新教材适用2024-2025学年高中生物第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第1课时种群基因组成的变化学案新人教版必修2

第3节种群基因组成的变更与物种的形成第1课时种群基因组成的变更课标要求1．举例说明种群内的某些可遗传变异将给予个体在特定环境中的生存和繁殖优势。2．阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增加。3．说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。核心素养1．阐述种群、种群基因库、基因频率等概念的内涵。(生命观念)2．运用数学方法探讨种群基因频率的变更。(生命观念、科学思维)一、种群和种群基因库基础学问·双基夯实1．种群是生物进化的基本单位自然选择干脆作用的是生物的个体，而且是个体的_表型__，但个体的_表型__也会随着个体的死亡而消逝，确定表型的_基因__却可以随着生殖而世代持续，并且在群体中扩散，因此，探讨生物的进化，除了探讨个体和表型外，还必需探讨群体_基因组成__的变更。2．种群和种群基因库(1)种群概念：生活在肯定区域的_同种__生物全部个体的集合。(2)种群特点a．种群中的个体并不是机械地集合在一起。b．一个种群其实就是一个_繁殖__的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的_基因__遗传给后代。c．种群在繁衍过程中，个体有新老交替，_基因__却代代相传。(3)基因库和基因频率a．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。b．基因频率Ⅰ.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。Ⅱ.计算公式：某基因的基因频率＝eq\f(该基因的数目,该基因与其等位基因的总数)×100%。活|学|巧|练1.一个种群中某基因占全部基因数的比值叫作基因频率。(×)2．在环境条件保持稳定的前提条件下，种群的基因频率不会发生变更。(×)3．若亲子代间基因频率不变，基因型频率也肯定不变。(×)4．种群是生物进化的基本单位，自然选择的干脆选择对象是个体的表型。(√)合|作|探|究1.从遗传学上看，金鱼都是鲫鱼的“变种”。生活在同一个池塘中不同类型的金鱼可以杂交，产生表型差异较大的各种金鱼。(1)生活在同一个池塘中的全部金鱼构成了一个种群。为什么生物进化的基本单位是种群而不是个体？(2)这个种群中的金鱼所含有的基因相同吗？该种群的全部个体所含有的全部基因叫作什么？提示：(1)种群中的个体并不是机械地集合在一起的。一个种群其实就是一个繁殖单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。(2)不完全相同；基因库。2．某昆虫种群中确定翅色为绿色的基因为A，确定翅色为褐色的基因为a，抽样调查100个个体，测得基因型为AA、Aa、aa的个体数分别为30、60、10个。假设该昆虫种群特别大，全部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A和a都不产生突变。依据孟德尔的分别定律计算并回答问题：(1)依据上述完成下表：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%)子一代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子一代基因频率A(60%)a(40%)子二代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子二代基因频率A(60%)a(40%)(2)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？(3)要使种群的基因频率不发生变更，此种群应具备哪些条件？(4)同时具备(3)题条件的种群存在吗？这说明白什么？提示：(2)子三代以及若干代以后，种群的基因频率与子一代一样。(3)要使种群基因频率世代不变，要满意以下条件：①种群特别大；②种群中全部的雌雄个体间都能自由交配并产生后代；③没有基因突变；④没有迁入和迁出；⑤没有自然选择(不同个体生存和繁殖的机会是相等的)。(4)不存在。自然界种群的基因频率肯定发生变更。