2024-2025學(xué)年新教材高中生物第6章生物的進化第3節(jié)第1課時種群基因組成的變化學(xué)案新人教版必修21

PAGE10-第1課時種群基因組成的變更課程要求核心素養(yǎng)學(xué)問導(dǎo)圖闡明具有優(yōu)勢性狀的個體在種群中所占的比例將會增加。1．認同種群是生物繁殖和進化的基本單位，理解基因頻率和基因型頻率的概念；基于分析和概括，理解突變和重組是不定向的，只能為進化供應(yīng)原材料，而自然選擇是定向的，確定著生物進化的方向。(生命觀念)2．利用數(shù)學(xué)方法，探討自然選擇會導(dǎo)致種群基因頻率發(fā)生定向變更。(科學(xué)思維)3．通過探究抗生素對細菌的選擇作用，理解耐藥菌的出現(xiàn)是可遺傳變異的結(jié)果，耐藥菌比例的增大是抗生素選擇的結(jié)果，初步建立合理運用抗生素的科學(xué)觀念。(社會責(zé)任)礎(chǔ)學(xué)問·雙基夯實一、種群和種群基因庫二、種群基因頻率的變更1．種群基因頻率的變更(1)可遺傳變異的來源eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(基因重組,\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(__基因突變__,__染色體變異__))))統(tǒng)稱為__突變__(2)可遺傳變異是進化的原材料：①可遺傳變異的形成：基因突變產(chǎn)生的__等位基因__，通過__有性生殖__過程中的基因重組，可以形成多種多樣的__基因型__。②可遺傳變異的特點eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(__隨機性__,__不定向性__))③可遺傳變異的結(jié)果：只供應(yīng)了生物進化的原材料，不能確定__生物進化的方向__。(3)可遺傳的變異的利害性：變異的有利和有害是__相對__的，是由__生存環(huán)境__確定的。(4)種群基因突變數(shù)＝個體基因數(shù)×__突變率__×個體數(shù)2．自然選擇對種群基因頻率變更的影響(1)選擇的對象：①干脆作用對象：個體的__表型__。②最終選擇的對象：確定表型的__基因__。(2)選擇的結(jié)果：①生物性狀方面：朝著肯定的方向不斷進化。②基因方面：種群__基因頻率__會發(fā)生__定向__變更?！不顚W(xué)巧練〕推斷下列敘述的正誤(1)一個種群中某基因占全部基因數(shù)的比值叫作基因頻率。(×)(2)在環(huán)境條件保持穩(wěn)定的前提條件下，種群的基因頻率不會發(fā)生變更。(×)(3)若親子代間基因頻率不變，基因型頻率也肯定不變。(×)(4)種群是生物進化的基本單位，自然選擇的干脆選擇對象是個體的表型。(√)(5)從根本上講，沒有突變，就沒有生物的進化。(√)(6)突變具有低頻性，不能為生物進化供應(yīng)原材料。(×)(7)有害突變不能成為生物進化的原材料。(×)〔思索〕1．小麥有抗銹病(R)和不抗銹病(r)之分，在銹病病毒肆虐的季節(jié)中，基因頻率會發(fā)生怎樣的變更？提示：具有抗銹病(R)基因的小麥在銹病病毒侵染中能適應(yīng)環(huán)境，比例上升，所以R基因的頻率會上升，r基因的頻率會降低。2．突變具有多害少利性，為什么還能為生物進化供應(yīng)原材料？提示：生物變異是否有利，取決于其生存的環(huán)境，微小的有利變異不斷積累可能導(dǎo)致生物進化?！矊W(xué)霸記憶〕1．種群是生物進化的基本單位。2．基因庫指一個種群中全部個體所含有的全部基因。3．突變和基因重組供應(yīng)進化的原材料。4．變異的有利和有害是相對的，是由生存環(huán)境確定的。5．自然選擇導(dǎo)致種群基因頻率的定向變更。