2024春新教材高中生物第6章生物的进化第3节种群基因组成的变化与物种的形成课件新人教版必修2

第3节种群基因组成的变化与物种的形成学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背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。4.说明隔离在物种形成中的作用。1.种群是生物进化的基本单位。2.突变和基因重组提供进化的原材料。3.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。4.隔离是物种形成的必要条件。同种全部繁殖全部全部等位基因数染色体变异突变有性生殖基因频率基因型不定向性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。相对生存环境突变率三、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。有利变异提高不利变异表型基因下降有利基因频率定向基因频率相互交配可育自由交流类型发生范围结果生殖隔离

物种间a.不能___________b.即使交配成功，也不能产生

后代地理隔离

生物使种群间不能发生_________不同相互交配可育同种基因交流。2．隔离在物种形成中的作用(1)新物种的形成过程：(2)结论：

是物种形成的必要条件。隔离【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__________________________________________。突变(包括基因突变和染色体变异)和基因重组(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：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。发生种群基因频率的改变(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。提示：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。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___________________________________________________________________。生殖隔离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

教材问题提示(一)思考·讨论1(教材第111页)1．(1)A配子占60%，a配子占40%。(2)子代的基因型频率：AA占36%，Aa占48%，aa占16%。(3)子代种群的基因频率：A占60%，a占40%。(4)计算结果如表所示：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。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%)2．对自然界的种群来说，这5个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。3．突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A2的频率是上升还是下降，要看这一突变对生物是有利的还是有害的。(二)探究·实践1(教材第112、113页)1．树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率，这是因为树干变黑后，浅色个体容易被发现，被捕食的概率增加，许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率。2．直接受选择的是表型(体色)，而不是基因型。基因型并不能在自然选择中起直接作用，因为天敌在捕食桦尺蛾时，看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因。(三)探究·实践2(教材第115页)1．因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。2．支持。因为变异是不定向的，普遍存在的，所以细菌中耐药菌是普遍存在的。3．在本实验条件下，耐药菌产生的变异一般来说是有利的，有利于生物在特定环境中生存和繁殖的变异在此环境中就是有利变异。4．将自己实验获得的数据与其他同学的进行比较，根据实际情况来回答。5．这些做法都会促进耐药菌的产生。(四)思考·讨论2(教材第117页)1．由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。2．不一样。因为突变是随机发生的。3．不同岛屿的地形和植被条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。4．不会。因为个体间有基因的交流。(五)旁栏思考(教材第118页)最先在裸露的岩石上生长的植物往往是地衣，地衣的出现促进岩石的分解，形成土壤，为苔藓植物的生长创造条件。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】[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20000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20000只纯合长翅果蝇，在不考虑其他因素影响的前提下，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0.04×20000＝800(只)，基因型为Vv的果蝇有2×0.2×0.8×20000＝6400(只)，基因型为VV的果蝇有0.8×0.8×20000＝12800(只)。再引入20000只纯合长翅果蝇后，v基因频率＝(800×2＋6400)/(40000×2)＝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[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．3/7 D．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∶aa＝(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【应用·体验】1．某植物种群中，AA基因型个体占30%，aa基因型个体占20%。若该种群植物自交，后代中AA、aa基因型个体出现的频率以及A、a基因频率分别为(

)A．55%、45%、45%、55%B．55%、45%、55%、45%C．42.5%、32.5%、45%、55%D．42.5%、32.5%、55%、45%解析：由题干信息可知，Aa基因型个体占1－30%－20%＝50%，该种群植物自交后，AA基因型个体占30%＋50%×1/4＝42.5%，aa基因型个体占20%＋50%×1/4＝32.5%，Aa基因型个体占1－42.5%－32.5%＝25%，则a的基因频率为32.5%＋1/2×25%＝45%，A的基因频率为1－45%＝55%。故选D。答案：D

2．(2023·湖北高考)某二倍体动物种群有100个个体，其常染色体上某基因有A1、A2、A3三个等位基因。对这些个体的基因A1、A2、A3进行PCR扩增，凝胶电泳及统计结果如图所示。该种群中A3的基因频率是

(

)

A．52%

B．27%

C．26%

D．2%解析：该动物种群个体数为100，由题图可知，其中有2个个体的基因型为A3A3,15个个体的基因型为A1A3,35个个体的基因型为A2A3，则A3的基因频率＝(2×2＋15＋35)÷(100×2)×100%＝27%，B符合题意。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】[例1]

(2022·广东高考)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。如图为某地不同区域白车轴草种群中有毒个体比例，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．城市化进程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[解析]

草食动物和白车轴草之间的种间关系为捕食，据题干信息“H和D同时存在时，个体产HCN，能抵御草食动物的采食”可知，草食动物是白车轴草种群进化的选择压力，A正确；根据曲线图可知，从市中心到市郊再到乡村，白车轴草种群中产HCN个体比例增加，说明城市化进程会影响白车轴草种群的进化，B正确；与乡村相比，市中心种群中产HCN个体比例小，即基因型为D_H_的个体所占比例小，则与乡村相比，市中心种群中d和h的基因频率更高，C正确；基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合，基因重组不会影响种群中H、D的基因频率，D错误。[答案]

D[例2]

(2023·浙江6月选考)浙江浦江县上山村发现了距今1万年的稻作遗址，证明我国先民在1万年前就开始了野生稻驯化。经过长期驯化和改良，现代稻产量不断提高。尤其是袁隆平院士团队培育成的超级杂交稻品种，创造水稻高产新纪录，为我国粮食安全作出杰出贡献。下列叙述正确的是

