第1课时 种群基因组成的变化.docx
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第1课时种群基因组成的变化
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
课程标准要求
核心素养对接
学业质量水平
阐明具有优势性状的个体在种群中所占的比例将会增加。
1.生命观念——认同种群是生物繁殖和进化的基本单位，理解基因频率和基因型频率的概念；基于分析和概括，理解突变和重组是不定向的，只能为进化提供原材料，而自然选择是定向的，决定着生物进化的方向。
水平二
2.科学思维——利用数学方法，探讨自然选择会导致种群基因频率发生定向改变。
水平二
3.社会责任——通过探究抗生素对细菌的选择作用，理解耐药菌的出现是可遗传变异的结果，耐药菌比例的增大是抗生素选择的结果，初步建立合理使用抗生素的科学观念。
水平三
种群和种群基因库
———————————————自主梳理———————————————
[典例1]某种群中含有基因型为AA的个体300个，Aa的个体200个，aa的个体500个，则该种群中a的基因频率为（ ）
A.40%B.60%
C.50%D.70%
答案 B
[对点练1]B/b是仅位于果蝇X染色体上的一对等位基因。
现有一果蝇种群，雌雄各1000只。
其中，基因型为XBXB的果蝇200只，基因型为XbXb的果蝇300只，基因型为XBY的果蝇600只。
该果蝇种群中b的基因频率为（ ）
A.40%B.60%
C.50%D.70%
解析 雌果蝇中XBXB、XBXb和XbXb的数目分别为200、500和300只；而雄果蝇中XBY和XbY的数目分别为600只和400只，所以b的基因频率＝（500＋300×2＋400）/（1000×2＋1000）×100%＝50%。
答案 C
———————————————素养提升———————————————
构建种群基因组成变化的数学模型
在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从这个种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因。
假设该昆虫种群非常大，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，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均
等的，基因A和a都不产生突变，据此内容回答下列问题：
（1）计算出亲代种群中AA、Aa和aa三种基因型个体所占的比例（即AA、Aa和aa的基因型频率），填入下表相应位置。
显、隐性配子的比例就是显隐性基因的基因频率
（2）根据孟德尔的分离定律，计算出该亲代种群产生的A配子的比例（即A的基因频率）p和a配子的比例（即a的基因频率）q，填入下表相应位置。
（3）计算出亲代种群雌雄个体随机交配所产生的子一代的基因型频率和基因频率，填入下表相应位置。
基因型频率＝该基因型个体数/该种群个体总数×100%
（4）求出子一代自由交配所产生的子二代的基因型频率和基因频率，填入下表相应位置。
（5）求出子二代自由交配所产生的子三代的基因型频率和基因频率，填入下表相应位置。
基因型频率
基因频率
AA
Aa
aa
A（p）
a（q）
亲代
30%
60%
10%
60%
40%
子一代
36%
48%
16%
60%
40%
子二代
36%
48%
16%
60%
40%
子三代
36%
48%
16%
60%
40%
由表可知，子二代、子三代以及以后若干代，种群的基因频率和基因型频率都与子一代（填“亲代”或“子一代”）一样。
[典例2]（2019·诸暨中学期中）在一个随机交配的中等大小的种群中，经调查发现控制某性状的基因型只有两种：
AA基因型的百分比为20%，Aa基因型的百分比为80%，aa基因型（致死型）的百分比为0，那么随机交配繁殖一代后，AA基因型的个体占（ ）
A.1/4B.1/5
C.3/7D.11/21
解析 已知某种群控制某性状的基因型只有两种：
AA基因型的频率为20%，Aa基因型的频率为80%，aa基因型（致死型）的频率为0，则A的基因频率＝20%＋1/2×80%＝60%，a的基因频率＝1/2×80%＝40%，根据遗传平衡定律，其随机交配繁殖一代后，AA基因型频率＝60%×60%＝36%，Aa的基因型频率＝2×60%×40%＝48%，aa的基因型频率＝40%×40%＝16%，其中aa为致死型，因此AA基因型的个体占36/（36＋48）＝3/7，C正确。
