人教生物(2019版)必修2教学案：6-3 种群基因组成的变化与物种的形成（含解析）

人教生物(2019版)必修2教学案
6-3 种群基因组成的变化与物种的形成
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
1.阐述种群、种群基因库、基因频率等概念的内涵。 2.运用数学方法讨论种群基因频率的变化。 3.阐明自然选择对种群基因频率变化的影响。 4.说明隔离在物种形成中的作用。 1.种群是生物进化的基本单位。 2.突变和基因重组提供进化的原材料。 3.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。 4.隔离是物种形成的必要条件。
【主干知识梳理】
一、种群和种群基因库
1．种群
(1)概念：三要素
(2)特点：种群是生物进化和繁殖的基本单位。
2．基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。
3．基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。
二、种群基因频率的变化
1．可遗传的变异来源
2．可遗传的变异的形成
(1)可遗传的变异的形成：基因突变产生的等位基因，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。
(2)可遗传的变异的特点
(3)可遗传的变异的结果：使种群基因频率发生了改变。
3．可遗传的变异的利害性
变异的有利和有害是相对的，是由生存环境决定的。
4．种群基因突变数的计算方法
某种群基因突变数＝个体基因数×突变率×个体数。
三、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．选择的对象
(1)直接作用对象：个体的表型。
(2)实质：决定表型的基因。
3．选择的结果
(1)生物性状上：朝着有利变异的方向不断进化。
(2)基因上：种群的基因频率会发生定向改变。
4．进化的实质：种群基因频率的改变。
四、隔离在物种形成中的作用
1．物种与隔离
(1)物种
(2)隔离。
①概念：不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。
②常见类型：
类型 发生范围 结果
生殖隔离 不同物种间 a.不能相互交配 b.即使交配成功，也不能产生可育后代
地理隔离 同种生物 使种群间不能发生基因交流
2．隔离在物种形成中的作用
(1)新物种的形成过程：
(2)结论：隔离是物种形成的必要条件。
【教材微点发掘】
1．请根据图示，结合教材相关内容，回答下列问题：
(1)桦尺蛾种群中产生的可遗传变异的类型有突变(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？请说明理由。
提示：直接受选择的是表型，因为天敌看到的是性状，而不是控制性状的基因。
(3)桦尺蛾种群发生(填“发生”或“没发生”)进化。生物进化的实质是种群基因频率的改变。
(4)决定桦尺蛾进化方向的是变异还是自然选择？为什么？
提示：自然选择。因为变异是不定向的，自然选择是定向的，自然选择决定生物进化的方向。
2．斑马的染色体数为22对，驴的染色体数为31对，斑马和驴杂交产生的后代兼具斑马和驴的特征，称为斑驴兽或驴斑兽，俗称“斑驴”。(教材第118页练习“拓展应用”第1题发掘)
(1)杂交产生的后代是不可育的，因为斑马和驴存在生殖隔离。
(2)从染色体组的角度解释杂交产生的后代不可育的原因是斑马和驴的杂交后代染色体数为53条，无法通过减数分裂产生正常的配子。
教材问题提示
(一)思考·讨论1(教材第111页)
1．(1)A配子占60%，a配子占40%。
(2)子代的基因型频率：AA占36%，Aa占48%，aa占16%。
(3)子代种群的基因频率：A占60%，a占40%。
(4)计算结果如表所示：
亲代基因型的比值 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
配子的比值 A(30%) A(30%) a(30%) a(10%)
子代基因型频率 AA(36%) Aa(48%) aa(16%)
子代基因频率 A(60%) a(40%)
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。
2．对自然界的种群来说，这5个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。
3．突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A2的频率是上升还是下降，要看这一突变对生物是有利的还是有害的。
(二)探究·实践1(教材第112、113页)
