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（5）探究自然选择对种群基因频率变化的影响
——高考一轮复习生物学探究类实验专练
1.工业革命之前，某森林中的树干上长满地衣和苔藓，浅色桦尺蛾停在这种树干上不容易被天敌发现；工业革命之后，树干上的地衣和苔藓被黑色的煤烟取代了，黑色桦尺蛾不容易被天敌发现。已知桦尺蛾的黑色和浅色分别受等位基因D、d控制。在工业革命前后该森林中桦尺蛾种群的D基因频率的变化情况如图所示（该种群数量足够大、个体之间进行随机交配、无突变等）。下列叙述正确的是（ ）
A.若仅考虑桦尺蛾的体色这一性状，图中0~10年间该种群没有进化
B.图中10~24年间D基因频率不断增大，24~32年间基因型为Dd的个体占比达到最高
C.图中32~36年间D基因频率迅速增大是黑色桦尺蛾大量繁殖导致的
D.黑色桦尺蛾的数量增加对控制浅色性状的基因频率无影响
2.桦尺蛾的体色受一对等位基因S（黑色）和s（浅色）控制，某桦尺蛾种群中SS占30%，Ss占50%，由于某种条件的改变，浅色个体每年比上一年增加20%，不同基因型的黑色个体每年均比上一年减少20%。下列相关叙述错误的是（ ）
A.在自然选择的作用下，桦尺蛾种群朝着特定的方向进化
B.条件改变后的第一年，桦尺蛾种群中S的基因频率为44%
C.条件改变后的第二年，桦尺蛾种群中Ss的基因型频率为40%
D.自然选择直接作用于桦尺蛾的表现型，进而导致种群基因频率的改变
3.自然界中桦尺蛾有灰色和黑色两种类型。当树干和岩石呈现深暗颜色时，绝大多数为黑色桦尺蛾，在灰色环境中，绝大多数为灰色桦尺蛾。下列叙述正确的是（ ）
A.灰色桦尺蛾和黑色桦尺蛾是两个不同物种
B.不同的环境条件中，灰色基因和黑色基因的频率不同
C.灰色桦尺蛾全部基因的总和称为基因库
D.在深暗的环境中黑色桦尺蛾较多不属于生物对环境适应的表现
4.某地区生活着一种蛾，体色有深色和浅色两种，分别受一对基因A、a控制。1930年该地区工业迅速发展，煤烟大量排放，研究人员调查了该地区1920～1980年浅色蛾和深色蛾的比例，结果如图所示。下列相关分析正确的是（ ）
A.1930年以前，浅色蛾生存的机会更多，留下后代的机会也更多
B.1940年两类蛾各占50%，说明该种群中A、a的基因频率都是0.5
C.1930～1980年期间，种群中基因型为Aa个体比例逐渐增加至相对稳定
D.这一事实说明，在自然选择作用下种群的基因频率会发生不定向的改变
5.英国曼彻斯特地区的桦尺蛾体色由常染色体上的S（黑色）和s（灰色）控制，在二十世纪中叶，随着工业污染，种群中S的基因频率出现如图的变化。下列相关叙述正确的是（ ）
A.桦尺蛾种群中全部S和s基因构成该种群的基因库
B.当S的基因频率为40%时，显性个体中Ss概率为48%
C.由于环境污染，黑色桦尺蛾成活率增加成为新的物种
D.自然选择直接作用的是桦尺蛾个体的表型（体色）
6.桦尺蠖蛾体色有两种表现型，野生型是灰白色，突变型是暗黑色。20世纪50年代，研究人员做了如下实验：将两种体色的蛾分别标记后放养在工业区和没有污染的非工业区，经过一段时间后，将所释放的蛾尽量回收，统计其数目，结果如下表。下列叙述正确的是（ ）
地区 灰白色蛾 暗黑色蛾
释放数 回收数 释放数 回收数
伯明翰 64 16 154 82
多赛特 393 54 406 19
A.蛾种群的所有体色基因构成了基因库
B.这两个蛾种群没有发生进化
C.该实例说明，自然选择导致适应
D.暗黑体色在伯明翰具有生存优势，伯明翰很可能是非工业区
7.已知桦尺蛾的黑色和浅色分别受等位基因D、d控制。在工业革命后某森林中桦尺蛾种群的D基因频率的变化情况如图所示（该种群数量足够大、个体之间进行随机交配、无突变、无迁入迁出等）。下列叙述正确的是（ ）
