2022-2023学年 必修2 人教版　种群基因组成的变化与物种的形成 教案

第3节种群基因组成的变化与物种的形成课标要求核心素养1．阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增加。2．说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。3．阐述变异、选择和隔离可导致新物种形成。1．生命观念：初步运用进化与适应观，阐明可遗传的变异提供了生物进化的原材料；运用生物进化观念阐明隔离在物种形成中的作用。2．科学思维：运用统计与概率的相关知识，解释并预测种群内某一遗传性状的分布及变化；运用分类与比较的观念，分析地理隔离和生殖隔离在物种形成中的作用。基础知识·双基夯实一、种群基因组成的变化1．种群和种群基因库(1)种群①概念：三要素eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(生活在__一定区域__,__同种__生物,__全部__个体的集合))②特点：种群是生物__繁殖__的单位。(2)基因库：由一个种群中__全部__个体所含有的全部基因构成。(3)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。2．种群基因频率的变化(1)可遗传变异的来源eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(基因重组,\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(基因突变,__染色体变异__))统称为突变))(2)可遗传变异提供了生物进化的原材料的原因①可遗传变异的形成a．基因突变产生__等位基因__b．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__。②可遗传变异的结果：只提供了生物进化的__原材料__，不能决定生物__进化的方向__。3．自然选择对种群基因频率变化的影响(1)原因：不断淘汰发生__不利变异__的个体，选择保留发生__有利变异__的个体。(2)选择的对象①直接作用对象：个体的__表型__。②最终选择的对象：决定表型的__基因型__。(3)选择的结果①基因方面：种群的__基因频率__会发生定向改变。②生物性状方面：导致生物朝着__一定的方向__不断进化。二、隔离在物种形成中的作用1．物种的概念能够在自然状态下相互交配并且产生__可育__后代的一群生物。2．隔离(1)概念：不同群体间的个体，在自然条件下__基因__不能自由交流的现象。(2)常见类型项目类型发生范围结果生殖隔离不同物种间①不能__相互交配__；②即使交配成功，也不能产生__可育后代__地理隔离__同种__生物使种群间不能发生__基因交流__3．新物种的形成过程eq\x(地理隔离)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①不同种群出现不同的__突变__和基因重组,②不同种群间不能发生__基因交流__))↓eq\x(自然选择)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(①食物和栖息条件互不相同,②自然选择对不同种群__基因频率__的改变所起的作用不同))↓eq\x(生殖隔离)—eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(__基因库__形成明显的差异，并逐步出,现生殖隔离，从而形成不同的物种)))4．物种形成的必要条件：__隔离__。〔学霸记忆〕1．生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。2．一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。3．在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫作基因频率。4．基因突变产生新的等位基因，这就可以使种群的基因频率发生变化。基因突变和染色体变异统称为突变。5．