第3节 种群基因组成的变化与物种的形成
【学习目标】
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。
第1课时 种群基因组成的变化
聚焦·学案一 种群和种群基因库
[学案设计]
(一)熟记三个基本概念的含义
1.种群的概念及特点
概念 生活在一定区域的 生物 个体的集合
特点 ①生物进化的基本单位; ②雌雄个体可以通过 将各自的基因遗传给后代
举例 一片草地上的所有蒲公英;一片树林中的全部猕猴
2.种群基因库与基因频率
基因库 一个种群中全部个体所含有的全部基因
基因 频率 在一个种群基因库中,某个基因占全部 的比值
(二)掌握基因频率的计算方法
|探|究|学|习|
某桦尺蛾种群中,桦尺蛾的体色受一对等位基因S和s控制,黑色(S)对浅色(s)是显性,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)请结合上面的材料完成下表:
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( ) s( )
子二代基因型频率 SS( ) Ss( ) ss( )
子二代基因频率 S( ) s( )
(2)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
|认|知|生|成|
1.以一对等位基因(A、a)为例(N表示基因数或基因型个体数)
(1)A或a的基因频率为
(2)AA或Aa或aa的基因型频率为
2.已知调查的各种基因型的个体数,计算基因频率
(1)某基因频率=×100%,即:
(2)设有N个个体的种群,AA、Aa、aa的个体数分别为n1、n2、n3,A、a的基因频率分别用PA、Pa表示,AA、Aa、aa的基因型频率分别用PAA、PAa、Paa表示,则:
3.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,用N表示个体数,p表示XA频率,q表示Xa频率,则有
4.利用哈迪 温伯格定律(遗传平衡定律),由基因频率计算基因型频率
(1)成立前提
①种群非常大;
②所有雌雄个体之间自由交配;
③没有迁入和迁出;
④没有自然选择;
⑤没有突变。
(2)计算公式
①设A的基因频率为p,a的基因频率为q,则p+q=1。
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。
②实例:若已知AA的基因型频率为m,则A的基因频率为。
[例1] 果蝇长翅(V)和残翅(v)由常染色体上的一对等位基因控制。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,下列关于纯合长翅果蝇引入后的叙述,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%
尝试解答:选
[例2] 现有一个由AA、Aa、aa三种基因型个体组成的动物种群,已知该种群中具有繁殖能力的个体之间通过随机交配进行繁殖,而aa个体不具有繁殖能力。该种群繁殖一代,若子代中AA∶Aa∶aa=9∶6∶1,则亲代中AA、Aa和aa的数量比可能为 ( )
A.4∶3∶4 B.5∶5∶1
C.6∶2∶3 D.4∶1∶4
尝试解答:选
[归纳拓展]
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
[迁移训练]
1.判断下列叙述的正误
(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。 ( )
(5)基因库是指生物体内的全部基因,是固定不变的。 ( )
2.下列有关种群基因库的叙述,错误的是 ( )
A.一个种群的基因库包括这个种群中全部个体所含有的全部基因
B.种群中每个个体都含有种群基因库的全部基因
C.生物个体总是要死亡的,但是基因库却因种群个体的繁殖而代代相传
D.基因突变可以改变基因库的组成
3.某二倍体动物种群有100个个体,其常染色体上某基因有A1、A2、A3三个等位基因。对这些个体的基因A1、A2、A3进行PCR扩增(体外DNA扩增),凝胶电泳及统计结果如图所示(不同基因对应不同条带)。该种群中A3的基因频率是 ( )
A.52% B.27%
C.26% D.2%
4.遗传学上的平衡种群是指在理想状态下,基因频率和基因型频率都不再改变的大种群。某哺乳动物的平衡种群中,栗色毛和黑色毛由常染色体上的一对等位基因控制。下列叙述正确的是 ( )
A.遗传平衡的“理想状态”是指种群间的雌雄个体可以自由交配
B.观察该种群,若新生的栗色个体多于黑色个体,则说明栗色为显性
C.该种群中,若隐性基因频率为20%,则显隐性个体比例为24∶1
D.若该种群栗色与黑色的基因频率相等,则栗色个体数等于黑色个体数
5.某种群中,某种基因型频率和某个基因频率随繁殖代数增加发生的比例变化情况如表(用A/a表示相关基因)。不考虑突变和基因重组、环境变化等其他因素。下列叙述正确的是 ( )
繁殖代数 甲 乙
