第6章 生物的进化
第3节 种群基因组成的变化与物种的形成
（一）基础检查
1.(2023·广东一模)果蝇的3号染色体上有一对等位基因D(展翅)和d(正常翅),但DD纯合致死。现将一定数目的展翅雌雄果蝇装入培养瓶中培养,个体间自由交配。则F2中基因D的频率是( )
A. B. C. D.
答案:C
2.科学家对某地的一种蟹的体色深、浅进行研究,结果如图所示。不同体色的蟹的数量不同,下列解释最合理的是( )
A.体色深和体色浅的个体繁殖能力弱
B.体色深和体色浅的个体食物来源太少
C.中间体色与环境颜色相适应,不易被天敌捕食
D.此地的环境使这种蟹变异出中间体色,并淘汰体色深、浅两种性状
解析:体色不同的蟹仍是同一物种,它们的繁殖能力没有多大差别,A项错误;不同体色的蟹生活在同一环境中,食物来源是一致的,B项错误;蟹群个体间存在体色差异,在生存斗争中,与环境颜色相适应的中间体色不易被天敌捕食而得以生存,C项正确;这种蟹的不同体色的变异本来就存在,环境只是对其进行选择,D项错误。
答案:C
3.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.生物进化的实质是种群基因频率的改变
C.只有在新物种形成时,才发生基因频率的改变
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,基因频率发生改变一定会引起生物的进化,A项错误、B项正确;新物种形成的标志是产生生殖隔离,不形成新物种也可能会发生基因频率的改变,C项错误;生物的性状受基因和环境的共同作用,性状发生改变,基因不一定发生改变,故基因频率不一定发生改变,生物也不一定进化,D项错误。
答案:B
假设在某一个群体中,AA、Aa、aa三种基因型的个体数量相等,图中所示为环境对A或a基因有利时其基因频率的变化曲线。下列叙述正确的是
( )
A.有利基因的基因频率变化如曲线甲所示,该种群将进化成新物种
B.种群基因型频率的改变一定引起基因频率的改变
C.图中甲、乙曲线变化幅度不同主要取决于生物生存环境引起的变异
D.曲线乙可以表示当自然选择对隐性基因不利时显性基因基因频率的变化
解析:种群的基因频率发生改变,则生物发生进化,而新物种形成的标志是产生生殖隔离。曲线甲只表示有利基因的基因频率升高,该种群得以进化,但无法得知是否产生生殖隔离,A项错误;种群基因型频率发生改变,不一定引起种群基因频率的改变,B项错误;图中甲、乙曲线变化幅度不同主要取决于自然选择,C项错误;当自然选择对隐性基因不利时,隐性个体的生存能力降低,显性个体的生存能力升高,从而使隐性基因频率下降,显性基因频率升高,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基因频率的变化,D项正确。
答案:D
5.三倍体牡蛎(3n=30)肉鲜味美,其培育的过程是使二倍体牡蛎处于减数分裂Ⅱ时期的次级卵母细胞不能分裂,然后让该细胞与二倍体牡蛎的精子结合获得三倍体牡蛎。下列有关叙述正确的是 ( )
A.三倍体牡蛎细胞在减数分裂过程中会形成15个四分体
B.三倍体牡蛎的染色体数目发生了变化且该变化决定其进化的方向
C.三倍体牡蛎细胞在有丝分裂后期能观察到60条染色体
D.三倍体牡蛎与二倍体牡蛎是自然界中存在的两个物种
解析:三倍体牡蛎在减数分裂过程中联会紊乱,不可育,A项错误;自然选择决定其进化的方向,变异不能决定其进化的方向,B项错误;三倍体牡蛎细胞内含有30条染色体,在有丝分裂后期染色体数目加倍,故能观察到60条染色体,C项正确;三倍体牡蛎不可育,不是一个物种,D项错误。
答案:C
6.(2024·广东开学测)物种形成通常伴随着生殖隔离的建立,基因频率的改变是物种形成和生物多样性的基础。下列叙述正确的是( )
A.种群个体随机交配会导致基因频率的改变
B.种群基因频率的改变意味着新物种的产生
C.种群基因库间的差异可能导致生殖隔离
D.新基因的产生与环境的自然选择有关
解析:种群个体随机交配实际上是在一个种群内部,基因通过随机组合传递给后代,这种交配方式在理想情况下(如无突变、无选择、无迁移、无遗传漂变)会保持基因频率的稳定,即不会发生基因频率的改变,A项错误;种群基因频率的改变是物种形成和生物多样性的基础,但它本身并不等同于新物种的产生,判断是否产生新物种,须通过是否出现生殖隔离进行判断,种群基因频率的改变不一定产生生殖隔离,B项错误;当一个种群由于各种原因(如地理隔离)长期分开形成两个种群,它们各自独立进化,基因库之间的差异会逐渐增大,当这种差异达到一定程度时,两个种群之间就可能发生生殖隔离,从而形成新的物种,C项正确;新基因的产生通常是通过基因突变来实现的,而基因突变是随机的、不定向的,与环境因素没有直接的因果关系,然而,环境的自然选择会作用于已经存在的表型,通过保留有利变异和淘汰不利变异来影响种群的基因频率和基因型频率,从而推动生物的进化,但环境的自然选择并不直接导致新基因的产生,D项错误。
答案:C
