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第1课时
种群基因组成的变化及探究抗生素对细菌的选择作用
第6章 生物的进化
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学习目标
1.解释种群、基因库和基因频率的概念。
2.阐明生物进化的实质。
内容索引
一、种群和种群基因库
三、探究抗生素对细菌的选择作用
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
课时对点练
种群和种群基因库
一
1.种群的概念及特点
(1)概念:生活在一定区域的 生物 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 ,种群中的雌雄个体可以通过繁殖将 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 个体所含有的 基因,叫作这个种群的基因库。
梳理 教材新知
同种
全部个体
基本单位
各自的基因
全部
全部
3.基因频率
(1)概念:在一个种群基因库中,某个基因占 的比值。
全部等位基因数
(3)影响因素:突变、选择、迁移等。
(1)一个种群中某基因占所有基因数的比值叫作基因频率( )
提示 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。
×
(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
( )
提示 在环境条件保持稳定的前提条件下,种群的基因频率可能受基因突变、迁入和迁出等因素的影响而发生变化。
×
(3)若亲子代间基因频率不变,基因型频率也一定不变( )
提示 若亲子代间基因频率不变,基因型频率可能发生改变,如基因型为Aa的个体自交,基因频率不变,但基因型频率发生改变。
×
(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( )
√
任务一:用数学方法讨论基因频率的变化
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都不产生突变等。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?
探究 核心知识
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?请完成表格。
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。
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(____) Ss(_____) ss(_____)
子二代基因频率 S(_____) s(_____)
4%
32%
64%
20%
80%
易错警示
(1)影响基因频率的因素不只是环境,还有突变、生物的迁移等。
(2)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。
1.(2023·无锡高一检测)下列关于基因库的描述,错误的是
A.基因库是一个种群的全部个体所含的全部基因
B.生物个体总是要死亡的,但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传
C.种群中每个个体都含有种群基因库中的全部基因
D.基因突变可能改变基因库的组成
√
落实 思维方法
种群是生物繁殖的基本单位,所以基因库不会因个体死亡而消失,会代代相传,B正确;
由于不同个体之间在基因上具有差异,所以每个个体不可能含有种群基因库中的全部基因,C错误;
可遗传的变异均可能改变基因库的组成,D正确。
2.在某个处于遗传平衡的种群中随机抽取一定数量的个体,其中基因型为AA的个体占18%,基因型为Aa的个体占78%,基因型为aa的个体占4%,基因A和基因a的基因频率分别是
A.18%、82% B.36%、64%
C.57%、43% D.92%、8%
√
根据题干信息分析,已知种群的基因型频率为AA=18%,Aa=78%,aa=4%,因此该种群的基因频率:A=18%+1/2×78%=57%,a=4%+1/2×78%=43%。
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
二
梳理 教材新知
1.种群基因频率的变化
(1)原因:基因突变。
(2)可遗传变异的来源
突变
基因突变
染色体变异
__________
基因重组
(3)可遗传变异的形成、特点和作用
①形成:a. 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 。
②特点:随机的、 。
③作用:只是提供生物进化的 ,不能决定生物进化的 。
(4)变异的有利和有害是相对的,是由 决定的。
基因突变
基因型
不定向的
原材料
方向
生存环境
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 ;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 。
(2)结果:在自然选择的作用下, 会发生定向改变,导致生物朝着一定的方向不断进化。
不断提高
下降
种群的基因频率
(1)从根本上讲,没有突变,就没有生物的进化( )
(2)突变具有低频性,不能为生物进化提供原材料( )
提示 突变和基因重组为生物的进化提供原材料。
√
(3)有害突变不能成为生物进化的原材料( )
提示 突变的有利和有害是相对的,都可以为生物的进化提供原材料。
×
(4)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( )
提示 不可遗传的变异不能为生物的进化提供原材料。
×
×
任务二:探究自然选择对种群基因频率变化的影响
根据教材“探究·实践”提供的资料,回答下列问题:
(1)树干变黑对桦尺蛾浅色个体的出生率有影响吗?为什么?