課內(nèi)探究·名師點睛學(xué)問點種群基因組成的變更要點歸納1．相關(guān)概念的比較比較項目含義變更后與進化的關(guān)系基因庫種群中全部基因可導(dǎo)致生物進化，它的變更是形成新物種的前提基因頻率eq\f(該基因數(shù),全部等位基因數(shù))×100%導(dǎo)致生物進化基因型頻率eq\f(該基因型個體數(shù),該種群個體總數(shù))×100%生物不肯定進化歸納提煉種群與物種的區(qū)分與聯(lián)系①區(qū)分a．范圍：種群是較小范圍內(nèi)的同種生物的全部個體；物種是由分布在不同區(qū)域內(nèi)的同種生物的很多種群組成的。b．推斷標準：種群必需具備“三同”，即同一時間、同一地點、同一物種；物種主要是具有肯定的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能和在自然條件下能相互交配并且產(chǎn)生可育后代(無生殖隔離)的一群生物。②聯(lián)系a．一個物種可以包括很多種群。b．同一個物種的多個種群之間存在著地理隔離，長期發(fā)展下去可成為不同的亞種，進而可能形成多個新物種。2．突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料(1)由于突變和基因重組都是隨機的、不定向的，因此它們只供應(yīng)了生物進化的原材料，不能確定生物進化的方向。(2)變異的有利和有害是相對的，由生存環(huán)境確定。3．自然選擇確定生物進化的方向歸納整合自然選擇對種群基因頻率變更的影響(1)自然選擇干脆作用于個體的表型，但從根本上來說，選擇的是某一基因，使基因頻率發(fā)生定向變更。(2)生物進化的實質(zhì)是種群基因頻率的變更。(3)在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會發(fā)生定向變更，導(dǎo)致生物朝肯定的方向進化。典例剖析典例1(2024·山東菏澤期末)下列有關(guān)種群基因庫的敘述，不正確的是(B)A．一個種群的基因庫包括這個種群中全部個體所含有的全部基因B．種群中每個個體都含有種群基因庫的全部基因C．生物的個體總是要死亡的，但是基因庫卻因種群個體的繁殖而代代相傳D．基因突變可以變更基因庫的組成[解析]一個種群的基因庫包括這個種群全部個體所含有的全部基因，A正確；種群基因庫含有該種群全部個體的全部基因，但是每個個體不肯定含有種群基因庫的全部基因，B錯誤；基因庫會通過種群個體的繁殖而代代相傳，C正確；基因突變能產(chǎn)生新基因，可以變更基因庫的組成，D正確。┃┃變式訓(xùn)練1__■(2024·北京石景山區(qū)高三期末)下列有關(guān)基因頻率和生物進化的敘述，不正確的是(A)A．進化總是由突變引起的，且變異個體總是適應(yīng)環(huán)境的B．自然選擇導(dǎo)致種群基因頻率發(fā)生定向變更C．基因突變產(chǎn)生新基因，變更了種群的基因頻率D．在生物進化過程中，種群基因頻率總是變更的[解析]突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料，但突變具有多害少利性，因此絕大多數(shù)變異個體是不能適應(yīng)環(huán)境的，A項錯誤。學(xué)問點探究自然選擇對種群基因頻率變更的影響要點歸納以英國的曼徹斯特地區(qū)樺尺蠖體色變更為例進行分析，樺尺蠖的體色受一對等位基因S和s限制，黑色(S)對淺色(s)是顯性的。在19世紀中葉以前，樺尺蠖幾乎都是淺色型的，該種群中S基因的頻率很低，在5%以下。到了20世紀中葉，黑色的樺尺蠖卻成了常見的類型，S基因的頻率上升到95%以上。(1)提出問題：如何說明樺尺蠖種群中s基因的頻率越來越低的現(xiàn)象？(2)作出假設(shè)：自然選擇使樺尺蠖種群基因頻率定向變更。