初始 1 1/2
1 1/2 1/4
2 1/4 1/8
n (1/2)n (1/2)n+1
A.甲不可表示基因型为Aa的种群连续自交情况下,Aa的基因型频率
B.甲可表示该种群个体自由交配的情况下,Aa的基因型频率的变化
C.该种群中所有个体所含有的全部A、a基因构成该种群的基因库
D.乙可表示在含A基因的雄配子致死时基因型为Aa的生物种群连续自交时A的基因频率
聚焦·学案二 种群基因频率的变化及自然选择对该变化的影响
[学案设计]
|探|究|学|习|
碳青霉烯类抗生素是治疗重度感染的一类药物。下表为四年内,该类抗生素在某医院住院患者中的人均使用量,以及从患者体内分离得到的某种细菌对该类抗生素的耐药率变化。
年份 第1年 第2年 第3年 第4年
住院患者该类抗生素 的人均使用量/g 0.074 0.12 0.14 0.19
某种细菌对该类抗生 素的耐药率/% 2.6 6.11 10.9 25.5
(1)依据表中数据分析,这种细菌耐药率的变化与抗生素的使用量之间存在什么关系
(2)该种细菌抗药性变异的来源是什么 是使用抗生素导致的吗 抗生素起的作用是什么
(3)细菌耐药率逐渐升高的实质是什么
(4)请概括自然选择与种群基因频率、生物进化的关系。
|认|知|生|成|
1.可遗传变异为生物进化提供原材料
微点拨: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。
2.自然选择对种群基因频率变化的影响
3.影响种群基因频率变化的因素
(1)内因:基因突变和部分染色体变异(如缺失和重复等)能直接引起基因频率的变化,基因重组只改变了基因型频率,在自然选择的作用下淘汰部分个体后可引起基因频率的变化。
(2)外因:自然选择——决定生物进化的方向
[典例] 下列有关生物进化的叙述,正确的是 ( )
A.基因突变、基因重组和染色体变异属于可遗传的变异,为生物进化提供了原材料
B.在生物的生存斗争中,失败的个体会被淘汰,这不利于生物的进化
C.自然选择的方向和环境发展的方向之间没有明确的因果关系
D.在稳定的生态系统中,种群的基因频率不会改变
尝试解答:选
[易错提醒]
进化中的“定向”与“不定向”
(1)变异是不定向的。
(2)自然选择是定向的。
(3)自然选择引起的种群基因频率的变化是定向的。
(4)生物进化是定向的。
[迁移训练]
1.判断下列叙述的正误
(1)从根本上讲,没有突变,就没有生物的进化。 ( )
(2)有害突变不能成为生物进化的原材料。 ( )
(3)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。 ( )
(4)自然选择决定生物变异和进化的方向。 ( )
2.(教材P112“探究·实践”发掘训练)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A、B两地,A地是煤炭工业重镇,B地是闭塞的山区,数年后抽样调查,结果如表所示。下列有关说法不正确的是 ( )
基因型频率 SS/% Ss/% ss/%
A地 80 18 2
B地 2 8 90
A.A地S基因的频率为89%,B地S基因的频率为6%
B.A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.从上述材料得知生物进化的实质是种群基因频率的变化
3.下列有关基因频率的说法,正确的是 ( )
A.个体的迁入、迁出会使种群的基因频率发生改变
B.基因频率是指某对等位基因占整个种群基因库的比值
C.自然选择直接作用的是个体的表型,对种群的基因库无影响
D.基因突变和基因重组可以改变个体的表型,对种群的基因库无影响
4.下列有关基因频率和生物进化的叙述,错误的是 ( )
A.当环境发生改变时,种群产生适应环境的变异
B.自然选择导致种群基因频率发生定向改变
C.基因突变产生新基因改变了种群的基因频率,对生物进化有重要意义
D.生物进化的实质是种群基因频率的改变
5.在一个种群中随机抽出一定数量的个体,其中基因型为BB的个体占18%,基因型为Bb的个体占78%、基因型为bb的个体占4%,那么基因B和b的频率分别是 ( )
A.18%、82% B.36%、64%
C.57%、43% D.92%、8%
6.若某种群中原本只存在基因型为Aa的个体,由于外界因素的改变,该种群被分割成甲、乙两个种群,如图表示分割后的两个种群中A基因的基因频率变化情况。下列叙述正确的是 ( )
A.T时刻甲、乙种群中杂合子的基因型频率相同
B.T时刻将甲、乙种群混合后,A基因的基因频率为0.5
C.甲、乙种群均未发生进化
D.环境通过对基因型的选择影响基因频率
一、建构概念体系
二、融通科学思维
1.基因重组不能产生新基因,也能为进化提供原材料的原因是
。
2.达尔文认为自然选择决定生物进化的方向,从现代生物进化理论的观点看,这样说的根本原因是
。
三、综合检测反馈
1.种群的基因频率会受多种因素的影响而发生一定的变化。下列叙述正确的是 ( )
A.稳定的环境条件下,种群的基因频率保持不变
B.雌雄个体自由交配的种群中,基因频率不发生改变