探究 核心知识
提示 有影响;树干变黑后,许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食,导致其个体数量减少,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?
提示 直接受选择的是表型;因为天敌看到的是桦尺蛾的体色(表型),而不是控制体色的基因。
(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 桦尺蛾种群发生了进化;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是什么?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。
核心归纳
(1)影响种群基因频率变化的因素
①外因:自然选择。
②内因:基因突变和部分染色体变异如缺失和重复等能直接引起基因频率的变化;基因重组只改变了基因型频率,在自然选择的作用下淘汰部分个体后可引起基因频率的变化。
(2)自然选择决定生物进化的方向
有关基因频率与进化的分析和总结
核心归纳
(3)进化的实质是种群基因频率的改变。
(4)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生物进化的方向是定向的。
有关基因频率与进化的分析和总结
3.下列关于基因频率与生物进化关系的叙述,正确的是
A.种群基因频率的改变不一定引起生物的进化
B.生物进化的实质是种群基因频率的改变
C.自然选择是影响基因频率的唯一因素
D.生物性状的改变一定引起生物的进化
落实 思维方法
√
生物进化的实质是种群基因频率的改变,所以种群基因频率发生改变一定会引起生物的进化,A错误,B正确;
生物的性状受基因和外界环境的共同作用,性状改变,基因不一定改变,故基因频率不一定改变,生物也不一定进化,D错误。
4.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(ss)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各种基因型的个体
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基因定向突变成S基因
√
自然选择是定向的,A错误;
自然选择直接作用于个体的表型,选择的是各种基因型的个体,B正确;
基因型为Ss的个体对应的表型为黑色,适应环境,通过选择,其基因型频率增加,C错误;
基因突变是不定向的,D错误。
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 。在实验室连续培养细菌时,如果向培养基中添加抗生素, 有可能存活下来。
梳理 教材新知
耐药性
耐药菌
2.方法步骤
相互垂直
涂布器
不含抗生素
抗生素
纸片
12~16 h
抑菌圈
的直径
抑菌圈边缘
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。
(1)细菌在抗生素的诱导作用下产生了抗药性基因( )
(2)本实验所使用的涂布器、培养皿等都要进行灭菌处理( )
×
√
任务三:探究抗生素对细菌的选择作用
根据教材“探究·实践”,回答下列问题:
(1)为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌?
探究 核心知识
提示 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,因此要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌。
(2)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?
提示 在本实验条件下,耐药菌产生的变异一般来说是有利的;在特定环境中,有利于生物生存和繁殖的变异就是有利变异。
(3)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?
