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人教版 (2019)必修2《遗传与进化》种群基因组成的变化与物种的形成说课课件ppt
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这是一份人教版 (2019)必修2《遗传与进化》种群基因组成的变化与物种的形成说课课件ppt,共69页。PPT课件主要包含了全部等位基因数,有性生殖,基因型,基因频率,生存环境,突变率,有利变异,不利变异,自由交流,相互交配等内容,欢迎下载使用。
【主干知识梳理】一、种群和种群基因库1.种群
(2)特点:种群是生物进化和_____的基本单位。2.基因库:一个种群中全部个体所含有的_____基因。3.基因频率:在一个种群基因库中,某个基因占_______________的比值。
二、种群基因频率的变化
2.可遗传的变异的形成(1)可遗传的变异的形成:基因突变产生的等位基因,通过___________过程中的基因重组,可以形成多种多样的________,从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。
(3)可遗传的变异的结果:使种群__________发生了改变。3.可遗传的变异的利害性变异的有利和有害是_____的,是由_________决定的。4.种群基因突变数的计算方法某种群基因突变数=个体基因数×_______×个体数。
三、自然选择对种群基因频率变化的影响1.原因:在自然选择的作用下,具有_________的个体有更多的机会产生后代,种群中相应基因的频率会不断______;相反,具有_________的个体留下后代的机会少,种群中相应基因的频率会______。2.选择的对象(1)直接作用对象:个体的______。(2)实质:决定表型的_____。
3.选择的结果(1)生物性状上:朝着_____变异的方向不断进化。(2)基因上:种群的__________会发生______改变。4.进化的实质:种群__________的改变。[微提醒] 基因频率不改变,基因型频率不一定保持不变。如杂合子Aa自交,后代基因频率不变,而基因型频率改变。
四、隔离在物种形成中的作用1.物种与隔离
(2)隔离①概念:不同群体间的个体,在自然条件下基因不能__________的现象。②常见类型:
2.隔离在物种形成中的作用(1)新物种的形成过程
【教材微点发掘】1.请根据图示,结合教材相关内容,回答下列问题:
(1)桦尺蛾种群中产生的可遗传变异的类型有_____________________________。(2)对桦尺蛾种群来说,在自然选择过程中直接受选择的是表型还是基因型?请说明理由:___________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)桦尺蛾种群________(填“发生”或“没发生”)进化。生物进化的实质是____________________。
(4)决定桦尺蛾进化方向的是变异还是自然选择?为什么?提示:(1)突变(包括基因突变和染色体变异)和基因重组 (2)直接受选择的是表型,因为天敌看到的是性状,而不是控制性状的基因 (3)发生 种群基因频率的改变 (4)自然选择。因为变异是不定向的,自然选择是定向的,自然选择决定生物进化的方向。
2.斑马的染色体数为22对,驴的染色体数为31对,斑马和驴杂交产生的后代兼具斑马和驴的特征,称为斑驴兽或驴斑兽,俗称“斑驴”。(教材第118页练习“拓展应用”第1题发掘)(1)杂交产生的后代是不可育的,因为斑马和驴存在____________。(2)从染色体组的角度解释杂交产生的后代不可育的原因是________________________________________________________________________________。提示:(1)生殖隔离 (2)斑马和驴的杂交后代染色体数为53条,无法通过减数分裂产生正常的配子