C.自然选择和人工选择都能使种群基因频率发生定向改变
D.突变可以使种群基因频率发生定向改变,为进化提供原材料
2.从某果蝇种群中随机抽取100只,若基因型为aa、Aa和AA的个体分别为20只、50只和30只,则A、a的基因频率分别是 ( )
A.40%、60% B.55%、45%
C.35%、65% D.40%、60%
3.拉马克的进化学说、达尔文的自然选择学说以及现代生物进化理论为研究生物进化轨迹提供了坚实的基础。下列有关生物进化的叙述,错误的是 ( )
A.达尔文的生物进化论主要包含共同由来学说和自然选择学说
B.拉马克提出的进化学说在当时是有进步意义的
C.按达尔文的生物进化论解释,不同岛屿上地雀喙形的不同,是因为岛屿的不同环境对地雀进行了选择
D.曼彻斯特地区的树干变黑对浅色桦尺蛾的基因型直接进行了选择,进而降低了浅色基因频率,种群发生进化
4.科学家根据化石复原了九尾狐甲鱼,九尾狐甲鱼长约10厘米,身体除了有甲壳和典型的下歪尾外,尾鳍还具有9个手指状的分叉,形成一排羽状的鳍,像9条尾巴,使其能够成为一个灵活的“游泳者”。下列有关叙述错误的是 ( )
A.九尾狐甲鱼发生进化的实质是种群基因频率的改变
B.九尾狐甲鱼进化过程中发生的基因突变是不定向的
C.控制尾鳍形状的基因构成了九尾狐甲鱼种群的基因库
D.九尾狐甲鱼羽状尾鳍的形成体现了生物对环境的适应
5.研究发现,讨厌香菜的人11号染色体上的OR6A2嗅觉受体基因中出现了常见的单核苷酸多态性变异(SNP),也就是DNA序列中单个核苷酸发生了变化,当这类人接近香菜时,香菜所散发出来的醛类物质会让他们感受到肥皂味。研究发现,喜爱吃香菜与A基因有关,讨厌吃香菜与a基因有关。据调查某地区人群中a基因频率为30%。下列有关叙述正确的是 ( )
A.人群中全部A和a基因构成了一个基因库
B.a基因频率较低是因为该人群中SNP发生得晚
C.香菜散发出来的醛类物质会导致a基因频率逐渐上升
D.人口流动可能导致该区域的a基因频率改变,种群发生进化
第1课时 种群基因组成的变化
聚焦·学案一
[学案设计]
(一)1.同种 全部 繁殖 2.等位基因数
(二)(1)20% 80% 4% 32% 64% 20% 80%
(2)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。
[例1] 选B 由题干信息可知,该果蝇种群中,vv的基因型频率为4%,可计算出v的基因频率=0.2、V的基因频率=0.8,进而计算出引入纯合长翅果蝇前,vv有0.04×20 000=800(只),Vv有2×0.2×0.8×20 000=6 400(只),VV有0.8×0.8×20 000=12 800(只)。引入纯合长翅果蝇后,v的基因频率=(800×2+6 400)/(40 000×2)=0.1,V的基因频率=1-0.1=0.9,故A正确,B错误;因杂合果蝇(Vv)和残翅果蝇(vv)数目不变,而该种群的总数增加一倍,所以杂合果蝇和残翅果蝇的比例各降低50%,C、D正确。
[例2] 选B 设亲代具有繁殖能力的个体中AA的比例为x,则Aa的比例为1-x,产生的配子A的比例为x+(1-x)/2=(1+x)/2,a配子的比例为(1-x)/2,随机交配的后代中,AA所占的比例为[(1+x)/2]2=9/16,可求得x=1/2,即该种群具有繁殖能力的个体中AA和Aa所占比例均为1/2,但亲本中aa的数量无法计算,故B项符合题意。
[迁移训练]
1.(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
2.选B 一个种群的基因库包括这个种群全部个体所含有的全部基因,但是每个个体不一定含有种群基因库的全部基因,A正确,B错误;基因库会通过种群个体的繁殖而代代相传,C正确;基因突变能产生新基因,可以改变基因库的组成,D正确。
3.选B 该动物种群个体数为100,由题图可知,其中有2个个体的基因型为A3A3,15个个体的基因型为A1A3,35个个体的基因型为A2A3,则A3的基因频率=(2×2+15+35)÷(100×2)×100% =27%,B符合题意。
4.选C 遗传平衡的“理想状态”需满足5个条件,即:种群数量足够多、雌雄个体间自由交配、没有迁入和迁出、自然选择不发生作用、没有突变发生,A错误;根据“新生的栗色个体多于黑色个体”不能说明栗色为显性,B错误;该种群中,若隐性基因频率为20%,根据遗传平衡定律,隐性个体占4%,显性个体占96%,故显隐性个体比例为24∶1,C正确;若显性基因频率和隐性基因频率相等,则显性个体数目多于隐性个体数目,但由于毛色的显隐性未知,故无法判断栗色和黑色个体数量关系,D错误。
5.选D 基因型为Aa的种群连续自交,后代中Aa的概率为(1/2)n,与表格中类型甲数据相符,A错误;若不考虑突变和基因重组、环境变化等其他因素,在群体中个体之间自由交配的情况下,Aa的基因型频率不变,与第1代的相同,B错误;种群的基因库是指种群中全部个体所含的全部基因,而不是仅指一对等位基因,C错误;在含A基因的雄配子致死的情况下,基因型为Aa的种群连续自交,第n代的A基因频率为(1/2)n+1,与表中数据相符,D正确。
