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人教版 (2019)必修2《遗传与进化》一 种群基因组成的变化第1课时导学案
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这是一份人教版 (2019)必修2《遗传与进化》一 种群基因组成的变化第1课时导学案，共10页。学案主要包含了种群和种群基因库，种群基因频率的变化等内容，欢迎下载使用。
础知识·双基夯实
一、种群和种群基因库
二、种群基因频率的变化
1．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\c1(基因重组,\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(__基因突变__,__染色体变异__))))统称为__突变__
(2)可遗传变异是进化的原材料：
①可遗传变异的形成：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可遗传变异的特点eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(__随机性__,__不定向性__))
③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)可遗传的变异的利害性：变异的有利和有害是__相对__的，是由__生存环境__决定的。
(4)种群基因突变数＝个体基因数×__突变率__×个体数
2．自然选择对种群基因频率变化的影响
(1)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__。
(2)选择的结果：
①生物性状方面：朝着一定的方向不断进化。
②基因方面：种群__基因频率__会发生__定向__改变。
〔活学巧练〕
判断下列叙述的正误
(1)一个种群中某基因占所有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化。( × )
(3)若亲子代间基因频率不变，基因型频率也一定不变。( × )
(4)种群是生物进化的基本单位，自然选择的直接选择对象是个体的表型。( √ )
(5)从根本上讲，没有突变，就没有生物的进化。( √ )
(6)突变具有低频性，不能为生物进化提供原材料。( × )
(7)有害突变不能成为生物进化的原材料。( × )
〔思考〕
1．小麦有抗锈病(R)和不抗锈病(r)之分，在锈病病毒肆虐的季节中，基因频率会发生怎样的变化？
提示：具有抗锈病(R)基因的小麦在锈病病毒侵染中能适应环境，比例升高，所以R基因的频率会升高，r基因的频率会降低。
2．突变具有多害少利性，为什么还能为生物进化提供原材料？
提示：生物变异是否有利，取决于其生存的环境，微小的有利变异不断积累可能导致生物进化。
〔学霸记忆〕
1．种群是生物进化的基本单位。
2．基因库指一个种群中全部个体所含有的全部基因。
3．突变和基因重组提供进化的原材料。
4．变异的有利和有害是相对的，是由生存环境决定的。
5．自然选择导致种群基因频率的定向改变。
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
归纳提炼
种群与物种的区别与联系
①区别
a．范围：种群是较小范围内的同种生物的所有个体；物种是由分布在不同区域内的同种生物的许多种群组成的。
b．判断标准：种群必须具备“三同”，即同一时间、同一地点、同一物种；物种主要是具有一定的形态结构、生理功能和在自然条件下能相互交配并且产生可育后代(无生殖隔离)的一群生物。
②联系
a．一个物种可以包括许多种群。
b．同一个物种的多个种群之间存在着地理隔离，长期发展下去可成为不同的亚种，进而可能形成多个新物种。
2．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。
3．自然选择决定生物进化的方向
归纳整合
自然选择对种群基因频率变化的影响
(1)自然选择直接作用于个体的表型，但从根本上来说，选择的是某一基因，使基因频率发生定向变化。
(2)生物进化的实质是种群基因频率的变化。
(3)在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝一定的方向进化。
典例剖析
典例1 (2020·山东菏泽期末)下列有关种群基因库的叙述，不正确的是( B )
A．一个种群的基因库包括这个种群中全部个体所含有的全部基因
B．种群中每个个体都含有种群基因库的全部基因
C．生物的个体总是要死亡的，但是基因库却因种群个体的繁殖而代代相传
D．基因突变可以改变基因库的组成
[解析] 一个种群的基因库包括这个种群全部个体所含有的全部基因，A正确；种群基因库含有该种群全部个体的全部基因，但是每个个体不一定含有种群基因库的全部基因，B错误；基因库会通过种群个体的繁殖而代代相传，C正确；基因突变能产生新基因，可以改变基因库的组成，D正确。
┃┃变式训练1__■
(2020·北京石景山区高三期末)下列有关基因频率和生物进化的叙述，不正确的是( A )
A．进化总是由突变引起的，且变异个体总是适应环境的
B．自然选择导致种群基因频率发生定向改变
C．基因突变产生新基因，改变了种群的基因频率
D．在生物进化过程中，种群基因频率总是变化的
[解析] 突变和基因重组产生进化的原材料，但突变具有多害少利性，因此绝大多数变异个体是不能适应环境的，A项错误。