归|纳|提|升自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变更规律交配方式基因频率基因型频率自交不变更变更，且纯合子增多，杂合子削减自由交配处于遗传平衡不变更不变更不处于遗传平衡变更变更[易错警示](1)影响基因频率的因素不只是环境，还有突变、生物的迁移等。(2)基因频率不变更，基因型频率不肯定保持不变。如杂合子Aa自交后代，基因频率不变，而基因型频率变更。典例1已知一批豌豆种子中AA和Aa个体的数目之比为1∶2，在自然状态下种植，若不同植株牢固率相同，每一代都淘汰aa的植株，则F2中AA∶Aa为(C)A．3∶2 B．5∶4C．7∶2 D．19∶8解析：这批豌豆中，AA占1/3，Aa占2/3，其中1/3AA自交后代不发生性状分别，基因型均为AA；2/3Aa自交后代发生性状分别，后代为2/3×(1/4AA、1/2Aa、1/4aa)，F1中，AA、Aa、aa的数量之比为(1/3＋2/3×1/4)∶(2/3×1/2)∶(2/3×1/4)＝3∶2∶1，淘汰aa的植株后，AA占3/5、Aa占2/5，其中3/5AA自交后代不发生性状分别，基因型均为AA；2/5Aa自交后代发生性状分别，后代为2/5×(1/4AA、1/2Aa、1/4aa)，F2中，AA、Aa、aa的数量之比为(3/5＋2/5×1/4)∶(2/5×1/2)∶(2/5×1/4)＝7∶2∶1。变式训练❶(2024·湖北省高一期末)现有一个由AA、Aa、aa三种基因型个体组成的动物种群，已知该种群中具有繁殖实力的个体之间通过随机交配进行繁殖，而aa个体不具有繁殖实力。该种群繁殖一代，若子代中AA∶Aa∶aa＝9∶6∶1，则亲代中AA、Aa和aa的数量比可能为(B)A．4∶3∶4 B．5∶5∶1C．6∶2∶3 D．4∶1∶4解析：设亲代具有繁殖实力的个体中AA的比例为x，则Aa的比例为1－x，产生的配子A的比例为x＋(1－x)/2＝(1＋x)/2，a配子的比例为(1－x)/2，随机交配的后代中，AA所占的比例为[(1＋x)/2]2＝9/16，可求得x＝1/2，即该种群具有繁殖实力的个体中AA和Aa所占比例均为1/2，但亲本中aa的数量无法计算，故选项B符合题意。二、种群基因频率的变更及自然选择对种群基因频率变更的影响基础学问·双基夯实1．种群基因频率的变更(1)可遗传变异的来源eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(突变\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(基因突变,染色体变异)),基因重组))(2)可遗传变异的形成、特点和作用a．形成：_基因突变__产生新的等位基因；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__。b．特点：随机的、_不定向的__。c．作用：只是供应生物进化的_原材料__，不能确定生物进化的方向。(3)突变的有利和有害是相对的，是由_生存环境__确定的。2．自然选择对种群基因频率变更的影响(1)缘由：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)结果：在自然选择的作用下，_种群的基因频率__会发生定向变更，导致生物朝着肯定的方向不断进化。活|学|巧|练1.从根本上讲，没有突变，就没有生物的进化。(√)2．突变具有低频性，不能为生物进化供应原材料。(×)3．有害突变不能成为生物进化的原材料。(×)4．全部变异都不能确定生物进化的方向，但都能供应进化的原材料。(×)合|作|探|究桦尺蛾的体色受一对等位基因S和s限制，黑色(S)对浅色eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(s))是显性的。桦尺蛾种群的基因型频率分别为SS10%，Ss20%，ss70%。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)，使得种群中浅色个体每年削减，黑色个体每年增加。(1)请分析S、s基因产生的缘由，并分析可遗传变异在生物进化中的意义。(2)依据基因型频率计算每年基因频率，将结果写在下表中(结果取整数)。计算项目第1年占比第2年占比第3年占比基因型频率SS10%11.5%13%Ss20%23%26%ss70%65.5%61%基因频率S20%①23%③26%s80%②77%④74%结论：自然选择会使种群基因频率发生_定向__变更。