高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》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一 种群基因组成的变化第1课时学案设计

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[学习目标] 1.解释种群、基因库和基因频率的概念。2.阐明生物进化的实质。
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。如一片树林中的全部猕猴或一片草地上的所有蒲公英都可以看作一个种群。
(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＝eq \f(种群中某基因的总数,该基因及其等位基因的总数)×100%。
(3)影响因素：突变、选择、迁移等。
判断正误
(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( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
解析 (1)在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫作基因频率。
(2)在环境条件保持稳定的前提条件下，种群的基因频率可能受基因突变、迁入和迁出等因素的影响而发生变化。
(3)若亲子代间基因频率不变，基因型频率也可能发生改变，如Aa自交，基因频率不变，但基因型频率发生改变。
任务一：用数学方法讨论基因频率的变化
某桦尺蛾种群中，黑色体色的基因为S，浅色体色的基因为s，抽样调查100个个体，测得基因型为SS、Ss、ss的个体数分别为10个、20个、70个。假设该桦尺蛾种群非常大、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、不同体色的个体生存和繁殖的机会是均等的、基因S和s都不产生突变等。根据孟德尔的分离定律计算并回答问题：
(1)该种群产生的S配子和s配子的比值各是多少？子一代基因型频率是多少？
提示 S配子占20%，s配子占80%。子一代基因型频率：SS占4%，Ss占32%，ss占64%。
(2)子一代种群的基因频率各是多少？
提示 子一代种群的基因频率S占20%，s占80%。
(3)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吗？请完成下表。
提示 子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率与子一代一样。
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)基因频率不改变，基因型频率不一定保持不变。如杂合子Aa自交后代，基因频率不变，而基因型频率改变。
1．(2023·安徽芜湖高一检测)下列关于基因库的描述，错误的是( )
A．基因库是一个种群的全部个体所含的全部基因
B．生物个体总是要死亡的，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中的全部基因
D．基因突变可能改变基因库的组成
答案 C
解析 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；由于不同个体之间在基因上具有差异，所以每个个体不可能含有种群基因库中的全部基因，C错误；可遗传的变异均可能改变基因库的组成，D正确。

2．(2023·河北石家庄高一月考)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能力的个体之间通过随机交配进行繁殖，而aa个体不具有繁殖能力。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( )
A．4∶3∶4 B．5∶5∶1
C．6∶2∶3 D．4∶1∶4
答案 B
解析 设亲代具有繁殖能力的个体中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，即该种群具有繁殖能力的个体中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、种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
1．种群基因频率的变化
(1)原因：基因突变。
(2)可遗传变异的来源eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(突变\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(基因突变,染色体变异)),基因重组))
(3)可遗传变异的形成、特点和作用
①形成：a.基因突变产生新的等位基因；b.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)变异的有利和有害是相对的，是由生存环境决定的。
2．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)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。
判断正误
(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，不能为生物进化提供原材料( )
(3)有害突变不能成为生物进化的原材料( )
(4)所有变异都不能决定生物进化的方向，但都能提供进化的原材料( )