聚焦·学案二
[学案设计]
探究学习:
(1)提示:这种细菌耐药率随抗生素使用量的增加而提高。
(2)提示:基因突变;不是;抗生素起选择作用。
(3)提示:细菌抗药性基因频率升高。
(4)提示:在自然选择的作用下,种群的基因频率发生定向改变,导致生物朝着一定的方向不断进化。
认知生成:
1.基因突变 染色体变异 等位基因 基因重组 基因型
随机的 原材料
2.有利变异 提高 不利变异 下降 表型 基因 有利
基因频率 定向 基因频率发生定向
[典例] 选A 突变(基因突变、染色体变异)和基因重组提供了生物进化的原材料,A正确;在生存斗争中,失败的个体会被淘汰,有利于生物更好地适应环境,有利于生物的进化,B错误;自然选择决定生物进化的方向,经过自然选择保留下来的个体是适应环境的,C错误;在稳定的生态系统中,受突变和基因重组等因素的影响,种群的基因频率可能会发生改变,D错误。
[迁移训练]
1.(1)√ (2)× (3)× (4)×
2.选B 由题表数据可知,A地S基因的频率=80%+1/2×18%=89%,s基因的频率=1-89%=11%;而B地S基因的频率=2%+1/2×8%=6%,s基因的频率=1-6%=94%,A正确。基因突变具有不定向性,A地S基因的频率较高,与该种群的生活环境有关,B错误。A地环境严重污染,而B地环境基本未受污染,可见生物进化的实质是自然选择使生物的基因频率发生改变,C、D正确。
3.选A 迁入和迁出均能使种群中不同基因型的个体数量发生改变,因此可能使种群的基因频率发生改变,A正确;基因频率是指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错误;自然选择直接作用于个体的表型,会影响基因频率,从而对种群的基因库产生影响,C错误;基因突变可以产生新的等位基因,可以改变个体的表型,从而对种群的基因库产生影响,D错误。
4.选A 变异是不定向的,环境对不定向的变异起选择作用,A错误;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,B正确;基因突变产生了新基因,从而改变了种群的基因频率,基因突变为生物的进化提供了原材料,对生物进化有重要意义,C正确;生物进化的实质是种群基因频率的改变,D正确。
5.选C 由题意可知,该种群中BB=18%,Bb=78%,bb=4%,因此B的基因频率=18%+1/2×78%=57%,b的基因频率=4%+1/2×78%=43%,C正确。
6.选A 杂合子的基因型频率=2×A基因的频率×a基因的频率,所以T时刻甲、乙种群中杂合子的基因型频率相同,A正确;由于甲、乙两个种群不一定一样大,所以不能判断混合后的种群基因频率,B错误;两个种群基因频率均有改变,故均发生了进化,C错误;环境通过对表型的选择影响基因频率,D错误。
随堂小结
二、融通科学思维
1.基因重组可以形成多种多样的基因型,使种群中出现多种多样可遗传的变异类型
2.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
三、综合检测反馈
1.选C 稳定的环境条件下,突变和基因重组等因素会使种群的基因频率改变,A错误;遗传平衡中种群的基因频率不变,但需要满足的条件有种群非常大、所有雌雄个体都能自由交配、没有迁入和迁出、自然选择不起作用等,B错误;在自然选择和人工选择作用下,都能使种群基因频率发生定向改变,C正确;基因突变和染色体变异统称为突变,突变具有不定向性,不能使种群基因频率发生定向改变,D错误。
2.选B 由题意可知,A的基因频率=(30×2+50)/200=0.55,即55%,a的基因频率=1-55%=45%,故B正确。
3.选D 达尔文的生物进化论主要包含了共同由来学说和自然选择学说,A正确;拉马克彻底否定了物种不变论,拉马克提出的进化学说在当时是有进步意义的,B正确;按达尔文的自然选择学说解释,不同岛屿上地雀喙形的不同是因为岛屿不同环境对地雀进行了选择,C正确;曼彻斯特地区的树干变黑对浅色桦尺蛾的表型直接进行了选择,进而降低了浅色基因频率,种群发生进化,D错误。
4.选C 生物进化的实质是种群基因频率的改变,A正确;基因突变是可遗传变异的一种,基因突变具有不定向性,B正确;种群的基因库包含种群中所有个体的所有基因,而不是只包含了控制尾鳍形状的基因,C错误;九尾狐甲鱼羽状尾鳍使其能够成为一个灵活的“游泳者”,体现了生物对环境的适应,D正确。
5.选D 基因库是一个种群中所有个体的全部基因的总和,A错误;SNP发生的早晚与人群中A、a的基因频率无关,B错误;香菜散发出来的醛类物质不会影响a基因频率,C错误;生物进化的实质是种群基因频率的改变,人口流动可能导致该区域的a基因频率改变,种群发生进化,D正确。
1 / 12(共70张PPT)
第3节
种群基因组成的变化与
物种的形成
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。
学习目标
第1课时
