第1课时种群基因组成的变化

第3节种群基因组成的变化与物种的形成第1课时种群基因组成的变化课程标准要求核心素养对接学业质量水平阐明具有优势性状的个体在种群中所占的比例将会增加。1.生命观念——认同种群是生物繁殖和进化的基本单位，理解基因频率和基因型频率的概念；基于分析和概括，理解突变和重组是不定向的，只能为进化提供原材料，而自然选择是定向的，决定着生物进化的方向。水平二2.科学思维——利用数学方法，探讨自然选择会导致种群基因频率发生定向改变。水平二3.社会责任——通过探究抗生素对细菌的选择作用，理解耐药菌的出现是可遗传变异的结果，耐药菌比例的增大是抗生素选择的结果，初步建立合理使用抗生素的科学观念。水平三种群和种群基因库———————————————自主梳理———————————————同种全部个体繁殖基因全部个体基因全部等位基因数[典例1]

某种群中含有基因型为AA的个体300个，Aa的个体200个，aa的个体500个，则该种群中a的基因频率为(

) A.40% B.60% C.50% D.70%

答案

B[对点练1]B/b是仅位于果蝇X染色体上的一对等位基因。现有一果蝇种群，雌雄各1000只。其中，基因型为XBXB的果蝇200只，基因型为XbXb的果蝇300只，基因型为XBY的果蝇600只。该果蝇种群中b的基因频率为(

) A.40% B.60% C.50% D.70%

解析雌果蝇中XBXB、XBXb和XbXb的数目分别为200、500和300只；而雄果蝇中XBY和XbY的数目分别为600只和400只，所以b的基因频率＝(500＋300×2＋400)/(1000×2＋1000)×100%＝50%。

答案

C———————————————素养提升———————————————构建种群基因组成变化的数学模型在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因。假设该昆虫种群非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，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，据此内容回答下列问题：(1)计算出亲代种群中AA、Aa和aa三种基因型个体所占的比例(即AA、Aa和aa的基因型频率)，填入下表相应位置。(2)根据孟德尔的分离定律，计算出该亲代种群产生的A配子的比例(即A的基因频率)p和a配子的比例(即a的基因频率)q，填入下表相应位置。显、隐性配子的比例就是显隐性基因的基因频率(3)计算出亲代种群雌雄个体随机交配所产生的子一代的基因型频率和基因频率，填入下表相应位置。(4)求出子一代自由交配所产生的子二代的基因型频率和基因频率，填入下表相应位置。(5)求出子二代自由交配所产生的子三代的基因型频率和基因频率，填入下表相应位置。基因型频率＝该基因型个体数/该种群个体总数×100%由表可知，子二代、子三代以及以后若干代，种群的基因频率和基因型频率都与

(填“亲代”或“子一代”)一样。

基因型频率基因频率AAAaaaA(p)a(q)亲代______________________________子一代______________________________子二代______________________________子三代______________________________30%60%10%60%40%36%48%16%60%40%36%48%16%60%40%36%48%16%60%40%子一代解析已知某种群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，则A的基因频率＝20%＋1/2×80%＝60%，a的基因频率＝1/2×80%＝40%，根据遗传平衡定律，其随机交配繁殖一代后，AA基因型频率＝60%×60%＝36%，Aa的基因型频率＝2×60%×40%＝48%，aa的基因型频率＝40%×40%＝16%，其中aa为致死型，因此AA基因型的个体占36/(36＋48)＝3/7，C正确。答案

C联想质疑【易错提示】(1)一个种群包括该区域内该种生物的所有属性(所有性别、所有年龄等等)的全部个体；(2)常染色体上A的基因频率计算公式为(AA个体数×2＋Aa个体数)/(种群个体总数×2)×100%，a的基因频率计算公式为(aa个体数×2＋Aa个体数)/(种群个体总数×2)×100%；(3)X染色体上b的基因频率计算公式为：(XbXb个体数×2＋XBXb个体数＋XbY个体数)/(雌性个体总数×2＋雄性个体总数)×100%；X染色体上B的基因频率计算公式为：(XBXB个体数×2＋XBXb个体数＋XBY个体数)/(雌性个体总数×2＋雄性个体总数)×100%。【拓展】遗传平衡定律(哈迪—温伯格定律)(1)使用条件：①种群非常大；②所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代；③没有迁入和迁出；④不同表型的个体生存和繁殖的机会是均等的；⑤基因A及其等位基因a都不产生突变。(2)实质与性质：同时满足上述5个条件的种群，处于遗传平衡状态，其种群基因频率和基因型频率将世代保持不变。(3)数学表达式：若A的基因频率为p，a的基因频率为q，且p＋q＝1；则AA的基因型频率＝p2，aa的基因型频率＝q2，Aa的基因型频率＝2pq，且p2＋2pq＋q2＝1。【方法归纳】———————————————自主梳理———————————————1.基因突变使种群基因频率发生变化的原因

基因突变产生新的

，这就可以使种群的基因频率发生变化。种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响等位基因2.可遗传的变异提供了生物进化的原材料染色体变异随机性不定向性3.探究自然选择对种群基因频率变化的影响 (1)提出问题：

？ (2)作出假设：

。 (3)实验思路与结果：1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS为10%，Ss为20%，ss为70%，S基因的频率为20%。在树干变黑这一环境条件下，假如树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使得种群中浅色(ss)个体每年减少10%，黑色(SS和Ss)个体每年增加10%。完成下列表格：(注意：不同年份该种群的个体总数可能有所变化)如何解释桦尺蛾种群中s基因的频率越来越低的现象自然选择使桦尺蛾种群的基因频率发生定向改变

