是不可抗拒的，始终对种群发挥作用。（5）基因突变每时每刻都有可能发生。虽然基因突变具有低
13、频性，但考虑种群个体数目庞大，因种类多，基因突变的数量也是很可观的。对自然界中的种群来说，这五个条件都成立吗？能否再举出一些实例？一、种群和种群基因库遗传平衡定律成立条件.种群数量足够大.自由交配.没有迁入与迁出.没有自然选择.没有发生突变注意：遗传平衡所指的种群是理想条件下的种群，在自然条件下，即使 条件满足，基因突变和染色体变异总会发生。这也从反面说明，自然界中种群的基因频率一定会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。一、种群和种群基因库运用遗传平衡定律表现型观察数预期数基因频率mnM28290.45710.5429N4041MN7270合计1401401表 南京地区人群MN表型分布及基因
14、频率目前，发现的人类血型系统有35个，其中具有重要临床意义血型系统是ABO血型系统，MN血型系统是继ABO血型后检出的第二个血型，广泛用于个人识别、群体遗传研究等方面，经过家系调查表明M和N抗原由一对等位基因（m和n）控制。共有3种表现型，即M（mm）、MN（mn）、N（nn）型。经过140例的有效样本的调查统计，M抗原基因（m）的基因频率为0.45，求调查样本中3种表型分别有多少例？二、种群基因频率的变化可遗传变异可遗传变异提供了生物进化的原材料。其来源分为突变和基因重组。可遗传变异的来源突变基因重组基因突变染色体变异普通个体变异个体进化的原材料某种自然选择自然选择之后的个体生物变异的根本来
15、源二、种群基因频率的变化影响种群基因频率变化的因素【例如】果蝇1组染色体上约有1.3104个基因，假定每个基因的突变频率都为10-5，对一个约有108个个体的果蝇种群来说，每一代出现的基因突变数是：思考 生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那么，它为什么能够作为生物进化的原材料呢？（教材P112）突变和基因重组：生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，但是由于种群是由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，每一代就会产生大量的突变。21.310410-5108=2.6107（个）二、种群基因频率的变化影响种群基因频率变化的因素生物的生存环境突变的有害和有利也不是绝对的
16、，这往往取决于生物的生存环境。（多害少利）某海岛上残翅和无翅的昆虫【例如】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了被海风吹到海里淹死。二、种群基因频率的变化影响种群基因频率变化的因素有性生殖过程中的基因重组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。猫由于基因重组而产生的毛色变异三、自然选择对种群基因频率变化的影响探究实践（P112）突变和基因重组都是随机的、不定向的，由此引起的种群基因频率的改变是否也是不定向的？根据达尔文
17、自然选择学说做出假设。思考：遗传变异（内因）适者生存（结果）过度繁殖生存斗争（动力）（条件）变异是不定向的生物的过度繁殖和因环境资源有限导致的生存斗争是有确定方向的适者生存，不适者被淘汰做出假设：自然选择可以使种群的基因频率定向改变英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天休息在树干上。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。到了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。三、自然选择对种群基因频率变化的影响探究实践（
18、P112）三、自然选择对种群基因频率变化的影响探究实践（P112）探究自然选择对种群基因频率变化的影响 现象长满地衣的灰色树干工业革命前灰色(ss)桦尺蛾多黑色桦尺蛾浅色桦尺蛾工业革命后环境污染的黑色树干黑色(S_)桦尺蛾多黑色桦尺蛾浅色桦尺蛾S频率低，s频率高S频率高，s频率低自然选择可以使种群的基因频率定向改变桦尺娥种群中的S基因为什么越来越高？提出问题 作出假设 目的三、自然选择对种群基因频率变化的影响探究实践（P112）假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS10%,Ss 20%,ss 70%,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
19、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？（计算结果填入下表）创设情境示例（P113）第1年第2年第3年第4年基因型频率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%s80%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低三、自然选择对种群基因频率变化的影响探究实践（P112）问题（P113）讨论1.树干变黑会影响桦尺娥种群中浅色个体的出生率吗？为什么？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？会
20、，因为树干变黑后，浅色个体容易被发现，被捕食的概率增加，许多个体可能没有交配、产卵前就被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率。表现型，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娥时，看到的是桦尺娥的体色而不是控制体色的基因。自然选择决定生物进化的方向 结论自然选择使基因频率定向改变。三、自然选择对种群基因频率变化的影响探究实践（P112）种群基因频率发生定向改变不利变异被淘汰，有利变异逐渐积累变异自然选择生物朝一定方向缓慢进化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。（不定向）（定向）在自然选择的作用下，有利变异的基因频率在自然选择的作用下，有利变异的基因频率不断增
21、大，有害变异的基因频率逐渐减小。不断增大，有害变异的基因频率逐渐减小。探究.实践:探究抗生素对细菌的选择作用1.实验原理：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。2.目的要求：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。3.材料用具：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
22、究.实践:探究抗生素对细菌的选择作用探究.实践:探究抗生素对细菌的选择作用4.方法步骤培养皿分区、标号。将不含抗生素的纸片和抗生素纸片分别放在平板的不同位置。涂布平板。将培养皿倒置于37 的恒温箱中培养1216 h。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。重复步骤。观察细菌的生长状况。是否有抑菌圈？测量、记录。探究.实践:探究抗生素对细菌的选择作用5.结果和结论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：抑菌圈直径/cm第一代第二代第三代12.261.891.6222.411.911.6732.421.871.69平均值2.361.891.6
23、6结果：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。探究.实践:探究抗生素对细菌的选择作用讨论：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。探究.实践:探究抗生素
24、对细菌的选择作用讨论：4.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?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。课堂总结不定向变异种群的基因频率定向改变自然选择不利变异（基因）有利变异（基因）通过生存生存斗争斗争实现淘汰多次选择、积累、遗传生物定向进化生物定向进化决定方向课堂总结生物进化的基本单位生物进化的实质生物进化的原材料决定生物进化的方向种群基因频率的改变突变和基因重组自然选择概念检测练习与应用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
25、程。判断下列相关表述是否正确。(1)某地区红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X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D概念检测练习与应用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
26、体占18%，基因型为Bb的个体占78%，基因型为bb的个体占4%。基因B和b的频率分别为（）A.18%、82%B.36%、64%C.57%、43%D.92%、8%C4.一种果蝇的突变体在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C拓展应用练习与应用1.举出人为因素导致种群基因频率定向改变的实例。如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
27、出预测。如果气候条件等其他条件也合适，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，也可能仍然处于濒危状态甚至灭绝。拓展应用练习与应用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。（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加，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
28、加，耐药性基因在细菌种群中的基因频率逐年上升。拓展应用练习与应用(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，因此需要加强监控。我国卫生部门建立了相关检测机制，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。(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。THANKS谢谢聆听