(3)依据上面的数据分析，树干变黑的环境对桦尺蛾浅色个体的诞生率有影响吗？树干变黑的环境对桦尺蛾体色基因频率产生了什么影响？(4)自然选择在基因频率变更的过程中有什么作用？提示：(1)S和s基因是通过基因突变产生的。基因突变为生物进化供应了原材料，基因重组和染色体变异也是生物变异的重要来源。可遗传变异产生了大量的不定向的变异，为生物的进化供应了原材料。(3)有影响。很多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食。树干变黑的环境使限制浅色的s基因频率渐渐下降，S基因频率渐渐提高。(4)自然选择使种群的基因频率发生定向变更，自然选择确定了生物的进化方向。归|纳|提|升有关基因频率与进化的分析和总结(1)影响种群基因频率变更的因素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干脆引起基因频率的变更，基因重组只变更了基因型频率，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更。(2)自然选择确定生物进化的方向(3)进化的实质是种群基因频率的变更。(4)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种群基因频率的变更是定向的。④生物进化的方向是定向的。典例2(2024·山东潍坊高一期末)某果蝇种群中的个体自由交配，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时间段都经验多代繁殖过程，定期随机抽取100个个体，测得基因型为AA、aa的个体数量变更曲线如图所示。下列相关叙述错误的是(B)A．在Ⅰ时间段内A的基因频率是40%B．在Ⅱ时间段内出现的变更是基因突变造成的C．在Ⅰ→Ⅲ时间段内该果蝇种群发生了进化D．同一基因型个体在不同时期适应环境的实力是不同的解析：分析题图可知，在Ⅰ时间段，AA＝20个，aa＝40个，Aa＝40个，该阶段a的基因频率＝(40×2＋40)÷200×100%＝60%，A的基因频率＝(20×2＋40)÷200×100%＝40%，A正确；在Ⅱ时间段内出现的变更是自然选择造成的，B错误；在Ⅲ时间段AA＝40个，aa＝20个，Aa＝40个，该时间段a的基因频率＝(20×2＋40)÷200×100%＝40%，A的基因频率＝(40×2＋40)÷200×100%＝60%。生物进化的实质是种群基因频率的变更，在Ⅰ→Ⅲ时间段，A和a的基因频率发生了变更，说明种群发生了进化，C正确；通过曲线图的变更可知，同一基因型个体在不同时期适应环境的实力是不同的，D正确。变式训练❷镰状细胞贫血由基因突变引起，其致病基因为隐性基因(用a表示)。只有隐性纯合子才会发病，携带者不发病且对疟疾的反抗力高于正常人。在非洲某些疟疾流行的地区，携带者比例在20%左右；现在美洲黑人中携带者的比例已降到了8%。下列叙述错误的是(A)A．非洲疟疾流行地区a基因的基因频率大约为30%B．美洲黑人中a基因频率的下降是自然选择的结果C．非洲疟疾流行地区，镰状细胞贫血致病基因携带者的比例可能会增加D．在肯定外界条件下，突变基因的有害性与有利性是可以转化的解析：依据题干信息无法计算出非洲疟疾流行地区a基因的基因频率，A项错误；基因频率的变更是自然选择的结果，B项正确；非洲疟疾流行地区，镰状细胞贫血致病基因携带者不发病，且对疟疾的反抗力更高，更适应环境，所以其所占比例可能会增加，C项正确；在肯定外界条件下，突变基因的有害性与有利性是可以转化的，D项正确。三、探究抗生素对细菌的选择作用基础学问·双基夯实1．原理：一般状况下，肯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__。在试验室连续培育细菌时，假如向培育基中添加抗生素，耐药菌有可能存活下来。2．目的要求：通过视察细菌在含有抗生素的培育基上的生长状况，探究抗生素对细菌的_选择作用__。3．方法步骤(1)用记号笔在培育皿的底部画2条相互垂直的直线，将培育皿分为4个区域，分别标记为①～④。(2)取少量细菌的培育液，用_无菌的涂布器__匀称地涂抹在培育基平板上。(3)用无菌的镊子先夹取1张_不含抗生素__的纸片放在①号区域的中心，再分别夹取1张_抗生素__纸片放在②～④号区域的中心，盖上皿盖。