7.下图为A物种进入甲、乙两岛后逐渐形成B、C、D物种的演化过程示意图,据图回答下列问题。
(1)A物种进入甲、乙岛后,分别进化为B、C物种,这种由于地理障碍使其分成不同种群而不能发生基因交流的现象即为 ,甲、乙岛上的环境不同,所以 的方向也不同,导致进化方向产生差异。
(2)某时期将甲岛上的B物种引入乙岛,其不能与C物种发生基因交流的原因是 , 最终迁入乙岛的B物种进化为D物种,进化的实质是 。
(3)假设某较大的植物种群中,AA基因型个体占40%,aa基因型个体占20%,则该种群在自然状态下随机交配产生的F1中,A的基因频率为 。
解析:(1)物种是指能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物。A物种进入甲、乙岛后,分别进化为B、C物种,这种由于地理障碍使其分成不同种群而不能发生基因交流的现象即为地理隔离,甲、乙岛上的环境不同,所以自然选择的方向也不同,导致进化方向产生差异。(2)某时期将甲岛上的B物种引入乙岛,其不能与C物种发生基因交流的原因是与C物种已形成生殖隔离,最终迁入乙岛的B物种进化为D物种,进化的实质是种群基因频率的改变。(3)由题意知,AA=40%,aa=20%,则Aa=1-40%-20%=40%,A的基因频率是A=40%+40%÷2=60%;该种群在自然状态下随机交配,不会改变种群的基因频率,因此F1中A的基因频率仍是60%。
答案:(1)地理隔离 自然选择 (2)B物种与C物种存在生殖隔离 种群基因频率发生改变 (3)60%
(二)拓展提高
8.(2023·广东四校联考)“番茄没有小时候的味道了”是由于人们在选育番茄时更注重品相而忽略了风味所导致的。如一个与番茄风味相关的基因t可在90%以上的野生番茄中检测到,但仅有不到7%的栽培番茄含有此基因。从进化的角度看,下列说法正确的是( )
A.人工选育扩大了番茄种群的基因库
B.人工选育为番茄的进化提供了原材料
C.野生番茄和栽培番茄之间存在生殖隔离
D.人工选育是基因t频率改变的重要原因
解析:分析题意可知,基因库没有发生变化,A项错误;番茄进化的原材料是突变和基因重组,人工选育过程是对原材料进行选择的过程,B项错误;野生番茄和栽培番茄之间不存在生殖隔离,没有形成新物种,C项错误;人工选育可使基因频率发生改变,D项正确。
答案:D
9.(2023·广州一模)农业害虫二化螟的种群数量在不同季节有很大差异,春夏季大量繁殖,到了冬季由于寒冷原因而大量死亡,仅有少数个体能存活下来,如下图所示(抗药性为隐性突变)。第二年春,二化螟的种群数量因存活的少量个体繁殖而恢复。下列叙述错误的是 ( )
A.突变是不定向的,因此抗药基因在使用杀虫剂前已经存在
B.若过程中未发生基因突变,第二年夏天该二化螟种群的抗药基因频率为0
C.图示中抗药基因的频率变化,不能说明抗药性状不利于二化螟生存
D.该现象表明,在自然界中抗药性的个体的存留具有一定偶然性
解析:基因突变是随机的、不定向的,抗药基因在使用杀虫剂之前就已经存在,杀虫剂只是起了选择作用,A项正确。由图中信息可知,冬季存活下来的个体均是无抗药性的个体,抗药性为隐性突变,故存活下来的个体可能是抗药基因携带者,故B项错误。
答案:B
10.一百多年前,达尔文对加拉帕戈斯群岛上的13种地雀进行研究,发现这些地雀与生活在南美洲大陆上的某种鸟(后称达尔文地雀)有着相似的特征。下图为这13种地雀之间的进化关系,请据图分析回答下列问题。
(1)岛上的13种地雀在羽色、鸣叫、产卵和求偶等方面极为相似,但仍属于不同物种,原因是这些地雀之间存在着 。
(2)某小岛上的全部莺雀个体称为一个 ,它是生物进化的 。
(3)莺雀的羽毛有条纹(A)对无条纹(a)为显性。在这个小岛的莺雀种群内,有条纹(AA)个体占35%,无条纹(aa)个体占25%,若地雀间能进行自由交配得到F1,则F1中a基因的频率和Aa基因型的频率分别是 、 。
解析:(1)不同的物种之间存在生殖隔离。(2)种群是生物进化的基本单位,某小岛上的全部莺雀个体称为一个种群。(3)亲本中AA占35%,aa占25%,所以Aa占40%,因此在亲本中A的基因频率为×100%=55%,a的基因频率为1-55%=45%。自由交配后,子代A、a的基因频率不变,则子代中Aa的基因型频率为2×55%×45%=49.5%。
答案:(1)生殖隔离 (2)种群 基本单位 (3)45% 49.5%
探究实践课:探究自然选择对种群基因频率变化的影响
一、实验目的
1.阐明自然选择对种群基因频率变化的影响。
2.运用数学方法讨论种群基因频率的变化。
二、实验原理
1.自然选择能够提高种群的适应性,它既可以对隐性基因,也可以对显性基因起到选择作用,即自然选择可以使基因频率产生改变。
2.本探究所用的基本方法是数学推算法。
三、方法步骤
1.提出问题:桦尺蛾种群中s基因(决定浅色性状)的频率为什么越来越低呢
2.做出假设:黑褐色的生活环境,不利于浅色桦尺蛾的生存,对黑色桦尺蛾生存有利,这种环境的选择作用使该种群的s基因的频率越来越低,即自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变。