(5)生物进化的实质是种群基因型频率的改变( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
解析 (2)突变和基因重组为生物的进化提供原材料。
(3)突变的有利和有害是相对的，都可以为生物的进化提供原材料。
(4)不可遗传的变异不能为生物的进化提供原材料。
(5)生物进化的实质是种群基因频率的改变。
任务二：探究自然选择对种群基因频率变化的影响
根据教材“探究·实践”提供的资料，回答下列问题：
(1)树干变黑对桦尺蛾浅色个体的出生率有影响吗？为什么？
提示 有影响；树干变黑后，许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食，导致其个体数量减少，影响出生率。
(2)在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表型？为什么？
提示 直接受选择的是表型；因为天敌看到的是桦尺蛾的体色(表型)，而不是控制体色的基因。
(3)根据表格中的数据分析，桦尺蛾种群发生进化了吗？判断的依据是什么？
提示 桦尺蛾种群发生了进化；依据是桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。
(4)根据资料分析，决定桦尺蛾进化方向的是什么？为什么？
提示 自然选择。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。
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。
(2)自然选择决定生物进化的方向
(3)进化的实质是种群基因频率的改变。
(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种群基因频率的变化是定向的。
④生物进化的方向是定向的。
3．下列关于基因频率与生物进化关系的叙述，正确的是( )
A．种群基因频率的改变不一定引起生物的进化
B．生物进化的实质是种群基因频率的改变
C．只有在新物种形成时，才发生基因频率的改变
D．生物性状的改变一定引起生物的进化
答案 B
解析 生物进化的实质是种群基因频率的改变，所以种群基因频率发生改变一定会引起生物的进化，A错误，B正确；只要生物发生了进化，就会发生基因频率的改变，但不一定形成新物种，C错误；生物的性状受基因和外界环境的共同作用，性状改变，基因不一定改变，故基因频率不一定改变，生物也不一定进化，D错误。
4．在19世纪中叶以前，英国曼彻斯特地区的桦尺蛾几乎都是浅色型(ss)的，随着工业的发展，工厂排出的煤烟逐渐将树皮熏成黑褐色，到了20世纪中叶，黑色型(S_)的桦尺蛾成了常见类型。下列与此相关的叙述正确的是( )
A．自然选择的方向发生了改变，所以自然选择是不定向的
B．桦尺蛾种群进化过程中接受选择的是各种基因型的个体
C．该地区桦尺蛾种群进化过程中Ss的基因型频率不会改变
D．长时间的环境污染导致s基因定向突变成S基因
答案 B
解析 自然选择是定向的，A错误；自然选择直接作用于个体的表型，选择的是各种基因型的个体，B正确；基因型为Ss的个体对应的表型为黑色，适应环境，通过选择，其基因型频率增加，C错误；基因突变是不定向的，D错误。
三、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
3．注意事项：实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理，防止对环境造成污染。
判断正误
(1)细菌在抗生素的诱导作用下产生了抗药性基因( )
(2)本实验所使用的涂布器、培养皿等都要进行灭菌处理( )
答案 (1)× (2)√
任务三：探究抗生素对细菌的选择作用
根据教材“探究·实践”，回答下列问题：
(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，在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)在本实验的培养条件下，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 在本实验条件下，耐药菌产生的变异一般来说是有利的；在特定环境中，有利于生物生存和繁殖的变异就是有利变异。
(3)滥用抗生素的现象十分普遍。例如，有人生病时觉得去医院很麻烦，就直接吃抗生素；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，抗药性不断增强，导致抗生素药物失效。
5．(2022·广东珠海高一期末)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。下列关于“探究抗生素对细菌的选择作用”实验的说法中，错误的是( )
A．放置不含抗生素的纸片起对照作用
B．在本实验条件下，细菌产生耐药性的变异是有利变异
C．从抑菌圈边缘的菌落挑取细菌继续培养，重复几代，抑菌圈的直径会逐渐增大
D．本实验说明抗生素对细菌有选择作用
答案 C
解析 探究抗生素对细菌的选择作用，自变量为是否使用抗生素，故放置不含抗生素的纸片，属于对照组，起对照作用，A正确；重复几代，细菌的抗药性越来越强，抑菌圈的直径会逐渐减小，C错误；随着培养代数的增加，抑菌圈逐渐减小，说明抗生素能定向选择耐药菌，D正确。
题组一 种群和种群基因库
1．下列与种群有关的叙述，不正确的是( )
A．一片树林中的全部猕猴是一个种群
B．基因型频率是指在一个种群基因库中，某种基因型的个体数在种群个体总数中所占的比值
C．一个种群的基因库在代代相传中得以保留和发展
