1、6.3 种群基因组成的变化及探究抗生素对细菌的选择作用（课时1）生物的进化 教学目标1.阐述种群、种群基因库、基因频率等概念的内涵。2.运用数学方法讨论种群基因频率的变化。3.阐明自然选择对种群基因频率变化的影响。新课导入 先有鸡还是先有蛋？这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为他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是以种群为单位而不是以个体为单位这一重要观点。生物进化的过程是种群基因库在环境的选择作用下定向改变的过程，以新种群与祖先种群形成生殖隔离为标志，并不是在某一时刻突然有一个个体或一个生殖细胞成为一个新物种。在自然界，个体都会死亡，个体的表型会随着个体的死亡而消失
2、，而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。因此研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，还须研究群体中基因组成的变化。为什么说种群才是生物进化的基本单位呢？（2）特点：种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此间可以交配并通过繁殖将各自的基因传给后代，因此种群也是生物繁殖的基本单位；（3）举例：一片树林中的全部猕猴（）；一个草地上的所有蒲公英（）；一个湖泊中的全部鱼（）；卧龙自然保护区中的全部大熊猫（）；（1）定义：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫做种群。种群的定义及特点：种群和种群基因库 种群和种群基因库 种群和种群基因库 种群基因库 A.定义：一个种群中全部个
3、体所含有的全部基因。B.大小：种群中基因总数越多，基因库越大，与基因种类无关。某昆虫决定翅色的基因频率 种群和种群基因库 基因频率 在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值 基因频率=某基因的数目 该基因的等位基因的总数 100%某昆虫决定翅色的基因频率 基因型频率=某基因型个体总数 种群全部个体数 100%种群和种群基因库 例如：某昆虫种群中，绿色翅的基因为A,褐色翅的基因位a，调查发现AA、Aa、aa的个体分别占30%、60%、10%、那么A、a的基因频率是多少？假设该种群数量为100，基因型AA的个体为30，Aa个体为60，aa个体为10，那么控制此性状的等位基因总数200个。
4、A基因数=23060=120个 a基因数=60210=80个 A基因的频率=60%a基因的频率=40%A.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。B.一个基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率 某昆虫决定翅色的基因频率 基因频率 种群和种群基因库 某昆虫种群中基因型AA个体占 30%，Aa占60%，aa占10%。假设存在5个假说条件：该昆虫种群非常大，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，根据孟德尔的分离定律计算。（1）该种群产生的A配子和a配子的比值各是多少？子代
5、基因型的频率各是多少？子代种群的基因频率各是多少？将计算结果填入下表，想一想，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？并思考基因频率和配子的比例是何关系？基因型频率和基因型的比例是何关系？（2）若用p表示A配子的比例，q表示a配子的比例，那子代AA、Aa、aa三种基因型的比例分别是多少？其比例和数学中的（p+q）2=p2+2pq+q2公式有什么关系？（3）上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。对自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？你觉得能否控制生物不发生基因突变？如果这些条件不能同时成立，那该种群的基因频率还会不变吗？种群和种群基因库 亲代基因型频率AA（30%）A
6、a（60%）aa（10%）配子的比值A（）A()a()a()亲代基因频率A（）a()F1基因型频率AA（）Aa()aa()F1基因频率A（）a()F2基因型频率AA（）Aa()aa()F2基因频率A（）a()（1）种群的基因频率不变，基因频率等同配子的比例，基因型频率等同基因型的比例（2）P（AA）=p2P（Aa）=2pqP（aa）=q2（3）不可能同时存在，如翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。不能控制是否发生基因突变，会变。30%30%30%10%60%40%36%48%16%60%40%36%48%16%60%40%遗传平衡定律需要满足的条件：种群的基因频率会同子一代一样。种
7、群是极大的；种群个体间的交配是随机的，种群中每个个体与其他个体的交配机会是相等的；没有突变发生；种群之间不存在个体的迁移或基因交流；没有自然选择;那么这个种群的基因频率就可以一代代稳定不变，保持平衡。这就是遗传平衡定律，也称哈代温伯格平衡。想一想，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？种群和种群基因库 卵细胞0.6A 0.4a 精子 0.6A 0.36AA 0.24Aa 0.4a 0.24Aa 0.16aa（1）根据亲本基因型频率推出配子的基因频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)A(60%)a(40%)（2）通过配子结合算出子一代的基因型频率（3）从子一代的基
