2023-2024学年 人教版 必修二 种群基因组成的变化 学案

第3节种群基因组成的变化与物种的形成第4节协同进化与生物多样性的形成第1课时种群基因组成的变化1．阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增多。2．说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。1．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。2．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与变化。3．基于给定的条件探究自然选择对种群基因频率的影响。一、种群和种群基因库1．种群的概念及特点(1)概念：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。(2)特点：种群是生物进化的基本单位，种群中的雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。种群也是生物繁殖的单位。2．基因库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．基因频率(1)概念：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)计算基因频率＝种群中某基因的总数该基因及其等位基因的总数×100%如图表示某个种群基因型的组成情况，A、a为一对等位基因。则该种群中a的基因频率是多少？提示：50%。二、种群基因频率的变化1．可遗传变异的来源2．可遗传变异的形成、特点和作用(1)形成：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，可以形成多种多样的基因型。(2)特点：随机的、不定向的。(3)作用：只是提供生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。(4)可遗传变异的利害性：变异的有利和有害是相对的，是由生存环境决定的。若没有突变，进化还能发生吗？为什么？提示：不能。突变和基因重组提供了生物进化的原材料。若没有突变，就不可能产生新的等位基因，基因重组也就没有意义了，生物就不可能产生可遗传的变异，也就不能进化了。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，具有有利变异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提高；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。2．选择的对象：直接作用对象是个体的表型，最终选择的对象是决定表型的基因。3．结果：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。生物进化的实质是什么？提示：种群基因频率的定向改变。(正确的打“√”，错误的打“×”)1．一个池塘中全部的鱼是一个种群。 ()2．控制果蝇眼色的全部基因构成基因库。 ()3．生物进化的实质是种群基因频率的变化。 ()4．自然选择决定了生物变异和进化的方向。 ()5．生物进化的原材料源于基因突变和基因重组。 ()6．自然选择过程中，直接受选择的是表型。 ()提示：1．×一个池塘中的鱼包括多个物种，而种群是生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。2．×基因库是指一个种群中全部个体所含有的全部基因，而非控制某一性状的全部基因。3．√4．×生物变异是不定向的，自然选择决定了生物进化的方向，但不能决定生物变异的方向。5．×基因突变、染色体变异和基因重组产生生物进化的原材料。6．√种群基因组成的变化及自然选择对生物进化的影响碳青霉烯类抗生素是治疗重度感染的一类药物。下表为2005～2008年该类抗生素在某医院住院患者中的人均使用量，以及从患者体内分离得到的某种细菌对该类抗生素的耐药率变化。年份2005200620072008住院患者该类抗生素的人均使用量/g0.0740.120.140.19某种细菌对该类抗生素的耐药率/%2.66.1110.925.51．依据表中数据分析，这种细菌耐药率的变化与抗生素的使用量之间存在什么关系？提示：正相关的关系(这种细菌耐药率随抗生素使用量的增加而提高)。2．该种细菌抗药性变异的来源是什么？是使用抗生素导致的吗？抗生素起的作用是什么？提示：基因突变。不是。抗生素起选择作用。3．细菌耐药率逐渐升高的实质是什么？提示：细菌抗药性基因频率升高。4．请概括自然选择与种群基因频率、生物进化的关系。提示：在自然选择的作用下，种群的基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。1．突变和基因重组产生进化的原材料(1)虽然突变的频率很低，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。(2)突变和基因重组是随机的、不定向的，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。2．自然选择决定生物进化的方向3．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)自然选择引起的种群基因频率的变化是定向的。