第3節種群基因組成的變化與物種的形成第6章生物的進化第1課時種群基因組成的變化“中弱不勝觸，外堅聊自郛”，這是蘇東坡對蝸牛的描述。如果在蝸牛殼為黃色（aa）的群體中偶然出現一只棕色（Aa）蝸牛殼的變異個體，則棕色比黃色更容易被敵害發現。思考：1.蝸牛的這種變異有利于生物進化嗎？2.若棕色個體能很好地生存下來，它體內的A基因如何才能傳遞給子代呢？1.舉例說明種群內的某些可遺傳變異將賦予個體在特定環境中的生存和繁殖優勢。2.闡明具有優勢性狀的個體在種群中所占比例將會增加。3.說明自然選擇促進生物更好地適應特定的生存環境。1.舉例說明種群、基因庫、基因頻率等概念。(生命觀念）2.用數學方法討論自然選擇使種群基因頻率發生改變。（科學探究、科學思維）3.探究抗生素對細菌的選擇作用。（科學探究、科學思維）

體會課堂探究的樂趣，汲取新知識的營養，讓我們一起吧！進走課堂種群基因組成的變化1．種群生活在一定區域的同種生物全部個體的集合叫作種群。種群中的個體并不是機械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通過繁殖將各自的基因傳給后代。判斷下列是否屬于種群：√√×××（1）一個池塘中的全部鯉魚（2）一個池塘中的全部雄鯉魚（3）一個池塘中的全部魚（4）一片草地上的全部植物（5）一片草地上的全部蒲公英

性狀是由基因控制的，因此研究生物的進化必須研究種群的基因組成和變化。如何分析種群的基因組成和變化？由此人們提出基因庫和基因頻率的概念。基因庫：一個種群中全部個體所含有的全部基因。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%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的比值。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。2．基因庫和基因頻率例：某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因為A，決定翅色為褐色的基因為a，從種群中隨機抽出100個個體，測知基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個。那么A和a的基因頻率是多少？A基因的基因頻率為：A=×100%2×AA＋Aa2（AA＋Aa＋aa）=60%a基因的基因頻率為：=40%

a=2×aa＋Aa2（AA＋Aa＋aa）×100%思考與討論：1、假設上述昆蟲種群非常大，所有的雌雄個體間都能自由交配并產生后代，沒有遷入和遷出，自然選擇對翅色這一相對性狀沒有作用，基因A和a都不產生突變，根據孟德爾的分離定律計算：(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)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針對特定的生物學現象，進行觀察、提問。體現了科學探究的核心素養。親代基因型的比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A()A()a()a()子代基因型頻率AA()Aa()aa()子代基因頻率A()a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%2.如果該種群出現新的突變型(基因型為A2a或A2A2)，也就是產生新的等位基因A2，種群的基因頻率會變化嗎？基因A2的頻率可能會怎樣變化？突變產生的新基因會使種群的基因頻率發生變化。基因A2的頻率是增加還是減少，要看這一突變對生物體是有益還是有害的，這取決于生物生存的環境。針對特定的生物學現象，進行觀察、提問。體現了科學探究的核心素養。這5個條件是：①種群足夠大；②種群中個體間的交配是隨機的；③沒有基因突變發生；④沒有遷入和遷出；⑤沒有自然選擇。通過計算,我們可以得到如下結論:

在滿足5個基本前提的情況下：種群中，親子代之間的_______

頻率會發生變化,但是_____頻率保持固定不變。基因型基因

用數學方法討論基因頻率的變化——遺傳平衡定律遺傳平衡定律是由英國數學家哈代和德國醫生溫伯格分別于1908年和1909年獨立證明的，這一定律又稱哈代—溫伯格定律，它是指在一個極大的隨機交配的種群中，在沒有突變、選擇和遷移的條件下，種群的基因頻率和基因型頻率可以世代相傳不發生變化，保持平衡。在滿足以上五個條件下：若種群中一等位基因為A和a，設A的基因頻率=p，a的基因頻率=q，因為p＋q=A%+a%=1，則