A.若仅考虑桦尺蛾的体色这一性状，图中0~10年间该种群没有进化
B.图中10~24年间D基因频率不断增大，24~32年间基因型为Dd的个体占比达到最高
C.图中32~36年间D基因频率迅速增大是黑色桦尺蛾大量繁殖导致的
D.黑色桦尺蛾的数量增加对浅色性状的基因频率无影响
8.某种蛾的褐色（A）与白色（a）受一对等位基因控制。第一年，基因型aa的比例为40%，褐色个体中杂合子占60%。第二年，由于环境变化，天敌对褐色个体捕食较多，褐色个体较前一年减少10%，白色个体增加10%，褐色个体中基因型比例不变。下列叙述正确的是（ ）
A.第一年A基因的频率为60%
B.环境变化引起蛾的白色突变增多
C.第二年种群数量与前一年相同
D.第二年a基因的频率大于58%
9.桦尺蛾的体色受一对等位基因控制，其中黑色（S）对浅色（s）为显性。将某桦尺蛾种群分成两组，分别迁移到A、B两个区域，A地是煤炭工业重镇，B地是闭塞的山区，数年后抽样调查，结果如下表所示。下列有关说法不正确的是（ ）
区域 SS（%） Ss（%） ss（%）
A 80 18 2
B 2 8 90
A.A地S基因的频率为89%，B地S基因的频率为6%
B.A地的大部分s基因突变为S基因，故S基因的频率升高
C.从上述材料可知生物进化的方向是由自然选择决定的
D.从上述材料可知生物进化的实质就是种群基因频率的变化
10.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（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）的桦尺蛾成了常见类型。下列与此相关的叙述中正确的是
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个体的表现型
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基因突变成S基因的频率增加
11.根据下列材料回答有关生物进化和生物多样性的问题。
材料一：某种蛾易被蝙蝠捕食，千百万年之后，此种蛾中的一部分当感受到蝙蝠的超声波时，便会运用复杂的飞行模式，逃脱危险，其身体也发生了一些其他改变。当人工使变化后的蛾与祖先蛾交配后，形成的受精卵不具有生命力。
材料二：蛙是幼体生活于水中，成体可生活于水中或陆地的动物。由于剧烈的地质变化，某种蛙生活的水体被分开，蛙被隔离为两个种群。千百万年之后，这两个种群不能自然交配。
（1）现代生物进化理论认为：种群是生物进化的_____，材料一种变化后的蛾已经发生了进化，原因是变化后的蛾_____。
（2）材料二中的这两个种群是否已经进化为两个不同的物种？_____，理由是_____。
（3）在材料一中，蛾复杂飞行模式的形成是_____的结果。
（4）在材料二中，发生剧烈地质变化后，若其中一个蛙种群生活的水体逐渐干涸，则该种群中个体数减少，导致该种群的_____变小。
（5）如表为某等位基因在A种群中的基因型及对应个体数。
基因型 A种群/个
XDXD 200
XDXd 50
XdXd 100
XDY 180
XdY 170
D.d基因在A种群中的频率分别为_____、_____。
12.桦尺蛾是一种夜间活动，白天停歇在树干上的昆虫，一般为浅色，它借助与环境相似的体色躲避鸟类天敌。在工业污染区，黑色桦尺蛾的数量有增多的趋势。某实验小组为证实两种体色的桦尺蛾因环境不同而数量比例不同，进行了相关探究。请完成下列探究方案。
（1）假设_____。
（2）实验步骤：
①选择工业污染区A和_____地区B；
②收集桦尺蛾，并在翅下用有色颜料分别标记黑色桦尺蛾和浅色桦尺蛾若干；
③_____；
④一段时间后用诱蛾灯诱捕，记录、统计结果。