提示 滥用抗生素会使病菌的抗药基因不断积累,抗药性不断增强,导致抗生素药物失效。
5.一般情况下,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。下列关于“探究抗生素对细菌的选择作用”实验的说法中,错误的是
A.放置不含抗生素的纸片起对照作用
B.耐药菌发生了基因突变,不利于其生存
C.重复几代,抑菌圈的直径会逐渐减小
D.本实验说明抗生素对细菌有选择作用
√
落实 思维方法
探究抗生素对细菌的选择作用,自变量为是否使用抗生素,故放置不含抗生素的纸片,属于对照组,起对照作用,A正确;
耐药菌发生了基因突变,能在含有抗生素的培养基中生存,因此耐药菌发生的基因突变有利于其生存,B错误;
重复几代,细菌的抗药性越来越强,抑菌圈的直径会逐渐减小,C正确;
随着培养代数的增加,抑菌圈逐渐减小,说明抗生素能定向选择耐药菌,D正确。
网络构建
课时对点练
四
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对一对
答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 B B C D B A B C
题号 9 10 11 12
答案 D B D A
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对一对
答案
题号 13
答案 (1)等位基因 基因重组 变异 原材料 (2)2×106 (3)65% 35%
(4)种群 种群基因频率的改变
题号 14
答案 (1)杀虫剂R的使用会使从A点到B点蜗牛种群中抗药性基因频率上升,种群基因频率发生改变 C (2)49% 65% 无条纹
题组一 种群和种群基因库
1.下列关于种群的叙述,错误的是
A.种群是生物进化和繁殖的基本单位
B.一片森林里的全部鸟是一个种群
C.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
D.种群内的个体会死亡,但基因库却可在代代相传的过程中得到保持和
发展
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答案
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2.(2021·广东,8)兔的脂肪白色(F)对淡黄色(f)为显性,由常染色体上一对等位基因控制。某兔群由500只纯合白色脂肪兔和1 500只淡黄色脂肪兔组成,F、f的基因频率分别是
A.15%、85% B.25%、75%
C.35%、65% D.45%、55%
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答案
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由题意可知,该兔种群由500只纯合白色脂肪兔(FF)和1 500只淡黄色脂肪兔(ff)组成,故F的基因频率=F/(F+f)×100%=(500×2)/(2 000×2)
×100%=25%,f的基因频率=1-25%=75%,B符合题意。
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答案
3.(2023·扬州高一期末)某生物兴趣小组抽样调查的200人中,各种基因型的人数情况如表所示,则这200人中,b的基因频率为
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答案
基因型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY
人数 78 14 8 70 30
A.85% B.30% C.20% D.15%
√
X染色体上b基因的数量是14+8×2+30=60,B、b基因的数量共为78×2+14×2+8×2+70+30=300。b的基因频率为60÷300×100%=20%,C符合题意。
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答案
题组二 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
4.(2023·保定高一联考)下列哪项对种群的基因频率没有直接影响
A.自然选择 B.迁入和迁出
C.基因突变 D.随机交配
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答案
自然选择、迁入和迁出、基因突变都是影响种群基因频率变化的因素,随机交配不影响种群基因频率的变化。
5.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。下列有关生物进化的说法,不正确的是
A.可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异
B.基因突变是生物变异的根本来源,但有害突变一般不能为生物进化提
供原材料
C.突变产生的新基因,经有性生殖过程中的基因重组,为进化提供丰富
的原材料
D.种群基因频率改变的快慢与基因控制的性状与环境适应的程度有关
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答案
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答案
有害突变和有利突变均属于可遗传变异,都可为生物进化提供原材料,B错误。
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答案
6.下列关于自然选择和生物进化的叙述,正确的是
A.自然选择可导致不同地区种群基因库形成差异
B.个体突变的方向决定了种群生物进化的方向
C.自然选择决定了生物变异的方向和进化的方向
D.生物进化的实质是种群基因型频率的改变
√
生物个体突变的方向是不确定的,自然选择决定生物进化的方向,B、C错误;
生物进化的实质是种群基因频率的改变,D错误。
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答案
题组三 探究抗生素对细菌的选择作用