8、因型频率，算出子二代各基因的频率A(60%)a(40%)AA(36%)Aa(48%)aa(16%)A(60%)a(40%)如果继续满足上述5个条件，这个种群中的基因A和基因a的基因频率将永远保持相同，而AA、Aa、aa的基因型频率也一直会保 持 0.36、0.48 和0.16。种群和种群基因库 在满足上述5个条件的前提下：若种群中一对等位基因分别为A和a，设A的基因频率=p，a的基因频率=q，那么遗传平衡定律可以写成：A=p a=q A=p a=q AA=p2 aa=q2 Aa=pq Aa=pq AA的基因型频率=p2 aa的基因型频率=q2 Aa的基因型频率=2pq (pq)=A%+a%=1
9、 子一代雌配子子一代雄配子遗传平衡所指的种群是理想的种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这也说明了在自然界种群的基因频率迟早要发生变化，也就是说种群的进化是必然的。(p+q)2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1 用数学方法讨论基因频率的变化种群和种群基因库 种群基因频率的变化 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：突变包括基因突变和染色体变异。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 由于自然界中基因自发突变频率很低，而且多数对生物体是有害的。那基因突变为什么还能够作为生物
10、进化的原材料呢？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率都是10-5，对一个中等大小的果蝇种群（约有108个个体）来说，每一代出现基因突变数将是：1.3104210-5108=2.6107(个)，由此可知每一代会产生大量的突变。突变的有害和有利不是绝对的，这取决于生物的生存环境。例如：有刺的昆虫中有时会出现蚕食和无刺的突变类型，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海风吹到海里淹死。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，形成多种的基因型，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。(突变和基因重组都是随
11、机的、不定向的)种群基因频率的变化 种群基因频率的变化 曼彻斯特地区有一种桦尺蛾，它们夜间活动，白天栖息在树干上，其体色受一对等位基因S和s控制，黑色（S）对浅色（s）为显性。19世纪时，曼彻斯特地区的树干长满了浅色的地衣，当时桦尺蛾几乎都是浅色的。19世纪中叶时，首先发现了黑色桦尺蛾，随工业发展，工厂排除的烟煤使地衣不能生存，树皮裸露并被熏成黑褐色。20世纪中叶，该地区黑色桦尺蛾成了常见的类型，S基因的频率由100年前的5%上升到95%以上。（1）黑色桦尺蛾的出现是什么原因？（2）黑色桦尺蛾数量增加是什么原因？请设计实验进行验证你的猜想。将等量黑色桦尺蛾和浅色桦尺蛾作标记，放养在_；一段时间
12、后，回收带标记的桦尺蛾，统计各自的存活率并比较；预期结果：_。（3）黑色桦尺蛾数量增加会导致S基因频率_，s基因频率_。（4）请判断曼彻斯特地区的桦尺蛾种群是否发生了进化？请说明理由。种群基因频率的变化 9.（1）s基因突变为S。（2）工业区和非工业区工业区的黑色桦尺蛾存活率高于浅色桦尺蛾，非工业区的黑色桦尺蛾存活率低于浅色桦尺蛾。（3）增大减小（4）进化了该桦尺蛾种群的基因频率发生了变化种群基因频率的变化 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的定向改变。种群基因频 率发生定向改变（不定向）（定向）在自然选择的作用下，有利变异的
13、基因频率不断增大，有害变异的基因频率逐渐减小。自然选择对种群基因频率变化的影响种群基因频率的变化 用数学方法讨论基因频率的变化：无法进化先打破平衡种群较小不自由交配有突变有选择有迁入、迁出遗传平衡生物怎么进化？基因频率发生改变自然选择对种群基因频率变化的影响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。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，有可能存活下来。耐药性耐药菌2.方法步骤 相互垂直涂布器不含抗生素抗生素纸片1216 h抑菌圈的直径抑菌圈边缘探究抗生素对细菌的选择作用 根据教材P115“探究实践”，回答下列问题：(1)要从什么位置挑选细菌再进行培
14、养？原因是什么？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。(2)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？抑菌圈的直径大小表明该种抗生素的杀菌能力的强弱，直径越大，杀菌能力越强。连续培养几代后，抑菌圈的直径会变小，说明通过抗生素的选择作用，细菌中的耐药性类型越来越多。探究抗生素对细菌的选择作用(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？怎么理解变异是有利还是有害的？细菌产生的耐药性变异有利于细菌的生存，属于有利变异。在生物进化过程中，生物产生的有利变异指有利于生物生存、适应环境的变异，而不是对人类有利的变异。(4
15、)滥用抗生素的现象十分普遍，请举例说明滥用抗生素的危害。增强细菌耐药性：抗生素的滥用及不合理的使用在一定程度上使抗生素接触细菌的机会增大，使细菌耐药性积累并加强，使抗生素的药效减弱，甚至完全不起作用。不良反应繁多：滥用抗生素导致大量不良反应产生。如应用氯霉素时可引发再生障碍性贫血。菌群失调：抗生素的长期大量滥用，使未被抑制的细菌类型繁殖迅速，造成菌群失调的情况，导致患者免疫力下降，病情加重或产生新的病变。探究抗生素对细菌的选择作用 课堂小结 在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。可遗传变异 各种变异类型 自然选择 种群基因频率定向改变 生物向着一定方向进化 进化的原材料 提供 决定 进化方向 进化的实质