3.创设数字化的问题情境。
示例(其中数字是假设的):
1870年,桦尺蛾种群的基因型频率为SS 10%,Ss 20%,ss 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,使得种群中浅色个体每年减少10%,黑色个体每年增加10%。第2~10年间,该种群每年的基因型频率各是多少 每年的基因频率是多少
4.计算,将计算结果填入表中(如下表所示)。
时间 第1年 第2年 第3年 第4年 ……
基因型 频率/% SS 10 11.5
Ss 20 22.9
ss 70 65.6
基因 频率/% S 20 23
s 80 77
5.根据计算结果,对环境的选择作用的大小进行适当调整,比如,把浅色个体每年减少的数量百分比定高些,重新计算种群基因型频率和基因频率的变化,与步骤4中所得的数据进行比较。
实验思考
1.本实验思考。
(1)本探究活动中,可以随意提出假设吗
提示:不可以。提出的假设要具有科学性,要严谨,不能根据自己的意愿随便提出。
(2)树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗 为什么
提示:会。因为许多浅色个体可能在没有交配或产卵前就已被天敌捕食。
(3)在自然选择过程中,直接受选择的是基因型还是表型 为什么
提示:表型。例如,天敌看到的是桦尺蛾的体色,而不是控制其体色的基因。
2.延伸思考。
影响种群基因频率变化的因素主要有哪些
提示:突变和基因重组、自然选择、迁移等。
归纳提升
1.自然选择使种群的基因频率发生定向改变,导致生物朝一定的方向进化。
2.自然选择直接选择的是生物的表型,适者生存,不适者被淘汰。
实战演练
1.在19世纪中叶以前,英国曼彻斯特地区的桦尺蛾几乎都是浅色(s)的,随着工业的发展,工厂排出的煤烟逐渐将树皮熏成黑褐色,到了20世纪中叶,黑色(S)的桦尺蛾成了常见类型。下列与此相关的叙述,正确的是 ( )
A.自然选择的方向发生了改变,所以自然选择是不定向的
B.桦尺蛾种群进化过程中接受选择的是各种基因型的个体
C.该地区桦尺蛾种群进化过程中Ss的基因型频率不会改变
D.长时间的环境污染导致s基因定向突变成S基因
解析:自然选择是定向的,A项错误。自然选择直接作用于表型,选择的是各种基因型的个体,B项正确。基因型为Ss的个体对应的表型为黑色,适应环境,通过选择,其基因型频率增加,C项错误。基因突变是不定向的,D项错误。
答案:B
2.桦尺蛾的体色(黑色和灰色)受一对等位基因控制。19世纪中叶,随着英国重工业的发展,桦尺蛾中黑色个体的比例越来越高。20世纪50年代后,英国大气污染得到了治理。据图分析正确的是 ( )
A.黑色桦尺蛾为了适应地衣的颜色体色逐渐变浅
B.控制桦尺蛾体色的基因频率发生了不定向的改变
C.黑色桦尺蛾与灰色桦尺蛾之间没有形成生殖隔离
D.该变化是由黑色桦尺蛾迁出、灰色桦尺蛾迁入引起的
解析:桦尺蛾体色是由基因控制的,黑色桦尺蛾数量减少是因为大气污染得到治理以后的环境对其进行了选择,A项错误;控制桦尺蛾体色的基因频率发生了定向的改变,B项错误;黑色桦尺蛾和灰色桦尺蛾属于同一物种,它们之间不存在生殖隔离,C项正确;该变化是自然选择的结果,D项错误。
答案:C
3.研究显示,某保护区内地雀喙的形态与ALX1基因高度相关,下图显示ALX1基因型(BB、BP和PP)与FM地雀喙形态的关系。在该保护区内共发现具有钝喙、尖喙和中间型FM地雀的数量分别为260只、180只和360只,则P的基因频率是( )
A.35% B.40% C.50% D.45%
解析:由坐标图可知,BB基因型喙的尖度几乎是0,因此是钝喙,基因型为PP的喙尖度接近1,是尖喙,BP是中间型;又知有钝喙、尖喙和中间型FM地雀的数量分别为260只、180只和360只,即BB=260只,PP=180只,BP=360只,因此P的基因频率是×100%=45%。
答案:D
4.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%,则第二年A基因的频率为( )
A.43.1% B.40% C.36.7% D.44%
解析: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%,假设该种群有100个个体,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=≈43.1%。
答案:A
5.(2022·广东广州)某海岛上分趾海龟WW基因型个体占25%,Ww基因型个体占50%,连趾海龟ww基因型个体占25%。在食物缺乏的环境下,分趾海龟(WW、Ww)的个体数每年各减少20%,连趾海龟的个体数量保持稳定,则一年后W的基因频率约是 ( )
A.47.1% B.29.4% C.50% D.52.9%