7.随着全球范围内抗生素的广泛和大量使用,抗药细菌不断出现,它可以通过多种途径对抗生素产生抗性,抗生素在不久的将来有可能成为一堆废物。请分析抗生素对细菌抗药性的产生所起的作用
A.抗生素的不断使用,使细菌逐渐适应而产生抗药性
B.细菌的变异是不定向的,抗生素对细菌进行了定向选择
C.细菌的变异是定向的,抗生素对细菌进行了定向选择
D.抗生素使细菌产生了定向变异
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答案
8.(2024·北京平谷区高一质检)为了探究抗生素对细菌的选择作用,某小组进行了图1所示实验,将大肠杆菌的培养液均匀涂抹在培养基上,再放4片含氨苄青霉素(Amp)的圆形滤纸片。培养一段时间后,挑取抑菌圈边
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答案
缘的菌落,重复以上步骤,培养至第Ⅲ代,每代均测量并记录抑菌圈直径,结果如图2所示。下列说法正确的是
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答案
A.细菌的抗性出现在接触氨苄
青霉素之后
B.抑菌圈直径越大说明细菌抗
药性越强
C.抗生素的选择作用使细菌抗药基因的基因频率升高
D.可通过提高抗生素浓度避免“超级细菌”的产生
√
细菌的抗性出现在接触氨苄青霉
素之前,A错误;
抑菌圈直径的大小可以反映细菌
的抗药性,抑菌圈直径越大,说
明细菌抗药性越弱,B错误;
抗生素的存在对细菌的抗药性变异起到了选择作用,使细菌抗药基因的基因频率升高,C正确;
提高抗生素浓度会加强对细菌抗药性变异的选择作用,导致“超级细菌”的产生,D错误。
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答案
9.(2022·广东,14)白车轴草中有毒物质氢氰酸(HCN)的产生由H、h和D、d两对等位基因决定,H和D同时存在时,个体产HCN,能抵御草食动物的采食。如图表示某地不同区域白车轴草种群中有毒个体比例,下列分析错误的是
A.草食动物是白车轴草种群进化的选择压力
B.城市化进程会影响白车轴草种群的进化
C.与乡村相比,市中心种群中h的基因频率更高
D.基因重组会影响种群中H、D的基因频率
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答案
从市中心到市郊和乡村,白车轴草种群中产
HCN个体比例增加,说明城市化进程会影响白车轴草的进化,B正确;
与乡村相比,市中心种群中产HCN个体的比例小,即基因型为D_H_的个体所占比例小,d、h的基因频率更高,C正确;
分析题意可知,草食动物能采食白车轴草,故草食动物是白车轴草种群进化的选择压力,A正确;
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基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中,控制不同性状的基因的重新组合,基因重组不会影响种群的基因频率,D错误。
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答案
10.(2024·南京高一月考)某自然生长条件下随机传粉的XY型性别决定植物的X染色体非同源区上有一对等位基因N和n,N基因控制叶片宽阔,n基因控制叶片狭长。该植物的某个处于遗传平衡的种群中,雌雄植株各占50%,且狭长叶个体占12%。下列有关该种群的叙述正确的是
A.形成花粉过程中,有等位基因N和n的分离现象
B.该种群中n基因频率为0.2
C.该种群中雌雄个体随机交配一代后,基因频率不变,基因型频率改变
D.阔叶雌株中,能稳定遗传的占1/3
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答案
由题意可知,等位基因N和n仅位于X染色体上,Y染色体上无对应的等位基因,雄性个体的基因型为XNY或XnY,所以形成花粉过程中,没有等位基因N和n的分离现象,A错误;
据题意可知,该植物种群处于遗传平衡,且雌雄植株各占50%,那么雌雄个体中某基因频率与种群中该基因频率相等,假定种群中n基因频率为x,雌性个体中狭长叶个体占比为x2,雄性个体中狭长叶个体占比为x,因为种群中狭长叶个体占12%,因此可得等x2/2+x/2=12%,解得x=0.2,即n基因频率为0.2,B正确;
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答案
该植物种群处于遗传平衡,随机交配一代,后代的基因型频率不变,C错误;
阔叶雌株中XNXN∶XNXn=(0.8×0.8)∶(0.8×0.2×2)=2∶1,能稳定遗传的占2/3,D错误。
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答案
11.(2024·石家庄高一期中)医学上常使用抗生素治疗由细菌引起的疾病。人类滥用抗生素往往会导致细菌产生耐药性,如图为菌群耐药性形成的示意图。下列有关叙述正确的是
A.使用抗生素后导致易感菌
群中耐药性个体的出现
B.细菌种群的耐药基因频率
增加并通过有丝分裂完成世代传递
C.应用抗生素对细菌所起的选择作用往往是不定向的
D.易感菌群中出现某些耐药基因是基因突变的结果
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答案
结合图示可知,使用抗生素前细菌中就含有耐药个体,即耐药性个体的出现在使用抗生素前,A错误;
细菌属于原核生物,以二分裂方式增殖,而有丝分裂是真核细胞的分裂方式,B错误;
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抗生素起到自然选择的作用,具有耐药性的细菌存活,不耐药的细菌被淘汰,这种选择往往是定向的,C错误。
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答案
12.选择系数是表征某基因型在特定环境中不利于生存程度的指标,即某基因型的个体在某环境中适应性越差,选择系数越大。下列有关说法正确的是
A.同一基因型的个体在不同环境中选择系数一般不同
B.若某基因型的选择系数不变,相关基因频率不变