(4)将培育皿倒置于37℃的恒温箱中培育12～16h。(5)视察培育基上细菌的生长状况。纸片旁边是否出现了抑菌圈？假如有，测量和记录每个试验组中_抑菌圈的直径__，并取平均值。(6)从_抑菌圈边缘__的菌落上挑取细菌，接种到已灭菌的液体培育基中培育，然后重复步骤(2)～(5)。如此重复几代，记录每一代培育物抑菌圈的直径。留意：试验结束后，应将耐药菌、培育基、纸片等进行_高温灭菌__处理。4．结果：在培育基上_有__(填“有”或“无”)细菌生长，在放有抗生素纸片的区域_无__(填“有”或“无”)细菌生长。连续培育几代后，抑菌圈的直径会_变小__。5．结论：抗生素对细菌具有_定向选择__作用。活|学|巧|练1.细菌在抗生素的诱导作用下产生了抗药性基因。(×)2．本试验所运用的涂布器、培育皿等都要进行灭菌处理。(√)合|作|探|究1.为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？提示：抗生素能够杀死细菌，抑菌圈边缘抗生素浓度较低，可能存在具有耐药性的细菌，因此要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌。2．在本试验的培育条件下，耐药菌所产生的变异是有利还是有害的？你怎么理解变异是有利还是有害的？提示：有利的，变异的有利或有害取决于生物所处的环境条件，在本试验的环境条件下，耐药性强的细菌的存活率高，故为有利变异。有利于细菌的变异对人类可能是有害的，面对不同的主体，应辩证地看待变异的有利或有害。3．滥用抗生素的现象特别普遍。例如，有人生病时觉得去医院很麻烦，就干脆吃抗生素；有的禽畜养殖者将抗生素添加到动物饲料中。你认为这些做法会有什么后果？提示：滥用抗生素会使病菌的抗药基因不断积累，具有抗药性的细菌不断增多，导致抗生素药物失效。归|纳|提|升(1)抗生素不是诱变因子，因此细菌耐药性变异的产生与抗生素无关。(2)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)滤纸片上的抗生素杀死了其四周的细菌，使其不能形成菌落而出现抑菌圈。(4)耐药菌产生的机理典例3(2024·青岛高一期末)利用“抗生素纸片扩散法”视察某细菌在含有抗生素的培育基上的生长状况，可探究抗生素对细菌的选择作用。下列关于该试验的说法，错误的是(B)A．试验中应将不含抗生素的纸片和抗生素纸片分别放置在培育基的不同区域B．试验结果显示在抗生素纸片的区域出现抑菌圈，不能支持基因突变是普遍存在的C．从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌接着培育，连续选择几代后抑菌圈的直径会变小D．在本试验条件下，细菌产生的耐药性变异是有利变异解析：为探讨抗生素对细菌的选择作用，试验中采纳了不含抗生素的纸片作为比照，并将不含抗生素的纸片和抗生素纸片分别放置在培育基的不同区域，A正确；抗生素纸片区域出现抑菌圈，支持基因突变具有普遍性，B错误；抑菌圈边缘的菌落对该抗生素不敏感，从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌接着培育，连续选择几代后抑菌圈的直径会变小，C正确；在本试验中，能够耐药的细菌生存下来，不能耐药的细菌不能生长繁殖，因此在抗生素的选择下，细菌产生的耐药性变异是有利变异，D正确。变式训练❸为探究两种抗生素对某细菌的抑菌效果，设计如下图所示试验方案，在无菌固体培育基表面上涂布被检测的细菌，放置甲、乙和丙三个圆形滤纸片(抗生素可在培育基扩散，滤纸片四周出现抑菌圈的大小能反映其抑菌效果)，下列说法错误的是(D)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．丙滤纸片起到比照作用D．此方法可检测抗生素对病毒的抑制效果解析：分析题图可知，浸泡过抗生素b的滤纸片四周的抑菌圈最大，说明抗生素b的抑菌效果最好，A项正确；该试验中两种抗生素的浓度应相同，目的是保证单一变量，B项正确；浸泡过无菌水的丙组应为空白比照组，C项正确；抗生素可抑制细菌生长，但不能抑制病毒的繁殖，且病毒并不能在固体培育基上生长繁殖，故不能用此方法检测抗生素对病毒的抑制效果，D项错误。故选D项。一、种群中基因频率的计算规律通过定义法(个体数)计算基因频率(1)若某基因在常染色体上或X、Y染色体同源区段上，则基因频率＝eq\f(该基因总数,该种群个体数×2)×100%。