1．树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率，这是因为树干变黑后，浅色个体容易被发现，被捕食的概率增加，许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率。
2．直接受选择的是表型(体色)，而不是基因型。基因型并不能在自然选择中起直接作用，因为天敌在捕食桦尺蛾时，看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因。
(三)探究·实践2(教材第115页)
1．因为抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。
2．支持。因为变异是不定向的，普遍存在的，所以细菌中耐药菌是普遍存在的。
3．在本实验条件下，耐药菌产生的变异一般来说是有利的，有利于生物在特定环境中生存和繁殖的变异在此环境中就是有利变异。
4．将自己实验获得的数据与其他同学的进行比较，根据实际情况来回答。
5．这些做法都会促进耐药菌的产生。
(四)思考·讨论2(教材第117页)
1．由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。
2．不一样。因为突变是随机发生的。
3．不同岛屿的地形和植被条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。
4．不会。因为个体间有基因的交流。
(五)旁栏思考(教材第118页)
最先在裸露的岩石上生长的植物往往是地衣，地衣的出现促进岩石的分解，形成土壤，为苔藓植物的生长创造条件。
新知探究(一)　基因频率的相关计算
【拓展·深化】
(一)基因频率和基因型频率的计算
以一对等位基因(A、a)和其组成的基因型(AA、Aa、aa)为例
1．A或a的基因频率为
×100%
2．AA或Aa或aa的基因型频率为
×100%
(二)常见题型分析
1．题型一　已知调查的各种基因型的个体数，计算基因频率
某基因频率＝×100%
A＝×100%
a＝×100%
A、a为基因，AA、Aa、aa为三种基因型个体数。
2．题型二　已知基因型频率求基因频率
常染色体上一个等位基因的频率＝该等位基因纯合子的频率＋1/2×杂合子的频率
A＝AA＋1/2Aa；a＝aa＋1/2Aa。
3．题型三　X染色体上基因的基因频率计算
XY型性别决定的生物，基因在X染色体上，Y染色体上无等位基因，计算时只计算X染色体上的基因数，不考虑Y染色体。ZW型性别决定也是这样。例如：N表示个体数。
Xb＝＝
不涉及Y染色体，XB＋Xb＝1。
4．题型四　利用哈迪 温伯格定律，由基因频率计算基因型频率
①成立前提：
a．种群非常大；b.所有雌雄个体之间自由交配；c.没有迁入和迁出；d.没有自然选择；e.没有基因突变。
②计算公式：当等位基因只有两个时(A、a)，设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则：
基因型AA的频率＝p2；
基因型Aa的频率＝2pq；
基因型aa的频率＝q2。
如果一个种群达到遗传平衡，其基因型频率应符合：p2＋2pq＋q2＝1。
[思考·讨论]
(1)在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型AA的个体占24%，基因型Aa的个体占72%，基因型aa的个体占4%。该种群中基因A和基因a的频率分别是多少？
提示：A%＝AA%＋1/2Aa%＝60%；a%＝aa%＋1/2Aa%＝40%。
(2)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？
提示：色盲是伴X染色体隐性遗传病，设相关基因用B、b表示，据题意分析可知，XBXb有15人，XbXb有5人，XbY有11人，所以Xb共有36个，女性有2条X染色体，男性只有1条X染色体，所以等位基因总数＝200×2＋200＝600。因此，Xb的基因频率是36/600×100%＝6%。
【典题·例析】
[典例1]　果蝇的长翅(V)和残翅(v)由一对常染色体上的等位基因控制。假定某果蝇种群有20 000只果蝇，其中残翅果蝇个体数量长期维持在4%，若再向该种群中引入20 000只纯合长翅果蝇，在不考虑其他因素影响的前提下，关于纯合长翅果蝇引入后种群的叙述，错误的是(　　)
A．v基因频率降低了50%
B．V基因频率增加了50%
C．杂合果蝇比例降低了50%
D．残翅果蝇比例降低了50%
[解析]　因该果蝇种群vv的基因型频率为4%，由遗传平衡定律公式算出v基因频率＝0.2，V基因频率＝0.8，进而计算出引入纯种长翅果蝇前，基因型为vv的果蝇有0.04×20 000＝800(只)，基因型为Vv的果蝇有2×0.2×0.8×20 000＝6 400(只)，基因型为VV的果蝇有0.8×0.8×20 000＝12 800(只)。再引入20 000只纯合长翅果蝇后，v基因频率＝(800×2＋6 400)/(40 000×2)＝0.1，V＝1－0.1＝0.9，A正确，B错误；因基因型为Vv、vv的果蝇数目不变，而该种群的总数增加一倍，所以Vv、vv的基因型频率降低了50%，C、D正确。