种群基因组成的变化
CONTENTS
目录
1
2
3
聚焦 学案一 种群和种群基因库
聚焦 学案二 种群基因频率的变化及自然选择
对该变化的影响
随堂小结——即时回顾与评价
NO.1
聚焦 学案一 种群和种群基因库
学案设计
(一)熟记三个基本概念的含义
1.种群的概念及特点
概念 生活在一定区域的______生物______个体的集合
特点 ①生物进化的基本单位；②雌雄个体可以通过______将各自的基因遗传给后代
举例 一片草地上的所有蒲公英；一片树林中的全部猕猴
同种
全部
繁殖
2.种群基因库与基因频率
基因库 一个种群中全部个体所含有的全部基因
基因 频率 在一个种群基因库中，某个基因占全部_____________的比值
等位基因数
(二)掌握基因频率的计算方法
|探|究|学|习|
某桦尺蛾种群中，桦尺蛾的体色受一对等位基因S和s控制，黑色(S)对浅色(s)是显性，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)请结合上面的材料完成下表：
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(______) s(______)
子二代基因型频率 SS(_____) Ss(______) ss(_____)
子二代基因频率 S(______) s(______)
20%
80%
4%
32%
64%
20%
80%
(2)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
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。
|认|知|生|成|
1.以一对等位基因(A、a)为例(N表示基因数或基因型个体数)
(1)A或a的基因频率为
PA=×100%
Pa=×100%
(2)AA或Aa或aa的基因型频率为
PAA=×100%
PAa=×100%
Paa=×100%
2.已知调查的各种基因型的个体数，计算基因频率
(1)某基因频率=×100%，即：
PA=×100%
Pa=×100%
(A、a代表基因，PAA、PAa、Paa代表三种基因型个体数)
(2)设有N个个体的种群，AA、Aa、aa的个体数分别为n1、n2、n3，A、a的基因频率分别用PA、Pa表示，AA、Aa、aa的基因型频率分别用PAA、PAa、Paa表示，则：
PA==+×=PAA+1/2PAa
Pa==+×=Paa+1/2PAa
3.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，用N表示个体数，p表示XA频率，q表示Xa频率，则有
p=×100%
q=×100%
4.利用哈迪 温伯格定律(遗传平衡定律)，由基因频率计算基因型频率
(1)成立前提
①种群非常大；②所有雌雄个体之间自由交配；③没有迁入和迁出；④没有自然选择；⑤没有突变。
(2)计算公式
①设A的基因频率为p，a的基因频率为q，则p+q=1。
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。
②实例：若已知AA的基因型频率为m，则A的基因频率为。
[例1] 果蝇长翅(V)和残翅(v)由常染色体上的一对等位基因控制。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，下列关于纯合长翅果蝇引入后的叙述，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] 由题干信息可知，该果蝇种群中，vv的基因型频率为4%，可计算出v的基因频率=0.2、V的基因频率=0.8，进而计算出引入纯合长翅果蝇前，vv有0.04×20 000=800(只)，Vv有2×0.2×0.8×20 000=
6 400(只)，VV有0.8×0.8×20 000=12 800(只)。引入纯合长翅果蝇后，v的基因频率=(800×2+6 400)/(40 000×2)=0.1，V的基因频率=1-0.1=0.9，故A正确，B错误；因杂合果蝇(Vv)和残翅果蝇(vv)数目不变，而该种群的总数增加一倍，所以杂合果蝇和残翅果蝇的比例各降低50%，C、D正确。
[例2] 现有一个由AA、Aa、aa三种基因型个体组成的动物种群，已知该种群中具有繁殖能力的个体之间通过随机交配进行繁殖，而aa个体不具有繁殖能力。该种群繁殖一代，若子代中AA∶Aa∶aa=9∶6∶1，则亲代中AA、Aa和aa的数量比可能为 ( )
A.4∶3∶4 B.5∶5∶1
C.6∶2∶3 D.4∶1∶4
√
[解析] 设亲代具有繁殖能力的个体中AA的比例为x，则Aa的比例为1-x，产生的配子A的比例为x+(1-x)/2=(1+x)/2，a配子的比例为(1-x)/2，随机交配的后代中，AA所占的比例为[(1+x)/2]2=9/16，可求得x=1/2，即该种群具有繁殖能力的个体中AA和Aa所占比例均为1/2，但亲本中aa的数量无法计算，故B项符合题意。
[归纳拓展]
