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第6章 生物的进化
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
课时目标 1.认同种群是生物进化的基本单位。(生命观念)
2．运用统计与概率的相关知识，解释并预测种群中某一性状的分布及变化。(科学思维)
3．引导人们重视不正确使用抗生素带来的危害，关注人体健康。(社会责任)
一、种群和种群基因库
1．种群
(1)概念：生活在一定区域的 的集合。
(2)特点：种群是 的基本单位。一个种群其实就是一个 的单位，种群中的雌雄个体可以通过繁殖将 遗传给后代。
2．种群基因库：一个种群中 个体所含有的 基因。
同种生物全部个体
生物进化
繁殖
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
突变
染色体变异
(2)形成
① 产生新的等位基因。
②通过有性生殖过程中的 ，可以形成多种多样的基因型。
(3)特点：随机的、 。
(4)作用：提供了生物进化的 ，不能决定生物进化的 。
基因突变
基因重组
不定向的
原材料
方向
2．变异的有害和有利是相对的，这往往取决于生物的 。
三、自然选择对种群基因频率变化的影响
1．原因：不断淘汰具有 的个体，选择保留具有 的个体。
2．选择的对象：直接作用对象是个体的 ，最终选择的对象是决定表型的 。
3．选择的结果
(1)基因方面：种群的 会发生 改变。
(2)生物性状方面：导致生物朝着 不断进化。
生存环境
不利变异
有利变异
表型
基因
基因频率
定向
一定的方向
◆名师点睛
1．突变和基因重组是不定向的，自然选择决定生物进化的方向。
2．染色体片段的移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，所以不会直接引起基因频率的变化。
◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”)
×
×
√
×
×
◆思维启迪
1．一个豌豆种群中有AA和Aa两种基因型且比例为1∶1，在自然状态下繁殖一代，子代的基因频率和基因型频率是否会发生变化？
提示：基因频率不变，基因型频率改变。
2．宠物狗的体型有大有小，体型大的狗生存能力强，更能适应自然环境，但是人们更喜欢养体型小的狗。据此推测，经过较长的一段时间后，哪种狗的数量更多？
提示：体型小的狗更多，因为人对狗进行了选择，使体型小的狗大量繁殖，体型大的狗被淘汰。
3．有的同学认为基因型频率发生改变，生物一定发生了进化，你认为该同学的说法是否合理？并说出你的理由。
提示：不合理，基因型频率发生改变，基因频率不一定发生改变，而生物进化的实质是基因频率的改变。
任务一 基因频率的相关计算
1．调查色盲遗传时，将调查数据统计在如下表格中，请计算该种群中Xb的基因频率。
类型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY
数量 30 20 0 46 4
2．在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占24%，基因型为Aa的个体占72%，基因型为aa的个体占4%。该种群中基因A和基因a的基因频率分别是多少？
答案：A＝AA＋1/2Aa＝60%；a＝aa＋1/2Aa＝40%。
3．某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因的携带者为15人，患者为5人，男性患者为11人。那么，这个群体中色盲基因的频率为多少？
答案：色盲基因的频率是(15＋5×2＋11)/(200×2＋200)×100%＝6%。
2．已知基因型频率，计算常染色体上基因的基因频率
常染色体上一个等位基因的基因频率＝该等位基因纯合子的基因型频率＋1/2×杂合子的基因型频率
A的基因频率＝AA的基因型频率＋1/2Aa的基因型频率
a的基因频率＝aa的基因型频率＋1/2Aa的基因型频率
4．利用哈迪—温伯格定律，由基因频率计算基因型频率
(1)使用条件
①种群非常大。
②所有雌雄个体之间自由交配。
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
若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。
基因频率和基因型频率的两个易错点
(1)只有处于遗传平衡的种群进行自由交配才遵循遗传平衡定律，亲代与子代之间种群的基因频率及基因型频率均不变。
(2)基因频率相同的两个种群，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。
C
解析：
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%，C正确。
C
解析：
根据题干信息可知，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，C正确。
自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律
交配方式 基因频率 基因型频率
自交 不改变 改变，且纯合子增
多，杂合子减少
自由
交配 处于遗传平衡 不改变 不改变
不处于遗传平衡 不改变 改变
D
解析：
Xb的基因频率＝Xb/(XB＋Xb)×100%＝(5＋1×2＋7)÷(44×2＋5×2＋1×2＋43＋7)×100%≈9.3%，D正确。
