第6章生物的進(jìn)化第3節(jié)種群基因組成的變化與物種的形成導(dǎo)學(xué)案★學(xué)習(xí)目標(biāo)與核心素養(yǎng)1.生命觀念：闡述種群、種群基因庫(kù)、基因頻率等概念的內(nèi)涵；闡明自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響。2.科學(xué)思維：說(shuō)明隔離在物種形成中的作用。3.科學(xué)探究：運(yùn)用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的變化?！飳W(xué)習(xí)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1.種群、物種、基因頻率、隔離等概念；2.變異、選擇和隔離在生物進(jìn)化中的作用。教學(xué)難點(diǎn)：1.自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響；2.隔離在物種形成中的作用。★學(xué)習(xí)過(guò)程一、種群基因組成的變化自然選擇直接作用的是生物的個(gè)體，而且是個(gè)體的表型。但研究生物的進(jìn)化，僅研究個(gè)體和表型是不夠的，還必須研究種群基因組成的變化。1.種群和種群基因庫(kù)（1）種群：生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)體的集合叫作種群。種群中的個(gè)體并不是機(jī)械地集合在一起，而是彼此可以交配實(shí)現(xiàn)基因交流，并通過(guò)繁殖將各自的基因遺傳給后代。（2）種群的基因庫(kù)：一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，叫作這個(gè)種群的基因庫(kù)。（3）基因頻率：在一個(gè)種群基因庫(kù)中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比值，叫作基因頻率?；蝾l率=某基因的數(shù)目/該基因的等位基因的總數(shù)=純合子基因型頻率+1/2雜合子基因型頻率?！舅伎肌び懻摗び脭?shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化】1.假設(shè)上述昆蟲(chóng)種群非常大，所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并產(chǎn)生后代，沒(méi)有遷入和遷出，不同翅色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的，基因A和a都不產(chǎn)生突變，根據(jù)孟德?tīng)柕姆蛛x定律計(jì)算。（1）該種群產(chǎn)生的A配子和a配子的比值各是多少？60%、40%。（2）子代基因型的頻率各是多少？AA36%、Aa48%、aa16%。（3）子代種群的基因頻率各是多少？A占60%、a占40%。（4）將計(jì)算結(jié)果填入右表，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會(huì)同子一代一樣嗎？種群的基因頻率會(huì)和子一代一樣。親代基因型的頻率AA（30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比率A（30%）A（30%）a（30%）a（10%）子一代基因型頻率AA（36%）Aa（48%）aa（16%）子一代基因頻率A（60%）a（40%）子二代基因型頻率AA（36%）Aa（48%）aa（16%）子二代基因頻率A（60%）a（40%）2.上述計(jì)算結(jié)果是建立在5個(gè)假設(shè)條件基礎(chǔ)上的。對(duì)自然界的種群來(lái)說(shuō)，這5個(gè)條件都成立嗎？你能舉出哪些實(shí)例？對(duì)自然界的種群來(lái)說(shuō)，這5個(gè)條件不可能同時(shí)都成立。例如，翅色與環(huán)境色彩較一致的，被天敵發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)就少些。3.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(huì)發(fā)生變化嗎？基因A2的頻率可能會(huì)怎樣變化？突變產(chǎn)生的新基因會(huì)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(duì)生物體是有益的還是有害的。哈迪——溫伯格定律：一個(gè)有性生殖的自然種群中，在符合以下五個(gè)條件的情況下，種群的基因頻率和基因型頻率可以世代相傳不發(fā)生變化，保持平衡。五個(gè)條件：a.種群非常大；b.所有雌雄個(gè)體之間自由交配；c.沒(méi)有遷入和遷出；d.沒(méi)有自然選擇；e.沒(méi)有突變和重組。若種群中一對(duì)等位基因?yàn)锳和a，設(shè)A的基因頻率=p，a的基因頻率=q，因?yàn)椋╬＋q）=A%+a%=1，則（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。