人教版 (2019)必修2《遗传与进化》一 种群基因组成的变化学案设计

第1课时　种群基因组成的变化

课堂互动探究案

课程标准

1.阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增加

2．用数学方法讨论自然选择使种群的基因频率发生变化

素养达成

1.分析、认同种群是生物进化的基本单位。（生命观念）

2．运用归纳与概括、批判性思维阐释生物进化的原因。（科学思维）

3．运用统计与概率的相关知识，解释并预测某一性状的分布及变化。（科学探究）

4．引导人们关注不正确使用抗生素带来的危害，关注人体健康。（社会责任）。

设疑激趣

夯基提能·分层突破——互动·探究·智涂

学习主题一　种群基因组成的变化

活动1　阅读教材P110～112内容，思考回答下列问题：

1．为什么生物进化的基本单位是种群而不是个体？

2．突变具有低频性，能为生物进化提供原材料吗？

3．突变大多数对生物体是不利的，能为进化提供原材料吗？

4．所有的变异都能导致种群基因频率的改变吗？为什么？

5．基因突变和基因重组对种群遗传组成的影响一样吗？试分析原因。

活动2　有人认为“发生在体细胞中的基因突变不能传递给后代，因此不能为生物进化提供原材料”，这种说法正确吗？分析原因。

活动3　一个果蝇种群中，由于环境的变化，基因型为aa的个体不能存活，随机交配繁殖多代后，a的基因频率将如何变化？

活动4　染色体变异对种群基因频率的变化有影响吗？

遗传平衡定律（哈代—温伯格定律）

（1）使用条件：①种群个体数量足够多；②所有的雌雄个体间都能自由交配并产生可育后代；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不发生基因突变。

（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：

设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。

1.判断种群的“三要素”

（1）生活在一定区域。

（2）同种生物。

（3）全部个体的集合。

2．影响基因频率变化的因素

（1）基因突变，由于基因突变可以产生新的基因，从而使基因的种类发生变化，进而导致基因频率的改变。

（2）基因重组，通过基因重组可以产生新的基因型，从而出现新的表型，不同表型的个体对环境的适应能力不同，因此可通过自然选择导致基因频率的改变。

（3）变异是不定向的，自然选择是定向的，通过自然选择，不适应环境的个体被淘汰，适应环境的个体生存下来并繁殖后代，使某些基因频率增加，另一些基因频率减少。

（4）迁移：迁移必然导致基因的流动，若迁入群体较大，且迁入群体与原群体的某些基因的频率存在较大差异，则对原群体的基因频率有较大影响。

3．生物进化的实质

实例分析：以桦尺蛾的体色进化为例。

由上图可以看出，生物进化的实质是种群基因频率发生改变，即在生物进化过程中某基因的频率如果逐渐增大，说明该基因控制的性状对环境的适应能力较强。

4．突变和基因重组产生进化的原材料

（1）突变和基因重组使种群的基因频率发生不定向的改变。

（2）由于突变和基因重组都是随机的、不定向的，因此它们只是提供了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。

5．自然选择决定生物进化方向的原理分析

1．（合格考）下列有关种群的叙述中，不正确的是（　　）

A．种群是生物进化的基本单位

B．种群内的雌雄个体彼此可以交配

C．种群是同种个体的机械集合

D．种群是生物繁殖的基本单位

2．（合格考）下列选项中，对种群的基因频率没有影响的是（　　）

A．染色体数目改变    B．环境改变

C．自由交配          D．基因突变

3．（等级考）关于“现代生物进化理论”观点的阐述，下列哪项是错误的（　　）

A．种群是生物进化的基本单位

B．基因库在代代相传的过程中保持稳定不变

C．生物进化实质上是种群基因频率发生变化的过程

D．自然选择决定生物进化的方向

4．（等级考）下图表示环境条件发生变化后某个种群中A和a的基因频率的变化情况，下列说法错误的是（　　）

A．环境条件发生变化后，使生物产生适应性的变异

B．P点时两曲线相交，此时A和a的基因频率均为50%

C．Q点时表示环境发生了变化，A基因控制的性状更适应环境

D．在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变

学习主题二　基因频率与基因型频率的相关计算

活动1　阅读教材P111第二自然段，分析探究下列问题：

根据下列条件，计算种群的基因频率。

1．以一对常染色体上的等位基因A、a为例，若已知种群中基因型为AA、Aa和aa的个体数目分别为a1、a2、a3，如何计算种群中A的基因频率？

2．若已知AA、Aa和aa的基因型频率分别为P1、P2、P3，如何计算A的基因频率？

3．以只位于X染色体上的一对等位基因XB、Xb为例，若已知基因型为XBXB、XBXb、XbXb、XBY和XbY的个体数分别为a1、a2、a3、a4、a5，试求XB的基因频率。