答案 C
[对点练2]（2019·湖北部分重点中学期末）在一个随机交配的种群中，调查发现AA占20%，Aa占40%，aa占40%，在某种条件发生变化的情况下，显性个体每年递增10%，隐性个体每年递减10%，则一年后A基因的频率约为（ ）
A.43.1%B.40%
C.36.7%D.44%
解析 设群体中有100个个体，则调查时AA为20个，Aa为40个，aa为40个。
由题干信息可知，显性个体每年递增10%，隐性个体每年递减10%，则一年后AA为22个，Aa为44个，aa为36个。
则此时A的基因频率为（22×2）＋44/[（22＋44＋36）×2]＝88/204≈43.1%，故选A。
答案 A
联想质疑
★种群必备“三要素”：
三个要素
【易错提示】
（1）一个种群包括该区域内该种生物的所有属性（所有性别、所有年龄等等）的全部个体；
（2）常染色体上A的基因频率计算公式为（AA个体数×2＋Aa个体数）/（种群个体总数×2）×100%，a的基因频率计算公式为（aa个体数×2＋Aa个体数）/（种群个体总数×2）×100%；
（3）X染色体上b的基因频率计算公式为：
（XbXb个体数×2＋XBXb个体数＋XbY个体数）/（雌性个体总数×2＋雄性个体总数）×100%；X染色体上B的基因频率计算公式为：
（XBXB个体数×2＋XBXb个体数＋XBY个体数）/（雌性个体总数×2＋雄性个体总数）×100%。
【拓展】 遗传平衡定律（哈迪—温伯格定律）
（1）使用条件：
①种群非常大；②所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代；
③没有迁入和迁出；④不同表型的个体生存和繁殖的机会是均等的；⑤基因A及其等位基因a都不产生突变。
（2）实质与性质：
同时满足上述5个条件的种群，处于遗传平衡状态，其种群基因频率和基因型频率将世代保持不变。
（3）数学表达式：
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，且p2＋2pq＋q2＝1。
【方法归纳】
★PA＝
＝PAA＋
PAa
Pa＝
＝Paa＋
PAa
PA＋Pa＝1＝PAA＋PAa＋Paa
种群中任意一对等位基因的基因频率之和等于1，基因型频率之和也等于1。
———————————————自主梳理———————————————
1.基因突变使种群基因频率发生变化的原因
基因突变产生新的等位基因，这就可以使种群的基因频率发生变化。
2.可遗传的变异提供了生物进化的原材料
3.探究自然选择对种群基因频率变化的影响
（1）提出问题：
如何解释桦尺蛾种群中s基因的频率越来越低的现象？
（2）作出假设：
自然选择使桦尺蛾种群的基因频率发生定向改变。
（3）实验思路与结果：
1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS为10%，Ss为20%，ss为70%，S基因的频率为20%。
在树干变黑这一环境条件下，假如树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使得种群中浅色（ss）个体每年减少10%，黑色（SS和Ss）个体每年增加10%。
完成下列表格：
（注意：
不同年份该种群的个体总数可能有所变化）
第1年
第2年
第3年
第4年
……
基因型频率
SS
10%
11.5%
13%
14.6%
……
Ss
20%
22.9%
26%
29.2%
……
ss
70%
65.6%
61%
56.2%
……
基因频率
S
20%
23%
26%
29.2%
……
s
80%
77%
74%
70.8%
……
将环境的作用的大小进行调整，比如将浅色个体每年减少的数量百分比调高点，重新进行相关计算，得出结果。
（4）分析结果，得出结论：
自然选择可以定向改变种群的基因频率，且环境的选择作用越大，改变的幅度也越大。
4.自然选择使种群的基因频率发生定向改变
[典例3]（2019·通州区期末）（多选）家蝇对拟除虫菊酯类杀虫剂产生抗性，原因是神经细胞膜上某通道蛋白中的一个亮氨酸替换为苯丙氨酸。
如表是对某市不同地区家蝇种群对该杀虫剂的敏感性和抗性基因型频率调查分析的结果。
下列叙述正确的是（ ）
家蝇种群来源
敏感型纯合子/%
抗性杂合子/%
抗性纯合子/%
甲地区
78
20
2
乙地区
64
32
4
丙地区
84
15
1
A.甲地区家蝇种群中抗性基因频率为12%
B.乙地区抗性基因频率相对较高是杀虫剂选择的结果
C.目前在三地区使用拟除虫菊酯类杀虫剂效果最不明显的应该是丙