知识点 探究自然选择对种群基因频率变化的影响
要点归纳
以英国的曼彻斯特地区桦尺蠖体色变化为例进行分析，桦尺蠖的体色受一对等位基因S和s控制，黑色(S)对浅色(s)是显性的。在19世纪中叶以前，桦尺蠖几乎都是浅色型的，该种群中S基因的频率很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色的桦尺蠖却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。
(1)提出问题：如何解释桦尺蠖种群中s基因的频率越来越低的现象？
(2)作出假设：自然选择使桦尺蠖种群基因频率定向改变。
(3)讨论探究思路：创设数字化情境引导学生通过数学方法探究并验证假设。
(4)制订并实施探究方案
①创设数字化的问题情境。1870年，桦尺蠖种群的基因型频率分别为10%(SS)、20%(Ss)、70%(ss)，S基因的频率为20%。在树干变黑这一环境条件下，由于树干变黑不利于浅色桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。第2～10年间，该种群每年的基因型频率是多少？每年S、s基因的基因频率是多少？
②计算，将计算结果填入表中(如下表)。
③根据计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，如浅色个体每年减少50%，深色个体每年增加50%，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与前者数据比较。
④分析结果得出结论：自然选择作用可以定向改变种群的基因频率，且环境选择作用越大，改变的幅度也越大。
划重点
进化的实质——自然选择决定进化的方向
在自然选择作用下，种群的基因频率会发生定向的改变；具有有利变异的个体的相应基因频率不断提高，而具有不利变异的个体的相应基因频率会下降，导致生物朝着一定的方向不断进化。
典例剖析
典例2 桦尺蛾的体色受一对等位基因控制，其中黑色(s)对浅色(s)为显性。将某桦尺蛾种群分成两组，分别迁移到A、B两个区域，A地是煤炭工业重镇，B地是闭塞的山区，数年后抽样调查，结果如表所示。下列有关说法不正确的是( B )
A．A地S基因的频率为89%，B地S基因的频率为6%
B．A地的大部分s基因突变为S基因，故S基因的频率升高
C．从上述材料得知生物进化的方向是由自然选择决定的
D．从上述材料得知生物进化的实质就是种群基因频率的变化
[解析] 由题干中的数据可知，A地种群内S基因的频率＝[(80×2＋18)/(80×2＋18×2＋2×2)]×100%＝89%，s基因的频率＝1－89%＝11%；而B地种群内S基因的频率＝[(2×2＋8)/(100×2)]×100%＝6%，s基因的频率＝1－6%＝94%，A正确。由上述分析可知，A地种群内控制黑色的S基因的频率较高，而B地种群内控制浅色的s基因的频率较高，这与这两地种群的生活环境对其的选择有关，B错误。A地种群生活在污染严重的环境中，而B地种群生活在基本未受污染的环境中，可见生物进化的方向是自然选择决定的，生物进化的实质是种群的基因频率发生改变，C、D正确。
┃┃变式训练2__■
某地区有一种桦尺蛾，其体色受一对等位基因控制，其中黑色(S)对浅色(s)是显性。1870年以来，S基因频率的变化如下表，下列相关叙述中正确的是( C )
A．1870年种群中浅色个体比例为90%
B．从1900年至1960年，该物种始终没有进化
C．自然选择导致S的基因频率定向改变
D．到1990年该桦尺蛾已经进化成了两个物种
[解析] 1870年，S的基因频率为10%，则s的基因频率为90%，浅色个体(ss)的比例为90%×90%＝81%，A项错误；从1900年至1960年，S的基因频率在不断改变，而生物进化的实质是种群基因频率的定向改变，说明该物种发生了进化，B项错误；变异是不定向的，自然选择是定向的，它能决定种群基因频率的定向改变，C项正确；新物种形成的标志是种群间形成生殖隔离，到1990年，该桦尺蛾种群内还能进行基因间的交流，说明还没有形成新物种，D项错误。
指点迷津·拨云见日
一、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3 在一次红绿色盲的调查中，共调查男女各200名，调查发现，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、根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4 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%
三、根据遗传平衡定律计算基因频率和基因型频率
1．前提：在理想种群中。
(1)种群足够大；(2)所有雌、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。
3．自交与自由交配后代的基因频率、基因型频率的变化分析
(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5 (2020·四川成都七中高二上期中考试)一个随机交配的足够大的种群中，某一相对性状(由基因A、a控制)中显性性状的基因型的频率是0.36，则( A )
A．该种群繁殖一代后杂合子(Aa)的基因型频率是0.32
B．显性基因的基因频率大于隐性基因的基因频率