(

)A．自然选择在水稻驯化过程中起主导作用B．现代稻的基因库与野生稻的基因库完全相同C．驯化形成的现代稻保留了野生稻的各种性状D．超级杂交稻品种的培育主要利用基因重组原理[解析]

在水稻驯化过程中起主导作用的是人工选择，A错误；经过长期驯化和改良后，现代稻的基因库与野生稻的基因库不完全相同，B错误；驯化形成的现代稻并没有保留野生稻的各种性状，野生稻的某些性状在长期驯化过程中可能已消失，C错误；超级杂交稻品种的培育属于杂交育种，利用了基因重组原理，D正确。[答案]

D归纳拓展————————————————————————————变异与选择之间的关系(1)变异是不定向的，在自然选择的作用下，基因频率发生定向改变，导致自然选择是定向的。(2)自然选择的过程十分缓慢，其结果符合优胜劣汰、适者生存的原则。——————————————————————————————【应用·体验】1．(2021·天津和平区高一检测)下列有关变异和进化的说法，正确的是

(

)A．自然选择决定了基因突变的方向B．若没有外界因素的影响，基因就不会发生突变C．自然界中即使没有突变发生，生物也会进化D．在生物进化过程中，显性基因频率比隐性基因频率增加得快解析：基因突变是不定向的，自然选择决定生物进化的方向，但不能决定基因突变的方向，A错误；若没有外界因素的影响，在生物体内部因素的作用下，基因也会发生突变，B错误；突变和基因重组、自然选择等都会导致种群的基因频率发生变化，因此自然界中即使没有突变发生，生物也会进化，C正确；在生物进化过程中，种群基因频率总是变化的，而基因频率的改变方向决定于自然选择，显性基因频率与隐性基因频率增加的快慢取决于哪种性状表现更能适应当前环境，D错误。答案：C

2．等位基因F＋、F控制某食草昆虫的长翅和短翅，原种群中F＋基因频率为80%，随机分布到三座孤岛上后因风力较大，阻碍了孤岛间个体基因交流。下列说法正确的是

(

)A．该昆虫原种群中杂合长翅个体所占比例约为16%B．孤岛上该昆虫种群中F基因频率可能会升高C．新出现的无翅个体是大风环境造成的基因突变且突变率与风力大小呈正相关D．每个岛屿上的种群个体间自由交配，种群基因频率不发生变化解析：F＋基因控制长翅，其基因频率为80%，则该昆虫原种群中，杂合长翅个体的比例约为80%×20%×2＝32%，A错误；孤岛上风力大，长翅昆虫不易成活，而短翅食草昆虫的生存机会增大，从而导致孤岛上该昆虫种群中F基因频率可能会升高，B正确；基因突变是不定向的，大风不能使该昆虫产生无翅突变体，仅起选择作用，C错误；每个岛屿上自然选择等因素会导致种群基因频率发生改变，D错误。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，是否说明二者不是同一物种？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内容物种形成生物进化标志生殖隔离出现种群基因频率改变变化后生物与原生物的关系属于不同物种可能属于一个物种二者关系生物进化的实质是种群基因频率的改变，这种改变可大可小，不一定会突破物种的界限，生物进化不一定会导致新物种的形成【典题·例析】[例1](2022·湖南高考)稻蝗属的三个近缘物种①日本稻蝗、②中华稻蝗台湾亚种和③小翅稻蝗中，①与②、①与③的分布区域有重叠，②与③的分布区域不重叠。为探究它们之间的生殖隔离机制，进行了种间交配实验，结果如表所示。下列叙述错误的是(

)交配(♀×♂)①×②②×①①×③③×①②×③③×②交配率/%081624618精子传送率/%0000100100注：精子传送率是指受精囊中有精子的雌虫占确认交配雌虫的百分比。A．实验结果表明近缘物种之间也可进行交配B．生殖隔离与物种的分布区域是否重叠无关C．隔离是物种形成的必要条件D．②和③之间可进行基因交流[解析]

由表格中的交配率的结果可知，近缘物种之间也可进行交配，A正确；已知①与②、①与③的分布区域有重叠，②与③的分布区域不重叠，但从交配率和精子传送率来看，说明生殖隔离与物种的分布区域是否重叠无关，B正确；隔离包括地理隔离和生殖隔离，隔离是物种形成的必要条件，C正确；②和③之间的分布区域不重叠，故存在地理隔离；两者属于两个近缘物种，表中②×③交配精子传送率100%，即使交配成功，由于存在生殖隔离，也不能进行基因交流，D错误。[答案]

D[例2]如图表示渐变式新物种形成的基本环节，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．下列关于物种和隔离的叙述，错误的是

(

)A．物种是生物分类的基本单位B．二倍体西瓜与四倍体西瓜属于同一物种C．不同的物种之间必然存在着生殖隔离D．虽然马和驴交配能产生骡，但其属于不同物种解析：二倍体西瓜与四倍体西瓜之间存在着生殖隔离，属于不同的物种。故选B。答案：B

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。2．方法步骤【素养评价】1．某文章称随着全球范围内抗生素的广泛和大量应用，抗药细菌不断出现，它可以通过多种途径对抗生素产生抗药性，抗生素在不久的将来有可能成为一堆废物。请分析抗生素对细菌抗药性的产生所起的作用

(

)A．抗生素的不断使用，使细菌逐渐适应而产生抗药性B．细菌的变异是不定向的，抗生素对细菌进行了定向选择C．细菌的变异是定向的，抗生素对细菌进行了定向选择D．抗生素使细菌产生了定向变异解析：细菌抗药性在使用抗生素之前就已存在，而不是由于抗生素的不断使用，A错误；细菌的变异是不定向的，抗生素对细菌进行了定向选择，使具有抗药性的细