新人教（2019）生物必修2同步学案：第6章 第3、4节 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

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新人教（2019）生物必修2同步学案
6.3、6.4　种群基因组成的变化与物种的形成、协同进化与生物多样性的形成
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
一、种群和种群基因库
1．种群的概念及特点
(1)概念：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。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：种群是生物进化的基本单位，种群中的雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。种群也是生物繁殖的单位。
2．基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因，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，某个基因占全部等位基因数的比值。
(2)计算：基因频率＝×100%。
(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(　　)
(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(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
易错警示　(1)基因频率是指一个种群中某基因占全部等位基因数的比值。
(2)影响基因频率的因素不只是环境，还有基因突变、生物的迁移等。
(3)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。
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。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？
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？请完成下表：
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(4%) Ss(32%) ss(64%)
子二代基因频率 S(20%) s(80%)
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。
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)可遗传的变异来源
(3)可遗传变异的形成、特点和作用
①形成：a.基因突变产生新的等位基因；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。
(4)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。
(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。
(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(　　)
(5)自然选择决定生物变异和进化的方向(　　)
(6)生物进化的实质是种群基因型频率的改变(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
特别提醒　(1)变异是不定向的，自然选择是定向的。
(2)进化的实质是种群基因频率的改变。
根据教材P112～113“探究·实践”提供的资料，回答下列问题：
(1)桦尺蛾种群中产生的可遗传变异有哪些类型？
提示　突变(包括基因突变和染色体变异)和基因重组。
(2)对桦尺蛾种群来说，在自然选择过程中直接受选择的是表型还是基因型？为什么？
提示　直接受选择的是表型；因为天敌等直接看到的是性状，而不是控制性状的基因。
(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　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保留下来的机会少，相应基因的频率会下降。
归纳总结　自然选择决定生物进化的方向
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．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。
(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(　　)
答案　(1)×　(2)√
根据教材P115“探究·实践”，回答下列问题：
(1)要从什么位置挑选细菌再进行培养？原因是什么？
提示　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)连续培养几代后，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？
提示　抑菌圈的直径大小表明该种抗生素的杀菌能力的强弱，直径越大，杀菌能力越强。连续培养几代后，抑菌圈的直径会变小，说明通过抗生素的选择作用，细菌中的耐药性类型越来越多。
(3)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？怎么理解变异是有利还是有害的？
提示　细菌产生的耐药性变异有利于细菌的生存，属于有利变异。在生物进化过程中，生物产生的有利变异是指有利于生物生存、适应环境的变异，而不是对人类有利的变异。
(4)滥用抗生素的现象十分普遍，请举例说明滥用抗生素的危害。
提示　①增强细菌耐药性：抗生素的滥用及不合理的使用在一定程度上使抗生素接触细菌的机会增大，使细菌耐药性积累并加强，使抗生素的药效减弱，甚至完全不起作用。②不良反应繁多：滥用抗生素导致大量不良反应产生。如应用氯霉素时可引发再生障碍性贫血。③菌群失调：抗生素的长期大量滥用，使未被抑制的细菌类型繁殖迅速，造成菌群失调的情况，导致患者免疫力下降，病情加重或产生新的病变。
1．生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫种群。
2．一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。
3．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。
4．可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异，其中，基因突变和染色体变异统称为突变。
5．生物进化的实质是种群基因频率的改变。
6．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。
1．下列属于种群的是(　　)
A．一块水田里的全部青蛙 B．一块棉田里的全部蚜虫
C．一块朽木上的全部真菌 D．一个池塘中的全部鱼
答案　B
解析　一块水田里的全部青蛙还有蝌蚪才能构成一个种群，A错误；一块朽木上的全部真菌包括许多菌种，不属于种群，C错误；一个池塘中的全部鱼不是一个物种，不属于种群，D错误。
2．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
答案　C
解析　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。
3．在男女学生比例均等的某校学生中，有红绿色盲患者占4.5%，且全为男性，红绿色盲基因携带者占7%，在该校学生中的色盲基因频率是(　　)
A．11.5% B．7.7%　C．8% D．4.54%
答案　B
解析　设该校男女学生各100人，由于色盲是伴X染色体隐性遗传病，Y染色体上无对应的等位基因，色盲基因携带者是女性，因此该校学生的色盲基因频率＝[(200×4.5%＋200×7%)÷(100×2＋100)]×100%≈7.7%。
4．下列关于生物变异和生物进化的叙述中，正确的是(　　)
A．变异都能为生物进化提供原材料
B．自然选择决定了生物进化的方向
C．只有基因突变才能导致种群基因频率发生改变
D．抗生素的使用使病原体产生了适应性的变异
答案　B
解析　只有可遗传的变异才能为生物进化提供原材料，A错误；自然选择的结果是让适应环境的变异保留，不适应环境的变异被淘汰，故自然选择决定了生物进化的方向，B正确；基因突变、染色体变异、基因重组和自然选择等都能使种群基因频率发生改变，C错误；抗生素起选择作用，而不是使病原体产生适应性的变异，D错误。
5．腕足类动物海豆芽，从4亿年前出现至今面貌基本没变，也没有灭绝，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
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。
6．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)为显性。在19世纪中叶以前，桦尺蛾种群中S基因的频率很低，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，桦尺蛾的栖息地曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣，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，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露，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。
答案　(1)浅色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)黑色桦尺蛾的黑色成了一种保护色，黑色个体逐渐增多，导致S基因频率升高　(3)自然选择　淘汰　积累并加强　基因频率