D.上述通道蛋白中氨基酸改变的根本原因是在基因表达过程中出现了差错
解析 由表格信息可知，甲地区抗性纯合子的基因型频率是2%，抗性杂合子基因型频率是20%，则抗性基因频率是2%＋20%÷2＝12%，A正确；乙地区抗性基因频率相对较高是杀虫剂选择的结果，B正确；由表格信息可知，目前在三地区使用拟除虫菊酯类杀虫剂效果最不明显的应该是乙，C错误；通道蛋白中氨基酸改变的根本原因可能是基因碱基替换的结果，D错误。
答案 AB
[对点练3]（2019·宝鸡中学月考）在某一种群中，AA、Aa、aa的基因型频率相等，当自然选择分别对隐性基因或显性基因不利时，对应的有利基因的基因频率就会上升，但其上升的幅度不同，如图所示。
下列有关叙述错误的是（ ）
A.自然选择过程中，直接受选择的是表现型，进而导致基因频率的改变
B.在甲选择条件下，显性基因的频率可以降为零
C.乙为自然选择对隐性基因不利时的曲线
D.该种群基因频率的变化只与环境的选择作用有关
解析 自然选择过程中，直接受选择的是表现型而不是基因型，进而导致基因频率的改变，A正确；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，种群相应的基因频率会不断提高，因此一般来说频率高的基因控制后代的性状会更适应环境，相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应的基因频率会下降。
在持续选择的条件下，控制不利变异的基因频率有可能降至为0，B正确；当自然选择对隐性基因不利时，aa个体的生存能力低，AA、Aa生存能力高，A基因频率增加的速率较慢，因此乙曲线可以表示当自然选择对隐性基因不利时显性基因频率变化曲线，C正确；种群基因频率的变化与突变和基因重组、迁入与迁出和环境的选择等多种因素有关，D错误。
答案 D
联想质疑
【易错提示】
（1）突变的有害和有利不是绝对的，取决于生物的生存环境；
（2）染色体片段的缺失、重复和染色体数目变异能造成基因数目的变化，所以能引起种群基因频率的变化；而染色体片段的易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。
★工业化初期的桦尺蛾种群
★工业化中后期的桦尺蛾种群
【归纳总结】 自然选择决定生物进化方向的原理
【易错提示】
（1）变异是不定向的，不能决定生物进化的方向，只能为生物进化提供原材料。
自然选择是定向的，决定着生物进化的方向。
（2）自然选择直接作用于生物的表现型而不是基因型，最终使种群的基因频率发生定向改变。
探究抗生素对细菌的选择作用
———————————————自主梳理———————————————
1.实验原理 一般情况下，一定浓度的抗生素能杀死细菌，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.实验步骤
步骤1
分组、编号、做标记
用记号笔在培养皿的底部画两条相互垂直的直线，将培养皿分为4个区域，分别标记为①～④
步骤2
接种
取少量细菌的培养液，用无菌的涂布器（或无菌棉签）均匀地涂抹在培养基平板上
对照组
步骤3
自变量控制
用无菌的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在①号区域的中央，再分别夹取1张抗生素纸片放在②～④号区域的中央，盖上皿盖
实验组
步骤4
培养
将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12～16h
步骤5
因变量观测
观察培养基上纸片附近是否出现抑菌圈，并测量、记录抑菌圈的直径，并取平均值
步骤6
重复实验
从抑菌圈边缘的菌落上挑出细菌，接种到已灭菌的液体培养基中培养，重复步骤2～5。
如此重复几代，记录每一代培养物抑菌圈的直径
3.实验结果
与区域①相比，区域②③④纸片周围会出现抑菌圈；②③④区域抑菌圈的平均直径逐代越来越小。
4.实验结论
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了耐药菌比例的逐渐升高。
（1）细菌耐药性变异的产生与抗生素有关吗？
为什么？
提示 无关。
因为抗生素并非诱变因子。
（2）细菌产生耐药性变异的过程是定向的吗？
为什么？
提示 不是。
因为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）为什么培养基中抗生素滤纸片周围会出现抑菌圈？
提示 因为滤纸片上的抗生素杀死了其周围的细菌，使其不能形成菌落而出现抑菌圈。