（3）实验结果及A、B两地区不同体色桦尺蛾回收率如下列图表所示。
桦尺蛾释放数和回收数
项目 浅色 黑色
工业污染区A 释放数 400 500
回收数 52 150
地区B 释放数 500 600
回收数 60 30
（4）结论：_____。
（5）分析与讨论：
①人们观察到工业污染导致树皮变黑，请从这个角度解释上述实验结果：_____。
②已知桦尺蛾的体色由常染色体上一对等位基因控制。为了进一步探究桦尺蛾的黑色与浅色的显隐性关系，有人将一对黑色桦尺蛾与浅色桦尺蛾杂交，F1中黑色桦尺蛾与浅色桦尺蛾的数量比为1:1。请利用F1的桦尺蛾，在此基础上设计遗传实验完成探究。
答案以及解析
1.答案：A
解析：若仅考虑桦尺蛾的体色这一性状，图中0~10年间桦尺蛾种群的D基因频率未发生改变，说明该种群在此期间没有进化，A正确；由题图可知，10~24年间D基因频率不断增大，24~32年间D基因频率为0.6，则基因型为Dd的个体占比为48%。不是最高，B错误；基因频率的改变是自然选择的结果，C错误；黑色桦尺蛾的数量增加可能导致D基因频率增大，则d基因频率减小，D错误。
2.答案：B
解析：自然选择通过直接作用于桦尺蛾的表现型，导致桦尺蛾种群朝着体色变浅的方向进化，种群的基因频率发生改变，A、D正确。
SS所占比例 Ss所占比例 ss所占比例 S的频率 s的频率
初始时 30% 50% 20% 55% 45%
条件改变后的第一年 30%×（1-20%）=24% 50%×（1-20%）=40% 20%×（1+20%）=24% 50% 50%
按总和为1调整后 3/11 5/11 3/11
条件改变后的第二年 3/11×（1-20%）=12/55 5/11×（1-20%）=20/55 3/11×（1+20%）=18/55 44% 56%
按总和为1调整后 6/25（即24%） 10/25（即40%） 9/25（即36%）
综合表格数据可知，B错误、C正确。
3.答案：B
解析：灰色桦尺蛾和黑色桦尺蛾是同一物种，A错误；不同的环境条件中，灰色基因和黑色基因的频率不同，灰色环境中，绝大多数为灰色桦尺蛾，灰色基因频率高，B正确；基因库指的是该物种的全部基因，C错误；桦尺蛾颜色为黑色时，更适宜在深暗的环境中生存，属于生物对环境适应的实例，D错误。
4.答案：A
解析：1940年，表现型浅色：深色=1:1，即基因型aa：（AA+Aa）=1:1。1930～1980年期间，种群中深色个体基因型为Aa或AA个体比例逐渐增加至相对稳定。自然选择作用下种群的基因频率会发生定向的改变，深色基因频率增加。
5.答案：D
解析：A、种群基因库指的是种群中所有个体的全部基因的总和，A错误；B、当S的基因频率为40%时，s的基因频率为60%，个体中Ss概率为2×40%×60%=48%， SS的概率是40%×40%=16%，所以显性个体中Ss概率为48%÷（48%+16%）=75%，B错误； C、由于环境污染，自然选择的方向改变，使S的基因频率增加，s基因频率减小，黑色桦尺蛾成活率增加，但并未与浅色桦尺蠖形成生殖隔离，所以不是新物种，C错误； D、自然选择直接作用于个体的表型，D正确。
6.答案：C
解析：A、种群中所有个体的全部基因组成了这个种群的基因库，而不是所有体色基因，A错误；B、根据表格分析可知，在不同地区，不同体色的桦尺镬，出现了存活率的差异，说明适应该地区的体色得以保留，导致种群基因频率的发生了改变，也就是这两个蛾种群发生了进化，B错误；C、根据表格分析可知，在不同地区，不同体色的桦尺蝼，出现了存活率的差异，说明适应该地区的体色得以保留，有助于该生物在一定环境条件下生存和延续，也就是自然选择导致适应，C正确；D、根据表格分析可知，暗黑色桦尺蝼蛾更易于在伯明翰生存，具有生存优势，推测暗黑色的体色与伯明翰的环境比较一致，也就是伯明翰很可能是工业区，D错误。故选：C。