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。6．能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。7．不同物种之间是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。8．同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象叫作地理隔离。9．隔离是物种形成的必要条件。〔活学巧练〕判断下列叙述的正误(1)种群是生物进化的基本单位，也是生物繁殖的单位。(√)(2)自然选择可能使种群基因频率发生改变。(√)(3)种群基因频率的改变必将导致生物进化。(√)(4)新物种都是经过长期的地理隔离形成的。(×)(5)一个新物种可以扩展形成多个基因库。(√)〔思考〕1．达尔文考察了格克伦岛，这个岛屿上经常刮大风，岛上的少数昆虫翅特别发达，大多数昆虫翅退化。请思考下列问题：(1)在这个海岛上昆虫翅长差异的根本来源是什么？(生命观念)提示：基因突变。(2)在这个岛屿上，为什么无翅的昆虫特别多？(科学思维)提示：由于这个岛屿上经常刮大风，有翅能飞但翅不够强大的昆虫，就常常被大风吹到海里，因而生存和繁殖后代的机会较少，而无翅或残翅的昆虫，由于不能飞翔，就不容易被风吹到海里，因而生存和繁殖后代的机会就多。经过自然选择之后，海岛上无翅或残翅的昆虫就特别多，这种现象产生的原因是自然选择。2．只要不同种群的基因库产生了明显差异，就一定产生新物种吗？(科学思维)提示：不一定。不同种群的基因库产生了明显差异，不一定产生新物种，只有出现生殖隔离后才能形成新物种。3．新物种形成的标志是什么？(生命观念)提示：出现生殖隔离。4．经过漫长的地理隔离，是否一定会产生生殖隔离？(科学思维)提示：不一定产生生殖隔离。如果两个种群的生活环境都不发生变化、变化微小或发生相似的变化，则两个种群的进化方向相同，不会产生生殖隔离。5．发现一种外形很像紫花苜蓿的植物，如何确定它和紫花苜蓿是不是同一物种？(科学探究)提示：自然状态下，让该植物与紫花苜蓿杂交，观察是否能产生可育后代。课内探究·名师点睛知识点种群基因组成的变化要点归纳1．相关概念的比较比较项目含义变化后与进化的关系基因型频率eq\f(该基因型个体数,该种群个体总数)×100%生物不一定进化基因频率eq\f(该基因数,全部等位基因数)×100%生物进化基因库种群中全部个体所含有的全部基因可导致生物进化，它的变化是形成新物种的前提2．突变和基因重组产生进化的原材料(1)突变和基因重组使种群的基因频率发生不定向的改变。(2)由于突变和基因重组都是随机的、不定向的，因此它们只提供生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。(3)变异的有利和有害是相对的，由生存环境决定。3．自然选择决定生物进化的方向(1)区分自然选择的直接对象、间接对象与根本对象①自然选择的直接对象是生物的变异性状(表型)。②自然选择的间接对象是相关的基因型。③自然选择的根本对象是与变异性状相对应的基因。即自然选择的实质是环境对变异所对应的基因的选择，因而可以改变种群的基因频率。(2)选择的因素：生物所处的自然环境。(3)选择的手段：生存斗争，包括种内斗争、种间斗争、生物与无机环境之间的斗争。(4)选择的结果①从生物个体角度看：导致生物个体生存或死亡。②从基因角度看：导致控制该性状的基因频率上升或下降。4．变异先于环境选择(1)变异在环境变化之前已经产生，环境只是起选择作用，不能定向诱发基因突变。(2)变异是不定向的，而自然选择能定向改变种群基因频率，从而使种群发生定向进化。(3)生物体内产生的变异是不定向的，经过长期的自然选择和种群繁衍，控制有利变异的基因不断积累，控制不利变异的基因逐渐被淘汰，种群的基因频率发生定向改变，从而导致生物沿着一定方向缓慢进化。因此，生物进化的方向是由自然选择决定的。如下图所示：[特别提醒]进化中的“定向”与“不定向”(1)变异是不定向的。(2)自然选择是定向的。(3)种群基因频率的变化是定向的。(4)生物进化是定向的。典例剖析典例1(2022·海南省文昌中学高一期末)为了防止滥用抗生素，上海等地区规定普通感冒不准使用抗生素。