[答案]　B
[典例2]　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。那么随机交配繁殖一代后，AA基因型的个体占(　　)
A．1/5　　　　　　　　 B．1/4
C．3/7 D．11/21
[解析]　根据题干信息，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。故选C。
[答案]　C
方法规律—————————————————————————————————
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
【应用·体验】
1．某植物种群中，AA基因型个体占30%，aa基因型个体占20%。若该种群植物自交，后代中AA、aa基因型个体出现的频率以及A、a基因频率分别为(　　)
A．55%、45%、45%、55%
B．55%、45%、55%、45%
C．42.5%、32.5%、45%、55%
D．42.5%、32.5%、55%、45%
解析：答案：D　由题干信息可知，Aa基因型个体占1－30%－20%＝50%，该种群植物自交后，AA基因型个体占30%＋50%×1/4＝42.5%，aa基因型个体占20%＋50%×1/4＝32.5%，Aa基因型个体占1－42.5%－32.5%＝25%，则a的基因频率为32.5%＋1/2×25%＝45%，A的基因频率为1－45%＝55%。故选D。
2．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：答案：A　设该种群中有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%。
新知探究(二)　种群基因频率的变化及自然选择对生物进化的影响
【拓展·深化】
(一)突变和基因重组产生进化的原材料
(1)由于突变和基因重组都是随机的、不定向的，因此它们只提供了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
(2)变异的有利和有害是相对的，由生存环境决定。
(二)自然选择决定生物进化的方向
[思考·讨论]
(1)所有的变异都能导致种群基因频率的改变吗？为什么？
提示：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。
(2)突变具有低频性，还能为生物进化提供原材料吗？请说明理由。
提示：能。虽然突变的频率低，但一个种群往往由许多个体组成，而每一个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，所以在种群中每一代都会产生大量突变。
(3)生物进化的实质是什么？如何判断一个种群是否发生了进化？
提示：生物进化的实质是种群基因频率的改变。判断的依据是种群基因频率是否发生改变。
【典题·例析】
[典例1]　白车轴草中有毒物质氢氰酸(HCN)的产生由H、h和D、d两对等位基因决定，H和D同时存在时，个体产HCN，能抵御草食动物的采食。如图为某地不同区域白车轴草种群中有毒个体比例，下列分析错误的是(　　)
A．草食动物是白车轴草种群进化的选择压力
B．城市化进程会影响白车轴草种群的进化
C．与乡村相比，市中心种群中h的基因频率更高
D．基因重组会影响种群中H、D的基因频率
[解析]　草食动物和白车轴草之间的种间关系为捕食，据题干信息“H和D同时存在时，个体产HCN，能抵御草食动物的采食”可知，草食动物是白车轴草种群进化的选择压力，A正确；根据曲线图可知，从市中心到市郊再到乡村，白车轴草种群中产HCN个体比例增加，说明城市化进程会影响白车轴草种群的进化，B正确；与乡村相比，市中心种群中产HCN个体比例小，即基因型为D_H_的个体所占比例小，则与乡村相比，市中心种群中d和h的基因频率更高，C正确；基因重组是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合，基因重组不会影响种群中H、D的基因频率，D错误。
[答案]　D
[典例2]　18世纪初，一位生物学家在某山谷里发现老鼠种群中有少量的个体有轻微的趾蹼(绝大多数个体无趾蹼)。1900年，由于修筑一条水坝，使老鼠的栖息地成了沼泽。若干年后调查发现，这个山谷的老鼠绝大部分有趾蹼，偶尔才能找到少数无趾蹼的老鼠。下列相关叙述错误的是(　　)
A．有趾蹼的老鼠是适应沼泽环境的类型
B．若山谷中老鼠过度繁殖，将导致生存斗争加剧
C．为了适应沼泽环境，没有趾蹼的老鼠长出了趾蹼