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
迁移训练
1.判断下列叙述的正误
(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。 ( )
(5)基因库是指生物体内的全部基因，是固定不变的。( )
√
×
2.下列有关种群基因库的叙述，错误的是 ( )
A.一个种群的基因库包括这个种群中全部个体所含有的全部基因
B.种群中每个个体都含有种群基因库的全部基因
C.生物个体总是要死亡的，但是基因库却因种群个体的繁殖而代代相传
D.基因突变可以改变基因库的组成
√
解析：一个种群的基因库包括这个种群全部个体所含有的全部基因，但是每个个体不一定含有种群基因库的全部基因，A正确，B错误；基因库会通过种群个体的繁殖而代代相传，C正确；基因突变能产生新基因，可以改变基因库的组成，D正确。
3.某二倍体动物种群有100个个体，其常染色体上某基因有A1、A2、A3三个等位基因。对这些个体的基因A1、A2、A3进行PCR扩增(体外DNA扩增)，凝胶电泳及统计结果如图所示(不同基因对应不同条带)。该种群中A3的基因频率是 ( )
A.52% B.27%
C.26% D.2%
√
解析：该动物种群个体数为100，由题图可知，其中有2个个体的基因型为A3A3，15个个体的基因型为A1A3，35个个体的基因型为A2A3，则A3的基因频率=(2×2+15+35)÷(100×2)×100% =27%，B符合题意。
4.遗传学上的平衡种群是指在理想状态下，基因频率和基因型频率都不再改变的大种群。某哺乳动物的平衡种群中，栗色毛和黑色毛由常染色体上的一对等位基因控制。下列叙述正确的是 ( )
A.遗传平衡的“理想状态”是指种群间的雌雄个体可以自由交配
B.观察该种群，若新生的栗色个体多于黑色个体，则说明栗色为显性
C.该种群中，若隐性基因频率为20%，则显隐性个体比例为24∶1
D.若该种群栗色与黑色的基因频率相等，则栗色个体数等于黑色个体数
√
解析：遗传平衡的“理想状态”需满足5个条件，即：种群数量足够多、雌雄个体间自由交配、没有迁入和迁出、自然选择不发生作用、没有突变发生，A错误；根据“新生的栗色个体多于黑色个体”不能说明栗色为显性，B错误；该种群中，若隐性基因频率为20%，根据遗传平衡定律，隐性个体占4%，显性个体占96%，故显隐性个体比例为24∶1，C正确；若显性基因频率和隐性基因频率相等，则显性个体数目多于隐性个体数目，但由于毛色的显隐性未知，故无法判断栗色和黑色个体数量关系，D错误。
5.某种群中,某种基因型频率和某个基因频率随繁殖代数增加发生的比例变化情况如表(用A/a表示相关基因)。不考虑突变和基因重组、环境变化等其他因素。下列叙述正确的是 ( )
繁殖代数 甲 乙
初始 1 1/2
1 1/2 1/4
2 1/4 1/8
n (1/2)n (1/2)n+1
A.甲不可表示基因型为Aa的种群连续自交情况下，Aa的基因型频率
B.甲可表示该种群个体自由交配的情况下，Aa的基因型频率的变化
C.该种群中所有个体所含有的全部A、a基因构成该种群的基因库
D.乙可表示在含A基因的雄配子致死时基因型为Aa的生物种群连续自交时A的基因频率
√
解析：基因型为Aa的种群连续自交，后代中Aa的概率为(1/2)n，与表格中类型甲数据相符，A错误；若不考虑突变和基因重组、环境变化等其他因素，在群体中个体之间自由交配的情况下，Aa的基因型频率不变，与第1代的相同，B错误；种群的基因库是指种群中全部个体所含的全部基因，而不是仅指一对等位基因，C错误；在含A基因的雄配子致死的情况下，基因型为Aa的种群连续自交，第n代的A基因频率为(1/2)n+1，与表中数据相符，D正确。
NO.2
聚焦 学案二 种群基因频率的
变化及自然选择对该变化的影响
学案设计
|探|究|学|习|
碳青霉烯类抗生素是治疗重度感染的一类药物。下表为四年内，该类抗生素在某医院住院患者中的人均使用量，以及从患者体内分离得到的某种细菌对该类抗生素的耐药率变化。
年份 第1年 第2年 第3年 第4年
住院患者该类抗生素的人均使用量/g 0.074 0.12 0.14 0.19
某种细菌对该类抗生素的耐药率/% 2.6 6.11 10.9 25.5
(1)依据表中数据分析，这种细菌耐药率的变化与抗生素的使用量之间存在什么关系
提示：这种细菌耐药率随抗生素使用量的增加而提高。
(2)该种细菌抗药性变异的来源是什么 是使用抗生素导致的吗 抗生素起的作用是什么
提示：基因突变；不是；抗生素起选择作用。
(3)细菌耐药率逐渐升高的实质是什么
提示：细菌抗药性基因频率升高。
(4)请概括自然选择与种群基因频率、生物进化的关系。
提示：在自然选择的作用下，种群的基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。
|认|知|生|成|
1.可遗传变异为生物进化提供原材料
微点拨：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。