新知探究(一) 基因频率的相关计算【探究·深化】[问题驱动] 某桦尺蛾种群中,黑色体色的基因为S,浅色体色的基因为s,抽样调查100个个体,测得基因型为SS、Ss、ss的个体数分别为10个、20个、70个。假设该桦尺蛾种群非常大、所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代、没有迁入和迁出、不同体色的个体生存和繁殖的机会是均等的、基因S和s都不产生突变。根据孟德尔的分离定律计算并回答问题。
(2)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?提示:子二代、子三代以及若干代以后,种群的基因频率与子一代一样。
(1)请结合上面的材料完成下表:
4.题型四 利用哈迪-温伯格定律,由基因频率计算基因型频率(拓展,选讲)①成立前提a.种群非常大;b.所有雌雄个体之间自由交配;c.没有迁入和迁出;d.没有自然选择;e.没有基因突变。②计算公式:当等位基因只有两个时(A、a),设p表示A的基因频率,q表示a的基因频率,则:基因型AA的频率=p2;基因型Aa的频率=2pq;基因型aa的频率=q2。如果一个种群达到遗传平衡,其基因型频率应符合:p2+2pq+q2=1。
[思考·讨论](1)在一个种群中随机抽出一定数量的个体,其中基因型AA的个体占24%,基因型Aa的个体占72%,基因型aa的个体占4%。该种群中基因A和基因a的频率分别是多少?提示:A%=AA%+1/2Aa%=60%;a%=aa%+1/2Aa%=40%。(2)某工厂有男女职工各200名,对他们进行调查时发现,女性色盲基因的携带者为15人,患者为5人,男性患者为11人。那么,这个群体中色盲基因的频率为多少?提示:色盲是伴X染色体隐性遗传病,设相关基因用B、b表示,据题意分析可知,XBXb有15人,XbXb有5人,XbY有11人,所以Xb共有36个,女性有2条X染色体,男性只有1条X染色体,所以等位基因总数=200×2+200=600。因此,Xb的基因频率是36/600×100%=6%。
【典题·例析】[典例1] 果蝇的长翅(V)和残翅(v)由一对常染色体上的等位基因控制。假定某果蝇种群有20 000只果蝇,其中残翅果蝇个体数量长期维持在4%,若再向该种群中引入20 000只纯合长翅果蝇,在不考虑其他因素影响的前提下,下列关于纯合长翅果蝇引入后种群的叙述,错误的是( )A.v基因频率降低了50%B.V基因频率增加了50%C.杂合果蝇比例降低了50%D.残翅果蝇比例降低了50%
[解析] 因该果蝇种群vv的基因型频率为4%,由遗传平衡定律公式算出v基因频率=0.2,V基因频率=0.8,进而计算出引入纯种长翅果蝇前,基因型为vv的果蝇有0.04×20 000=800(只),基因型为Vv的果蝇有2×0.2×0.8×20 000=6 400(只),基因型为VV的果蝇有0.8×0.8×20 000=12 800(只)。再引入20 000只纯合长翅果蝇后,v基因频率=(800×2+6 400)/(40 000×2)=0.1,V=1-0.1=0.9,A正确,B错误;因基因型为Vv、vv的果蝇数目不变,而该种群的总数增加一倍,所以Vv、vv的基因型频率降低了50%,C、D正确。[答案] B
[典例2] 在一个随机交配的中等大小的种群中,经调查发现控制某性状的基因型只有两种:AA基因型的频率为20%,Aa基因型的频率为80%,aa基因型(致死型)的频率为0。那么随机交配繁殖一代后,AA基因型的个体占( )A.1/5 B.1/4C.3/7D.11/21
[解析] 根据题干信息,亲代中,A的基因频率为20%+80%×1/2=60%,a基因的频率为80%×1/2=40%。随机交配得到的子一代的基因型及其比例为AA∶Aa∶a =(60%×60%)∶(2×60%×40%)∶(40%×40%)=36%∶48%∶16%。又因aa基因型为致死型,故随机交配繁殖一代后,AA基因型的个体占36%/(36%+48%)=3/7。故选C。[答案] C
