高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》种群基因组成的变化学案

这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》种群基因组成的变化学案，共6页。学案主要包含了种群基因组成的变化，隔离在物种形成中的作用等内容，欢迎下载使用。
导学案
★学习目标与核心素养
1.生命观念：阐述种群、种群基因库、基因频率等概念的内涵；阐明自然选择对种群基因频率变化的影响。
2.科学思维：说明隔离在物种形成中的作用。
3.科学探究：运用数学方法讨论种群基因频率的变化。
★学习重点难点
教学重点：
1.种群、物种、基因频率、隔离等概念；
2.变异、选择和隔离在生物进化中的作用。
教学难点：
1.自然选择对种群基因频率变化的影响；
2.隔离在物种形成中的作用。
★学习过程
一、种群基因组成的变化
自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。但研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究种群基因组成的变化。
1.种群和种群基因库
（1）种群：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。
种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配实现基因交流，并通过繁殖将各自的基因遗传给后代。
（2）种群的基因库：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：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。基因频率=某基因的数目/该基因的等位基因的总数=纯合子基因型频率+1/2杂合子基因型频率。
【思考·讨论·用数学方法讨论基因频率的变化】
1.假设上述昆虫种群非常大，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，根据孟德尔的分离定律计算。
（1）该种群产生的A配子和a配子的比值各是多少？60%、40%。
（2）子代基因型的频率各是多少？AA36%、Aa48%、aa16%。
（3）子代种群的基因频率各是多少？A占60%、a占40%。
（4）将计算结果填入右表，想一想，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？种群的基因频率会和子一代一样。
2.上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。对自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？你能举出哪些实例？
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.如果该种群出现新的突变型（基因型为A2a或A2A2），也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率会发生变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？
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体是有益的还是有害的。
哈迪——温伯格定律：一个有性生殖的自然种群中，在符合以下五个条件的情况下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡。五个条件：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.没有突变和重组。
若种群中一对等位基因为A和a，设A的基因频率=p，a的基因频率=q，因为（p＋q）=A%+a%=1，则（p+q）2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1。AA的基因型频率=p2；aa的基因型频率=q2；Aa的基因型频率=2pq。
自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律：
2.种群基因频率的变化
基因突变在自然界是普遍存在的，基因突变产生新的等位基因，这就可以使种群的基因频率发生变化。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。现代遗传学研究表明，可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。其中基因突变和染色体变异统称为突变。
【知识链接】回忆前面所学的知识，想一想，染色体数目和结构的变异都能引起种群基因频率的变化吗？都能。
突变的有利与有害是相对的，而不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。
【探究·实践·探究自然选择对种群基因频率变化的影响】
1.树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？
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.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？
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型。
【探究·实践·探究抗生素对细菌的选择作用】
1.为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。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。
2.你的数据是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？说说你的理由。
3.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？
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.你认为你的数据和结论是有效的吗？
