学年高中生物第7章现代生物进化理论第2节现代生物进化理论的主要内容第1课时种群基因频率的改变与.docx
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学年高中生物第7章现代生物进化理论第2节现代生物进化理论的主要内容第1课时种群基因频率的改变与
第1课时 种群基因频率的改变与生物进化
[学习目标] 1.解释种群、基因库和基因频率的概念。
2.种群基因频率的计算和影响因素。
3.解释生物进化的实质。
一、种群是生物进化的基本单位
1．种群的概念及特点
（1）概念：
生活在一定区域的同种生物的全部个体。
如一片树林中的全部猕猴或一个湖泊中的所有鲤鱼都可以看作一个种群。
（2）特点：
种群是生物进化的基本单位，种群中的个体彼此可以交配，通过交配繁殖将各自的基因传给后代。
种群也是生物繁殖的基本单位。
2．基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因叫做这个种群的基因库。
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率。
（2）计算：
基因频率＝
×100%。
（3）影响因素：
突变、选择、迁移等。
例1
下列关于种群的叙述中，不正确的是（ ）
A．种群是生物进化的基本单位
B．种群内个体间彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代
C．两个池塘内的全部青蛙是一个种群
D．一个树林中的全部杜鹃是一个种群
答案 C
解析 在一定区域内（即同一地点）同种生物的全部个体叫做种群，两个池塘内的全部青蛙，属于两个种群。
例2
某相对独立的海岛上，原有果蝇20000只，其中基因型为AA、Aa和aa的果蝇分别占15%、55%和30%。
若此时从岛外入侵了2000只基因型为AA的果蝇，且所有果蝇均随机交配，则理论上F1中A的基因频率约是（ ）
A．43%B．48%
C．52%D．57%
答案 B
解析 原海岛上基因型为AA的果蝇的数量为20000×15%＝3000只，基因型为Aa的果蝇数量为20000×55%＝11000只，基因型为aa的果蝇数量为20000×30%＝6000只，侵入2000只基因型为AA的果蝇后，基因型为AA的果蝇数量为5000只，该岛上果蝇种群总数量为22000只，所以各种基因型的果蝇的基因型频率分别为AA＝5000÷22000＝
，Aa＝11000÷22000＝
，aa＝6000÷22000＝
，故A的基因频率＝
＋
×
＝
≈48%。
二、突变和基因重组、自然选择
1．突变和基因重组产生进化的原材料
（1）可遗传变异的来源
可遗传变异来源
（2）可遗传变异的形成、特点和作用
①形成：
a.基因突变产生等位基因；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。
（3）变异的有利和有害是相对的，是由生存环境决定的。
2．自然选择决定生物进化的方向
（1）原因：
在自然选择的作用下，具有有利变异的个体更易产生后代，相应的基因频率会不断提高，具有不利变异的个体很难产生后代，相应的基因频率会不断下降。
（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。
例3
（2018·青岛一中月考）对于突变与进化的关系，以下说法正确的是（ ）
A．有利的突变太少，不能作为生物进化的原材料
B．突变可以增加等位基因的数量，但突变了的基因都是隐性基因
C．基因突变、基因重组和染色体变异统称为突变
D．突变的有利与否不是绝对的，往往因所处环境的不同而异
答案 D
解析 染色体变异和基因突变统称为突变，突变和基因重组产生进化的原材料；基因突变可以增加等位基因的数量，产生的等位基因有可能是隐性基因，也有可能是显性基因。
例4
根据现代生物进化理论，下列说法正确的是（ ）
A．自然选择决定了生物变异和进化的方向
B．生物进化的实质是种群基因型频率的改变
C．种群内基因频率的改变在世代间具有连续性
D．种群内基因频率改变的偶然性随种群数量下降而减小
答案 C
解析 自然选择使种群的基因频率发生定向改变，从而使生物定向进化，所以自然选择决定了生物进化的方向；生物进化的实质是种群基因频率的改变；种群中基因频率的改变在世代间具有连续性，导致生物不断进化；种群中基因频率改变的偶然性随种群数量下降而增大。
易错易混
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。
1．判断正误
（1）一个种群中某基因占所有基因的比率叫做基因频率（ ）
（2）达尔文认为自然选择作用于种群，使种群发生进化（ ）
（3）基因突变产生的有利变异决定生物进化的方向（ ）
（4）种群内基因频率改变，生物一定发生进化（ ）
（5）基因突变和基因重组使生物发生定向改变（ ）
（6）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（ ）
答案
（1）×
（2）× （3）× （4）√ （5）× （6）×
2．某植物种群中，r基因纯合的个体不能存活。