第1年第2年第3年第4年……基因型频率SS10%11.5%____________……Ss20%22.9%____________……ss70%65.6%____________……基因频率S20%23%____________……s80%77%____________……13%14.6%26%29.2%61%56.2%26%29.2%74%70.8%将环境的作用的大小进行调整，比如将浅色个体每年减少的数量百分比调高点，重新进行相关计算，得出结果。(4)分析结果，得出结论：自然选择可以

种群的基因频率，且环境的选择作用越大，改变的幅度也越

。定向改变大4.自然选择使种群的基因频率发生定向改变多提高下降定向改变[典例3]

(2019·通州区期末)家蝇对拟除虫菊酯类杀虫剂产生抗性，原因是神经细胞膜上某通道蛋白中的一个亮氨酸替换为苯丙氨酸。如表是对某市不同地区家蝇种群对该杀虫剂的敏感性和抗性基因型频率调查分析的结果。下列叙述正确的是(

)家蝇种群来源敏感型纯合子/%抗性杂合子/%抗性纯合子/%甲地区78202乙地区64324丙地区84151A.甲地区家蝇种群中抗性基因频率为22%B.乙地区抗性基因频率相对较高是杀虫剂选择的结果C.目前在三地区使用拟除虫菊酯类杀虫剂效果最不明显的应该是丙D.上述通道蛋白中氨基酸改变的根本原因是在基因表达过程中出现了差错解析由表格信息可知，甲地区抗性纯合子的基因型频率是2%，抗性杂合子基因型频率是20%，则抗性基因频率是2%＋20%÷2＝12%，A错误；乙地区抗性基因频率相对较高是杀虫剂选择的结果，B正确；由表格信息可知，目前在三地区使用拟除虫菊酯类杀虫剂效果最不明显的应该是乙，C错误；通道蛋白中氨基酸改变的根本原因可能是基因碱基替换的结果，D错误。答案

BA.自然选择过程中，直接受选择的是表现型，进而导致基因频率的改变B.在甲选择条件下，显性基因的频率可以降为零C.乙为自然选择对隐性基因不利时的曲线D.该种群基因频率的变化只与环境的选择作用有关解析自然选择过程中，直接受选择的是表现型而不是基因型，进而导致基因频率的改变，A正确；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，种群相应的基因频率会不断提高，因此一般来说频率高的基因控制后代的性状会更适应环境，相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应的基因频率会下降。在持续选择的条件下，控制不利变异的基因频率有可能降至为0，B正确；当自然选择对隐性基因不利时，aa个体的生存能力低，AA、Aa生存能力高，A基因频率增加的速率较慢，因此乙曲线可以表示当自然选择对隐性基因不利时显性基因频率变化曲线，C正确；种群基因频率的变化与突变和基因重组、迁入与迁出和环境的选择等多种因素有关，D错误。答案

D联想质疑【易错提示】(1)突变的有害和有利不是绝对的，取决于生物的生存环境；(2)染色体片段的缺失、重复和染色体数目变异能造成基因数目的变化，所以能引起种群基因频率的变化；而染色体片段的易位和倒位只改变了基因在染色体上的排列顺序，不改变基因的种类和比例，所以不会直接引起基因频率的变化。★工业化初期的桦尺蛾种群★工业化中后期的桦尺蛾种群【归纳总结】自然选择决定生物进化方向的原理【易错提示】(1)变异是不定向的，不能决定生物进化的方向，只能为生物进化提供原材料。自然选择是定向的，决定着生物进化的方向。(2)自然选择直接作用于生物的表现型而不是基因型，最终使种群的基因频率发生定向改变。1.实验原理一般情况下，一定浓度的

能杀死细菌，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

，

有可能存活下来。探究抗生素对细菌的选择作用———————————————自主梳理———————————————抗生素耐药性抗生素耐药菌2.实验步骤步骤1分组、编号、做标记用记号笔在培养皿的______画两条相互______的直线，将培养皿分为4个区域，分别标记为①～④步骤2接种取少量细菌的培养液，用________________(或无菌棉签)均匀地涂抹在____________上步骤3自变量控制用无菌的镊子先夹取1张__________的纸片放在的中央，再分别夹取1张________纸片放在的中央，盖上皿盖对照组①号区域②～④号区域实验组底部垂直无菌的涂布器培养基平板不含抗生素抗生素步骤4培养将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12～16h步骤5因变量观测观察培养基上纸片附近是否出现________，并测量、记录________的直径，并取平均值步骤6重复实验从__________的菌落上挑出细菌，接种到已灭菌的_______________中培养，重复步骤2～5。如此重复几代，记录每一代培养物抑菌圈的直径抑菌圈抑菌圈抑菌圈边缘液体培养基3.实验结果

与区域①相比，区域②③④纸片周围会出现抑菌圈；②③④区域抑菌圈的平均直径逐代越来越

。4.实验结论 ①细菌耐药性的出现是发生了

；②抗生素的选择作用导致了耐药菌比例的逐渐

。小可遗传的变异升高(1)细菌耐药性变异的产生与抗生素有关吗？为什么？提示无关。因为抗生素并非诱变因子。(2)细菌产生耐药性变异的过程是定向的吗？为什么？提示不是。因为细菌产生耐药性变异的过程属于基因突变，而基因突变具有不定向性。(3)为什么培养基中抗生素滤纸片周围会出现抑菌圈？提示因为滤纸片上的抗生素杀死了其周围的细菌，使其不能形成菌落而出现抑菌圈。(4)抗生素滤纸片周围的抑菌圈的直径为什么会逐代变小？提示因为经过抗生素的持续多代筛选，细菌的耐药性越来越强。[典例4]

(2019·遵义市期末)