6.3 种群基因组成的变化与物种的形成 讲义【新教材】2020-2021学年高一生物人教版（2019）必修二

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
【素养目标】
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。
【必备知识】
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＝。
3．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。
4．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。
1．物种的概念：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称为一个物种。
2．隔离
(1)不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育后代，这种现象称为生殖隔离，例如马和驴交配产生不可育的螺，故马和驴为不同物种。
(2)同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫作地理隔离。
(3)地理隔离和生殖隔离都是指不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象，这里统称为隔离。
3．隔离及其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。
【本节重点】
(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。
【例题解析】
例1.在调查某小麦种群时发现T（抗锈病）对t（易感染）为显性，在自然情况下该小麦种群可以自由交配，据统计其基因型频率TT为40%，Tt为40%，tt为20%，后来该小麦种群突然大面积感染锈病，致使易感染小麦在开花之前全部死亡．计算该小麦在感染锈病之前与感染之后基因T的频率分别是多少（　　）
A.?50%和50%????????????????B.?50%和60%??????????????????C.?60%和75%??????????????????????D.?60%和80%
例2.在对欧洲某学校的学生（男：女=1：1）进行遗传调查时发现，血友病患者占0.9%（男：女=2：1）；血友病携带者占5%，那么，这个种群中的Xb的频率是（　　）
A.?2.97%???????????????????????????B.?5.6%??????????????????????????????????C.?4.13%??????????????????????????????????D.?3.1%
答案：例1.
C
【解析】由题意知，该种群中TT=40%，Tt=40%，tt=20%，T的基因频率是T=40%+40%÷2=60%；感染锈病后，tt全部死亡，TT：Tt=1：1，即TT=50%，Tt=50%，此时的T的基因频率是T=50%+50%÷2=75%．
故选：C．
例2.
C
【解析】根据题意可知，“血友病患者占0.9%（男：女=2：1）；血友病携带者占5%”，因此基因型为XBXB的比例为44.7%，XBXb为5%，XbXb为0.3%，XBY为49.4%，XbY为0.6%，因此该地区Xb的基因频率=（0.6%+2×0.3%+5%）÷（2×50%+50%）=4.13%．
故选：C．
【素养作业】
1.下列属于种群的是(　　)
A.?一个校园里生长着的各种各样高大的树???????????????
B.?生活在一片森林中的全部鸟类
C.?一块菜地上生长着的大白菜、大蒜、大葱???????????
D.?生活在青海湖鸟岛保护区内全部的棕头鸥
2.以下能决定种群基因频率改变方向的是（??
）
A.?自然选择??????????????????????????B.?生存斗争??????????????????????????C.?过度繁殖??????????????????????????D.?遗传和变异
3.下列有关隔离的叙述，错误的是（??
）
A.?隔离阻止了种群间的基因交流???????????????????????????
??????
B.?物种的形成都必须经过长期的地理隔离
C.?种群基因库发生改变是产生生殖隔离的根本原因?????
D.?产生生殖隔离是新物种形成的标志
4.雌葱柱头上的细胞膜表面有一种糖被，可以使不同种的花粉不能萌发从而不能完成受精作用，这个现象属于（　　）
①细胞识别?????
②抗性?????
③生殖隔离?????
④变异．
A.?①②????????????????????????????????B.?①②③?????????????????????????????????C.?①③??????????????????????????????????D.?③④
5.在同一区域中生长着两种杜鹃花，在人工的条件下，它们之间都可以杂交成功。但在自然状态下不能杂交，因为一种杜鹃花在6月初产生花粉，另一种在6月下旬产生花粉。这种现象属于（??
）
A.??
优胜劣汏????????????????????????B.?过度繁殖??????????????????????C.?生殖隔离???????????????????????D.?性状分离
6.已知某小岛上的一个随机交配的中等大小的蜥蜴原种种群中，经调查发现控制该蜥蜴脚趾趾型的基因型只有两种：AA基因型的频率为40%，Aa基因型的频率为60%，aa基因型（胚胎致死）的频率为0，那么该蜥蜴种群随机交配繁殖一代后，子代中基因型AA的个体所占比例为（??