C.某基因型的选择系数越大,相关基因频率变化越慢
D.环境通过直接作用于基因型来选择淘汰选择系数大的基因型个体
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不同环境对生物的选择作用不同,同一基因型的个体在不同环境中的适应性不同,则选择系数一般不同,A正确;
若某基因型的选择系数不变,只能说明其在该环境中的适应性不变,不能说明相关基因频率不变,B错误;
某基因型的选择系数越大,说明越容易被该环境淘汰,相关基因频率变化越快,C错误;
环境直接作用的是个体的表型,D错误。
答案
13.果蝇是常用于遗传学研究的实验材料,据资料显示,果蝇约有104对基因,现有一黑腹果蝇的野生种群,约有107个个体。请分析回答下列问题:
(1)经观察,该种群中果蝇有多种多样的基因型,分析其产生原因,是在突变过程中产生了__________,经有性生殖过程中的_________产生多种多样的基因型,使种群中产生了大量可遗传的______,它们都能为生物进化提供________。
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答案
等位基因
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变异
原材料
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答案
突变和基因重组为生物进化提供原材料,基因突变产生等位基因,基因重组会使生物的基因型产生多样性。
(2)假定该种群中每个基因的突变率都是10-5,那么在该种群中每一代出现的基因突变数约是________个。
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答案
2×106
由于每个个体含有约2×104个基因,每个基因的突变率为10-5,而整个种群中含有的个体数约为107,所以基因突变数目约为2×104×10-5
×107=2×106(个)。
(3)随机从该种群中抽出100只果蝇,测知基因型为AA(灰身)的个体35只,基因型为Aa(灰身)的个体60只,基因型为aa(黑身)的个体5只,则A基因的基因频率为_______, a基因的基因频率为_______。
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答案
65%
35%
(4)通过对果蝇及其他生物进行遗传学研究,可得出生物进化的基本单位是_______,生物进化的实质是____________________。
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答案
种群
种群基因频率的改变
14.(2024·天津高一检测)某地大白菜农田中蜗牛危害严重,农民起初喷洒杀虫剂R控制虫害,但几年后效果就不明显了,于是通过放养青蛙来控制害虫,如图是几年中蜗牛种群数量变化的曲线。回答下列相关问题:
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答案
(1)现代生物进化理论认为蜗牛从A点到B点发生了进化,其原因是_________________________
_________________________________________________________。从_____点开始,农民开始放养青蛙控制害虫。
杀虫剂R的使用会使从A点到
B点蜗牛种群中抗药性基因频率上升,种群基因频率发生改变
C
(2)蜗牛还能被一些鸟类捕食。蜗牛壳上有条纹与无条纹的性状是由一对等位基因A和a控制的,研究人员调查了某地区的1 000只蜗牛,对存活的个体数和被鸟捕食后剩下的蜗牛空壳数进行统计,得到的数据如表所示。
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答案
项目 有条纹(显性) 无条纹(隐性) 合计
存活个体数 178 211 389
空壳数 332 279 611
合计 510 490 1 000
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答案
项目 有条纹(显性) 无条纹(隐性) 合计
存活个体数 178 211 389
空壳数 332 279 611
合计 510 490 1 000
在这1 000只蜗牛中,aa的基因型频率为_______。如果Aa的基因型频率为32%,则a的基因频率为________。由表中数据可推断,经多个世代后,该种群中_________(填“有条纹”或“无条纹”)基因的频率将会增大。
49%
65%
无条纹第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及探究抗生素对细菌的选择作用
[学习目标] 1.解释种群、基因库和基因频率的概念。2.阐明生物进化的实质。
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________生物____________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____________,种群中的雌雄个体可以通过繁殖将____________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______个体所含有的________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________________的比值。
(2)计算:基因频率=×100%。
(3)影响因素:突变、选择、迁移等。
判断正误
(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( )
任务一:用数学方法讨论基因频率的变化
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都不产生突变等。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?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)子一代种群的基因频率各是多少?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(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?请完成表格。