解析:假设第一年海龟数量为100只,则基因型为WW的个体为25只,基因型为Ww的个体为50只,基因型为ww的个体为25只,在食物缺乏的环境下,分趾海龟的个体数每年减少20%,即第二年时,基因型为WW的个体为25-25×20%=20只,基因型为Ww的个体为50-50×20%=40只,基因型为ww的个体数量稳定不变,仍为25只,所以W=(20×2+40)÷[(20+40+25)×2]≈47.1%,A项正确。
答案:A
6.有两个非常大的某昆虫种群,个体间随机交配。种群1中的A基因频率为80%,a基因频率为20%;种群2中的A基因频率为60%,a基因频率为40%。假设这两个种群大小相等,地理隔离不再存在,两个种群完全合并为一个可随机交配的种群,则下一代中Aa的基因型频率是( )
A.75% B.50% C.42% D.21%
解析:由题意知,该种群非常大、个体间随机交配、没有迁入和迁出、无突变、不同个体生存和繁殖的机会是均等的,因此遵循遗传平衡定律,所以两个种群完全合并为一个可随机交配的种群,则下一代中Aa的基因型频率=2××=2×70%×30%=42%。
答案:C
7.等位基因(A、a)位于某种昆虫的常染色体上,该昆虫的一个数量非常大的种群在进化过程中,a基因的频率与基因型频率之间的关系如下图所示。下列叙述正确的是( )
A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表AA、Aa、aa的基因型频率
B.影响种群基因频率的因素有突变、自然选择、随机交配、迁入和迁出等
C.a基因控制的性状表现类型更适应环境
D.A基因频率为0.25时,Aa的基因型频率为0.75
解析:由分析可知,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表AA、aa、Aa的基因型频率,A项错误;能使种群基因频率发生改变的因素有突变、自然选择、不能随机交配、迁入和迁出等,B项错误;由题图可知,a基因频率随时间增大,aa个体数量不断增加,说明a基因控制的性状表现类型更适应环境,C项正确;当A基因频率为0.25时,a基因频率为0.75,则Aa的基因型频率为0.375,D项错误。
答案:C
8.某植物种群,AA基因型个体占30%,aa基因型个体占20%。据此回答下列问题。
(1)该植物的A、a的基因频率分别为 和 。
(2)若该植物自交,后代中AA、aa基因型个体分别占 和 ,这时A、a的基因频率分别是 和 。
(3)依据现代生物进化理论,这种植物在两年中是否发生了进化 ,原因是 。
(4)由此可见,进化的基本单位是 ,进化的原材料是由 _____________提供的, 决定生物进化的方向,进化的实质是 。
解析:(1)由题意知,该种群中AA基因型个体占30%,aa基因型个体占20%,Aa基因型个体占50%,则A基因频率=30%+×50%=55%,a基因频率=20%+×50%=45%。(2)如果该植物自交,后代中AA基因型频率=30%+50%×=42.5%,aa基因型频率=20%+50%×=32.5%,Aa基因型频率=50%×=25%,因此A基因频率=42.5%+×25%=55%,a基因频率=32.5%+×25%=45%。(3)生物进化的实质是种群基因频率的改变,根据上述计算可知,这种植物在两年中种群基因频率没变,所以没有发生进化。(4)现代生物进化理论认为,生物进化的基本单位是种群,突变(包括基因突变和染色体变异)和基因重组为生物进化提供原材料,自然选择决定生物进化的方向,进化的实质是种群基因频率的改变。
答案:(1)55% 45% (2)42.5% 32.5% 55% 45% (3)否 种群基因频率没发生改变 (4)种群 突变和基因重组 自然选择 种群基因频率的改变
探究实践课:探究抗生素对细菌的选择作用
一、实验目的
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。
二、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。
三、材料用具
经高温灭菌的牛肉膏蛋白胨液体培养基及固体培养基平板,细菌菌株(如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等),含有抗生素(如青霉素、卡那霉素等)的圆形滤纸片(简称“抗生素纸片”),不含抗生素的纸片,镊子,涂布器,无菌棉签,酒精灯,记号笔,直尺等。
四、方法步骤
步骤 操作方法
编号 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
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
设置 对照 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
培养 将培养皿倒置于37 ℃的恒温箱中培养12~16 h