）
A.?49/91??????????????????????????????B.?11/20?????????????????????????????????C.?11/17?????????????????????????????????D.?49/100
7.在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中，基因型为AA的个体占16%，基因型为Aa的个体占78%，aa的个体占6%．基因A和a的频率分别是（??
）
A.?16%、84%???????????????????B.?32%、68%????????????????????C.?55%、45%???????????????????????D.?94%、6%
8.右图表示环境条件发生变化后某个种群中A和a基因频率的变化情况，下列说法错误的是（??
）
?Q点表示环境发生了变化，A控制的性状更加适应环境
B.?P点时两曲线相交，此时A和a的基因频率均为50%
C.?在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变
D.?该种群中杂合体的比例会越来越高，逐渐取代纯合体
参考答案
1.【答案】
D
【解析】A、一个校园里生长着的各种各样高大的树不是同一物种，A错误；
B、生活在一片森林中的鸟类有多种，不是一个物种，B错误；
C、一块菜地上生长着的大白菜、大蒜、大葱不是一个物种，C错误；
D、生活在青海湖鸟岛保护区内不同年龄的棕头鸥为同一物种，属于一个种群，D正确。
故答案为：D。
2.【答案】
A
【解析】A、生物进化的实质是种群的基因频率的改变，决定种群基因频率改变方向的因素是自然选择，A正确；
B、过度繁殖是自然选择的前提，B错误；
C、生存斗争是自然选择的手段和动力，C错误；
D、遗传变异是自然选择的内因和基础，D错误。
故答案为：A。
3.【答案】
B
【解析】A、不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象叫做隔离，所以说隔离阻止了种群间的基因交流，A正确；
B、大部分物种都是经过长期的地理隔离形成的，但并非所有物种都是由地理隔离形成的，例如帕米尔高原上的多倍体植物的形成，B错误；
C、种群基因库的差异是产生生殖隔离的根本原因，C正确；
D、生殖隔离一旦形成，就成了不同的物种，所以产生生殖隔离是新物种形成的标志，D正确。
故答案为：B。
4.【答案】
C
【解析】解：①②细胞膜表面上的糖被具有识别作用，①正确；②错误；
③④使不同种的花粉不能萌发从而不能完成受精作用，表现为生殖隔离现象，③正确；④错误．所以①③正确．
故答案为：C．
5.【答案】
C
【解析】物种是自然状态下能够交配并产生可育后代的一群生物，一个物种可能在不同地点和时间形成不同的种群。生殖隔离是指种群间的个体不能自由交配，或交配后代不能产生可育后代。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；而两种杜鹃花的花期不同，不能进行基因交流，则存在生殖隔离，故答案为：C。
6.【答案】
A
【解析】由以上分析可知，A的基因频率为70%，a的基因频率为30%，根据遗传平衡定律，其随机交配繁殖一代后，AA基因型频率=70%×70%=49%，Aa的基因型频率=2×70%×30%=42%，aa的基因型频率=30%×30%=9%，其中aa为致死型，因此AA基因型的个体占49%/(49%+42%)=49/91。故答案为：A。
7.【答案】
C
【解析】基因型为AA的个体占16%，基因型为Aa的个体占78%，aa的个体占6%，那么基因A的频率=AA的基因型频率+1/2Aa的基因型频率=16%+39%=55%，同理，a的频率为45%。
故答案为：C。
8.【答案】
D
【解析】分析题图可知，该种群的A的基因频率增加，a的基因频率减小，说明A基因控制的性状更适应环境，故A正确；p点时，A与a的基因频率相等，由于二者基因频率之和为1，故P点时，A和a的基因频率都是50%，故B正确；自然选择是定向的，使基因频率向一定的方向变异，故C正确；A的基因频率越来越高，最后接近1，说明纯合子所占比例增加，故D错误。