（4）抗生素滤纸片周围的抑菌圈的直径为什么会逐代变小？
提示 因为经过抗生素的持续多代筛选，细菌的耐药性越来越强。
[典例4]（2019·遵义市期末）长期使用抗生素治病，会出现一些抗药性强的细菌，使抗生素的药效降低。
原因是（ ）
A.长期使用使细菌不得不适应抗生素
B.抗生素的使用导致细菌发生了基因突变
C.抗生素对细菌的不定向变异进行了定向选择
D.细菌为了适应抗生素而产生了定向变异
解析 长期使用抗生素治病，由于抗生素对细菌有选择作用，淘汰了没有抗药性的细菌和抗药性低的细菌，能生存下来的细菌都具有较强的抗药性，所以出现抗药性强的细菌，使抗生素药效降低，而不是细菌对抗生素产生了适应性，A错误；细菌发生基因突变与抗生素的使用无关，B错误；抗生素对细菌的不定向变异进行了定向选择，使一些抗药性强的细菌生存下来，C正确；生物的变异是不定向的，D错误。
答案 C
[对点练4]（2019·辽阳期末）（多选）滥用抗生素往往会导致细菌产生耐药性，下列叙述错误的是（ ）
A.种群是细菌进化的基本单位
B.细菌的抗药性变异来源于细菌的染色体变异
C.抗生素的定向选择使细菌的抗药基因频率增大
D.细菌的定向变异决定细菌的进化方向
解析 种群是生物进化的基本单位，A正确；细菌没有染色体，不能进行有性生殖，其抗药性变异来源于细菌的基因突变，B错误；抗生素对细菌种群中存在的不定向变异进行了定向的选择，使细菌的抗药基因频率增大，C正确；变异是不定向的，自然选择决定生物的进化方向，D错误。
答案 BD
联想质疑
★细菌耐药性的产生机制
★滥用抗生素，增强细菌的抗性
课堂小结
随堂检测
1.下列有关种群的叙述中，错误的是（ ）
A.种群是生物进化的基本单位
B.种群内的个体彼此可以交配
C.种群是同种个体的机械集合
D.种群是生物繁殖的基本单位
解析 同一种群的不同个体相互联系，并通过交配保持一个共同的基因库，因此，种群不是同种个体的机械集合。
答案 C
2.关于基因库的相关描述，错误的是（ ）
A.基因库是指一个种群所含有的全部基因
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该种群基因库的全部基因
D.基因突变可改变基因库的组成
解析 基因库是指种群中所含有的全部基因，由于个体之间存在着差异，所以每个个体中不可能都含有该种群基因库的全部基因。
基因库中只要有一个基因发生变化，则基因库组成一定会发生变化。
种群是繁殖的基本单位，基因库随繁殖的进行而不断延续。
答案 C
3.下列哪项不是生物进化的原材料（ ）
A.基因突变B.基因重组
C.不遗传的变异D.染色体变异
解析 突变和基因重组为生物进化提供了原材料，其中突变又包括基因突变和染色体变异。
答案 C
4.腕足类动物海豆芽，从4亿年前出现至今面貌基本没变，又没有灭绝，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
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。
答案 D
5.杂交实验表明，桦尺蛾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，桦尺蛾种群中S基因频率很低，在5%以下，到了20世纪上升到95%以上。
试分析产生这一变化的原因：
（1）在19世纪时，桦尺蛾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的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的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________，其中不利变异被不断________，有利变异则逐渐________，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。
解析
（1）在19世纪时，由于树干上长满了地衣，所以浅色型（ss）桦尺蛾与环境色彩一致，不易被鸟类所食，后代繁殖个体多，群体中ss的比例增加，所以s基因频率增高。
（2）当树皮暴露，并被煤烟熏成黑褐色，所以黑色型（SS或Ss）桦尺蛾的黑色成了一种保护色，黑色型个体逐渐增多，所以S基因频率升高。
（3）种群产生的变异是不定向的，经过长期的自然选择，其中不利变异被不断淘汰；有利变异则逐渐积累，从而使种群的基因频率发生定向改变，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自然选择决定的。