(4)生物进化是定向的。4．影响种群基因频率变化的因素(1)外因：自然选择。(2)内因：基因突变和部分染色体变异(如缺失和重复等)能直接引起基因频率的变化，基因重组只改变了基因型频率，在自然选择的作用下淘汰部分个体后可引起基因频率的变化。1．科研人员从一种溶杆菌属的细菌中提取到一种新型抗生素(LysocinE)，它能对抗常见抗生素无法对付的超级细菌——耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。下列相关叙述正确的是()A．施用新型抗生素(LysocinE)一定会使耐甲氧西林金黄色葡萄球菌种群消亡B．该超级细菌的抗药性变异来源于染色体变异C．“耐甲氧西林金黄色葡萄球菌”这一超级细菌的形成可能意味着该种群发生了进化D．超级细菌的形成是因为抗生素诱发细菌产生了耐药性变异C[在耐甲氧西林金黄色葡萄球菌种群中存在抗新型抗生素的个体，该菌不会消亡，A错误；该超级细菌为原核生物，此抗药性变异只能来自基因突变，B错误；超级细菌的形成，说明该种群的抗性基因频率增大，种群发生进化，C正确，超级细菌的形成是因为抗生素对耐药性变异的细菌进行了定向选择，D错误。]2．白车轴草中有毒物质氢氰酸(HCN)的产生由H、h和D、d两对等位基因决定，H和D同时存在时，个体产HCN，能抵御草食动物的采食。如图表示某地不同区域白车轴草种群中有毒个体的比例，下列分析错误的是()A．草食动物是白车轴草种群进化的选择压力B．城市化会影响白车轴草种群的进化C．与乡村相比，市中心种群中h的基因频率更高D．基因重组会影响种群中H、D的基因频率D[分析题意可知，草食动物能采食不含氢氰酸的白车轴草，故草食动物是白车轴草种群进化的选择压力，A正确；分析题中曲线可知，从市中心到市郊再到乡村，白车轴草种群中产HCN个体所占比例逐渐增加，说明城市化会影响白车轴草的进化，B正确；与乡村相比，市中心种群中产HCN个体所占比例小，即基因型为H_D_的个体所占比例小，h、d的基因频率高，C正确；基因重组是控制不同性状的基因的重新组合，对基因没有选择作用，不会影响种群的基因频率，D错误。]基因频率和基因型频率的计算材料1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。材料2某小岛上原有果蝇20000只，其中基因型为VV、Vv和vv的果蝇分别占15%、55%和30%。此时从岛外入侵了2000只基因型为VV的果蝇。1．材料1所述的群体中色盲基因的频率是多少？提示：6%。2．材料2中某小岛上被基因型为VV的果蝇入侵后，且所有果蝇均随机交配，则F1中V的基因频率如何计算？提示：原有的20000只果蝇中，基因型为VV的果蝇有20000×15%＝3000只，基因型为Vv的果蝇有20000×55%＝11000只，基因型为vv的果蝇有20000×30%＝6000只。从岛外入侵了2000只基因型为VV的果蝇后，三种基因型的果蝇所占比例发生变化：VV占5000/22000＝5/22，Vv占11000/22000＝1/2，vv占6000/22000＝3/11。故F1中V的基因频率是5/22＋1/2×1/2＝21/44≈48%。1．基因频率的计算(1)定义法求解基因频率某基因频率＝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＝AA+a×(2)已知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的基因频率＝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＝XbXB(1)定义法求解常染色体上的基因频率时，每个个体的基因都是成对存在的。(2)计算X染色体上的基因频率时，要注意雄性体内的基因只存在于X染色体上，Y染色体上没有。(3)基因型频率改变时，基因频率不一定发生改变。2．随机交配情况下的计算(1)设A的基因频率为p，a的基因频率为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)即：AA的基因型频率＝p2，Aa的基因型频率＝2pq，aa的基因型频率＝q2。(2)实例：若已知AA的基因型频率为m，则A的基因频率为m。(3)符合遗传平衡定律的条件：种群非常大、所有雌雄个体间都能自由交配并产生后代、没有迁入和迁出、没有自然选择、没有基因突变、不同表型的个体生存和繁殖的机会是均等的。3．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，且纯合子增多，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3．两个非常大的果蝇种群被隔离在两个不同地区，种群内个体间随机交配，无迁入和迁出，无突变发生。种群中的基因频率如表所示。果蝇种群A的基因频率a的基因频率种群180%20%种群260%40%假设这两个种群大小相等，地理隔离不再存在，两个种群完全合并，则下一代中Aa的基因型频率是()A．75% B．50%C．42% D．21%C[种群1中A的基因频率为80%，a的基因频率为20%，种群2中A的基因频率为60%，a的基因频率为40%，由于两个种群大小相等，因此完全合并后A的基因频率为(80%＋60%)÷2＝70%，a的基因频率为(20%＋40%)÷2＝30%，按照遗传平衡定律，随机交配一代，Aa的基因型频率＝2×70%×30%＝42%，C正确。]