高中生物学人教版（2019）必修2 第6章第三节 种群基因组成的变化与物种的形成学案（含答案）

种群基因组成的变化与物种的形成
【学习目标】
1．举例说明种群、基因库、基因频率的概念，学会用数学方法讨论基因频率的变化。
2．结合教材阐明突变和基因重组是生物进化的原材料。3.探究自然选择对种群基因频率的影响。
【学习重点】
举例说明种群、基因库、基因频率的概念，学会用数学方法讨论基因频率的变化。
【学习难点】
结合教材阐明突变和基因重组是生物进化的原材料。3.探究自然选择对种群基因频率的影响。
【学习过程】
知识点一：种群和种群基因库
知识梳理
1．种群是生物进化的基本单位
自然选择直接作用的是生物个体，而且是个体的表型，但个体表型会随着个体的死亡而消失，决定表型的基因却可以通过生殖而世代延续，并且在群体中扩散，因此生物进化应该研究群体的基因组成的变化。
2．种群和种群基因库
(1)种群概念：生活在一定区域的同种生物的全部个体的集合。
(2)种群特点
①种群中的个体并不是机械地集合在一起。
②一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。
③种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。
(3)基因库和基因频率
①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。
②基因频率
a．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。
b．计算公式：基因频率＝。,
思维空间
问题探究：种群的基因库是一直不变的吗？试分析原因。
提示：不是。基因突变、染色体变异、自然选择、种群个体的迁入、迁出等都会使种群的基因库发生改变。
典例精析
[例1]德国小蠊(二倍体)是常见的室内昆虫。随机取样的德国小蠊个体中，ss个体数为6，SS个体数为26，Ss个体数为18。则s的基因频率为（ ）
A．0.26 B．0.3
C．0.46 D．0.58
解题分析：s的基因频率＝＝×100%＝30%。
答案：B
[例2]蜗牛的有条纹(A)对无条纹(a)为显性。在一个地区的蜗牛种群内，有条纹(AA)个体占55%，无条纹个体占15%，若蜗牛间进行自由交配得到F1，则A基因的频率是（ ）
A．30% B．62%
C．60% D．70%
解题分析：根据题意可知，Aa个体占30%，则A的基因频率为55%＋30%×1/2＝70%，a的基因概率为15%＋30%×1/2＝30%，D正确。
答案：D
[例3]在一次红绿色盲的调查中共调查男女各200名，调查发现，女性红绿色盲基因的携带者15人，女性色盲5人，男性色盲11人。那么这个群体中红绿色盲基因的频率是（ ）
A．4.5% B．6%
C．9% D．7.8%
解题分析：XBXb15人，XbXb5人，XbY 11人，所以基因b的数目＝15×1＋5×2＋11×1＝36个，因此，红绿色盲基因的频率＝×100%＝6%。
答案：B
[例4]在某一遵循遗传平衡定律的人群中，经调查得知，隐性性状者为16%，则该性状不同类型的基因型频率分别是(按AA、Aa、aa顺序排列) （ ）
A．0.36、0.48、0.16 B．0.48、0.36、0.16
C．0.16、0.48、0.36 D．0.16、0.36、0.38
解题分析：由题干可知，该人群中隐性性状者为16%，即aa＝16%，根据遗传平衡公式a2＝aa基因型频率可得，a的基因频率是%即40%，A的基因频率是1－40%＝60%，因此该人群中AA的基因型频率＝(A的基因频率)2＝60%×60%＝0.36，Aa的基因型频率＝2×(A的基因频率)×(a的基因频率)＝2×40%×60%＝0.48，A正确。
答案：A
技法提升
有关基因频率计算题的解法
(1)常染色体上基因频率的计算
①已知各基因型及其个体的数量，求基因频率。此类题型可用定义公式计算，即某基因的频率＝[(该基因纯合子个体数×2＋杂合子个体数)÷(总个体数×2)]×100%。
②已知基因型频率，求基因频率。此类题型可以将百分号去掉，按定义公式计算或直接用“某基因的基因频率＝该基因纯合子的百分比＋杂合子百分比的1/2”来代替。如基因A的频率＝AA的频率＋1/2Aa的频率，基因a的频率＝1－基因A的频率。
(2)位于性染色体上基因频率的计算
A的基因频率＝
×100%，
a的基因频率＝
×100%。
(N表示基因型的个体数)
(3)遗传平衡状态下基因频率的计算
①遗传平衡状态的条件：
a．种群非常大。
b．种群中所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代。
c．没有基因突变的发生。
d．没有迁入和迁出。
e．没有自然选择(不同个体生存和繁殖的机会是相等的)。
②基因频率与基因型频率的计算公式