D．种群的基因频率是恒定不变的
答案 D
解析 可遗传的变异、自然选择等可使种群的基因频率发生改变，D错误。
2．(2021·广东，8)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1 500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%
答案 B
解析 由题意可知，该兔种群由500只纯合白色脂肪兔(FF)和1 500只淡黄色脂肪兔(ff)组成，故F的基因频率＝F/(F＋f)×100%＝(500×2)/(2 000×2)×100%＝25%，f的基因频率＝1－25%＝75%，B正确。
3．(2023·江苏扬州高一期末)某生物兴趣小组抽样调查的200人中，各种基因型的人数情况如表所示，则这200人中，b的基因频率为( )
A.85% B．30%
C．20% D．15%
答案 C
解析 X染色体上b基因的数量是14＋8×2＋30＝60，B、b基因的数量共为78×2＋14×2＋8×2＋70＋30＝300。b的基因频率为60÷300×100%＝20%，C正确。
题组二 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
4．(2023·河北保定高一联考)下列哪项对种群的基因频率没有直接影响( )
A．自然选择 B．迁入和迁出
C．基因突变 D．随机交配
答案 D
解析 自然选择、迁入和迁出、基因突变都是影响种群基因频率变化的因素，随机交配不影响种群基因频率的变化。
5．达尔文曾明确指出，可遗传的变异提供了生物进化的原材料。下列有关生物进化的说法，不正确的是( )
A．可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异
B．基因突变是生物变异的根本来源，但有害突变一般不能为生物进化提供原材料
C．突变产生的新基因，经有性生殖过程中的基因重组，为进化提供丰富的原材料
D．种群基因频率改变的快慢与基因控制的性状与环境适应的程度有关
答案 B
解析 有害突变和有利突变均属于可遗传变异，都可为生物进化提供原材料，B错误。
6．有翅昆虫有时会出现残翅和无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下来，但在经常遭到暴风雨袭击的岛屿，具有这种突变类型的昆虫因不能飞行，未被大风吹到海里淹死而存活下来。这一事实说明( )
A．突变的有利和有害是绝对的
B．突变多数是有利的
C．突变的利弊与环境有很大关系
D．突变多数是有害的
答案 C
解析 由题干信息可推知，突变的有利和有害不是绝对的，由生物生存的环境决定，C符合题意。
题组三 探究抗生素对细菌的选择作用
7．随着全球范围内抗生素的广泛和大量使用，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
答案 B
8．(2022·广东，14)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
答案 D
解析 分析题意可知，草食动物能采食白车轴草，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，从市中心到市郊和乡村，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的进化，B正确；与乡村相比，市中心种群中产HCN个体的比例小，即基因型为D_H_的个体所占比例小，d、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的基因频率，D错误。
9．(2021·广东，10)孔雀鱼雄鱼的鱼身具有艳丽的斑点，斑点数量多的雄鱼有更多机会繁殖后代，但也容易受到天敌的捕食。关于种群中雄鱼的平均斑点数量，下列推测错误的是( )
A．缺少天敌，斑点数量可能会增多
B．引入天敌，斑点数量可能会减少
C．天敌存在与否决定斑点数量相关基因的变异方向
D．自然环境中，斑点数量增减对雄鱼既有利也有弊
答案 C
解析 缺少天敌的环境中，孔雀鱼的斑点数量逐渐增多，原因是孔雀鱼群体中斑点数量多的雄性个体体色艳丽易吸引雌性个体，从而获得更多的交配机会，导致群体中该类型个体的数量增多，A正确；引入天敌的环境中，斑点数量多的雄鱼容易受到天敌的捕食，数量减少，而斑点数量少的雄鱼获得更多交配机会，导致群体中斑点数量减少，B正确；生物的变异是不定向的，故天敌存在与否不能决定斑点数量相关基因的变异方向，C错误。
10．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，且对疟疾的抵抗力高于正常人。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%。下列有关叙述错误的是( )
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，镰状细胞贫血基因携带者的比例可能会增加
D．在一定外界条件下，有害的突变基因可转变为有利的基因
答案 A
解析 根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错误；非洲疟疾流行地区，镰状细胞贫血基因携带者不发病，且对疟疾的抵抗力更高，更适应环境，所以其所占比例可能会增加，C正确。
11．选择系数是表征某基因型在特定环境中不利于生存程度的指标，即某基因型的个体在某环境中适应性越差，选择系数越大。下列有关说法正确的是( )
A．同一基因型的个体在不同环境中选择系数一般不同
B．若某基因型的选择系数不变，相关基因频率不变