D．老鼠性状比例变化的本质是种群基因频率的改变
[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，则它们之间竞争食物、生存空间等加剧，即将导致生存斗争加剧，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而长出了趾蹼，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。
[答案]　C
归纳拓展—————————————————————————————————
变异与选择之间的关系
(1)变异是不定向的，在自然选择的作用下，基因频率发生定向改变，导致自然选择是定向的。
(2)自然选择的过程十分缓慢，其结果符合优胜劣汰、适者生存的原则。
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【应用·体验】
1．下列有关变异和进化的说法，正确的是(　　)
A．自然选择决定了基因突变的方向
B．若没有外界因素的影响，基因就不会发生突变
C．自然界中即使没有突变发生，生物也会进化
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
解析：答案：C　基因突变是不定向的，自然选择决定生物进化的方向，但不能决定基因突变的方向，A错误；若没有外界因素的影响，在生物体内部因素的作用下，基因也会发生突变，B错误；突变和基因重组、自然选择等都会导致种群的基因频率发生变化，因此自然界中即使没有突变发生，生物也会进化，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更能适应当前环境，D错误。
2．等位基因F＋、F控制某食草昆虫的长翅和短翅，原种群中F＋基因频率为80%，随机分布到三座孤岛上后因风力较大，阻碍了孤岛间个体基因交流。下列说法正确的是(　　)
A．该昆虫原种群中杂合长翅个体所占比例约为16%
B．孤岛上该昆虫种群中F基因频率可能会升高
C．新出现的无翅个体是大风环境造成的基因突变且突变率与风力大小呈正相关
D．每个岛屿上的种群个体间自由交配，种群基因频率不发生变化
解析：答案：B　F＋基因控制长翅，其基因频率为80%，则该昆虫原种群中，杂合长翅个体的比例约为80%×20%×2＝32%，A错误；孤岛上风力大，长翅昆虫不易成活，而短翅食草昆虫的生存机会增大，从而导致孤岛上该昆虫种群中F基因频率可能会升高，B正确；基因突变是不定向的，大风不能使该昆虫产生无翅突变体，仅起选择作用，C错误；每个岛屿上自然选择等因素会导致种群基因频率发生改变，D错误。
新知探究(三)　隔离在物种形成中的作用
【探究·深化】
[问题驱动]　
如图是我国黄河两岸某种生物a的演化过程模式图，请据图分析回答下列问题：
(1)自然状态下，b、c之间能进行基因交流吗？为什么？
提示：不能，因为存在地理隔离。
(2)b、c的进化方向相同吗？为什么？
提示：不同。因为b、c两种群生活的环境不同，自然选择的方向不同，基因频率改变的方向就不同。
(3)研究表明，某基因的频率在b、d之间有很大差别，是否说明二者不是同一物种？
提示：不能。某个基因频率的差别不能说明二者不是同一物种，只有基因库的差别大到可以形成生殖隔离才能说明二者不是同一物种了。
(4)黄河北岸的b物种迁到黄河南岸后，不与c物种进化为同一物种，其原因可能是什么？
提示：二者间已形成生殖隔离。
(5)若在黄河南岸，由于某种原因，二倍体c的染色体加倍成了四倍体e，那么c和e还是同一物种吗？为什么？
提示：二倍体c与四倍体e不是同一物种，因为二者杂交的后代为三倍体，高度不育，存在生殖隔离。
[重难点拨]　
一、地理隔离和生殖隔离的比较
1．图中A属于地理隔离，一旦发生某种地质变化，两个分开的小种群若重新相遇，可以再融合在一起。
2．图中B属于生殖隔离，一旦形成就保持物种间基因的不可交流性，从而保证了物种的相对稳定。
3．地理隔离是物种形成的量变阶段，生殖隔离是物种形成的质变阶段。
二、物种形成的两种方式
(一)渐变式
此方式经过长期的地理隔离达到生殖隔离，形成新物种。
(二)爆发式
此方式通过异源多倍体的染色体变异方式形成新物种，一旦出现，在很短时间内即可形成生殖隔离(基因频率改变)。
三、物种形成与生物进化的关系
内容 物种形成 生物进化
标志 生殖隔离出现 种群基因频率改变
变化后生物与原生物的关系 属于不同物种 可能属于一个物种
二者关系 生物进化的实质是种群基因频率的改变，这种改变可大可小，不一定会突破物种的界限，生物进化不一定会导致新物种的形成
【典题·例析】
[典例1]　稻蝗属的三个近缘物种①日本稻蝗、②中华稻蝗台湾亚种和③小翅稻蝗中，①与②、①与③的分布区域有重叠，②与③的分布区域不重叠。为探究它们之间的生殖隔离机制，进行了种间交配实验，结果如表所示。下列叙述错误的是(　　)