方法规律———————————————————————————自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律
【应用·体验】1.某种植物的红花和白花由一对等位基因D/d控制,在某一种群数量足够大且自由交配的该植物种群中,DD占20%、Dd占40%、dd占40%,若将此种群中的个体随机分为两个完全相同的种群甲和乙,之后两个种群均无突变和迁入、迁出。甲由于环境条件改变,dd个体全部被淘汰,经过一代后,甲、乙中D基因的频率分别为( )A.75%和40% B.66.7%和63.3%C.66.7%和60% D.43.7%和40%
解析:种群甲中第一代dd被淘汰,则剩余个体中DD∶Dd=1∶2,产生的配子比例为D∶d=2∶1,子代未淘汰dd个体前基因型及比例为DD∶Dd∶dd=4∶4∶1,淘汰全部dd个体后DD∶Dd=1∶1,则D基因的频率为75%;乙种群亲本D的基因频率为40%,而子代无突变、迁入、迁出,各种基因型存活率相同,仍为随机交配,故子代中D基因的频率也为40%。答案:A
2.(2024·湖北高考)某二倍体动物的性别决定方式为ZW型,雌性和雄性个体数的比例为1∶1。该动物种群处于遗传平衡,雌性个体中有1/10患甲病(由Z染色体上h基因决定)。下列叙述正确的是 ( )A.该种群有11%的个体患该病B.该种群h基因的频率是10%C.只考虑该对基因,种群繁殖一代后基因型共有6种D.若某病毒使该种群患甲病雄性个体减少10%,H基因频率不变
解析:由题干“该动物种群处于遗传平衡,雌性个体中有1/10患甲病(由Z染色体上h基因决定)”可知,雌性中h基因的频率为10%,故雄性中h基因的频率也为10%,雄性中ZhZh=10%×10%=1%,由于雌性和雄性个体数的比例为1∶1,整个种群有(10%+1%)÷2=5.5%的个体患该病,A错误;该种群h基因的频率与雌性个体中ZhW的基因型频率相等,均为10%,B正确;只考虑该对基因,则种群繁殖一代后存在ZHZH、ZHZh、ZhZh、ZHW、ZhW共五种基因型,C错误;若某病毒使该种群患甲病雄性个体减少10%,导致ZhZh个体减少,h基因数量减少,h基因频率会降低,而h基因频率和H基因频率之和为100%,故H基因频率会升高,D错误。答案:B
新知探究(二) 种群基因频率的变化及自然选择对生物进化的影响 【拓展·深化】(一)突变和基因重组产生进化的原材料(1)由于突变和基因重组都是随机的、不定向的,因此它们只提供了生物进化的原材料,不能决定生物进化的方向。(2)变异的有利和有害是相对的,由生存环境决定。(二)自然选择决定生物进化的方向
[思考·讨论](1)所有的变异都能导致种群基因频率的改变吗?为什么?提示:不是。只有可遗传的变异才能影响种群基因的组成,才能改变基因频率。(2)突变具有低频性,还能为生物进化提供原材料吗?请说明理由。提示:能。虽然突变的频率低,但一个种群往往由许多个体组成,而每一个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因,所以在种群中每一代都会产生大量突变。(3)生物进化的实质是什么?如何判断一个种群是否发生了进化?提示:生物进化的实质是种群基因频率的改变。判断的依据是种群基因频率是否发生改变。
【典题·例析】[典例1] 在一次大风暴后,有人搜集了100只受伤的麻雀并饲养,结果活下来64只。在死去的个体中,大部分是个体比较大、变异类型特殊的,下列有关叙述正确的是( )A.突变和基因重组决定生物进化的方向B.自然选择会改变种群的基因频率C.特殊的变异类型都是不利的D.不产生变异的生物才能生存
[解析] 突变和基因重组为生物的进化提供原材料,不决定生物进化的方向,A错误;自然选择通过定向改变种群的基因频率决定生物进化的方向,B正确;变异是不定向的,可能是有利的,也可能是有害的,变异的有利和有害是相对的,由生存环境决定,C错误;变异是普遍存在的,产生有利变异的个体存活下来,产生不利变异的个体会被淘汰,D错误。[答案] B