滥用抗生素会对人体细菌造成耐药性，如果被细菌感染，则往往由于体内细菌能够抵抗各种抗生素而无药可救。下列有关说法错误的是(B)A．抗生素的滥用导致“耐药性”细菌优选出来B．细菌中本来就存在耐药性个体，长期使用抗生素会导致“耐药性”基因频率下降C．“耐药性”基因频率的改变引起细菌发生了进化D．基因频率虽然改变了，但是新的细菌(物种)不一定产生[解析]细菌中本来就存在耐药性个体，长期使用抗生素，对细菌起到一种选择作用，不耐药个体被淘汰，耐药个体保存下来，长期将会导致“耐药性”基因频率上升。B错。故本题选B。变式训练1(2022·河北省石家庄市高一下学期期末)人类发展的历史也是一部生物进化史，下列有关叙述正确的是(A)A．自然选择的方向不同使各地区的种群基因库存在差异B．物种是生物繁殖和进化的基本单位C．自然选择决定了生物变异和进化的方向D．生物进化的实质是种群基因型频率的改变[解析]自然选择的方向不同使各地区的种群基因库存在的差异越来越多，A正确；种群是生物繁殖和进化的基本单位，B错误；自然选择决定了生物进化的方向，而生物变异是不定向的，C错误；生物进化的实质是种群基因频率的改变，D错误。故选A。知识点基因频率和基因型频率的有关计算要点归纳1．基因频率的计算(定义法)(1)某基因频率＝eq\f(该基因总数,该基因及其等位基因总数)×100%。例如，A的基因频率＝eq\f(A,A＋a)×100%。2．根据基因型频率计算基因频率①常染色体上基因频率的计算一对等位基因中某基因的频率＝该基因纯合子的基因型频率＋1/2杂合子的基因型频率。例如，A基因的频率＝AA的基因型频率＋1/2Aa的基因型频率。②X染色体上基因频率的计算如某种群中基因型有XBXB、XBXb、XbXb、XBY、XbY，Xb的基因频率＝eq\f(XBXb＋2XbXb＋XbY,2XBXB＋XBXb＋XbXb＋XBY＋XbY)×100%。3．根据遗传平衡定律计算基因频率和基因型频率②计算公式设A基因的频率为p，a基因的频率为q，则p＋q＝1。雄配子雌配子A(p)a(q)A(p)AA(p2)Aa(pq)a(q)Aa(pq)aa(q2)基因型AA的频率＝p2基因型Aa的频率＝2pq基因型aa的频率＝q2(p＋q)2＝p2＋2pq＋q2＝1若已知某种纯合子的基因型频率，即可直接开方求出相应基因的频率。如在进行有性生殖的理想种群中，某种群隐性性状(aa)的频率为0.01，则a基因的频率为eq\r(0.01)＝0.1。典例剖析典例2(2022·广西玉林市玉州区高一期末)从某果蝇种群中随机抽取250只个体，测得基因型为AA、Aa、aa的个体分别是80只、150只、20只。该果蝇种群中，A与a的基因频率分别是(B)A．65%、35% B．62%、38%C．95%、5% D．40%、60%[解析]在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，叫作基因频率。根据题意可知，A基因的数量是2×80＋150＝310个，a基因的数量是2×20＋150＝190个，所以A的基因频率为310÷(250×2)＝62%，a的基因频率为190÷(250×2)＝38%，故B项正确，A、C、D项错误。变式训练2(2022·河北省石家庄市高一下学期期末)研究人员对某大型社区进行色盲遗传病调查研究后发现：7488名女性中有患者42人，携带者722人；8024名男生中有患者762人。那么，该群体中色盲的基因频率是(C)A．4.4% B．5.1%C．6.8% D．7.2%[解析]色盲是伴X染色体隐性遗传病(相关基因用B、b表示)，则色盲的基因频率＝eq\f(Xb,XB＋Xb)×100%＝(42×2＋722＋762)/(7488×2＋8024)×100%≈6.8%。即C正确。故选C。变式训练3(2022·江苏省宿迁市高一下学期期末)果蝇的长翅(V)对残翅(v)为显性。在一个由600只长翅果蝇和400只残翅果蝇组成的种群中，若杂合子占所有个体的40%，那么隐性基因v在该种群内的基因频率为(C)A．20% B．40%C．60% D．80%[解析]果蝇的长翅为显性基因，残翅为隐性基因，根据题意，残翅果蝇所占比例为40%，杂合子所占比例为40%，则v基因的基因频率为：vv的基因型频率＋1/2×Vv的基因型频率＝40%＋1/2×40%＝60%，C正确。故选C。