基于生物學事實和證據運用模型與建模，體現了科學思維的核心素養。（p+q）2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1。AA的基因型頻率=p2；aa的基因型頻率=q2；Aa的基因型頻率=2pq。【例1】下列關于種群的敘述中，錯誤的是（）A．種群是生物進化和繁殖的基本單位B．一個池塘中的全部魚是一個種群C．一個種群中的全部基因構成該種群的基因庫D．種群內的個體會死亡，但基因庫卻可在代代相傳的過程中得以保持和發展B【例2】在某一種群中，經過調查得知，隱性性狀約占9%（等位基因用A、a表示），那么該性狀的AA、Aa基因型個體出現的頻率分別約為（）A．0.9、0.82

B．0.36、0.55C．0.49、0.42 D．0.18、0.73C根據題意可知：隱形性狀占9%，即aa=9%，則a的基因頻率為30%，A的基因頻率為70%，根據遺傳平衡定律AA=70%*70%=49%，Aa=2*30%*70%=42%.如果上述基本前提不存在或者發生改變，種群的基因頻率還會保持不變嗎？能使種群基因頻率發生變化的因素有哪些？①突變和基因重組；②遷入和遷出；③自然選擇。

生物學上，把基因突變和染色體變異統稱為突變。針對特定的生物學現象，進行觀察、提問。體現了科學探究的核心素養。3．種群基因頻率的變化思考：生物自發突變的頻率很低，且大多數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？基因突變產生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發生變化。針對特定的生物學現象，進行觀察、提問。體現了科學探究的核心素養。1．種群突變：每一代就會有大量的變異2．種群基因重組：產生更多可遺傳變異

例如：果蠅約有104對基因，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？個體種群2×104×10－5×108=2×107突變許多等位基因基因重組許多基因型大量可遺傳的變異形成了進化的原材料思考：基因突變一定是有利或有害的嗎？某海島上殘翅和無翅的昆蟲取決于生物的生存環境。？影響基因頻率的因素：突變、基因重組、自然選擇基因頻率的改變生物的進化生物進化過程的實質：種群基因頻率發生變化的過程思考：突變和基因重組都是隨機的、不定向的，那么，種群基因頻率的改變是否也是不定向的呢？針對特定的生物學現象，進行觀察、提問。體現了科學探究的核心素養。探究實驗:

自然選擇對種群基因頻率變化的影響4．自然選擇對種群基因頻率變化的影響19世紀樺尺蛾種群

20世紀樺尺蛾種群S=5%S=95%探究實驗：自然選擇對種群基因頻率變化的影響提出問題：種群中S基因（深色性狀）的頻率為什么越來越高？1111+22+63=11.5%1870年樺尺蛾的基因型頻率SS為10%，Ss為20%，ss為70%，在樹干變黑的環境條件下，使種群中淺色個體每年減少10%，黑色個體每年增加10%，幾年內，樺尺蛾種群每年的基因型頻率與基因頻率各是多少？結論：環境的選擇作用使S基因頻率越來越高。即自然選擇使種群基因頻率發生定向改變。在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表型？天敵看到的是樺尺蛾的體色（表型）而不是控制體色的基因。思考針對特定的生物學現象，進行觀察、提問。體現了科學探究的核心素養。變異是不定向的自然選擇不利變異被淘汰,有利變異逐漸積累種群的基因頻率發生定向改變生物朝一定方向緩慢進化自然選擇決定生物進化的方向5．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。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。實驗步驟①培養皿分區、標號。③將不含抗生素的紙片和含抗生素紙片分別放在平板的不同位置。②涂布平板。①②③④④將培養皿倒置于37℃的恒溫箱中培養12~16h。⑤觀察細菌的生長狀況，是否有抑菌圈？測量并記錄。