C．若该种群基因库中的基因频率发生变化，说明一定发生了基因突变
D．若该种群中A的基因频率为0.4，则表现为A基因所控制的性状的个体在种群中占40%
[解析] 显性基因频率小于隐性基因的基因频率，B错；基因频率发生改变，不一定是基因突变导致的，C错；A控制的性状个体的比例是1－0.36＝0.64，D错。
四、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 与外界隔离的某岛屿上，经调查该地区居民中白化病的致病基因频率为a，红绿色盲的致病基因频率为b，抗维生素D佝偻病的致病基因频率为c，下列有关叙述不正确的是( D )
A．正常个体中白化病携带者所占的概率为eq \f(2a,1＋a)
B．男性个体中患红绿色盲的个体所占的比例为b
C．不患抗维生素D佝偻病的女性个体占全部个体的eq \f(1－c2,2)
D．女性个体中同时患红绿色盲和抗维生素D佝偻病的占bc
[解析] 女性个体中同时患红绿色盲和抗维生素D佝偻病的占b2(2c－c2)，D错误。
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☞P111
1．(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的频率＝120÷200×100%＝60%；a的频率＝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：
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☞P112
1．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 种群中一个等位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的频率为18%＋78%×1/2＝57%，b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 ℃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，不能展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：如选择育种和人工杂交育种。
2．提示：如果气候等其他条件也合适，并且这个种群具有一定的繁殖能力，该种群的个体数会迅速增加。否则，也可能仍然处于濒危状态甚至灭绝。
3．(1)提示：有关联，由表中数据可知，抗生素使用得越多，细菌对该类抗生素的耐药率越高。
(2)提示：细菌中存在各种变异类型的个体，其中就有抗药性变异，当患者使用抗生素时，抗药性细菌能够存活，不抗药的个体被杀死，随着时间的推移，抗药性个体越来越多。
(3)提示：耐药预警机制的建立可以及早发现耐药菌的出现，防止超级细菌的产生，因为超级细菌没有特效药来治疗。
(4)提示：不滥用抗生素，要在医生的指导下合理使用。
探究·实践☞P115
结果与结论
1．提示：在培养基上有细菌生长。在放有抗生素纸片的区域没有细菌。
2．提示：连续培养几代后，抑菌圈的直径变小了，说明抗生素对细菌产生了选择作用。
讨论：
1．提示：纸片出现抑菌圈，这是抗生素作用的结果，只有从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌，才能得到耐药细菌。
2．提示：支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法。因为细菌的耐药性是由于基因突变而产生的，基因突变具有普遍性。
3．提示：耐药菌的出现对细菌来讲是有益的，因为只有这样才能存活下去；但是对于我们人类来讲是有害的，因为耐药菌的出现导致我们难以治愈疾病。所以，变异的有害还是有利是针对不同的环境来说的。
4．提示：根据自己的实验结果分析是否有效。
5．提示：滥用抗生素可能会使细菌产生耐药性，进而可能会出现超级细菌。滥用抗生素的实例，某些养殖户在饲料中添加抗生素；感冒、发烧时医生开了大量的抗生素等。
课程要求
核心素养
知识导图
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．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。(生命观念)
2．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。(科学思维)
3．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。(社会责任)
比较项目
含义
变化后与进化的关系
基因库
种群中全部基因
可导致生物进化，它的变化是形成新物种的前提
基因频率
eq \f(该基因数,全部等位基因数)×100%
导致生物进化
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
第1年
第2年
第3年
第4年
……
基因型
频率
SS
10%
11.5%
13%
14.6%
Ss
20%
22.9%
26%
29.2%
ss
70%
65.6%
61%
56.2%
基因
频率
S
20%
23%
26%
29.2%
s
80%
77%
74%
70.8%
区域
SS(%)
Ss(%)
ss(%)
A
80
18
2
B
2
8
90
年份
1870
1900
1930
