人教版 (2019)必修2《遗传与进化》一 种群基因组成的变化学案

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

研习1　种群和种群基因库

 [梳理教材]

答案：

同种　全部个体　繁殖　基因　全部个体　基因　全部等位基因数

[拓展提升]

1．构建种群基因组成变化的数学模型

在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因。假设该昆虫种群非常大，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，据此内容回答下列问题：

(1)计算出亲代种群中AA、Aa和aa三种基因型个体所占的比例(即AA、Aa和aa的基因型频率)，填入下表相应位置。

(2)根据孟德尔的分离定律，计算出该亲代种群产生的A配子的比例(即A的基因频率)p和a配子的比例(即a的基因频率)q，填入下表相应位置。

(3)计算出亲代种群雌雄个体随机交配所产生的子一代的基因型频率和基因频率，填入下表相应位置。

(4)求出子一代自由交配所产生的子二代的基因型频率和基因频率，填入下表相应位置。

(5)求出子二代自由交配所产生的子三代的基因型频率和基因频率，填入下表相应位置。

由表可知，子二代、子三代以及以后若干代，种群的基因频率和基因型频率都与子一代(填“亲代”或“子一代”)一样。

2．基因频率的计算

(1)某基因频率＝×100%。

例如，A%(A的基因频率)＝×100%。

(2)已知基因型频率计算基因频率。

①常染色体上基因频率的计算。

    一对等位基因中某基因的频率＝该基因纯合子的基因型频率＋1/2杂合子的基因型频率。

    例如，A%(A的基因频率)＝AA%(AA的基因型频率)＋Aa%(Aa的基因型频率)。

    ②X染色体上基因频率的计算。

    如某种群中基因型有XBXB、XBXb、XbXb、XBY、XbY，b%(Xb的基因频率)＝×100%。

    (3)自由交配时基因频率与基因型频率的计算公式：

    ①设A的基因频率为p，a的基因频率为q，则p＋q＝1。

即：AA的基因型频率＝p2，Aa的基因型频率＝2pq，aa的基因型频率＝q2。

②实例：若已知AA的基因型频率为m，则A的基因频率为。

3．自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律

4.基因频率和基因型频率改变与生物进化的关系

基因频率和基因型频率

(1)在种群中，一对等位基因的频率之和等于1，基因型频率之和也等于1。

(2)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。

(3)根据遗传平衡定律(哈代—温伯格定律)计算基因频率。该定律指出：在一个有性生殖的群体中，在种群足够大，种群内个体随机交配，没有突变，没有新基因加入，没有自然选择的条件下，各等位基因的频率在一代代的遗传中是稳定不变的，即PA和Pa保持不变，所以PAA＝P，Paa＝P。

 [即时练习]

1．判断

(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)×　基因频率是指一个种群中某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。

(4)√

2．现有两个非常大的某昆虫种群，个体间随机交配，没有迁入和迁出，无突变，自然选择对A和a基因控制的性状没有作用。种群1的A基因频率为80%，a基因频率为20%；种群2的A基因频率为60%，a基因频率为40%。假设这两个种群大小相等，地理隔离不再存在，两个种群完全合并为一个可随机交配的种群，则下一代中Aa的基因型频率是(　　)

A．75%  B．50%  C．42%  D．21%

答案：C　解析：根据题意可知，合并后的种群中A基因频率为(80%＋60%)÷2＝70%，a基因频率为(20%＋40%)÷2＝30%，根据“两个种群完全合并为一个可随机交配的种群”可知，下一代中Aa的基因型频率是2×70%×30%＝42%，故C项正确。

【解题探究】

(1)遗传平衡定律的适用条件有：种群数量________、个体间________交配、没有________________________等。

(2)扫清障碍

①基因频率的计算：由于“两个种群大小相等”，合并后的基因频率可以取________。

②基因型频率的计算：用遗传平衡定律的时候注意杂合子基因型频率＝________________。

答案：(1)足够大　随机　突变、迁入和迁出、自然选择

(2)①平均值　②2×A基因频率×a基因频率

研习2　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

 [梳理教材]

1．基因突变是使种群基因频率发生变化的原因

基因突变产生新的________，这就可以使种群的基因频率发生变化。

2．可遗传的变异提供了生物进化的原材料

3．探究自然选择对种群基因频率变化的影响

(1)提出问题：________________________________________________________________________?