设A的基因频率为p，a的基因频率为q，则p＋q＝1。
雄配子 雌配子 A(p) a(q)
A(p) AA(p2) Aa(pq)
a(q) Aa(pq) aa(q2)
即：AA的基因型频率＝p2，Aa的基因型频率＝2pq，aa的基因型频率＝q2。
③若已知AA的基因型频率为m，则A的基因频率为。
知识点二：种群基因频率的变化和自然选择对种群基因频率的影响
知识梳理
1．种群基因频率的变化
(2)可遗传变异的形成
基因突变产生新的等位基因，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，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。
(3)变异的有利和有害是相对的，是由环境决定的。
2．自然选择对种群基因频率的影响
(1)实例分析(桦尺蠖体色进化)
(2)原理分析
(3)生物进化的实质：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。
典例精析
[例1]根据现代生物进化理论，下列说法正确的是（ ）
A．突变、重组和自然选择都是定向的
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
解题分析：突变和重组是不定向的，自然选择是定向的，A错误；生物进化的实质是种群基因频率的改变，B错误；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，C正确；种群中基因频率改变的偶然性随种群数量下降而增大，D错误。
答案：C
[例2]下列有关基因频率与生物进化的描述，正确的是（ ）
A．生物在进化的过程中不一定有基因频率的改变
B．生物只要发生进化，基因频率就会改变
C．变异使基因频率定向改变
D．只有基因突变，才导致基因频率发生改变
解题分析：生物进化的实质是种群基因频率的改变，只要生物进化了，基因频率一定发生了改变，A错误，B正确；变异是不定向的，自然选择可使基因频率发生定向改变，C错误；基因频率的改变与突变、迁入和迁出、自然选择等多种因素有关，D错误。
答案：B
知识点三：探究抗生素对细菌的选择作用
知识梳理
1．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．目的要求：通过观察细菌在含有抗生素的培养基上的生长状况，探究抗生素对细菌的选择作用。
3．方法步骤
(1)用记号笔在培养皿的底部画2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。
(2)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。
(3)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。
(4)将培养皿倒置于37_℃的恒温箱中培养12～16 h。
(5)观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近是否出现了抑菌圈？如果有，测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径，并取平均值。
(6)从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌，接种到已灭菌的液体培养基中培养，然后重复步骤(2)～(5)。如此重复几代，记录每一代培养物抑菌圈的直径。
注意：实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理。
4．结果
在培养基上有(填“有”或“无”)细菌生长，在放有抗生素纸片的区域无(填“有”或“无”)细菌生长。连续培养几代后，抑菌圈的直径会变小。
5．结论
抗生素对细菌具有定向选择作用。
思维空间
问题探究：为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？
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。
问题探究：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：有利的，基因突变具有随机性和不定向性，有利或有害取决于所处的环境条件，在本实验的环境条件下，耐药性细菌的存活率高，故为有利变异。有利于细菌的变异对人类是有害的，面对不同的主体，应辩证地看待变异的有利有害性。
问题探究：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。
典例精析
[例1]2015年4月14日《楚天都市报》报道：湖北爆发致命超级细菌，导致一名3岁男童死亡。超级细菌是指对多数抗生素耐药的细菌，能让抗生素失效造成人体严重感染。下列关于超级细菌的叙述不符合达尔文进化观点的是（ ）