(3)探討探究思路：創(chuàng)設(shè)數(shù)字化情境引導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)學(xué)方法探究并驗證假設(shè)。(4)制訂并實施探究方案①創(chuàng)設(shè)數(shù)字化的問題情境。1870年，樺尺蠖種群的基因型頻率分別為10%(SS)、20%(Ss)、70%(ss)，S基因的頻率為20%。在樹干變黑這一環(huán)境條件下，由于樹干變黑不利于淺色樺尺蠖的生存，使得種群中淺色個體每年削減10%，黑色個體每年增加10%。第2～10年間，該種群每年的基因型頻率是多少？每年S、s基因的基因頻率是多少？②計算，將計算結(jié)果填入表中(如下表)。第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%11.5%13%14.6%Ss20%22.9%26%29.2%ss70%65.6%61%56.2%基因頻率S20%23%26%29.2%s80%77%74%70.8%③依據(jù)計算結(jié)果，對環(huán)境的選擇作用的大小進行適當調(diào)整，如淺色個體每年削減50%，深色個體每年增加50%，重新計算種群基因型頻率和基因頻率的變更，與前者數(shù)據(jù)比較。④分析結(jié)果得出結(jié)論：自然選擇作用可以定向變更種群的基因頻率，且環(huán)境選擇作用越大，變更的幅度也越大。劃重點進化的實質(zhì)——自然選擇確定進化的方向在自然選擇作用下，種群的基因頻率會發(fā)生定向的變更；具有有利變異的個體的相應(yīng)基因頻率不斷提高，而具有不利變異的個體的相應(yīng)基因頻率會下降，導(dǎo)致生物朝著肯定的方向不斷進化。典例剖析典例2樺尺蛾的體色受一對等位基因限制，其中黑色(s)對淺色(s)為顯性。將某樺尺蛾種群分成兩組，分別遷移到A、B兩個區(qū)域，A地是煤炭工業(yè)重鎮(zhèn)，B地是閉塞的山區(qū)，數(shù)年后抽樣調(diào)查，結(jié)果如表所示。下列有關(guān)說法不正確的是(B)區(qū)域SS(%)Ss(%)ss(%)A80182B2890A．A地S基因的頻率為89%，B地S基因的頻率為6%B．A地的大部分s基因突變?yōu)镾基因，故S基因的頻率上升C．從上述材料得知生物進化的方向是由自然選擇確定的D．從上述材料得知生物進化的實質(zhì)就是種群基因頻率的變更[解析]由題干中的數(shù)據(jù)可知，A地種群內(nèi)S基因的頻率＝[(80×2＋18)/(80×2＋18×2＋2×2)]×100%＝89%，s基因的頻率＝1－89%＝11%；而B地種群內(nèi)S基因的頻率＝[(2×2＋8)/(100×2)]×100%＝6%，s基因的頻率＝1－6%＝94%，A正確。由上述分析可知，A地種群內(nèi)限制黑色的S基因的頻率較高，而B地種群內(nèi)限制淺色的s基因的頻率較高，這與這兩地種群的生活環(huán)境對其的選擇有關(guān)，B錯誤。A地種群生活在污染嚴峻的環(huán)境中，而B地種群生活在基本未受污染的環(huán)境中，可見生物進化的方向是自然選擇確定的，生物進化的實質(zhì)是種群的基因頻率發(fā)生變更，C、D正確。┃┃變式訓(xùn)練2__■某地區(qū)有一種樺尺蛾，其體色受一對等位基因限制，其中黑色(S)對淺色(s)是顯性。1870年以來，S基因頻率的變更如下表，下列相關(guān)敘述中正確的是(C)年份18701900193019601990S基因頻率(%)1050655012A．1870年種群中淺色個體比例為90%B．從1900年至1960年，該物種始終沒有進化C．自然選擇導(dǎo)致S的基因頻率定向變更D．