任务二 种群基因频率的变化及自然选择对生物进化的影响
1．一个果蝇种群中，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基因的频率将如何变化？
答案：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基因的频率将越来越小，但不会为0。
2．某种有翅昆虫经常出现一些无翅和残翅的变异，有翅昆虫因具有正常的翅膀，飞行能力强，躲避天敌的能力较强，更能适应环境。某经常刮大风的海岛上，这种昆虫却基本都是残翅和无翅的，请分析可能的原因。
答案：海岛经常刮大风，有翅的昆虫飞行时会被吹到海里淹死，无翅或残翅的昆虫不会飞行从而避免被风吹到海里，更能适应环境而存活下来。
3．所有的变异都能导致种群基因频率的改变吗？为什么？
答案：不是。只有可遗传的变异才能影响种群基因的组成，才能改变基因频率。
1．生物进化的原材料
(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，因此它们只提供生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
(3)变异的有利和有害是相对的，由生物的生存环境决定。
2．自然选择决定生物进化的方向(以桦尺蛾进化为例分析)
由以上信息可以看出，生物进化实质上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，则该基因控制的性状对环境的适应能力较强。
生物进化中的三个易错点
(1)生物进化是以种群为单位的，而不是以个体或物种为单位的，因为同一物种的个体可能分布在不同地域而不能进行基因交流。
(2)突变包括基因突变和染色体变异两种。
(3)生物进化的实质是种群基因频率的变化，不是种群基因型频率的变化。
C
解析：
突变的有害和有利不是绝对的，其有害还是有利取决于环境。
C
[答题指导]
解析：
达尔文的自然选择学说认为自然选择作用于个体的表型，A错误；自然选择使种群基因频率发生定向改变是现代生物进化理论的内容，不是自然选择学说的内容，B错误；自然选择学说和现代生物进化理论都认为可遗传的变异是生物进化的原材料，C正确；自然选择学说认为生物进化的基本单位是个体，现代生物进化理论认为生物进化的基本单位是种群，D错误。
C
解析：
沼泽中绝大部分老鼠有趾蹼，少数无趾蹼，说明有趾蹼的老鼠是适应沼泽环境的类型，A正确；若山谷中老鼠过度繁殖，则它们之间对食物、生存空间的竞争加剧，即导致生存斗争加剧，B正确；有趾蹼的性状在环境变化前就已经突变形成，而不是没有趾蹼的老鼠为了适应环境长出了趾蹼，C错误；老鼠性状比例变化的本质是种群基因频率的改变，D正确。
任务三 探究抗生素对细菌的选择作用
1．在探究抗生素对细菌的选择作用实验中，第一次培养后，要从培养基上的什么位置挑取细菌再进行培养？原因是什么？
答案：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．抑菌圈直径的大小说明了什么？连续培养多代后，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？
答案：抑菌圈的直径大小表明该抗生素的杀菌能力的强弱，直径越大，抗生素杀菌能力越强。连续培养多代后，抑菌圈的直径会变小，说明通过抗生素的选择作用，耐药性的细菌越来越多。
1．实验结论的分析
(1)细菌耐药性的出现是发生了可遗传的变异。
(2)抗生素的选择作用导致耐药菌比例逐代升高。
2．与实验有关的提醒
(1)抗生素不是诱变因子，因此细菌耐药性变异的产生与抗生素无关。
(2)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)滤纸片上的抗生素杀死了其周围的细菌，使其周围不能形成菌落而出现抑菌圈。
(4)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。
D
解析：
由题图可知，浸泡过抗生素b的滤纸片乙周围出现的抑菌圈最大，说明抗生素b的抑菌效果最好，A正确；该实验的自变量为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，故该实验方法不能检测抗生素对病毒的抑制效果，D错误。
C
解析：
细菌中本来就有对抗生素具有耐药性的和不具有耐药性的个体，在抗生素的使用过程中，具有耐药性的细菌存活下来，并将这种耐药性遗传给下一代，不具有耐药性的细菌死亡，所以超级细菌对多数抗生素具有耐药性是抗生素不断选择的结果，故A、B不符合题意；抗生素的选择是定向的，但细菌的变异是不定向的，C符合题意；环境的定向选择决定着生物进化的方向，当环境因素发生改变时，会影响生物进化的方向，所以新品种抗生素的使用会影响超级细菌的进化，D不符合题意。
C
解析：
为研究抗生素对细菌的选择作用，实验中采用了不含抗生素的纸片作为对照，并将不含抗生素的纸片和抗生素纸片分别放置在培养基的不同区域，A正确；抗生素纸片区域出现抑菌圈，抑菌圈边缘的菌落对该抗生素不敏感，说明细菌本身就存在变异，B正确；从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌继续培养，连续选择几代后抑菌圈的直径会变小，C错误；在本实验中，具有耐药性的细菌生存下来，不具有耐药性的细菌不能生长繁殖，因此在抗生素的选择下，细菌产生的耐药性变异是有利变异，D正确。
抗药性蝗虫的形成——生命观念