将你的数据和结论与其他同学的进行比较，根据实际情况回答。
5.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？请你查阅资料，举出更多滥用抗生素的实例。
这些做法都会促进耐药菌的产生。
二、隔离在物种形成中的作用
1.物种的概念
能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种，简称“种”。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，这种现象叫做生殖隔离。
2.隔离在物种形成中的作用
同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫做地理隔离。
地理隔离和生殖隔离都是指不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象，统称为隔离。隔离的实质：阻止种群间的基因交流。
【思考·讨论·隔离在物种形成中的作用】
1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗？
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.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？
不一样。因为突变是随机发生的。
3.对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？
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.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？
不会。因为个体间有基因的交流。
3.物种形成的三种方式
（1）渐变式——如加拉帕戈斯群岛上13种地雀的形成。这是物种形成的主要（普遍）方式。
（2）骤变式——主要是通过染色体变异的方式形成新物种，一旦出现可以很快形成生殖隔离，此种方式多见于植物。
（3）人工创造新物种——通过植物体细胞杂交（如番茄—马铃薯）、多倍体远缘杂交（如甘蔗—萝卜）、多倍体育种（如八倍体小黑麦）等方式也可以创造新物种。
4.物种形成的三个环节
（1）突变和基因重组产生进化的原材料；
（2）自然选择导致种群基因频率的定向改变；
（3）隔离导致物种形成。
【思考】被子植物的出现为传粉昆虫的形成创造了条件，后者又成为食虫鸟类繁盛的前奏。你还能举出其他例子吗？
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。
★课堂作业
1.已知人眼中的褐色（A）对蓝色（a）是显性。在一个有30000人的人群中，蓝眼人有3600人，褐眼的有26400人，其中纯合体有12000人。那么，在这个人群中A和a基因频率分布为（ A ）
和0.36 和0.64 和0.50 和0.18
2.在某一种群中，已调查得知，隐性性状者（等位基因用A、a表示） 占16%，那么该性状的AA、Aa基因型个体出现的频率分别为（ A ）
、0.48 、0.24 、0.48 、0.36
3.有翅昆虫有时会出现残翅或无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去。但在经常刮大风的海岛上，这些突变类型的昆虫因不能飞行，从而避免了被风吹到海里淹死。这个事例说明（ C ）
A.突变多数是有害的 B.突变多数是有利的
C.突变的有害和有利并不是绝对的 D.突变的有害和有利是绝对的
4.在19世纪中叶以前，英国曼彻斯特地区的桦尺蠖几乎都是浅色型（s）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）的桦尺蠖成了常见类型。下列与此相关的叙述中正确的是（ B ）
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.桦尺蠖种群进化过程中接受选择的是各种基因型的个体
C.该地区桦尺蠖种群进化过程中Ss的基因型频率不会改变
D.长时间的环境污染导致s基因突变成S基因的频率增加
5.据报道，某地爆发致命超级细菌，导致一名3岁男童死亡。超级细菌是指对多数抗生素耐药的细菌，能让抗生素失效造成人体严重感染。下列关于超级细菌的叙述不符合达尔文进化观点的是（ C ）
A.超级细菌对多数抗生素具有耐药性，是抗生素不断选择的结果
B.细菌中原来就存在对抗生素具有耐药性的个体
C.抗生素的选择和细菌的变异都是定向的
D.新品种抗生素的使用会影响超级细菌的进化
6.下列关于生物进化的叙述，错误的是（ A ）
A.某物种仅存一个种群，该种群中每个个体均含有这个物种的全部基因
B.虽然亚洲与澳洲之间存在地理隔离，但两洲人之间并没有生殖隔离
C.无论是自然选择还是人工选择作用，都能使种群基因频率发生定向改变
D.古老地层中都是简单生物的化石，而新近地层中含有复杂生物的化石
7.下图表示某小岛上蜥蜴进化的基本过程，X、Y、Z表示生物进化的基本环节。下列相关叙述正确的是（ B ）
A.图中X、Y、Z分别表示基因突变、自然选择、隔离
B.自然选择的直接对象是个体的表现型而非基因型
C.蜥蜴进化说明形成了生殖隔离
D.自然选择是导致蜥蜴变异的根本原因
8.下列关于隔离的叙述，不正确的是（ B ）
A.阻止了种群间的基因交流
B.物种的形成都必定先经过长期的地理隔离
C.遗传组成上的差异是产生生殖隔离的根本原因
D.多倍体植物的产生不需要经过地理隔离
9.澳洲某小岛上生活着两种棕榈科植物。研究认为：在200万年前，它们的共同祖先迁移到该岛时，一部分生活在pH较高的石灰岩上，开花较早；另一部分生活在pH较低的火山灰上，开花较晚。由于花期不同，不能相互授粉，经过长期演变，最终形成两个不同的物种。下列有关分析正确的是（ C ）
A.土壤酸碱度的选择作用，诱发个体产生不同的变异
B.基因突变产生新的等位基因，导致种群基因频率定向改变
C.花期不同阻止了基因交流，最终形成了生殖隔离
D.若将这两种植物种植在相同环境中，它们能杂交产生可育后代
亲代基因型的频率
AA（30%）
Aa（60%）
aa（10%）
配子的比率
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% ）
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