⑥從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌，接種到已滅菌的液體培養

基中培養。重復步驟②~⑤。結果分析②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①為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌？抑菌圈邊緣生長的可能是耐藥菌。針對特定的生物學現象，進行觀察、提問。體現了科學探究的核心素養。③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。④濫用抗生素的現象十分普遍。例如，有人生病時覺得去醫院很麻煩，就直接吃抗生素；有的禽畜養殖者將抗生素添加到動物飼料中。你認為這些做法有什么后果？促進耐藥菌的產生。【例3】在一次大風暴后，有人搜集了100只受傷的麻雀，并把它們飼養起來，結果活下來64只。在死去的個體中，大部分是個體比較大、變異類型特殊的，下列有關敘述正確的是（）A．突變和基因重組是定向的B．自然選擇會改變種群的基因頻率C．特殊的變異類型都是不利的D．不產生變異的生物才能生存B突變和基因重組是不定向的，變異是多害少利的，只有適應環境的生物才能生存。A【例4】如表是科研人員連續若干年研究淺色飛蛾和黑色飛蛾在某國家不同地區的分布狀況的結果：

數據地區郊區工業區淺色飛蛾95%5%黑色飛蛾5%95%下列對飛蛾在研究區域內的不均衡分布最合理的解釋是（）A.自然選擇的作用使淺色飛蛾適合在郊區生活，黑色飛蛾適合在工業區生活B.生活在工業區的孩子們喜歡抓淺色飛蛾玩，造成工業區的淺色飛蛾減少C.淺色飛蛾更喜歡生活在郊區D.懸浮于高度污染的空氣中的煙灰染黑了飛蛾結合題干信息和數據表格分析可知，郊區幾乎沒有工業，周圍顏色淺，有利于淺色蛾的生存；工業區被污染，周圍顏色深，有利于深色蛾的生存，這是自然選擇的結果。種群概念同種生物一定區域全部個體種群基因庫概念計算公式種群基因頻率概念變化一個種群全部基因該基因型個體數該種群個體總數×100%基因突變自然選擇某個基因與全部等位基因數的比值基因頻率不定向變化基因頻率定向改變生物進化導致種群基因型頻率1.由于人類對抗生素的濫用，致使一些致病細菌具有廣泛的耐藥性，甚至出現了無藥可治的“超級細菌”。根據達爾文的進化論分析，耐藥細菌產生的主要原因是（）A.抗生素使具有耐藥變異的細菌存活下來 B.耐藥細菌的繁殖能力比不耐藥細菌的強C.細菌為了適應環境，產生了耐藥性變異 D.抗生素的廣泛使用誘導產生了耐藥細菌A根據達爾文的進化論，遺傳變異是生物進化的基礎，首先病菌的抗藥性存在著變異，有的抗藥性強，有的抗藥性弱，使用抗生素時，把抗藥性弱的病菌殺死，抗藥性強的病菌活下來。2.某海島上因為經常有大風天氣，某種昆蟲中無翅的或翅特別發達的個體比翅普通（中間型）的更易生存，長此以往形成了現在的無翅或翅特別發達的表型占絕對優勢的昆蟲種群。下列分析錯誤的是（）A.大風導致昆蟲出現無翅和翅特別發達的變異 B.昆蟲翅的全部基因構成了該種群的基因庫C.大風在昆蟲翅的進化過程中起選擇作用 D.無翅昆蟲與翅特別發達的昆蟲組成了兩個種群ABD可變異遺傳是先存在的，大風對有利變異進行選擇，在昆蟲翅的進化過程中起自然選擇作用。3.安第斯山區有數十種蝙蝠以花蜜為食，其中長舌蝠的舌長為體長的1.5倍，只有長舌蝠能從長筒花狹長的花冠筒底部取食花蜜，且為該植物的唯一傳粉者。下列敘述錯誤的是（）A.長筒花狹長的花冠筒是自然選擇的結果 B.不同舌長的蝙蝠個體之間出現存活率和繁殖率的差異C.蝙蝠微小的長舌變異經過長期自然選擇積累為顯著變異 D.上述實例說明自然選擇是進化的唯一因素D突