活动2　试分析导致种群基因库改变的因素。

易错警示

（1）基因频率是指一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。

（2）影响基因频率的因素不只是环境，还有基因突变、生物的迁移等。

（3）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。

微点拨

基因频率和基因型频率的变化分析

（1）杂合子连续自交时，尽管基因频率不变，但后代的基因型频率会发生改变，表现为纯合子所占比例不断增大，杂合子所占比例不断减小。

（2）在无基因突变、无迁入和迁出、各种基因型的个体生活力相同时，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。

（3）基因频率相同的两个种群，它们的基因型频率不一定相同；当基因型频率发生改变时，基因频率不一定发生改变。

误区警示

伴X染色体遗传病中，男性中患者的表型（色盲）概率＝相关基因型（XbY）的频率＝相关基因（b）的频率。

1.基因频率和基因型频率比较

2.以一对等位基因（A、a）和其组成的基因型（AA、Aa、aa）为例

（1）A或a的基因频率为：

×100%

（2）AA或Aa或aa的基因型频率为：

×100%

题型一　已知调查的各种基因型的个体数，计算基因频率（N表示个体数）

某基因频率＝×100%

A＝×100%

a＝×100%

题型二　已知基因型频率求基因频率

常染色体上一个等位基因的频率＝该等位基因纯合子的频率＋1/2×杂合子的频率

A＝AA＋1/2Aa；a＝aa＋1/2Aa。

题型三　X染色体上基因的基因频率的计算

XY型性别决定的生物，基因在X染色体上，Y染色体上无等位基因，计算时只计X染色体上的基因数，不考虑Y染色体。ZW型性别决定也是这样。（N表示个体数）。

Xb＝＝

不涉及Y染色体，XB＋Xb＝1。

题型四　利用哈代—温伯格定律，由基因频率计算基因型频率

当等位基因只有两个时（A、a），设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则p＋q＝1，而基因型AA的频率为p2，Aa的频率为2pq，aa的频率为q2。如果一个种群达到遗传平衡，其基因型频率应符合：p2＋2pq＋q2＝1。

3．自交、自由交配与基因频率改变的关系

（1）自交是指基因型相同的个体交配，雌雄同株植物是指自花传粉。自交的结果是杂合基因型频率降低，纯合基因型频率增加，在无选择条件下，各基因频率不变。

（2）自由交配是指种群内雌雄个体间相互交配。在无选择的条件下，基因频率、基因型频率均保持不变，相关计算可按哈代—温伯格遗传平衡定律进行。

（3）只要种群的基因频率不变，即使基因型频率改变，种群也未发生进化。

1．（合格考）基因型为BB的个体占18%、Bb的个体占78%，则基因B和b的基因频率分别是（　　）

A．18%　82%       B．36%　64%

C.  57%　43%       D．92%　8%

2．（合格考）果蝇的长翅（V）和残翅（v）由一对常染色体上的等位基因控制。假定某果蝇种群有20 000只果蝇，其中残翅果蝇个体数量长期维持在4%，若再向该种群中引入20 000只纯合长翅果蝇，在不考虑其他因素影响的前提下，关于纯合长翅果蝇引入后种群的叙述，错误的是（　　）

A.v基因频率降低了50%

B.V基因频率增加了50%

C.杂合果蝇比例降低了50%

D.残翅果蝇比例降低了50%

3．（等级考）在一个随机交配的中等大小的种群中，经调查发现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。那么随机交配繁殖一代后，AA基因型的个体占（　　）

A.1/5    B．1/4

C.3/7    D．11/21

4．（等级考）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基因频率的变化依次为（　　）

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

强化落实·学业达标——归纳·提升·素养

网络建构

主干落实

1.一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。

2．种群是生物进化的基本单位。

3．突变和基因重组产生进化的原材料。

4．自然选择决定生物进化的方向。

5．生物进化的实质是种群基因频率的改变。

高效课堂·实践运用——巩固·达标·反馈

1.有关基因频率和生物进化的关系，以下说法正确的是（　　）

A．生物只要发生进化，基因频率就会改变

B．只有新物种形成时，才发生基因频率的改变

C．基因频率的改变不一定引起生物的进化

D．生物在进化的过程中不一定有基因频率的改变

2．如果一个种群中，控制某一性状的基因频率增加，说明（　　）

A．控制该性状的基因不能传递给子代

B．该种群的全部个体为纯合子

C．该种群的繁殖速度加快

D．该性状对环境条件有较强的适应性

3．现代生物进化理论认为，生物进化的实质是种群基因频率的改变。可以定向改变种群基因频率的是（　　）

A．基因突变    B．基因重组

C．自然选择    D．迁移

4．英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾。在自然条件下，桦尺蛾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。19世纪中叶以前，桦尺蛾种群中S基因的频率很低。随着英国工业的发展，桦尺蛾种群中S基因的频率提高了很多，如下表：