已知该种群的基因型分别为YYRR、YyRR、yyRR、YYRr、YyRr、yyRr，它们的基因型频率依次为30%、20%、20%、10%、10%、10%。
计算Y和y的基因频率依次为（ ）
A．55%和45%B．45%和55%
C．27.5%和22.5%D．22.5%和27.5%
答案 A
3．种群是生活在一定区域的同种生物的全部个体。
种群中的个体通过繁殖将各自的基因传递给后代。
下列叙述中正确的一组是（ ）
①种群基因频率的改变导致生物进化 ②自然选择使种群基因频率发生定向改变 ③种群基因频率的变化只与环境的选择作用有关 ④种群通过个体的进化而进化
A．②③B．①②
C．①③D．①④
答案 B
解析 种群的基因频率发生变化，则生物一定发生了进化；在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，而种群基因频率的变化与可遗传变异、自然选择、迁入和迁出等因素有关；种群是生物进化的基本单位。
4．有翅昆虫有时会出现残翅或无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去。
但在经常刮大风的海岛上，这些突变类型的昆虫因不能飞行而避免了被风吹到海里淹死。
这个事例说明（ ）
A．突变多数是有害的
B．突变多数是有利的
C．突变的有害和有利并不是绝对的
D．突变的有害和有利是绝对的
答案 C
解析 有翅昆虫突变成残翅或无翅类型，在正常情况下这些变异类型因不能飞行，活动范围小，在生存斗争中处于劣势。
但在经常刮大风的海岛这一特定环境中，残翅或无翅类型的昆虫因不能飞行而避免了被风吹到海里，更容易活下来。
这一事例说明，突变的有利和有害并不是绝对的，它取决于生物的生存环境。
5．杂交实验表明，桦尺蠖体色受一对等位基因S和s控制，黑色（S）对浅色（s）是显性。
在19世纪中期以前，桦尺蠖种群中S基因频率很低，在5%以下，到了20世纪则上升到95%以上。
请根据以上资料，回答下列问题：
（1）在19世纪时，桦尺蠖的栖息地曼彻斯特地区，树干上长满了地衣，在此环境条件下，种群s基因频率高的原因是____________________________________________。
（2）随着英国工业的发展，工业炼铜使地衣不能生存，树皮暴露，并被煤烟熏成黑褐色，在此环境条件下，种群S基因频率升高的原因是________________________________。
（3）上述事例说明，种群中产生的变异是________，经过长期的________，其中不利的变异被不断________，有利的变异则逐渐________，从而使种群的________发生定向改变，导致生物朝着一定方向缓慢地进化。
因此生物进化的方向是由________决定的。
答案
（1）浅色型（s）桦尺蠖与环境色彩一致，不易被鸟类所食，后代繁殖个体多，导致s基因频率高
（2）黑色型（S）桦尺蠖的黑色成了一种保护色，黑色型个体逐渐增多，导致S基因频率升高 （3）不定向的 自然选择 淘汰 积累 基因频率 自然选择
6．回答下列有关生物进化的问题：
（1）图1表示某小岛上蜥蜴进化的基本过程，X、Y、Z表示生物进化中的基本环节，X、Y分别是________________、________。
（2）该小岛上的蜥蜴原种由许多个体组成，这些个体的总和称为________，这是生物进化的________________________________________________________________________。
（3）小岛上能进行生殖的所有蜥蜴个体含有的全部基因，称为蜥蜴的________________。
（4）小岛上蜥蜴原种的脚趾逐渐出现两种性状，W代表蜥蜴脚趾的分趾基因，w代表联趾（趾间有蹼）基因。
图2表示这两种性状比例变化的过程，回答下列问题：
①由于蜥蜴过度繁殖，导致____________________加剧。
②小岛上食物短缺，联趾蜥蜴个体比例反而逐渐上升，其原因可能是
________________________________________________________________________。
③图2所示的过程说明，自然环境的变化引起不同性状蜥蜴的比例发生变化，其本质是因为蜥蜴群体内的______________发生了改变。
答案
（1）突变和基因重组 自然选择
（2）种群 基本单位 （3）基因库 （4）①生存斗争（种内斗争） ②联趾型个体趾间有蹼，适于游泳，可以从水中获取食物。
因此，在岛上食物短缺时，联趾个体的生存和繁殖机会较多（合理即可） ③基因频率
[对点训练]
题组一 种群是生物进化的基本单位
1．下列对种群概念的叙述，正确的是（ ）
A．不同空间中同种生物个体的总和
B．生活在一定区域的同种生物的一群个体
C．一片水田中的所有鱼的总和
D．一个生态环境中有相互关系的动植物的总和
答案 B
解析 种群是指生活在一定区域的同种生物的全部个体。
2．下列说法中正确的是（ ）
A．种群中控制某一性状的全部基因称为基因库
B．某种基因在基因库中所占的比例称为基因频率
C．基因频率的改变导致新物种的形成
D．人类不断进化过程中，基因库中的基因是不断变化的
答案 D