自交和自由交配時(shí)基因頻率和基因型頻率的變化規(guī)律：交配方式基因頻率基因型頻率自交不改變改變，且純合子增多，雜合子減少自由交配處于遺傳平衡不改變不改變不處于遺傳平衡不改變改變2.種群基因頻率的變化基因突變?cè)谧匀唤缡瞧毡榇嬖诘模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。達(dá)爾文曾明確指出，可遺傳的變異提供了生物進(jìn)化的原材料?，F(xiàn)代遺傳學(xué)研究表明，可遺傳的變異來(lái)源于基因突變、基因重組和染色體變異。其中基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變?！局R(shí)鏈接】回憶前面所學(xué)的知識(shí)，想一想，染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)的變異都能引起種群基因頻率的變化嗎？都能。突變的有利與有害是相對(duì)的，而不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境。【探究·實(shí)踐·探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響】1.樹(shù)干變黑會(huì)影響樺尺蛾種群中淺色個(gè)體的出生率嗎？為什么？樹(shù)干變黑會(huì)影響樺尺蛾種群中淺色個(gè)體的出生率。這是因?yàn)闃?shù)干變黑后，淺色個(gè)體容易被發(fā)現(xiàn)，被捕食的概率增加，許多淺色個(gè)體可能在沒(méi)有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食，導(dǎo)致其個(gè)體數(shù)減少，影響出生率。2.在自然選擇過(guò)程中，直接受選擇的是基因型還是表型？為什么？直接受選擇的是表型（體色），而不是基因型?；蛐筒⒉荒茉谧匀贿x擇中起直接作用，因?yàn)樘鞌吃诓妒硺宄叨陼r(shí)，看到的是樺尺蛾的體色而不是控制體色的基因型?！咎骄俊?shí)踐·探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用】1.為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌？因?yàn)橐志吘壣L(zhǎng)的細(xì)菌可能是耐藥菌?？股啬軌驓⑺兰?xì)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(xì)菌。2.你的數(shù)據(jù)是否支持“耐藥菌是普遍存在的”這一說(shuō)法？說(shuō)說(shuō)你的理由。3.在本實(shí)驗(yàn)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？在本實(shí)驗(yàn)條件下，耐藥菌產(chǎn)生的變異一般來(lái)說(shuō)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。4.你認(rèn)為你的數(shù)據(jù)和結(jié)論是有效的嗎？將你的數(shù)據(jù)和結(jié)論與其他同學(xué)的進(jìn)行比較，根據(jù)實(shí)際情況回答。5.濫用抗生素的現(xiàn)象十分普遍。例如，有人生病時(shí)覺(jué)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(dòng)物飼料中。你認(rèn)為這些做法會(huì)有什么后果？請(qǐng)你查閱資料，舉出更多濫用抗生素的實(shí)例。這些做法都會(huì)促進(jìn)耐藥菌的產(chǎn)生。二、隔離在物種形成中的作用1.物種的概念能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物稱為一個(gè)物種，簡(jiǎn)稱“種”。不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產(chǎn)生可育的后代，這種現(xiàn)象叫做生殖隔離。2.隔離在物種形成中的作用同種生物由于地理障礙而分成不同的種群，使得種群間不能發(fā)生基因交流的現(xiàn)象，叫做地理隔離。地理隔離和生殖隔離都是指不同群體間的個(gè)體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為隔離。隔離的實(shí)質(zhì)：阻止種群間的基因交流?！舅伎肌び懻摗じ綦x在物種形成中的作用】1.設(shè)想南美洲大陸的一種地雀來(lái)到加拉帕戈斯群島后，先在兩個(gè)島嶼上形成兩個(gè)初始種群。這兩個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？由于這兩個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量都不夠多，基因頻率可能是不一樣的。2.不同島嶼上的地雀種群，產(chǎn)生突變的情況一樣嗎？不一樣。因?yàn)橥蛔兪请S機(jī)發(fā)生的。3.對(duì)不同島嶼上的地雀種群來(lái)說(shuō)，環(huán)境的作用有沒(méi)有差別？這對(duì)種群基因頻率的變化會(huì)產(chǎn)生什么影響？