到1990年該樺尺蛾已經(jīng)進化成了兩個物種[解析]1870年，S的基因頻率為10%，則s的基因頻率為90%，淺色個體(ss)的比例為90%×90%＝81%，A項錯誤；從1900年至1960年，S的基因頻率在不斷變更，而生物進化的實質(zhì)是種群基因頻率的定向變更，說明該物種發(fā)生了進化，B項錯誤；變異是不定向的，自然選擇是定向的，它能確定種群基因頻率的定向變更，C項正確；新物種形成的標記是種群間形成生殖隔離，到1990年，該樺尺蛾種群內(nèi)還能進行基因間的溝通，說明還沒有形成新物種，D項錯誤。指引迷津·撥云見日一、通過定義法(個體數(shù))計算基因頻率1．若某基因在常染色體上或X、Y染色體同源區(qū)段上，則基因頻率＝eq\f(該基因總數(shù),該種群個體數(shù)×2)×100%2．若某基因只出現(xiàn)在X染色體上，則基因頻率＝eq\f(該基因總數(shù),2×女性個體數(shù)＋男性個體數(shù))×100%典例3在一次紅綠色盲的調(diào)查中，共調(diào)查男女各200名，調(diào)查發(fā)覺，女性紅綠色盲基因的攜帶者有15人，患者有5人，男性患者有11人。那么這個群體中紅綠色盲基因的頻率是(B)A．4.5% B．6%C．9% D．7.8%[解析]因為女性染色體組成為XX，男性為XY，紅綠色盲基因(用b表示)及其等位基因(用B表示)只位于X染色體上，所以基因b共有15×1＋5×2＋11×1＝36個，因此紅綠色盲基因的頻率＝eq\f(36,200×2＋200)×100%＝6%。二、依據(jù)基因型頻率計算基因頻率的方法(針對位于常染色體上或X、Y染色體同源區(qū)段上的基因)A的基因頻率＝AA的基因型頻率＋eq\f(1,2)Aa的基因型頻率，a的基因頻率＝aa的基因型頻率＋eq\f(1,2)Aa的基因型頻率典例4某小麥種群中TT個體占20%，Tt個體占60%，tt個體占20%，由于某種病害導(dǎo)致tt個體全部死亡，則病害發(fā)生前后該種群中T的基因頻率分別是(B)A．50%、50% B．50%、62.5%C．62.5%、50% D．50%、100%三、依據(jù)遺傳平衡定律計算基因頻率和基因型頻率1．前提：在志向種群中。(1)種群足夠大；(2)全部雌、雄個體之間自由交配并產(chǎn)生后代；(3)沒有遷入和遷出；(4)沒有自然選擇；(5)沒有基因突變。2．計算公式：當?shù)任换蛑挥袃蓚€(設(shè)為A、a)時，設(shè)p表示A的基因頻率，q表示a的基因頻率，則：基因型AA的頻率＝p2基因型Aa的頻率＝2pq基因型aa的頻率＝q2(p＋q)2＝p2＋2pq＋q2＝1若已知某種純合子的基因型頻率，即可干脆開方求出相應(yīng)基因的頻率。如在進行有性生殖的志向種群中，某種群隱性性狀(aa)的頻率為0.01，則a基因的頻率為eq\r(0.01)＝0.1。3．自交與自由交配后代的基因頻率、基因型頻率的變更分析(1)某種群的全部個體自交，若沒有進行選擇，則自交后代的基因頻率不變，基因型頻率會變更，并且雜合子的基因型頻率降低，純合子的基因型頻率上升。(2)某種群的全部個體隨機交配，在無基因突變、各種基因型的個體生活力相同時，處于遺傳平衡的種群自由交配遵循遺傳平衡定律，上下代之間種群的基因頻率及基因型頻率不變更。典例5(2024·四川成都七中高二上期中考試)一個隨機交配的足夠大的種群中，某一相對性狀(由基因A、a限制)中顯性性狀的基因型的頻率是0.36，則(A)A．該種群繁殖一代后雜合子(Aa)的基因型頻率是0.32B．顯性基因的基因頻率大于隱性基因的基因頻率C．若該種群基因庫中的基因頻率發(fā)生變更，說明肯定發(fā)生了基因突變D．若該種群中A的基因頻率為0.4，則表現(xiàn)為A基因所限制的性狀的個體在種群中占40%[解析]顯性基因頻率小于隱性基因的基因頻率，B錯；基因頻率發(fā)生變更，不肯定是基因突變導(dǎo)致的，C錯；A限制的性狀個體的比例是1－0.36＝0.64，D錯。