[典例2] 若某种群中原本只存在基因型为Aa的个体,由于外界因素的改变,该种群被分割成甲、乙两个种群,如图表示分割后的两个种群中A基因的基因频率变化情况。下列叙述正确的是( )
A.T时刻甲、乙种群中杂合子的基因型频率相同B.T时刻将甲、乙种群混合后,A基因的基因频率为0.5C.甲、乙种群均未发生进化D.环境通过对基因型的选择影响基因频率
[解析]杂合子的基因型频率=2×A基因的频率×a基因的频率,所以T时刻甲、乙种群中杂合子的基因型频率相同,A正确;由于甲、乙两个种群不一定一样大,所以不能判断混合后的种群基因频率,B错误;两个种群基因频率均有改变,故均发生了进化,C错误;环境通过对表型的选择影响基因频率,D错误。[答案]D
【应用·体验】1.(2024·广东高考)EDAR基因的一个碱基替换与东亚人有更多汗腺等典型体征有关。用M、m分别表示突变前后的EDAR基因,研究发现,m的频率从末次盛冰期后开始明显升高。下列推测合理的是 ( )A.m的出现是自然选择的结果B.m不存在于现代非洲和欧洲人群中C.m的频率升高是末次盛冰期后环境选择的结果D.MM、Mm和mm个体的汗腺密度依次下降
解析:根据题意可知,EDAR基因的一个碱基替换导致M突变为m,因此m的出现是基因突变的结果,A不符合题意;基因突变具有普遍性和不定向性,现代非洲和欧洲人群中可能存在m基因,B不符合题意;自然选择导致基因频率发生定向改变,m的频率从末次盛冰期后开始明显升高,因此m的频率升高是末次盛冰期后环境选择的结果,C符合题意;m与东亚人有更多汗腺等典型体征有关,m的基因频率从末次盛冰期后开始明显升高,末次盛冰期后气温逐渐升高,因此推测MM、Mm和mm个体的汗腺密度依次上升,D不符合题意。答案:C
2.线虫的npr-1基因编码一种G蛋白偶联受体,该基因突变后(突变基因NPR-1),其编码的蛋白质第215位氨基酸残基由缬氨酸变为苯丙氨酸,导致线虫觅食行为由“独立觅食”变为“聚集觅食”。觅食行为的改变,在食物匮乏时,使线虫活动范围受限,能量消耗减少,有利于交配,对线虫生存有利。针对以上现象,下列叙述错误的是( )A.npr-1基因发生的上述突变属于碱基替换B.食物匮乏时,npr-1基因频率会提高C.新基因的产生为线虫的进化提供了原始材料D.这两种觅食行为的存在有利于线虫适应环境
解析:npr-1基因突变为NPR-1基因后,其编码的蛋白质第215位氨基酸残基由缬氨酸变为苯丙氨酸,该突变属于碱基对的替换,A正确;食物匮乏时,npr-1基因频率会下降,NPR-1基因频率会提高,B错误;基因突变是生物变异的根本来源,为生物进化提供原始材料,C正确;两种觅食行为,有利于线虫在不同的食物环境中觅食,有利于线虫适应环境,D正确。答案:B
新知探究(三) 隔离在物种形成中的作用 【探究·深化】[问题驱动] 如图是我国黄河两岸某种生物a的演化过程模式图,请据图分析回答下列问题:
(1)自然状态下,b、c之间能进行基因交流吗?为什么?提示:不能。因为存在地理隔离。(2)b、c的进化方向相同吗?为什么?提示:不同。因为b、c两种群生活的环境不同,自然选择的方向不同,基因频率改变的方向就不同。(3)研究表明,某基因的频率在b、d之间有很大差别,能否说明二者不是同一物种?为什么?提示:不能。某个基因频率的差别不能说明二者不是同一物种,只有基因库的差别大到可以形成生殖隔离才能说明二者不是同一物种了。
(4)黄河北岸的b物种迁到黄河南岸后,不与c物种进化为同一物种,其原因可能是什么?提示:二者间已形成生殖隔离。(5)若在黄河南岸,由于某种原因,二倍体c的染色体加倍成了四倍体e,那么c和e还是同一物种吗?为什么?提示:二倍体c与四倍体e不是同一物种。因为二者杂交的后代为三倍体,高度不育,存在生殖隔离。
[重难点拨] 一、地理隔离和生殖隔离的比较
1.图中A属于地理隔离,一旦发生某种地质变化,两个分开的小种群若重新相遇,可以再融合在一起。2.图中B属于生殖隔离,一旦形成就保持物种间基因的不可交流性,从而保证了物种的相对稳定。3.地理隔离是物种形成的量变阶段,生殖隔离是物种形成的质变阶段。