C．某基因型的选择系数越大，相关基因频率变化越慢
D．环境通过直接作用于基因型来选择淘汰选择系数大的基因型个体
答案 A
解析 不同环境对生物的选择作用不同，同一基因型的个体在不同环境中的适应性不同，则选择系数一般不同，A正确；若某基因型的选择系数不变，只能说明其在该环境中的适应性不变，不能说明相关基因频率不变，B错误；某基因型的选择系数越大，说明越容易被该环境淘汰，相关基因频率变化越快，C错误；环境直接作用的是表型，D错误。
12．(2023·河北保定高一质检)某果蝇种群中的个体自由交配，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时间段都经历多代繁殖过程，定期随机抽取100个个体，测得基因型为AA、aa的个体数量变化曲线如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A．在Ⅰ时间段内，A的基因频率是40%
B．在Ⅱ时间段内，出现的变化是基因突变造成的
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能力是不同的
答案 B
解析 在Ⅰ时间段内，A的基因频率是40%，a的基因频率是60%，A正确；在Ⅱ时间段内，出现的变化是自然选择造成的，B错误；生物进化的实质是种群基因频率的改变，在Ⅰ→Ⅲ时间段内，A和a的基因频率发生了改变，说明种群发生了进化，C正确。
13．果蝇是常用于遗传学研究的实验材料，据资料显示，果蝇约有104对基因，现有一黑腹果蝇的野生种群，约有107个个体。请分析回答下列问题：
(1)经观察，该种群中果蝇有多种多样的基因型，分析其产生原因，是在突变过程中产生了__________，经有性生殖过程中的________产生多种多样的基因型，使种群中产生了大量可遗传的________，它们都能为生物进化提供________。
(2)假定该种群中每个基因的突变率都是10－5，那么在该种群中每一代出现的基因突变数约是________个。
(3)随机从该种群中抽出100只果蝇，测知基因型为AA(灰身)的个体35只，基因型为Aa(灰身)的个体60只，基因型为aa(黑身)的个体5只，则A基因的基因频率为________， a基因的基因频率为___________________________________________________________________。
(4)通过对果蝇及其他生物进行遗传学研究，可得出生物进化的基本单位是______________，生物进化的实质是______________________________。
答案 (1)等位基因 基因重组 变异 原材料
(2)2×106 (3)65% 35% (4)种群 种群基因频率的改变
解析 (1)突变和基因重组为生物进化提供原材料，基因突变产生等位基因，基因重组会使生物的基因型产生多样性。(2)由于每个个体含有约2×104个基因，每个基因的突变率为10－5，而整个种群中含有的个体数约为107，所以基因突变数目约为2×104×10－5×107＝2×106(个)。(3)A基因的基因频率＝eq \f(2AA＋Aa,2AA＋Aa＋aa)×100%＝eq \f(2×35＋60,2×100)×100%＝65%，则a基因的基因频率为35%。
14．(2023·江苏连云港高一月考)某害虫的抗药型(R)对敏感型(r)为显性，如表为在T1、T2和T3时间点，害虫种群中RR、Rr和rr的基因型频率。T1～T2时间段，对该种群施用杀虫剂。T2～T3时间段，该种群度过越冬期。请据表回答下列问题：
(1)R与r基因的本质区别是_______________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)T1时害虫种群中R的基因频率为________，施用杀虫剂后，R基因频率________(填“上升”“下降”或“不变”)，原因是__________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)杀虫剂和冬季条件对害虫的选择作用______(填“相同”或“相反”)，据表提出有效降低害虫抗药性的具体措施：__________________________________________________________
(答出一点即可)。
答案 (1)脱氧核苷酸的排列顺序不同 (2)22.5% 上升 在杀虫剂的作用下，敏感型个体被淘汰，抗药型个体有更多的机会产生后代，种群中相应基因(R)的频率会不断提高
(3)相反 在越冬期前施用杀虫剂
解析 (2)T1时害虫种群中R的基因频率为(0.05＋1/2×0.35)×100%＝22.5%；施用杀虫剂后，R的基因频率＝(0.60＋1/2×0.30)×100%＝75%，R的基因频率上升。(3)杀虫剂的使用使R的基因频率上升，而越冬导致R的基因频率下降，说明杀虫剂和冬季条件对害虫的选择作用相反。据表提出有效降低害虫抗药性的具体措施为在越冬期前施用杀虫剂，既可以杀虫，又可以降低害虫的抗药基因频率。亲代基因型的比值
SS(10%)
Ss(20%)
ss(70%)
配子的比值
S(10%)
S(10%)
s(10%)
s(70%)
子一代基因型频率
SS(4%)
Ss(32%)
ss(64%)
子一代基因频率
S(20%)
s(80%)
子二代基因型频率
SS(4%)
Ss(32%)
ss(64%)
子二代基因频率
S(20%)
s(80%)
基因型
XBXB
XBXb
XbXb
XBY
XbY
人数
78
14
8
70
30
时间点
基因型频率
T1
T2
T3
RR
0.05
0.60
0.05
Rr
0.35
0.30
0.15
rr
0.60
0.10
0.80