交配(♀×♂) ①×② ②×① ①×③ ③×① ②×③ ③×②
交配率/% 0 8 16 2 46 18
精子传送率/% 0 0 0 0 100 100
注：精子传送率是指受精囊中有精子的雌虫占确认交配雌虫的百分比。
A．实验结果表明近缘物种之间也可进行交配
B．生殖隔离与物种的分布区域是否重叠无关
C．隔离是物种形成的必要条件
D．②和③之间可进行基因交流
[解析]　由表格中的交配率的结果可知，近缘物种之间也可进行交配，A正确；已知①与②、①与③的分布区域有重叠，②与③的分布区域不重叠，但从交配率和精子传送率来看，说明生殖隔离与物种的分布区域是否重叠无关，B正确；隔离包括地理隔离和生殖隔离，隔离是物种形成的必要条件，C正确；②和③之间的分布区域不重叠，故存在地理隔离；两者属于两个近缘物种，表中②×③交配精子传送率100%，即使交配成功，由于存在生殖隔离，也不能进行基因交流，D错误。
[答案]　D
[典例2]　如图表示渐变式新物种形成的基本环节，对图示的相关分析正确的是(　　)
A．图中①表示基因突变和基因重组，为进化提供了原材料
B．图中②表示地理隔离，地理隔离使种群间基因交流受阻
C．图中③表示生殖隔离，指两种生物不能交配且不能产生可育后代
D．种群基因型频率的改变一定会导致新物种形成
[解析]　基因突变、基因重组和染色体变异为生物进化提供原材料，A错误；地理隔离使种群间不能发生基因交流，当地理隔离导致种群基因库的差别较大时，就可能产生生殖隔离，进而形成新的物种，B正确；生殖隔离是指不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，C错误；种群基因频率的改变是生物进化的实质，但不一定会导致新物种形成，D错误。
[答案]　B
易错提醒—————————————————————————————————
与物种形成有关的两个“不一定”
(1)物种的形成不一定都需要经过地理隔离，如多倍体的产生。
(2)生物进化不一定导致新物种的形成。生物进化的实质是种群基因频率的改变，这种变化可大可小，不一定会突破物种的界限，即生物进化不一定导致新物种的形成。但新物种一旦形成，则说明生物发生了进化。
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【应用·体验】
1．下列关于物种和隔离的叙述，错误的是(　　)
A．物种是生物分类的基本单位
B．二倍体西瓜与四倍体西瓜属于同一物种
C．不同的物种之间必然存在着生殖隔离
D．虽然马和驴交配能产生骡，但其属于不同物种
解析：答案：B　二倍体西瓜与四倍体西瓜之间存在着生殖隔离，属于不同的物种。故选B。
2．如图所示为种群与物种的关系图解，关于它们的叙述，错误的是(　　)
A．从图中可以看出，一个物种可以有很多种群，这些种群间只是因为地理隔离，阻碍了基因交流
B．若物种2是由物种1形成的，则物种1一定发生了基因频率的改变
C．由物种1形成物种2的必要条件是地理隔离
D．若种群1与种群2的基因频率都发生了改变，则这两个种群都在进化
解析：答案：C　从图中可以看出，一个物种可以有很多种群，同一物种的不同种群间不存在生殖隔离，只是因为地理隔离阻碍了基因交流，A正确；生物进化的实质是种群基因频率的改变，若物种2是由物种1形成的，则物种1一定发生了基因频率的改变，B正确；生殖隔离是新物种形成的必要条件，新物种的形成通常要经过长期的地理隔离而达到生殖隔离，但并不是所有新物种的形成都需要经过地理隔离，C错误；判断种群是否进化的标准是看基因频率是否发生改变，D正确。
科学探究——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
【素养评价】
1．某文章称随着全球范围内抗生素的广泛和大量应用，抗药细菌不断出现，它可以通过多种途径对抗生素产生抗药性，抗生素在不久的将来有可能成为一堆废物。请分析抗生素对细菌抗药性的产生所起的作用(　　)
A．抗生素的不断使用，使细菌逐渐适应而产生抗药性
B．细菌的变异是不定向的，抗生素对细菌进行了定向选择
C．细菌的变异是定向的，抗生素对细菌进行了定向选择
D．抗生素使细菌产生了定向变异
解析：答案：B　细菌抗药性在使用抗生素之前就已存在，而不是由于抗生素的不断使用，A错误；细菌的变异是不定向的，抗生素对细菌进行了定向选择，使具有抗药性的细菌留存下来，B正确，C错误；变异是不定向的，且细菌变异不是由于抗生素的使用，D错误。
2．抗青霉素葡萄球菌是一种突变型菌种。将未接触过青霉素的葡萄球菌接种到含青霉素的培养基上，结果有极少数存活下来。存活下来的葡萄球菌在相同培养基中经多代培养后，对青霉素的抗性明显增强。原因是(　　)
A．青霉素使用量的增加提高了葡萄球菌对青霉素的抗性
B．青霉素的选择作用提高了葡萄球菌抗青霉素基因的频率
C．葡萄球菌对青霉素抗性的增强是定向突变的结果
D．葡萄球菌的抗青霉素基因是在使用青霉素后产生的