1960
1990
S基因频率(%)
10
50
65
50
12
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%)
础知识·双基夯实
一、种群和种群基因库
二、种群基因频率的变化
1．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\c1(基因重组,\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(__基因突变__,__染色体变异__))))统称为__突变__
(2)可遗传变异是进化的原材料：
①可遗传变异的形成：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可遗传变异的特点eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(__随机性__,__不定向性__))
③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)可遗传的变异的利害性：变异的有利和有害是__相对__的，是由__生存环境__决定的。
(4)种群基因突变数＝个体基因数×__突变率__×个体数
2．自然选择对种群基因频率变化的影响
(1)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__。
(2)选择的结果：
①生物性状方面：朝着一定的方向不断进化。
②基因方面：种群__基因频率__会发生__定向__改变。
〔活学巧练〕
判断下列叙述的正误
(1)一个种群中某基因占所有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化。( × )
(3)若亲子代间基因频率不变，基因型频率也一定不变。( × )
(4)种群是生物进化的基本单位，自然选择的直接选择对象是个体的表型。( √ )
(5)从根本上讲，没有突变，就没有生物的进化。( √ )
(6)突变具有低频性，不能为生物进化提供原材料。( × )
(7)有害突变不能成为生物进化的原材料。( × )
〔思考〕
1．小麦有抗锈病(R)和不抗锈病(r)之分，在锈病病毒肆虐的季节中，基因频率会发生怎样的变化？
提示：具有抗锈病(R)基因的小麦在锈病病毒侵染中能适应环境，比例升高，所以R基因的频率会升高，r基因的频率会降低。
2．突变具有多害少利性，为什么还能为生物进化提供原材料？
提示：生物变异是否有利，取决于其生存的环境，微小的有利变异不断积累可能导致生物进化。
〔学霸记忆〕
1．种群是生物进化的基本单位。
2．基因库指一个种群中全部个体所含有的全部基因。
3．突变和基因重组提供进化的原材料。
4．变异的有利和有害是相对的，是由生存环境决定的。
5．自然选择导致种群基因频率的定向改变。
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
归纳提炼
种群与物种的区别与联系
①区别
a．范围：种群是较小范围内的同种生物的所有个体；物种是由分布在不同区域内的同种生物的许多种群组成的。
b．判断标准：种群必须具备“三同”，即同一时间、同一地点、同一物种；物种主要是具有一定的形态结构、生理功能和在自然条件下能相互交配并且产生可育后代(无生殖隔离)的一群生物。
②联系
a．一个物种可以包括许多种群。
b．同一个物种的多个种群之间存在着地理隔离，长期发展下去可成为不同的亚种，进而可能形成多个新物种。
2．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。
3．自然选择决定生物进化的方向
归纳整合
自然选择对种群基因频率变化的影响
(1)自然选择直接作用于个体的表型，但从根本上来说，选择的是某一基因，使基因频率发生定向变化。
(2)生物进化的实质是种群基因频率的变化。
(3)在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝一定的方向进化。
典例剖析
典例1 (2020·山东菏泽期末)下列有关种群基因库的叙述，不正确的是( B )
A．一个种群的基因库包括这个种群中全部个体所含有的全部基因
B．种群中每个个体都含有种群基因库的全部基因
C．生物的个体总是要死亡的，但是基因库却因种群个体的繁殖而代代相传
D．基因突变可以改变基因库的组成
[解析] 一个种群的基因库包括这个种群全部个体所含有的全部基因，A正确；种群基因库含有该种群全部个体的全部基因，但是每个个体不一定含有种群基因库的全部基因，B错误；基因库会通过种群个体的繁殖而代代相传，C正确；基因突变能产生新基因，可以改变基因库的组成，D正确。
┃┃变式训练1__■
(2020·北京石景山区高三期末)下列有关基因频率和生物进化的叙述，不正确的是( A )
A．进化总是由突变引起的，且变异个体总是适应环境的
B．自然选择导致种群基因频率发生定向改变
C．基因突变产生新基因，改变了种群的基因频率
D．在生物进化过程中，种群基因频率总是变化的
[解析] 突变和基因重组产生进化的原材料，但突变具有多害少利性，因此绝大多数变异个体是不能适应环境的，A项错误。
知识点 探究自然选择对种群基因频率变化的影响
要点归纳