请根据上述材料回答：

（1）1850年以前，浅色桦尺蛾比例很高，黑色桦尺蛾比例很低，这表明稀有的黑色型是由浅色型通过　　　　产生的。

（2）从1850年到1898年间，黑色桦尺蛾逐渐取代浅色桦尺蛾，这表明黑色基因（S）和浅色基因（s）的频率均发生　　　　。

（3）被污染的环境使得浅色桦尺蛾容易被鸟类捕食而处于选择劣势，黑色桦尺蛾由于具有保护色而处于选择优势，这一事实表明，种群中产生的变异是　　　　，经过长期的　　　　，使种群的　　　　发生定向的改变，导致生物朝着一定的方向缓慢地进化。

疑难解答·全程培优——释疑·解惑·教材

教材第110页►【问题探讨】

讨论：开放性试题，合理即可。

教材第111页►【思考·讨论】

1．（1）A配子占60%，a配子占40%。

（2）子代基因型的频率：AA占36%；Aa占48%；aa占16%。

（3）子代种群的基因频率：A占60%；a占40%。

（4）

若干代以后种群的基因频率会同子一代一样。

2．对于自然界的种群来说，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个体，被天敌发现的机会就少些。

3．突变产生新的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，要看这一突变对生物体是有益的还是有害的。

教材第112～113页►【探究·实践】

1．树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率，这是因为许多浅色个体可能在交配、产卵前就已被天敌捕食。

2．在自然选择过程中，直接受选择的是表型。比如，天敌看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因。

教材第114页►【练习与应用】

一、概念检测

1．（1）√

（2）×　基因频率的变化受环境的影响。

（3）√

2．D　种群是指生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。

3．C　在一对等位基因中，一个基因的频率＝含该基因的纯合子的基因型频率＋杂合子的基因型频率×（1/2）。故基因B的频率为18%＋78%×（1/2）＝57%；基因b的频率为1－57%＝43%。

4．C　环境温度变化，突变体的生存能力发生变化，这说明突变的有害或有利取决于生存环境。

二、拓展应用

1．提示：如选择育种和杂交育种。

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，也可仍然处于濒危状态甚至绝灭。

3．（1）二者存在正相关的关系。由表格信息可知，随着抗生素人均使用量的增加，细菌对该抗生素的耐药率逐渐升高。

（2）首先细菌存在着耐药性变异。有的细菌耐药性强，有的细菌耐药性弱。使用抗生素时，耐药性弱的细菌被杀死，这叫不适者被淘汰；耐药性强的细菌活下来，这叫适者生存。活下来的耐药性强的细菌，繁殖的后代有的耐药性强，有的耐药性弱，在使用抗生素时，又把耐药性弱的细菌杀死，耐药性强的细菌活下来。这样经过抗生素的长期选择，细菌耐药性强的个体所占比例就逐渐升高了。

（3）提示：医疗机构及时通报抗菌药物的耐药性，可以让人们及时更换抗菌药物，将细菌耐药率控制在低水平。（答案合理即可。）

（4）提示：我们要合理使用抗生素，防止滥用抗生素。（答案合理即可。）

第1课时　种群基因组成的变化

夯基提能·分层突破

学习主题一

【师问导学】

活动1

1．提示：因为个体的寿命是有限的，个体表型会随着个体的死亡而消失。决定生物性状的基因可以通过生殖而世代延续，并且在群体中扩散，因此生物进化应该研究群体的基因组成的变化。

2．提示：突变的频率虽然很低，但一个种群往往由许多个体组成，而且每一个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，所以在种群中每一代都会产生大量的突变，可以为生物进化提供原材料。

3．提示：生物变异是否有利，取决于它们的生存环境，微小有利的变异不断积累也能导致生物进化。

4．提示：不能。只有可遗传的变异才能影响种群基因库的组成，才能改变基因频率。

5．提示：二者都能对种群遗传组成产生影响，但影响角度不一样。只有基因突变才能出现新基因，才能丰富基因库，改变基因频率，从而影响种群的遗传组成；而基因重组不能产生新基因，只能增加基因型的种类，以此来影响种群的遗传组成。