观察 记录 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
重复 实验 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,然后重复上述接种及其后的步骤。如此重复几代,记录每一代培养物抑菌圈的直径
实验思考
1.本实验思考。
(1)为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌
提示:抑菌圈边缘的菌落接触抗生素,经过抗生素选择后可能有的细菌具有耐药性。
(2)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:在本实验的培养条件下,耐药菌所产生的变异是有利的。变异是有利还是有害取决于环境条件。
2.延伸思考。
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:这些做法会使细菌产生耐药性,甚至会导致抗生素不能杀死的“超级细菌”出现。
归纳提升
1.接种过程中不要让菌液污染实验者或其他人及物品;注意不要将平板划破。
2.接种过程中,注意培养皿盖不能完全打开,接种后,培养皿倒置。
3.测量抑菌圈直径的过程中,防止接触菌落。
4.重复培养时,从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌。
5.实验结束后,应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理。
实战演练
1.长期使用青霉素治病,会出现一些耐药性强的细菌,使青霉素的药效降低。原因是( )
A.长期使用青霉素使细菌不得不适应青霉素
B.青霉素的使用导致细菌发生了基因突变
C.青霉素对细菌的不定向变异进行了定向选择
D.细菌为了适应青霉素而产生了定向变异
解析:由于青霉素对细菌有选择作用,长期使用青霉素治病,淘汰了没有耐药性的细菌和耐药性低的细菌,能生存下来的细菌都具有较强的耐药性,使青霉素药效降低。
答案:C
2.“超级细菌”是一种耐药性细菌,大部分抗生素对它不起作用。科学家研究发现,“超级细菌”的产生是人类滥用抗生素的结果。下图表示抗生素的使用时间与细菌数量的关系,下列叙述错误的是( )
A.在患感冒时,应减少抗生素的使用
B.C点时细菌种群的耐药性基因频率增加,则一定发生了进化
C.细菌耐药性的产生是人们使用抗生素的结果
D.抗生素的使用导致B点细菌数量较少
解析:抗生素的使用会使耐药性细菌的比例增大,人在患感冒时,应减少抗生素的使用,A项正确;C点时细菌种群的耐药性基因频率增加,则一定发生了进化,B项正确;细菌耐药性的形成是基因突变的结果,C项错误;抗生素的使用导致B点细菌数量较少,D项正确。
答案:C
3.细菌耐药性基因频率升高的原因是( )
A.定向变异 B.用进废退
C.自然选择 D.大量繁殖
解析:细菌的种群中存在不定向的变异,有的具有耐药性,有的不具有耐药性。抗生素的使用起到了选择作用,淘汰了细菌种群中本来就存在的不耐药性个体,而将耐药性个体选择出来。经过逐代选择,导致细菌种群的耐药性基因频率升高。可见,细菌耐药性基因频率升高的原因是自然选择。
答案:C
4.人类在长期使用同一种药物后,随着药物使用次数的增加,原有剂量所产生的药物效用有减弱的现象,此现象为对药物产生耐受性,这种对药物产生耐受性的现象,可表示为(甲线为刚开始使用某种药物时的作用情形;乙线为长期使用同种药物后的作用情形) ( )
A B C D
解析:药物剂量越大,作用效果越好,但随着药物使用次数的增加,原有剂量所产生的药物效用会有所降低,B项正确。
答案:B
5.由于抗生素的大量使用,人体内的病菌耐药性大增。下图是某细菌的进化过程图,下列说法正确的是( )
A.人体中的所有细菌原种构成一个种群
B.抗生素使某细菌发生了定向变异
C.②过程使某细菌原种的基因频率发生了定向改变
D.若①②③表示生物进化中的基本环节,则①可能来源于基因突变、基因重组和染色体变异
解析:种群必须是同一区域中同种生物的全部个体,人体中的细菌有很多种,A项错误。抗生素起选择作用,而不是诱导细菌发生变异,且变异是不定向的,B项错误。②过程是抗生素的选择过程,使某细菌原种的基因频率发生了定向改变,C项正确。细菌是原核生物,其变异只有基因突变,D项错误。
答案:C
6.野生型枯草杆菌能被链霉素杀死,但一个突变型枯草杆菌却能在含链霉素的培养基上生存,两者的差异如下表所示。下列相关叙述错误的是 ( )
枯草杆菌 核糖体S12蛋白第55~58位的氨基酸序列 链霉素与核糖体结合
野生型 …—脯氨酸—赖氨酸—赖氨酸—脯氨酸—… 能
突变型 …—脯氨酸—精氨酸—赖氨酸—脯氨酸—… 不能
A.突变型枯草杆菌具有链霉素抗性的原因是S12蛋白结构改变
B.链霉素因能与核糖体结合,从而能抑制枯草杆菌的翻译过程
C.出现突变型枯草杆菌最可能的原因是基因中碱基的替换
D.此突变型枯草杆菌的出现是链霉素诱导产生的