(2)作出假设：________________________________________________________________________。

(3)实验思路与结果：1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS 10%，Ss 20%，ss 70%，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(ss)个体每年减少10%，黑色(SS和Ss)个体每年增加10%。

完成下列表格：(注意：不同年份该种群的个体总数可能有所变化)

将环境的选择作用的大小进行调整，比如将浅色个体每年减少的数量百分比调高点，重新进行相关计算，得出结果。

(4)分析结果，得出结论：自然选择可以________种群的基因频率，且环境的选择作用越大，改变的幅度也越________。

4．自然选择使种群的基因频率发生定向改变

答案：

1．等位基因

2．染色体变异　随机性　不定向性

3．(1)桦尺蛾种群中s基因(决定浅色性状)的频率为什么越来越低呢　(2)自然选择使桦尺蛾种群的基因频率发生定向改变　(3)13%　14.6%　26%　29.2%　61%　56.2%　26%　29.2%　74%　70.8%　(4)定向改变　大

4．多　提高　下降　定向改变

[拓展提升]

　关于生物进化的“两点”归纳

(1)自然选择决定生物进化的方向

(2)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生物进化是定向的。

[即时练习]

1．判断

(1)突变具有低频性，不能为生物进化提供原材料。(　　)

(2)有害突变不能成为生物进化的原材料。(　　)

(3)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。(　　)

答案：(1)×　生物进化的基本单位是种群，虽然生物发生突变的频率很低，但种群由许多个体组成，而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。

(2)×　生物变异是否有利，取决于它们的生存环境。

(3)×　可遗传的变异为生物进化提供原材料，自然选择决定生物进化的方向。

2．(2021·芜湖高一检测)桦尺蛾是一种夜间活动、白天在树上栖息的昆虫。有人做了如下实验，将深色桦尺蛾和浅色桦尺蛾分别进行标记，然后放养于工业污染区和没有污染的非工业区。经过一段时间以后，将所释放的桦尺蛾尽量收回，统计其数量，结果如表所示。下列分析有误的是(　　)

A.桦尺蛾的体色在遗传学上叫作相对性状

B．桦尺蛾夜间活动，白天在树上栖息，这是先天性行为，由体内的遗传物质决定

C．工业污染之后，桦尺蛾较深的体色对其本身来说是一种保护色，在工业污染区深色桦尺蛾的回收率比较高，这说明生物对环境具有适应性

D．根据达尔文的观点，深色桦尺蛾和浅色桦尺蛾数量的变化是自然选择的结果

答案：A　解析：相对性状是同一生物同一性状的不同表现形式；性状是指生物体所表现出的形态结构特征、生理特性和行为方式，所以桦尺蛾的体色在遗传学上叫作性状；先天性行为是指动物生来就有的，由动物体内的遗传物质所决定的行为，桦尺蛾夜间活动，白天在树上栖息，是先天性行为；在工业污染区深色桦尺蛾的回收率较高，是因为深色桦尺蛾与环境颜色相近，不易被天敌发现，容易存活下来，这说明生物对环境具有适应性；由表格数据可知，浅色桦尺蛾在非工业区回收的比例大于在工业污染区回收的比例，而深色桦尺蛾在工业污染区回收的比例大于非工业区，因此可以判断深色桦尺蛾适合在工业污染区生存、浅色桦尺蛾适合在非工业区生存，这是自然选择的结果。

研习3　探究抗生素对细菌的选择作用

 [梳理教材]

1．实验原理

一般情况下，一定浓度的________能杀死细菌，但变异的细菌可能产生________。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加________，________有可能存活下来。

2．实验步骤

3.实验结果

与区域①相比，区域②③④纸片周围会出现抑菌圈；②③④区域抑菌圈的平均直径逐代越来越____。

4．实验结论

①细菌耐药性的出现是发生了________________；②抗生素的选择作用导致了耐药菌比例的逐渐________。

答案：

1．抗生素　耐药性　抗生素　耐药菌

2．底部　垂直　无菌的涂布器　培养基平板　不含抗生素　抗生素　抑菌圈　抑菌圈　抑菌圈边缘　液体培养基

3．小

4．可遗传的变异　升高

[延伸思考]