A．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
B．细菌中原来就存在对抗生素具有耐药性的个体
C．抗生素的选择和细菌的变异都是定向的
D．新品种抗生素的使用会影响超级细菌的进化
解题分析：抗生素的选择是人为条件下的选择，是定向的，但细菌的变异是非定向的，C项符合题意；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，A项和B项均不符合题意；环境的定向选择作用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项不符合题意。
答案：C
[例2]医学上在治疗由细菌引起的感染性疾病时，通常要进行细菌的耐药性监测，实验方法如下：将含有一定浓度但抗生素种类不同的滤纸片，放置在已接种被检菌的固体培养基表面，抗生素向周围扩散，如果抑制细菌生长，则在滤纸片周围出现抑菌圈(图中里面的圈)，结果如图所示。
(1)图中最有效的是________培养皿中的抗生素，原因是________________________。
(2)用上述最有效的抗生素对细菌进行处理，并测定细菌数量变化，实验结果如图所示，向培养基中加抗生素的时刻为b点，理由是抗生素使细菌中____________的个体大量死亡而数量下降。尽管有抗药性基因存在，但使用抗生素仍然能治疗由细菌引起的感染，原因在于细菌种群中________________________________。
(3)如果长期使用同一种抗生素，细菌抗药性会增强的原因是________________________________________________________。
解题分析：(1)抗生素抑制细菌生长的作用越强，抑菌圈的直径越大。
(2)b点处细菌数量减小，虽然细菌中极少数具有抗药性，但大多数不具有抗药性的细菌能够被杀死。
(3)抗生素不断对细菌进行选择，抗药性不断积累。
答案：(1)B B的抑菌圈最大
(2)不具抗药性 有抗药性基因的个体占极少数
(3)抗生素对细菌的抗药性变异进行了定向选择
当堂检测
1．对种群概念的正确叙述是（ ）
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全部个体
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
2．下列可作为一个基因库的是（ ）
A．一条染色体上的全部基因
B．一个个体所携带的全部基因
C．一个生物具有的全部基因
D．一个种群所含的全部基因
答案：D
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
答案：C
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。
4．生物的变异可以为进化提供原材料。下列关于变异与进化的叙述，不正确的是（ ）
A．自然选择直接选择的是个体的表型
B．种群中控制某一性状的全部等位基因的总和称为基因库
C．自然选择导致种群的基因频率发生定向改变
D．桦尺蠖种群颜色的变化是一种适应性进化，这种适应性变化是自然选择所造成的
答案：B
解析：一个种群中全部个体所含有的全部基因，称为这个种群的基因库，B错误。
5．某植物种群中，AA基因型个体占30%，aa基因型个体占20%，则：
(1)植物种群中的A、a基因频率分别是________、________。
(2)若该植物自交，后代中AA、aa基因型个体分别占________、________。这时，A、a的基因频率分别是________、________。
(3)依据现代生物进化理论，这种植物是否发生了进化？________________。原因是________。
(4)进化的基本单位是________，进化的原材料是由____________提供的，进化的实质是________________。
答案：(1)55% 45%
(2)42.5% 32.5% 55% 45%
(3)没有发生进化 种群的基因频率没有发生改变
(4)种群 突变和基因重组 种群基因频率的改变
解析：(1)由题意可知，Aa基因型个体占50%，则A的基因频率＝30%＋50%×＝55%，a的基因频率＝1－55%＝45%。
(2)(3)若该植物自交，后代中产生的基因型比例为：AA＝30%＋×50%＝42.5%；aa＝20%＋×50%＝32.5%；Aa＝×50%＝25%。此时A、a的基因频率分别为A＝42.5%＋25%×＝55%，a＝1－55%＝45%。通过计算可以发现前后代的基因频率没有发生改变，说明生物没有发生进化。
(4)种群是生物进化的基本单位，突变和基因重组提供了进化的原材料，生物进化的实质是种群基因频率的改变。
9 / 9