解析:分析表中信息可知,野生型与突变型枯草杆菌的核糖体S12蛋白第56位的氨基酸种类不同,说明突变型枯草杆菌具有链霉素抗性的原因是S12蛋白结构改变,出现突变型枯草杆菌最可能的原因是基因中碱基的替换,A、C两项正确;核糖体是翻译的场所,链霉素因能与核糖体结合,从而能抑制枯草杆菌的翻译过程,B项正确;此突变型枯草杆菌是在使用链霉素之前就出现的,是基因突变的结果,链霉素只是对其进行了定向选择,D项错误。
答案:D
野生型金黄色葡萄球菌对青霉素敏感,将它接种到青霉素浓度为0.1单位/
cm3的培养基上,大多数菌株死亡,极少数菌株能存活下来。存活下来的菌株经过不断选育,最后可以获得能生长在青霉素浓度为250单位/cm3的培养基上的细菌品系。据此分析,下列有关说法正确的是( )
A.抗青霉素的金黄色葡萄球菌增殖过程中能将抗青霉素的性状直接传递给后代
B.在此过程中,青霉素起到了定向诱导金黄色葡萄球菌变异的作用
C.在此过程中,金黄色葡萄球菌种群的基因频率发生了定向改变
D.能在含青霉素的培养基上生长的细菌品系发生的变异是染色体变异
解析:在生物的繁殖过程中,个体并不是把性状直接传递给后代,而是通过基因传递给后代,A项错误;变异是不定向的,在此过程中青霉素起定向选择的作用,B项错误;在青霉素的选择作用下,具有抗青霉素基因的个体有更多的机会生存并繁殖后代,不具有抗青霉素基因的个体逐渐被淘汰,因此青霉素使金黄色葡萄球菌的抗青霉素基因的基因频率逐渐升高,C项正确;金黄色葡萄球菌是原核生物,细胞内没有染色体,故不会发生染色体变异,D项错误。
答案:C
8.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),结果如下图所示。据图回答下列问题。
A B C D
(1)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,实验结果如下图所示,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。尽管有耐药性基因存在,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,细菌会产生耐药性,原因是__________________________________________。
解析:(1)根据题意分析可知,可以通过抑菌圈的大小来确定杀菌能力,即抑菌圈越大,杀菌能力越强,因此最有效的是B培养皿中的抗生素。(2)根据图示和题意分析可知,抗生素会使细菌中不具耐药性的个体大量死亡而数量下降,所以b点是使用抗生素的时刻。在细菌种群中,含有耐药性基因的个体毕竟只占极少数,因此使用抗生素仍然能治疗由细菌引起的感染。(3)长期使用同一种抗生素,抗生素对细菌的耐药性变异进行了定向选择,从而导致细菌会产生耐药性。
答案:(1)B 抑菌圈最大 (2)不具耐药性 有耐药性基因的个体占极少数
(3)抗生素对细菌的耐药性变异进行了定向选择(共30张PPT)
第6章 生物的进化
新知一 种群基因组成的变化
1.种群和种群基因库。
结合教材中的“一个猕猴种群的部分个体”图、“蝗虫产卵”图和“某昆虫决定翅色的基因频率”图,阅读相关内容,阐明种群、基因库、基因频率概念的内涵与外延。
(1)种群。
项目 内容
概念 生活在一定区域的_________________的集合
特点 ①一个种群其实就是一个_____的单位
②雌雄个体可以通过繁殖将各自的_____遗传给后代
举例 一片树林中的全部猕猴;一片草地上的所有蒲公英
同种生物全部个体
繁殖
基因
(2)基因库与基因频率。
①基因库:一个种群中_________所含有的全部基因,叫作这个种群的基因库。
范围：一个种群_______
计算公式：_____________________
____×100%
全部个体
2.种群基因频率的变化。
结合教材中的“探究·实践:探究自然选择对种群基因频率变化的影响”,阅读相关内容,探讨可遗传变异与种群基因频率变化的关系,阐明生物进化的实质。
②基因频率
基因库
某个基因数/全部等位基
因数
基因重组
_________
__________
(2)可遗传的变异提供了生物进化的原材料。
基因突变产生新的________
通过________过程中的基 因
重组，可以形成多种多样
的______
随机性
________
③可遗传的变异的结果:只提供了生物进化的原材料,不能决定_______________。
等位基因
(1)可遗传的变异的来源
统称为突变
基因突变
染色体变异
①可遗传的变异的形成
有性生殖
基因型
不定向性
生物进化的方向
②可遗传的变异的特点
(3)自然选择对种群基因频率变化的影响。
更多
提高
定向改变
不断进化
新知二 隔离在物种形成中的作用
结合教材中的“骡”图和“地理隔离导致产生两个鼠种群的示意图”,阅读相关内容,阐明物种、生殖隔离的概念,说明不同物种间存在生殖隔离。
1.物种。
能够在________下相互交配并且产生________的一群生物。
2.隔离。
