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第3节　种群基因组成的变化与物种的形成
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＝×100%。
(3)影响因素：突变、选择、迁移等。
【易错警示】　
(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。
强化记忆：
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。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：
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%)
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。
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)可遗传的变异来源
(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。
特别提醒　(1)变异是不定向的，自然选择是定向的。
(2)进化的实质是种群基因频率的改变。
强化记忆：
根据教材P112～113“探究·实践”提供的资料，回答下列问题：
(1)桦尺蛾种群中产生的可遗传变异有哪些类型？
提示　突变(包括基因突变和染色体变异)和基因重组。
(2)对桦尺蛾种群来说，在自然选择过程中直接受选择的是表型还是基因型？为什么？
提示　直接受选择的是表型；因为天敌等直接看到的是性状，而不是控制性状的基因。
(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　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保留下来的机会少，相应基因的频率会下降。
【归纳总结】　自然选择决定生物进化的方向
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。
强化记忆：
根据教材P115“探究·实践”，回答下列问题：
(1)要从什么位置挑选细菌再进行培养？原因是什么？
提示　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。
(2)连续培养几代后，抑菌圈的直径发生了什么变化？这说明抗生素对细菌产生了什么作用？
提示　抑菌圈的直径大小表明该种抗生素的杀菌能力的强弱，直径越大，杀菌能力越强。连续培养几代后，抑菌圈的直径会变小，说明通过抗生素的选择作用，细菌中的耐药性类型越来越多。
(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？怎么理解变异是有利还是有害的？
提示　细菌产生的耐药性变异有利于细菌的生存，属于有利变异。在生物进化过程中，生物产生的有利变异是指有利于生物生存、适应环境的变异，而不是对人类有利的变异。
(4)滥用抗生素的现象十分普遍，请举例说明滥用抗生素的危害。
提示　①增强细菌耐药性：抗生素的滥用及不合理的使用在一定程度上使抗生素接触细菌的机会增大，使细菌耐药性积累并加强，使抗生素的药效减弱，甚至完全不起作用。②不良反应繁多：滥用抗生素导致大量不良反应产生。如应用氯霉素时可引发再生障碍性贫血。③菌群失调：抗生素的长期大量滥用，使未被抑制的细菌类型繁殖迅速，造成菌群失调的情况，导致患者免疫力下降，病情加重或产生新的病变。
必背知识：
1．生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫种群。
2．一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．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。
4．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。
5．生物进化的实质是种群基因频率的改变。
6．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。
四、隔离与物种的形成
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。
2．隔离
(1)概念：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。
(2)常见类型
　　　项目 类型 发生范围 结果
生殖隔离 不同物种间 ①不能相互交配 ②即使交配成功，也不能产生可育后代
地理隔离 同种生物 使种群间不能发生基因交流
3．隔离在物种形成中的作用
(1)新物种的形成过程
↓
↓
(2)结论：隔离是物种形成的必要条件。
【易错警示】　
(1)三倍体西瓜不可育，所以二倍体西瓜和四倍体西瓜不是同一物种。
(2)物种形成的标志是产生生殖隔离，生物进化只能说明种群基因频率改变，不一定产生生殖隔离。
(3)不能进行基因交流说明种群间存在隔离，包括地理隔离和生殖隔离。
强化记忆：
结合教材P117“思考·讨论”，回答下列问题：
(1)南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，在不同岛屿上形成不同种群，在自然状态下，这些不同种群之间能进行基因交流吗？为什么？
提示　不能；因为存在地理隔离。
(2)不同岛屿上的地雀种群进化方向相同吗？为什么？
提示　不同；因为不同岛屿上的环境不同，自然选择的方向不同。
(3)研究表明，后来即使将不同岛屿上的地雀种群混合饲养，它们之间也不能繁殖，为什么？
提示　因为它们之间已存在生殖隔离，已进化为不同物种。
(4)通过地雀的形成过程，说明物种形成需要以下环节：①突变和基因重组为生物的进化提供原材料；②自然选择决定生物进化的方向；③隔离是物种形成的必要条件。生殖隔离的出现意味着新物种的产生。
(5)物种的形成必须经过长期的地理隔离吗？能否在短时间内就形成生殖隔离？请举例说明。
提示　不是必须的；如用低温或秋水仙素处理萌发的二倍体西瓜幼苗即可获得四倍体西瓜，四倍体西瓜是新物种，没有经过长期的地理隔离。
【归纳总结】　
(1)物种形成的三个环节
(2)物种形成与生物进化的关系
内容 物种形成 生物进化
标志 生殖隔离出现 基因频率改变
变化后生物与原生物关系 属于不同物种 可能属于一个物种
二者关系 生物进化的实质是基因频率改变，这种改变可大可小，不一定会突破物种的界限，生物进化不一定导致新物种的形成
五、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＝×100%。
2．若某基因只出现在X染色体上，则基因频率＝×100%。
六、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＋Aa的基因型频率；
a的基因频率＝aa的基因型频率＋Aa的基因型频率。
七、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＝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。
八、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。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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