2.自然选择对种群基因频率变化的影响
3.影响种群基因频率变化的因素
(1)内因：基因突变和部分染色体变异(如缺失和重复等)能直接引起基因频率的变化，基因重组只改变了基因型频率，在自然选择的作用下淘汰部分个体后可引起基因频率的变化。
(2)外因：自然选择——决定生物进化的方向
[典例] 下列有关生物进化的叙述，正确的是 ( )
A.基因突变、基因重组和染色体变异属于可遗传的变异，为生物进化提供了原材料
B.在生物的生存斗争中，失败的个体会被淘汰，这不利于生物的进化
C.自然选择的方向和环境发展的方向之间没有明确的因果关系
D.在稳定的生态系统中，种群的基因频率不会改变
√
[解析] 突变(基因突变、染色体变异)和基因重组提供了生物进化的原材料，A正确；在生存斗争中，失败的个体会被淘汰，有利于生物更好地适应环境，有利于生物的进化，B错误；自然选择决定生物进化的方向，经过自然选择保留下来的个体是适应环境的，C错误；在稳定的生态系统中，受突变和基因重组等因素的影响，种群的基因频率可能会发生改变，D错误。
[易错提醒]
进化中的“定向”与“不定向”
(1)变异是不定向的。
(2)自然选择是定向的。
(3)自然选择引起的种群基因频率的变化是定向的。
(4)生物进化是定向的。
迁移训练
1.判断下列叙述的正误
(1)从根本上讲，没有突变，就没有生物的进化。( )
(2)有害突变不能成为生物进化的原材料。( )
(3)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。( )
(4)自然选择决定生物变异和进化的方向。( )
√
×
×
×
2.(教材P112“探究·实践”发掘训练)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A、B两地，A地是煤炭工业重镇，B地是闭塞的山区，数年后抽样调查，结果如表所示。下列有关说法不正确的是 ( )
基因型频率 SS/% Ss/% ss/%
A地 80 18 2
B地 2 8 90
A.A地S基因的频率为89%，B地S基因的频率为6%
B.A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.从上述材料得知生物进化的实质是种群基因频率的变化
√
解析：由题表数据可知，A地S基因的频率=80%+1/2×18%=89%，s基因的频率=1-89%=11%；而B地S基因的频率=2%+1/2×8%=6%，s基因的频率=1-6%=94%，A正确。基因突变具有不定向性，A地S基因的频率较高，与该种群的生活环境有关，B错误。A地环境严重污染，而B地环境基本未受污染，可见生物进化的实质是自然选择使生物的基因频率发生改变，C、D正确。
3.下列有关基因频率的说法，正确的是 ( )
A.个体的迁入、迁出会使种群的基因频率发生改变
B.基因频率是指某对等位基因占整个种群基因库的比值
C.自然选择直接作用的是个体的表型，对种群的基因库无影响
D.基因突变和基因重组可以改变个体的表型，对种群的基因库无影响
√
解析：迁入和迁出均能使种群中不同基因型的个体数量发生改变，因此可能使种群的基因频率发生改变，A正确；基因频率是指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错误；自然选择直接作用于个体的表型，会影响基因频率，从而对种群的基因库产生影响，C错误；基因突变可以产生新的等位基因，可以改变个体的表型，从而对种群的基因库产生影响，D错误。
4.下列有关基因频率和生物进化的叙述,错误的是 ( )
A.当环境发生改变时,种群产生适应环境的变异
B.自然选择导致种群基因频率发生定向改变
C.基因突变产生新基因改变了种群的基因频率,对生物进化有重要意义
D.生物进化的实质是种群基因频率的改变
√
解析:变异是不定向的,环境对不定向的变异起选择作用,A错误;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,B正确;基因突变产生了新基因,从而改变了种群的基因频率,基因突变为生物的进化提供了原材料,对生物进化有重要意义,C正确;生物进化的实质是种群基因频率的改变,D正确。
5.在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%、基因型为bb的个体占4%，那么基因B和b的频率分别是 ( )
A.18%、82% B.36%、64%
C.57%、43% D.92%、8%
√
解析：由题意可知，该种群中BB=18%，Bb=78%，bb=4%，因此B的基因频率=18%+1/2×78%=57%，b的基因频率=4%+
1/2×78%=43%，C正确。
6.若某种群中原本只存在基因型为Aa
的个体，由于外界因素的改变，该种群被
分割成甲、乙两个种群，如图表示分割后
的两个种群中A基因的基因频率变化情况。
下列叙述正确的是 ( )
A.T时刻甲、乙种群中杂合子的基因型频率相同
B.T时刻将甲、乙种群混合后，A基因的基因频率为0.5
C.甲、乙种群均未发生进化