解析：答案：B　青霉素对葡萄球菌只起到选择作用；青霉素的选择作用提高了葡萄球菌抗青霉素基因的频率，淘汰掉了不抗青霉素的个体；突变是不定向的；葡萄球菌的抗青霉素基因是在使用青霉素前通过基因突变产生的。故选B。
3．探究细菌对各种抗生素药敏程度的实验方法如图：将含有一定浓度不同抗生素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。回答下列问题：
(1)衡量本实验结果的指标是________________。
(2)上图中最有效的是__________培养皿中的抗生素。
(3)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，如图所示。据此分析：
①向培养基中加抗生素的时刻为________点。
②细菌种群的进化是定向的，而变异是__________，细菌的抗药性产生在环境变化之________(填“前”“中”或“后”)。
③抗生素对细菌变异的作用不是“诱导”而是______。
④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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)根据题意分析可知，衡量本实验结果的指标是抑菌的大小。(2)通过抑菌圈的大小来确定杀菌能力，即抑菌圈越大杀菌力越强，图B抑菌圈最大。(3)①抗生素会使细菌中不具有抗药性的个体大量死亡而数量下降，所以是在b点使用抗生素。②变异是不定向的，而在自然选择下进化是定向的；由图可知，使用该抗生素后，细菌数量并未降到零，因此细菌的抗药性在环境变化之前就已经产生了。③自然选择对个体的表型进行选择，而不是诱导相应性状的出现。④在细菌种群中，含有抗药性基因的个体毕竟只占少数，所以抗生素仍然能治疗由细菌引起的感染。
答案：(1)抑菌圈的大小　(2)B
(3)①b　②不定向的　前　③选择
④有抗药性基因的个体占极少数
[课时跟踪检测]
[理解·巩固·落实]
1．判断下列叙述的正误，对的打“√”，错的打“×”。
(1)自然选择决定了生物变异和进化的方向。(×)
(2)生物进化的原材料来源于基因突变和基因重组。(×)
(3)自然选择过程中，直接受选择的是表型。(√)
(4)两个鱼塘中的鲫鱼属于同一物种，也是一个种群。(×)
(5)种群基因库间的差异是产生生殖隔离的根本原因。(√)
2．由欧洲传入北美的耧斗菜已进化出数十个物种。分布于低海拔潮湿地区的甲物种和高海拔干燥地区的乙物种的花结构和开花期均有显著差异。下列叙述错误的是(　　)
A．甲、乙两种耧斗菜的全部基因构成了一个基因库
B．生长环境的不同有利于耧斗菜进化出不同的物种
C．甲、乙两种耧斗菜花结构的显著差异是自然选择的结果
D．若将甲、乙两种耧斗菜种植在一起，也不易发生基因交流
解析：答案：A　一个种群中全部个体所含有的全部基因构成一个基因库，甲、乙两种耧斗菜是两个物种，A错误；不同生长环境有利于进行不同的自然选择，从而进化出不同的物种，B正确；自然选择导致物种朝不同的方向进化，甲、乙两种耧斗菜花结构的显著差异是自然选择的结果，C正确；不同物种之间存在生殖隔离，不能发生基因交流，D正确。
3．下列关于物种的叙述，错误的是(　　)
A．同一物种的个体可以组成一个或多个种群
B．新物种形成意味着生物能以新的方式利用环境条件
C．突变、基因重组和生殖隔离是新物种形成的三个基本环节
D．新物种的形成不一定经过地理隔离
解析：答案：C　同一物种的个体由于地理隔离可以组成一个或多个种群，A正确；形成新物种表示生物的性状和适应环境的能力有所改变，即会以新的方式来利用环境条件，B正确；新物种形成的三个基本环节是突变和基因重组、自然选择、生殖隔离，C错误；多数物种的形成需要经过地理隔离，但少数物种，如多倍体的形成可以不经过地理隔离，D正确。
4．根据现代生物进化理论，下列说法正确的是(　　)
A．自然选择直接作用的对象是个体的表型
B．种群是生物进化的基本单位，个体是繁殖的基本单位
C．物种是生物进化的基本单位
D．生物的变异不利于生物的进化
解析：答案：A　自然选择直接作用的对象是个体的表型，进而导致基因频率的改变，A正确；种群是生物进化的基本单位，也是繁殖的基本单位，B错误；种群是生物进化的基本单位，C错误；突变和基因重组为生物进化提供原材料，D错误。
5．隔离是物种形成的必要条件。下列关于隔离的叙述，不合理的是(　　)
①两个种群间不能进行基因交流，说明有生殖隔离
②新物种的形成必须经过生殖隔离　③形成新物种的过程中，基因频率不一定发生变化　④环境能使生物发生进化，而生物不会使环境发生进化　⑤三倍体西瓜是一个新物种
A．①②③④　　　　　 B．②③④⑤
C．①③④⑤ D．①②③⑤