四、運用男性基因型頻率計算該地區(qū)X染色體上基因頻率(以紅綠色盲為例)紅綠色盲為伴X染色體隱性遺傳病，色盲基因b位于X染色體上，男性中色盲占x%，則此地區(qū)Xb(男性中的＝女性中的＝人群中的)的基因頻率也為x%，此地區(qū)女性中色盲率則為(x%)2。典例6與外界隔離的某島嶼上，經(jīng)調(diào)查該地區(qū)居民中白化病的致病基因頻率為a，紅綠色盲的致病基因頻率為b，抗維生素D佝僂病的致病基因頻率為c，下列有關(guān)敘述不正確的是(D)A．正常個體中白化病攜帶者所占的概率為eq\f(2a,1＋a)B．男性個體中患紅綠色盲的個體所占的比例為bC．不患抗維生素D佝僂病的女性個體占全部個體的eq\f(1－c2,2)D．女性個體中同時患紅綠色盲和抗維生素D佝僂病的占bc[解析]女性個體中同時患紅綠色盲和抗維生素D佝僂病的占b2(2c－c2)，D錯誤。教材問題·解疑答惑問題探討?P110提示：同意乙同學(xué)的觀點。因為進行人工選擇時是選擇的表型，只有符合須要的類型才能保存下來，不須要的類型就會淘汰掉。選擇時依據(jù)雞的性狀，而不是雞蛋的性狀。思索·探討?P1111．(1)A＝60%，a＝40%。[解析]100個個體共有200個基因，A的數(shù)量＝2×30＋60＝120個；a的數(shù)量＝2×10＋60＝80；A的頻率＝120÷200×100%＝60%；a的頻率＝80÷200×100%＝40%。(2)基因型頻率AA＝36%、Aa＝48%、aa＝16%。[解析]AA＝(60%)2＝36%；Aa＝2×60%×40%＝48%；aa＝(40%)2＝16%。(3)A＝60%，a＝40%。[解析]A＝AA＋1/2×Aa＝36%＋1/2×48%＝60%，a＝1/2×Aa＋aa＝1/2×48%＋16%＝40%。(4)提示：親代基因型的比值A(chǔ)A(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A(chǔ)(30%)A(30%)a(30%)a(10%)子代基因型頻率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子代基因頻率A(60%)a(40%)種群的基因頻率同子一代一樣。2．提示：不能；生物會發(fā)生基因突變，個體之間的交配也不能做到完全隨機；生物種群之間會有遷入和遷出。3．提示：突變產(chǎn)生的新基因會使種群的基因頻率發(fā)生變更。基因A2的頻率是增加還是削減，要看該突變對生物體是有益還是有害的，這取決于生物生存的環(huán)境。學(xué)問鏈接?P112提示：(1)染色體數(shù)目變異必定引起染色體上基因數(shù)目的變更，進而引起種群基因頻率的變更。(2)染色體結(jié)構(gòu)變異不肯定引起基因頻率的變更，如倒位和易位，只是變更了基因的排列依次，基因的數(shù)量并沒有變更。探究·實踐?P1121．提示：樹干變黑會使樺尺蛾種群中淺色個體削減。因為樹干變黑以后淺色的個體簡單被天敵發(fā)覺，導(dǎo)致淺色個體削減。2．提示：在自然選擇過程中，干脆選擇的是表型。比如天敵看到的是樺尺蛾的體色(表型)而不是限制體色的基因型。練習(xí)與應(yīng)用?P114一、概念檢測1．(1)√(2)×基因頻率的變更也受環(huán)境的影響。(3)√2．D一個湖泊中的全部魚包括多個物種，不屬于種群，A錯誤；一個森林中的全部蛇包括多個物種，不屬于種群，B錯誤；一間屋中的全部蟑螂包括多個物種，不屬于種群，C錯誤；臥龍自然愛護區(qū)的全部大熊貓是生活在同一區(qū)域的同種生物，是一個種群，D正確。3．C種群中一個等位基因的頻率等于它的純合子頻率與1/2雜合子頻率之和，所以B的頻率為18%＋78%×1/2＝57%，b的頻率為4%＋78%×1/2＝43%，C項正