活动2

提示：不正确。发生在体细胞中的突变，可以通过无性繁殖的方法传递给后代，如发生基因突变的花芽或叶芽，通过植物组织培养技术或者嫁接的方法可以传递给下一代，因此能为生物进化提供原材料。

活动3

提示：基因型为aa的个体不断被淘汰，但a基因随着杂合子保存下来，所以a基因的基因频率将越来越小。

活动4

提示：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；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，所以不会直接引起当代的基因频率的变化，但可能会影响到后代的基因频率。

【过程评价】

1．解析：同一种群的不同个体相互联系，并通过交配保持一个共同的基因库，因此，种群不是个体的机械集合。

答案：C

2．解析：影响种群的基因频率的因素有基因突变、基因重组和自然选择。自由交配的过程中，基因频率是不发生变化的。综上所述，ABD不符合题意，C符合题意。

答案：C

3．解析：生物进化是以种群为基本单位，A正确；基因库可在代代相传的过程中保持和发展，B错误；进化的实质是种群的基因频率的改变，C正确；自然选择决定生物进化的方向，D正确。

答案：B

4．解析：变异是不定向的，变异发生后，在自然(环境条件)选择下，适应性的变异被选择保留下来，导致种群的基因频率发生定向改变，A错误，D正确。P点时两曲线相交，此时A和a的基因频率相等，均为50%，B正确。Q点后A的基因频率增大，表示环境发生了变化，A基因控制的性状更适应环境，C正确。

答案：A

学习主题二

【师问导学】

活动1

1．提示：A的基因频率＝×100%＝×100%。

2．提示：A的基因频率＝AA的基因型频率＋1/2Aa的基因型频率＝P1＋1/2P2。

3．提示：XB的基因频率＝×100%＝×100%。

活动2

提示：基因突变；染色体变异；自然选择；种群个体数量过少；种群个体的迁入、迁出。

【过程评价】

1．解析：B的基因频率＝18%＋1/2×78%＝57%，b的基因频率＝1－57%＝43%。

答案：C

2．解析：因该果蝇种群vv的基因型频率为4%，由遗传平衡定律公式算出v＝0.2，V＝0.8，进而计算出引入纯种长翅果蝇前，基因型为vv的果蝇有0.04×20 000＝800(只)，基因型为Vv的果蝇有2×0.2×0.8×20 000＝6 400(只)，VV有0.8×0.8×20 000＝12 800(只)。引入20 000只纯合长翅果蝇后，基因频率v＝(800×2＋6 400)/(40 000×2)＝0.1，V＝1－0.1＝0.9，故A正确、B错误；因Vv、vv的数目不变，而该种群的总数增加一倍，所以Vv、vv的基因型频率均降低了50%，C、D正确。

答案：B

3．解析：根据题干信息，亲代中，A的基因频率为20%＋80%×(1/2)＝60%，a基因的频率为80%×(1/2)＝40%。随机交配得到的子一代的基因型及其比例为AA∶Aa∶aa＝(60%×60%)∶(2×60%×40%)∶(40%×40%)＝36%∶48%∶16%。又因aa基因型为致死型，故随机交配繁殖一代后，AA基因型的个体占36%/(36%＋48%)＝3/7。

答案：C

4．解析：随机交配的种群，基因频率和基因型频率稳定不变，保持平衡，符合遗传平衡定律。自交时，基因频率不变，杂合子所占比例会逐代减少，纯合子所占比例逐代增多，所以AA个体百分比会增大。

答案：C

高效课堂·实践运用

1．解析：生物进化的实质就是种群基因频率的改变。所以基因频率改变生物就进化，基因频率不改变生物就没有进化。

答案：A

2．解析：一个种群中，控制某一性状的基因频率增加，说明该基因控制的性状具有较强的适应性，能够传递给子代，A错误；控制某一性状的基因频率的增加并不一定导致该种群的全部个体都成为纯合子，B错误；控制某一性状的基因频率的增加该种群的繁殖速度不一定加快，C错误；控制某一性状的基因频率增加是自然选择的结果，说明该基因控制的性状对环境条件具有较强的适应性，D正确。

答案：D

3．解析：能定向改变种群基因频率的是自然选择。

答案：C

4．解析：(1)稀有的黑色型是由浅色型通过突变产生的。(2)黑色桦尺蛾逐渐取代浅色桦尺蛾，这表明黑色基因(S)和浅色基因(s)的频率均发生定向改变。(3)种群产生的变异是不定向的，在自然选择的作用下，不利变异不断被淘汰，有利的变异逐渐积累，从而使种群基因频率发生定向改变。

答案：(1)突变　(2)定向改变　(3)不定向的　自然选择　基因频率