解析 一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库；在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，叫做基因频率；生物进化的实质是种群基因频率发生变化，基因频率发生变化，生物就会发生进化，但不一定产生新物种；人类不断进化过程中，基因库中的基因是不断变化的。
3．下列关于种群基因频率的叙述中，错误的是（ ）
A．基因频率是指某种基因占全部等位基因数的比率
B．基因频率越大，突变率越高
C．基因突变、基因重组和自然选择会造成基因频率的改变
D．自然选择会使原来同一种群的基因频率向着不同的方向发展
答案 B
解析 在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因的比率，叫做基因频率，故A正确；突变率一般是不变的，故B错误；由于存在基因突变、基因重组和自然选择等因素，种群的基因频率总是在不断变化的，故C正确；基因频率的定向改变是由自然选择决定的，故D正确。
4．在某一种群中随机抽出100个个体，测得某种性状的基因型为DD、Dd、dd的个体所占比例分别为10%、85%、5%，但是由于某种环境的变化，基因型为dd的个体被逐渐淘汰。
在这个种群中，D、d的基因频率分别是（ ）
A．55.3%,44.7%B．52.5%,47.5%
C．47.5%,52.5%D．55%,45%
答案 A
解析 因为基因型为dd的个体被逐渐淘汰，因此，种群中DD、Dd的个体所占比例变为
、
，因此D的基因频率为
＋
×
≈55.3%，d的基因频率为
×
≈44.7%。
5．不同基因型的褐鼠对灭鼠灵药物的抗性及对维生素K的依赖性（即需要从外界环境中获取维生素K才能维持正常的生命活动）的表现型如表。
若对维生素K含量不足环境中的褐鼠种群长期连续使用灭鼠灵进行处理，则褐鼠种群（ ）
基因型
rr
Rr
RR
对灭鼠灵的抗性
敏感
抗性
抗性
对维生素K的依赖性
无
中度
高度
A.基因r的频率最终下降至0
B．抗性个体RR∶Rr＝1∶1
C．RR个体数量增加，rr个体数量减少
D．绝大多数抗性个体的基因型为Rr
答案 D
解析 由于是维生素K含量不足的环境，所以对维生素K依赖性较高的个体（基因型为RR）数量减少，长期使用灭鼠灵导致基因型为rr的个体数量大量减少，所以基因型为Rr个体的数量最多；两种基因频率都不为0。
6．（2018·株洲二中月考）某植物种群中AA、Aa、aa的基因型频率如图甲所示，种群中每种基因型的繁殖成功率如图乙所示。
种群随机交配产生的后代中aa个体百分比、A基因频率的变化最可能是（ ）
A．增加、减少B．减少、减少
C．减少、增加D．增加、增加
答案 C
解析 由题图可知，基因型为AA的个体繁殖成功率最高，基因型为aa的个体繁殖成功率最低，种群随机交配产生的后代中AA的基因型频率升高，aa的基因型频率降低，因此A的基因频率升高，a的基因频率降低。
题组二 突变和基因重组、自然选择
7．关于现代生物进化理论的叙述，错误的是（ ）
A．基因的自发突变的频率虽然很低，但对进化非常重要
B．不同基因型的个体对环境的适应性可相同，也可不同
C．生物发生进化时，种群的基因频率可能改变，也可能不变
D．生物进化的基本单位是种群
答案 C
8．下列有关现代生物进化理论的叙述，错误的是（ ）
A．种群是生物进化的基本单位
B．自然选择学说是现代生物进化理论的核心
C．生物进化过程的实质是种群基因频率的改变
D．生物进化过程的实质在于有利变异的保存
答案 D
解析 种群是生物进化的基本单位，生物进化的实质是种群基因频率的改变，在这个过程中有利变异保存而不利变异被淘汰，从而改变了基因频率。
9．下列关于生物进化的叙述，正确的是（ ）
A．进化总是由突变引起的，且变异个体总是适应环境的
B．进化改变的是个体而不是群体
C．基因突变产生新基因改变了种群的基因频率，对生物进化有重要意义
D．在生物进化过程中，显性基因频率比隐性基因频率增加得快
答案 C
解析 可遗传的变异是生物进化的原材料，变异是不定向的，变异个体不一定适应环境，A错误；生物进化的基本单位是种群，B错误；基因突变产生的新基因改变了种群的基因频率，对生物进化有重要意义，C正确；在生物进化过程中，种群基因频率总是变化的，而基因频率的改变方向决定于自然选择，显性基因频率与隐性基因频率增加的快慢取决于哪种性状表现能更好地适应当前环境，D错误。
10．如果一个种群中的基因频率要维持不变，下列条件不是必备的是（ ）
A．基因库中的基因必须足够多
B．雌雄个体之间能自由交配
C．没有迁入和迁出
D．自然选择不起作用
答案 A
解析 种群中基因频率维持不变的条件有五个：
①种群数量足够大，而与基因库中的基因个数没有绝对关系；②种群内雌雄个体之间是自由交配的；③没有基因突变；④环境对其没有选择作用；⑤没有大量个体的迁入和迁出。
11．下列哪一项不是自然选择对生物进化的作用（ ）
A．自然选择作用于生物的变异，使有利的变异得到保存，不利的变异被淘汰
B．自然选择使生物种群的基因频率发生定向改变
C．自然选择使生物的变异发生定向改变
D．自然选择是物种形成的基本条件之一
答案 C
解析 生物的变异是不定向的，但自然选择可使基因频率发生定向改变。
12．（2018·大连高一检测）腕足类动物海豆芽，从4亿年前出现至今面貌基本没变，又没有绝灭，对此现象的合理解释是（ ）