以英国的曼彻斯特地区桦尺蠖体色变化为例进行分析，桦尺蠖的体色受一对等位基因S和s控制，黑色(S)对浅色(s)是显性的。在19世纪中叶以前，桦尺蠖几乎都是浅色型的，该种群中S基因的频率很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色的桦尺蠖却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。
(1)提出问题：如何解释桦尺蠖种群中s基因的频率越来越低的现象？
(2)作出假设：自然选择使桦尺蠖种群基因频率定向改变。
(3)讨论探究思路：创设数字化情境引导学生通过数学方法探究并验证假设。
(4)制订并实施探究方案
①创设数字化的问题情境。1870年，桦尺蠖种群的基因型频率分别为10%(SS)、20%(Ss)、70%(ss)，S基因的频率为20%。在树干变黑这一环境条件下，由于树干变黑不利于浅色桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。第2～10年间，该种群每年的基因型频率是多少？每年S、s基因的基因频率是多少？
②计算，将计算结果填入表中(如下表)。
③根据计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，如浅色个体每年减少50%，深色个体每年增加50%，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与前者数据比较。
④分析结果得出结论：自然选择作用可以定向改变种群的基因频率，且环境选择作用越大，改变的幅度也越大。
划重点
进化的实质——自然选择决定进化的方向
在自然选择作用下，种群的基因频率会发生定向的改变；具有有利变异的个体的相应基因频率不断提高，而具有不利变异的个体的相应基因频率会下降，导致生物朝着一定的方向不断进化。
典例剖析
典例2 桦尺蛾的体色受一对等位基因控制，其中黑色(s)对浅色(s)为显性。将某桦尺蛾种群分成两组，分别迁移到A、B两个区域，A地是煤炭工业重镇，B地是闭塞的山区，数年后抽样调查，结果如表所示。下列有关说法不正确的是( B )
A．A地S基因的频率为89%，B地S基因的频率为6%
B．A地的大部分s基因突变为S基因，故S基因的频率升高
C．从上述材料得知生物进化的方向是由自然选择决定的
D．从上述材料得知生物进化的实质就是种群基因频率的变化
[解析] 由题干中的数据可知，A地种群内S基因的频率＝[(80×2＋18)/(80×2＋18×2＋2×2)]×100%＝89%，s基因的频率＝1－89%＝11%；而B地种群内S基因的频率＝[(2×2＋8)/(100×2)]×100%＝6%，s基因的频率＝1－6%＝94%，A正确。由上述分析可知，A地种群内控制黑色的S基因的频率较高，而B地种群内控制浅色的s基因的频率较高，这与这两地种群的生活环境对其的选择有关，B错误。A地种群生活在污染严重的环境中，而B地种群生活在基本未受污染的环境中，可见生物进化的方向是自然选择决定的，生物进化的实质是种群的基因频率发生改变，C、D正确。
┃┃变式训练2__■
某地区有一种桦尺蛾，其体色受一对等位基因控制，其中黑色(S)对浅色(s)是显性。1870年以来，S基因频率的变化如下表，下列相关叙述中正确的是( C )
A．1870年种群中浅色个体比例为90%
B．从1900年至1960年，该物种始终没有进化
C．自然选择导致S的基因频率定向改变
D．到1990年该桦尺蛾已经进化成了两个物种
[解析] 1870年，S的基因频率为10%，则s的基因频率为90%，浅色个体(ss)的比例为90%×90%＝81%，A项错误；从1900年至1960年，S的基因频率在不断改变，而生物进化的实质是种群基因频率的定向改变，说明该物种发生了进化，B项错误；变异是不定向的，自然选择是定向的，它能决定种群基因频率的定向改变，C项正确；新物种形成的标志是种群间形成生殖隔离，到1990年，该桦尺蛾种群内还能进行基因间的交流，说明还没有形成新物种，D项错误。
指点迷津·拨云见日
一、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3 在一次红绿色盲的调查中，共调查男女各200名，调查发现，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、根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4 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%
三、根据遗传平衡定律计算基因频率和基因型频率
1．前提：在理想种群中。
(1)种群足够大；(2)所有雌、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。
3．自交与自由交配后代的基因频率、基因型频率的变化分析
(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5 (2020·四川成都七中高二上期中考试)一个随机交配的足够大的种群中，某一相对性状(由基因A、a控制)中显性性状的基因型的频率是0.36，则( A )
A．该种群繁殖一代后杂合子(Aa)的基因型频率是0.32
B．显性基因的基因频率大于隐性基因的基因频率
C．若该种群基因库中的基因频率发生变化，说明一定发生了基因突变
D．若该种群中A的基因频率为0.4，则表现为A基因所控制的性状的个体在种群中占40%
[解析] 显性基因频率小于隐性基因的基因频率，B错；基因频率发生改变，不一定是基因突变导致的，C错；A控制的性状个体的比例是1－0.36＝0.64，D错。