D.环境通过对基因型的选择影响基因频率
√
解析：杂合子的基因型频率=2×A基因的频率×a基因的频率，所以T时刻甲、乙种群中杂合子的基因型频率相同，A正确；由于甲、乙两个种群不一定一样大，所以不能判断混合后的种群基因频率，B错误；两个种群基因频率均有改变，故均发生了进化，C错误；环境通过对表型的选择影响基因频率，D错误。
随堂小结——即时回顾与评价
NO.3
一、建构概念体系
二、融通科学思维
1.基因重组不能产生新基因，也能为进化提供原材料的原因是__________________________________________________________
_______________。
2.达尔文认为自然选择决定生物进化的方向，从现代生物进化理论的观点看，这样说的根本原因是__________________________
_________________________________________________________。
基因重组可以形成多种多样的基因型，使种群中出现多种多样可遗传的变异类型
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
三、综合检测反馈
1.种群的基因频率会受多种因素的影响而发生一定的变化。下列叙述正确的是 ( )
A.稳定的环境条件下，种群的基因频率保持不变
B.雌雄个体自由交配的种群中，基因频率不发生改变
C.自然选择和人工选择都能使种群基因频率发生定向改变
D.突变可以使种群基因频率发生定向改变，为进化提供原材料
√
解析：稳定的环境条件下，突变和基因重组等因素会使种群的基因频率改变，A错误；遗传平衡中种群的基因频率不变，但需要满足的条件有种群非常大、所有雌雄个体都能自由交配、没有迁入和迁出、自然选择不起作用等，B错误；在自然选择和人工选择作用下，都能使种群基因频率发生定向改变，C正确；基因突变和染色体变异统称为突变，突变具有不定向性，不能使种群基因频率发生定向改变，D错误。
2.从某果蝇种群中随机抽取100只，若基因型为aa、Aa和AA的个体分别为20只、50只和30只，则A、a的基因频率分别是 ( )
A.40%、60% B.55%、45%
C.35%、65% D.40%、60%
解析：由题意可知，A的基因频率=(30×2+50)/200=0.55，即55%，a的基因频率=1-55%=45%，故B正确。
√
3.拉马克的进化学说、达尔文的自然选择学说以及现代生物进化理论为研究生物进化轨迹提供了坚实的基础。下列有关生物进化的叙述，错误的是 ( )
A.达尔文的生物进化论主要包含共同由来学说和自然选择学说
B.拉马克提出的进化学说在当时是有进步意义的
C.按达尔文的生物进化论解释，不同岛屿上地雀喙形的不同，是因为岛屿的不同环境对地雀进行了选择
D.曼彻斯特地区的树干变黑对浅色桦尺蛾的基因型直接进行了选择，进而降低了浅色基因频率，种群发生进化
√
解析：达尔文的生物进化论主要包含了共同由来学说和自然选择学说，A正确；拉马克彻底否定了物种不变论，拉马克提出的进化学说在当时是有进步意义的，B正确；按达尔文的自然选择学说解释，不同岛屿上地雀喙形的不同是因为岛屿不同环境对地雀进行了选择，C正确；曼彻斯特地区的树干变黑对浅色桦尺蛾的表型直接进行了选择，进而降低了浅色基因频率，种群发生进化，D错误。
4.科学家根据化石复原了九尾狐甲鱼，九尾狐甲鱼长约10厘米，身体除了有甲壳和典型的下歪尾外，尾鳍还具有9个手指状的分叉，形成一排羽状的鳍，像9条尾巴，使其能够成为一个灵活的“游泳者”。下列有关叙述错误的是 ( )
A.九尾狐甲鱼发生进化的实质是种群基因频率的改变
B.九尾狐甲鱼进化过程中发生的基因突变是不定向的
C.控制尾鳍形状的基因构成了九尾狐甲鱼种群的基因库
D.九尾狐甲鱼羽状尾鳍的形成体现了生物对环境的适应
√
解析：生物进化的实质是种群基因频率的改变，A正确；基因突变是可遗传变异的一种，基因突变具有不定向性，B正确；种群的基因库包含种群中所有个体的所有基因，而不是只包含了控制尾鳍形状的基因，C错误；九尾狐甲鱼羽状尾鳍使其能够成为一个灵活的“游泳者”，体现了生物对环境的适应，D正确。
5.研究发现，讨厌香菜的人11号染色体上的OR6A2嗅觉受体基因中出现了常见的单核苷酸多态性变异(SNP)，也就是DNA序列中单个核苷酸发生了变化，当这类人接近香菜时，香菜所散发出来的醛类物质会让他们感受到肥皂味。研究发现，喜爱吃香菜与A基因有关，讨厌吃香菜与a基因有关。据调查某地区人群中a基因频率为30%。下列有关叙述正确的是 ( )
A.人群中全部A和a基因构成了一个基因库
B.a基因频率较低是因为该人群中SNP发生得晚
C.香菜散发出来的醛类物质会导致a基因频率逐渐上升
D.人口流动可能导致该区域的a基因频率改变，种群发生进化
√
解析：基因库是一个种群中所有个体的全部基因的总和，A错误；SNP发生的早晚与人群中A、a的基因频率无关，B错误；香菜散发出来的醛类物质不会影响a基因频率，C错误；生物进化的实质是种群基因频率的改变，人口流动可能导致该区域的a基因频率改变，种群发生进化，D正确。