不同島嶼的地形和植被條件不一樣，因此環(huán)境的作用會(huì)有差別，導(dǎo)致種群基因頻率朝不同的方向改變。4.如果這片海域只有一個(gè)小島，還會(huì)形成這么多種地雀嗎？不會(huì)。因?yàn)閭€(gè)體間有基因的交流。3.物種形成的三種方式（1）漸變式——如加拉帕戈斯群島上13種地雀的形成。這是物種形成的主要（普遍）方式。（2）驟變式——主要是通過(guò)染色體變異的方式形成新物種，一旦出現(xiàn)可以很快形成生殖隔離，此種方式多見(jiàn)于植物。（3）人工創(chuàng)造新物種——通過(guò)植物體細(xì)胞雜交（如番茄—馬鈴薯）、多倍體遠(yuǎn)緣雜交（如甘蔗—蘿卜）、多倍體育種（如八倍體小黑麥）等方式也可以創(chuàng)造新物種。4.物種形成的三個(gè)環(huán)節(jié)（1）突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料；（2）自然選擇導(dǎo)致種群基因頻率的定向改變；（3）隔離導(dǎo)致物種形成。【思考】被子植物的出現(xiàn)為傳粉昆蟲(chóng)的形成創(chuàng)造了條件，后者又成為食蟲(chóng)鳥(niǎo)類繁盛的前奏。你還能舉出其他例子嗎？最先在裸露的巖石上生長(zhǎng)的植物往往是地衣，地衣的出現(xiàn)促進(jìn)巖石的分解，形成土壤，為苔蘚植物的生長(zhǎng)創(chuàng)造條件。★課堂作業(yè)1.已知人眼中的褐色（A）對(duì)藍(lán)色（a）是顯性。在一個(gè)有30000人的人群中，藍(lán)眼人有3600人，褐眼的有26400人，其中純合體有12000人。那么，在這個(gè)人群中A和a基因頻率分布為（A）A.0.64和0.36B.0.36和0.64C.0.50和0.50D.0.82和0.182.在某一種群中，已調(diào)查得知，隱性性狀者（等位基因用A、a表示）占16%，那么該性狀的AA、Aa基因型個(gè)體出現(xiàn)的頻率分別為（A）A.0.36、0.48B.0.36、0.24C.0.16、0.48D.0.48、0.363.有翅昆蟲(chóng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)殘翅或無(wú)翅的突變類型，這類昆蟲(chóng)在正常情況下很難生存下去。但在經(jīng)常刮大風(fēng)的海島上，這些突變類型的昆蟲(chóng)因不能飛行，從而避免了被風(fēng)吹到海里淹死。這個(gè)事例說(shuō)明（C）A.突變多數(shù)是有害的B.突變多數(shù)是有利的C.突變的有害和有利并不是絕對(duì)的D.突變的有害和有利是絕對(duì)的4.在19世紀(jì)中葉以前，英國(guó)曼徹斯特地區(qū)的樺尺蠖幾乎都是淺色型（s）的，隨著工業(yè)的發(fā)展，工廠排出的煤煙逐漸將樹(shù)皮熏成黑褐色，到了20世紀(jì)中葉，黑色型（S）的樺尺蠖成了常見(jiàn)類型。下列與此相關(guān)的敘述中正確的是（B）A.自然選擇的方向發(fā)生了改變，所以自然選擇是不定向的B.樺尺蠖種群進(jìn)化過(guò)程中接受選擇的是各種基因型的個(gè)體C.該地區(qū)樺尺蠖種群進(jìn)化過(guò)程中Ss的基因型頻率不會(huì)改變D.長(zhǎng)時(shí)間的環(huán)境污染導(dǎo)致s基因突變成S基因的頻率增加5.據(jù)報(bào)道，某地爆發(fā)致命超級(jí)細(xì)菌，導(dǎo)致一名3歲男童死亡。超級(jí)細(xì)菌是指對(duì)多數(shù)抗生素耐藥的細(xì)菌，能讓抗生素失效造成人體嚴(yán)重感染。下列關(guān)于超級(jí)細(xì)菌的敘述不符合達(dá)爾文進(jìn)化觀點(diǎn)的是（C）A.超級(jí)細(xì)菌對(duì)多數(shù)抗生素具有耐藥性，是抗生素不斷選擇的結(jié)果B.細(xì)菌中原來(lái)就存在對(duì)抗生素具有耐藥性的個(gè)體C.抗生素的選擇和細(xì)菌的變異都是定向的D.新品種抗生素的使用會(huì)影響超級(jí)細(xì)菌的進(jìn)化6.下列關(guān)于生物進(jìn)化的敘述，錯(cuò)誤的是（A）A.某物種僅存一個(gè)種群，該種群中每個(gè)個(gè)體均含有這個(gè)物種的全部基因B.雖然亞洲與澳洲之間存在地理隔離，但兩洲人之間并沒(méi)有生殖隔離C.無(wú)論是自然選擇還是人工選擇作用，都能使種群基因頻率發(fā)生定向改變D.古老地層中都是簡(jiǎn)單生物的化石，而新近地層中含有復(fù)雜生物的化石7.下圖表示某小島上蜥蜴進(jìn)化的基本過(guò)程，X、Y、Z表示生物進(jìn)化的基本環(huán)節(jié)。下列相關(guān)敘述正確的是（B）A.圖中X、Y、Z分別表示基因突變、自然選擇、隔離B.自然選擇的直接對(duì)象是個(gè)體的表現(xiàn)型而非基因型C.蜥蜴進(jìn)化說(shuō)明形成了生殖隔離D.自然選擇是導(dǎo)致蜥蜴變異的根本原因8.下列關(guān)于隔離的敘述，不正確的是（B）A.阻止了種群間的基因交流B.物種的形成都必定先經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的地理隔離C.遺傳組成上的差異是產(chǎn)生生殖隔離的根本原因D.多倍體植物的產(chǎn)生不需要經(jīng)過(guò)地理隔離9.澳洲某