知识点物种和隔离要点归纳1．地理隔离与生殖隔离(1)区别地理隔离生殖隔离概念同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象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特点自然条件下不能进行基因交流，一定条件下可以进行基因交流不能发生基因交流结果形成不同的亚种形成不同的物种举例东北虎和华南虎马和驴(2)联系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。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；长期的地理隔离通常会形成生殖隔离，生殖隔离是物种形成的关键，是物种形成的最后阶段。2．物种形成的两种方式(1)渐变式：经过长期的地理隔离而达到生殖隔离，形成新物种(物种形成的主要方式)(2)骤变式：主要是通过异源多倍体的染色体变异的方式形成新物种，一旦出现就形成生殖隔离(基因频率改变)。此种方式多见于植物，如：3．物种形成的三个环节(1)内容①突变和基因重组产生进化的原材料。②自然选择决定生物进化的方向。③隔离是物种形成的必要条件。(2)关系4．物种形成与生物进化的关系项目物种形成生物进化标志生殖隔离出现基因频率改变变化后生物与原生物的关系出现生殖隔离，属于不同物种，是质变基因频率改变，属于同一物种，是量变二者联系①只有不同种群的基因库产生了明显差异，出现生殖隔离才形成新物种②进化不一定产生新物种，新物种产生一定存在进化[归纳总结]进化和物种形成的判断方法(1)进化取决于种群基因频率是否发生改变。只要种群的基因频率发生改变，生物就一定发生了进化。(2)物种形成取决于是否形成生殖隔离。①进化是量变，进化不一定形成新物种。②物种形成是质变，新物种形成一定发生了进化。(3)新物种形成不一定经过地理隔离，但不管哪种方式都需要达到生殖隔离才能完成新物种的形成。典例剖析典例3(2022·广东省中山市高一期末)南水北调工程可能导致南方水系中的血吸虫随水北上。与血吸虫相关的叙述，错误的是(A)A．它会产生定向变异来适应环境B．它与北方血吸虫之间存在着地理隔离C．它会因环境改变发生定向进化D．漫长的地理隔离可能使其演化成新物种[解析]突变是不定向的，A错误；环境的选择会使基因频率发生改变，所以进化是定向的，C正确；专家担心血吸虫会在北方水系中形成新的亚种或物种，可能会因为地理隔离产生生殖隔离，B、D正确。变式训练4(2022·山东省临沂市高一下学期期末)加拉帕戈斯群岛的地雀形成13种物种的进化过程中，地理隔离起到的作用不包括(D)A．基因交流的困难增大 B．基因库的差异增大C．进化方向差异增大 D．变异方向不同[解析]地理隔离导致种群之间基因交流的困难增大，A正确；由于地理隔离使种群之间不能发生基因交流，所以导致种群之间基因库的差异增大，B正确；地理隔离使种群生活在不同的环境，导致进化方向差异增大，C正确；变异是不定向的，不是由地理隔离决定的，D错误。故选D。变式训练5(2022·山东省潍坊市高一下学期期末)科罗拉多大峡谷中的原松鼠种群被一条河流分隔成两个种群后，其进化过程如图所示。下列说法正确的是(B)A．a是新物种形成的必要条件B．基因频率的定向改变是自然选择导致的C．b出现后两种群的基因库就完全不同了D．品系1和品系2出现是个体间生存斗争的结果[解析]生殖隔离的产生是新物种形成的标志，故b是新物种形成的必要条件，A错误；自然选择决定了生物进化的方向，故基因频率的定向改变是自然选择导致的，B正确；b出现后两种群的基因库就不完全相同了，C错误；品系1和品系2出现说明变异具有不定向性，D错误。故选B。指点迷津·拨云见日自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律交配方式基因频率基因型频率自交不改变改变，纯合子增多，杂合子减少自由交配处于遗传平衡不改变不改变不处于遗传平衡不改变改变(1)某种群的所有个体自交，若没有进行选择，则自交后代的基因频率不变，基因型频率会改变，并且杂合子的基因型频率降低，纯合子的基因型频率升高。(2)某种群的所有个体随机交配，在无基因突变、各种基因型的个体生活力相同时，处于遗传平衡的种群自由交配遵循遗传平衡定律，上下代之间种群的基因频率及基因型频率不改变。