(1)概念:不同群体间的个体,在自然条件下基因不能_________的现象。
(2)常见类型。
自然状态
可育后代
自由交流
类型 发生范围 结果
生殖隔离 ________之间 ①不能_________
②即使交配成功,也不能产生______
_____
地理隔离 _____生物 使得种群间不能发生_________
不同物种
相互交配
可育的
后代
同种
基因交流
3.隔离在物种形成中的作用。
分析教材中的“思考·讨论：隔离在物种形成中的作用”,阅读相关内容,认同隔离在物种形成中的作用。
(1)新物种的形成过程。
(2)结论:_____是物种形成的必要条件。
突变
地理
隔离
①不同种群出现不同的_____和________
②不同种群间不发生基因交流
自然选择
①_____和________互不相同
②自然选择对不同种群________的改变所起
的作用有差别
生殖隔离:______形成明显的差异，并逐渐出现生殖
隔离，从而形成不同的物种
基因重组
食物
栖息条件
基因频率
基因库
隔离
探究一 种群基因组成的变化
1.判断下列实例是不是种群,并说明理由。
(1)一个池塘中的所有鱼。
判断:_____。
理由:__ _______________________。
(2)甲地池塘中的鲤鱼和乙地池塘中的鲤鱼。
判断:_____。
理由:______ ___________________。
合作探究
不是
一个池塘中的所有鱼有多个物种
不是
两个池塘中的鲤鱼生活在不同区域
(3)一个池塘中的所有成年鲤鱼。
判断:_____。
理由:_____ ____________________。
2.分析资料,根据孟德尔的分离定律,回答下列问题。
资料 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的个体分别为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。
不是
所有成年鲤鱼不是鲤鱼的全部个体
(1)该种群产生的A配子和a配子的比值各是多少 子代基因型的频率各是多少
提示:A配子占60%,a配子占40%。子代基因型的频率:AA为36%,Aa为48%,aa为16%。
(2)子代种群的基因频率各是多少
提示:子代种群的基因频率:A为60%,a为40%。
(3)子二代、子三代以及若干代以后,种群的基因频率同子一代一样吗 请完成下表。
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%)
子一代基因型频率 AA(36%) Aa(48%) aa(16%)
子一代基因频率 A(60%) a(40%)
子二代基因型频率 AA( ) Aa( ) aa( )
子二代基因频率 A( ) a( )
(4)上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。对自然界的种群来说,这5个假设条件都成立吗 你能举出哪些实例
提示:不可能同时都成立。例如,昆虫的翅色与环境色彩较一致,被天敌发现的机会就少些。
36%
48%
16%
60%
40%
有关基因频率和基因型频率的计算
(1)基因频率和基因型频率的计算方法。
③基因频率和基因型频率的关系转换：
点拨提升
(2)上式揭示了基因频率与基因型频率的关系,使用它时,种群应满足以下5个条件:种群非常大;种群雌雄个体间都能自由交配并产生后代;没有迁入和迁出;不同的个体生存和繁殖的机会是均等的;基因不产生突变。满足上述5个条件的种群即处于遗传平衡。
【例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型
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.因红绿色盲患者中男性数量大于女性,所以男性
群体中红绿色盲的基因频率大于女性
典例研析
解析:生生物进化的实质是种群基因频率的改变,而不是基因型频率的改变,A项错误;在一个种群中,理论上控制一对相对性状的各种基因型频率之和为1,B项正确;基因型Aa的个体自交后代所形成的种群中,AA∶Aa∶aa=1∶2∶1,则A基因的频率等于a基因的频率,C项错误;红绿色盲患者中男性多于女性,原因是伴X染色体隐性遗传方式中,男性只要有一个红绿色盲基因就患病,而女性有两个红绿色盲基因才患病,但男性群体中红绿色盲的基因频率与女性群体中红绿色盲的基因频率相同,D项错误。
答案:B
【例2】(2022·广东潮州)被誉为“活化石”和“中国国宝”的大熊猫是2022年北京冬奥会吉祥物“冰墩墩”的设计原型。现有一个较大的熊猫种群,雌雄数量相等,且雌雄之间可以自由交配,若该种群中B的基因频率为60%,b的基因频率为40%,则下列有关说法正确的是( )
A.大熊猫种群中全部B基因和b基因的总和构成大熊猫种
群的基因库
B.若该对等位基因只位于X染色体上,则该种群中XbY的
基因型频率为40%
C.若该对等位基因位于常染色体上,则种群中杂合雌性熊