四、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 与外界隔离的某岛屿上，经调查该地区居民中白化病的致病基因频率为a，红绿色盲的致病基因频率为b，抗维生素D佝偻病的致病基因频率为c，下列有关叙述不正确的是( D )
A．正常个体中白化病携带者所占的概率为eq \f(2a,1＋a)
B．男性个体中患红绿色盲的个体所占的比例为b
C．不患抗维生素D佝偻病的女性个体占全部个体的eq \f(1－c2,2)
D．女性个体中同时患红绿色盲和抗维生素D佝偻病的占bc
[解析] 女性个体中同时患红绿色盲和抗维生素D佝偻病的占b2(2c－c2)，D错误。
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☞P111
1．(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的频率＝120÷200×100%＝60%；a的频率＝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：
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☞P112
1．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 种群中一个等位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的频率为18%＋78%×1/2＝57%，b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 ℃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，不能展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：如选择育种和人工杂交育种。
2．提示：如果气候等其他条件也合适，并且这个种群具有一定的繁殖能力，该种群的个体数会迅速增加。否则，也可能仍然处于濒危状态甚至灭绝。
3．(1)提示：有关联，由表中数据可知，抗生素使用得越多，细菌对该类抗生素的耐药率越高。
(2)提示：细菌中存在各种变异类型的个体，其中就有抗药性变异，当患者使用抗生素时，抗药性细菌能够存活，不抗药的个体被杀死，随着时间的推移，抗药性个体越来越多。
(3)提示：耐药预警机制的建立可以及早发现耐药菌的出现，防止超级细菌的产生，因为超级细菌没有特效药来治疗。
(4)提示：不滥用抗生素，要在医生的指导下合理使用。
探究·实践☞P115
结果与结论
1．提示：在培养基上有细菌生长。在放有抗生素纸片的区域没有细菌。
2．提示：连续培养几代后，抑菌圈的直径变小了，说明抗生素对细菌产生了选择作用。
讨论：
1．提示：纸片出现抑菌圈，这是抗生素作用的结果，只有从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌，才能得到耐药细菌。
2．提示：支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法。因为细菌的耐药性是由于基因突变而产生的，基因突变具有普遍性。
3．提示：耐药菌的出现对细菌来讲是有益的，因为只有这样才能存活下去；但是对于我们人类来讲是有害的，因为耐药菌的出现导致我们难以治愈疾病。所以，变异的有害还是有利是针对不同的环境来说的。
4．提示：根据自己的实验结果分析是否有效。
5．提示：滥用抗生素可能会使细菌产生耐药性，进而可能会出现超级细菌。滥用抗生素的实例，某些养殖户在饲料中添加抗生素；感冒、发烧时医生开了大量的抗生素等。
课程要求
核心素养
知识导图
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．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。(生命观念)
2．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。(科学思维)
3．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。(社会责任)
比较项目
含义
变化后与进化的关系
基因库
种群中全部基因
可导致生物进化，它的变化是形成新物种的前提
基因频率
eq \f(该基因数,全部等位基因数)×100%
导致生物进化
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
第1年
第2年
第3年
第4年
……
基因型
频率
SS
10%
11.5%
13%
14.6%
Ss
20%
22.9%
26%
29.2%
ss
70%
65.6%
61%
56.2%
基因
频率
S
20%
23%
26%
29.2%
s
80%
77%
74%
70.8%
区域
SS(%)
Ss(%)
ss(%)
A
80
18
2
B
2
8
90
年份
1870
1900
1930
1960
1990
S基因频率(%)
10
50
65
50
12
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%)
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