二、物种形成的两种方式(一)渐变式
此方式经过长期的地理隔离达到生殖隔离,形成新物种。(二)爆发式
此方式通过异源多倍体的染色体变异方式形成新物种,一旦出现,在很短时间内即可形成生殖隔离(基因频率改变)。
三、物种形成与生物进化的关系
【典题·例析】[典例1] (2024·甘肃高考)青藏高原隆升引起的生态地理隔离促进了物种的形成。该地区某植物不同区域的两个种群,进化过程中出现了花期等性状的分化,种群甲花期结束约20天后,种群乙才开始开花,研究发现两者间人工授粉不能形成有活力的种子。下列叙述错误的是( )A.花期隔离标志着两个种群间已出现了物种的分化B.花期隔离进一步增大了种群甲和乙的基因库差异C.地理隔离和花期隔离限制了两种群间的基因交流D.物种形成过程实质上是种间生殖隔离建立的过程
[解析] 花期隔离会导致种群间个体不能进行交配,但不一定导致生殖隔离,则花期隔离不能标志两个种群间已出现了物种的分化,A错误;花期隔离使得两个种群间不能进行交配,进一步增大了种群甲和乙的基因库差异,B正确;地理隔离和花期隔离都能导致不同种群间的个体在自然条件下不能进行交配,都限制了两种群间的基因交流,C正确;生殖隔离是物种形成的标志,故物种形成过程实质上是种间生殖隔离建立的过程,D正确。[答案] A
[典例2] 如图表示渐变式新物种形成的基本环节,下列对图示的相关分析正确的是( )
A.图中①表示基因突变和基因重组,为进化提供了原材料B.图中②表示地理隔离,地理隔离使种群间基因交流受阻C.图中③表示生殖隔离,指两种生物不能交配且不能产生可育后代D.种群基因型频率的改变一定会导致新物种形成
[解析] 基因突变、基因重组和染色体变异为生物进化提供原材料,A错误;地理隔离使种群间不能发生基因交流,当地理隔离导致种群基因库的差别较大时,就可能产生生殖隔离,进而形成新的物种,B正确;生殖隔离是指不同物种之间一般是不能相互交配的,即使交配成功,也不能产生可育的后代,C错误;种群基因频率的改变是生物进化的实质,但不一定会导致新物种形成,D错误。[答案] B
易错提醒————————————————————————————与物种形成有关的两个“不一定”(1)物种的形成不一定都需要经过地理隔离,如多倍体的产生。(2)生物进化不一定导致新物种的形成。生物进化的实质是种群基因频率的改变,这种变化可大可小,不一定会突破物种的界限,即生物进化不一定导致新物种的形成。但新物种一旦形成,则说明生物发生了进化。————————————————————————————————
【应用·体验】1.隔离指由于各方面的原因,使各不同种群在自然条件下不能交配,或者即使能交配也不能产生可育后代的现象。若隔离发生在受精以前,称为生殖前隔离;若隔离发生在受精以后,称为生殖后隔离。下列关于隔离的叙述错误的是( )A.在自然条件下基因不能自由交流的现象叫作隔离B.两座孤岛上的同种动物不能交配属于生殖前隔离C.马和驴杂交后代不可育,马和驴之间的隔离属于生殖后隔离D.物种形成过程都需要经过生殖前隔离和生殖后隔离
解析:隔离指的是在自然条件下基因不能自由交流的现象,A正确;在两座孤岛上同种生物存在地理隔离,地理隔离使同种生物不能产生受精卵,因此属于生殖前隔离,B正确;马和驴杂交后代不可育,马和驴之间的隔离属于生殖后隔离,因而马和驴是不同的物种,C正确;物种形成的过程中需要经历生殖隔离(生殖后隔离),但不一定经历地理隔离(生殖前隔离),D错误。答案:D
2.如图所示为种群与物种的关系图解,关于它们的叙述,错误的是 ( )
A.从图中可以看出,一个物种可以有很多种群,这些种群间只是因为 地理隔离,阻碍了基因交流B.若物种2是由物种1形成的,则物种1一定发生了基因频率的改变C.由物种1形成物种2的必要条件是地理隔离D.若种群1与种群2的基因频率都发生了改变,则这两个种群都在进化