7.答案：A
解析：A、若仅考虑桦尺蛾的体色这一性状，图中0~10年间桦尺蛾种群的D基因频率未发生改变，说明该种群在此期间没有进化，A正确；B、由题图可知：10~24年间D基因频率不断增大，24~32年间D基因频率为0.6，则基因型为Dd的个体占比为48%，不是最高，B错误；C、基因频率的改变是自然选择的结果，C错误；D、黑色桦翅蛾数量的增加可能导致D基因频率增大，则d基因频率减小，D错误。故选A。
8.答案：D
解析：D、由A选项的计算可知，第一年a基因的频率为：1-0.42=0.58，由于自然选择导致a基因频率增加，因此第二年a基因的频率大于58%，D正确
9.答案：B
解析：由上述分析可知，A地种群内控制黑色的S基因的频率较高，而B地种群内控制浅色的s基因的频率较高，这与这两地种群的生活环境对其的选择有关，B错误。
10.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生物个体的表现型，B正确；Ss个体对应的表现型为黑色，适应环境，通过选择，其基因型频率增加，C错误；通过自然选择，S基因的频率增加，D错误。
11.答案：（1）基本单位；与祖先蛾己存在生殖隔离，成了一个新物种
（2）；已经存在生殖隔离
（3）自然选择
（4）基因库（或遗传多样性）
（5）60%；40%
解析：（1）种群是生物进化的基本单位；当人工使变化后的蛾与祖先蛾交配后，形成的受精卵不具有生命力，说明二者之间已经出现了生殖隔离，即变化后的蛾已经发生了进化。
（2）材料二中的这两个种群在千百万年之后不能自然交配，说明已经出现了生殖隔离，即已经进化为两个不同的物种。
（3）在材料一中，蛾复杂飞行模式的形成是长期自然选择的结果。
（4）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，材料二中如果一个蛙种群生活的水体逐渐干涸，种群中个体数减少，则一些基因会随着某些个体的死亡而消失，进而导致该种群的基因库（或遗传多样性）变小。
（5）根据表格可知，A种群中基因D有200×2+50+180=630（个），种群中D、d全部等位基因数有（200+50+100）×2+（180+170）=1050（个），所以基因D在A种群中的频率为630/1050×100%=60%，基因d在A种群中的频率为40%。
12.答案：（1）在工业污染区，黑色蛾数量占优势（合理即可）
（2）①非工业污染；③将标记的不同体色的蛾分别释放到上述两地区
（4）在工业污染区黑色蛾数量占优势，在非工业污染区浅色蛾数量占优势
（5）①工业污染区树皮变黑，黑色蛾与周围环境一致不易被捕食，数量较多；②选多对黑色蛾雌雄个体相互交配，观察后代是否发生性状分离，如发生性状分离，则黑色为显性性状；如不发生性状分离，则黑色为隐性性状。（也可选多对浅色蛾雌雄个体交配，合理即可）
解析：（1）实验假设是根据实验目的而定的，为证实两种体色的桦尺蛾因环境不同而数量比例不同，可假设在工业污染区，黑色蛾数量占优势。
（2）桦尺蛾的体色与环境颜色差别越小，被鸟类捕食的概率就越小，所以在工业污染区，黑色蛾被捕食的概率降低，在释放后被回收的比例较大。为了证明这个结论，可以在工业污染区和非工业污染区中释放黑色蛾和浅色蛾，一段时间后进行回收实验来验证。
（4）根据实验结果可知，在工业污染区黑色蛾数量占优势，在非工业污染区浅色蛾数量占优势。
（5）①工业污染区树皮变黑，黑色蛾与周围环境一致不易被捕食，所以数量较多。②选多对黑色蛾雌雄个体相互交配，观察后代是否发生性状分离，如发生性状分离，黑色为显性性状；如不发生性状分离，黑色为隐性性状；也可选多对浅色蛾雌雄个体交配。

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