A．自然选择对其不发生作用
B．海豆芽在漫长的年代中基因频率发生了较大变化
C．海豆芽很少变异，适应性强
D．海豆芽的生活环境基本没有改变
答案 D
解析 自然选择决定了生物进化的方向，该生物的“面貌基本没变”，说明其生存环境基本没变，基因频率也基本没变，所以性状基本没变。
[综合强化]
13．（2018·石家庄高一检测）果蝇是常用的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，请分析回答以下问题：
（1）该种群的全部个体所含有的全部基因统称为种群的______________，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的____________，通过有性生殖过程中的________而产生的，使种群中产生了大量可遗传的________，其产生的方向是________，它们都能为生物进化提供____________。
（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________。
（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__________。
（4）通过对果蝇及其他生物的群体遗传学的研究，可得出生物进化的基本单位是________________，生物进化的实质是______________________________。
答案
（1）基因库 等位基因 基因重组 变异 不定向的 原材料
（2）2×106个 （3）65% 35% （4）种群 种群基因频率的改变
解析
（1）突变和基因重组提供生物进化的原材料，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，但它们都是不定向的。
（2）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）A%＝
×100%＝
×100%＝65%，由于A与a两者基因频率之和为1，所以a基因的基因频率为35%。
（4）生物进化的实质即为种群基因频率的改变。
14．下图中的小圆圈表示物种，箭头表示物种的变异，箭头线上有两条短线代表被淘汰的变异个体。
请根据此图解完成下列关于达尔文自然选择学说的问题：
（1）此图说明了一个什么观点？
________________________________。
（2）图解中为什么有的箭头被淘汰？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）图解中画出的未被淘汰的箭头综合说明了什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）变异是不定向的，自然选择是定向的
（2）在生存斗争中，不利于生存的变异个体在斗争中被淘汰（3）说明在生存斗争中适于生存的变异个体被保留，并逐代通过遗传而不断积累加强（说明了自然选择是定向的）
解析 依图所示，每个小圆圈表示的物种，都有多个变异的方向，但每次都只有一个方向（且同一方向）保留下来，其他变异均被淘汰。
说明：
①生物的变异可向各方向发展，一般是不定向的；②生物被保存下来的变异是与环境相适宜的，即自然选择是定向的，当生物产生了变异后，由环境决定其生存还是被淘汰。
图中大多数的箭头（即变异）被淘汰，就是因为不适应环境的缘故。
图中未被淘汰的箭头始终朝向一个方向，除了说明外界环境未变，选择方向没变外，更重要的是物种在进化过程中，通过遗传，使有利变异在后代中不断积累和加强，并最终达到进化目的。
15．1万年前，科罗拉多大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成两个种群。
两个种群现在已经发生了明显的分化。
研究人员指出，经过长期演化可能形成两个物种，如图所示。
请分析回答下列问题：
（1）结合现代生物进化理论分析可知，b过程的实质变化是______________________。
（2）①～⑥的存在说明了__________________________。
（3）原松鼠种群中黑毛基因A的基因频率为50%。
环境变化后，峡谷北侧山高林密，生活于其中的松鼠种群中基因型为AA、Aa的个体数量在一年后各增加20%，基因型为aa的个体数量减少20%。
此时a的基因频率约为________，基因型为aa的个体比例约为________。
答案
（1）种群基因频率的改变
（2）变异是不定向的 （3）45.5% 18.2%
解析 松鼠种群在不同的环境选择下进化，产生各种特异性变异，导致种群基因频率发生差异性变化，直至成为不同物种。
由题意可知，A的基因频率为50%，则原来种群中AA、Aa、aa的基因型频率分别为25%、50%、25%，可设其分别为25只、50只、25只，则一年后种群中基因型为AA、Aa、aa的个体数量分别为30只、60只、20只，所以此时a的基因频率为
×100%≈45.5%，基因型为aa的个体比例为
×100%≈18.2%。
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