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( ) Ss( ) ss( )
子二代基因频率 S( ) s( )
易错警示 (1)影响基因频率的因素不只是环境,还有突变、生物的迁移等。
(2)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。
1.(2023·无锡高一检测)下列关于基因库的描述,错误的是( )
A.基因库是一个种群的全部个体所含的全部基因
B.生物个体总是要死亡的,但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传
C.种群中每个个体都含有种群基因库中的全部基因
D.基因突变可能改变基因库的组成
2.在某个处于遗传平衡的种群中随机抽取一定数量的个体,其中基因型为AA的个体占18%,基因型为Aa的个体占78%,基因型为aa的个体占4%,基因A和基因a的基因频率分别是( )
A.18%、82% B.36%、64%
C.57%、43% D.92%、8%
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)可遗传变异的来源
(3)可遗传变异的形成、特点和作用
①形成:a.____________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________。
②特点:随机的、____________。
③作用:只是提供生物进化的________,不能决定生物进化的________。
(4)变异的有利和有害是相对的,是由____________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____________;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______。
(2)结果:在自然选择的作用下,________________会发生定向改变,导致生物朝着一定的方向不断进化。
判断正误
(1)从根本上讲,没有突变,就没有生物的进化( )
(2)突变具有低频性,不能为生物进化提供原材料( )
(3)有害突变不能成为生物进化的原材料( )
(4)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( )
任务二:探究自然选择对种群基因频率变化的影响
根据教材“探究·实践”提供的资料,回答下列问题:
(1)树干变黑对桦尺蛾浅色个体的出生率有影响吗?为什么?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(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?
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________________________________________________________________________
(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?
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(4)根据资料分析,决定桦尺蛾进化方向的是什么?为什么?
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有关基因频率与进化的分析和总结
(1)影响种群基因频率变化的因素
①外因:自然选择。
②内因:基因突变和部分染色体变异如缺失和重复等能直接引起基因频率的变化;基因重组只改变了基因型频率,在自然选择的作用下淘汰部分个体后可引起基因频率的变化。
(2)自然选择决定生物进化的方向
(3)进化的实质是种群基因频率的改变。
(4)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生物进化的方向是定向的。
3.下列关于基因频率与生物进化关系的叙述,正确的是( )
A.种群基因频率的改变不一定引起生物的进化
B.生物进化的实质是种群基因频率的改变
C.自然选择是影响基因频率的唯一因素
D.生物性状的改变一定引起生物的进化
4.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(ss)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各种基因型的个体
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基因定向突变成S基因
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______。在实验室连续培养细菌时,如果向培养基中添加抗生素,________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。
判断正误
(1)细菌在抗生素的诱导作用下产生了抗药性基因( )
(2)本实验所使用的涂布器、培养皿等都要进行灭菌处理( )
任务三:探究抗生素对细菌的选择作用
根据教材“探究·实践”,回答下列问题:
(1)为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌?
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(2)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?
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(3)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?