4．某种群中TT个体占20%，Tt个体占60%，tt个体占20%，由于某种病害导致tt个体全部死亡，TT和Tt个体数量均未变化，则病害发生后该种群中T的基因频率是()A．62.5% B．25%C．50% D．20%A[某种群中TT个体占20%，Tt个体占60%，tt个体占20%，假设该种群个体数为100个，则TT有20个，Tt个体有60个，tt个体有20个。由于某种病害导致tt个体全部死亡，TT和Tt个体数量均未变化，则TT的频率为20/(20＋60)×100%＝25%，Tt的频率为75%。因此，病害发生后该种群中T的基因频率是25%＋1/2×75%＝62.5%。]自然选择有三种类型，稳定性选择是把种群中极端变异个体淘汰，保留中间类型；分裂性选择是把种群中极端变异个体按照不同方向保留，淘汰中间个体；单向性选择是在种群中保存趋于某一极端变异个体，淘汰另一极端变异个体。自然选择不同类型建模如下图所示。通过对自然选择不同类型建模的分析与比较可知，种群个体中变异的有利与不利是相对的，是由其生存环境决定的，自然选择可促进生物更好地适应特定的生存环境。(1)结合图文分析，图1、2、3分别属于哪种自然选择类型？提示：图1属于稳定性选择，图2属于分裂性选择，图3属于单向性选择。(2)马德拉、克格伦岛上经常刮大风，岛上的甲虫朝着不同的方向进化，才逐渐形成残翅、无翅或翅膀特别发达的类型，而具有一般飞行能力的逐渐被淘汰。甲虫发生的选择类型与桦尺蛾黑化形成的选择类型相同吗？分析无翅的甲虫特别多的原因。提示：不相同，前者属于分裂性选择，后者属于单向性选择。由于这个岛屿上经常刮大风，那些有翅能飞但翅膀不够强大的甲虫，就常常被大风吹到海里，因而生存和繁殖后代的机会较少，而无翅或残翅的甲虫，由于不能飞，就不容易被风吹到海里，因而生存和繁殖后代的机会就多。经过长时间的自然选择之后，海岛上无翅或残翅的甲虫就特别多，这种现象产生的原因是自然选择。1．一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。2．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。3．种群是生物繁殖的基本单位，也是生物进化的基本单位。4．突变和基因重组产生进化的原材料，突变和基因重组都是随机的、不定向的。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．生物进化的实质是基因频率的改变。1．下列有关种群基因库的叙述，不正确的是()A．一个种群的基因库包括这个种群所含有的全部基因B．生物的个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传C．种群中每个个体都含有种群基因库的全部基因D．基因突变可以改变种群基因库的组成C[基因库是一个种群中全部个体所含有的全部基因，由于不同个体之间在基因上具有差异，所以不可能每个个体都含有种群基因库的全部基因，A正确、C错误；种群是生物繁殖的基本单位，所以基因库不会因个体死亡而消失，会代代相传，B正确；可遗传的变异可以改变种群基因库的组成，D正确。]2．兔的脂肪白色(F)对淡黄色(f)为显性，由常染色体上一对等位基因控制。某兔群由500只纯合白色脂肪兔和1500只淡黄色脂肪兔组成，F、f的基因频率分别是()A．15%、85% B．25%、75%C．35%、65% D．45%、55%B[由题意可知，该兔种群由500只纯合白色脂肪兔(FF)和1500只淡黄色脂肪兔(ff)组成，故F的基因频率＝F/(F＋f)×100%＝(500×2)/(2000×2)×100%＝25%，f的基因频率＝1－25%＝75%，B正确。]3．科研人员新研制了一种针对三化螟的高效杀虫剂，但随着杀虫剂的持续使用，三化螟表现出越来越强的抗药性。下列叙述错误的是()A．杀虫剂诱发了三化螟抗药性基因的产生B．三化螟强抗药性状是可遗传的有利变异C．杀虫剂对三化螟的定向选择是其抗药性增强的必要条件D．三化螟抗药性的增强是抗药性变异逐渐积累的结果A[杀虫剂选择了三化螟抗药性基因，A错误；杀虫剂的持续使用，三化螟仍然可以存活，且抗药性越来越强，说明抗药性状是可遗传的有利变异，B正确；自然选择能定向改变生物性状，故杀虫剂对三化螟的定向选择是其抗药性增强的必要条件C正确；自然选择能让有利变异不断积累，杀虫剂使三化螟抗药性变异不断积累，D正确。]4．为探究两种抗生素对某细菌的抑菌效果，设计如图所示实验方案，在无菌固体培养基表面上涂布被检测细菌，放置甲、乙和丙三个圆形滤纸片(抗生素可在培养基扩散，滤纸片周围出现抑菌圈的大小能反映其抑菌效果)，下列说法错误的是()A．抑菌最有效的是抗生素bB．浸泡滤纸片的抗生素a、b浓度应相同C．丙滤纸片起到对照作用D．此方法可检测抗生素对病毒的抑制效果D[分析题图，浸泡过抗生素b的抑菌圈最大，说明抗生素b的抑菌效果最好，A正确；该实验的自变量为是否浸泡抗生素和抗生素的种类，两种抗生素的浓度应相同，目的是保证单一变量，B正确；浸泡过无菌水的丙组应为空白对照组，C正确；抗生素可抑制细菌生长，但不能抑制病毒的繁殖，故不能检测对病毒的抑制效果，D错误。]5．某地区从1964年开始使用杀虫剂杀灭蚊子幼虫，至1967年中期停用。如图是五年间蚊子幼虫基因型频率变化曲线。R表示杀虫剂抗性基因，S表示野生敏感型基因。据图回答下列问题：(1)R基因的出现是________________的结果。(2)在RR基因型频率达到峰值时，RS、SS基因型频率分