解析：答案：C　地理隔离也会使两个种群不能进行基因交流，①不合理；新物种形成的标志是出现生殖隔离，②合理；新物种形成，说明生物发生了进化，基因频率一定发生改变，③不合理；光合生物的出现使环境中增加了氧气，环境也发生了进化，④不合理；三倍体西瓜由于减数分裂时联会紊乱，所以不能产生后代，不是一个新物种，⑤不合理。
6．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基因的频率和F1中Aa基因型的频率分别是(　　)
A．30%,21% B．30%,42%
C．70%,21% D．70%,42%
解析：答案：D　基因型为AA的有条纹个体占55%，无条纹(aa)个体占15%，则基因型为Aa的有条纹个体占30%，并且在自由交配的过程中种群基因频率不变，因此A基因的频率＝55%＋1/2×30%＝70%，a基因的频率＝1－70%＝30%，F1中Aa基因型的频率＝2×70%×30%＝42%。
7．如图表示某种小鼠的进化过程，X、Y、Z表示新物种形成的基本环节。下列说法正确的是(　　)
A．小鼠性状的改变，一定会引起该种群的进化
B．X表示基因突变和染色体变异，为生物进化提供原材料
C．Y使该种群基因频率发生定向改变，决定生物进化的方向
D．Z表示生殖隔离，但新物种的形成可以不通过Z环节
解析：答案：C　小鼠性状的改变不一定导致基因频率的变化，故不一定会引起该种群的进化，A错误；X表示可遗传的变异，可遗传的变异除了基因突变和染色体变异外，还有基因重组，B错误；Y表示自然选择，在生物进化过程中，自然选择使种群的基因频率发生定向改变，决定生物进化的方向，C正确；Z表示生殖隔离，新物种的形成必须经过生殖隔离，D错误。
8．桦尺蛾的体色受一对等位基因控制，其中黑色(S)对浅色(s)为显性。将某桦尺蛾种群分成两组，分别迁移到甲、乙两个区域，甲地是煤炭工业重镇，乙地是闭塞的山区，数年后抽样调查，结果如表所示。下列有关说法错误的是(　　)
区域 SS/% Ss/% ss/%
甲 80 18 2
乙 2 8 90
A．甲地S基因的频率为89%，乙地S基因的频率为6%
B．甲地的大部分s基因突变为S基因，故S基因的频率升高
C．从上述材料得知生物进化的方向是由自然选择决定的
D．据生物进化理论可知生物进化的实质是种群基因频率的变化
解析：答案：B　由表中的数据可知，甲地的桦尺蛾种群内S基因的频率＝80%＋1/2×18%＝89%，s基因的频率＝1－89%＝11%；而乙地的桦尺蛾种群内S基因的频率＝(2×2＋8)/(100×2)×100%＝6%，s基因的频率＝1－6%＝94%。可见甲地控制黑色的S基因的频率较高，而乙地控制浅色的s基因的频率较高，这与两地的生活环境有关。生物进化的实质是自然选择使生物的基因频率发生改变。故选B。
9．棘鱼起源于海洋，自末次冰期以来逐渐移居淡水湖和溪流，淡水中因缺乏某些离子使得棘鱼难以发育其多骨侧板(盔甲)。通过长时间的演化，棘鱼盔甲逐渐消失，同时个体尺寸也变得更大。科学家研究发现，棘鱼盔甲消失的原因之一是棘鱼体内抑制其外壳“盔甲”生长的基因表达增强。根据上述资料，下列叙述错误的是(　　)
A．淡水环境使得棘鱼产生抑制其外壳“盔甲”生长的基因
B．淡水环境决定了棘鱼的进化方向
C．棘鱼“盔甲”的相关基因频率在长时间的演化过程中发生定向改变
D．棘鱼放弃生长“盔甲”，不影响其在淡水中生存
解析：答案：A　根据题干信息分析可知，淡水环境淘汰了具有外壳盔甲的个体，没有抑制棘鱼产生外壳“盔甲”生长的基因，A错误；环境决定了生物进化的方向，所以淡水环境决定了棘鱼的进化方向，B正确；由于环境的选择作用，使种群的基因频率发生了定向的改变，C正确；根据题干中“淡水中因缺乏某些离子使得棘鱼难以发育其多骨侧板(盔甲)”和“通过长时间的演化，棘鱼盔甲逐渐消失”，可以推测棘鱼放弃生长“盔甲”，不影响其在淡水中生存，D正确。
10．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．抗性个体的基因型及比例为RR∶Rr＝1∶1
C．RR基因型个体数量增加，rr基因型个体数量减少
D．绝大多数抗性个体的基因型为Rr
解析：答案：D　由于环境中维生素K含量不足，所以对维生素K依赖度较高的RR基因型个体数量减少，长期使用灭鼠灵导致rr基因型个体数量大量减少，所以Rr基因型个体的数量最多，RR和rr两种基因型频率都不为0。故选D。
11．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。
①由于蜥蜴过度繁殖，导致____________加剧。
②小岛上食物短缺，联趾蜥蜴数量比例反而逐渐上升，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，其本质是蜥蜴群体内的________发生了改变。