(2)若某基因只出现在X染色体上，则基因频率＝eq\f(该基因总数,2×女性个体数＋男性个体数)×100%。典例4在一次红绿色盲的调查中，共调查男女各200名，调查发觉，女性红绿色盲基因的携带者有15人，患者有5人，男性患者有11人。那么这个群体中红绿色盲基因的频率是(B)A．4.5% B．6%C．9% D．7.8%解析：因为女性的性染色体组成为XX，男性为XY，红绿色盲基因(用b表示)及其等位基因(用B表示)只位于X染色体上，所以基因b共有15×1＋5×2＋11×1＝36(个)，因此红绿色盲基因的频率＝eq\f(36,200×2＋200)×100%＝6%。二、依据基因型频率计算基因频率的方法(针对位于常染色体上或X、Y染色体同源区段上的基因)A的基因频率＝AA的基因型频率＋eq\f(1,2)Aa的基因型频率；a的基因频率＝aa的基因型频率＋eq\f(1,2)Aa的基因型频率。典例5某小麦种群中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，则病害发生前后该种群中T的基因频率分别是(B)A．50%、50% B．50%、62.5%C．62.5%、50% D．50%、100%解析：由题意可知，病害发生前的各种基因型频率是TT＝20%、Tt＝60%、tt＝20%，所以病害发生前T的基因频率＝20%＋eq\f(1,2)×60%＝50%；病害发生后，tt个体全部死亡，TT的基因型频率为20%÷(20%＋60%)＝25%，Tt的基因型频率为60%÷(20%＋60%)＝75%，所以病害发生后T的基因频率＝25%＋eq\f(1,2)×75%＝62.5%。三、运用男性基因型频率计算该地区X染色体上基因频率(以红绿色盲为例)红绿色盲为伴X染色体隐性遗传病，色盲基因b位于X染色体上，男性中色盲占x%，则此地区Xb(男性中的＝女性中的＝人群中的)的基因频率也为x%，此地区女性中色盲率则为(x%)2。典例6(2024·湖南娄底质检)在一个种群中(雌∶雄＝1∶1)，XBXB的个体占20%，XbXb的个体占10%，XbY的个体占20%，则XB和Xb的基因频率分别是(A)A．60%,40% B．80%,20%C．40%,60% D．70%,30%解析：因为这个种群中雌∶雄＝1∶1，XBXB的个体占20%，XbXb的个体占10%，所以XBXb的个体占20%；XbY的个体占20%，XBY应占30%，XB的基因频率＝(20%×2＋20%＋30%)÷(50%×2＋50%)＝60%，所以Xb的基因频率为40%，A正确，B、C、D错误。四、依据遗传平衡定律计算基因频率和基因型频率1．前提：在志向种群中。(1)种群足够大。(2)全部雌、雄个体之间自由交配并产生后代。(3)没有迁入和迁出。(4)没有自然选择。(5)没有基因突变。2．计算公式：当等位基因只有两个(设为A、a)时，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；(p＋q)2＝p2＋2pq＋q2＝1。若已知某种纯合子的基因型频率，即可干脆开方求出相应基因的频率。如在进行有性生殖的志向种群中，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。3．自交与自由交配后代的基因频率、基因型频率的变更分析(1)某种群的全部个体自交，若没有进行选择，则自交后代的基因频率不变，基因型频率会变更，并且杂合子的基因型频率降低，纯合子的基因型频率上升。(2)某种群的全部个体随机交配，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变更。典例7在某植物种群中，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基因频率的变更依次为(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：该种群中，A基因频率＝16%＋eq\f(1,2)×(1－16%－36%)＝40%，a基因频率为60%。依据遗传平衡定律可知，随机交配后，基因频率及基因型频率不变。而自交的结果为16%AA16%AA,48%Aa48%eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)AA∶\f(1,2)Aa∶\f(1,4)aa))＝12%AA∶24%Aa∶12%aa；因