猫概率为48%
D.若某个体的精原细胞在分裂过程中B基因突变为b基
因,b基因不一定遗传给后代
解析:基因库是一个群体中所有个体的全部基因的总和,该大熊猫种群中全部B基因和b基因的总和不能构成大熊猫种群的基因库,A项错误;若该对等位基因只位于X染色体上,则雄性群体中XbY的基因型频率=b的基因频率=40%,该种群(雌雄数量相等)中,XbY的基因型频率为40%÷2=
20%,B项错误;若该对等位基因位于常染色体上,该种群中B的基因频率为60%,b的基因频率为40%,Bb=2×60%×
40%=48%,杂合雌性熊猫概率为1/2×48%=24%,C项错误;精原细胞可以进行减数分裂和有丝分裂,若某个体的精原细胞进行有丝分裂产生体细胞,在分裂过程中B基因突变为b基因,b基因不一定遗传给后代,D项正确。
答案:D
探究二 隔离在物种形成中的作用
下图为自然界中大多数物种形成的过程图解,请完善并回答下列问题。
合作探究
自然选择
基因频率
地理隔离
生殖隔离
物种形成
(1)物种和种群有什么区别 二者存在什么关系
提示:种群是生活在一定区域的同种生物全部个体的集合;物种是能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物。同一种群的个体一定属于同一物种,同一物种的个体可能分布于不同的区域,形成不同的种群。不同种群的个体可能属于同一物种,不同物种的个体一定属于不同的种群。
(2)物种形成的基本环节是什么 物种形成和生物进化的关系是什么
提示:突变和基因重组、自然选择以及隔离是物种形成的三个基本环节。物种形成必定伴随着生物进化,但生物进化不一定导致新物种形成。
(3)地理隔离一定会产生生殖隔离吗 举例说明。
提示:不一定。长期的地理隔离可能会产生生殖隔离,但是也不一定,如华南虎和东北虎,虽然经过长期的地理隔离,但是没有产生生殖隔离。
(4)若由于某种原因,某二倍体植物加倍成了四倍体植物,那么该四倍体植物和二倍体植物之间存在生殖隔离吗 这说明什么
提示:该二倍体植物与其加倍形成的四倍体植物杂交,后代是三倍体,三倍体是不育的,所以该四倍体植物与对应的二倍体植物之间存在生殖隔离。这说明有时候不经过地理隔离也能产生生殖隔离。
物种形成的方式
(1)渐变式(主要)。
大多数物种的形成方式为渐变式,形成过程如合作探究过程图所示。
(2)骤变式(爆发式)。
往往是种群内少数个体,由于个体的染色体结构变异、染色体数目加倍以及远缘杂交,再经自然选择比较快速地形成生殖隔离,成为新的物种。此种方式多见于植物,如八倍体小黑麦的形成。
点拨提升
【例3】下列关于物种和隔离的叙述,正确的是( )
A.物种是生物进化和繁殖的基本单位
B.二倍体西瓜与四倍体西瓜属于同一物种
C.地理隔离和生殖隔离都会阻止生物之间的基因交流
D.种群必须经过地理隔离,才能达到生殖隔离
答案:C
典例研析
【例4】大约一万年前,某大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成两个种群,现在两个种群已经发生了明显的分化,过程如下图所示。下列有关说法正确的是( )
A.b过程的实质是定向改变种群的基因频率
B.地球上新物种的形成都必须先经历a过程
C.①~⑥仅表示物种形成过程中基因突变是不定向的
D.品系1和品系2两种群的基因库出现了较大差异,就
可形成物种1和物种2
解析:b表示自然选择,其实质是定向改变种群的基因频率,A项正确。图中a表示地理隔离,地球上新物种的形成往往要先经历地理隔离,最终达到生殖隔离,但不都是这样的,用秋水仙素诱导二倍体植物染色体加倍形成的个体是四倍体,此四倍体的形成没有经过地理隔离,B项错误。①~⑥表示生物可遗传的变异,主要来源于基因突变、基因重组和染色体变异,C项错误。新物种的形成标志是生殖隔离,品系1和品系2种群基因库出现了较大差异,如果两品系不能进行基因交流,则说明存在生殖隔离;如果依然可以进行基因交流,说明它们不存在生殖隔离,D项错误。
答案:A
【情境迁移】三倍体牡蛎肉鲜味美,其培育的过程是用适宜浓度的6-二甲氨基嘌呤诱导二倍体牡蛎处于减数分裂Ⅱ的次级卵母细胞,抑制第二极体的释放,然后让该细胞与二倍体牡蛎的精子结合。
(1)三倍体牡蛎和二倍体牡蛎是两个物种吗 为什么
提示:三倍体牡蛎是不育的,因此不属于一个物种;二倍体牡蛎是可育的,属于一个物种。
(2)在三倍体牡蛎培育过程中,主要利用了哪种可遗传的变异
提示:染色体变异。
【方法规律】
判断两种生物是否为同一物种
(1)“新物种”必须具备两个条件:与原物种之间已形成生殖隔离和必须是可育的。例如,三倍体无子西瓜、骡子均不可称为“新物种”,因为它们均是“不育”的;而四倍体西瓜相对于二倍体西瓜则是“新物种”,因为它与二倍体西瓜杂交产生的子代(三倍体西瓜)不育,意味着两者之间已产生生殖隔离,故已成为“新物种”。
(2)判断方法:若可以自然交配,并且产生可育后代,那么就是同一物种;若不能进行自然交配,或者交配产生不可育后代,则为不同物种。
课堂建构