解析：(1)由图1可知，X表示突变(变异)，Y表示自然选择。(2)小岛上蜥蜴原种个体的总和构成种群，是生物进化的基本单位。(3)小岛上生存的蜥蜴个体含有的全部基因称为基因库。(4)①蜥蜴过度繁殖导致生存斗争(种内斗争)加剧，使小岛上食物短缺。②联趾蜥蜴个体趾间有蹼，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，数量比例逐渐增加。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，这种变化的本质是种群基因频率的变化。
答案：(1)突变(变异)　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
[迁移·应用·发展]
12．某杂志载文：科研人员从一种溶杆菌属的细菌中提取一种新型抗生素(Ljrsocin E)，它能对抗常见抗生素无法对付的超级细菌——耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。下列相关叙述正确的是(　　)
A．耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的抗药性变异来源于突变或基因重组
B．按现代生物进化理论解释超级细菌形成的实质是自然选择使耐药性变异定向积累的结果
C．耐甲氧西林金黄色葡萄球菌这一超级细菌的形成意味着该种群一定发生了进化
D．施用新型抗生素(Ljrsocin E)会使耐甲氧西林金黄色葡萄球菌种群灭绝
解析：答案：C　耐甲氧西林金黄色葡萄球菌属于原核生物，不进行减数分裂，其可遗传变异不会来自基因重组，A错误；按现代生物进化理论解释，超级细菌形成的实质是自然选择使金黄色葡萄球菌的基因频率发生定向变化，B错误；进化的实质是种群基因频率的变化，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌这一超级细菌的形成伴随着种群基因频率的变化，意味着该种群一定发生了进化，C正确；耐甲氧西林金黄色葡萄球菌种群中存在着抗新型抗生素的个体差异，施用新型抗生素(Ljrsocin E)不会使耐甲氧西林金黄色葡萄球菌种群灭绝，D错误。
13．自然选择有3种类型：①稳定选择，把种群中极端变异个体淘汰，保留中间类型；②分裂选择，把种群中极端变异个体按照不同方向保留，淘汰中间个体；③单向选择，在群体中保存趋于某一极端变异个体，淘汰另一极端变异个体。3种自然选择类型建模如图Ⅰ～Ⅲ，相关说法错误的是(　　)
A．进化过程中生存环境最稳定的可能是Ⅰ
B．Ⅱ中的自然选择是不定向的，可能形成两个物种
C．三种自然选择类型都会导致种群基因频率发生改变
D．非洲镰状细胞贫血杂合个体对疟疾的感染率比正常人低属于单向选择
解析：答案：B　Ⅰ属于稳定选择，因此进化过程中生存环境最稳定的可能是Ⅰ，A正确；根据图Ⅱ可知：自然选择是定向的，B错误；自然选择可以使基因频率发生定向改变，因此三种自然选择类型都会导致种群基因频率发生改变，C正确；根据题干“单向选择，在群体中保存趋于某一极端变异个体，淘汰另一极端变异个体”可知：非洲镰状细胞贫血杂合个体对疟疾的感染率比正常人低属于单向选择，D正确。
14．寄生在某种鸟的羽毛中的羽虱大量繁殖会造成羽毛失去光泽和尾羽残缺不全，影响雄鸟的求偶繁殖。回答下列问题：
(1)若某种群中对羽虱具有抵抗力的个体AA和Aa分别占20%和40%，则a的基因频率为________。
(2)请预测以后基因频率的变化规律，将该变化在右面的坐标图中以曲线的形式表示出来(标明基因，绘出大致趋势)。
(3)研究者认为雄鸟能否吸引雌鸟到它的领地筑巢，与雄鸟尾羽长短有关，为了验证这个观点，选取若干只尾羽长度相似且生长状况一致的雄鸟均分成A、B、C三组，做了相关实验，结果如图所示。
①本实验的自变量是________________，本实验应如何操作以实现对自变量的控制？ ________________________________________________________________________。
②实验结论：_______________________________________________________________。
解析：(1)该种群中AA和Aa基因型的个体分别占20%和40%，则aa的基因型频率为1－20%－40%＝40%，a的基因频率为40%＋1/2×40%＝60%。(2)由于aa基因型的个体对羽虱没有抵抗力，故aa基因型个体将减少，a的基因频率将降低。绘图时应注意起点和趋势。(3)由图可知，雄鸟A的尾羽最短，雄鸟C的尾羽最长，雄鸟B的尾羽长度在A、C之间，所以是将A组鸟的尾羽剪下粘在C组鸟的尾羽上，B组鸟作为对照。实验结果是雌鸟筑巢数C＞B＞A，由此得出雄鸟的尾羽越长越易吸引雌鸟到它的领地筑巢。
答案：(1)60%
(2)如图：
(3)①雄鸟尾羽的长度　将A组雄鸟的尾羽剪短，把剪下来的尾羽粘在C组雄鸟的尾羽上，B组雄鸟的尾羽不作任何处理　②尾羽长的雄鸟更能吸引雌鸟到它的领地筑巢