黑龙江省拥有极大面积的草原，大约每年有1/3的面积会发生蝗灾。为了控制蝗灾，当地常采用有机磷农药治理蝗虫，农业专家担心长期使用有机磷农药后蝗虫会产生相应的抗药性，于是在每年10月对黑龙江某地一种蝗虫——大垫尖翅蝗的抗药性基因频率进行了调查，结果见下表。
年份 第一年 第二年 第三年 第四年
抗药性基因频率/% 1.34 1.89 2.37 2.86
设计1：考查知识迁移能力
(1)此地的大垫尖翅蝗在这四年时间内________(填“进化了”或“没有进化”)，依据是_______________________________________________
____________________________________________________________。
设计2：考查知识迁移能力与科学思维
(2)大垫尖翅蝗最初获得抗药性的原因是发生了____________。
设计3：考查长句表达能力与生命观念
(3)经调查，大垫尖翅蝗种群密度也在逐年增大，其对草原生态环境的干扰也日益加剧，请分析大垫尖翅蝗的种群密度会逐年增大的原因：
______________________________________________________________
______________________________________________________________
____________________________________________________________。
答案：(1)进化了　种群抗药性基因频率发生(定向)改变
(2)基因突变
(3)由于有机磷农药的选择作用，不具有抗药性基因的个体逐渐被淘汰，具有抗药性基因的个体更容易存活，且产生的后代也大多具有抗药性，因此种群密度会逐渐增大
解析：
(1)生物进化的实质是种群基因频率发生了改变，表中显示大垫尖翅蝗种群的抗药性基因频率在不断增加，说明了大垫尖翅蝗在不断进化。(2)抗药性是由抗药性基因决定的，产生新基因的途径是基因突变，因此，大垫尖翅蝗最初获得抗药性的原因是相关基因发生了基因突变。(3)由于有机磷农药的选择作用，不具有抗药性基因的个体逐渐被淘汰，具有抗药性基因的个体更容易存活，且产生的后代也大多具有抗药性，因此种群密度会逐渐增大。
C
解析：
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群，种群中的个体并不是机械地集合在一起，一个种群其实就是一个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代，C错误。
C
解析：
基因库是一个种群中全部个体所含有的全部基因，A正确；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，而是代代相传，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；基因突变可改变基因库的组成，D正确。
D
解析：
变异是不定向的，极端干旱和贫营养的环境选择了小且“低耗能”的百岁兰，A错误；百岁兰种群进化的实质是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变，B错误；重度甲基化不改变百岁兰DNA的碱基序列，C错误；对百岁兰进行DNA测序可以为研究其进化提供分子水平的证据，D正确。
B
解析：
由题图可知，DD的基因型频率是40%，Dd的基因型频率是40%，dd的基因型频率是20%，则d的基因频率是20%＋40%×1/2＝40%，B正确。
C
解析：
已知隐性性状即aa的基因型频率为9%，那么a基因的频率为0.3，则A基因的频率为1－0.3＝0.7。在理想的状态下，运用遗传平衡公式进行计算，AA的基因型频率为0.7×0.7＝0.49，Aa的基因型频率为2×0.7×0.3＝0.42，C正确。
6．在一个海岛中，一种海龟中有的脚趾是连趾(ww)，有的脚趾是分趾(Ww、WW)。连趾海龟便于划水，游泳能力强，分趾海龟游泳能力较弱。开始时，w和W的基因频率各为0.5，当岛上食物不足时，连趾的海龟更容易从海中得到食物。若干万年后，W的基因频率变为0.2，w的基因频率变为0.8，请回答下列问题：
(1)该种群中所有海龟所含有的全部基因称为该种群的________，基因频率发生变化后，从理论上计算，杂合子占分趾海龟的比例为______。
(2)该种群中海龟多种多样的类型来源于可遗传的变异，但由于变异是________的，因此只为生物进化提供原材料，而进化的方向则由____________决定。
(3)该海龟种群________(填“发生了”或“没发生”)进化，理由是____________________________________________________________。
答案：(1)基因库　8/9
(2)不定向　自然选择
(3)发生了　种群基因频率已经改变
解析：
(1)一个种群中全部个体所含有的全部基因称为该种群的基因库；由题意可知，基因频率发生变化后，WW的基因型频率＝0.2×0.2×100%＝4%，ww的基因型频率＝0.8×0.8×100%＝64%，Ww的基因型频率＝1－64%－4%＝32%，因此杂合子占分趾海龟的比例为32%÷(4%＋32%)＝8/9。(2)该种群中海龟有多种多样的类型，其中可遗传的变异来源于突变和基因重组，但由于变异是不定向的，因此只是产生了进化的
解析：
原材料，进化的方向是由自然选择决定的。(3)生物进化的实质是种群基因频率的改变，该海龟种群基因频率发生了改变，因此海龟发生了进化。

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