典例4(2022·河南南阳市期末)某植物种群中，AA个体占16%，aa个体占36%，该种群随机交配产生的后代中AA个体百分比、A基因频率和自交产生的后代中AA个体百分比、A基因频率的变化依次为(C)A．增大，不变；不变，不变B．不变，增大；增大，不变C．不变，不变；增大，不变D．不变，不变；不变，增大[解析]根据题意分析，已知AA＝16%，aa＝36%，则Aa＝1－16%－36%＝48%，A基因频率＝16%＋1/2×48%＝40%，a基因频率＝36%＋1/2×48%＝60%。若随机交配后代的基因型频率为：AA＝40%×40%＝16%，aa＝60%×60%＝36%，Aa＝2×40%×60%＝48%；若自交后代的基因型频率为：AA＝16%＋48%×1/4＝28%，aa的基因型频率是aa＝36%＋48%×1/4＝48%，Aa的基因型频率是Aa＝48%×1/2＝24%，自交后代基因频率是：A＝28%＋24%×1/2＝40%，a＝48%＋24%×1/2＝60%。因此该种群随机交配产生的后代中AA个体百分比、A基因频率和自交产生的后代中AA个体百分比、A基因频率的变化依次为不变、不变、增大、不变。故选C。教材问题·解疑答惑问题探讨☞P110提示：同意乙同学的观点。因为进行人工选择时是选择的表型，只有符合需要的类型才能保存下来，不需要的类型就会淘汰掉。选择时根据鸡的性状，而不是鸡蛋的性状。思考·讨论☞P1111．(1)A＝60%，a＝40%。[解析]100个个体共有200个基因，A的数量＝2×30＋60＝120个；a的数量＝2×10＋60＝80；A的基因频率＝120÷200×100%＝60%；a的基因频率＝80÷200×100%＝40%。(2)基因型频率AA＝36%、Aa＝48%、aa＝16%。[解析]AA＝(60%)2＝36%；Aa＝2×60%×40%＝48%；aa＝(40%)2＝16%。(3)A＝60%，a＝40%。[解析]A＝AA＋1/2×Aa＝36%＋1/2×48%＝60%，a＝1/2×Aa＋aa＝1/2×48%＋16%＝40%。(4)提示：亲代基因型的比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A(30%)A(30%)a(30%)a(10%)子代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子代基因频率A(60%)a(40%)种群的基因频率同子一代一样。2．提示：不能；生物会发生基因突变，个体之间的交配也不能做到完全随机；生物种群之间会有迁入和迁出。3．提示：突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A2的频率是增加还是减少，要看该突变对生物体是有益还是有害的，这取决于生物生存的环境。知识链接☞P112提示：(1)染色体数目变异必然引起染色体上基因数目的变化，进而引起种群基因频率的变化。(2)染色体结构变异不一定引起基因频率的改变，如倒位和易位，只是改变了基因的排列顺序，基因的数量并没有改变。探究·实践☞P1121．提示：树干变黑会使桦尺蛾种群中浅色个体减少。因为树干变黑以后浅色的个体容易被天敌发现，导致浅色个体减少。2．提示：在自然选择过程中，直接选择的是表型。比如天敌看到的是桦尺蛾的体色(表型)而不是控制体色的基因型。练习与应用☞P114一、概念检测1．(1)√(2)×基因频率的改变也受环境的影响。(3)√2．D一个湖泊中的全部鱼包括多个物种，不属于种群，A错误；一个森林中的全部蛇包括多个物种，不属于种群，B错误；一间屋中的全部蟑螂包括多个物种，不属于种群，C错误；卧龙自然保护区的全部大熊猫是生活在同一区域的同种生物，是一个种群，D正确。3．C种群中一个基因的频率等于它的纯合子频率与1/2杂合子频率之和，所以B基因的频率为18%＋78%×1/2＝57%，b基因的频率为4%＋78%×1/2＝43%，C项正确。4．C因题中给出的突变是不适于21℃气温，而适于25.5℃气温，A、B项错误；温度的变化有利于突变体的生存，只能说明突变是否有利取决于它对环境的适应度，不能体现出基因突变的特点，C项正确，D项错误。二、拓展应用1．提示：如选择育种和人