解析:从图中可以看出,一个物种可以有很多种群,同一物种的不同种群间不存在生殖隔离,只是因为地理隔离阻碍了基因交流,A正确;生物进化的实质是种群基因频率的改变,若物种2是由物种1形成的,则物种1一定发生了基因频率的改变,B正确;生殖隔离是新物种形成的必要条件,新物种的形成通常要经过长期的地理隔离而达到生殖隔离,但并不是所有新物种的形成都需要经过地理隔离,C错误;判断种群是否进化的标准是看基因频率是否发生改变,D正确。答案:C
科学探究——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。
【素养评价】1.“超级细菌”因具有NDM基因,耐药性极强,现存抗生素均不能有效将其杀灭。如图是“超级细菌”进化的基本过程。下列分析正确的是( )A.图中a表示细菌的变异,可能是基因突变或染色体变异B.细菌经a过程后产生不同性状,说明基因突变具有普遍性C.图中b所表示的是定向进化过程D.抗生素的滥用会导致NDM基因出现和该基因频率增加
解析:细菌不含染色体,A错误;细菌经a过程后,产生不同性状,说明突变具有随机性和不定向性,B错误;抗生素的选择作用使细菌发生定向进化,C正确;NDM基因的出现是由于基因突变,抗生素的滥用会使该基因频率增加,D错误。答案:C
2.多重耐药菌是指对临床使用的3类或3类以上抗菌药物同时呈现耐药性的细菌。CRPA属于多重耐药菌,某三甲医院连续三年统计CRPA在检出的多重耐药菌中所占的比重,分别是3.4%、5.8%、6.3%。下列相关叙述正确的是 ( )A.CRPA的出现是不同种类抗生素导致其不定向变异的结果B.CRPA占比逐年增加可能与某些抗菌药物的使用有关C.研发并使用针对CRPA的某种新型抗生素会使CRPA绝灭D.为避免新的多重耐药菌出现,人们应停止使用抗生素类药物
解析:CRPA出现的原因可能是细菌群体中由于基因突变等原因出现抗药性变异菌株,在抗菌药物的筛选作用下,耐药菌存活、繁殖的几率大,随着抗菌药物的使用及使用量增大,耐药菌的比例逐渐增大,感染率增加,A错误,B正确;变异是不定向的,因此研发并使用针对CRPA的某种新型抗生素的情况下仍可能有相应耐药菌存活,C错误;为避免新的多重耐药菌出现,人们应科学合理地使用抗生素类药物,而不是停止使用,D错误。答案:B
3.探究细菌对各种抗生素药敏程度的实验方法如图:将含有一定浓度不同抗生素的滤纸片放置在已接种被检菌的固体培养基表面,抗生素向周围扩散,如果抑制生长,则在滤纸片周围出现抑菌圈(图中里面的圈),结果如图所示。回答下列问题:
(1)衡量本实验结果的指标是________________。(2)上述图中最有效的是__________培养皿中的抗生素。
(3)用上述最有效的抗生素对细菌进行处理,并测定细菌数量变化,如图所示。据此分析:
①向培养基中加抗生素的时刻为________点。②细菌种群的进化是定向的,而变异是__________,细菌的抗药性产生在环境变化之________(填“前”“中”或“后”)。③抗生素对细菌变异的作用不是“诱导”而是______。④尽管有抗药性基因存在,但使用抗生素仍然能治疗由细菌引起的感染,原因在于细菌种群中__________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析:(1)根据题意分析可知,衡量本实验结果的指标是抑菌的大小。(2)通过抑菌圈的大小来确定杀菌能力,即抑菌圈越大杀菌力越强,图B抑菌圈最大。(3)①抗生素会使细菌中不具有抗药性的个体大量死亡而数量下降,所以是在b点使用抗生素。②变异是不定向的,而在自然选择下进化是定向的;由图可知,使用该抗生素后,细菌数量并未降到零,因此细菌的抗药性在环境变化之前就已经产生了。③自然选择对个体的表型进行选择,而不是诱导相应性状的出现。④在细菌种群中,含有抗药性基因的个体毕竟只占少数,所以抗生素仍然能治疗由细菌引起的感染。答案:(1)抑菌圈的大小 (2)B (3)①b ②不定向的 前 ③选择 ④有抗药性基因的个体占极少数
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