答案
（1）浅色型（ss）桦尺蛾与环境色彩一致，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（SS或Ss）桦尺蛾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
课时作业
（时间：
30分钟）
强化点1 种群和种群基因库
1.下列关于基因频率、基因型频率与生物进化的叙述正确的是（ ）
A.一个种群中，控制一对相对性状的各种基因型频率的改变说明物种在不断进化
B.在一个种群中，控制一对相对性状的各种基因频率之和为1
C.基因型Aa的个体自交后代所形成的种群中，A基因的频率大于a基因的频率
D.因色盲患者中男性数量多于女性，所以男性群体中色盲的基因频率大于女性群体
解析 在一个种群中，控制一对相对性状的各种基因频率之和为1，基因型频率之和也等于1。
答案 B
2.如图表示某个种群基因型的组成情况，A、a为一对等位基因。
则该种群中a的基因频率是（ ）
A.0.11B.0.4
C.0.5D.0.55
解析 由图中可知AA∶Aa∶aa＝1∶1∶1，所以a的基因频率为aa＋1/2Aa＝1/3＋1/2×1/3＝0.5。
答案 C
强化点2 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
3.某豌豆的基因型为Aa，让其连续自交三代，其后代中a基因的频率是（ ）
A.12.5%B.25%
C.50%D.75%
解析 由Aa自交一代后，AA与aa所占比例相同，各占1/4,而Aa占1/2,不管连续自交多少次AA与aa的比例都是相同的，由于Aa中基因A与基因a比例相同，所以A与a的频率均为50%。
答案 C
4.某豌豆的基因型为Aa，让其连续自交三代（遗传符合孟德尔遗传定律），其第4代中的基因频率和基因型频率变化情况是（ ）
A.基因频率变化，基因型频率不变
B.基因频率不变，基因型频率变化
C.两者都变化
D.两者都不变
解析 自交不会改变基因频率，但会改变基因型频率。
答案 B
5.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.自然选择决定了生物变异和进化的方向
C.生物进化的实质是种群基因频率的改变
D.生物性状的改变一定引起生物的进化
解析 生物进化的实质是种群基因频率的改变。
只要基因频率发生改变则生物一定在进化，生物的性状受基因和外界环境的共同作用，性状变了基因不一定改变，所以基因频率不一定改变，生物也不一定在进化。
自然选择决定生物进化的方向，但不能决定生物变异的方向。
答案 C
6.对现代生物进化理论的认识，错误的是（ ）
A.种群是进化的基本单位
B.自然选择决定种群基因频率发生改变的方向
C.突变和基因重组产生进化的原材料
D.自然选择决定种群内基因突变发生的频率和方向
解析 种群是生物进化的基本单位，个体会产生各种各样的变异，它为自然选择提供了原材料，自然选择是定向的，而变异是不定向的。
答案 D
7.某小麦种群中TT个体占20%，Tt个体占60%，tt个体占20%，由于某种病害导致tt个体全部死亡，则病害发生前后该种群中T的基因频率分别是（ ）
A.50%、50%B.50%、62.5%
C.62.5%、50%D.50%、100%
解析 假设该种群中有100个个体，由题意可知，病害发生前T的基因频率为（20×2＋60）÷200＝50%；由于某种病害导致tt个体全部死亡，病害发生后T的基因频率为（20×2＋60）÷（200－20×2）＝62.5%。
答案 B
8.在一个基因库中，显性基因和隐性基因的比例相等，如果每一代隐性基因型的个体都不能产生后代，则（ ）
A.对基因型的比例影响很小
B.会降低隐性基因的比例
C.会使隐性基因灭绝
D.会提高杂合子的比例
解析 由于aa个体不能产生后代，所以后代中a的基因频率降低。
又由于Aa个体具有繁殖能力，所以a基因不可能消失。
答案 B
9.由于真菌传染而使某森林所有树的颜色都变成灰白色。
多年以后，不同颜色的蛾类增长率最可能的结果是（ ）
解析 环境对生物进行自然选择，由于所有树的颜色都变成了灰白色，所以在生存斗争中，体色与环境色彩相近的蛾类易于生存下来，并产生子代个体，这种情况逐代进行就会使个体中体色与环境色彩相近的个体数越来越多，但由于变异是不定向的，所以在群体中可能还会有棕色等其他颜色的个体存在。
答案 D
强化点3 探究抗生素对细菌的选择作用
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