(1)细菌耐药性变异的产生与抗生素有关吗？为什么？

提示：无关。因为抗生素并非诱变因子。

(2)细菌产生耐药性变异的过程是定向的吗？为什么？

提示：不是。因为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)为什么培养基中抗生素滤纸片周围会出现抑菌圈？

提示：因为滤纸片上的抗生素杀死了其周围的细菌，使其不能形成菌落而出现抑菌圈。

(4)抗生素滤纸片周围的抑菌圈的直径为什么会逐代变小？

提示：因为经过抗生素的持续多代筛选，细菌中的耐药个体越来越多，种群的耐药性越来越强。

[即时练习]

1．判断

(1)抗生素诱导细菌产生了耐药性的变异。(　　)

(2)一般情况下，一定浓度的抗生素会杀死细菌。(　　)

(3)在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，所有的细菌都将被杀死。(　　)

答案：(1)×　抗生素并非诱变因素，不能诱发细菌产业耐药性变异。

(2)√

(3)×　耐药菌有可能存活下来。

2．如图表示长期使用一种农药后，害虫种群数量的变化情况，下列有关叙述不正确的是(　　)

A．a点种群中存在很多种变异类型，原因是变异具有不定向性

B．a→b的变化是生物与无机环境斗争的结果

C．b→c是抗药性逐代积累的结果

D．农药对害虫的变异进行定向诱导，使害虫产生了抗药性

答案：D　解析：变异是害虫本身存在的，且是不定向的，并不是农药定向诱导产生的。在农药的选择作用下，只有少数抗药性个体保留下来，即a→b段；此后这些抗药性个体大量繁殖，即b→c段。

[巩固提升]

1．下列关于种群基因库的叙述不正确的是(　　)

A．同一物种不同种群的基因库可能有所差异

B．自然状态下，一个生物个体的死亡一般不会导致种群基因库的变化

C．种群中每个个体含有该种群基因库的全部基因

D．基因突变可改变种群基因库的组成

答案：C　解析：同一物种不同种群生活的环境不同，其基因库可能存在差异，A正确；自然状态下一个种群含有许多个体，基因库一般不会因某个个体死亡而变化，而是在代代相传中保持和发展，B正确；种群中的每个个体含有种群基因库中的部分基因，C错误；可遗传的变异均可能改变基因库的组成，可遗传的变异包括基因突变、基因重组和染色体变异，D正确。

2．一种果蝇的突变体在21 ℃的气温下，生存能力很差，但是，当气温上升到25.5 ℃时，突变体的生存能力大大提高了。这说明(　　)

A．突变是不定向的

B．突变是随机发生的

C．突变的有害或有利取决于环境条件

D．环境条件的变化对突变体都是有利的

答案：C　解析：依题意，一种果蝇的突变体在21 ℃的气温下，生存能力很差，说明该变异是有害的，当气温上升到25.5 ℃时，突变体的生存能力大大提高，说明当环境条件改变时，原来有害的变异成为有利的变异。

3．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%。下列叙述错误的是(　　)

A．非洲疟疾流行地区a基因的频率大约为30%

B．美洲黑人中a基因频率的下降是环境选择的结果

C．非洲疟疾流行地区，镰状细胞贫血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的基因频率，A错误；基因突变能够改变基因频率，而基因频率的改变是自然选择的结果，B正确；非洲疟疾流行地区，镰状细胞贫血携带者不发病，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；在一定外界条件下，有害的突变基因可转变为有利的基因，D正确。

4．为探究两种抗生素对某细菌的抑菌效果，设计如下图所示实验方案，在无菌固体培养基表面上涂布被检测细菌，放置甲、乙和丙三个圆形滤纸片(抗生素可在培养基扩散，滤纸片周围出现抑菌圈的大小能反映其抑菌效果)。下列说法错误的是(　　)

A．抑菌最有效的是抗生素b

B．浸泡滤纸片的抗生素a、b浓度应相同

C．丙滤纸片起到对照作用

D．此方法可检测抗生素对病毒的抑制效果

答案：D　解析：分析图，浸泡过抗生素b的抑菌圈最大，说明抗生素b的抑菌效果最强，A正确；该实验的自变量是是否浸泡抗生素和抗生素的种类，两种抗生素的浓度应相同，目的是保证单一变量，B正确；浸泡过无菌水的丙组应为空白对照组，C正确；抗生素可抑制细菌生长，但不能抑制病毒的繁殖，故不能检测对病毒的抑制效果，D错误。