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5.一般情况下,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。下列关于“探究抗生素对细菌的选择作用”实验的说法中,错误的是( )
A.放置不含抗生素的纸片起对照作用
B.耐药菌发生了基因突变,不利于其生存
C.重复几代,抑菌圈的直径会逐渐减小
D.本实验说明抗生素对细菌有选择作用
答案精析
一、梳理教材新知
1.(1)同种 全部个体 (2)基本单位 各自的基因
2.全部 全部
3.(1)全部等位基因数
判断正误
(1)× (2)× (3)× (4)√
提示 (1)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。(2)在环境条件保持稳定的前提条件下,种群的基因频率可能受基因突变、迁入和迁出等因素的影响而发生变化。(3)若亲子代间基因频率不变,基因型频率可能发生改变,如基因型为Aa的个体自交,基因频率不变,但基因型频率发生改变。
探究核心知识
(1)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S占20%,s占80%。
(3)4% 32% 64% 20% 80% 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。
落实思维方法
1.C [种群是生物繁殖的基本单位,所以基因库不会因个体死亡而消失,会代代相传,B正确;由于不同个体之间在基因上具有差异,所以每个个体不可能含有种群基因库中的全部基因,C错误;可遗传的变异均可能改变基因库的组成,D正确。]
2.C [根据题干信息分析,已知种群的基因型频率为AA=18%,Aa=78%,aa=4%,因此该种群的基因频率:A=18%+1/2×78%=57%,a=4%+1/2×78%=43%。]
二、梳理教材新知
1.(2)基因重组 (3)①a.基因突变 b.基因型 ②不定向的
③原材料 方向 (4)生存环境
2.(1)不断提高 下降 (2)种群的基因频率
判断正误
(1)√ (2)× (3)× (4)×
提示 (2)突变和基因重组为生物的进化提供原材料。(3)突变的有利和有害是相对的,都可以为生物的进化提供原材料。(4)不可遗传的变异不能为生物的进化提供原材料。
探究核心知识
(1)有影响;树干变黑后,许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食,导致其个体数量减少,影响出生率。
(2)直接受选择的是表型;因为天敌看到的是桦尺蛾的体色(表型),而不是控制体色的基因。
(3)桦尺蛾种群发生了进化;依据是桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。
(4)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。
落实思维方法
3.B [生物进化的实质是种群基因频率的改变,所以种群基因频率发生改变一定会引起生物的进化,A错误,B正确;生物的性状受基因和外界环境的共同作用,性状改变,基因不一定改变,故基因频率不一定改变,生物也不一定进化,D错误。]
4.B [自然选择是定向的,A错误;自然选择直接作用于个体的表型,选择的是各种基因型的个体,B正确;基因型为Ss的个体对应的表型为黑色,适应环境,通过选择,其基因型频率增加,C错误;基因突变是不定向的,D错误。]
三、梳理教材新知
1.耐药性 耐药菌
2.相互垂直 涂布器 不含抗生素 抗生素纸片 12~16 h 抑菌圈的直径 抑菌圈边缘
判断正误
(1)× (2)√
探究核心知识
(1)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,因此要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌。
(2)在本实验条件下,耐药菌产生的变异一般来说是有利的;在特定环境中,有利于生物生存和繁殖的变异就是有利变异。
(3)滥用抗生素会使病菌的抗药基因不断积累,抗药性不断增强,导致抗生素药物失效。
落实思维方法
5.B [探究抗生素对细菌的选择作用,自变量为是否使用抗生素,故放置不含抗生素的纸片,属于对照组,起对照作用,A正确;耐药菌发生了基因突变,能在含有抗生素的培养基中生存,因此耐药菌发生的基因突变有利于其生存,B错误;重复几代,细菌的抗药性越来越强,抑菌圈的直径会逐渐减小,C正确;随着培养代数的增加,抑菌圈逐渐减小,说明抗生素能定向选择耐药菌,D正确。]
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